CIS，怎么走？

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文章摘要

过去五十年来，像素发展不断增加工艺复杂性以实现成像性能。开发和制造工艺工程师对图像传感器进行了一系列工艺改进，如使用新材料减少串扰、增强光学性能等，这些工艺可沿用自其他产品或采用新颖结构。

产品开发会面临技术挑战，逆向工程旨在记录制造商技术开发并预测流程决策点。堆叠技术是赋能技术，其发展轨迹从前照式单金属 CCD 到多金属 CMOS、背照式 CMOS 再到面对面堆叠 CMOS，金属互连方式也从硅通孔向混合键合转变。

图像传感器堆叠像素级互连的下一个方向是三层结构，需开发从背面到正面的晶圆间互连。晶圆间互连间距在 2020 年后逐渐稳定，台积电在 1.4µm 间距上竞争力较强。

智能手机图像传感器最佳尺寸约 5000 万像素，像素间距 0.5µm 至 0.7µm，像素使用双栅极氧化层。图像传感器需新颖结构和材料提供光电性能，如形成背面结构，光电二极管有深沟槽隔离。

像素发展从缩小 4T 像素转向添加功能，改进电容器是关键，不同厂商采用不同方式，如 SmartSens 用堆叠式 MIMcap，STMicro 将电容器形成在光电二极管层中的像素。小像素间距晶圆间互连技术使 SPAD 传感器能实现 100% 填充率。

在高端 MILC 相机、增强现实头戴式设备眼动追踪、多光谱智能手机相机、短波红外波段成像等应用中都有创新。增强型图像传感器专用工艺实现非摄影成像，首款多光谱智能手机相机采用 3×3 彩色滤光片阵列。短波红外成像面临可制造性和环境问题，一种创新方法是构建透明富勒烯 n – p 结并吸收 PbS 量子点。

即使应用的像素尺寸稳定，图像传感器仍能从工艺改进中受益，像素级互连堆叠可实现多层堆叠，从驱动小像素到制造有附加功能像素的转变带来新可能，图像传感器行业前景广阔。