CN111295733B - 晶片级测序流通池制造 - Google Patents

晶片级测序流通池制造 Download PDF

Info

Publication number
CN111295733B
CN111295733B CN201880060724.1A CN201880060724A CN111295733B CN 111295733 B CN111295733 B CN 111295733B CN 201880060724 A CN201880060724 A CN 201880060724A CN 111295733 B CN111295733 B CN 111295733B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
forming
metal oxide
wafer
flow cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880060724.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111295733A (zh
Inventor
李世峰
龚剑
林彦佑
诚·弗兰克·钟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MGI Tech Co Ltd
Original Assignee
MGI Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MGI Tech Co Ltd filed Critical MGI Tech Co Ltd
Publication of CN111295733A publication Critical patent/CN111295733A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111295733B publication Critical patent/CN111295733B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/022—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being a laminate, i.e. composed of sublayers, e.g. stacks of alternating high-k metal oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0046—Sequential or parallel reactions, e.g. for the synthesis of polypeptides or polynucleotides; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making molecular arrays
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6869—Methods for sequencing
    • C12Q1/6874—Methods for sequencing involving nucleic acid arrays, e.g. sequencing by hybridisation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • G01N21/6454—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates using an integrated detector array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707—Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/49—Blood
    • G01N33/4915—Blood using flow cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/02126—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC
    • H01L21/02131—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material containing Si, O, and at least one of H, N, C, F, or other non-metal elements, e.g. SiOC, SiOC:H or SiONC the material being halogen doped silicon oxides, e.g. FSG
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02266—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by physical ablation of a target, e.g. sputtering, reactive sputtering, physical vapour deposition or pulsed laser deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28264—Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being a III-V compound
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14632—Wafer-level processed structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14687—Wafer level processing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00583—Features relative to the processes being carried out
    • B01J2219/00603—Making arrays on substantially continuous surfaces
    • B01J2219/00605—Making arrays on substantially continuous surfaces the compounds being directly bound or immobilised to solid supports
    • B01J2219/00614—Delimitation of the attachment areas
    • B01J2219/00617—Delimitation of the attachment areas by chemical means
    • B01J2219/00619—Delimitation of the attachment areas by chemical means using hydrophilic or hydrophobic regions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0663—Whole sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0877—Flow chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165—Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D143/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and containing boron, silicon, phosphorus, selenium, tellurium, or a metal; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D143/02—Homopolymers or copolymers of monomers containing phosphorus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G01N2021/058—Flat flow cell
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks
    • G01N2021/6441—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks with two or more labels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6463—Optics
    • G01N2021/6471—Special filters, filter wheel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements

Abstract

一种用于形成测序流通池的方法包括：提供覆盖有介电层的半导体晶片；并且在所述介电层上形成图案化层。所述图案化层具有差异表面，所述差异表面包括交替的第一表面区域和第二表面区域。所述方法还可以包括：将所述盖晶片附着于所述半导体晶片以形成复合晶片结构，所述复合晶片结构包括多个流通池。然后切割所述复合晶片结构以形成多个管芯。每个管芯包括流通池。所述测序流通池可以包括：入口和出口，在所述图案化层的一部分与所述盖晶片的一部分之间的流动通道。此外，所述方法可以包括对所述测序流通池进行功能化以产生差异表面。

Description

晶片级测序流通池制造
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年9月19日提交的名称为“Wafer Level Sequencing Flow CellFabrication”的美国临时专利申请No.62/560,585和2018年5月10日提交的名称为“WaferLevel Sequencing Flow Cell Fabrication”的美国临时专利申请No.62/669,890的优先权，两者均共同转让，并且出于所有目的，通过引用将其整体并入本文中。
技术领域
本发明总体上涉及用于生物学或化学分析的生物传感器，并且更具体地，涉及形成测序流通池的方法，包括在晶片级进行封装。
背景技术
化学物质和/或生物物质的高通量分析是诊断和治疗领域中的重要工具。可以将附接的一系列化学物质和/或生物物质设计为定义特定的靶序列，分析基因表达模式，识别特定的等位基因变异，确定DNA序列的拷贝数以及在全基因组范围内识别蛋白质的结合位点(例如转录因子和其他调节分子)。在一个具体的示例中，人类基因组计划的到来要求开发改进的核酸测序方法，例如DNA(脱氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)测序方法。单倍体人类基因组的整个3,000,000,000碱基序列的确定为鉴定多种疾病的遗传基础提供了基础。
高通量分析(例如，大规模平行DNA测序)经常用流通池，流通池含有可用于进行分析的化学及/或生物物质阵列。在各种配置中，作为用来进行生物分析的整体系统的一部分的检测流通池包括承载物(carrier)，该承载物中可提供试验基板(assay substrate)，其中大部分的试验基板可用来进行生化分析，因为这些流通池的承载物部件设计成可提供功能性，在现有技术系统中是由试验基板本身来呈现该功能性。这些流通池可用于自动化系统中且通常呈平坦状以用于成像。这些流通池的部件的各种配置可使蒸发作用减至最小，还使得能精确地控制流体的吸入与排出。
现行许多流通池设计的制造及使用可能成本高，且该流通池设计在功能化表面区域的利用率上通常效率低，使得利用该流通池所能获取的数据量减少。
发明内容
本发明的实施方案提供用于DNA测序应用的纳米阵列流通池的晶片级芯片封装方法。晶片级封装技术可实质降低流通池的制造成本。在某些实施方案中，在这些晶片上形成硬的差异表面，可选择性地对这些硬差异表面进行功能化以用于装载DNA纳米球(DNBloading)。此所述实施方案中形成的硬表面可承受标准半导体晶片级的制造及封装工艺而无任何复杂的限制条件，从而能增进制造及芯片封装产率。
根据一些实施方案，一种用于形成测序流通池的方法包括：提供覆盖有介电层的半导体晶片；并且在所述介电层上形成图案化层。所述图案化层具有差异表面，所述差异表面包括交替的第一表面区域和第二表面区域。所述方法还可以包括：将所述盖晶片附着于所述半导体晶片以形成复合晶片结构，所述复合晶片结构包括多个流通池。然后切割所述复合晶片结构以形成多个管芯。每个管芯形成测序流通池。所述测序流通池可以包括：入口和出口、在所述图案化层与所述盖晶片之间的流动通道。所述测序流通池可以包括：在所述图案化层中的一或多个第一表面区域和在所述图案化层中的一或多个第二表面区域。此外，所述方法可以包括对所述测序流通池进行功能化以产生差异表面。
在上述方法的一些实施方案中，所述第一表面区域为亲水性表面，而所述第二表面区域为疏水性表面。在一些实施方案中，所述第一表面区域为疏水性表面，而所述第二表面区域为亲水性表面。在一些实施方案中，在测序流通池中，第一表面区域或第二表面区域是被配置用于接收核酸大分子以用于测序的亲水性表面。
在一些实施方案中，所述方法还包括在附着所述盖晶片之前，于所述半导体晶片中形成多个通孔，所述多个通孔被配置用作所述流通池的入口和出口。
在一些实施方案中，所述方法还包括在将所述盖晶片附着于所述半导体晶片之前，在所述盖晶片中形成入口和出口。
在一些实施方案中，所述半导体晶片还可以包括位于所述介电层下方的CMOS层。
在一些实施方案中，形成图案化层可以包括：在所述半导体晶片上的所述介电层上形成金属氧化物层；以及将所述金属氧化物层图案化而成为多个金属氧化物区域。所述金属氧化物区域是配置用来接收核酸大分子。
在一些实施方案中，形成图案化层可以包括：形成金属氧化物层；在所述金属氧化物层上形成氧化硅层；以及图案化所述氧化硅层。所述金属氧化物层未被所述氧化硅层所覆盖的区域被配置用来接收核酸大分子。
在一些实施方案中，所述方法还包括：在将所述盖晶片附着于所述半导体晶片之前，在所述半导体晶片上形成支撑结构。
在一些实施方案中，所述方法还包括：使所述盖晶片与所述支撑结构接合。
在一些实施方案中，所述盖晶片可以包括玻璃晶片。
在一些实施方案中，所述方法还可以包括：对所述测序流通池进行功能化，其中对所述测序流通池进行功能化可以包括：使所述流动通道暴露于经由所述入口和出口所提供的材料。
