TW202201772A - 具有基於奈米結構的電容器之影像感測器 - Google Patents

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維克多 馬克納斯
文森 德斯馬瑞斯
奧拉 帝伏曼
理查 安德森
瑪麗亞 比隆德
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Abstract

一種影像感測器包括一影像感測器層，其具有複數個影像感測器層接觸墊；以及複數個光敏元件，每一個光敏元件耦接至一個別的影像感測器層接觸墊；以及一電容器層，其具有：複數個第一電容器接觸結構，每一個第一電容器接觸結構由一電容器層頂端接觸墊所構成，所述電容器層頂端接觸墊被接合到所述影像感測器層的一個別的影像感測器層接觸墊；複數個第二電容器接觸結構；以及內嵌在第一介電材料中的複數個電容器，每一個電容器包含至少一導電的垂直奈米結構，其導電地連接至一個別的第一電容器接觸結構以及一個別的第二電容器接觸結構中之一者，並且藉由一第二介電材料層來和所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之另一者在導電上分開。

Description

具有基於奈米結構的電容器之影像感測器
本發明關於一種影像感測器，其包括一影像感測器層以及一電容器層。
影像感測器是廣泛使用在所有種類的電子裝置中。例如，近來有趨勢為將行動電話裝配越來越多的相機。同時，在影像品質上的需求亦增加。
影像感測器一般包含光敏元件，例如是CCD感測器或光二極體。在一影像感測器像素中的光敏元件(或是多個元件)可以產生一電荷，其是根據撞擊所述光敏元件的光量而定。藉由量測所產生的電荷量，撞擊所述影像感測器像素的光量可被判斷出。
根據一種利用光二極體(其可以是對應的電晶體的部分)的方式，來自像素的光電流可以利用一種所謂的捲簾快門設計而被逐列讀出。然而，此方式在成像移動的物體時會有影像失真的固有問題。
至少對於高要求的應用而言，例如是在工業部門中，所述捲簾快門設計因此漸增地被一種所謂的全域快門設計所取代，而根據所述全域快門設計，來自所述影像感測器中的所有像素的光電流是同時被讀出。儘管未受害於上述捲簾快門設計的種類的影像失真，但是所述全域快門設計實際上需要所述影像感測器中的每一像素有一電荷儲存電容器。
所述電荷儲存電容器的電荷儲存功能是限制在所述像素中的動態範圍。一旦一影像感測器像素的電荷儲存電容器是“滿的”，則該像素是飽和的。明顯的解決方案是增加所述電荷儲存電容器的大小，然而其牴觸對於更高解析度的影像以及越來越小且便宜的影像感測器的期望。
對於此問題的不同解決方案已經被提出，其中所述影像感測器被提供作為一種分層的影像感測器，其中一影像感測器層包含所述光敏元件，並且一輔助層包含電荷儲存電容器。所述影像感測器層以及所述輔助層是被接合在一起以形成所述影像感測器。此方式的變化是被描述在例如US 2010/0238334、US 2017/0170224、以及US 2017/0345854中。儘管具有優於其中一像素的光敏元件以及電荷儲存電容器是被形成在相同層中的影像感測器的優點，但是相關在這些文件中所述的解決方案仍有改善的空間。
因此，提供改善的影像感測器，尤其是提供在影像解析度與動態範圍及/或更有成本效率的製造之間的改善的關係的影像感測器將會是所期望的。
本發明之一目的是提出改善的影像感測器，尤其是提供在影像解析度與動態範圍及/或更有成本效率的製造之間的改善的關係的影像感測器。
根據本發明的第一態樣，其因此是提出一種影像感測器包括：影像感測器層，其具有：複數個影像感測器層接觸墊；以及複數個光敏元件，每一個光敏元件耦接至所述複數個影像感測器層接觸墊中的一個別的影像感測器層接觸墊；以及電容器層，其具有：複數個第一電容器接觸結構，每一個第一電容器接觸結構由一電容器層頂端接觸墊所構成，所述電容器層頂端接觸墊被接合到所述影像感測器層的所述複數個影像感測器層接觸墊中的一個別的影像感測器層接觸墊；複數個第二電容器接觸結構；以及內嵌在第一介電材料中的複數個電容器，每一個電容器包含至少一導電的垂直奈米結構，所述至少一導電的垂直奈米結構導電地連接至一個別的第一電容器接觸結構以及一個別的第二電容器接觸結構中之一者，並且藉由一具有不同於所述第一介電材料的第二介電材料之第二介電材料層來和所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之另一者在導電上分開，所述第二介電材料保形地塗覆所述至少一導電的垂直奈米結構。
