CIS：攝像頭繁榮的背后推手

提到科技，身處半導(dǎo)體行業(yè)的我們往往會想到電子工業(yè)的主要驅(qū)動力：互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)邏輯和存儲器。絕大多數(shù)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都會使用到泛林集團的設(shè)備，然而，要想打造有實用價值的系統(tǒng)，我們往往還需要借助很多其他的特種技術(shù)，其中包括很多涉及到人機互動的技術(shù)，例如：

●   各種傳感器，例如CMOS圖像傳感器(CIS)和微電子機械系統(tǒng)(MEMS)

●   用于發(fā)送和接收無線信號的射頻(RF)電路

●   電力電子設(shè)備，其內(nèi)置器件包括金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFETs)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和雙極CMOS-雙擴散MOS集成電路(BCD)

●   各種光學(xué)器件，例如顯示器和光子元件

這些技術(shù)關(guān)系到商業(yè)、工業(yè)和汽車市場中的各種系統(tǒng)。最近備受關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)器件和蜂窩技術(shù)（尤其是5G）就廣泛采用了各種特種技術(shù)。據(jù)估計，到2023年，這些市場將占到全球集成電路總需求的30％。（數(shù)據(jù)來源：2019年IC Insights、McClean和OSD Reports）

備受關(guān)注的攝像頭

在所有傳感器中，CIS器件的重要性日益突顯。隨著消費者手中的智能手機開始配備越來越多的攝像頭，這個曾經(jīng)用來“錦上添花”的功能如今已經(jīng)成為了各類手機營銷中的主要賣點。舉例來說，在2017年iPhone X發(fā)布會上，蘋果只用了大約10%的時間來介紹其相機功能; 而兩年后的iPhone 11發(fā)布會，全場有近一半(49%)的時間都在介紹其相機功能如何強大。

未來隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和自動駕駛的發(fā)展，汽車將廣泛配備更多不同類型的攝像頭（除了雷達和/或激光雷達之外）。為了消除盲區(qū)并讓駕駛員和自動駕駛系統(tǒng)更好地了解周圍情況，最終車身四周很可能遍布攝像頭。

據(jù)預(yù)計，CIS市場規(guī)模將在未來幾年間大幅增長，到2024年的年均復(fù)合增長率(CAGR)可達6.6%。在增長迅猛的細分領(lǐng)域，CIS需求量的增長遠不止此——在消費產(chǎn)品、安全設(shè)備和汽車行業(yè)，CIS市場規(guī)模的年均復(fù)合增長率可分別達到24.6%、17.1%和14.1%。（來源：Yole）

某些CIS器件用于記錄可見光線，其他一些則屬于紅外(IR) 或近紅外(NIR)相機元件，記錄可見光的設(shè)備可提供識別周圍環(huán)境和物體的視頻流。而紅外CIS就包括最近越來越流行的面部識別相機，它們可以利用結(jié)構(gòu)光在黑暗條件下識別人臉。

打造最好的CIS芯片

早期的CIS芯片需要從頂部或前部捕獲射入的光線，這也是讓光子穿過薄硅層到達傳感設(shè)備最常見的方法，但其缺點在于金屬噴鍍和其他芯片器件可能阻隔部分光線，導(dǎo)致傳感器只能捕獲可以繞過這些障礙的光線。

為解決這個問題，較新的CIS設(shè)備都改成從背面接收光線，這樣就可以避開上述障礙物。但較厚的晶圓會打散和吸收部分光線，所以，采用這種方法意味著晶片的背面必須足夠薄，才能最大限度地捕獲光子。隨著芯片集成度的提高，人們也開始以堆疊方式將圖像傳感器與存儲器和其他邏輯元件封裝在一起。在改成從背面接收光線后，可以將CIS芯片的前部與其他晶圓結(jié)合，而不會影響到對光的感測。

然而，要做到這一點，還需要用到許多先進的技術(shù)以真正實現(xiàn)最高效的光線捕捉，其中最突出的兩個技術(shù)實例就是深槽隔離技術(shù)(DTI)和硅穿孔(TSV)。

DTI的作用是更有效地隔離相鄰的像素電路。在進入像素之后，光子可能會分散并向周圍移動, 即離開原本的像素而進入相鄰像素。在分辨率較高的設(shè)備中，這種在像素間的光子移動會導(dǎo)致模糊的觀感。而DTI能夠在相鄰像素之間建立隔離墻，將光子關(guān)在像素內(nèi)部并由此生成清晰度更高的圖片。

TSV則是晶片堆疊所需的基礎(chǔ)性技術(shù)。所有金屬連接線和傳統(tǒng)焊盤都是布置在晶片的正面，所以將兩個芯片的正面放在一起時，芯片間可以實現(xiàn)互通信號。然而芯片的背面并不布置任何線路，如果要將一個芯片的背面與另一個芯片的任意一面相連，必須要用某種方法將前一個芯片上的信號從其正面?zhèn)鬟f到背面才能實現(xiàn)信號互通。TSV就是從硅襯底鉆通的金屬導(dǎo)電通道。

DTI和TSV都屬于精度和細度要求較高的先進工藝，而實現(xiàn)此類工藝正是泛林集團的專長。隨著CIS市場的增長，實現(xiàn)此類技術(shù)所需設(shè)備的需求預(yù)計將大幅提升。盡管CIS和其他特種技術(shù)受到的關(guān)注不能與主流技術(shù)相比，但我們在未來幾年將看到它們在系統(tǒng)應(yīng)用中相同的重要性。