未來(lái)展望——FSI 和BSI 圖像傳感器技術(shù)

由于BSI晶圓是翻轉（inverted）的，故入射光首先會(huì )入射到光電二極管附近的硅體材料。這時(shí)，由于漫射到鄰近像素或在背面界面的漫射與重新匯合，光線(xiàn)會(huì )形成串擾而產(chǎn)生損耗。藍光尤其容易發(fā)生這種現象，導致藍色QE減小，而串擾增加?？上驳氖?，通過(guò)利用先進(jìn)的背面處理和更深的光電二極管來(lái)捕獲藍光，可以解決這些問(wèn)題。

BSI的優(yōu)點(diǎn)

BSI的主要優(yōu)勢是能夠使電氣組件與光線(xiàn)分離，使光路徑能夠被獨立地優(yōu)化，反之亦然。而且，這無(wú)需在金屬層或光導管中創(chuàng )建一個(gè)孔徑，從而消除了入射光的損耗機理。其最終結果是BSI能夠獲得更高的QE。

BSI圖像傳感器超越傳統FSI器件的另一個(gè)主要優(yōu)勢是像素的光堆疊高度更低。但應當注意的是，相比具有光導管的FSI架構，這一優(yōu)勢并不明顯，這是因為對于后者，由于光線(xiàn)在互連堆疊的頂部聚集，并由光導管限制和導引到光電檢測器表面，有效光堆疊高度也會(huì )減小。

對于1.4微米BSI像素，QE范圍通常為50~60%，而串擾范圍為15~20%。在1.4微米下，BSI的高QE結合略微受影響的串擾，帶來(lái)可與1.4微米FSI像素相媲美的總體圖像質(zhì)量。應該注意的是，1.4微米BSI技術(shù)雖然剛剛進(jìn)入市場(chǎng)，但正如以往的像素技術(shù)一樣，其性能預計也將逐漸提升。今天，1.1微米BSI像素尚處于早期開(kāi)發(fā)階段，不過(guò)一旦它們能夠投入生產(chǎn)，預計QE將達到50~60%，串擾為10~30%。屆時(shí)這些1.1微米BSI像素將會(huì )勝過(guò)1.1微米FSI像素，因為FSI像素在縮小至1.1微米時(shí)存在制造難題。

BSI的缺點(diǎn)

BSI器件架構本身帶來(lái)了串擾挑戰，導致無(wú)法精確地收集光子，因而減低了色彩修正矩陣的性能，并引起SNR下降。BSI還需要額外的晶圓粘片和減薄(mounting and thinning) 、背面處理對準（alignment for backside processing）以及背面界面鈍化（passivation）對準等制造處理工藝，所有這些工藝都會(huì )增加成本和容差。此外，以往在前面(front side)進(jìn)行的CFA和微透鏡處理，現在必須在背面進(jìn)行。這時(shí)，由于晶圓翹曲以及材料背面上結構對準存在的挑戰，對準變得更加困難。

BSI的相關(guān)成本較高，導致某些BSI傳感器制造商瞄準成本較不敏感的高端相機應用，業(yè)界權威人士承認BSI技術(shù)的平均銷(xiāo)售價(jià)格較高。影響成本的因素還有成本較高、更先進(jìn)的工藝技術(shù)等等。

BSI的另一個(gè)缺點(diǎn)是需要背面鈍化，相比前表面處理，背面處理比較麻煩，從而使處理工藝選項非常有限。此外，晶圓的前表面已有載具晶圓鍵合（carrier wafer bond）和金屬化，這也限制了處理工藝選項。因而，鈍化層需要淀積而不是生長(cháng)在背表面上。而且，鈍化層中的缺陷將會(huì )影響背表面的缺陷，導致更高的喑電流和更大的熱像素缺陷可能性。

創(chuàng )建BSI圖像傳感器還需要新工藝的開(kāi)發(fā)，而且新技術(shù)走向成熟和良率提升需要一定的時(shí)間，大多數圖像傳感器銷(xiāo)售商都正在投資BSI工藝開(kāi)發(fā)，克服這些障礙只是時(shí)間問(wèn)題。

結論

市場(chǎng)對于完美像素的需要正在推動(dòng)圖像傳感器企業(yè)每年花費數億美元進(jìn)行研發(fā)。至今為止，大多數像素研發(fā)的受益者都是FSI技術(shù)，它能夠以高性?xún)r(jià)比的方式將像素縮減至1.4微米，同時(shí)每年均可提升給定像素尺寸的性能。

FSI技術(shù)擁有非常有吸引力的性能、成本和價(jià)值定位，是如今圖像傳感器使用的主流技術(shù)，它有助于推動(dòng)相機在手機、筆記本電腦、數字視頻和數碼相機以及無(wú)數其它領(lǐng)域的使用。盡管業(yè)界發(fā)展趨勢是更高的分辨率和更小的像素尺寸，但需要“較大”像素和出色的弱光圖像質(zhì)量的應用仍在不斷增多，FSI尤其適合于需要“較大”像素的應用，在這些應用中，弱光和總體成像性能是至關(guān)重要的考慮。象數碼相機和視頻攝像機、手機相機、PC和監控設備中的HD視頻等應用將需要由較大像素尺寸(如1.4和1.75微米像素)實(shí)現出色的圖像質(zhì)量，這些較大的像素更傾向于FSI解決方案，如Aptina A-Pix FSI技術(shù)。而且，鑒于BSI的成本較高，在這些較大像素應用中，高性能、高性?xún)r(jià)比的FSI傳感器將挑戰BSI技術(shù)降低價(jià)位的能力。

近年來(lái)，由于FSI技術(shù)的未來(lái)發(fā)展局限性已經(jīng)變得十分明顯，業(yè)界已將某些研發(fā)轉向BSI技術(shù)。BSI技術(shù)現在已經(jīng)用于高端相機中，同時(shí)，它的性能將會(huì )繼續提升，不久將在主流大批量應用中得到廣泛使用，尤其是那些需要1.1微米及以下尺寸的應用。

未來(lái)，由于市場(chǎng)對不同應用需求的分化，有理由相信FSI和BSI技術(shù)將會(huì )共存。FSI圖像傳感器技術(shù)的提升將滿(mǎn)足對于出色圖像和視頻性能的不斷增長(cháng)的需求。同時(shí)，BSI技術(shù)的進(jìn)步將支持極小像素尺寸，以驅動(dòng)體積更小的高分辨率相機的應用。