在一些实施方案中，切割所述复合晶片结构可以包括：使用晶片切割工艺将所述复合晶片结构分割成独立的管芯。
根据一些实施方案，一种用于形成测序流通池的方法可以包括：提供半导体晶片，所述半导体晶片具有介电层，所述介电层覆盖在互补金属-氧化物-半导体(CMOS)层上。所述CMOS层可以包括：光感测层，所述光感测层包括多个光电二极管，以及电子电路层，所述电子电路层耦合至所述光感测层以用于处理所感测到的信号。所述方法可以包括：在所述介电层上形成图案化层，所述图案化层具有交替的金属氧化物区域和氧化硅区域。所述方法可以包括：将玻璃晶片附着于所述半导体晶片以形成复合晶片结构。所述玻璃晶片可以包括多个孔。所述复合晶片结构包括多个测序流通池。每个测序流通池可以包括：玻璃层，所述玻璃层具有孔，所述孔被配置作为所述测序流通池的入口和出口。每个测序流通池可以包括：多个金属氧化物区域和氧化硅区域，以及在所述玻璃层与所述多个金属氧化物区域以及氧化硅区域之间的流动通道。可以切割所述复合晶片结构以形成多个管芯，每个管芯可以包括测序流通池。
在上述方法的一些实施方案中，形成图案化层可以包括：在所述半导体晶片上的所述介电层上形成金属氧化物层；以及将所述金属氧化物层图案化而成为多个金属氧化物区域。所述金属氧化物区域被配置用来接收核酸大分子。
在一些实施方案中，形成图案化层可以包括：形成金属氧化物层；在所述金属氧化物层上形成氧化硅层；以及图案化所述氧化硅层。所述金属氧化物层未被所述氧化硅层所覆盖的区域被配置用来接收核酸大分子。
在一些实施方案中，所述方法还包括：使所述玻璃晶片与所述半导体晶片接合。该接合步骤可以与本文所述的方法的步骤的各种组合一起使用。
在一些实施方案中，所述方法还可以包括对所述测序流通池进行功能化，并且对所述测序流通池进行功能化可以包括：使所述测序流通池暴露于经由所述入口和出口所提供的材料。该功能化步骤可以与本文所述的方法的步骤的各种组合一起使用。
根据一些实施方案，一种用于形成测序流通池的方法可以包括：提供覆盖有介电层的半导体晶片；以及在所述介电层上形成图案化层。所述图案化层可以具有交替的金属氧化物区域和氧化物区域。所述方法还可以包括：形成贯穿所述半导体晶片的多个通孔；以及将玻璃晶片附着于所述半导体晶片以形成复合晶片结构。然后可以切割所述复合晶片结构以形成多个管芯，每个管芯形成测序流通池。所述方法还可以包括：对所述测序流通池进行功能化。每个测序流通池可以包括：玻璃层；多个金属氧化物区域和氧化物区域；在该玻璃层与该多个金属氧化物区域及氧化物区域之间的流动通道。所述金属氧化物区域被配置为接收核酸大分子，并且在所述半导体晶片中的所述通孔被配置作为所述测序流通池的入口和出口。
在上述方法的一些实施方案中，形成图案化层可以包括：在所述半导体晶片上的所述介电层上形成金属氧化物层；以及将所述金属氧化物层图案化而成为多个金属氧化物区域。所述金属氧化物区域被配置用来接收核酸大分子。
在一些实施方案中，形成图案化层可以包括：在所述半导体晶片上的所述介电层上形成金属氧化物层；在所述金属氧化物层上形成氧化硅层；以及图案化所述氧化硅层。所述金属氧化物层未被所述氧化硅层覆盖的区域被配置用来接收核酸大分子。
在一些实施方案中，所述方法还可以包括：使所述玻璃晶片与所述半导体晶片接合。
在一些实施方案中，所述方法还可以包括对所述测序流通池进行功能化，其中对所述测序流通池进行功能化可以包括：使所述测序流通池暴露于经由所述入口和出口所提供的材料以形成亲水表面区域和疏水表面区域。该功能化步骤可以与本文所述的方法的步骤的各种组合一起使用。
根据一些实施方案，一种用于形成具有差异表面的设备结构的方法包括：提供基板；以及在所述基板上形成表面层，所述表面层具有交替的第一薄膜区域和第二薄膜区域。所述方法包括：通过使所述表面层暴露于第一材料而选择性地在所述第一薄膜区域上形成第一覆盖层。所述方法还包括：通过使所述表面层暴露于第二材料而选择性地在所述第二薄膜区域上且不在所述第一薄膜区域上形成第二覆盖层。所述方法还包括：选择所述第一材料和所述第二材料以调整所述第一覆盖层和所述第二覆盖层的疏水性。
在上述方法的一些实施方案中，所述第一薄膜区域包含金属或金属氧化物材料，所述金属氧化物材料包括阳极氧化铝(A12O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氧化锆(ZrO2)及氧化钛(TiO2)中的一者或多者。
在一些实施方案中，所述第一材料可以包括膦酸或磷酸盐/酯。
在一些实施方案中，所述第二薄膜区域包含氧化硅。
在一些实施方案中，所述第二材料可以包括硅烷。
在一些实施方案中，在所述第一薄膜区域上形成所述第一覆盖层可以包括：在使所述表面层暴露于所述第一材料之后进行退火工艺。
在一些实施方案中，所述退火工艺可以包括在惰性环境中于70℃至90℃下进行5分钟至15分钟。
在一些实施方案中，所述第一覆盖层为亲水性的，而所述第二覆盖层为疏水性的。
在一些实施方案中，所述第一覆盖层具有正电荷，而所述第二覆盖层具有负电荷。
在一些实施方案中，形成所述表面层可以包括：形成氧化硅层；在所述氧化硅层上形成金属氧化物层；以及图案化所述金属氧化物层以去除所述金属氧化物层的部分而形成多个金属氧化物区域，以及以暴露出多个氧化硅区域。所述第一薄膜区域包括所述多个金属氧化物区域，而所述第二薄膜区域包括所述多个氧化硅区域。
在一些实施方案中，形成所述表面层可以包括：形成金属氧化物层；在所述金属氧化物层上形成氧化硅层；以及图案化所述氧化硅层以去除所述氧化硅层的部分以形成多个氧化硅区域，以及以暴露出多个金属氧化物区域。所述第一薄膜区域包括所述多个金属氧化物区域，而所述第二薄膜区域包括所述多个氧化硅区域。
在一些实施方案中，形成所述第一覆盖层可以包括：使金属氧化物区域暴露于聚乙烯基膦酸(PVPA)以形成亲水性覆盖层。
在一些实施方案中，形成所述第一覆盖层可以包括：使金属氧化物区域暴露于12-羟基十二烷基磷酸酯(OH-DDPO4)，以自组装单层形式(SAM)形成亲水性覆盖层。
在一些实施方案中，形成所述第一覆盖层可以包括：使金属氧化物区域暴露于羟基十二烷基磷酸酯铵盐以形成疏水性覆盖层。
在一些实施方案中，形成所述第一覆盖层可以包括：使金属氧化物区域暴露于12-羟基十二烷基磷酸酯(OH-DDPO4)与羟基十二烷基磷酸酯的混合物以形成可调疏水性的第一覆盖层。
在一些实施方案中，形成所述第二覆盖层可以包括：使所述氧化硅区域暴露于疏水性硅烷以形成疏水性覆盖层。
在一些实施方案中，所述疏水性硅烷可以包括氟化烷基-硅烷或二烷基-硅烷。
在一些实施方案中，形成所述第二覆盖层可以包括：使所述氧化硅区域暴露于亲水性硅烷以形成亲水性覆盖层。
在一些实施方案中，所述亲水性硅烷可以包括具羟烷基末端的硅烷。
在一些实施方案中，所述基板可以包括裸半导体基板。
在一些实施方案中，所述基板可以包括半导体基板，所述半导体基板包含CMOS电路及背面照射(BSI)传感器。
在一些实施方案中，所述基板可以包括玻璃材料。
根据某些实施方案，一种具有差异表面的设备结构包括基板及位在该基板上的表面层，该表面层具有交替配置的第一薄膜区域和第二薄膜区域。该设备包括选择形成在第一薄膜区域上的第一覆盖层，以及包括选择形成在第二薄膜区域上且不在第一薄膜区域上的第二覆盖层。该第一覆盖层及该第二覆盖层配置成具有不同的疏水性。
通过参考以下说明、权利要求和附图，前述以及其他特征和实施方案将变得更加明显。
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的在测序流通池的制造的中间阶段的半导体晶片100的截面图。
图2-7是示出根据本发明的实施方案的测序流通池的晶片级封装的各个阶段的截面图。在图2-7中描述的工艺在图1中描述的晶片100上执行。
图2是根据本发明的一些实施方案的在图1的晶片结构100上进行差异表面图案化的晶片结构200的截面图。
图3是根据本发明的一些实施方案示出晶片结构300的截面图，该晶片结构300具有设置在图2的晶片结构200上方的盖结构。
图4A是根据本发明的一些实施方案示出在图3的晶片结构300上具有背面封装的晶片结构400的截面图。
图4B是根据本发明的一些实施方案的图4A的覆盖晶片的顶视图。
图5是在根据本发明的实施方案的测序流通池的制造的中间阶段的晶片切割工艺之后的多个单独的流通池管芯500的截面图。
图6是根据本发明的实施方案的在将功能化工艺应用于图5的在测序流通池的制造的中间阶段的流通池管芯500之后的多个单独的流通池管芯600的截面图。
图7是根据本发明的实施方案的示出在图6的测序流通池600中的样本装载工艺之后的多个单独的流通池管芯700的截面图。
图8-13是示出根据本发明的另一实施方案的测序流通池的晶片规模封装的各个阶段的截面图。在图8-13中描述的工艺可以在图1中描述的晶片100上执行。
图8是根据本发明的一些实施方案的在图1的晶片结构100上进行差异表面图案化的晶片结构800的截面图。
图9是根据本发明的一些实施方案示出晶片结构900的截面图，该晶片结构900具有设置在图8的晶片结构800上方的盖结构。
图10是根据本发明的一些实施方案示出在图9的晶片结构900上具有背面封装的晶片结构1000的截面图。
图11是在根据本发明的实施方案的测序流通池的制造的中间阶段的晶片切割工艺之后的多个单独的流通池管芯1100的截面图。图10中所示的切割工艺类似于以上结合图5描述的工艺。
图12是根据本发明的实施方案的在将功能化工艺应用于图11的在测序流通池的制造的中间阶段的流通池管芯1100之后的多个单独的流通池管芯1200的截面图。
图13是根据本发明的实施方案的示出在图12的测序流通池1200中的样本装载工艺之后的多个单独的流通池管芯700的截面图。图13所示的样本装载工艺类似于以上结合图7描述的工艺。
图14-19是示出根据本发明的另一实施方案的测序流通池的晶片规模封装的各个阶段的截面图。图14至图19所述的工艺类似于图2-7的在图1中描述的已经内置有CMOS电路的晶片100上执行的工艺。在替代的实施方案中，在图14至图19中描述的工艺可以在没有内置电路的裸硅晶片或其他半导体晶片上执行，如下所述。
图14是根据本发明的一些实施方案的在裸晶片301上进行差异表面图案化的晶片结构1400的截面图。
图15是根据本发明的一些实施方案示出晶片结构1500的截面图，该晶片结构1500具有在图14的晶片结构1400中形成的穿孔。
图16是根据本发明的一些实施方案示出在图15的晶片结构1500上设置有盖结构的晶片结构1000的截面图。
图17是在根据本发明的实施方案的测序流通池的制造的中间阶段的晶片切割工艺之后的多个单独的流通池管芯1700的截面图。
图18是根据本发明的实施方案的在将功能化工艺应用于图17的流通池管芯1700之后的多个单独的流通池管芯1800的截面图。图18所示的功能化工艺类似于以上结合图6描述的工艺。
图19是根据本发明的实施方案的示出在图18的测序流通池1800中的样本装载工艺之后的多个单独的流通池管芯1900的截面图。
图20-25是示出根据本发明的另一实施方案的测序流通池的晶片规模封装的各个阶段的截面图。图20-25所述的工艺类似于上文结合图14-19描述的在裸晶片100上执行的那些工艺。
图20是根据本发明的一些实施方案的在裸晶片上进行差异表面图案化的晶片结构2000的截面图。
图21是根据本发明的一些实施方案示出在图20的晶片结构2000上形成有穿孔的晶片结构2100的截面图。
图22是根据本发明的一些实施方案的示出具有设置在图21的晶片结构2100上方的盖结构的晶片结构2200的截面图。
图23是在根据本发明的实施方案的测序流通池的制造的中间阶段的晶片切割工艺之后的多个单独的流通池管芯2300的截面图。
图24是根据本发明的实施方案的在将功能化工艺应用于图23的流通池管芯2300之后的多个单独的流通池管芯2400的截面图。
图25是根据本发明的实施方案的示出在图2的测序流通池2400中的样本装载工艺之后的多个单独的流通池管芯2500的截面图。
图26是根据一些实施方案的具有差异表面区域的设备结构2600的截面图。
图27A-27F是根据本发明的一些实施方案示出用于形成图26的具有差异表面区域的设备结构的方法的截面图。
图27A示出了形成在基板上的薄膜层。
图27B示出了在第一薄膜层上形成的第二薄膜层。
图27C示出了形成在第二薄膜层上的图案化掩模层。
图27D示出了具有交替的薄膜区域的设备结构的截面图。
图27E示出了选择性地形成在第一薄膜区域上的第一覆盖层。
图27F示出了第二覆盖层，该第二覆盖层选择性地形成在第二薄膜区域的顶表面上，以形成具有差异表面区域的设备结构。
图28A-28C是示出根据本发明的替代实施方案的用于形成具有差异表面区域的设备结构的方法的截面图。
图28A示出了具有第一薄膜层和第二薄膜层的交替表面区域的设备结构的截面图。
图28B示出了选择性地形成在第一薄膜区域上的第一覆盖层。
图28C示出了第二覆盖层，该第二覆盖层选择性地形成在第二薄膜区域的顶表面上以形成具有差异表面区域的设备结构。
图29是根据一些实施方案的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图30是根据一些实施方案的具有第一钝化层的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图31是根据一些实施方案的具有第一金属层的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图32是根据一些实施方案的具有经蚀刻的第一金属层的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图33是根据一些实施方案的具有介电层的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图34是根据一些实施方案的具有滤色层的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图35是根据一些实施方案的具有平坦化的滤色层的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图36A是根据一些实施方案的具有第二钝化层、第一材料层和第二金属层的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图36B是根据一些实施方案的具有第二钝化层和第二金属层的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图37是根据一些实施方案的使用背面照射CMOS图像传感器的生物传感器的横截面图。
图38是根据一些实施方案的使用背面照射CMOS图像传感器和微透镜的生物传感器的横截面图。
图39是根据一些实施方案的使用背面照射CMOS图像传感器、微透镜和第三金属层的生物传感器的横截面图。
图40是根据一些实施方案的使用背面照射CMOS图像传感器、微透镜、第三金属层和平坦化层的生物传感器的横截面图。
图41是根据一些实施方案的使用背面照射CMOS图像传感器的生物传感器的横截面图。
图42A是根据一些实施方案的可用于生物传感器的双通道滤色器的俯视图。
图42B是根据一些实施方案的可以用于生物传感器中的四通道滤色器的俯视图。
图43A-43C是根据一些实施方案的在多步骤测序的各个阶段示出来自BSI CMOS芯片中的阵列上的多个斑点处的DNB的信号的摄影图像。
