前照式、背照式與堆疊式影像感測器的差異：結構、感度、速度比較
CMOS 影像感測器依光從哪一面入射、電路放在哪裡，可分為 3 種結構。前照式（FSI）從有導線層的正面讓光入射，因此部分光線會被導線遮擋。背照式（BSI）將晶圓翻面並薄化至數 µm，從沒有導線的背面讓光入射，因此即使畫素很小也能確保感度。堆疊式是將 BSI 的畫素晶片，與具有讀出及影像處理電路的邏輯晶片貼合而成的結構，可以縮小晶片並加快讀出。
| 項目 | 前照式（FSI） | 背照式（BSI） | 堆疊式 |
|---|---|---|---|
| 光的入射面 | 有導線層的正面。光線穿過微透鏡、彩色濾光片及多層導線之間，到達光二極體 | 導線層的另一側（背面）。不經過導線即到達光二極體 | 背面。畫素晶片為 BSI 結構 |
| 基本結構 | 在 1 片矽基板上製作畫素與周邊電路 | 完成正面製程後，貼合到支撐晶圓上，再將原本的基板薄化至數 µm | 將畫素晶圓，與負責讀出、AD 轉換、影像處理的邏輯晶圓貼合。以邏輯晶圓取代支撐晶圓 |
| 開口率與感度 | 導線會遮擋部分光線，畫素越小感度越容易下降 | 幾乎整個畫素面積都能受光，感度高 | 與 BSI 相同 |
| 斜向入射的光 | 光線通過的膜層較厚，斜向的光容易損失 | 光路短，對斜向的光較強 | 與 BSI 相同 |
| 導線的自由度 | 必須讓導線避開光路，層數與配置受到限制 | 沒有光學上的限制，可以增加導線層 | 可將大部分電路移到邏輯晶片上 |
| 周邊電路的位置 | 在畫素陣列的周圍，以與畫素相同的製程製作 | 在畫素陣列的周圍，以與畫素相同的製程製作 | 放在畫素下方的邏輯晶片上，可用適合邏輯的微細製程製作。也有加入記憶體晶片的 3 層例子 |
| 晶片面積 | 比畫素區域大出周邊電路的部分 | 比畫素區域大出周邊電路的部分 | 電路位於畫素下方，因此可以縮小 |
| 讀出速度與功能 | 標準 | 標準 | 容易增加電路，容易搭載高速讀出、高影格率、HDR 等處理 |
| 製造難度 | 最簡單且便宜 | 需要貼合、薄化，以及背面的表面處理（鈍化） | 除了 BSI 的製程，還需要晶圓之間的接合與電性連接（TSV 或 Cu-Cu 混合鍵合），最為複雜 |
| 主要課題 | 畫素微縮有其極限 | 背面缺陷造成的暗電流、薄矽中對相鄰畫素的串擾（以 DTI 抑制）、紅光及近紅外光的感度下降 | 除了 BSI 的課題，還有接合的良率，以及邏輯電路的發熱對暗電流與雜訊的影響 |
| 主要用途 | 畫素較大的工業用或低成本感測器 | 智慧型手機、數位相機等，需要以小畫素確保感度的感測器 | 高性能智慧型手機、高速攝影相機、車用等，需要速度與小型化的感測器 |
數值為具代表性的大致參考值，會因世代或產品而異。