因此，在2010年左右達到1.4μm時，該行業(yè)轉(zhuǎn)向了晶圓廠的另一項創(chuàng)新——深溝槽隔離（DTI）。在DTI中，目標(biāo)是使光電二極管更高，從而增加單位面積的容量。為了在工廠中啟用DTI，供應(yīng)商采用了BSI架構(gòu)，并通過各種工藝步驟使光電二極管更高。更高的二極管還需要在結(jié)構(gòu)周圍增加硅的厚度。

不過，相比之前，此時像素縮放速度明顯變慢。據(jù)TechInsights稱，供應(yīng)商需要三年的時間才能從1.4μm（2008）升級到1.12μm（2011），四年達到1μm（2015），再過三年達到0.9μm（2018）。

TechInsights分析師Ray Fontaine在最近的博客中說：“總而言之，我們相信DTI和相關(guān)鈍化方案的發(fā)展是導(dǎo)致1.12μm像素延遲到0.9μm像素延遲引入的主要原因?！?

③、創(chuàng)新技術(shù)恢復(fù)像素縮放競賽

最近，這些問題終于得到了解決，像素縮放競賽恢復(fù)。

在2018年，三星突破了1μm的壁壘，達到0.9μm，其次是Sony在2019年達到0.8μm，在2020年突破了0.7μm。

對于亞微米級的像素縮放，行業(yè)需要更多的創(chuàng)新。Fontaine在最近的演講中說：“隨著像素的縮小，需要更厚的有源（硅）來維持合適的光電二極管尺寸?！薄案竦挠性矗ü瑁┑年P(guān)鍵技術(shù)推動因素是DTI和相關(guān)的高k缺陷鈍化膜。”

用高k膜制作圖像傳感器遵循傳統(tǒng)流程，但不同之處在于，高k膜沉積在DTI溝槽的襯里上方。

對于高k和其他工藝，供應(yīng)商在fab中采用兩種不同的方法，分別是前DTI（F-DTI）和后DTI（B-DTI）。F-DTI使用多晶硅間隙填充，并且多晶硅可以具有電壓偏置以改善表面釘扎。F-DTI還可以進行更多熱處理，以減少蝕刻損傷泄漏。而 B-DTI使用帶負電荷的高k膜來積累電荷，并將費米能級固定在表面，然后抑制暗電流泄漏。高k膜工藝是原子層沉積（ALD），B-DTI通常使用氧化物間隙填充，但也嘗試了一些金屬填充甚至空氣間隙，并已用于批量生產(chǎn)。

接下來，像素縮放會繼續(xù)嗎？

像素縮放可能會持續(xù)超過0.7μm。隨著像素縮小到0.7μm以上，許多方面都需要進行優(yōu)化。

一方面是B-DTI，用于深二極管的高能注入，用于彩色和微透鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)收縮等關(guān)鍵項目仍將是發(fā)展重點。定義像素內(nèi)晶體管和互連的更基本的設(shè)計規(guī)則需要更新。

另一個方面是移動傳感器的像素間距正在接近光的波長。例如，如今研發(fā)中使用的是0.6μm像素間距，它小于0.65μm（650nm）的紅光波長。但問題在于，在接近極限的情況下，有沒有必要縮小到亞波長。

其實將像素大小縮小到亞波長并不意味著在像素級別上能獲得更多有價值的空間分辨率信息。1.0微米像素的光學(xué)結(jié)構(gòu)使用許多亞波長特征，例如，通過光導(dǎo)，用于抑制串?dāng)_的狹窄金屬網(wǎng)格和用于量子效率的狹窄介電壁正在得到改善。這種納米級的光學(xué)工程已經(jīng)存在于當(dāng)前的像素中，并且已經(jīng)使用了很多年，因此，轉(zhuǎn)移到亞波長并不是一場革命。

所以，持續(xù)縮小的局限性可能來自用戶利益而非技術(shù)。如今，應(yīng)用程序在縮小像素尺寸方面不斷發(fā)現(xiàn)最終用戶的價值，因此這正在推動趨勢。只要這種情況持續(xù)下去，CMOS圖像傳感器技術(shù)的發(fā)展就會支持這一方向。

3、創(chuàng)新：堆疊和互連

除了像素縮放以外，CMOS圖像傳感器還正在進行其他創(chuàng)新，例如管芯堆疊。供應(yīng)商還使用不同的互連技術(shù)，例如硅通孔（TSV），混合鍵合以及像素到像素。

多年來，包括像素陣列和邏輯電路在內(nèi)的圖像傳感器都在同一個芯片上。重大變化發(fā)生在2012年，當(dāng)時索尼推出了兩片式堆疊式圖像傳感器。

芯片堆疊使供應(yīng)商能夠?qū)鞲衅骱吞幚砉δ懿鸱值讲煌男酒希@允許傳感器具有更多功能，同時還可以減小管芯尺寸。為此，索尼基于90nm工藝開發(fā)了一個像素陣列芯片，該芯片堆疊在一個單獨的65nm圖像信號處理器（ISP）芯片上，提供處理功能，并將兩個管芯連接起來。

最終，其他人轉(zhuǎn)向了類似的芯片堆疊方法。通常，頂部像素陣列裸片基于成熟節(jié)點，底部ISP芯片的工藝范圍為65nm，40nm和28nm。而14nm finFET技術(shù)則正在研發(fā)中。

同時，三星和索尼在2018年開發(fā)了三層設(shè)備。例如，在索尼的CMOS圖像傳感器產(chǎn)品線的一種版本中，DRAM單元夾在圖像傳感器和邏輯管芯之間。嵌入式DRAM可實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)讀取。

除了管芯堆疊之外，供應(yīng)商還開發(fā)了不同的互連方案，該方案將一個管芯連接到另一個管芯。最初，OmniVision，Samsung和Sony使用了TSV，它們是類似于通孔的微小電氣互連。

2016年，索尼轉(zhuǎn)向了一種稱為銅混合鍵合的互連技術(shù)。三星仍處于TSV陣營中，而OmniVision則同時進行TSV和混合綁定。

在混合鍵合中，使用銅-銅互連線連接管芯。為此，在晶圓廠中處理兩個晶圓。一個是邏輯晶片，另一個是像素陣列晶片。使用介電鍵合將兩個晶片接合在一起，然后進行金屬對金屬的連接。