图44是根据一些实施方案的其中掩模被去除的背面照射CMOS图像传感器的横截面图。
图45是根据一些实施方案的背面照射CMOS图像传感器的横截面图，其具有由于差异表面而选择性地施加的第一涂层。
图46是根据一些实施方案的背面照射CMOS图像传感器的横截面图，其具有由于差异表面而选择性地施加的第二涂层。
图47是根据一些实施方案的使用具有大分子的背面照射CMOS图像传感器的生物传感器的横截面图。
具体实施方式
本发明的实施方案提供了用于DNA测序应用的流通池的晶片级芯片封装的方法。该流通池可包括一或多个核酸阵列，该一或多个核酸阵列包含用于进行测序的模板核酸(template nucleic acids)。在一方法中，所述阵列为DNA纳米球(DNB)纳米阵列。在另一方法中，所述阵列包括模板核酸簇(clusters)，每个簇包括单一模板分子的扩增子(amplicon)。
根据本发明其中一方面所进行的晶片级封装可实质性降低流通池的制造成本。在某些实施方案中，在这些晶片上蚀刻出硬的差异表面，可选择性地对这些差异表面进行功能化以用于装载DNB。于本文所述实施方案中所形成的硬表面能承受标准半导体晶片级的制造及封装工艺且无任何复杂的限制条件，从而能提高制造及芯片封装的产率。
I.CMOS晶片上的晶片级流通池制造法
图1是根据本发明的实施方案的在制造测序流通池的中间阶段时的半导体晶片100的截面图。在基于半导体的测序池的制造中，晶片可具有数千个管芯，每个管芯代表晶片的将被制造成包含多个池阵列(例如，数百个或更多池)的测序芯片的部分。为了简单起见，图1仅示出了半导体晶片100中的区域11和区域12，其被设计用于两个单独的管芯中的两个流通池，并且每个区域被示出为仅具有两个池区域，如图1所示。区域11包含池区域151-1和池区域151-2，区域12包含池区域152-1和池区域152-2。
如图1所示，半导体晶片100包含CMOS图像传感器层10、CMOS处理电路层20和堆叠层30。在堆叠技术中，CMOS图像传感器层10和CMOS处理电路层20可以分别制造，然后在3-D堆叠设备中通过堆叠接口层30接合在一起。
CMOS图像传感器层10包含形成在半导体层110中的光感测部件112，例如，光电二极管。半导体层110可以由任何合适的材料制成，诸如，例如，由硅、硅上III-V族、硅上石墨烯、绝缘体上硅、它们的组合等制成。尽管这里相对于光电二极管110进行了描述，但是预期可以使用任何合适的光敏部件。光电二极管110可以配置为将所测得的光转换成电流。光电二极管110可以包括MOS晶体管(未示出)的源极和漏极，其可以将电流传输到其他部件，例如其他MOS晶体管。其他部件可以包括复位晶体管、电流源跟随器或用于将电流转换为数字信号的行选择器等。尽管描述为电介质，但是预期，介电层可以包含任何合适的电绝缘材料。
CMOS图像传感器层10还包含形成在介电层104中的金属布线105。金属布线115可以包含用于集成电路材料的互连和外部连接。
为了简单起见，CMOS处理电路层20被示为硅基板层101。然而，应当理解，CMOS处理电路层20可以包含测序操作所需的CMOS电路。例如，CMOS处理电路层20可以包含用于图像处理、信号处理以及用于排序操作和外部通信的控制功能的电路。
如图1所示，CMOS图像传感器层10被配置用于背面照射(BSI)。CMOS图像传感器层10和CMOS处理电路层20可以分别制造，然后在3-D堆叠器件中通过堆叠层30接合在一起。堆叠层30可以包含介电层102和在介电层102中形成的通孔103。通孔103用于连接CMOS图像传感器层10和CMOS处理电路层20。
图1还示出了钝化层121，其覆盖在CMOS图像传感器层10上。钝化层121可以通过常规的半导体处理技术(例如，低温等离子体化学气相沉积、PECVD、溅射、ALD、旋涂、浸涂等)基板层110和光电二极管112沉积。钝化层121可以包含任何合适的保护材料。例如，钝化层121可以包含诸如氮化硅、氧化硅、其他介电材料或其组合等等材料。钝化层121可以用作随后的蚀刻步骤的蚀刻停止层，如本文进一步所述的。钝化层121可以可替代地或附加地起到保护有源器件(即，背面照射CMOS传感器)的作用。钝化层121可以可替代地或附加地起到保护光电二极管112免受由频繁使用引起的磨损的作用。钝化层121可以是透明的。
可以在第一钝化层121上方或之内形成离散区域，有时称为“斑点”或孔(未示出)，分析物分子可以定位或固定在该离散区域上。化学或生物样本可以放置在离散区域上或上方以进行分析。通常，对于DNA测序，生物样本包含DNA测序文库。DNA测序文库的DNB或其他成员或其克隆种群位于离散区域中。
在一些实施方案中，CMOS图像传感器层10可以适于检测来自相应生物分子阵列的光信号(例如，荧光或化学发光发射)，其中各个生物分子可以位于(例如，在斑点或孔中)一个或多个光电二极管上方，使得一个或多个光电二极管接收来自生物分子的光。如本文所使用的，化学发光包含生物发光，例如荧光素酶报道分子产生的生物发光。
图2-7是根据本发明一实施方案示出测序流通池的晶片级封装工艺的各个阶段的截面图。图2-7中所述的工艺是在图1中所述的晶片100上进行。
图2为根据本发明某些实施方案的在图1的晶片结构100上进行图案化而具有差异表面的晶片结构200的截面图。图2示出在图1中所示晶片100的介电层121上形成第一材料123和第二材料125交替暴露的区域。在图2的实施方案中，可利用传统的半导体处理技术(例如，通过溅射法、电子束蒸发法、热蒸发法、ALD，等等)在该钝化层121上沉积含金属层123。含金属层123可包括任何合适的金属或金属氧化物材料。例如，该层123可包括例如钨、钛、氮化钛、银、钽、氧化钽、铪、铬、铂、钨、铝、金、铜、上述材料的组合物或合金及诸如此类的材料。层123对于入射光而言可能是不透光的及/或当有激发光存在时，对于激发光而言可能是不透光的。
在图2中，可通过沉积介电材料并且使用光刻(photolithography)及蚀刻工艺进行图案化而形成层125的区域。介电材料125可包括任何合适的保护性材料。例如，该介电层121可包括的材料例如氮化硅、氧化硅、其他电性绝缘材料或上述材料的组合及诸如此类者。可利用常见的半导体处理技术(例如，低温等离子体化学气相沉积法、PECVD、溅射法、ALD、旋涂法、浸渍法，等等)在含金属层123上沉积介电层125。
接着，可使用常见的光刻及蚀刻工艺图案化所沉积的介电层121。该工艺包括在所沉积的介电层121上形成图案化掩模(patterned mask)、蚀刻所沉积的介电层121及去除该图案化掩模。经该光刻及蚀刻工艺之后，含金属层123未被介电层125所覆盖的区域暴露出来。含金属层123的这些暴露区域可形成斑点或井，在该斑点或井中可放置生物或化学样本，如下文进一步所述的。
图3为根据本发明某些实施方案示出晶片结构300的截面图，该晶片结构300具有配置在图2的晶片结构200上的盖结构。可通过配置在该介电层125上的支撑结构或间隔物132支撑该盖结构130。在某些实施方案中，盖结构130可以是与图2的晶片结构200具有相同尺寸的玻璃晶片。盖结构130也可为任何合适的基板，例如玻璃材料、塑料材料、氧化硅(silica)、半导体，等等。盖结构130可预先制造有一或多个入口134及一或多个出口135以用于每个芯片区域151和芯片区域152。
可利用支撑结构或间隔物132使盖结构130与图2的晶片结构200接合。支撑结构132可帮助在该试验基板上界定出试验区域(assay region)。支撑结构132可由合适的介电绝缘材料所制成。在某些实施方案中，该盖结构可具有少于约300微米的厚度，使得当所述盖玻片(coverslip)作为该试验区域的观察窗时，所述盖玻片可提供高的数值孔径光学且具有最小的失真(distortion)。该盖结构可放置在所述间隔物上，以便于在具有最小翘曲情形下支撑所述盖玻片并形成一或多个流动通道。
可透过使用粘合剂来直接连接所述流通池部件。该粘合剂优选施用于可在各个流通池部件之间提供最佳粘附力的表面。该粘合剂可为固体(例如胶带)或可以是作为液体或凝胶施用的随后干燥或固化成固体型态的粘合剂。该固体粘合剂可借助本身厚度为这些流动通道提供高度。液体或凝胶也可含有特定尺寸的固体或半固体颗粒(例如，玻璃或塑料珠)，当该液体或凝胶粘合剂干燥时，这些颗粒将会保持特定厚度，从而界定出这些流动通道的高度。在这些情况下，该粘合剂材料可形成所述支撑结构。
图4A是根据本发明某些实施方案示出晶片结构400的截面图，该晶片结构400具有在图3的晶片结构300上的背面封装。图4A示出根据本发明实施方案在制造测序流通池的中间阶段时的背面封装工艺。晶片级封装可包括硅通孔(TSV)/线路重布层(RDL：re-distribution layer)无源中介层。该无源中介层可在其底侧上支撑芯片并且在其顶侧上可用于进行3-D集成电路整合。如图7中所示，可在硅晶片101中形成硅通孔143，该硅晶片101包括如以上参照图1所述的CMOS电路。此外，可在背侧触点上形成金属布线层141及焊垫(bonding pad)以允许与外部的电路及系统进行通信。
图4B是根据本发明某些实施方案的图4A的盖晶片的俯视图。如图4B中所示，盖晶片130包括多个预先制成的孔，这些孔将形成该等流通池的入口及出口。如指定用来作为流通池的管芯的区域11的放大图中所示，该区域具有入口孔134及出口孔135。
图5是根据本发明实施方案在制造测序流通池的中间阶段处进行晶片切割工艺后所形成的多个独立流通池管芯500的截面图。图4A中的晶片结构400可包括数百个或数千个的流通池结构。在该流通池结构中间保留薄的无功能空间，亦称为切割线(scribe line)，在切割线处，切割锯可切割该晶片而不会损伤这些结构及电路。该切割线的宽度可以很小，通常约为100微米。因此需要用极薄且精准的锯将该晶片切成小块。可使用具有钻石尖齿的水冷式圆锯来执行该切割。在图5中，在切割工艺中将图4A的晶片结构切割或分割成多个管芯或芯片。每个单独管芯可包含单个流通池，例如在图5中，由间距150间隔开的流通池151与流通池152。
图6是根据本发明实施方案在制造测序流通池的中间阶段对图5的流通池管芯500实施功能化工艺后所形成的多个独立流通池管芯600的截面图。例如，第一表面层161与具有第一表面层161不同的性质的第二表面层162可分别根据该含金属层123及该介电层125的差异表面来选择性地分别施加。该第一表面层及该第二表面层具有不同性质，使得在由斑点或井所组成的阵列中包括含有该第一表面层的底表面，该第一表面层通过含有该第二表面层的区域来分隔开。在某些实施方案中，相较于该第二表面层而言，所关注的大分子(例如，聚核苷酸、DNB、蛋白质，等等)优先与该第一表面层缔合。
可通过使流动通道136及流动通道137暴露于经由入口134及出口135所提供的适当材料来形成第一表面层161。还可根据该含金属层123的表面性质而将该第一表面层161选择性地施用于该含金属层123。例如，第一表面层161可以是由可与该含金属层123接合及/或会被该含金属层123所吸引这样的材料所形成。在某些实施方案中，该第一表面层不会接合至或附着于介电层125，或该第一表面层会被介电层125所排斥。应认识到，该术语“表面层”不意指归属于任何特定的结构或尺寸。
第一表面层161可包括任何会附着或黏合含金属材料123的合适材料。在一方案中，第一表面层161是使用可与金属黏合的磷酸盐/酯化合物(phosphate compound)所制成，磷酸盐/酯化合物包括但不限于，无机磷酸盐、磷酸、有机磷酸盐/酯化合物，例如四磷酸六甲酯、六甲基磷酰胺、上述化合物的组合物及类似物。
在一些实施方案中，第二表面层162可包括会排斥所关注的生物或化学分析物的材料。例如，第二表面层162可包括具有负电荷的材料，因此会排斥带负电的生物或化学样本。在某些实施方案中，第二表面层162可以是疏水性的。本领域技术人员应认识到可针对特定目的来选择及优化金属与第二表面层的组合(例如，成对(pairwise)的组合)。
在图6中，可根据介电层125的表面性质而将该第二表面层162选择性地施用于该介电层。例如，第二表面层162可能是由可使得其与该介电层125接合及/或会被该介电层125所吸引，但不会与覆盖含金属层123的第一表面层161接合及/或不会被该第一表面所吸引这样的材料所形成。可通过涂覆第二材料或使用第二材料来处理介电层125的暴露部分来施用第二表面层162。在一方案中，使暴露的介电层125及被第一表面层161所覆盖的含金属层123区域两者皆暴露于该第二材料，且该第二材料仅附着在介电层上。可通过使流动通道136及流动通道137暴露于经由入口134及出口135所提供的适当材料来形成第二表面层162。在一方案中，第二表面层162是使用硅烷(silane)或硅烷化合物所制成，其包括但不限于，3-氨丙基-甲基二乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、3-胺丙基三乙氧基硅烷，等等。
在某些实施方案中，第一表面层161可包括会吸引生物或化学样本的材料。例如，该第一表面层161可包括具有正电荷的材料，因此会吸引带负电的生物或化学样本。在某些实施方案中，第一表面层161可为亲水性的。本领域技术人员应意识到可针对特定目的来选择及优化该第一表面层与该第二表面层的组合。
应意识到，术语“表面层”不意在使该第一表面层及该第二表面层局限于任何特定的应用方法或结构。如所述的，可选择该第一表面层及该第二表面层的不同性质以有所区别地留住目标大分子，例如DNA大分子。还应意识到，可对该第一表面层及/或该第二表面层进行功能化，使得该经功能化的表面具有可对目标大分子产生不同滞留力(retention)的性质。为了说明，在施用第一表面层及第二表面层之后，可使用对第二表面层具有亲和力但对第一表面层不具亲合力的DNA结合分子(例如，寡聚核苷酸)来覆盖第二表面层162。在某些实施方案中，第二表面层162可为经功能化的表面，单个核酸分子可在经功能化的表面上扩增。
因此，可以建立一种结构，在该结构中，第一表面层出现在凸起区域中，而第二表面层出现在介于凸起部分之间的凹陷区域中。凹陷区域可形成斑点或井，生物或化学样本可放置在斑点或井中。应意识到，术语“第一表面层”或“第二表面层”可能是指施用于该表面的材料及保留在该表面上的材料(例如，后者可能因溶剂蒸发、与表面材料反应及诸如此类情况而可能与前者有所不同)。进一步指出，此处参照图6所述的功能化工艺可在流通池形成工艺的其他步骤中进行。例如，可在参照图2所述的差异表面图案化工艺之后，或在参照图3所述的盖晶片配置之后进行，或在参照图4A所述的背面封装工艺之后进行该功能化工艺。
图7是根据本发明实施方案示出在图6的测序流通池600中进行样本装载工艺后的多个独立流通池管芯700的截面图。通过使液体流经这些流动通道的入口及出口可将生物或化学样本171导入流动通道中。本发明的实施方案不局限于任何特定的导入方法。在某些实施方案中，生物或化学样本171可能被第一表面层161吸引或结合至第一表面层161，同时被第二表面层162所排斥。
生物或化学样本可包括许多组分中的任何一种。例如，样本可含有核酸大分子(例如模板、DNA、RNA等)、蛋白质等。可以分析样本以确定基因序列、DNA-DNA杂交、单核苷酸多态性、蛋白质相互作用、肽相互作用、抗原-抗体相互作用、葡萄糖监测、胆固醇监测等。
