继90nm制程CIS和55nm堆栈式CIS实现量产之后，晶合集成CIS再添新产品。近期，该公司55nm单芯片、高像素背照式图像传感器（BSI）迎来批量量产，极大赋能智能手机的不同应用场景,实现由中低端向中高端应用跨越式迈进。晶合集成规划CIS产能将在今年内迎来倍速增长，出货量占比将显著提升, 成为显示驱动芯片之外的第二大产品主轴。

近年来，5000万像素CIS已在智能手机配置上加速渗透。晶合集成与国内设计公司合作，基于自主研发的55nm工艺平台，使用背照式工艺技术复合式金属栅栏，不仅提升了产品进光量，还兼具高动态范围、超低噪声、PDAF相位检测对焦等优势。此外，该技术采用单芯片技术架构，既减少芯片用量，也缩短了芯片生产周期，同时将像素规格微缩20%，像素尺寸达到0.702μm，整体像素提高至5000万水准，将广泛应用在智能手机主摄、辅摄及前摄镜头等。

BSI的优势

早期的CIS产品像素采用前照式(FSI)结构，这种结构将光学结构置于基于CMOS工艺的电路上。这项技术适用于像素尺寸为1.12μm及以上的大多数CIS解决方案，被广泛用于移动设备、闭路电视(CCTV)、行车记录仪、数码单反相机、车用传感器等产品。

互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Silicon, CMOS)是由成对的N沟道和P沟道MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 组成的互补逻辑电路。CMOS器件的功耗极低，被应用于DRAM产品和CPU中，因为虽然这类器件搭载的处理器较为复杂，但却能够进行大规模集成。

一款高性能的图像传感器即使在弱光条件下，也应能够呈现出明亮清晰的图像，而要实现这一效果，需要提高像素的量子效率(QE)。因此，像素下层电路的金属布线设计应以FSI结构为基础，以尽可能避免光干扰。

量子效率：用于衡量成像设备将入射光子转换为电子的有效性的指标。如果一款传感器的量子效率为100%且暴露在100个光子下，则可以转换为100个电子信号。

然而，通常情况下，当连续的光线穿过光圈或物体周围时，就会发生衍射现象。就光圈而言，随着光圈孔径尺寸的减少，更多的光会随着衍射量的增加而扩散。

衍射现象：声波和光波等在穿过障碍物或光圈时偏离直线传播的现象。从光的角度来看，当障碍物或光圈的尺寸等于或小于所通过光波的波长时，就会发生衍射现象。

同样，外部光达到单个像素时，衍射现象也无法避免。就FSI结构而言，因为受到下层电路中金属布线层的影响，这种结构更容易受到衍射的影响。即使FSI像素尺寸减少，被金属覆盖的区域也保持不变。因此，光通过的区域变得更小，衍射现象增强，导致图像中的颜色混合在一起。

然而，控制像素的衍射也并非不可能。为了改善单个区域的衍射，可以根据衍射计算公式来缩短微透镜到硅(Si)的距离。为此，人们提出了一种背照式(BSI)工艺，通过翻转晶圆来利用其背面，以此消除金属干扰。

2011年，苹果iPhone 4手机问世，其配备了当时首个应用BSI技术的CIS产品。苹果公司当时声称BSI技术与FSI技术相比可以捕获更大的进光量，因此可以再现更高质量的图像。

就BSI技术而言，首先在晶圆的一侧制作所有电路部分，然后将晶圆翻转倒置，以便创建可以在背面收集光线的光学结构。这样可以消除FSI中金属线路造成的干扰，在同一大小像素的条件下光线通过的空间更大，从而可提高量子效率。

借助BSI技术，使1.12μm及以下像素尺寸的应用成为可能，并为1600万像素及以上的高分辨率产品开辟出了市场。不同于会受到布线干扰的FSI结构，基于BSI的光学工艺有着更高的自由度。得益于此，背侧深沟槽隔离(BDTI)、W型栅格(W Grid)和空气栅格(Air Grid)等在内的各种光学像素结构被开发出来，以提高产品的量子效率。

背侧深沟槽隔离(BDTI)工艺 虽然采用克服光衍射问题的BSI结构可以提高量子效率，但仍需要采用额外的像素分割结构，以顺应智能手机不断缩小的像素尺寸和不断降低的摄像头F值。在这方面，背侧深沟槽隔离(BDTI)结构是最具代表性的例子，这种结构可以在光线沿CIS芯片外侧斜向进入的区域提升全内反射(TIR)效果，从而增加信号。目前，这项技术被广泛应用于大多数基于BSI技术的CIS产品。

转自：半导体产业纵横

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