翻譯自——techinsights

影像傳感器最為關鍵的規格是像素尺寸，像素尺寸越大則進光量越大，在相同時間里可以承載更多光線能量，便可以更明顯的提升畫質，更真實的還原影像場景。而數字相機, 監控和手機所采用影像傳感器的素像尺寸是不一樣。通常數字相機、監控使用大尺寸像素的影像傳感器，但像素尺寸增大則影像傳感器面積會大幅增加，攝像頭模塊體積也相對增大，模塊高度增加，功耗大幅增加，發熱量增加等問題產生，這樣的變化在監控固然可以接受，但放在追求便于攜帶的手機等手持式應用上是不太合適。

實際上，即便是一些不喜歡采用高像素攝像頭的手機制造商，像素阱加深也是趨勢。不過一旦像素阱變深了，那么臨近像素之間就更容易產生串擾。目前手機CIS解決串擾問題的技術焦點就在深槽隔離技術（DTI）上，即在每個像素阱之間加入隔斷、避免串擾。

普及一下DTI的機制：

一般來說不具備DTI像素隔離技術的影像傳感器在手機照相時，隨著像素變得越來越小，像素之間會發生彼此之間抗干擾能力減弱，造成錯誤的感應光源顏色，這個現象被稱為串擾(crosstalk)，光電二極管會將光能部分轉化成為細微的電流，而這些電流有時會出現在不該出現的地方，造成干擾而影響影像的色彩。DTI像素隔離技術簡單說就是在像素之間建立『隔離墻』增加光線利用率降低干擾，提升抗噪能力和顏色純凈度，讓影像的色彩表現更加出色。

如下圖，Si-SiO2界面可用作隔離墻阻止電子擴散，降低串擾；Si-SiO2組成了類波導結構，將光線限制在硅中，實現了光學隔離，并且延長光在硅中的光程，提高量子效率、降低串擾。與前兩種解決方案相比，DTI結構的隔離效果最為顯著。另外，溝槽越深，DTI的隔離性越好，串擾越小。由下圖結果知，DIT的深度一般要超過4μm。

那么為什么DTI對小像素性能如此重要?

下圖說明了縮放后，像素的主要問題，包括保持可接受的光電二極管滿井容量(FWC)和抑制串擾。通過增加活性硅的厚度可以解決滿井容量大小FWC問題;然而，如果沒有高性能的DTI結構，串擾問題將是一個限制因素。

從概念上講，DTI結構很容易理解。這些可以在來自前面的工藝流(前面DTI或F-DTI)的較早的過程流中實現，或者在活性Si稀釋工藝(后面DTI或B-DTI)之后的較晚的過程流中實現。這兩種策略現在都在大量生產中，并且都需要仔細的開發來緩解DTI蝕刻工藝產生的暗電流問題。

Small Pixel Scaling, DTI Structures

下圖展示了通過像素生成對選定的旗艦智能手機圖像像素的有效Si厚度進行了調查。我們的逆向工程內容細致地記錄了IDM/foundry公司的F-DTI/B-DTI發展，這里數據集被簡化了，只顯示高層次的趨勢。

DTI首先被引入到具有常規的或稍厚的活化Si的背照像素中，然然后進行優化，使其隨著時間的推移具有較大的有源硅。例如，DTI在早期達到1.0××m像素，活化Si厚度為2.5××m到2.7××m，后來Si厚度達到3.9××m。通過對0.8 μm和0.9 μm像素代的研究，可以清楚地看到，為了獲得足夠的像素性能，我們選擇了>3.5 μm的活化Si厚度。

另一個策略是在舊的像素設計中部署這些新的DTI結構。事實上，蘋果公司最近推出的iPhone imager不僅扭轉了iPhone的像素從1.22 μm 回升到1.4 μm的比例趨勢，同時還增加了B-DTI結構所支持的活性Si厚度。

背光有源硅的厚度趨勢

下圖顯示了索尼和三星最近的0.8μm像素，以及DTI結構的概述。對于這些特定芯片，索尼偏愛150nm寬，氧化物填充的B-DTI結構，而三星偏愛110nm寬，多填充的F-DTI結構。

Sony 已將DTI像素隔離技術用于Sony CMOS影像傳感器,尤其是使用于手機或筆電上配置的CMOS影像傳感器例如:IMX298,IMX488 等..。

索尼的DTI解決方案是在工藝流程的后期實現，便于其平面像素晶體管策略的延續。三星所用的F-DTI方案要求必須采用VTG，所以其隔斷會比較完整。這似乎也是目前三星著力的宣傳點。我們在研討會(Paper R02)上了解到，OmniVision的0.8像素將采用B-DTI和VTG結構。

如今隨著像素越來越小、active Si厚度變大，DTI結構本身也在持續進化中。DTI以及相應的鈍化技術是目前像素越做越小的關鍵所在。如果說高像素真的只是噱頭并且會讓畫質變差的話，那么三星、索尼、OmniVision這些廠商又為何要非要投入大量成本研發此類技術呢？

除了DTI之外，近1-2年手機CMOS圖像傳感器領域的另一個熱門技術就是芯片堆棧——技術核心是chip-to-chip的互連。這和索尼更早應用了“Stacked”堆棧式技術的Exmor RS圖像傳感器產品不一樣。當年的stacked技術是把像素周圍的電路移到下層去，電路不需要占用像素表面的位置，讓像素感光開口更大。

基于此，各大廠商正在加緊研制自己的技術。蘋果率先亮劍，實現了3D Face ID，同時也再次“解鎖”了3D成像和傳感技術。未來3D成像和傳感技術將會滲透到更多的應用場景，其市場將會持續高速膨脹。