如上所述，在一些实施方案中，生物分子是核酸，例如DNA。参见美国专利No.8,778,849；No.8,445,194；No.9,671,344；No.7,910,354；No.9,222,132；No.6,210,891；No.6,828,100；No.6,833,246；No.6,911,345和专利申请公布No.2016/0237488，其全部内容通过引用并入本文。DNA生物分子可以是但不限于DNA纳米球(单链多联体)，该DNA纳米球(单链多联体)与标记探针杂交(例如，通过附接或cPAL方法在DNB测序中)或与互补生长链杂交(例如，在通过合成方法的DNB测序中)或与两者杂交；或与单个DNA分子杂交(例如，在单分子测序中)；或者与克隆的DNA分子群杂交，例如在基于桥式PCR的测序中产生的。因此，提及的“生物分子”、“DNA大分子”或“核酸大分子”可以包括多于一个分子(例如，与多个生长的互补链相关的DNB或包含数百或数千个DNA分子的克隆群的DNA簇)。用于制造DNB(例如，DNB库)和用于制造由区域间区域隔开的离散间隔区域的阵列的示例性方法在本领域中是众所周知的。参见，例如，美国专利No.8,133,719；No.8,445,196；No.8,445,197；和No.9,650,673，其全部内容通过引用并入本文。在一些实施方案中，DNB或其他大分子通过有吸引力的非共价相互作用(例如，范德华力、氢键和离子相互作用)固定在离散的间隔开的区域或斑点上。在一些实施方案中，离散的间隔开的区域包含功能性部分(例如，胺)。在一些实施方案中，离散的间隔开的区域包含附接于其上的捕获寡核苷酸，以结合模板DNA(例如，DNB)。通常，离散的间隔开的区域以直线图案布置；然而，可以使用具有其他布置的规则阵列(例如，区域的同心圆、螺旋形图案、六边形图案等)。
在一些实施方案中，核酸大分子可以是基因组DNA片段或cDNA文库的扩增子。如本文所使用的，“扩增子”可以是核酸分子扩增的产物，通常是基因组DNA片段或cDNA文库的片段。扩增的方法包括但不限于滚环扩增，如例如美国专利No.8,445,194(其全部内容通过引用并入本文)中所述，或桥式聚合酶链式反应(PCR)，如例如在美国专利No.7,972,820(其全部内容通过引用并入本文)中所述。扩增可以在核酸与生物传感器接触之前进行，或者原位进行，例如，如美国专利No.7,910,354中所述，该专利其全部内容通过引用并入本文。
例如，可以将与荧光或化学发光染料缔合的生物样本(诸如DNA大分子、寡核苷酸或核苷酸)置于光电二极管117上方。在荧光的情况下，可以通过来自激发光源的激发光照射染料。激发光可以对应于任何合适类型或强度的光，所述光包括例如可见光、红外光(IR)、紫外光(UV)等。激发光还可以来自任何合适的光源，例如发光二极管(LED)、灯、激光器、它们的组合等。当用特定波长的激发光照射染料时，生物样本可以吸收光，然后发射不同波长的光。例如，生物样本可以吸收具有450nm波长的激发光，但是发射具有550nm波长的光。换句话说，当染料被具有不同特征波长的光(即激发光源)照射时，可以发射具有特征波长的荧光。然而，因为激发光用于测量荧光，所以必须将其滤除以便在光电二极管117处进行精确测量。
在化学发光的情况下，光电二极管112检测发射的光不需要激发光源。相反，生物样本可能由于以下原因而发光：生物样本和化学发光染料(或其他溶液)之间可能发生化学或酶促反应，导致由于破坏或形成化学键(例如，萤光素酶蛋白对萤光素底物的作用)而发光。
对于荧光和化学发光两者，光电二极管117可以检测发射光的强度并将其转换成可以经由金属布线105提供给外部设备的基于该光的强度的电子信号。外部设备可以基于电子信号将电子信号与特定波长和亮度相关联。
在一些实施方案中，生物传感器的表面上的有效斑点或孔和核酸大分子可以相互配置，使得每个斑点仅结合一个核酸大分子。例如，这可以通过使表面与尺寸对应于有效斑点的扩增子(例如，直径有效地与有效斑点的直径一样大或大于有效斑点的直径的扩增子)接触来实现。参见美国专利No.8,445,194，其全部内容通过引用并入本文。替代地，有效斑点可以在化学上适合于结合单个DNA片段，然后可以扩增该DNA片段以填充原始结合位点处和周围的较大区域。
本发明的一些实施方案可用于确定对应于不同波长的光的不同标记。标记可以是例如荧光标记、化学发光标记或生物发光标记。例如，在基因测序(或DNA测序)中，本发明的实施方案可用于确定核酸大分子(例如DNA链)内核苷酸碱基的精确顺序。可以用特定荧光标记物标记核苷酸碱基(例如腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)或胸腺嘧啶(T))。替代地，可以使用例如一种颜色、两种颜色或三种颜色的测序方法。
关于荧光，可以通过用激发光连续激发核酸大分子来依次确定每个核苷酸碱基。核酸大分子可以吸收激发光并将不同波长的发射光传输到生物传感器上，如本文所述。生物传感器可以测量由光电二极管接收的发射光的波长和强度。每个核苷酸(例如，荧光标记的核苷酸)当被特定波长和/或强度的激发光激发时可以向光电二极管发射特定波长和/或强度的光，从而使得能够识别在核酸大分子的特定位置存在特定的核苷酸碱基。一旦确定了特定的核苷酸碱基，就可以将其从核酸大分子中除去，从而可以根据类似的方法确定下一个连续的核苷酸碱基。
为了任何目的，核酸大分子在附接于生物传感器之前或之后，可以用一种或多种不同的荧光标记物、化学发光标记物或生物发光标记物标记。例如，核酸大分子可以与标记的寡核苷酸探针或扩增引物杂交。替代地，核酸大分子可以与未标记的寡核苷酸杂交，未标记的寡核苷酸然后可以附接到标记的探针上，或者使用标记的核苷酸类似物扩增。举例来说，可以进行标记以用于表征核酸大分子(例如，存在与疾病相关的单核苷酸多态性(SNP))，或者用于核酸大分子的全部或部分的核酸测序，如上文所述。通过探针杂交进行的DNA测序描述于例如美国专利No.8,105,771中，其全部内容通过引用并入本文。通过锚定探针附接的测序描述于例如美国专利No.8,592,150中，其全部内容通过引用并入本文。通过合成测序描述于例如美国专利No.7,883,869中，其全部内容通过引用并入本文。通常，通过合成测序是一种方法，其中将核苷酸连续地添加到与模板序列杂交的测序引物所提供的游离3'羟基上，从而导致在5'至3'方向上的核酸链的合成。在一种方法中，可以使用另一种示例性类型的SBS，焦磷酸测序技术(Ronaghi等人，1998,Science 281:363)。
在一些实施方案中，生物传感器可以可逆地耦合到流通池(未示出)。通过使生物传感器与流通池中的液体样本接触，可以将核酸大分子附接到生物传感器。流通池可包括一个或多个与反应位点流体连通的流动通道。在一个示例中，生物传感器可以流体地和电气地耦合到生物测定系统。生物测定系统可根据预定方案将试剂递送至反应位点并执行成像事件。例如，生物测定系统可以引导溶液沿着反应位点流动。该溶液可包括具有相同或不同荧光标记的四种类型的核苷酸。在一些实施方案中，然后，生物测定系统可以使用激发光源照射反应位点。激发光可以具有预定的一种或多种波长。激发的荧光标记可以提供可以由光电二极管117检测到的发射信号。
用户可以通过将根据所述实施方案的生物传感器与核酸扩增子或随后扩增的核酸接触来准备测序，使得核酸大分子结合有效斑点或孔并被有效斑点或孔保留，并且可以洗去过量的核酸大分子。核酸大分子可以与标记试剂预先或原位接触。然后可以如本文所述操作生物传感器以确定在阵列上的核酸大分子上或周围发射的光。可以量化光，或者可以足以以二元方式确定表面上的哪些核酸大分子已经用在特定波长下发光的标记物标记。可以同时使用具有在不同波长下发射光的标记物的不同探针或不同核酸类似物，例如，以确定序列中特定位置的不同碱基，或对多个位置进行测序。
尽管本文关于背侧照射CMOS传感器进行了描述，但是可以预期本发明的实施方案可以类似地应用于正侧照射CMOS传感器。此外，预期本发明的实施方案可以类似地应用于任何合适的生物传感器，例如2016年11月3日提交的美国临时专利申请No.62/416,813中描述的那些生物传感器，其全部内容通过引用并入本文。
II.CMOS晶片上的另一种晶片级的流通池制造
图8至图13是根据本发明另一实施方案示出测序流通池的晶片级封装工艺各个阶段的截面图。图8至图13中所述的工艺可在图1中所述的晶片100上进行。
图8是根据本发明某些实施方案在图1的晶片结构100上进行图案化而具有差异表面的晶片结构800的截面图。类似于图2的晶片结构200的晶片结构800仅示出半导体晶片800中的区域21及区域22，这些区域是设计作为在两个单独管芯中的两个流通池。晶片结构800还在图1中所示的晶片100上形成有交替暴露出的第一材料区域及第二材料区域。然而，在晶片结构200中，介电区域125形成在含金属区域123上，但在晶片结构800中，含金属区域223形成在介电区域225上。在图8中，可使用来自晶片结构200的晶片200的介电层121来形成介电区域225。介电区域225也可形成在沉积于介电层121上的另一介电层中。可通过与以上结合图2所述的工艺相似的沉积及图案化工艺来形成含金属区域223。
图9为根据本发明某些实施方案示出晶片结构900的截面图，该晶片结构900具有配置在图8的晶片结构800上的盖结构。可使用如以上结合图3所述的类似工艺来形成盖结构230及支撑结构232。在图9中，可类似于晶片结构300，流动通道形成在盖结构下方，以及每个流通池可具有一或多个入口以及一或多个出口。
图10为根据本发明某些实施方案示出晶片结构1000的截面图，该晶片结构1000具有在图9的晶片结构900上的背面封装。图10中的背面封装类似于以上结合图4A所述的背面封装。
图11是在根据本发明的实施方案的测序流通池的制造的中间阶段的晶片切割工艺之后的多个单独的流通池管芯1100的截面图。图10中所示的切割工艺类似于以上结合图5描述的工艺。在切割之后，形成两个单独的管芯251及管芯252，且通过切割线250分开管芯251与管芯252。
图12是根据本发明的实施方案的在将功能化工艺应用于图11的在测序流通池的制造的中间阶段的流通池管芯1100之后的多个单独的流通池管芯1200的截面图。图12中所示的功能化工艺(具有两种不同的表面261及表面262)类似于以上结合图6所述的工艺。
图13是根据本发明的实施方案的示出在图12的测序流通池1200中的样本装载工艺之后的多个单独的流通池管芯700的截面图。图13所示的样本271装载工艺类似于以上结合图7描述的工艺。
III.裸晶片上的晶片级流通池制造
图14-19是示出根据本发明的另一实施方案的测序流通池的晶片规模封装的各个阶段的截面图。图14至图19所述的工艺类似于图2-7的在图1中描述的已经内置有CMOS电路的晶片100上执行的工艺。在替代的实施方案中，在图14至图19中描述的工艺可以在没有内置电路的裸硅晶片或其他半导体晶片上执行，如下所述。
图14是根据本发明某些实施方案在裸晶片301上进行图案化而具有差异表面的晶片结构1400的截面图。类似于图2的晶片结构1200的晶片结构1400仅示出区域31及区域32，这些区域是设计作为在两个单独管芯中的两个流通池。晶片结构1400还在图1中所示的晶片100上形成有交替暴露出的第一材料区域和第二材料区域。介电层321覆盖着裸晶片301，可通过沉积工艺形成该介电层321。在晶片结构1400中，介电区域325形成在含金属区域323上。可通过与以上结合图2所述的工艺相似的沉积及图案化工艺来形成介电区域325。
图15是根据本发明某些实施方案示出晶片结构1500的截面图，该晶片结构1500具有形成在图14的晶片结构1400中的通孔。形成通孔341以为以下结合图16中所述的流通池提供入口及出口。可使用在硅集成电路处理中所使用的常见图案化及蚀刻工艺来形成通孔。晶片结构1500中指定用来作为流通池的各个区域(例如，区域351及区域352)可具有用来形成该流通池的入口的一或多个通孔及具有用来形成该流通池的出口的一或多个通孔。
图16是根据本发明某些实施方案示出晶片结构1600的截面图，该晶片结构1600具有设置在图15的晶片结构1500上的盖结构。可使用如以上结合图3所述的类似工艺来形成盖结构330及支撑结构332。图16中的不同处在于，该盖结构可为不具有任何如图3中所示的入口或出口结构的晶片，例如玻璃晶片。在图16中，流动通道336及流动通道337形成在该盖结构330的下方，且每个流通池可具有通过通孔341所形成的一或多个入口及一或多个出口。
图17是根据本发明实施方案在制造测序流通池的中间阶段进行晶片切割工艺后所形成的多个独立流通池管芯1700的截面图。图17中所示的切割工艺类似于以上结合图5所述的工艺。进行该切割工艺之后，通过由该晶片中的切割线界定而成的间距350将流通池管芯或芯片351与流通池管芯或芯片352间隔开。
图18是根据本发明实施方案对图17的流通池管芯1700实施功能化工艺后所形成的多个独立流通池管芯1800的截面图。图18中所示的功能化工艺类似于以上结合图6所述的工艺。形成具有两种不同表面层361和表面层362的区域。
图19是根据本发明实施方案示出在图18的测序流通池1800中进行样本装载工艺后的多个独立流通池管芯1900的截面图。图19中所示的样本装载工艺类似于以上结合图7所述的工艺。图19也示出光源及照相机380以用于提供照明及捕捉来自流通池的发光。替代地，在无需照明的应用中(例如，生物发光)，框380可代表用于捕捉该发光的照相机。
IV.裸晶片上的另一种晶片级流通池制造
图20至图25是示出根据本发明的另一实施方案的测序流通池的晶片规模封装的各个阶段的截面图。图20至图25中所述的工艺类似于以上结合图14至图19所述的工艺，这些工艺在裸晶片上实施。
图20是根据本发明某些实施方案在裸晶片上进行图案化而具有差异表面的晶片结构2000的截面图。类似于图14的晶片结构1400的晶片结构2000示出了指定用于流通池的两个区域(例如区域41及区域42)的，并且在晶片上形成有交替暴露出的第一材料区域和第二材料区域。然而，在晶片结构1400中，介电区域325形成在含金属区域323上，而在晶片结构2000中，含金属区域423是形成在该介电层421上。含金属区域423可通过与以上结合图2所述的工艺相似的沉积及图案化工艺来形成。
图21是根据本发明某些实施方案示出晶片结构2100的截面图，该晶片结构2100具有形成在图20的晶片结构2000中的通孔。形成通孔441以为以下结合图16中所述的流通池提供入口及出口。可使用在硅集成电路处理中所使用的常见图案化及蚀刻工艺来形成通孔。晶片结构2100中指定用来作为流通池的各个区域(例如，区域41及区域42)可具有用来形成该流通池的入口的一或多个通孔及具有用来形成该流通池的出口的一或多个通孔。
图22是根据本发明某些实施方案示出晶片结构2200的截面图，该晶片结构2200具有设置在图21的晶片结构2100上的盖结构。可使用如以上结合图3所述的类似工艺来形成盖结构430及支撑结构432。与图16中的盖结构330类似的盖结构330可为不具有任何如图3中所示的入口或出口结构的晶片，例如玻璃晶片。在图22中，流动通道436及流动通道437形成在该盖结构430的下方，且每个流通池可具有通过通孔441所形成的一或多个入口及一或多个出口。
图23是根据本发明实施方案在制造测序流通池的中间阶段进行晶片切割工艺后所形成的多个独立流通池管芯2300的截面图。图23中所示的切割工艺类似于以上结合图5所述的工艺。进行该切割工艺之后，通过由该晶片中的切割线界定而成的间距450将流通池管芯或芯片451与流通池管芯或芯片452间隔开。
