图像传感器技术发展轨迹 - 像素工艺复杂性持续增加 通过新材料和结构改进实现性能提升 包括减少串扰 增强光学性能和支持附加功能[1] - 产品开发过程伴随技术挑战 需满足市场需求如缩小像素尺寸以降低成本并增加阵列尺寸 然后转向增加高动态范围等功能[3] 堆叠技术演进 - 技术发展从前照式单金属CCD到多金属CMOS 再到背照式CMOS 最后到面对面堆叠CMOS 用于增加图像处理功能同时限制芯片尺寸[5] - 金属互连最初通过硅通孔实现 正被混合键合技术取代 利用SiO和Cu表面交联特性提供电互连[5] - 三层堆叠结构成为下一个方向 可优化光电二极管或分离图像信号处理层 需要开发背面到正面的晶圆间互连技术[8] 晶圆间互连与像素规格 - 晶圆间互连间距在2020年前稳步下降 之后趋于稳定 台积电在1.4µm间距最具竞争力[10] - 智能手机图像传感器最佳尺寸为5000万像素 像素间距0.5µm至0.7µm 技术差异体现在平面/垂直传输栅极选择及双路/三路高动态范围实现[10] - 智能手机像素采用双栅极氧化层设计 源极跟随器较薄而控制场效应晶体管较厚[12] 材料与结构创新 - 图像传感器作为集成电路和换能器 需要新颖结构和材料选择提供光电性能 包括背面结构减少暗信号并增强光学响应[13] - 背面层材料选择存在分化 AlO/ZrO用于抑制电荷产生 制造商在TaO和HfO之间选择下一层[13] - 深沟槽隔离技术降低光损耗并防止像素间串扰 蚀刻深度比在10:1到40:1之间 填充材料包括SiO、多晶硅、W等[16] 电容器与功能扩展 - 像素发展重点从缩小4T像素转向增加功能 改进的电容器是增加高动态范围和全局快门的关键[17] - 可用电容器类型包括MOS电容器、寄生FET电容器等 MIMcaps可实现具有全局电压域的小像素[17] - 因空间限制像素将混合使用多种电容器类型 SmartSens采用堆叠式MIMcap STMicro将电容器集成在光电二极管层中[17] 新兴应用与技术突破 - SPAD传感器借助小像素间距互连技术实现100%填充率 像素电路可放置在光电二极管后面[20] - 高端MILC相机应用创新 如索尼将背面光导管与内置透镜结合[23] - 增强现实眼动追踪需近红外成像 运用6.4µm光电二极管硅片、深沟槽隔离及背面倒金字塔阵列技术[25] - 多光谱智能手机相机采用3x3彩色滤光片阵列 无需传统滤光片或微透镜即可创建色彩校正信息[25] - 短波红外成像通过创新解决制造难题 如构建透明富勒烯n-p结并在硅读出集成电路上吸收PbS量子点[26] 行业发展趋势 - 图像传感器技术达到每像素成本极低水平 行业不再局限于单一主导产品 发展前景广阔[26] - 从驱动更小像素转向制造具有附加功能的像素 多层堆叠技术开辟新的可能性[26]