浅沟槽隔离与深沟槽隔离都在半导体中建立边界,但名称本身没有完整说明它们控制哪条电学或光学路径。在图像传感器里,更有意义的比较是:边界相对于晶体管、电荷收集区和光传播路径处在什么位置。
从需要分开的路径出发
近表面晶体管隔离,与半导体内部相邻像素收集体积的分隔,是不同几何问题。较浅边界可以打断一条路径,却仍可能让另一条路径从旁边或下方绕过。
更深的沟槽可能把分隔延伸到像素体积的更大部分,但效果仍取决于几何、材料界面、势能分布,以及从哪一侧形成结构。“深”这个字不能直接证明完整电学或光学隔离。
Process checkpoint · 工艺坐标
理解 Silicon Full Trench Etch (Anisotropic) 的工艺作用
定位定义正面像素隔离边界的深硅沟槽。
与「STI 与 DTI:沿图像传感器的隔离路径看区别」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · F_DTI · Step 16
电学隔离和光学约束要分开
电学串扰关注原本与某像素信号相关的载流子,怎样被邻近像素收集;光学串扰关注电荷收集之前,光传播到哪里、在哪里吸收。同一个结构可能同时影响两者,但作用机制不同。
图像传感器 DTI 研究会把隔离与光学设计一起讨论。这支持我们分别检查两条路径,而不是宣称加入深沟槽就一定改善所有传感器指标。
| 阅读问题 | 近表面隔离示例 | 像素深度隔离示例 |
|---|---|---|
| 重点几何在哪里? | 表面器件区域 | 延伸到部分像素体积的边界 |
| 要追踪什么路径? | 表面或近表面导电 | 载流子迁移,以及可能的光传播 |
| 还需考虑什么? | 界面质量和局部静电 | 侧壁界面、几何和光学边界行为 |
| 名称不能证明什么? | 整个像素深度都隔离 | 零串扰或零暗电流 |
更多边界,也带来更多界面要求
沟槽不仅改变几何,也会产生或暴露半导体表面。界面缺陷可能参与产生与复合,界面附近电荷会改变局部势能。这些效应在传感器中尤其重要,因为不需要的电荷也可能表现得像信号的一部分。
所以,只问沟槽是否更深,会漏掉重要集成要求:新边界除了位置正确,还需要具备合适电学状态。完整解释应同时指出被阻挡的路径,以及为了阻挡它而引入的界面。
两条路径的思想实验
设想光进入一个像素,却在预期横向区域之外吸收。吸收之后再分隔载流子收集,不一定能撤销已经发生的光学偏移。再设想吸收发生在正确区域,但载流子扩散到邻近像素;只改变光学边界,也不一定解决这条电学路径。
这两个例子说明,即使同一沟槽影响两者,也需要分别评价光学与电学隔离;通用工艺示意图不能直接给出串扰性能。
原始资料链接
参考来源
Physics of Semiconductor Devices - Full
S. M. Sze, Kwok K. Ng
Physics of Semiconductor Devices · ISBN 978-0-471-14323-9
Deep Trench Isolation and Inverted Pyramid Array Structures Used to Enhance Optical Efficiency of Photodiode in CMOS Image Sensor via Simulations
Chang-Fu Han, Jiun-Ming Chiou, Jen-Fin Lin · Sensors