索尼員工Taku Umebayashi在 2020 年春季榮譽勳章頒獎典禮上被授予紫綬帶勳章。紫綬勳章旨在表彰在科技領域、學術、體育、藝術和文化領域的發明和發現方面取得傑出成就的有影響力的人物。該獎章授Umebayashi先生，以表彰他在开發堆疊式多功能 CMOS 圖像傳感器方面取得的成就。他的研發成果已於2016年獲得國家發明表彰的總理獎，並獲得日本發明與創新研究所（“JIII”）的推薦。
下面提供了對堆疊式多功能 CMOS 圖像傳感器和支持它們的索尼著名發明的說明。
1. 關於堆疊式 CMOS 圖像傳感器
CMOS圖像傳感器，也稱爲“電子眼”，是一種將光轉化爲電子信息的半導體核心部件。它們通常以其在智能手機攝像頭中的應用而聞名，但也被廣泛用作各個領域的關鍵組件，例如安全攝像頭、車輛自動駕駛、工廠自動化等工業應用和醫療應用。如此廣泛的用途也需要各種各樣的功能。在傳統的CMOS圖像傳感器中，執行光電轉換的像素部分和信號處理電路部分形成在同一硅基板上，因此不可能同時增加多功能化的電路尺寸和小型化結構。
爲了克服這些技術挑战，採用了一種新的方法，將像素部分和信號處理電路部分分別形成在兩個獨立的硅基板上，並且將兩個硅基板高精度對准和鍵合，並在多個點進行電連接(日本專利號 5773379 Taku Umebayashi, Hiroshi Takahashi, Reijiro Shoji)。其結果是，在像素部分正下方確保了寬廣的信號處理區域，同時實現了小型化和多功能化，而不會損害背照式 CMOS 圖像傳感器已經擁有的高質量性能。“一層”硅半導體器件改爲“二層”。該技術作爲堆疊式多功能 CMOS 圖像傳感器在世界上首次實現量產和商業化。
近年來的智能手機相機可以支持各種成像場景，不僅在圖像質量方面，而且在功能和可操作性方面都得到了顯着提高。可以毫不誇張地說，堆疊式 CMOS 圖像傳感器極大地促進了這些應用的發展。
2. 索尼支持堆疊式 CMOS 圖像傳感器的發展
堆疊式 CMOS 圖像傳感器中採用的 Cu-Cu 連接
索尼已經开發了涉及與形成在像素芯片和邏輯電路芯片的分層表面上的銅焊盤直接連接的技術（例如上述相同的專利）。由於這將不需要貫穿像素芯片的電連接部分，因此可以去除連接區域，因此可以以高生產率使圖像傳感器更小。該技術在引腳布局和高密度方面提供更大的自由度，將有助於未來具有更廣泛和更高功能的堆疊式CMOS圖像傳感器的發展。
適合與邏輯電路芯片堆疊的背照式 CMOS 圖像傳感器
背照式結構最大限度地減少了不同光學角度導致的靈敏度下降，同時也增加了進入每個像素的光量，因爲沒有障礙物，例如已經移動到硅的另一側的金屬布线和晶體管基質。然而，與傳統的前照式結構相比，背照式結構的器件結構和制造工藝通常會產生噪聲、暗電流、像素缺陷或混色等問題，從而導致圖像質量下降和導致信噪比下降。
爲了克服這個問題，索尼开發了一種獨特的光電二極管結構（例如日本專利號 3759435 Ryoji Suzuki、Keiji Mabuchi、Tomonori Mori），通過減少噪聲、暗電流和缺陷像素來實現更高的靈敏度和更低的隨機噪聲。此外，索尼的高精度校准等先進技術解決了混色問題。
用於背照式 CMOS 圖像傳感器的固定光電二極管
索尼發明圖像傳感器的歷史可以追溯到 CCD 時代。最重要的是，Pinned Photodiode 是一項有助於提高背照式 CMOS 圖像傳感器性能的技術，其發明和產品开發歷史如下。
1975 年，索尼發明了一種採用背照式 N+NP+N 結型和 N+NP+NP 結型固定光電二極管 (PPD) 的 CCD 圖像傳感器（日本專利申請號 1975-127646、1975-127647 Yoshiaki Hagiwara ）。同年，受這種結構的啓發，索尼發明了一種具有 VOD（垂直溢漏）功能的 PNP 結型 PPD（日本專利第 1215101 號萩原義明）。之後，索尼成功制作了採用 PNP 結型 PPD 技術的幀傳輸 CCD 圖像傳感器的原理原型，首次通過離子注入技術在光接收部分附近形成了高雜質濃度 P+ 溝道停止區。世界時間，其技術論文發表在學術會議 SSDM 1978 (Y. Hagiwara, M. Abe, and C. Okada, "
三、未來展望
堆疊式 CMOS 圖像傳感器使得爲 CMOS 圖像傳感器本身添加全新功能成爲可能，並爲圖像傳感器市場的急劇擴張做出了貢獻。因此，它促進了國內對圖像傳感器量產設備的投資，並爲日本半導體產業注入了活力。
在即將到來的 IoT 和 AI 技術時代，堆疊式多功能 CMOS 圖像傳感器將作爲支持新時代的成像設備平台發揮重要作用，許多搭載該技術的產品有望讓我們的生活更加豐富方便，爲社會基礎設施的發展和完善作出巨大貢獻。
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標題：堆疊式CMOS圖像傳感器的未來展望
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