Slide_Sony_Atsugi_Tech_2020_07_10.html

by Yoshiaki Daimon Hagiwara

●Slide N0.19, 20, 23 を訂正しました。

SONYの　性能の優れた　Power Bipolar Transistorの秘訣は
川名さん考案のBipolar Transistor chipの真ん中の裏面側の
シリコンを　エッチングして薄くして、Power Bipolar Transistor
の　ON抵抗を　低減できた事でした。

川名さんが　KOH でシリコンの裏面を真ん中だけ
Etching して　Collector ON 抵抗をさげて　Power
Transistorの性能を向上させた技術でした。

企業秘密とされ、特許にもしていません。
社外極秘情報でしたね。。。

萩原は　1975年入社で吉田博文室長の情報処理研究室の
配属でしたが、一緒の共同研究開発担当のＣＣＤ開発部
の責任者は川名さんでした。

FT 型 CCD Image Sensorの開発で　４階のCCD
プロセスラインに入っることができて、その時、
阿部さんや松本さんにすぐに教えてもらいました。

試しに、開発中の　FT 型 CCD Image Sensorの
受光面積領域の横8.8 mmで縦6. 6 mmをエッチング
して裏面照射型の　FT 方式のCCD Image Sensor 　
を試作して評価しました。

超感度化が最大の目的でした。しかし青色感度に
まだまだ問題がありまた。青色光は　0.2 ミクロン
以上　シリコンを透過しないことを知ったのは
その時でした。シリコン結晶表面の0.2 ミクロン
近傍で　ＰＮ接合の空乏層を形成するのはほぼ
不可能でした。他の工夫が必要だと思いました。

それで、当時は　Ｐ＋Ｐ　ではなく、PMOS
トランジスタの時代でしたので、Ｎ＋Ｎの slope、
表面不純物濃度勾配を利用して、シリコン表面
での光電変換で生じた　電子と Hole を分離する
ことを思いつきました。

ΔV = kT ln ( P+/P ) の濃度勾配によるバリア
電界を利用して光電変換を表面にピーク濃度を
持たせて、ガウス分布関数の、

D(x) ＝D(0) exp ｛　- ( x / Rx ) **2　｝

となりますので、バリア電圧は、

　V(x) = - kT ln ( D(x) / D(0) )

で近似できます。

これが本当の　HOLE　Accumulation Diode (HAD) の
超感度の正体です。Pinned Photodiodeの超感度の
正体です。この事実を世界は理解ていません。　

表面バリア電圧　V(x) 　は　

V(x) = ( kT ) ( x / Rx ) **2

で近似されます。

表面バリア電界　E(x)　は　

E(x) = - dV(x)/dx = - (2kT) ( x ) / Rx **2

で近似されます。

この表面バリア電界が超感度青色感度の正体です。

当時は超感度を目的として裏面照射型を試していました。

ソニー中研の技術報告書「One Chip カラーカメラのカメラの
ためのCCD構造の検討」と題して、R-76206 (1976年1月提出)
に登録しています。特許　1975-127646　と　1975-127647 の
出願特許を実際に試作したいと夢見ていただけなく、ことこと
のまずは、裏面照射型から実験試作を一人で始めていました。

当然、1 人でできる事には限界がありました。まわりからは、
「何をしているの？今の技術では難しいのでは？」との感触
でしたが、夢があり、楽しいでした。

しかし、実際に実現したのは、遂最近ですね！　

あれから　45年が過ぎて萩原の当時の夢が実現しました。
生きているうちに実現した事が、非常に萩原にとっては、
それだけでも、萩原にとっては、大変うれしいです。
　

当時　1975年暮れでした。すべて手作業で原始的でしたが、
今ははるかに進歩飛躍を遂げています。ＳＯＮＹは、世界で
初めて、裏面照射型 CMOS Image Sensorの裏面　Etching
量産技術を確立しました。

当時萩原現役時代までは、ますべて手作業でした。

レジストをシリコン裏面に縫ってすべて手作業で
やっていました。

すべて手作業でたいへんでしたが、ＣＣＤの　チップ
サイズは　ＦＴ　ＣＣＤの場合は　6. 6 mm x 8. 8 mm
でした。まだ楽でした。　

川名さんたちが生産していた　Power Bip Transistor 　
は　3.6 mm x 6.0 mm でした。製造ラインでは、当時　
それを　トランジスタ・ガールがすべて手作業でやって
いたということです。今から考えると非常に驚きますね。

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いずれは　Image Sensor Storyとして　一般の文系の人でも
理解できる内容として、和文で本を一冊出版したいです。
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また、その英文も出版したいと希望しています。

本書にはＤＶＤを教材としてつけたいです。

今回の７月１０日に収録した講演の録画内容をもし可能なら
つけたいです。できばえ次第ですが、、

これは日本の半導体産業の再起に対して、人材育成は最重要
課題です。優秀な夢ある半導体技術者を育てることが萩原の
残り少ない人生の最大の使命と感じています。この歳まで
健康でいられて感謝感謝です。一緒に仕事をしてきた仲間や
先輩や萩原を守っていただいた、ＳＯＮＹ　ＴＯＰの方々、
ＳＯＮＹ中研時代に萩原の親切に歓迎してくれた岩田三郎さん
や塚本さん、ＣＣＤの開発の職場の仲間の粂沢哲郎さん、ＣＣＤ
のプロセスでたいへんお世話になった、阿部元昭さん、国分工場
立ち上げた小笠原さん、高橋本部長、山田中研所長、河野本部長、
ＳＯＮＹマグネスケールの仕事をいただいた森園副社長をはじめ、
大賀会長、岩間社長や、また、私とＳＯＮＹの縁をつないでくれた、
大先輩の前田尚利先輩（前田多門の孫）や樋口先輩（樋口工場長
の息子さん）のお顔が浮かびます。