藉由“垂直的”奈米結構應該被理解為一奈米結構是垂直於一平行於所述電容器層(並且因此平行於所述影像感測器，其是一分層式結構)的平面來配置的。
一導電的奈米結構可以是由一種導電材料所形成的、或者其可以是由一電性絕緣材料所形成並且被保形地塗覆一種導電材料(例如一金屬)。
本發明是基於認識到用於影像感測器的高動態範圍、高解析度以及有成本效率的製造的有利組合可以藉由設置一電容器層，其具有內嵌在一介電材料中的基於奈米結構的電容器的來達成。尤其，本發明人已經發現到導電的垂直奈米結構的使用是提供所述電容器層的每表面積的異常高的電容，並且包含此種導電的垂直奈米結構的電容器可以內嵌在一介電材料中，其提供有成本效率的製造。尤其，相較於其中所述電容器是藉由蝕刻一固有脆性半導體材料(例如矽)而被形成的一電容器層，其中電容器被嵌入在一介電材料中的一電容器層可以被做成相當非脆性的。此種較脆性的電容器層的例子可包含其中所述電容器是所謂的深溝槽類型電容器(TSC)及類似者的電容器層。
根據實施例，所述第一介電材料可以具有第一相對介電常數，並且所述第二介電材料可以具有第二相對介電常數，所述第二相對介電常數是所述第一相對介電常數的至少兩倍。
藉此，高的電容密度被提供，同時降低寄生電容且/或降低在不同的影像感測器像素的電容器之間的串音風險。
根據一非限制性的例子，所述第一相對介電常數可以是低於3.9，較佳的是低於3.5，並且所述第二相對介電常數可以是高於7.8，較佳的是高於20。
在實施例中，在所述複數個電容器中的每一個電容器可以藉由所述第一介電材料來和所述複數個電容器中的相鄰的電容器分開。有利的是，所述電容器可以藉由所述第一介電材料來和彼此完全分開，以有效地降低寄生電容及/或串音。
內含在所述複數個電容器中的每一個電容器中的所述至少一導電的垂直奈米結構具有一高度以及一最大寬度，並且在所述高度以及所述最大寬度之間的比例可以有利的是至少5倍。
譬如，所述高度可以是至少1µm，並且所述最大寬度可以是小於200nm。
所述奈米結構的“高度”是其在所述垂直的方向上(垂直於一平行於所述電容器層的平面)的長度，並且所述“最大寬度”是所述奈米結構的最大橫向的延伸(在一平行於所述電容器層的平面中)。針對在一習知技術裝置中的一溝槽類型電容器，所述最大寬度將會是所述溝槽的長度。
根據各種實施例，在所述電容器層中的所述導電的垂直奈米結構可以是生長的奈米結構。生長的奈米結構的使用是容許所述奈米結構的性質的廣泛的調適。譬如，生長的條件可被選擇以達成給予每一個奈米結構的大表面積的一形態，其於是可以增加在所述電容器層中的電容器的電荷儲存容量。
所述奈米結構例如可以是奈米線、奈米角、奈米管、奈米壁、結晶奈米結構、或是非晶奈米結構。
根據各種實施例，所述奈米結構可以有利的是碳奈米結構，例如碳奈米纖維、奈米碳管、或是碳化物衍生碳奈米結構。
根據實施例，在所述複數個電容器中的每一個電容器可包括複數個導電的垂直奈米結構，其分別是導電地連接至所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之一，並且藉由所述第二介電材料層來和所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之另一個在導電上分開。
在各種的實施例中，所述電容器層可包括在所述電容器層的底部的複數個電容器層底部接觸墊；並且在所述複數個第二電容器接觸結構中的每一個第二電容器接觸結構可以構成在所述複數個電容器層底部接觸墊中的一個別的電容器層底部接觸墊。
在實施例中，所述影像感測器可以額外包括信號處理層，其具有：複數個信號處理層接觸墊，其分別被接合到所述複數個電容器層底部接觸墊中的一個別的電容器層底部接觸墊；以及信號處理電路，其耦接至所述信號處理層接觸墊。
在實施例中，所述影像感測器可以額外包括額外的層，其具有：複數個接觸墊、計算處理器、記憶體、感測器、用於無線通訊的RF等等，其分別耦接至所述信號處理層接觸墊。
根據本發明的實施例的影像感測器可以內含在一電子裝置中，其進一步包括耦接至所述影像感測器的處理電路，以用於在從所述影像感測器獲得的影像資料上執行操作。
在根據本發明的實施例中，所述不同的層可以利用此項技術中已知的任何標準的接合技術來接合，例如是晶粒接合、混合接合、金屬至金屬接合、晶圓層級接合、晶圓至晶圓、或晶粒至晶粒、或晶粒至晶圓層級接合等等，而不偏離本發明的範疇。
