未來展望——FSI 和BSI 圖像傳感器技術

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

BSI的優(yōu)點

BSI的主要優(yōu)勢是能夠使電氣組件與光線分離，使光路徑能夠被獨立地優(yōu)化，反之亦然。而且，這無需在金屬層或光導管中創(chuàng)建一個孔徑，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(tǒng)FSI器件的另一個主要優(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技術雖然剛剛進入市場，但正如以往的像素技術一樣，其性能預計也將逐漸提升。今天，1.1微米BSI像素尚處于早期開發(fā)階段，不過一旦它們能夠投入生產(chǎn)，預計QE將達到50~60%，串擾為10~30%。屆時這些1.1微米BSI像素將會勝過1.1微米FSI像素，因為FSI像素在縮小至1.1微米時存在制造難題。

BSI的缺點

BSI器件架構本身帶來了串擾挑戰(zhàn)，導致無法精確地收集光子，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，所有這些工藝都會增加成本和容差。此外，以往在前面(front side)進行的CFA和微透鏡處理，現(xiàn)在必須在背面進行。這時，由于晶圓翹曲以及材料背面上結構對準存在的挑戰(zhàn)，對準變得更加困難。

BSI的相關成本較高，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技術的平均銷售價格較高。影響成本的因素還有成本較高、更先進的工藝技術等等。

BSI的另一個缺點是需要背面鈍化，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在背表面上。而且，鈍化層中的缺陷將會影響背表面的缺陷，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發(fā)，而且新技術走向成熟和良率提升需要一定的時間，大多數(shù)圖像傳感器銷售商都正在投資BSI工藝開發(fā)，克服這些障礙只是時間問題。

結論

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

FSI技術擁有非常有吸引力的性能、成本和價值定位，是如今圖像傳感器使用的主流技術，它有助于推動相機在手機、筆記本電腦、數(shù)字視頻和數(shù)碼相機以及無數(shù)其它領域的使用。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，F(xiàn)SI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重要的考慮。象數(shù)碼相機和視頻攝像機、手機相機、PC和監(jiān)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)實現(xiàn)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。而且，鑒于BSI的成本較高，在這些較大像素應用中，高性能、高性價比的FSI傳感器將挑戰(zhàn)BSI技術降低價位的能力。

近年來，由于FSI技術的未來發(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。BSI技術現(xiàn)在已經(jīng)用于高端相機中，同時，它的性能將會繼續(xù)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，由于市場對不同應用需求的分化，有理由相信FSI和BSI技術將會共存。FSI圖像傳感器技術的提升將滿足對于出色圖像和視頻性能的不斷增長的需求。同時，BSI技術的進步將支持極小像素尺寸，以驅(qū)動體積更小的高分辨率相機的應用。