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12
2024
-
07
科普分享|CIS關鍵工藝技術概覽
作者:
來源：海力士官網
根據圖像傳感器的應用和制造工藝，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）不僅被搭載于數碼相機，還被廣泛應用于智能手機、平板電腦、CCTV、汽車黑匣子、無人駕駛車輛傳感器、虛擬現實（VR）、醫療設備、無人機等各種新興市場領域。
基于CMOS的圖像傳感器的工作過程如下：
當可見光波長范圍（400-700納米）的光能聚集在硅襯底的光電二極管（PD）時，硅表面接收光能形成電子-空穴對（electron-hole pair）。在此過程中產生的電子通過浮動擴散（FD）轉換成電壓，然后再通過模擬到數字轉換器（ADC）轉換為數字數據。
為了制造出使這一系列流程成為可能的CIS產品，需要采用CIS特有的、有別于半導體存儲器的關鍵制造工藝技術。此類工藝技術可分為以下五大類：
1.深層光電二極管成型工藝技術
在相同的芯片尺寸上要增加像素數量，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量下降的關鍵技術。為了在更小的像素中確保足夠的滿阱容量（full well capacity, FWC），與半導體存儲器相比，CIS需要采用難度更高的圖像形成技術。尤其需要確保高縱橫比（>15:1）植入掩碼（implant MASK）工藝技術，以阻止高能量離子的植入；事實上，目前縱橫比在業內有逐步提高的趨勢。
2.像素間隔離處理技術
3.彩色濾波陣列（CFA）處理技術
彩色濾波陣列是有別于半導體存儲器制造工藝的CIS獨有的工藝 。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、藍各波長范圍，后者可提高光凝聚效率。為了獲得優良的圖像品質，開發和評估R/G/B彩色素材并開發相關技術以優化形狀、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晶圓連接在一起。這是制作高像素、高清晰度的CIS產品的必備技術。對于高像素CIS產品，像素陣列和邏輯電路分別在個別晶圓上形成。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（wafer bonding）”。像素陣列和邏輯電路的分離意味著制造成本的增加，但同時也意味著可以在同等晶圓面積上生產更多芯片；不僅如此，這還有助于提高產品的性能。因此，這是目前大多數CIS芯片廠商所采用的技術。晶圓堆疊技術正以各種形式不斷發展。近年來，晶圓堆疊技術也被應用于半導體存儲器領域，促進了產品性能的提升。
5.有助于提高CIS良品率和產品質量的控制技術
控制金屬污染是CIS產品開發和量產過程中最基本的前提條件之一。由于CIS產品對污染的敏感度是存儲器產品的數倍，且污染會直接影響CIS產品的良品率和質量，因此CIS的生產必須采用各種污染控制技術。另一個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生的，因此有必要對關鍵工藝進行精確管理。
參考鏈接：https://news.skhynix.com.cn/introducing_to_cis_key_process_technologies/
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