根據本發明的一第二態樣，其提出有一種製造用於影像感測器的電容器層之方法，其包括以下步驟：設置基板，其具有於其上的第一複數個離散的導電材料島狀物；在所述第一複數個離散的導電材料島狀物中的每一個離散的導電材料島狀物上設置至少一導電的奈米結構，其係以所述導電的奈米結構是從所述離散的導電材料島狀物實質垂直地延伸，並且所述導電的奈米結構的第一端導電地接觸所述離散的導電材料島狀物的此種方式設置的；在所述離散的導電材料島狀物上所設置的所述導電的奈米結構上施加保形的介電層；在所述保形的介電層上施加導電材料層以形成複數個電容器，每一個電容器包含所述至少一導電的奈米結構、所述保形的介電層以及所述導電材料層；在介電材料中嵌入所述複數個電容器；形成第二複數個離散的導電材料島狀物，其係以在所述第二複數個離散的導電材料島狀物中的每一個離散的導電材料島狀物導電地接觸到在所述第一複數個離散的導電材料島狀物中的個別的離散的導電材料島狀物上所設置的所述至少一導電的奈米結構上的所述導電材料層的此種方式來形成的；以及移除所述基板。
總之，本發明因此是有關於一種影像感測器，其包括具有複數個影像感測器層接觸墊的影像感測器層；以及複數個光敏元件，其分別耦接至一個別的影像感測器層接觸墊；以及電容器層，其具有：複數個第一電容器接觸結構，其分別是由一電容器層頂端接觸墊所構成，所述電容器層頂端接觸墊是被接合到所述影像感測器層的一個別的影像感測器層接觸墊；複數個第二電容器接觸結構；以及複數個內嵌在第一介電材料中的電容器，每一個電容器包含至少一導電的垂直奈米結構，其導電地連接至一個別的第一電容器接觸結構以及一個別的第二電容器接觸結構中之一，並且藉由一層第二介電材料來和所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之另一個在導電上分開。
在本詳細說明中，根據本發明的影像感測器的各種實施例是主要在具有行動電話形式的一範例的電子裝置的背景中加以敘述。應注意到的是，根據本發明的實施例的影像感測器的使用絕非被限制到此種電子裝置，而是對於其它的應用(例如產業的應用)可以是高度有用的。
應瞭解的是，根據本發明的各種實施例的影像感測器可以同等良好地內含在其它類型的電子裝置中，並且對其是有用的，例如：AR、VR、MR；娛樂單元；導航裝置；通訊裝置；固定位置的資料單元；行動位置的資料單元；全球定位系統(GPS)裝置；智慧型手錶；可穿戴式計算裝置；數位相機；CCD相機；平板電腦；ADAS；伺服器；電腦；可攜式電腦；行動計算裝置；電池充電器；USB裝置；桌上型電腦；個人數位助理(PDA)；螢幕；電腦螢幕；電視；調諧器；廣播；衛星廣播；音樂播放器；數位音樂播放器；可攜式音樂播放器；數位視訊播放器；汽車；電動交通工具；交通工具元件；航空電子系統；無人機；以及多旋翼機中之一。
圖1是概要地展示一具有行動電話1的形式的範例電子裝置，其具有被配置在所述行動電話1的背面上的一相機模組3，其具有三個相機5a-c。所述相機5a-c中的一或多個可包含根據本發明的實施例的一影像感測器。所述行動電話1亦包含用於控制所述行動電話1的操作的處理電路。如同在圖1中指出的，所述處理電路可包含用於控制所述相機5a-c的操作的個別的電路，其在此具有一概要的相機控制器6的形式。用於控制所述相機5a-c的操作的電路可以是被配置來額外控制所述行動電話1的其它部分的處理電路的一個一體的部分，而不是被設置為一分開的相機控制器6。
圖2是根據本發明的實施例的一影像感測器7的概要圖示。如同在圖2中指出的，所述影像感測器7包括配置成一陣列的複數個像素9。如同熟習此項技術者眾所週知的，在圖2中的影像感測器7可以用不同的方式來封裝以形成一相機模組，以用於連接至圖1中的相機控制器6或是其它處理電路。為了圖示的單純性緣故，在圖2中的概要的影像感測器7具有遠較一真實影像感測器少的像素9。
圖3A-B是圖2中的影像感測器7的一第一實施例的概要圖示。首先參考圖3A，其是所述影像感測器7的橫截面圖，沿著圖2中的線A-A’所取的截面，根據此第一實施例的影像感測器7包括一影像感測器層11以及一電容器層13。所述影像感測器層11包括複數個影像感測器層接觸墊15(只針對於所述影像感測器7的像素9中之一利用一元件符號來指出，以避免圖式擁擠)、以及複數個光敏元件17，其分別耦接至一個別的影像感測器層接觸墊15。
繼續參考圖3A，所述電容器層13包括複數個第一電容器接觸結構，其分別是由一電容器層頂端接觸墊19、複數個第二電容器接觸結構21、以及複數個電容器23所構成。如同在圖3A中概要指出的，每一個電容器層頂端接觸墊19是透過熟習技術者已知的任何適當的接合技術而被接合到一個別的影像感測器層接觸墊15。在所述複數個電容器中的每一個電容器23是被嵌入在第一介電材料25中，並且每一個電容器23包括至少一導電的垂直奈米結構27a-b。在圖3A的範例電容器配置中，所述導電的垂直奈米結構27a‑b是導電地連接至所述第二電容器接觸結構21，並且藉由保形地塗覆所述垂直奈米結構27a-b的一第二介電材料層29來和所述第一電容器接觸結構(所述電容器層頂端接觸墊19)在導電上分開。所述第二介電材料是不同於將所述電容器23嵌入在所述電容器層13中的第一介電材料25。或者是，所述垂直奈米結構27a-b可以導電地連接至所述第一電容器接觸結構(所述電容器層頂端接觸墊19)，並且和所述第二電容器接觸結構21在導電上分開。所述電容器23的更詳細的範例配置將會在以下參考圖5A-C及圖7A-C進一步加以描述。在圖3A-B的第一範例實施例中，所述第二電容器接觸結構21可以連接至內含在所述電容器層13中的繞線或開關電路31。
