CMOS圖像傳感器的制造工藝

根據(jù)圖像傳感器的應(yīng)用和制造工藝，圖像傳感器可分為CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。 特別是CMOS圖像傳感器（CIS）不僅被搭載于數(shù)碼相機(jī)，還被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、CCTV、汽車黑匣子、無人駕駛車輛傳感器、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、醫(yī)療設(shè)備、無人機(jī)等各種新興市場領(lǐng)域。

基于CMOS的圖像傳感器的工作過程如下： 當(dāng)可見光波長范圍（400-700納米）的光能聚集在硅襯底的光電二極管（PD）時(shí)，硅表面接收光能形成電子-空穴對（electron-hole pair）。 在此過程中產(chǎn)生的電子通過浮動(dòng)擴(kuò)散（FD）轉(zhuǎn)換成電壓，然后再通過模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 為了制造出使這一系列流程成為可能的CIS產(chǎn)品，需要采用CIS特有的、有別于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的關(guān)鍵制造工藝技術(shù)。此類工藝技術(shù)可分為以下五大類：

1.深層光電二極管成型工藝技術(shù)

在相同的芯片尺寸上要增加像素?cái)?shù)量，就需要不可避免地縮小單一像素的尺寸。深層光電二極管的形成是防止圖像質(zhì)量下降的關(guān)鍵技術(shù)。為了在更小的像素中確保足夠的滿阱容量（full well capacity, FWC），與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器相比，CIS需要采用難度更高的圖像形成技術(shù)。尤其需要確保高縱橫比（>15:1）植入掩碼（implant MASK）工藝技術(shù)，以阻止高能量離子的植入；事實(shí)上，目前縱橫比在業(yè)內(nèi)有逐步提高的趨勢。

2.像素間隔離處理技術(shù)

3.彩色濾波陣列（CFA）處理技術(shù)

彩色濾波陣列是有別于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器制造工藝的CIS獨(dú)有的工藝 。CFA工藝一般由彩色濾波器（CF）和微透鏡（ML）組成，前者可將入射光過濾成紅、綠、藍(lán)各波長范圍，后者可提高光凝聚效率。為了獲得優(yōu)良的圖像品質(zhì)，開發(fā)和評估R/G/B彩色素材并開發(fā)相關(guān)技術(shù)以優(yōu)化形狀、厚度等工藝條件非常重要。

4.晶圓堆疊工藝

晶圓堆疊是指將兩個(gè)晶圓連接在一起。這是制作高像素、高清晰度的CIS產(chǎn)品的必備技術(shù)。對于高像素CIS產(chǎn)品，像素陣列和邏輯電路分別在個(gè)別晶圓上形成。這些晶圓在工藝期間被連接在一起，而這一過程被稱為“晶圓粘結(jié)（wafer bonding）”。像素陣列和邏輯電路的分離意味著制造成本的增加，但同時(shí)也意味著可以在同等晶圓面積上生產(chǎn)更多芯片；不僅如此，這還有助于提高產(chǎn)品的性能。因此，這是目前大多數(shù)CIS芯片廠商所采用的技術(shù)。晶圓堆疊技術(shù)正以各種形式不斷發(fā)展。近年來，晶圓堆疊技術(shù)也被應(yīng)用于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器領(lǐng)域，促進(jìn)了產(chǎn)品性能的提升。

5.有助于提高CIS良品率和產(chǎn)品質(zhì)量的控制技術(shù)

控制金屬污染是CIS產(chǎn)品開發(fā)和量產(chǎn)過程中最基本的前提條件之一。由于CIS產(chǎn)品對污染的敏感度是存儲(chǔ)器產(chǎn)品的數(shù)倍，且污染會(huì)直接影響CIS產(chǎn)品的良品率和質(zhì)量，因此CIS的生產(chǎn)必須采用各種污染控制技術(shù)。另一個(gè)重要因素是等離子體損傷控制。由于圖像屬性的損壞（如熱像素）是在工藝過程中造成的損傷而發(fā)生的，因此有必要對關(guān)鍵工藝進(jìn)行精確管理。

來源：睞芯科技LightSense

審核編輯：湯梓紅