Understanding CMOS Image Sensor(23) _像素密度

强烈推荐一个芯片制造的视频，和制造过程是差不多的。
言归正传，在FSI工艺下，光线需要穿越多层电路结构才能抵达硅感光区，如下图所示。

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传统FSI工艺的一个主要不足之处在于光敏PN结与滤光膜和微透镜之间需要制造若干层电路结构，由于电路高度问题会限制PN结可收集光线的面积和角度，同时光线在前进过程中会与电路结构发生吸收、散射，所以会增加光能的损耗，如下图所示。

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下图是FSI像素在电子显微镜下的照片。

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3.11 主光线角（CRA）
主光线角（Chief Ray Angle, CRA)是衡量收集入射光能量的一个主要参考指标。尤其是对于经典的FSI工艺，由于多个金属布线层的存在导致CRA 不太容易提高。如下图所示，使用铜线可以在一定程度上改善CRA 但也会提高成本。

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CRA 经常是限制性能的一个重要因素，而下面将要介绍的BSI 工艺则可以显著改善CRA ，使之不再成为一个主要问题。
3.12 背照式工艺（BSI）
随着半导体工艺的进步，人们发现其实可以将wafer打磨得非常薄，让光线穿透wafer ，从背面入射到感光PN结，这个想法无论在技术上还是成本上都已经变得可行，于是就产生了背照式工艺（Back Side , BSI）。BSI工艺的主要特点（也是难点）是生产过程中需要两次固定装夹，一次在wafer背面制造滤光膜和微透镜，一次在wafer正面制造感光PN结和电路结构。两次装夹定位的重复精度要求极高，才能保证光线能够通过背面的微透镜精准聚焦到PN结上。
下图是BSI工艺的典型流程，中间一个非常关键的步骤就是"flip wafer" 。

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下图是BSI像素的微观结构照片。

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下图是FSI工艺和BSI工艺的原理对比。

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下图是 BSI工艺流程和简介。

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BSI (Back Side ) 工艺
下图是Sony BSI工艺的简介。

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Sony
FSI 与 BSI 工艺效果对比 @
左侧：Sony 20mp RX100 CMOS
右侧：Sony 20mp RX100 II BSI CMOS

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下图是另一个FSI工艺与BSI工艺效果对比的例子。

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3.13 其它进展
Sony 于2007年推出第一代Exmor系列CMOS 图像传感器。与传统CIS技术相比， Exmor 的主要特点是为每列像素配置了专用ADC和额外的CDS 。由于ADC单元与像素的物理距离更近，并且由于大规模并行化可以降低单个器件的工作频率，所以极大地改善了的噪声特性。而新增的CDS又进一步抑制数字噪声。