如同在圖3B中更可見的，其是圖2中的影像感測器7的簡化的分解立體圖，在所述電容器層13中的電容器23可以藉由嵌入所述電容器23的第一介電材料25來和彼此完全分開。如同亦可從圖3B理解到的是，所述影像感測器層11以及所述電容器層13可以適當地被設置為個別的晶粒，其是利用晶粒接合技術而被接合在一起。藉此，所述影像感測器層11以及所述電容器層13分別可以利用專用且適當的材料及製程來加以製造。藉由將所述電容器23嵌入在一介電材料(所述第一介電材料25)中，而所述介電材料例如可以是一聚合物或是一或數種標準的介電材料，所述電容器層13可以相當有成本效率且耐用地加以做成。尤其，所述電容器層可以是相較根據一半導體基板所形成的結構為非常不脆性的，尤其是若此種半導體基板被大量的貫孔穿孔時。
為了提供降低的寄生電容及/或在相鄰的像素之間的低度串音(非所要的電容性耦合)，所述第一介電材料25可以有利的是一種低k介電質，較佳的是一聚合物。為了每一個電容器23的高電容密度(以及高的電容)，在所述層29中保形地塗覆所述垂直奈米結構27a-b的第二介電質可以有利的是一種高k介電質。
為了提供所述影像感測器7高解析度以及良好的動態範圍的所要的組合，每一個電容器23的電容密度可以有利的是至少200fF/µm2 ，其中相關的區域是所述電容器23的足跡區域。針對於圖3A-B中的範例配置，所述相關的區域可以是所述電容器層頂端接觸墊19的區域及/或所述第二電容器接觸結構21的區域。透過一種能夠提供此種高電容密度的電容器配置，即使非常小的像素也可以具有一足夠大的電荷儲存容量，例如是每一個像素9至少200fF。
圖4A-B是圖2中的影像感測器7的一第二實施例的概要圖示。首先參考圖4A，其是所述影像感測器7的橫截面圖，沿著圖2中的線A-A’所取的截面，根據此第二實施例的影像感測器7包括一影像感測器層11、一電容器層13、以及一信號處理層33。
如同在圖4A中概要指出的，所述信號處理層33包括複數個信號處理層接觸墊35、以及耦接至所述信號處理層接觸墊35的信號處理電路37。
即使未明確地展示在圖4A中，本發明是思及可以有更多像是層33的層，以容納例如記憶體、處理器、感測器、RF電路等等，以建構一堆疊的複雜系統。
在圖4A-B中的影像感測器7的第二實施例的電容器層13是與以上參考圖3A-B所述的第一實施例的電容器層13不同在於所述複數個第二電容器接觸結構中的每一個第二電容器接觸結構21是構成一個別的電容器層底部接觸墊。
所述信號處理層33的每一個信號處理層接觸墊35是被接合到所述電容器層13的一個別的電容器層底部接觸墊21。
儘管此並未明確地展示在圖式中，但是根據實施例的影像感測器7可以用熟習影像感測器技術者眾所周知的方式來包含各種額外的結構，例如是微透鏡、彩色濾光片、薄膜光偵測器(TFPD)、等等。
圖5A-C是第一組範例的電容器配置的概要圖示。圖5A是所述電容器層13的一放大的切口的部分(或是在適用的情況下的不包括繞線或開關電路的部分的電容器層)，其展示一電容器23的立體圖。在圖5A中的範例電容器23具有三個導電的垂直奈米結構27a-c，其分別具有一第一端39以及一第二端41，在此只針對於所述垂直奈米結構27a中之一展示而已。所述電容器23的垂直且細長的奈米結構的每一個是延伸在所述第一端39以及所述第二端41之間。如同在圖5A中可見的，所述奈米結構27a-c的每一個可以裝入具有一直徑以及一高度的一圓柱之內。每一個奈米結構27a-c的高寬比可被定義為在所述圓柱的高度以及所述圓柱的直徑之間的比例。針對於內含在根據本發明的實施例的影像感測器7中的電容器23內的奈米結構27a-c，所述高寬比可以是至少5。根據範例實施例，所述高度可以是至少1µm，並且所述直徑可以是小於200nm。然而，應該注意到的是其它奈米結構尺寸是可能的，並且可以是合適的。