图24是根据本发明实施方案对图23的流通池管芯2300实施功能化工艺后所形成的多个独立流通池管芯2400的截面图。图24中所示的功能化工艺类似于以上结合图6所述的工艺。在图24中，形成两种不同的表面层461和表面层462。
图25是根据本发明实施方案示出在图2的测序流通池2400中进行样本装载工艺后的多个独立流通池管芯2500的截面图。图25中所示的样本装载工艺类似于以上结合图7所述的工艺。在某些实施方案中，该生物样本包括DNA纳米球(DNB)471，这些DNA纳米球471可附着或结合至该第一表面层161。图25也示出光源及照相机480以用于提供照明及捕捉来自流通池的发光。替代地，在无需照明的应用中(例如，生物发光)，框480可代表用于捕捉该发光的照相机。
虽然参照以某一顺序执行的一定数目的步骤来说明本文中所描述的工艺，但预期，可包含没有明确示出或说明的附加步骤。再者，可预期，在不偏离所述实施方案的范围下，当可包括比所示出及所描述的步骤要少的步骤(即，所述步骤中的一步骤或一些步骤可以是任选的)。此外，可预期，可采用与所述顺序不相同的顺序来进行本文中所述的步骤。
V.流通池的差异表面
具有微米至纳米级尺寸的疏水性/亲水性间隙表面具有许多重要的生物技术应用用途，例如可形成用于进行微滴式数字PCR的油中液滴阵列、用于进行DNA测序的DNA纳米球阵列及用于进行单细胞分析的单细胞阵列，等等。在不同实施方案中，说明利用半导体处理技术根据已图案化的无机表面来形成疏水性及亲水性间隙表面的多种方法。常见的制造方法涉及使用特殊的工艺及材料对有机疏水性聚合物(如Teflon、Cytop)进行图案化，这些特殊的工艺及材料难以并入标准的半导体代工工艺中。因此这样的工艺不适用于大量生产，且这些特殊的工艺及材料的成本对于许多应用而言可能过高。
图26是根据某些实施方案的具有差异表面区域的设备结构2600的截面图。设备结构2600包括基板2601。表面层2602配置在基板2601上，该表面层2602包括多个第一薄膜区域2611及多个第二薄膜区域2621。应进一步注意的是，本文中所述的方法可用于在任何合适的基板2601(例如，具有传感器的CMOS组件、裸半导体晶片、玻璃基板，等等)上形成具有差异表面区域的层。以下结合图27A、图41及图44做进一步的详细说明。
在第一薄膜区域2611的顶表面上形成第一覆盖层2612，并且在第二薄膜区域2621的顶表面上形成第二覆盖层2622。在某些实施方案中，通过交替的第一覆盖层2612的区域及第二覆盖层2622的区域来形成一差异表面层。
根据某些实施方案，提供方法以用于选择第一材料和第二材料来调整第一覆盖层和第二盖层的疏水性而形成具有差异的疏水性/亲水性表面。
在某些实施方案中，差异性的疏水/亲水表面可具有交替的非极性分子区域(非极性分子区域会排斥水)及极性分子区域(极性分子区域可与水分子形成离子键或氢键)。在某些实施方案中，一种方法包括首先形成交替的无机氧化硅(SiO2)区域及金属氧化物材料区域，该金属氧化物材料包含各种金属氧化物中的一者或多者，例如阳极氧化铝(A12O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氧化锆(ZrO2)及氧化钛(TiO2)，等等。可如以下进一步所述，在Si或玻璃基板上使用标准半导体薄膜沉积及光刻工艺来形成这些交替的区域。
其次，可处理金属氧化物表面以修改表面性质。一种方法是在80℃至100℃温度范围内的温度下使用聚乙烯基膦酸(PVPA)选择性地涂覆表面，聚乙烯基膦酸(PVPA)是一种亲水性聚合物，其具有分子内的磷酸本身固有pH值(pH＝2)。在具体实施方案中，该处理步骤可例如在90℃进行。在某些情况下，该处理步骤可相对快速，例如少于2分钟。此步骤之后可跟着进行干式退火步骤以帮助形成共价键。干式退火工艺可在适当的温度下进行，例如在80℃下进行约10分钟。此反应可已是选择性的，即，在SiO2表面上不发生反应。
另一种方法是通过水溶液中的烷基磷酸酯铵盐的吸附作用利用自组装单层(SAM)方式选择性地涂覆氧化金属区域。在相同条件下，SAM的生成不会发生在SiO2表面上。可通过该水性SAM形成溶液中的配方来调整已涂覆表面的疏水性，且水的接触角可在50度至110度的范围间。在某些情况中，水的接触角可在20度至130度的范围内。在该退火步骤期间可形成共价键，且可使用去离子(DI)水洗去未反应的材料。
经PVPA或磷酸酯处理之后，可干燥该基板以及使用疏水性硅烷化合物(例如，氟化烷基硅烷化合物、二烷基硅烷化合物，等等)处理该基板。替代地，可干燥该基板以及以溶液方式或以化学气相沉积法使用亲水性硅烷化合物(例如，具羟烷基末端的硅烷化合物，等等)处理该基板。这些处理可与SiO2表面形成稳定共价键并将该表面变成疏水性或亲水性又不会影响金属氧化物表面的疏水性。
通过使用具有不同疏水性的不同有机化学物质对无机SiO2表面及金属氧化物表面进行高选择性表面处理，可利用半导体工艺以明确界定的图案制造出差异疏水性/亲水性表面。
图27A至图27F为截面图，这些截面图根据本发明某些实施方案示出了用于形成图26中具有差异表面区域的组件结构的方法。该用于形成具有差异表面区域的设备结构的方法包括提供基板，及在该基板上形成具有交替的第一薄膜区域及第二薄膜区域的表面层。使该表面层暴露于第一材料以在第一薄膜区域上(但不会在第二薄膜区域上)形成第一覆盖层。随后使该表面层暴露于第二材料以在第二薄膜区域上(但不会在现已被该第一覆盖层所覆盖的第一薄膜区域上)形成第二覆盖层。该方法包括选择第一材料及第二材料以调整第一覆盖层及第二覆盖层的疏水性。
图27A示出在基板上形成薄膜层。在图27A中，在基板2701上形成薄膜层2720。基板2701可由任何合适的材料制成，例如由玻璃或半导体制成。半导体基板可包括各种半导体材料，例如硅、硅上III-V族材料、硅上石墨烯、绝缘体上硅、上述材料的组合及类似物。基板2701可为裸晶片，类似于图14中的裸晶片301。基板2701亦可包括各种设备及电路结构。例如，基板2701可类似于图1中所示的半导体晶片100，该基板可以包括CMOS影像传感器层10、CMOS处理电路层20及堆叠层30。任选地，基板2701也可包括顶部的钝化层或绝缘层(图中未示出)，类似于图1中的钝化层121。该钝化层可包括任何合适的保护性材料。例如，该钝化层可包含例如氮化硅、氧化硅、其他介电材料或上述材料的组合之类的材料。可利用常见的半导体薄膜沉积技术沉积该钝化层，所述半导体薄膜沉积技术例如化学气相沉积(CVD)、低温等离子体化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、溅射法、物理气相沉积(PVD)及原子层沉积法(ALD)，等等。
在图27A中，于基板2701上形成薄膜层2720。在一实施方案中，薄膜层2720包含无机氧化硅，例如SiO2。在某些实施方案中，薄膜层2720可包含硅、氮化硅、金属氧化物等等或上述材料的组合。薄膜层2720亦可包括其他可进行硅烷化的材料。可使用上述的常规半导体薄膜沉积技术在基板2701上形成薄膜层2720。
图27B示出了形成在第一薄膜层2720上的第二薄膜层2710。在某些实施方案中，第二薄膜层2710可包括金属氧化物或金属。合适的金属氧化物可包括，例如，阳极氧化铝(A12O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氧化锆(ZrO2)及氧化钛(TiO2)，等等。薄膜层2610还可包含金属材料，例如钨、钛、氮化钛、银、钽、氧化钽、铪、铬、铂、钨、铝、金、铜、上述材料的组合物或合金及类似物。也可使用上述常规半导体薄膜沉积技术来形成薄膜层2610。
图27C示出了形成在薄膜层2710上的图案化掩模层2730。该掩模层2730包括开口，这些开口暴露出薄膜层2710的区域。可根据任何合适的方法(例如，旋涂法、浸渍法及/或类似方法)来施加该掩模层2730。掩模层2730也可由任何合适的材料制成，例如光致抗蚀剂。如图27C中所示，依据常规半导体光刻技术使掩模层2730图案化而具有开口。在某些实施方案中，掩模层2630可为硬掩模，该掩模是已图案化的适当的薄膜材料层，其具有适当的蚀刻选择性以作为蚀刻掩模。
形成该图案化的掩模层2730之后，可执行蚀刻工艺以去除该薄膜层2710中的暴露部分2717。可依据常规的半导体工艺技术执行该蚀刻工艺。随后，利用常规的半导体工艺技术去除该图案化掩模层2730。图27D中示出了所得到的设备结构。
图27D根据本发明某些实施方案示出了具有交替的薄膜层2710的薄膜区域2711及薄膜层2720的薄膜区域2721的设备结构截面图。经该图案化工艺之后，基板2701上形成了包含多个第一薄膜区域2711及多个第二薄膜区域2621的表面层。
图27E示出了选择性地在该薄膜区域2711上所形成的覆盖层2712。可通过使该设备结构暴露于合适的第一材料来进行该选择性覆盖层形成过程，使得覆盖层2712形成在薄膜区域2711的顶表面上，但不会形成在薄膜区域2721的顶表面上。根据薄膜区域2711及薄膜区域2721的材料，可使用各种不同材料，如以下所详述的。经该材料处理之后，可进行退火工艺以选择性地在薄膜区域2711上形成覆盖层2712。可在70℃至90℃范围内的温度下进行该退火工艺持续5分钟至15分钟。举例而言，可在80℃的温度下进行干式退火工艺持续10分钟。可在去离子(DI)水中进行冲洗工艺以去除未反应的材料。
图27F示出了选择性地在第二薄膜区域2721的顶表面上所形成的第二覆盖层2722。通过使设备结构暴露于合适的第二材料来进行该选择性覆盖层形成工艺，使得覆盖层2722形成在薄膜区域2721的顶表面上，但不会形成在具有覆盖层2712的薄膜区域2711的顶表面上。根据薄膜区域2711及薄膜区域2721的材料，可使用各种不同材料，如以下详述的。经该第二材料处理之后，图27F根据本发明的某些实施方案示出了设备结构2700的截面图，其类似于图26的设备结构2600，设备结构2700具有表面层2702，表面层2702包含差异表面区域2712及表面区域2722。如图所示，设备结构2700包括基板2701。包含多个第一薄膜区域2711及多个第二薄膜区域2721的表面层2702设置在基板2701上。
第一覆盖层2712形成在第一薄膜区域2711的顶表面上，而第二覆盖层2722形成在第二薄膜区域2721的顶表面上。在该实施方案中，通过交替的第一覆盖层2712的区域和第二覆盖层2722的区域来形成差异表面层。
在某些实施方案中，差异表面区域可包括交替的亲水性表面和疏水性表面。在某些实施方案中，差异表面区域可包括交替的正电荷表面和负电荷表面。在以下叙述中，薄膜区域2711称为第一薄膜区域，而薄膜区域2721称为第二薄膜区域。覆盖层2712称为第一覆盖层，该第一覆盖层是通过第一薄膜区域与第一材料之间进行反应形成的。覆盖层2722称为第二覆盖层，该第二覆盖层是通过第二薄膜区域与第二材料之间进行反应形成的。
在某些实施方案中，第一薄膜区域可包括如上述的金属氧化物或金属薄膜。随后，金属氧化物或金属可接受处理且接触膦酸化合物，例如PVPA(聚乙烯基膦酸)。在某些实施方案中，可在80℃至100℃范围内的温度下进行该处理1分钟至3分钟。例如，可在90℃下进行该处理2分钟。此处理可形成亲水性覆盖层。
在某些实施方案中，金属氧化物或金属可在SAM(自组装单层)工艺中接受暴露于磷酸盐/酯(phosphates)的处理。例如，使用羟基十二烷基磷酸酯铵盐(OH-DDPO4(NH4)2)进行SAM工艺可形成具有约110度的接触角的疏水性覆盖层。在另一示例中，使用12-羟基十二烷基磷酸酯(OH-DDPO4)进行SAM工艺可形成具有约50度的接触角的亲水性覆盖层。在又一些其他示例中，使用由不同磷酸酯化合物所组成的混合物进行SAM工艺可形成接触角范围在50度至110度内的具有不同疏水性的覆盖层。此外，可使用由不同磷酸酯的适当组合来形成具有不同疏水性的覆盖层，其接触角范围可例如在20度至130度内。
在金属氧化物或金属薄膜上形成第一覆盖层之后，可选择性地在例如无机氧化硅的第二薄膜区域的区域上形成第二覆盖层。例如，通过在疏水性硅烷(例如，氟化烷基硅烷、二烷基硅烷，等等)中处理该设备可形成疏水性覆盖层。替代地，通过在亲水性硅烷(例如，具羟烷基末端的硅烷，等等)中处理该设备可形成亲水性覆盖层。通过适当选择硅烷化合物，第二覆盖层可仅形成在例如无机氧化硅的第二薄膜区域上，且不会在已形成于第一薄膜材料上的第一覆盖层上形成该第二覆盖层。除了无机氧化硅之外，第二薄膜区域还可包含例如硅、氮化硅、金属氧化物或这些材料的组合之类的材料。
在上述工艺中，依序形成交替的第一薄膜区域2610和第二薄膜层2620，使得第一薄膜区域2610形成在第二薄膜区域2620上。在某些其他实施方案中，第二薄膜区域2620可形成在第一薄膜区域2610上，如以下图28A至图28C中所示的。
图28A至图28C为截面图，所述截面图根据本发明的替代实施方案示出了用于形成图26的具有差异表面区域的设备结构的方法。
图28A示出了具有交替的薄膜层2810表面区域和薄膜层2820表面区域的设备结构截面图。在图28A中，在基板2801上形成包括多个第一薄膜区域2811和多个第二薄膜区域2821的表面层。
图28A中的设备结构类似于图27D中的设备结构，第一薄膜层2810对应于图27D中的第一薄膜层2710，而第二薄膜层2820对应于图27D中的第二薄膜层2720。图27D的结构与图28A中的结构之间的不同处是该第一薄膜层2810在第二薄膜层2820下方。可使用如图27A至图27C中所述的类似工艺以相反的薄膜层形成顺序来形成图28A中的设备结构。
图28B示出了选择性形成在薄膜区域2811上的覆盖层2812。该选择性覆盖层的形成是通过以下方式进行的：使该设备结构暴露于合适的第一材料，使得覆盖层2812形成在薄膜区域2810的顶表面上，但不会形成在薄膜区域2820的顶表面上。该处理工艺及退火工艺类似于配合图27E所述的处理工艺及退火工艺，其中覆盖层2812对应于图27E中的覆盖层2712。
图28C示出了选择性地形成在第二薄膜区域2821的顶表面上的第二覆盖层2822。该选择性覆盖层的形成是通过以下方式进行的：使该设备结构暴露至合适的第二材料，使得覆盖层2822形成在薄膜区域2821的顶表面上，但不会形成在具有覆盖层2812的薄膜区域2811的顶表面上。该处理工艺类似于结合图27F所述的处理工艺。在使用该第二材料的工艺之后，图28C示出了设备结构2800的截面图，该设备结构2800具有表面层2802，且该表面层2802具有差异表面区域2812和2822。如图28C中所示，设备结构2800包括基板2801。包含多个第一薄膜区域和多个第二薄膜区域的表面层2802设置在基板2801上。
第一覆盖层2812形成在第一薄膜区域2811的顶表面上，而第二覆盖层2822形成在第二薄膜区域2821的顶表面上。在此实施方案中，通过交替的第一覆盖层2812的区域和第二覆盖层2822的区域而形成差异表面层。
在替代实施方案中，图27A至图27F以及图28A至图28C中所示的工艺也可修改。例如，通过适当选择薄膜材料及用于表面处理的化合物，可颠倒表面层形成的顺序。在某些实施方案中，在图27D至图27F中，可先在图27D的结构中的薄膜区域2721上形成覆盖层2722，且随后在薄膜区域2711上形成覆盖层2712。类似地，在图28A至图28C中，可先在图28A的结构中的薄膜区域2821上形成覆盖层2822，且随后在薄膜区域2811上形成覆盖层2812。
