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  5. STI 与 DTI:沿图像传感器的隔离路径看区别
器件物理2026年9月11日·作者 Joseph Swann

STI 与 DTI:沿图像传感器的隔离路径看区别

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

40nm/F_DTI/Step 16
正在加载图示…
工艺截面示意图 · 40nm BSI CMOS Image Sensor · 步骤 16

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

  1. 1. Silicon Full Trench Etch (Anisotropic)
  2. 2. Si Etch
查看这一步的工艺作用→可公开打开 · 阅读范围见步骤页

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

  • Physics of Semiconductor Devices, Third Edition
  • Deep Trench Isolation and Inverted Pyramid Array Structures Used to Enhance Optical Efficiency of Photodiode in CMOS Image Sensor via Simulations

参考来源

[T3] 教科书2006

Physics of Semiconductor Devices - Full

S. M. Sze, Kwok K. Ng

Physics of Semiconductor Devices · ISBN 978-0-471-14323-9

[P4] 论文2020

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

DOI: 10.3390/s20113062

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常见问题

DTI 会取代全部 STI 吗?
不一定。传感器与外围电路中,不同结构可能服务于不同位置和任务。
DTI 一定从背面形成吗?
不是。存在正面和背面集成方式,具体方向必须由真实流程说明。
更深隔离会带来暗电流方面的问题吗?
新增或受损界面可能引入电荷产生问题。最终是否发生,取决于界面工程与工作结构,不能只由深度判断。

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目录

  • 从需要分开的路径出发
  • 电学隔离和光学约束要分开
  • 更多边界,也带来更多界面要求
  • 两条路径的思想实验
  • 原始资料链接

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