探问索尼 揭开Exmor R技术背后的秘密

早已用于天文摄影等领域：Exmor R的研发史

    日媒：很多年前，这个概念就已经为人们所了解，为什么这项技术现在才得以实现？

    平山：Exmor R CMOS所使用的“背照射技术”（back irradiation）作为一个影像传感器领域的概念，提出已经20年了。此前，这项技术仅被用于科学研究/工业生产方面的精确测量和科研级的天文拍摄（专用的天文摄影CCD或CMOS），因为“背照射技术”能够带来不可思议的特性，捕获到更多的图像信息。但是，很多年以来，这种技术无法投入大批量生产——因为，其工作温度难以控制，需要专门的冷却装置来使其稳定工作——否则过热反而会引入更多的噪音。现在，我们通过工艺和技术的改良，使该技术能够应用在普通的环境下，并投入大规模的商业生产，可以说是使其发展到一个全新的阶段。

    日媒：为什么背照射式CMOS有可能引入更多噪声，并如此难于大批量制造？

    平山：如我们所知，CCD和CMOS传感器，部件使用不同的材料，分层排布:用单晶硅制作衬底（这些单晶硅就是光电二极管,衬底就是感知光线的层），在其表面上则是氧化法获得的二氧化硅线路连接层（绝缘层），在绝缘层上（使用蒸镀的方法）装上多晶硅或金属组成的电级——各种硅（单晶硅，多晶硅，硅的氧化物，金属）按传统的科学的顺序分层排列（就可以最大程度的减少噪声，而此时，光电二级管就不得不被安排在整个传感器芯片的最底下）如果这个顺序被打乱，噪声就会产生。

    平山：如果受光的表面和（上文提到的传感器内）不同层的交越面在同一个方向（不同材料层的交越面就是噪声产生的源头），那么噪声的控制相对还好处理一些。而对于“背照射式”传感器来说，受光表面和不同材料层的交越面在两个方向上（线路连接层，绝缘层都在另一侧），这就使控制噪声的工作变得更复杂！

    平山：最后，是一个材料机械强度的问题：我们知道CCD和CMOS都是在一个晶圆上刻制完成的。以外传统的CCD和CMOS，我们在一块700微米厚（0.7mm）的硅晶圆上制作这个芯片。现在，背照射式CMOS，要求我们在整个厚度只有8个微米的单晶硅晶圆上制作芯片，这个难度在当初是不可想象的。简单一句话，现在，我们能够克服“背照射式”CMOS自身的特性和工艺上的难点，使之投入普通环境下的大规模商业应用，已经是完成了一个相当艰巨的工作。

    日媒: 那么，是怎样做到把（不同材料层的排列）颠倒过来的

    平山：……（重复已经介绍过的CCD和CMOS片上层的分布），总之，在“背照射式”传感器上，我们把这些线路连接层都放到了和传感器受光面相反的另外一侧，而微透镜和色彩滤镜布置在受光面的一侧。

下图，早期的固态影像传感器的封装，可以看到分层处理硅晶圆的效果

    日媒: 那么你们已经把硅原有的排列顺序破坏了？

    平山：似乎是这样。

    日媒: 那么现在，是否会因此产生噪声呢？

    平山：（材料的厚度）它从750微米减小到3微米，进行正面的加工，需要非常严谨的控制……当变薄以后，噪声源（材料层级间交越面）就得到了最大程度的抑制。

    接下来，日媒围绕关于Exmor R CMOS艰苦的研发过程进行了一些提问，譬如“在很薄的材料上加工是否会容易造成材料损失”，“研发的历史”，“研发过程中来自内部的阻力”等等。平山先生和松井先生都一一作答，他们提到Exmor R CMOS的研发计划始于2003年，最初平山先生们尝试背照射式CMOS技术时，遇到了很大的阻力，包括来自内部保守人士的反对和资金上的限制。平山提到，索尼是一个有趣的公司，人们都在期待新技术的出现，但却提供和平时一样的资金。