參照圖5B，其是在圖5A中的電容器23的一第一實施例穿過內含在所述電容器23中的垂直奈米結構27a-b中的兩個的橫截面圖、以及其之一部分的放大，每一個電容器23包括由所述導電的垂直奈米結構27a-c所構成的一第一電容器電極、以及藉由上述的保形的介電層29來和所述奈米結構27a-c在導電上分開的一第二電容器電極。在圖5B的第一範例配置中，所述第二電容器電極包含一保形地塗覆所述保形的介電層29的第一導電層43、以及在所述第一導電層43上的一第二導電層45，所述第二導電層45填入相鄰的奈米結構27a-c之間的空間，並且構成所述第一電容器接觸結構/電容器層頂端接觸墊19。
每一個奈米結構27a-c的第一端39是導電地連接至所述第二電容器接觸結構21，並且所述第一電容器結構19被配置成相鄰每一個奈米結構27a-c的第二端41。
現在轉向圖5C，交替的控制導通的層以及電極層的一分層的堆疊47是塗覆所述保形的介電層29，並且至少包含在所述分層的堆疊47的底部的一第一奇數號(第一)電極層43、在所述第一奇數號電極層43正上方的一第一奇數號(第一)控制導通的層49、以及在所述第一奇數號控制導通的層49正上方的一第一偶數號(第二)電極層51。在圖5C的範例配置中，所述分層的堆疊47額外包含一第一偶數號(第二)控制導通的層53、以及一第二奇數號(第三)電極層45。在圖5C的範例配置中，所述第三電極層45是在所述分層的堆疊47中的最上方的奇數號電極層，並且如同在圖5C中可見的，此電極層45填入相鄰的奈米結構27a-c之間的空間，並且構成所述第一電容器接觸結構/電容器層頂端接觸墊19。
在所述分層的堆疊47中的每一個偶數號電極層(所述第二電極層51)是導電地連接至所述第二電容器接觸結構21，並且在所述分層的堆疊47中的每一個奇數號電極層(所述第一電極層43以及所述第三電極層45)是導電地連接至所述分層的堆疊中的任何其它奇數號電極層(彼此連接)，並且因此亦連接至所述第一電容器接觸結構/電容器層頂端接觸墊19。在圖5C的範例配置中，所述第二電極層51以及所述第二電容器接觸結構21是藉由一第一互連55來連接在一起，並且所述第一電極層43以及所述第三電極層45是藉由一第二互連57來連接在一起。在圖5C的範例配置中，在所述奈米結構27a-c之間的空間是被填入所述最上方的電極層45，其接著被平坦化以形成所述第一電容器接觸結構/電容器層頂端接觸墊19。
圖6是概要地描繪根據本發明的一第一實施例的一種用於製造一包含電容器23的電容器層13之方法的流程圖，其具有以上參考圖5A-C所述的第一範例的電容器配置。
在一第一步驟100中，一基板被設置。所述基板例如可以是一玻璃、矽、或塑膠基板、或是任何其它產業所用及已知的基板，其具有第一複數個離散的導電材料島狀物被設置於其上。在所述基板以及所述離散的導電材料島狀物之間可以有一所謂的犧牲層。所述離散的導電材料島狀物可以有利的是金屬島狀物，其可以構成在圖5A-C中的第二電容器接觸結構21。
在後續的步驟101中，至少一導電的奈米結構27a‑c是以所述至少一奈米結構27a-c從所述離散的導電材料島狀物21實質垂直地延伸，並且所述導電的奈米結構27a-c的一第一端39是導電的接觸所述離散的導電材料島狀物21的此種方式而被設置。有利的是，所述至少一奈米結構可以利用本身是用於生長垂直奈米結構的已知技術來從每一個離散的導電材料島狀物21生長。
之後，在步驟102中，所述垂直奈米結構27a-c以及從所述奈米結構27a-c露出的導電材料島狀物21的部分可以被保形地塗覆一第二介電材料層29。如同在以上進一步解說的，所述保形的層29的介電材料可以有利的是由一種所謂的高k的介電質所做成。所述高k的介電材料例如可以是HfOx、TiOx、TaOx、STO、鈦酸鋇、PZT、或是其它眾所周知的高k的介電質。或者是，所述介電質可以是聚合物基，例如是聚丙烯、聚苯乙烯、聚對二甲苯、派拉倫(parylene)等等。其它眾所周知的介電材料(例如是SiOx或SiNx、等等)亦可被使用作為所述介電層29。此介電層29可以利用任何適合用於做成保形的層的已知方法來加以沉積，例如是經由氣相沉積、熱製程、原子層沉積(ALD)、等等。在各種的實施例中，可以有利的是利用超過一介電層或是具有不同介電常數或不同厚度的介電材料的不同的介電材料，以控制有效的介電常數、或影響崩潰電壓或是其組合，以控制介電膜性質。有利的是，所述介電材料層29在原子均勻度下被均勻地塗覆在所述奈米結構27a-c之上，使得所述介電層覆蓋全體的奈米結構27a-c，因而所述電容器23的漏電流被最小化。設置具有原子均勻度的保形的介電層29的另一優點是此種層29可以順應所述導電的奈米結構27a-c的在所述奈米結構的生長期間可能引入的表面不規則性。此提供所述電容器23的增大的總電極表面積，其於是提供更高的電容密度。