尽管参照以特定顺序执行的特定数量的步骤描述了本文描述的过程，但是预期可以包括未明确示出和/或描述的附加步骤。此外，预期，在不脱离所描述的实施方案的范围的情况下，可以包括比所示出和描述的步骤更少的步骤(即，所描述的步骤中的一个或一些可以是可选的)。另外，预期本文描述的步骤可以以与所描述的顺序不同的顺序执行。
例如，第一薄膜区域和第二薄膜区域可为金属或金属氧化或氧化硅中的一者。虽然在上述实例中，通过膦酸或磷酸酯在金属氧化物上形成的覆盖层首先形成，随后通过硅烷化合物在氧化硅上形成覆盖层。在某些实施方案中，可先用硅烷在氧化硅上形成第一覆盖层，且随后用膦酸或磷酸酯在金属氧化物上形成第二覆盖层。在某些实施方案中，在金属氧化物上使用膦酸或磷酸酯处理之后接着进行如上所述的退火工艺。
VI.用于生物分析或化学分析的生物传感器及制造该生物传感器的方法
发现CMOS图像传感器可用于电子成像装置，包括用于数码相机、医学成像设备、雷达装置等。CMOS图像传感器使用集成电路和一系列光电二极管，可以捕获光并将其转换为电信号。
CMOS图像传感器通常在芯片上实现。芯片可以具有用于每个像素的放大器。虽然在芯片中包含许多放大器可能导致用于捕获光的较少区域，但是可以将其他部件集成到芯片上以将更多光引导到光电二极管中。例如，可以将微透镜放置在光电二极管的前面以将光引导到光电二极管中。为了进一步增加撞击光电二极管的光量，可以使用背面照射(BSI)。BSI有效地将光电二极管放置在更靠近光源的位置，而不是在集成电路布线之下和之间，从而减少了破坏性干扰。BSI CMOS传感器还具有其他优点。例如，BSICMOS传感器可具有低工作电压、低功耗、高效率和低噪声。
BSI CMOS图像传感器通常具有两个功能区域：光感测区域和电子电路区域。光感测区域包括以阵列布置的光电二极管，其耦合到检测光强度的金属氧化物半导体(MOS)晶体管。电子电路区域在MOS晶体管和外部连接之间提供连接，例如与用于处理来自MOS晶体管的数据的其他器件的连接。
在实践中，BSI CMOS图像传感器采用将入射光分成不同波长的光带的滤光器。光被基底上的光电二极管接收并转换成不同强度的电信号。例如，入射光束可以被分成红色、绿色和蓝色光，并且由每个颜色的相应光电二极管接收。每个光电二极管将检测到的光强度转换成电信号。这是通过光电二极管累积电荷来实现的。例如，光的强度越高，光电二极管中累积的电荷越多。然后可以将累积的电荷与颜色和亮度相关联。
除了上述用途之外，CMOS图像传感器还可以用于生物或化学分析。对于这样的分析，可以将生物或化学样本放置在光电二极管上方，并且可以将生物或化学样本发射的光引导到光电二极管。可以通过光电二极管检测样本的荧光或化学发光，并且可以确定颜色和亮度。该颜色和亮度可用于识别生物或化学样本。
本发明的实施方案通过提供用于生物或化学分析的改进的生物传感器解决了与先前方法相关的缺点。根据本发明的实施方案，BSI CMOS图像传感器可用于有效分析和测量样本的荧光或化学发光。该测量值可用于帮助识别样本。本发明的实施方案还提供制备用于生物或化学分析的改进的生物传感器的方法。如本文所用，术语“生物传感器”可用于指用于确定生物分子(特别是以DNA和支链的或其他衍生化核酸为例的核酸大分子)内或附着于其上的发光物质的装置。如本文所使用的，术语“核酸大分子”可以指例如DNB或单链实施方案。
根据本发明的一些实施方案，提供了一种生物传感器。生物传感器包括背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。背面照射CMOS图像传感器包括电子电路层和电子电路层上的光感测层。光感测层包括基底层和与电子电路层接触的光电二极管。光接收表面由光电二极管的与电子电路层相对的表面限定。生物传感器还可以包括在光电二极管上方的滤色材料。生物传感器还可以包括在滤色材料上方的斑点或孔，其大小和功能被设定以接收核酸大分子，并吸收来自核酸大分子的光或使光从核酸大分子传递到光接收表面。
根据一些实施方案的制造方法包括提供背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。提供背面照射CMOS图像传感器包括提供电子电路层并在电子电路层上提供光感测层。光感测层包括基底层和与电子电路层接触的光电二极管。光接收表面由光电二极管的与电子电路层相对的表面限定。该方法还可以包括在光电二极管上沉积滤色材料。该方法还可以包括在滤色材料上方提供斑点或孔，其大小和功能被设定以接收核酸大分子，并吸收来自核酸大分子的光或将光从核酸大分子传递到光接收表面。
根据一些实施方案的DNA测序方法包括迭代地执行过程，该过程可以包括用荧光标记来标记核酸大分子，所述荧光标记识别核酸大分子中特定位置的核苷酸碱基。该过程还包括检测与核酸大分子相关的荧光标记。检测荧光标记包括用激发光照射核酸大分子。核酸大分子吸收激发光并使发射的光传输穿过滤色器并且到达背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的光电二极管上。检测荧光标记还包括测量在光电二极管处接收的发射光的至少一个参数。检测荧光或化学发光标记还包括将发射的光的至少一个参数与荧光标记相关联。该过程还包括从核酸大分子中除去荧光标记。本发明实施方案的生物传感器可以但不限于用于进行合成测序(SBS)、连接测序、cPAL测序、焦磷酸测序和前述的组合。
图29-42B描述了根据本发明的实施方案的生物传感器的各个制造阶段。根据本说明书，本领域技术人员将清楚制造和配置的其他实施方案。因此，以下描述意指是描述性的而非限制性的。
为了便于阅读，以下文本被组织成章节。然而，应当理解，一个章节中的主题的描述(例如，大分子、过滤器、测序方法等的描述)也可以应用于其他章节中的主题。
根据本发明的实施方案的生物传感器不限于特定用途。在一个方面，发现本发明的实施方案的生物传感器特别适用于大规模平行DNA测序。DNA测序技术是众所周知的(参见，例如，Drmanac et al.,2010,“Human genome sequencing using unchained basereads on self-assembling DNA nanoarrays,”Science 327:78-81；Shendure&Ji,(2008,“Next-generation DNA sequencing,”Nature Biotechnology 26:1135-45)，并且因此在下面的章节中仅以一般术语进行描述。以下段落提供了对测序和相关术语的简要初步讨论，以便下面描述的生物传感器的某些特征可以被更容易理解。
已知多种DNA测序方法。在许多方式中，大分子(例如基因组DNA)被分解成许多较小的片段，每个片段具有特征性的DNA序列。在基于阵列的技术中，这些片段被分布到基底上的位置阵列，使得阵列中的每个位置包含具有单个特征序列的DNA片段。序列信息(“读数”)是由计算机同时从数千个或更通常地从数百万个位置中的每一个处的DNA获得并组装的。在大多数测序方式中，在序列测定之前扩增片段。扩增可以在片段定位在每个位置之前进行，在片段定位在每个位置之后进行，或者在定位之前和之后进行。扩增步骤产生在测序过程中用作“模板”的“扩增子”。因此，为了说明，扩增可以使用RCA在阵列上的每个位置产生单链多联体(例如，DNA纳米球)或使用桥式PCR在每个位置产生具有相同序列的DNA分子的克隆群(或簇)。
应当理解，提及“DNA大分子”等包括DNA纳米球、分支结构和成簇克隆群(即多于单个的分子)或它们的前体。另外，“DNA大分子”等可以包括辅助DNA分子，例如引物以及通过引物延伸生产的或其他过程包括的生长链。在许多测序技术中，辅助DNA分子包含(或被“标记”有)可检测的(例如荧光或化学发光)染料，其发射由生物传感器的光电二极管检测的光。因此，诸如“用激发光源照射核酸大分子并检测从大分子发射的光”之类的短语应被理解为包括“将DNA纳米球或克隆簇和相关的标记的辅助分子暴露于激发光源并检测从标记的辅助分子的染料发出的光”。
在基于阵列的测序方法和本发明实施方案的生物传感器中，DNA大分子位于在孔中或“斑点”上的基底上。孔或斑点能够接收和保留大分子。通常，斑点，有时称为“离散的间隔区域”或“垫”，包括被功能化以接收核酸大分子的基底，并且斑点被“惰性”的区域分开，“惰性”意指DNA大分子不结合这样的区域。例如但不限于，见Drmanac 2010,supra.“孔”是一种包含壁的斑点，壁形成DNA大分子的边界或屏障。除非根据上下文中显而易见，否则下面提到的“斑点”可以包括孔。
在本发明实施方案的生物传感器中，斑点通常具有均匀的尺寸并且被组织为规则(即非随机)阵列。阵列的斑点通常以直线图案排列，通常以列和行的形式排列，但是可以使用其他规则图案(例如，螺旋形)。阵列的斑点可具有特征尺寸、间距和密度。斑点本身可以是圆形、正方形、六边形或其他形状。在下面的讨论中，通常假定斑点是圆形的(即，可以描述为具有直径)。应当理解，提及的“直径”也可以指其他形状的斑点的线性尺寸(例如，对角线、长度或宽度)。因此，如本文所使用的，“线性尺寸”可以指圆的直径、正方形的宽度、对角线等。在本发明实施方案的生物传感器的背景下，斑点的大小在两种方式上有意义。首先，可以以限制对单个靶序列的占据的方式确定斑点尺寸和/或功能化斑点。这可以是单个DNA纳米球(单个靶序列的多联体)或具有单个靶序列的克隆簇。参见，例如，美国专利No.8,133,719和美国专利申请公布No.2013/0116153，两者均出于所有目的通过引用整体并入。其次，通常可以相对于下伏的光电二极管设定斑点的大小和位置，使得每个光电二极管接收来自单个斑点的发射的光。在一些实施方案中，斑点的阵列可以以1对1的相关性定位在相应光电二极管(和/或滤色器)的阵列上。也就是说，从单个斑点处的例如DNA大分子发射的光传递到下伏的滤光器，并且未被滤光器阻挡的光被与滤光器相关联的单个光电二极管检测到，或从在单个斑点处的例如DNA大分子发射的光传递到多个下伏的滤光器，每个与滤光器(特定于特定波长)相关联，每个滤光器与单个光电二极管相关联，并且未被滤光器阻挡的光被相关的光电二极管检测到。因此，如下面还讨论的，在一些实施方案中，从单个斑点发射的光可以由多于一个的光电二极管(例如，2个光电二极管、3个光电二极管、4个光电二极管等)检测。在这些实施方案中，与单个斑点相关联的多个光电二极管组可以被称为光电二极管的“单位单元”。斑点和滤光器(例如，单个滤光器或单元单元)可以布置在生物传感器中，使得单位单元中的每个光电二极管接收从相同的单个斑点发射的光。另外，在一些实施方案中，光电二极管的光接收表面的区域，或与同一斑点相关联的多个光电二极管的光接收表面的组合区域小于斑点的区域(光从该区域发射)。换句话说，斑点可以小于下伏的光电二极管，使得斑点的边界如果被投射到光电二极管的光接收表面上，则包含在光接收表面内。
众所周知，核酸测序通常涉及迭代过程，其中荧光或化学发光标记以特定方式按序列与被测序的DNA模板(扩增子)相关联，检测到该关联性，并且标记在它不再发出信号的意义上被删除。参见，例如，美国专利申请公布No.2016/0237488；美国专利申请公布No.2012/0224050；美国专利No.8,133,719；美国专利No.7,910,354；美国专利No.9,222,132；美国专利No.6,210,891；美国专利No.6,828,100,美国专利No.6,833,246；和美国专利No.6,911,345，其全部内容通过引用并入此处。因此，应当理解，例如，“用荧光标记来标记核酸大分子”可以指将标记的辅助分子与固定在斑点上的DNA模板相关联。
现在转向附图，图29是根据一些实施方案的背面照射(BSI)CMOS图像传感器100的横截面图。BSI CMOS图像传感器100可以包括第一介电层110。虽然被描述为电介质，但是可以预期第一介电层110可以包括任何合适的电绝缘材料。第一介电层100可以包括金属布线113。金属布线113可以包括集成电路材料和外部连接。第一介电层100和金属布线113一起在此可以统称为BSI CMOS图像传感器的“电子电路层”。
基底层115可以设置在第一介电层110和金属布线113上。基底层115可以由任何合适的材料制成，诸如，例如，由硅、硅上III-V族、硅上石墨烯、绝缘体上硅、它们的组合等制成。基底层115可以包括开口，光敏部件(例如，光电二极管117)可以位于开口中。尽管这里相对于光电二极管117进行了描述，但是预期可以使用任何合适的光传感部件。光电二极管117可以配置为将测得的光转换成电流。光电二极管117可以包括MOS晶体管(未示出)的源极和漏极，其可以将电流传输到其他部件，例如其他MOS晶体管。其他部件可以包括复位晶体管、电流源跟随器或用于将电流转换为数字信号的行选择器等。基底层115和光电二极管117可以一起统称为BSICMOS图像传感器的“光感测层”。
光电二极管117可以与金属布线113接触，以经由金属布线113将数字信号传送到外部连接。在图29中所示的BSI CMOS图像传感器100中，光接收表面位于光电二极管117的顶部(即，在不与电子电路层接触并且与电子电路层相对的表面上)，并且在光接收表面处由光电二极管117接收入射光。
参照图30，为了构建生物传感器200，可以通过常规半导体处理技术(例如，低温等离子体化学气相沉积)在BSI CMOS图像传感器100的基底层115和光电二极管117上沉积第一钝化层120。第一钝化层120可包括任何合适的保护材料。例如，第一钝化层120可以包括诸如硅、氧化物、金属、它们的组合等的材料。第一钝化层120可以用作后续蚀刻步骤的蚀刻停止层，如本文进一步描述的。第一钝化层120可以替代地或附加地用于保护有源器件(即，背面照射CMOS传感器)。第一钝化层120可以替代地或附加地用于保护光电二极管117免受频繁使用引起的磨损。第一钝化层120可以是透明的。在一示例中，第一钝化层120可以具有100纳米或更小的厚度。
A.图30的生物传感器200
图30示出了根据一些实施方案的可用于生物或化学分析(例如，检测大分子或大分子复合物的化学发光)的生物传感器200。生物传感器200包括背面照射CMOS图像传感器100。背面照射CMOS图像传感器100包括电子电路层(包括第一介电层110和金属布线113)和在电子电路层上的光感测层(包括基底层115和光电二极管117)。光电二极管117可以与电子电路层接触，使得电子信号可以从光电二极管117传输到电子电路层，并且在一些实施方案中，传输到外部装置。光接收表面由光电二极管117的与电子电路层相对的表面(即，与第一钝化层120接触的表面)限定。
生物传感器200还可包括在背面照射CMOS图像传感器100上方的第一钝化层120，以及在第一钝化层120上方或内部形成的斑点或孔(未示出)，化学或生物样本可以放置在其上或上方以用于分析。在一些实施方案中，生物传感器200可以适于检测来自相应的生物分子阵列的光学信号(例如，荧光或化学发光发射)，其中各个生物分子可以定位在一个或多个光电二极管上(例如，在斑点或孔中)，使得一个或多个光电二极管接收来自生物分子的光，如下面更详细地讨论的。
