背照式

在傳統CMOS感光元件中，感光二極管位於電路晶體管後方，進光量會因遮擋受到影響。索尼的背照式CMOS傳感器商品名稱為Exmor R，首先在DV攝像機中得到應用。

Exmor R CMOS背面照明技術感光元件，改善了傳統CMOS感光元件的感光度。Exmor R CMOS採用了和普通方法相反、向沒有佈線層的一面照射光線的背面照射技術，由於不受金屬線路和晶體管的阻礙，開口率（光電轉換部分在一個像素中所佔的面積比例）可提高至近100%。與其以往1.75μm間隔的表面照射產品相比，背面照射產品在靈敏度（S/N）上具有很大優勢。

傳統的CMOS傳感器每個像素點都要搭配一個對應的A/D轉換器以及對應的放大電路，因此，這部分電路會佔用更多的像素面積，直接導致光電二極管實際感光的面積變小，感光能力變弱。CCD的單個像素點不需要A/D轉換器和放大電路，光電二極管能獲得更大的實際感光面積，開口率更大，因此在小尺寸影像傳感器領域，CCD仍佔據一定優勢，而在大尺寸影像傳感器領域，由於單個像素點的面積大，A/D轉換器和放大電路佔用的面積只是整個像素的很小一部分，影響不大，因此CMOS傳感器也得到了廣泛的應用。　而Exmor R CMOS將光電二極管“放置”在了影像傳感器芯片的最上層，把A/D轉換器及放大電路挪到了影像傳感器芯片的“背面”，而不是像傳統CMOS傳感器一樣，A/D轉換器和放大電路位於光電二極管的上層，“擋住了”一部分光線。這樣一來，通過微透鏡和色彩濾鏡進來的光線就可以最大限度地被光電二極管利用，開口率得以大幅度提高，即便是小尺寸的影像傳感器，也能獲得優良的高感光度能力。

相比較之下，傳統的表面照射型CMOS傳感器的光電二極管位於整個芯片的最下層，而A/D轉換器和放大電路位於光電二極管上層，因此光電二極管離透鏡的距離更遠，光線更容易損失。同時，這些線路連接層還會阻塞從色彩濾鏡到達光電二極管的光路，因此直接導致實際能夠感光更少。而Exmor R背照式CMOS傳感器解決了這樣的問題。

隨着CMOS工藝水平的提高與諸多技術瓶頸的解決，CMOS圖像傳感器憑藉低功耗、低成本、小體積、可隨機讀取等一系列優點，在平板電腦、智能手機等智能終端實現了廣泛應用。其中，背照式圖像傳感器正是幫助CMOS圖像傳感器實現廣泛應用的主要力量。背照式圖像傳感器不僅消除了早期CMOS傳感器噪聲較大的問題，且大幅改善了像素單元感光能力的先天不足，使得背照式像素成為CMOS圖像傳感器的主流。但隨着工藝尺寸與像素尺寸縮小，背照式CIS的發展遇到了新的問題。本課題即從優化像素結構的角度，針對背照式CIS亟待解決的滿阱容量不足及嚴重的電學串擾問題進行研究，使其從基礎上突破CIS的技術瓶頸。為改善小尺寸背照式CMOS圖像傳感器像素滿阱容量不足的缺點，本文基於提高光電二極管電容的角度，提出了一種通過改變光電二極管結構來提升滿阱容量的新方法。在新結構中，光生電子被存儲在傳統N埋層與延展的N埋層中，並由一個沿縱向插入的P型層幫助增加的電子實現全耗盡，該結構可實現阱容量的有效擴展 ^[1]  。

為改善背照式像素電學串擾問題,建立了小尺寸背面照射像素間的串擾物理模型,提出了一種應用於背照式像素的防串擾結構。該結構基於正面照射像素隔離原理,在相鄰像素間器件層背面插入溝槽隔離區域。仿真結果顯示,短波串擾構成了背照式像素中最為嚴重的串擾源;相鄰像素經該結構優化後,可有效隔離背表面中短波串擾電荷;當溝槽深為3μm時,相鄰像素串擾量可由32.73%降至8.76%;當溝槽深為4μm時,相鄰像素可實現電學串擾的完全抑制。此外,量子效率也會因該結構的使用而得到相應改善 ^[2]  。