在下一個步驟103中，一第一導電材料層43、或是在圖5C中的分層的堆疊47是直接在所述保形的介電層29上被施加為一保形的塗層。此第一導電材料層43(其可被稱為一黏著金屬層)可以有利的是利用ALD來形成的，並且一種用於所述第一導電材料層43的適當的材料的一個例子可以是Ti或TiN。
在步驟104中，一第二導電材料層45被形成在所述第一導電材料層43的頂端上。此第二導電材料層45例如可以包含一所謂的晶種金屬層，其被保形地塗覆在所述第一導電材料層43上。此種晶種金屬層例如可以是由Al、Cu或是任何其它適當的晶種金屬材料所做成。當此種晶種金屬層被使用時，額外的金屬可以利用例如一種化學方法，例如是電鍍、無電的電鍍、或是此項技術中已知的任何其它方法來加以沉積。如同在圖5A-C中概要地指出，所述第二導電材料層45可以有利地填入所述奈米結構27a-c之間的空間，藉此形成第二複數個離散的導電材料島狀物。
在後續的步驟105中，所述電容器23被嵌入在一介電材料25中。如同在以上進一步提及的，此介電材料25可以有利的是一種低k的介電質。例如，適當的旋轉塗佈聚合物(例如是聚醯亞胺或BCB)、或是旋塗式玻璃、或是SiOx或SiNx可被利用。
之後，在步驟106中，嵌入所述電容器23的介電材料25被平坦化，至少直到所述第二導電材料層45被露出為止，藉此形成所述第一電容器接觸結構/電容器層頂端接觸墊19。任何適當的電漿處理、乾式化學、濕式化學、或是此項技術中已知的其它平坦化方法(例如是CMP)可被利用於平坦化。
最後，在步驟107中，所述基板被移除，其例如當所述犧牲層存在於所述基板上時是藉由選擇性地移除此種層、或是當此種犧牲層不存在時，若需要的話，則是藉由拋光所述基板來移除。
圖7A-C是一第二組範例的電容器配置的概要圖示。圖7A是所述電容器層13的一放大的切口部分(或是在適用的情況下不包括繞線或開關電路的部分的電容器層)，其展示一電容器23的立體圖。
參照圖7B，其是在圖7A中的電容器23穿過內含在所述電容器23中的垂直奈米結構27a-b中的兩個的橫截面圖、以及其之一部分的放大，每一個電容器23包括由所述導電的垂直奈米結構27a-c所構成的一第一電容器電極、以及藉由上述的保形的介電層29來和所述奈米結構27a-c在導電上分開的一第二電容器電極。在圖7A-C的第二組範例配置中，所述第二電容器電極包含保形地塗覆所述保形的介電層29的一第一導電層43、以及僅部份地填入相鄰的奈米結構27a-c之間的空間的一第二導電層45。如同在圖7B中概要所示的，所述第一介電材料25佔有在所述相鄰的奈米結構27a-c之間未被所述第二導電層45填滿的空間。在一平坦化的表面的頂端上，所述第一電容器接觸結構/電容器層頂端接觸墊19是被配置以做成導電的接觸到在所述奈米結構27a-c的第二端41的第二導電層45。可以有利的是使得所述第一介電層25以及所述頂端接點19形成一平面的配置。
圖7C是概要地展示一具有如上參考圖5C所述的一分層的堆疊47的配置，其中主要差異是在所述奈米結構27a-c之間的空間被填入所述第一介電材料25。
圖8是概要地描繪根據本發明的一第二實施例的一種用於製造一包含電容器23的電容器層13之方法的流程圖，其具有以上參考圖7A-C所述的第二組範例的電容器配置。
根據所述第二實施例的方法的步驟200至206是分別實質對應於根據以上參考圖6所述的第一實施例的步驟100至106，其中可能的例外是所述第二導電材料層45可能僅部份地填入在相鄰的垂直奈米結構27a-c之間的空間。步驟208是對應於步驟107。在步驟206到步驟208之間，形成第二複數個離散的導電材料島狀物的一步驟207是例如藉由微影來加以實行。所述第二複數個離散的導電材料島狀物可以構成所述第一電容器接觸結構/電容器層頂端接觸墊19。進一步的平坦化設計可被實行，因而第一介電層25以及所述頂端接觸19形成一平面的配置。
在所述請求項中，所述字詞"包括"並不排除其它元件或步驟，並且所述不定冠詞"一"或是"一個"並不排除複數個。事實是在相互不同的附屬項請求項中所闡述的某些手段並非指出這些手段的組合無法有利地被利用。
1:行動電話 3:相機模組 5a-c:相機 6:相機控制器 7:影像感測器 9:像素 11:影像感測器層 13:電容器層 15:影像感測器層接觸墊 17:光敏元件 19:電容器層頂端接觸墊 21:第二電容器接觸結構 23:電容器 25:第一介電材料 27a-b:導電的垂直奈米結構 29:第二介電材料層 31:繞線/開關電路 33:信號處理層 35:信號處理層接觸墊 39:第一端 41:第二端 43:第一導電層/第一電極層 45:第二導電層/第三電極層 47:分層的堆疊 49:控制導通的層 51:第二導電層/第二電極層 53:控制導通的層 55:第一互連 57:第二互連 100:步驟 101:步驟 102:步驟 103:步驟 104:步驟 105:步驟 106:步驟 107:步驟 200:步驟 201:步驟 202:步驟 203:步驟 204:步驟 205:步驟 206:步驟 207:步驟 208:步驟