现在可以描述使用背面照射CMOS传感器100构造生物传感器的多种其他实施方案。根据图31，可以通过常规半导体处理技术(例如，通过金属沉积技术)在生物传感器200的第一钝化层120上沉积第一金属层123A。第一金属层123A可包括任何合适的金属材料。例如，第一金属层123A可以包括诸如钨、铝、金、铜、其组合或合金等材料。在一些实施方案中，第一金属层123A可以是厚层，例如，比第一钝化层120厚。例如，第一金属层123A可以高达3微米。
根据图32，可以蚀刻第一金属层123A以在光电二极管117上方提供第一开口，留下第一金属层123B。可以通过任何合适的工艺(例如湿法蚀刻、干法蚀刻、它们的组合等)蚀刻第一金属层123A。预期蚀刻第一金属层123A可涉及例如使用掩模。可以使用各种材料(例如使用酸(例如盐酸、氢氟酸、硝酸等)、碱性氧化剂、它们的组合等)中的任何一种来完成蚀刻。预期蚀刻第一金属层123A所需的酸的类型可取决于用于形成第一金属层123A的材料。在一些实施方案中，第一开口与光电二极管117可以中心与中心对准，从而在以后的使用中最大化光电二极管117的效率。掩模(未示出)可以限定光电二极管117上方的开口，留下第一金属层123B，并且第一钝化层120可以在第一金属层123A中蚀刻开口时用作蚀刻停止层。如本文所述，第一金属层123B的柱可以分离由单独的滤色器接收的光，并且可以将用于特定滤色器的背光反射回到该滤色器或者反射到相应的光电二极管117中。
根据图33，可以通过常规半导体处理技术在第一金属层123B上和第一开口中沉积第二介电层125。在一些实施方案中，第二介电层125可以形成在第一金属层123B的所有暴露侧上。尽管被描述为电介质，但是可以预期第二介电层125可以包括任何合适的电绝缘材料，例如氮化硅、氧化钽、它们的组合等。第二介电层125可以由与第一介电层110相同或不同的材料形成。
根据图34，滤色材料127A可以沉积在第二介电层125上。在一些实施方案中，可以通过旋涂来沉积滤色材料127A。滤色材料127A填充由第二介电层125产生的开口。在该实施方案中，滤色材料127A也沉积在第二介电层125的在开口之间的部分上。因此，根据图35，第二介电层125的开口上方的过量滤色材料127A可以去除，诸如通过例如化学机械平坦化(CMP)去除，从而在第二介电层125的开口中留下滤色材料127B。
然而，还预期在一些实施方案中，使用替代的过程可以形成滤色材料。例如，如在图35中，滤色材料127B可以选择性地仅沉积在第二介电层125的开口中，使得可以在光电二极管117上方放置多于一种(例如，2种、3种或4种)不同的滤色材料127B。在一些应用中，每个不同的滤色材料127B可以与单独的光电二极管117相关联。
滤色材料127B可包括例如颜料基聚合物、颜料基染料、染料基聚合物、树脂或其他有机基材料、它们的组合等。例如，由于光电二极管117可以单独检测具有很小波长特性或没有波长特异性的光强度，从而不能分离颜色信息，因此滤色材料127B对于生物传感器可能是必需的。
滤色材料127B可包括蓝色滤色材料、红色滤色材料、绿色滤色材料、祖母绿滤色材料、青色滤色材料、黄色滤色材料、品红色滤色材料、白色滤色材料、它们的组合等。因此，滤色材料127B可以按波长范围对入射光进行过滤，使得单独的滤色强度包括关于光的颜色的信息。例如，红色滤色材料127B可以给出关于红色波长区域中的光强度的信息。蓝色滤色材料127B可以给出关于蓝色波长区域中的光强度的信息。绿色滤色材料127B可以给出关于绿色波长区域中的光强度的信息，等等。
在一些实施方案中，滤色材料127B可包括单色材料。例如，每种滤色材料127B可以是红色。在一些实施方案中，滤色材料127B可以包括不同颜色的材料，每种滤色材料127B对应于单独的光电二极管117。例如，一种滤色材料127B可以是红色，并且相邻的滤色材料127B可以是绿色。图42A示出了这样的实施方案，其中使用了双通道滤色器。在图42A中，生物或化学样本(例如，DNA大分子)可以定位在斑点或孔1450中，使得来自大分子的发射进入红色滤色材料1427B和绿色滤色材料1427A两者(例如，重叠红色滤色材料1427B和绿色滤色材料1427A两者)，并且使得可以检测通过不同颜色的滤色材料的光的发射波长。在另一示例中，多于两种的周围滤色材料127B可以包括不同颜色的材料。图42B示出了这样的实施方案，其中使用了四通道滤色器。四通道滤色器可包括一个为红色的滤色材料1427B，一个为黄色的滤色材料1427D，一个为绿色的滤色材料1427A，以及一个为蓝色的滤色材料1427C。在该示例中，可以将生物或化学样本放置在四个滤色器的交叉点处的斑点或孔1450中，使得可以检测通过四种颜色的滤色材料的光的发射波长。在一些实施方案中，斑点或孔1450可以等同地位于每个下面的滤色材料(和相应的光电二极管)上方，即，使得每个滤色器的相等区域位于斑点的下面。
图36A示出了构建生物传感器800的实施方案。根据图36A，可以根据常规半导体技术在第二介电层125和滤色材料127B上沉积第二钝化层130。第二钝化层130可以如下面参考图36B所述。可以在第二钝化层130上沉积第一材料层135。第一材料层135可以包括任何合适的材料，例如氮化硅、氧化钽、它们的组合等。可以在第一材料层135上沉积第二材料层137。第二材料层137可以包括任何合适的材料，例如二氧化硅等。在一些实施方案中，第一材料层135可以具有高于第二材料层137的折射率的折射率。在一些实施方案中，第一材料层135比第二钝化层130可以具有较高的折射率。因此，图36A的实施方案可以在荧光测量的情况下导致激发光有效地传递到光接收表面。例如，第一材料层135可以形成光波导的芯，从而允许激发光的低损耗传输。在一些实施方案中，可以将生物或化学样本放置在光电二极管117上方的第二材料层137上(在一些实施方案中，在第二材料层137上形成的开口或孔中)，并且可以通过光电二极管117测量它们的荧光或化学发光，如本文进一步描述的。然而，当在图36A所示实施方案中测量荧光时，在一些示例中，激发光可以沿着生物传感器800的表面侧向引导。
B.图36A的生物传感器800
因此，图36A示出了根据一些实施方案的可用于生物或化学分析的生物传感器800。生物传感器800可以包括背面照射CMOS图像传感器100。背面照射CMOS图像传感器100包括电子电路层(其包括第一介电层110和金属布线113)和电子电路层上的光感测层(包括基底层115和光电二极管117)。光电二极管117可以与电子电路层接触，使得电子信号可以从光电二极管117传输到电子电路层，并且在一些实施方案中，传输到外部装置。光接收表面由光电二极管117的与电子电路层相对的表面(即，与第一钝化层120接触的表面)限定。
生物传感器800还可以包括在背面照射CMOS图像传感器100上方的第一钝化层120，以及在第一钝化层120上方的第一金属层123B。第一金属层123B也可以位于基底层115上方。第一金属层123B可以包括第一开口。生物传感器800还可以包括在金属层123B和第一钝化层120上方的第二介电层125。第二介电层125也可以位于金属层123B的第一开口中。
生物传感器800还可以包括在第二介电层125上方并且在金属层123B的第一开口中和上方的滤色材料127B，使得滤色材料127B的顶表面可以与金属层123B上方的第二介电层125的顶表面在同一平面内。生物传感器800还可包括在第二介电层125和滤色材料127上方的第二钝化层130。生物传感器800还可包括第一材料层135和第二材料层137。第一材料层135比第二材料层137可以具有较高的折射率。生物或化学样本可以放置在形成于第二材料层137中或第二材料层137上的斑点或孔(未示出)中用于分析，如本文进一步描述的。
图36B示出了图36A的替代实施方案。根据图36B，可以根据常规半导体技术在第二介电层125和滤色材料127B上沉积第二钝化层130。第二钝化层130可以包括任何合适的材料，例如氮化硅、氧化钽、它们的组合等。在一些实施方案中，第二钝化层130可以包括一种或多种高k材料。第二钝化层130可以包括与第一钝化层120相同或不同的材料。在一些实施方案中，第二钝化层130由比第一钝化层120更致密的材料制成。在一些实施方案中，第二钝化层130可以充当被分析样本和滤色材料127B之间的保护材料。在一些实施方案中，第二钝化层130用作后续蚀刻步骤的蚀刻停止层。第二钝化层130可以是透明的。
进一步根据图36B，可以根据常规半导体技术在第二钝化层130上沉积第二金属层133A。第二金属层133A可以包括任何合适的金属材料，例如钨、铝、铜、它们的组合、以及类似物。第二金属层133A可以由与第一金属层123B的材料相同或不同的材料制成。第二金属层133A对于入射光或激发光可以是不透明的。
然后，根据图37，可以从第二金属层133A蚀刻出或图案化第二金属层133B，从而在第二金属层133A中形成第二开口150A-C。在一些实施方案中，第二开口150A-C可以与光电二极管117中心与中心对准。在一些实施方案中，第二开口150A-C可以具有100纳米至1微米的直径。第二开口150A-C可以具有比滤色材料127B更小的宽度或直径。在一些实施方案中，生物或化学样本可以放置在第二开口150A-C中，并且从样本发射的光可以用于测量它们的荧光或化学发光，如本文进一步描述的。在第二开口150A-C的宽度或直径小于滤色材料127B的宽度或直径的实施方案中，会增加入射或激发光的阻挡，导致检测样本的荧光或发光中的噪声较小。第二开口150A-C的宽度或直径可大致对应于被分析的生物或化学样本的尺寸。
C.图37的生物传感器3700
因此，图37示出了根据一些实施方案的可用于生物或化学分析的生物传感器3700。生物传感器3700包括背面照射CMOS图像传感器100。背面照射CMOS图像传感器100包括电子电路层(包括第一介电层110和金属布线113)和在电子电路层上的光感测层(包括基底层115和光电二极管117)。光电二极管117可以与电子电路层接触，使得电子信号可以从光电二极管117传输到电子电路层，并且在一些实施方案中，传输到外部装置。光接收表面由光电二极管117的与电子电路层相对的表面(即，与第一钝化层120接触的表面)限定。
生物传感器3700还可以包括在背面照射CMOS图像传感器100上方的第一钝化层120，以及在第一钝化层120上方的第一金属层123B。第一金属层123B也可以位于基底层115上方。第一金属层123B可以包括第一开口。生物传感器3700还可以包括在金属层123B和第一钝化层120上方的第二介电层125。第二介电层125也可以位于金属层123B的第一开口中。
生物传感器3700还可以包括在第二介电层125上方并且在金属层123B的第一开口中和上方的滤色材料127B，使得滤色材料127B的顶表面可以与金属层123B上方的第二介电层125的顶表面在同一平面内。生物传感器3700还可包括在第二介电层125和滤色材料127上方的第二钝化层130。生物传感器3700还可以包括具有第二开口150A-C的第二金属层133B。第二开口150A-C可以用作配置成接收生物或化学样本的斑点或孔，如本文进一步描述的。
再次参见图37的实施方案，可以实施各种进一步的制造技术以用于进一步的信号增强，如本文参照图38-41所述的。根据图38，可以在第二钝化层130和第二金属层133B上设置微透镜140A。在一些实施方案中，微透镜140A可以与光电二极管117中心与中心对准。微透镜140A可以包括多种材料，例如玻璃、聚合物、塑料、它们的组合等。微透镜140A可以包括在每个滤色器127B上方的器件中，以聚焦发射到每个滤色器127B中的光。
可以根据任何合适的微透镜制造工艺(例如关于CMOS图像传感器通常使用的微透镜制造工艺)来设置微透镜140A。作为一个示例，可以在光致抗蚀剂或紫外线可固化环氧树脂材料上执行光刻，并且可以熔化该材料以形成微透镜140A的阵列。作为另一示例，可以熔化小的玻璃丝，并且熔融玻璃的表面张力可以形成光滑的球形表面。然后可以适当地安装和研磨球形表面的玻璃以形成微透镜140A。在又一个示例中，可以使用晶片级光学器件(WLO)，其中多个透镜晶片精确对准、结合在一起并切割以形成可以用作微透镜140A的多元件堆叠。
根据图39，可以根据传统的半导体处理技术在微透镜140A上沉积第三金属层143A。第三金属层143A可以包括任何合适的材料，例如钨、铝、铜、它们的组合、以及类似物。第三金属层143A可以是相对薄的层，例如，比第二金属层123B薄的层。第三金属层143A可以由与第一金属层123B和/或第二金属层133B的材料相同或不同的材料制成。
根据图40，可以在第三金属层143A上沉积平坦化层145A。平坦化层145A可包括任何合适的材料。平坦化层145A可以通过例如旋涂或通过任何其他合适的方法沉积。如果平坦化层145A超过第三金属层143A的顶部暴露表面，则可以通过例如化学机械平坦化(CMP)使平坦化层145A平坦化，从而使平坦化层145A留在第三金属层143A之间的开口中并产生基本平坦的上表面。
根据图41，可以穿过平坦化层145A(保留剩余的平坦化层145B)、第三金属层143A(保留剩余的第三金属层143B)和微透镜140A(保留剩余的微透镜140B)蚀刻第三开口155A-C。例如，平坦化层145B可以用光致抗蚀剂(未示出)旋涂，以蚀刻第三开口155A-C。在一些实施方案中，第三开口155A-C的宽度可以对应于第二开口150A-C的宽度，使得第二金属层133B不需要进一步蚀刻。可以将第三开口155A-C蚀刻到第二钝化层130，其中第二钝化层130用作蚀刻停止层。在一些示例中，第三开口155A-C可以具有100纳米和1微米之间的直径，并且可以与滤色材料127B和/或光电二极管117中心与中心对准。在一些实施方案中，生物或化学样本可以放置在第二钝化层130上的第三开口155A-C中，并且可以测量样本的荧光或化学发光，如本文进一步描述的。
D.图41的生物传感器1300
因此，图41示出了根据一些实施方案的可用于生物或化学分析的生物传感器1300。生物传感器1300包括背面照射CMOS图像传感器100。背面照射CMOS图像传感器100包括电子电路层(包括第一介电层110和金属布线113)和在电子电路层上的光感测层(包括基底层115和光电二极管117)。光电二极管117可以与电子电路层接触，使得电子信号可以从光电二极管117传输到电子电路层，并且在一些实施方案中，传输到外部装置。光接收表面由光电二极管117的与电子电路层相对的表面(即，与第一钝化层120接触的表面)限定。
生物传感器1300还可以包括在背面照射CMOS图像传感器100上方的第一钝化层120，以及在第一钝化层120上方的第一金属层123B。第一金属层123B也可以位于基底层115上方。第一金属层123B可以包括第一开口。生物传感器1300还可以包括在金属层123B和第一钝化层120上方的第二介电层125。第二介电层125也可以位于金属层123B的第一开口中。
生物传感器1300还可以包括在第二介电层125上方并且在金属层123B的第一开口中和上方的滤色材料127B，使得滤色材料127B的顶表面可以与金属层123B上方的第二介电层125的顶表面在同一平面内。生物传感器1300还可包括在第二介电层125和滤色材料127上方的第二钝化层130。生物传感器1300还可以包括具有第二开口150A-C的在第二钝化层130上方的第二金属层133B。
