🧱 DTI 溝壁的一生

蝕刻損傷 → 缺陷漏電 → 表面鈍化 → 後續熱製程的影響|按 ▶ 播放,看這條因果鏈跑一遍

Photodiode Photodiode 像素 A 像素 B DTI 溝渠 電漿離子轟擊 負固定電荷膜(表面電洞累積) 🔥 🔥 後續高溫製程(高熱預算)

▶ 按播放,看溝壁怎麼一步步變壞又被救回

這是兩個相鄰像素中間的一道 DTI 深溝,用來擋光、擋電串擾。主角是中間那兩道溝壁——接下來會發生四件事。

🔬 放大鏡:step 1 在原子尺度發生什麼

把溝壁那一格放大到「看得見原子」,看電漿離子怎麼把整齊的矽晶格打成非晶 + 懸鍵,在某些損傷/應力與熱條件下可能形成差排(⊥)。按 ▶ 或點 1~5。

非晶損傷層(秩序崩解) 晶體矽(完好) 空位 間隙原子 離子 懸鍵 → 缺陷態

▶ 按播放,原子尺度看「打傷」

把上面 step 1 的「溝壁」再放大到原子等級——高損傷分支示意晶格逐漸失序;低損傷也可能只有點缺陷。

📷 真實 TEM 對照(雙尺度交互驗證)

下面是真實 HRTEM:整齊原子柱的區域=晶體矽,上方糊掉、看不出規則的就是非晶損傷層,中間那條界線=損傷邊界——僅作晶體/非晶形貌類比,不能視為本 DTI 製程的直接證據。
(這兩張是「研磨」造成的非晶層,但「非晶層坐在晶體矽上」的長相與電漿蝕刻損傷同類,重點看那條界線。)

真圖授權:Zhang et al., Sci. Rep. 6, 35269 (2016),CC BY 4.0 · 其他外部真圖: 差排 Frank loop HRTEM · 電漿損傷機制圖

🪜 為什麼「懸鍵」=「能隙中的 trap」?

這句話跨了兩個世界:真實空間的一根斷手,和能量空間的一個能階。下面左右並排,看它們其實是同一件事。按 ▶ 或點 1/2/3。

真實空間 四隻手都牽好 = 完美鍵 一隻手沒牽到 = 懸鍵 同一件事 能量空間(能帶圖) 能量 ↑ 導帶(空 · 能自由跑) 價帶(坐滿電子) 能隙 ~1.12 eV 禁區 懸鍵 → 缺陷態(踏階) ✗ 一次跨 1.12 eV 黑暗中跳不動 − ① ② −

▶ 按播放,把兩個世界接起來

左邊是你已經有畫面的「斷掉的鍵」,右邊是缺的那張「能帶圖」。播放看懸鍵怎麼變成禁區裡的踏階、害電子偷爬上樓。

🎯 所以為什麼是「正面 F-DTI」特別吃虧?

同樣這四步,差別只在「第 4 步的高溫量」——而高溫量由「溝壁在製程多早做」決定。

正面 F-DTI · 很早做

牆紙被反覆烤 → 難保鈍化

製程前段形成的溝槽,通常還要承受後續活化、退火等步驟。因此需一起設計溝壁缺陷、鈍化與後續熱製程。熱處理可能修復缺陷,也可能改變固定電荷、氫或摻雜分布;結果取決於材料與條件。

背面 B-DTI · 最後做

做完幾乎出爐 → 牆紙完好

背面減薄後製作,可在較晚階段導入低溫鈍化,減少它必須承受的後續熱歷程。但暗電流仍取決於蝕刻損傷、介面品質、電位與幾何;B-DTI 並不自動保證較低暗電流。

一句話:先看鈍化形成後還有哪些溫度與時間條件,再判斷材料能否維持性能。前側與背側路線需一起比較整合順序、隔離深度、缺陷及電位,不能只靠名稱判定優劣。

📌 四個關鍵詞速查

蝕刻損傷電漿離子轟擊溝壁留下的晶格缺陷/懸鍵(dangling bonds)。
暗電流 / 白點缺陷=G-R 中心,黑暗中也自發產生電子,漏進 photodiode。
passivation(鈍化)化學鈍化降低介面缺陷;場效鈍化改變表面載子濃度,使缺陷較不容易貢獻暗電流。
熱預算(thermal budget)材料承受的溫度—時間歷程;效應通常高度依賴溫度與活化能,不是簡單的溫度乘時間。

參考: Dingemans & Kessels 2012 — Al₂O₃ 化學/場效鈍化與熱穩定性(表面機制參考,非 DTI 性能保證) · TechInsights — BSI Si Thickness & DTI · MDPI Sensors 2023 — Full-Depth DTI · IEEE — BDTI 1.12μm BSI

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能階圖是概念模型;懸鍵能階有分布,不等於全部位於能隙正中央。參考:TU Wien · Silicon Dangling Bonds。