背照式(BSI)图像传感器

背照式(BSI)图像传感器是指采用从背面对传感器进行照明，即采用背面照度技术(BSI）的传感器。

　　采用BSI构建像素，光线无需穿过金属互连层(见图3)。然而，这仍然对光路径带来一些限制，幸运的是，促使FSI技术不断改进的许多知识和技术进步可以直接应用于BSI技术，从而为提高 BSI 性能打下了坚实的基础。

BSI技术的第一步是汇聚进入光电二极管光学区域的入射光，其光学要求与FSI相同，不过现在微透镜的位置更接近光电二极管，需要淀积更厚的微透镜材料层，以获得更短的焦距。与由互连层创建的自然孔径的FSI技术不同，BSI需要最大限度地减小串扰，因而必需通过在光电二极管上淀积金属栅格（metal grid）来增加一个孔径。
由于BSI晶圆是翻转（inverted）的，故入射光首先会入射到光电二极管附近的硅体材料。这时，由于漫射到邻近像素或在背面界面的漫射与重新汇合，光线会形成串扰而产生损耗。蓝光尤其容易发生这种现象，导致蓝色QE减小，而串扰增加。可喜的是，通过利用先进的背面处理和更深的光电二极管来捕获蓝光，可以解决这些问题。

　　BSI的主要优势是能够使电气组件与光线分离，使光路径能够被独立地优化，反之亦然。而且，这无需在金属层或光导管中创建一个孔径，从而消除了入射光的损耗机理。其最终结果是BSI能够获得更高的QE。

　　BSI图像传感器超越传统FSI器件的另一个主要优势是像素的光堆叠高度更低。但应当注意的是，相比具有光导管的FSI架构，这一优势并不明显，这是因为对于后者，由于光线在互连堆叠的顶部聚集，并由光导管限制和导引到光电检测器表面，有效光堆叠高度也会减小。

　　对于1.4微米BSI像素，QE范围通常为50~60%，而串扰范围为15~20%。在1.4微米下，BSI的高QE结合略微受影响的串扰，带来可与1.4微米FSI像素相媲美的总体图像质量。应该注意的是，1.4微米BSI技术虽然刚刚进入市场，但正如以往的像素技术一样，其性能预计也将逐渐提升。今天，1.1微米BSI像素尚处于早期开发阶段，不过一旦它们能够投入生产，预计QE将达到50~60%，串扰为10~30%。届时这些1.1微米BSI像素将会胜过1.1微米FSI像素，因为FSI像素在缩小至1.1微米时存在制造难题。

　

　　BSI器件架构本身带来了串扰挑战，导致无法精确地收集光子，因而减低了色彩修正矩阵的性能，并引起SNR下降。BSI还需要额外的晶圆粘片和减薄(mounting and thinning) 、背面处理对准（alignment for backside processing）以及背面界面钝化（passivation）对准等制造处理工艺，所有这些工艺都会增加成本和容差。此外，以往在前面(front side)进行的CFA和微透镜处理，现在必须在背面进行。这时，由于晶圆翘曲以及材料背面上结构对准存在的挑战，对准变得更加困难。

BSI的相关成本较高，导致某些BSI传感器制造商瞄准成本较不敏感的高端相机应用，业界权威人士承认BSI技术的平均销售价格较高。影响成本的因素还有成本较高、更先进的工艺技术等等。

BSI的另一个缺点是需要背面钝化，相比前表面处理，背面处理比较麻烦，从而使处理工艺选项非常有限。此外，晶圆的前表面已有载具晶圆键合（carrier wafer bond）和金属化，这也限制了处理工艺选项。因而，钝化层需要淀积而不是生长在背表面上。而且，钝化层中的缺陷将会影响背表面的缺陷，导致更高的喑电流和更大的热像素缺陷可能性。

创建BSI图像传感器还需要新工艺的开发，而且新技术走向成熟和良率提升需要一定的时间，大多数图像传感器销售商都正在投资BSI工艺开发，克服这些障碍只是时间问题。