作者：詹斯琦 王真真 李哲
来源：《科学与财富》2016年第31期
摘 要：背照式CMOS图像传感器是是相对于正照式而提出的一种图像传感器。本文先简要介绍传感器光电性能的技术发展概况，并从专利文献的视角对背照式CMOS图像传感器的发展进行了统计分析，总结了与背照式CMOS图像传感器相关的国内外专利的申请趋势、主要申请人分布，并从中得到一定的规律。 关键词：背照式；图像传感器；专利申请；技术发展路线
引言
CMOS图像器的研究起始于20世纪60年代末，由于当时受工艺技术的限制，直到90年代初才发展起来， 与CCD 技术相比，CMOS 技术集成度高、采用单电源和低电压供电、成本低和技术门槛低，至今己研制出三大类CMOS图像传感器，即CMOS无源像素传感器PPS、CM
OS有源像素传感器APS和CMOS数字像素传感器DPS。根据像素结构可将CMOS图像传感器分为正面照射型像素单元结构FSI和背照式像素单元结构BSI。
一、背照式CMOS图像传感器技术简介
背照式CMOS图像传感器是相对于正照式而提出的，是指采用从背面对传感器进行照明，通过将正照结构中器件层与金属布线层整体翻转，把原本阻碍光路的金属布线层挪至光路另一侧，入射光无须经过金属布线层，可通过基板的背面直接到达光电二极管，如此大幅降低金属布线层对光子的衍射与串扰。
然而由于使光线尽可能地入射至光电二极管，就需要对硅基进行减薄，这就给制造工艺带来了较大的困难，如硅片厚度一致性、硅基背面损伤等问题。并且在BSI 背照式像素内，光子是由衬底一侧入射的，入射的红光由于吸收深度较深，其激发区域比FSI中更靠近N埋层而易被收集，这使得 BSI的红光量子效率确实比FSI有所改善，但对于入射深度较浅的蓝绿光，其激发区域更靠近表面，使得光生电子更加不易被收集，即背照式CIS在短波下串扰问题更为严重。此外，由于像素单元光电二极管是CMOS图像传感器的核心结构，对背照式CMOS图像传感器性能起到重要作用，而填充因子、量子效率、满阱容量、暗电流、串扰等
都是表征光电二极管性能的重要参数，因此，目前背照式图像传感器的技术主要从基板减薄、串扰、暗电流、像素灵敏度、满阱容量等方面发展。
二、背照式CMOS图像传感器国内外专利概况
背照式CMOS图像传感器是一个近十年才发展起来的新兴技术，最早的关于背照式CMOS图像传感器的专利技术由日本索尼公司在2005年提出，图2.1是背照式CMOS图像传感器国内外专利申请趋势，可见，背照式CMOS图像传感器从2005年至今也得到了快速的发展，申请量在这2005年-2012年里几乎成正比例关系持续增长，从2005年的萌芽阶段，到2010年左右较为成熟阶段，从2010-2012年申请较之前而言更是得到了大幅度的增长。此外，从图中可以得出国外与国内的申请量的差别，在同一时期，国外的申请量几乎是国内申请量的5倍左右，并且在2012年左右，国外申请得到迅速增长，而在该时期，国内的申请依旧呈平稳式的增长。可见，在背照式CMOS图像传感器领域，技术的主动权还是掌握在国外申请人手里。
本节还从国内外专利申请重要申请人方面对背照式CMOS图像传感器领域的专利申请做进一步分析，主要考虑申请人历年的申请总量，按照申请总量进行排名，取前10名申请人进
行分析。图2.2是全球专利申请量排名前10名的申请人。可见，前10名的申请人集中在台湾、日美韩四个地区/国家，尤其是台湾积体电路制造股份有限公司在背照式CIS领域占据了30%以上的申请量，属于该领域的龙头企业，其技术领导地位可见一斑，其次为日本的索尼公司和美国的豪威科技公司。中国除台湾地区以外，没有企业进入国内外申请人前10名，这说明中国的企业在该领域仍旧处于被动发展的状态。
图2.3是中国内地专利申请量排名前10的申请人。对然内地的企业未能进入国内外申请人前10名，但在内地还是有较多的企业/合资企业对该领域进行研究，除去国内外合资企业以外，如武汉新芯、上海华力微电子、上海华虹宏力等企业在该领域占据整个国内申请的30%左右，说明该领域在内地也有一定的知识产权自主权，未来发展指日可待。
三、结语
背照式CMOS图像传感器目前还处于技术发展阶段，申请国家主要集中在日本、美国和台湾，其不仅研发时间早，申请的专利数量多，还掌握了大部分的核心技术。虽然我国对该技术的研究起步晚，但可观的是近年来许多企业对该技术也进行了大量的研究，尽管都是在原有的架构上进行细节的改进，但其改进的技术不仅取得了不错的技术效果，而且还能逐渐
应用与产业生产并投入市场中。从国家的申请量方面的分析可以看出，中国在该领域的市场还是有发展潜力的，在今后的发展中，国内该领域的申请人也应多研究和借鉴前沿技术，加强专利布局，重视核心技术的外围开发，以增强我国专利技术的竞争实力。
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