本發明的這些及其它態樣現在將會參考展示本發明的範例實施例的所附圖式來更詳細加以描述，其中： [圖1]是根據本發明的一實施例的包括一影像感測器的一範例的電子裝置的圖示，其具有一行動電話的形式； [圖2]是概要地展示內含在圖1的電子裝置中的一影像感測器； [圖3A]-[圖3B]是在圖2的影像感測器的一第一實施例的概要圖示； [圖4A]-[圖4B]是在圖2的影像感測器的一第二實施例的概要圖示； [圖5A]-[圖5C]是第一組範例的電容器配置的概要圖示； [圖6]是概要地描繪根據本發明的一第一實施例的一種方法的流程圖； [圖7A]-[圖7C]是第二組範例的電容器配置的概要圖示；以及 [圖8]是概要地描繪根據本發明的一第二實施例的一種方法的流程圖。
7:影像感測器
9:像素
11:影像感測器層
13:電容器層
15:影像感測器層接觸墊
17:光敏元件
19:電容器層頂端接觸墊
21:第二電容器接觸結構
23:電容器
25:第一介電材料
27a-b:導電的垂直奈米結構
29:第二介電材料層
31:繞線/開關電路

Claims (23)

  1. 一種影像感測器，其包括： 影像感測器層，其具有： 複數個影像感測器層接觸墊；以及 複數個光敏元件，每一個光敏元件耦接至所述複數個影像感測器層接觸墊中的一個別的影像感測器層接觸墊；以及 電容器層，其具有： 複數個第一電容器接觸結構，每一個第一電容器接觸結構由一電容器層頂端接觸墊所構成，所述電容器層頂端接觸墊被接合到所述影像感測器層的所述複數個影像感測器層接觸墊中的一個別的影像感測器層接觸墊； 複數個第二電容器接觸結構；以及 內嵌在第一介電材料中的複數個電容器，每一個電容器包含至少一導電的垂直奈米結構，所述至少一導電的垂直奈米結構導電地連接至一個別的第一電容器接觸結構以及一個別的第二電容器接觸結構中之一者，並且藉由一具有不同於所述第一介電材料的第二介電材料之第二介電材料層來和所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之另一者在導電上分開，所述第二介電材料保形地塗覆所述至少一導電的垂直奈米結構。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中所述第一介電材料具有第一相對介電常數，並且所述第二介電材料具有第二相對介電常數，所述第二相對介電常數是所述第一相對介電常數的至少兩倍。
  3. 如請求項1之影像感測器，其中在所述複數個電容器中的每一個電容器藉由所述第一介電材料來和所述複數個電容器中的相鄰的電容器分開。
  4. 如請求項1之影像感測器，其中內含在所述複數個電容器中的每一個電容器中的所述至少一導電的垂直奈米結構具有一高度以及一最大寬度，在所述高度以及所述最大寬度之間的比例是至少5倍。
  5. 如請求項1之影像感測器，其中在所述複數個電容器中的每一個電容器包括： 第一電容器電極，其由所述至少一導電的垂直奈米結構所構成；以及 第二電容器電極，其包括保形地塗覆所述第二介電材料層的導電層。
  6. 如請求項5之影像感測器，其中所述第二電容器電極導電地連接至所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之所述另一者。
  7. 如請求項6之影像感測器，其中在所述複數個電容器中的每一個電容器中，所述至少一導電的垂直奈米結構的第一端導電地連接至所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之所述一者。
  8. 如請求項7之影像感測器，其中在所述複數個電容器中的每一個電容器中，所述第二電容器電極在相鄰所述至少一導電的垂直奈米結構的第二端的一連接位置處，導電地連接至所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之所述另一者。
  9. 如請求項1之影像感測器，其中在所述複數個電容器中的每一個電容器包括複數個導電的垂直奈米結構，每一個導電的垂直奈米結構導電地連接至所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之所述一者，並且藉由所述第二介電材料層來和所述個別的第一電容器接觸結構以及所述個別的第二電容器接觸結構中之所述另一者在導電上分開。
