堆棧式/背照式和傳統(tǒng)CMOS有什么區(qū)別?
簡單來說，傳統(tǒng)（前照式）CMOS、背照式（Back-illuminated）CMOS、堆疊式（Stacked）CMOS之間，最大最基礎(chǔ)的差別就在于其結(jié)構(gòu)。
影響最終成像效果不僅僅靠CMOS，還需要考慮鏡頭以及拍照算法等。
其實并不是越先進的結(jié)構(gòu)也一定更好，這得看用了什么工藝（比如180nm沉浸式光刻還是500nm干刻）和技術(shù)（比如索尼“Exmor”每列并列獨立的模擬CDS+數(shù)模轉(zhuǎn)換+數(shù)字CDS的標志性的降噪讀出回路）。優(yōu)異的工藝和技術(shù)可以使得即便不使用更新結(jié)構(gòu)的CMOS，同樣擁有更好的量子效率、固有熱噪聲、增益、滿阱電荷、寬容度、靈敏度等關(guān)鍵型指標。
首款1英寸堆棧式CMOS傳感器相機 索尼黑卡 RX100IV：5580元
在相同技術(shù)和工藝下，底大一級的確壓死人（微單吧名言）。
人類的進步就是在不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。
背照式以及堆棧式CMOS的出現(xiàn)，也是為了解決之前CMOS的種種問題。
一、傳統(tǒng)（前照式）CMOS與背照式（Back-illuminated）CMOS
傳統(tǒng)CMOS真正的名稱應(yīng)該是前照式CMOS，這兩個放一起介紹風味非常好的～
先看一張前照式和背照式的橫剖對比圖示。
一般的CMOS像素都由以下幾部分構(gòu)成：片上透鏡（microlenses）、彩色濾光片（On-chip color filters）、金屬排線、光電二極管以及基板。
傳統(tǒng)的CMOS是圖中左邊的“前照式”結(jié)構(gòu)，當光線射入像素，經(jīng)過了片上透鏡和彩色濾光片后，先通過金屬排線層，最后光線才被光電二極管接收。
大家都知道金屬是不透光的，而且還會反光。所以，在金屬排線這層光線就會被部分阻擋和反射掉，光電二極管吸收的光線能就只有剛進來的時候的70％或更少；而且這反射還有可能串擾旁邊的像素，導致顏色失真。（目前中低檔的CMOS排線層所用金屬是比較廉價的鋁（Al），鋁對整個可見光波段（380～780nm）基本保持90％左右的反射率。）
這樣一來，“背照式”CMOS就應(yīng)運而出了，其金屬排線層和光電二極管的位置和“前照式”正好顛倒，光線幾乎沒有阻擋和干擾地就下到光電二極管，光線利用率極高，所以背照式CMOS傳感器能更好的利用照射入的光線，在低照度環(huán)境下成像質(zhì)量也就更好了。
二、背照式（Back-illuminated）與堆疊式（Stacked）
堆疊式CMOS最先出現(xiàn)在索尼推出的移動終端用CMOS上，Exmor RS為其注冊商標。
堆疊式出現(xiàn)的初衷其實不是為了減少整個鏡頭模組的體積，這個只是其附帶好處而已。
CMOS的制作和CPU的制作類似，需要特殊的光刻機對硅晶圓進行蝕刻，形成像素區(qū)域（Pixel Section）和處理回路區(qū)域（Circuit Section）。像素區(qū)域就是種植像素的地方，而處理回路顧名思義，就是管理這一群像素的電路。
為了提高像素集合光的效率，需要引入光波導管。光波導管的干刻過程中，硅晶圓和像素區(qū)域會有損傷，此時則要進行一個叫做“退火（annealing process）”的熱處理步驟，讓硅晶圓和像素區(qū)域從損傷中恢復回來，這時候需要將整塊CMOS加熱。好了，問題來了，這么一熱，同在一塊晶圓上的處理回路肯定有一定的損傷了，原先已經(jīng)“打造”好了的電容電阻值，經(jīng)過退火后肯定改變了，這種損傷必定會對電信號讀出有一定影響。
這么一來，處理回路躺著都中槍，像素區(qū)域的“退火”是必須的。
還有一個問題，索尼目前建有的移動終端用CMOS的制程是65納米干刻，這個65納米的工藝對于CMOS的像素區(qū)域的“種植”是完全足夠的。但是處理回路區(qū)域的“打造”，65納米是不夠的，如果能有30納米（實際提升至45nm制程）的工藝去打造電路，那么處理回路上的晶體管數(shù)量就幾乎翻番，其對像素區(qū)域的“調(diào)教”也就會有質(zhì)的飛躍，畫質(zhì)肯定相應(yīng)變好。但因為是在同一塊晶圓上制作，像素和回路區(qū)域需要在同一個制程下制作。
處理回路：“怎么吃虧的總是我！”
如此魚和熊掌不可兼得的事情，假如解決了多好！于是索尼的工程師打起了晶圓的基板 （BOSS登場）的主意。
先來看這張結(jié)構(gòu)圖。原來處理回路是和像素區(qū)域在同一塊晶圓上打造的。
那么不妨把處理回路放到那里去？
首先利用SOI和基板的熱傳導系數(shù)差異，通過加熱將兩者分開。
像素區(qū)域放到65納米制程的機器上做，處理回路則放到制程更高（45nm）的機器上做。
然后在拼在一起，堆棧式CMOS也就這樣誕生了。
上邊遇到的兩個問題：
①像素“退火”時回路區(qū)域躺著中槍。
②在同一塊晶圓上制作時的制程限制。
均迎刃而解！
堆疊式不僅繼承了背照式的優(yōu)點（像素區(qū)域依然是背照式），還克服了其在制作上的限制與缺陷。由于處理回路的改善和進步，攝像頭也將能提供更多的功能，比如說硬件HDR，慢動作拍攝等等。
像素與處理回路分家的同時，攝像頭的體積也會變得更小，但功能和性能卻不減，反而更佳。像素區(qū)域（CMOS的尺寸）可以相應(yīng)地增大，用來種植更多或者更大的像素。處理回路也會的到相應(yīng)的優(yōu)化（最重要不會在“退火”中槍了）。■
via：xjrumo
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