CIS Pixel DTI 作用

hdy

CMOS图像传感器（CIS）中的深沟槽隔离（Deep Trench Isolation, DTI）技术是提升像素性能的核心工艺之一，主要用于抑制像素间串扰（crosstalk）、降低暗电流（dark current）并优化光学效率。以下结合文档内容详细解析其原理、工艺实现及技术演进：

---

一、DTI技术原理

DTI通过在像素间刻蚀深槽并填充绝缘材料（如SiO₂或多晶硅），形成物理隔离屏障，其核心作用包括：

• 抑制光学串扰
  入射光在硅衬底内散射时，DTI阻挡光子或光生载流子进入相邻像素
• 降低暗电流
  

传统浅槽隔离（STI）的Si/SiO₂界面存在缺陷态，成为暗电流主要来源。DTI将隔离层深埋，避免界面缺陷影响。《A Low Dark Current CMOS Image Sensor Pixel》实验表明，DTI结构使暗电流降低，较传统设计降低50%。

• 提升量子效率（QE）
  

DTI结构可优化光路，增加光吸收路径。

---

二、DTI工艺实现关键工艺步骤：1. 深槽刻蚀使用反应离子刻蚀（RIE）在硅衬底形成深度3–5μm、宽度0.2–0.4μm的沟槽，刻蚀需控制侧壁陡直度以避免载流子扩散。2. 绝缘层填充填充SiO₂或掺氟氧化物（FSG），部分方案采用多晶硅/氧化物叠层（如三星ISOCELL结构）以增强反射。3. 化学机械抛光（CMP）表面平坦化确保后续微透镜和滤光片均匀覆盖。工艺挑战：

• 应力控制深槽刻蚀可能诱发晶格应力，需退火工艺修复。
• 填充空洞高深宽比沟槽易产生空隙，需HDP-CVD（高密度等离子体沉积）优化。
  

---

三、技术演进与创新1. 从STI到DTI的升级

• STI局限传统STI深度仅0.2–0.3μm，无法阻挡长波长光的横向穿透
• DTI优势深槽穿透硅衬底，彻底隔离相邻像素光电二极管。
• 索尼三层堆叠DTI贯穿像素层、DRAM层，减少层间串扰。
• Cu-Cu混合键合DTI与垂直互连（TSV/DCNT）结合，优化信号完整性。
  

---

---

四、未来挑战1. 亚微米像素DTI亚微米下像素要求DTI深宽比>10:1，刻蚀与填充难度剧增。2. 新材料集成氮化硅（SiN）等High-k介质可能替代SiO₂，提升光学反射率。

---

---

      DTI技术已成为高端CIS的核心竞争力，其持续创新将推动手机、医疗及自动驾驶等领域成像性能的边界。