從光的入射方向來看，CMOS傳感器有“前照”與“背照”的區(qū)分。從字面理解，“前照”好比光直接照射到物體的正面，如圖示里的“小黃”；“背照”好比光照射到物體的反面，如圖示里的“小黑”。

假定小黃與小黑相向而行，走在一條鄉(xiāng)間小路上。一輛車的燈光打在小黃的臉上，同時(shí)也打在了小黑的背上。顯然，小黃受到車燈對(duì)眼部的直接刺激，不利于繼續(xù)行走；而小黑由于是背后受光，車燈照亮了前路同時(shí)不刺激眼部，前行會(huì)更為容易。

從生活化的場(chǎng)景回到CMOS傳感器的角度，“前照式”、“背照式”又有什么區(qū)分呢？

首先，如圖1所示，我們剖開前照式(FSI，全稱front side illumination)的芯片，“取出”3個(gè)像元，放大到如圖2所示的尺寸。背照式(BSI，全稱back side illumination)的像元選取也類似。

在下述像元剖視圖中，半球1代表透鏡，綠色與紅色區(qū)域2代表濾光層（綠色區(qū)域僅過濾保留綠光，紅色區(qū)域同理），黃色區(qū)域3代表金屬層。在前照式圖中，藍(lán)色區(qū)域4代表包含了像元層的半導(dǎo)體基板。在背照式圖中，藍(lán)色區(qū)域4代表包含了像元層的第一層半導(dǎo)體基板。需要指出的是，背照式的這層基板在后續(xù)工藝中被減薄至幾個(gè)μm；為了保障傳感器不易碎，需要如背照式藍(lán)色區(qū)域5所示的第二塊晶圓作為支撐基板。具體過程可參見本文最后的背照式生產(chǎn)工序流程圖。

注：鄰近的像元本身也會(huì)發(fā)生“爭(zhēng)斗”（串?dāng)_），我們將3個(gè)像元形象化地比喻為“愛爭(zhēng)斗的三兄弟”——“Spike”、“Jerry”、“Tom”。

從圖像傳感器的發(fā)展史來看，前照式像元出現(xiàn)較早，結(jié)構(gòu)從上至下依次為：微透鏡→濾光片→金屬層→像元（位于基板內(nèi)部的上表面）→基板（此處特指像元下方的基板區(qū)域）。前照式最大的特點(diǎn)在于，受制于當(dāng)時(shí)的工藝水平，金屬層位于像元之上。因此，光線抵達(dá)像元進(jìn)行成像之前，必須先經(jīng)過金屬層的“考驗(yàn)”。受到金屬層的阻礙（光線反射等），相當(dāng)一部分光線無法被有效利用，進(jìn)而會(huì)限制圖像成像效果。

隨著工藝的改良，出現(xiàn)了背照式像元。其結(jié)構(gòu)與前照式像元類似，從上至下依次為：微透鏡→濾光片→像元（此處像元依托的基板已被極大減薄）→金屬層→第二層支撐基板。不過，背照式最大的特點(diǎn)在于，金屬層位于像元之下。這樣光線可以直接抵達(dá)像元，改善了在低照度環(huán)境下的成像質(zhì)量。另外，由于被放置在了底層，金屬層獲得了更為靈活與獨(dú)立的空間，可以實(shí)現(xiàn)更多層的金屬布線。

從前照式到背照式，看似只是內(nèi)部器件順序上的簡(jiǎn)單調(diào)整，其實(shí)更是工藝水平的革新。通過將像元置于金屬層之上，意味著承載像元的基板要非常薄，約是前照式像元的1/100。依賴工藝的革新，背照式像元最終才得以實(shí)現(xiàn)（可以想見，背照式像元生產(chǎn)成本也相對(duì)較高）。

除了結(jié)構(gòu)與成像效果上的差異，具體到生產(chǎn)工藝上，前照式與背照式也有不小區(qū)分。如圖3所示，背照式的制作多出了“倒扣”“晶圓減薄”等環(huán)節(jié)，工藝要求更高的同時(shí)，制作成本也會(huì)比前照式高。同時(shí)，正是由于背照式工藝的進(jìn)步，CIS(全稱CMOS image sensor)的性能才得以大幅提升，最終替代CCD(全稱charge coupled device)成為了圖像傳感器的主流。