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この講演に関する参考図書
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(1) 人工知能パートナーシステム（AIPS)を支える「デジタル回路の世界」
　　　萩原良昭著　青山社　ISBN978-4-88359-339-2

(2) 「伝説ソニーの半導体」その栄光の軌跡そして未来への構図
　　泉谷渉、川名喜之著　産業タイムズ社　ISBN978-4-88353-290-2 C3055

(3)　「イノベーションの成功と失敗」　武田　立、瀬戸篤著、
　　　同文館出版　ISBN978-4-495-38571-2

(4)　「技術の系統化調査報告」　国立科学博物館、
　　　Volume 29, March 2020, ISSN 2187-462X　　

(5)　「ソニー初期の半導体開発記録」　企業戦略と発展の原動力
　　　　川名　喜之　著　　　　美研プリンティング株式会社　（非売品)

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この講演のSlideの詳細解説文を掲載しています。

http://www.aiplab.com/Slide_Sony_Atsugi_Tech_2020_07_10.html

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Slide 001 ～Slide 119 まであります。

これから　Slideの説明文を用意します。

来週の水曜日には準備できると思いますので、
聴講する方は事前に復習して、質問を１つ用意
してください。講義の間に、居眠り防止用に
聴講者に質問を聞きたいと思っています。。。

予習してください、これは大学の授業の延長です（笑顔）。。。

しかし、大学の授業でも予習復習しない学生や出題を
提出しない学生にも授業に出席してたのしく聴講して
いただきたいです。また萩原もまじめに事前に準備
した授業資料と離れて自由に楽しく、なごやかに
講義を進めたいです。まったく授業資料とは離れて
脱線する萩原の話が面白いと言って授業に出席
してくれる学生が多数います。今回もアドリブで
お話しします。このＳＬＩＤＥの説明文はあくまで
参考資料ですので後でゆっくり読んで頂ければ
幸いです。　　　　　　2020.07.10 　　　萩原良昭　

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Slide001_to_010

Slide011_to_020

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Slide110_to_119

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本社知財をはじめIR関係者の皆さんに協力いただき

下記URLにてソニー／SSS連名で公開いたしました。

和文：積層型多機能CMOSイメージセンサーを支える
　　　代表的なソニー発明について

https://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/notice/20200626/

英文：Sony's Representative Inventions Supporting Stacked
　　　Multi-Functional CMOS Image Sensors

https://www.sony.net/SonyInfo/News/notice/20200626/

その根源は萩原の１９７５年のPPDの発明にあります。

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PPDの原型は１９７５年に萩原が発明しました。

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●裏面照射型でGLOBAL SHUTTER機能が付いた

N+NP+NP接合型PPD (JP1975-127646)と

●裏面照射型でGLOBAL SHUTTER機能が付いた

N+NP+N接合型PPD (JP1975-127647) と

●In　Pixel　縦型Overflow DRAIN（VOD）機付きの

PNPN接合型PPDの(JP1975-134985)の

３つの特許を萩原は出願した。

●1978年にSSDM1978で論文発表したが、その中で世界で初めて、
萩原は、近傍に濃いP+　Channel　Stops領域が形成された、
P+NP接合型のPPDを FTCCDに採用した原理試作を論文発表した。

萩原のこのPPDの発明と開発が原型となり、その世界的な開発の
起爆剤となました。

その後、萩原の発明開発したPPDは　すでに　萩原の1975年の
特許の中でも、ILT　CCDも採用できることを明示していましたが
1982年になり、SONYの1978年の試作発表に追従して各社から
はじめて　ILT CCD にも採用されるようになりました。

NECのIEDM1982の埋込みPhotodiodeの発なり、続いて、
KODAKのIEDM1984の　Pinned Photodiodeの発が続き、
SONYも、1987年には、HADの開発商品化が実現しました。

そして今では　CMOS　Image Sensorにも　萩原の
１９７５年発明のPPDは採用されることになりました。

そして、さらに、積層型の３次元デバイスにも採用され
今もその有効性が証明されています。

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また受光部の埋込みN層は、受光部表面近傍でな、
その埋込みN層の濃度のピーク位置がシリコン表面から
遠くはなれている必要性を明示したのが萩原考案の
特許1975-134985の図６にも明示されています。

図６では、Collector部分の幅がわざと広く図示されており、
表面から埋込みN層がかなり離れている事を明示しています。

世界はPPDは　P+NP接合型と理解していますが、
実際は、生産性を向上するために、P+PN+P接合
型のPPDとなっています。これがSONYのKNOWHOW
として長い間継承されてきました。

http://www.aiplab.com/Difference_of_Pinned_Photodiode_and_Buiried_Photodiode_1.jpg

そのことを下記の２つの論文で詳細に説明しています。

http://www.aiplab.com/P2019_3DIC2019Paper_on_3D_Pinned_Photodiode.pdf

http://www.aiplab.com/P2020_EDTM2020_PaperID_3C4_by_Hagiwara.pdf

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hagiwara-yoshiaki@aiplab.com ( http://www.aiplab.com/ )

hagiwara@ssis.or.jp ( http://www.ssis.or.jp/en/index.html )

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