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CMOS图像传感器的制造工艺

日期:2024-1-24 (来源:互联网)

CMOS图像传感器是一种广泛应用于数字相机、摄像头、手机等设备的光电转换装置。它能够将入射光线转化为电信号,并通过后续的电路处理和数字信号转换,实现图像的捕捉和存储。

基于CMOS的图像传感器的工作过程如下: 当可见光波长范围(400-700纳米)的光能聚集在硅衬底的光电二极管(PD)时,硅表面接收光能形成电子-空穴对(electron-hole pair)。 在此过程中产生的电子通过浮动扩散(FD)转换成电压,然后再通过模拟到BYW51-200数字转换器(ADC)转换为数字数据。

为了制造出使这一系列流程成为可能的CIS产品,需要采用CIS特有的、有别于半导体存储器的关键制造工艺技术。以下是这些关键技术的概述:

1、深层光电二极管成型工艺技术(Deep Photodiode Formation Technology):

为了提高图像传感器的感光度和动态范围,需要形成深层的光电二极管结构。这通常通过使用高能离子注入技术来实现,以便在硅基底中形成深层的P-N结。为了降低暗电流和提升图像质量,工艺中还需要精确控制退火温度和时间,减少晶体缺陷。

2、像素间隔离处理技术(Pixel Isolation Technology):

像素间的隔离对于减少串扰至关重要,它影响着图像的清晰度和色彩准确性。常用的像素隔离技术包括深槽隔离(Deep Trench Isolation, DTI)和浅槽隔离(Shallow Trench Isolation, STI)。通过在相邻像素间形成硅氧化物隔离层来防止电荷的横向扩散。

3、彩色滤波阵列(Color Filter Array, CFA)处理技术:

CFA是用于在图像传感器表面形成红、绿、蓝(RGB)等颜色滤波器的技术。通过精确的光刻和蚀刻工艺,可以形成微小的彩色栅格,这些栅格对应于每个像素点,用于捕捉不同颜色的光线。在CFA制造过程中,对阵列的均匀性、颜色准确性以及与微透镜的对准都有严格要求。

4、晶圆堆叠工艺技术(Wafer-Level Stacking Technology):

为了实现更高的集成度和功能性,CMOS图像传感器的制造可能包括将多个晶圆层堆叠在一起。这个过程需要通过晶圆键合技术来实现,它要求在纳米级别控制对准精度。堆叠技术可以使得信号处理电路和像素阵列分布在不同层上,从而减少像素尺寸,提高图像质量。

5、有助于提高CIS良品率和产品质量的控制技术:

生产过程中,良品率和产品质量的控制关键在于精确的工艺控制和质量检测。这包括环境控制,如无尘室等级的管理,以及工艺参数的精确控制,比如化学物质的纯度、温度、湿度和时间。另外,使用自动化的视觉检测系统可以在生产线上实时检测缺陷,及时调整工艺参数。统计过程控制(Statistical Process Control, SPC)和故障模式与影响分析(Failure Mode and Effects Analysis, FMEA)也是保证生产过程稳定性和预防问题的重要工具。

通过这些高精尖的制造技术,CMOS图像传感器的生产能力和产品性能得到了显著提升,满足了日益增长的市场需求。然而,由于制造过程的复杂性,持续的工艺改进和创新是实现更高良品率和产品质量的关键。


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