  10. 如請求項9之影像感測器，其中對於在所述複數個電容器中的每一個電容器： 在所述複數個導電的垂直奈米結構中的相鄰的奈米結構之間的空間係被填入導電材料。
  11. 如請求項9之影像感測器，其中對於在所述複數個電容器中的每一個電容器： 在所述複數個導電的垂直奈米結構中的相鄰的奈米結構之間的空間係至少部份被填入介電材料。
  12. 如請求項1之影像感測器，其中在所述複數個電容器中的每一個電容器係呈現至少200 fF/µm2 的電容密度。
  13. 如請求項1之影像感測器，其中在所述複數個電容器中的每一個電容器係呈現至少200 fF的電容。
  14. 如請求項1之影像感測器，其中： 所述電容器層包括在所述電容器層的底部之複數個電容器層底部接觸墊；以及 在所述複數個第二電容器接觸結構中的每一個第二電容器接觸結構構成在所述複數個電容器層底部接觸墊中的一個別的電容器層底部接觸墊。
  15. 如請求項14之影像感測器，其進一步包括信號處理層，其具有： 複數個信號處理層接觸墊，每一個信號處理層接觸墊被接合到所述複數個電容器層底部接觸墊中的一個別的電容器層底部接觸墊；以及 信號處理電路，其耦接至所述信號處理層接觸墊。
  16. 如請求項15之影像感測器，其中： 所述信號處理層包括在所述信號處理層的底部之複數個信號處理層底部接觸墊；以及 所述影像感測器進一步包括功能層，其具有： 複數個功能層接觸墊，每一個功能層接觸墊被接合到在所述複數個信號處理層底部接觸墊中的一個別的信號處理層底部接觸墊；以及 功能電路，其耦接至所述功能層接觸墊。
  17. 如請求項16之影像感測器，其中所述功能電路包含RF電路、記憶體電路、以及感測電路中之至少一者。
  18. 一種電子裝置，其包括： 用於控制所述電子裝置的操作的處理電路；以及 如請求項1之影像感測器，其耦接至所述處理電路。
  19. 如請求項18之電子裝置，其中所述電子裝置是行動電話；娛樂單元；導航裝置；通訊裝置；固定位置的資料單元；行動位置的資料單元；全球定位系統(GPS)裝置；智慧型手錶；可穿戴式計算裝置；平板電腦；伺服器；電腦；可攜式電腦；行動計算裝置；數位相機；CCD相機；電池充電器；USB裝置；桌上型電腦；個人數位助理(PDA)；螢幕；電腦螢幕；ADAS；電視；調諧器；廣播；衛星廣播；音樂播放器；數位音樂播放器；可攜式音樂播放器；數位視訊播放器；汽車；電動交通工具；交通工具元件；航空電子系統；無人機；以及多旋翼機中之一者。
  20. 一種製造用於影像感測器的電容器層之方法，其包括以下步驟： 設置基板，其具有於其上的第一複數個離散的導電材料島狀物； 在所述第一複數個離散的導電材料島狀物中的每一個離散的導電材料島狀物上設置至少一導電的奈米結構，其係以所述導電的奈米結構從所述離散的導電材料島狀物實質垂直地延伸並且所述導電的奈米結構的第一端導電地接觸所述離散的導電材料島狀物的此種方式設置的； 在所述離散的導電材料島狀物上所設置的所述導電的奈米結構上施加保形的介電層； 在所述保形的介電層上施加導電材料層以形成複數個電容器，每一個電容器包含所述至少一導電的奈米結構、所述保形的介電層以及所述導電材料層； 在介電材料中嵌入所述複數個電容器； 形成第二複數個離散的導電材料島狀物，其係以在所述第二複數個離散的導電材料島狀物中的每一個離散的導電材料島狀物導電地接觸到在所述第一複數個離散的導電材料島狀物中的個別的離散的導電材料島狀物上所設置的所述至少一導電的奈米結構上的所述導電材料層的此種方式來形成的；以及 移除所述基板。
  21. 如請求項20之方法，其中： 形成所述第二複數個離散的導電材料島狀物的步驟是在所述介電材料中嵌入所述複數個電容器的步驟之前執行的；以及 所述方法進一步包括平坦化嵌入所述複數個電容器的所述介電材料的步驟，直到在所述第二複數個離散的導電材料島狀物中的所述離散的導電材料島狀物被露出為止。
  22. 如請求項20之方法，其中： 所述方法進一步包括平坦化嵌入所述複數個電容器的所述介電材料的步驟，直到在所述第一複數個離散的導電材料島狀物中的所述個別的離散的導電材料島狀物上所設置的所述至少一導電的奈米結構上的所述導電材料層被露出為止；以及 形成所述第二複數個離散的導電材料島狀物的步驟是在平坦化所述介電材料的步驟之後實行的。
  23. 如請求項20之方法，其中在所述保形的介電層上施加所述導電材料層的步驟包括以下的步驟： 在所述保形的介電層上直接施加保形的第一導電材料層；以及 在所述保形的第一導電材料層上直接施加第二導電材料層。
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