生物传感器1300还可以包括在第二金属层133B上方的微透镜140B、在微透镜140B上方的第三金属层143B、以及在第三金属层143B上方的平坦化层145。第三金属层143B可以在生物传感器1300中用于许多不同的目的。例如，第三金属层143B可以帮助阻挡入射光进入滤色材料127B。另外，因为第三金属层143B是弯曲的，所以从生物或化学样本发射的任何光可以穿过微透镜140B，从第三金属层143B反射，并且被引导回到滤色材料127B，并且因此，被引导到光电二极管117的光接收表面。换句话说，可以使由光电二极管117测量的发射光量最大化。
平坦化层145可以在第三金属层143B上形成平坦表面。在一些实施方案中，微透镜140B、第三金属层143B和平坦化层145可以具有形成在其中的第三开口155A-C，第三开口155A-C可以与第二开口150A-C重叠。例如，第三开口155A-C可以与第二开口150A-C具有相同的宽度。然而，预期在一些实施方案中，第三开口155A-C可以与第二开口150A-C具有不同的宽度。第二开口150A-C和第三开口155A-C一起可以用作配置成接收生物或化学样本的斑点或孔，如本文进一步描述的。因为图41的第三开口155A-C比图37的第二开口150A-C深，所以激发光通常可以从位于生物传感器1300中的第三开口155A-C正上方的源引导。生物传感器3700会能够容忍激发光的更多角度未对准，因为第二开口150A-C不像第三开口155A-C那样深。
核酸测序应用
如上面参考图30、36A、37和41所述，生物或化学样本可以放置在滤色材料127B和光电二极管117上方的每个所述生物传感器上。生物或化学样本可以包括许多组分中的任何一种。例如，样本可含有核酸大分子(例如DNA、RNA等)、蛋白质等。可以分析样本以确定基因序列、DNA-DNA杂交、单核苷酸多态性、蛋白质相互作用、肽相互作用、抗原-抗体相互作用、葡萄糖监测、胆固醇监测等。
如上所述，在一些实施方案中，生物分子是核酸，例如DNA。DNA生物分子可以是但不限于DNA纳米球(单链多联体)，该DNA纳米球(单链多联体)与标记探针杂交(例如，通过连接或cPAL方法在DNB测序中)或与互补生长链杂交(例如，在通过合成方法的DNB测序中)或与两者杂交；或与单个DNA分子杂交(例如，在单分子测序中)；或者与克隆的DNA分子群杂交，例如在基于桥式PCR的测序中产生。因此，提及的“生物分子”、“DNA大分子”或“核酸大分子”可以包括多于一个的分子(例如，与多个生长的互补链相关的DNB或包含数百或数千个DNA分子的克隆群的DNA簇)。参见，例如，美国专利No.8,133,719；美国专利申请公布No.2013/0116153,美国专利申请公布No.2016/0237488；美国专利申请公布No.2012/0224050；美国专利No.8,133,719；；美国专利No.7,910,354；美国专利No.9,222,132；美国专利No.6,210,891；美国专利No.6,828,100,美国专利No.6,833,246；和美国专利No.6,911,345，在此通过引用全部并入。
在一些实施方案中，滤色材料127B的大小和功能可以被设定以接纳生物或化学样本(在滤色材料127B上方的斑点或孔中)并且在一些示例中吸收从生物或化学样本发射的光。例如，如果滤色材料127B是红色的并且来自生物或化学样本的发射光是绿色的，则滤色材料127B可以吸收绿色的发射光。在一些实施方案中，滤色材料127B的大小和功能可以被设定以接收生物或化学样本(在滤色材料127B上方的斑点或孔中)并且使从生物或化学样本发射的光传递通过滤色材料127B并且到达光电二极管117的光接收表面上。例如，如果滤色材料127B是蓝色的，并且来自生物或化学样本的发射光是蓝色的，则滤色材料127B可以使蓝色的发射光传递到相应的光电二极管117的光接收表面。换句话说，在一些实施方案中，发射光可以被滤色材料127B吸收。在一些实施方案中，发射光可以传输通过滤色材料127B并且传输到光电二极管117上。
为了实现高密度并有助于核酸大分子与生物传感器的光电二极管117之间的对准，可以构建生物传感器的表面使得存在大小和化学功能被设定以接收核酸大分子的有效斑点或孔(例如，开口150A-C、开口155A-C等)，所述有效斑点或孔被核酸大分子可能不结合的表面区域包围。可以使用任何合适的表面化学过程将核酸大分子固定到与光电二极管117对准的活性表面上。这可以包括非共价相互作用(例如，与带有正电荷的区域的非共价相互作用)或与附着于表面的捕获探针或寡核苷酸(其带有与核酸大分子中包含的序列互补的序列)的相互作用。参见，例如，美国专利No.8,445,194，其全部内容通过引用并入本文。
实施例
该实施例证明BSI CIS传感器可用于检测来自表面附着的光子发射分子的弱信号。我们构建了如图37所述的生物传感器，但是没有滤色层(即，缺少元件120、123B、125和127B)。另外，表面133B变得疏水，并且开口150A/B/C的底表面变得亲水(使得DNB朝向亲水表面分布并远离疏水表面)。
将DNA纳米球(DNB)的稀释溶液应用于生物传感器阵列，使得各个DNB沉降在阵列的斑点上。出于本实验的目的，所有DNB具有相同的序列，与其中基本上阵列上的所有DNB将具有不同序列并且其中任何特定的斑点/位置的DNB的序列在序列确定之前将是未知的的测序方法相反。
将两种引物与DNA模板杂交(参见图43A，顶部)。“左”引物具有封闭的(不可扩展的)3'末端，并在5'末端用荧光染料标记。荧光染料用于确定阵列上DNB的位置(未示出)。“右”引物充当可延伸的引物，以用于通过合成进行测序。加入测序试剂和检测试剂4(DNA聚合酶、链霉抗生物素蛋白、生物素化的荧光素酶3、ATP和荧光素)以及通过可切割的接头用生物素标记的dATP。在该系统中，链霉抗生物素蛋白2与缀合至掺入的核苷酸的生物素结合，并且还与生物素化的荧光素酶结合，如图43A所示。(生物素1由菱形代表。)ATP作为用于通过荧光素酶介导的荧光素转化为氧化荧光素产生光的基底。光被光电二极管接收，产生信号。该信号与dATP的掺入相关，表明胸腺嘧啶存在于模板序列的相应位置处。图43A示出了来自阵列上的多个斑点处的DNB的信号。
然后使用THPP裂解可裂解的接头，释放生物素/链霉抗生物素蛋白/荧光素酶复合物，并且洗涤阵列以除去所有可溶性试剂。图43B显示在洗涤步骤之后，来自阵列的信号不存在或显著减少。
使用dTTP-地高辛和DNA聚合酶进行第二次掺入，如图15所示。使用生物素化的抗地高辛抗体、链霉抗生物素蛋白、生物素化的荧光素酶、ATP和荧光素检测掺入的dTTP。生物素化的抗地高辛抗体的使用扩大了每个掺入事件产生的信号。图15是显示在阵列上的多个斑点处产生化学发光的图像。该示例使用两种不同的dNTP和两种不同的检测系统证明，本发明的BSI CIS传感器可用于检测来自表面附着的光子发射分子(例如DNB)的弱信号。
VII.可用于生物传感器的替代性差异表面
图44-47根据本发明的实施方案描述制造具有差异表面的生物传感器的各个不同阶段。对于本领域技术人员而言，根据本说明，制造和配置的其他实施方案将变得显而易见。因此，以下描述将是说明性的，而非限制性的。
图44为根据某些实施方案所示已去除该掩模的背面照射(BSI)CMOS图像传感器的截面图。根据图44，可通过使金属层或金属氧化物层133B在两侧及使该钝化层120在底部来建构出空隙160A～160C。图44的设备结构类似于图26的设备2600，但具有包含传感器4417的基板和在介电层4410中的金属布线113。在图44中的设备结构也类似于图2的设备结构200的顶部部分。图44中的设备结构也类似于图37中的设备3700的顶部部分，但去除了过滤器层127B、125和123B。此处所描述的方法也可应用于类似的设备结构。空隙160A～160C可形成斑点或孔，可如本文中进一步描述的那样，将生物或化学样本置于该斑点或孔中。
在一些实施方案中，可以分别基于金属层或金属氧化物层133B和钝化层120的差异表面选择性地施加第一覆盖层和与第一覆盖层不同的第二覆盖层。第一和第二覆盖层具有不同的性质，从而导致包括包括第二覆盖层的底表面的斑点或孔阵列，所述底表面由包括第一覆盖层的区域(例如133B)分隔开。在一些实施方案中，与第一覆盖层相比，所研究的大分子优先与第二覆盖层缔合。
图45为根据一些实施方案示出具有由于差异表面而选择性地涂覆的第一涂层的背面照射CMOS图像传感器的截面图。如图45中所示，可以基于其表面特性将第一覆盖层150选择性地施加到金属层或金属氧化物层133B上。例如，第一覆盖层150可以是这样的材料，其可以结合到和/或被吸引到金属层或金属氧化物层133B上。在一些实施方案中，第一覆盖层不与钝化层120结合或粘附或被钝化层120排斥，从而产生图45中所示的结构。可以根据任何方法或技术(例如，化学气相沉积、浸渍、旋涂等)将第一覆盖层150施加到金属层或金属氧化物层133B上。例如，可以用第一材料涂覆或处理金属层或金属氧化物层133B以形成第一覆盖层150。可以根据传统的半导体处理技术沉积第一覆盖层150。应认识到，术语“覆盖层”并非旨在认为其具有任何特定结构或尺寸。
第一覆盖层150可包括粘附或结合金属或金属氧化物材料133B的任何合适材料。在一种方法中，第一覆盖层155通过施加结合金属或金属氧化物的磷酸盐化合物来制备，磷酸盐化合物包括但不限于无机磷酸盐，膦酸，有机磷酸盐化合物，例如六甲基磷酰胺(hexamthethylphosphoramide)，六甲基四磷酸盐(hexmamethyl tetraphospate)，它们的组合等等。
在一些实施方案中，第一覆盖层150可包含排斥目标生物或化学分析物的材料。例如，第一覆盖层150可以包含具有负电荷的材料，从而排斥带负电的生物或化学样本。在一些实施方案中，第一覆盖层150可以是疏水的。本领域普通技术人员将认识到，可以针对特定目的选择和优化金属和第一覆盖层的组合(例如，成对组合)。
图46为根据一些实施方案示出具有由于差异表面而选择性地涂覆的第二涂层的背面照射CMOS图像传感器的截面图。如图46中所示。可以基于钝化层120的表面特性将第二覆盖层155选择性地施加到钝化层120上。例如，第二覆盖层155可以是这样的材料，其可以结合到和/或被吸引到钝化层120上，但是不结合或粘附到覆盖金属或金属氧化物133B的第一覆盖层150上。可以通过用第二材料涂覆或处理钝化层120的暴露部分来施加第二覆盖层155。在一种方法中，暴露的钝化层120和被第一覆盖层150覆盖的金属或金属氧化物133B区域都暴露于第二材料，第二材料仅粘附在钝化层上。可以根据传统的半导体处理技术沉积第二覆盖层155。
在一种方法中，通过施加硅烷或硅烷化合物(包括但不限于氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基-甲基二乙氧基硅烷、3-氨基丙基三-乙氧基硅烷等)来制备第二覆盖层155。在一些实施方案中，第二覆盖层155可包括吸引生物或化学样本的材料。例如，第二覆盖层155可以包括具有正电荷的材料，从而吸引带负电的生物或化学样本。在一些实施方案中，第二覆盖层155可以是亲水的。本领域普通技术人员将认识到，可以针对特定目的选择和优化第一覆盖层和钝化层120(即，钝化层的表面)的组合(例如，成对组合)。
应认识到，术语“覆盖层”不意在将第一和第二覆盖层限制于任何特定的施加方法或结构。应注意，可以选择第一和第二覆盖层的不同性质以差异地保留目标大分子，例如DNA大分子。还应认识到，第一和/或第二覆盖层可以被功能化，使得功能化表面具有导致目标大分子的差异保留的性质。为了说明，在施加第一和第二覆盖层之后，可施加对第二覆盖层具有亲和力但对第一覆盖层不具有亲和力的DNA结合分子(例如，寡核苷酸)以覆盖第二覆盖层155。在一些实施方案中。第二覆盖层155是功能化表面，在其上扩增单个核酸分子。
应当认识到，术语“第一覆盖层”可以指施加到表面的材料以及保留在表面上的材料(例如，后者可以通过蒸发溶剂；通过与表面材料的反应等而与前者不同，等等)。
因此，可以形成一种结构，在该结构中，第一覆盖层150B存在于金属层或金属氧化物层133B上，并且第二覆盖层155存在于空隙160A-C中。空隙160A-C可以由侧面上的第一覆盖层150B和金属层或金属氧化物层133B以及底部上的钝化层120形成。空隙160A-C可以形成可以放置生物或化学样本的斑点或孔，如本文进一步描述的。
图47为根据某些实施方案示出使用背面照射CMOS图像传感器且具有大分子的生物传感器截面图。根据图47，可以在第二覆盖层155顶上的空隙中引入生物或化学样本170。本发明不限于任何特定的引入方法。在一些实施方案中，生物或化学样本170可被吸引或结合到第二覆盖层155上，同时被第一覆盖层150排斥。这可防止生物或化学样本170粘附到在金属层或金属氧化物层133B上的第一覆盖层150B上，在第一覆盖层150B上光电二极管117不能感测它们。
如图44、46和47中所示，在一些实施方案中，金属层或金属氧化物层133B和光电二极管117的顶表面或钝化层120形成多个孔或空隙160A-C，其中每个孔的壁是由金属层形成，并且每个孔的底部由光电二极管117表面或由上覆的钝化层120形成。在一些实施方案中，壁可以具有从孔底延伸到对应于覆盖层150B顶部水平的高度h，其中底部和壁限定空隙160A-C。在一些实施方案中，孔底的表面积小于下伏的光电二极管的表面积。在一些实施方案中，空隙160A-C的体积在1×10-24m3-1×10-21m2的范围内；和/或壁的高度在1nm-500nm的范围内；和/或底部的面积在1×10-15m2-1×10-14m2的范围内。在一些实施方案中，孔的宽度或直径与壁的高度的比率在1-200的范围内。
在一些实施方案中，如图47所示，生物传感器4700可包括背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器111。背面照射CMOS图像传感器111可包括电子电路层112和电子电路层上方的光感测层114。电子电路层112可以包括介电层110和金属布线113。光感测层114可以包括基底层115和多个具有第一顶表面117A和第一底表面117B的光电二极管117。第一底表面117B可以与电子电路层113接触(连接未明确示出)，并且第一顶表面117A包括光接收表面。生物传感器4700还可以在光感测层114上具有金属或金属氧化物层133B，并且金属或金属氧化物层133B具有第二顶表面133-1和第二底表面133-2。金属或金属氧化物层133B限定多个空隙160，并且多个空隙160中的每个空隙可以与多个光电二极管117中的至少一个光电二极管对准。第二顶表面133-1可以用第一材料150涂覆或处理以形成第一覆盖层。生物传感器4700还可以在多个光电二极管117上具有钝化层120，并且钝化层具有第三顶表面120A和第三底表面120B。金属或金属氧化物层133B和钝化层120的第三顶表面120A形成多个孔165。每个孔的壁由金属或金属氧化物层133B形成，并且每个孔的底部由钝化层120的第三顶表面120A形成。每个孔的底部可以用第二材料155涂覆或处理以形成第二覆盖层。第一材料150与第二材料155不同。
在生物传感器4700的一些实施方案中，第一材料可包括磷酸盐或膦酸中的至少一种。第二材料可包括硅烷。在一些实施方案中，将多个孔功能化以接收大分子。在一些实施方案中，大分子与第一材料结合的可能性小于与第二材料结合的可能性。在一些实施方案中，第二材料配置成结合大分子，并且第一材料配置成不结合大分子。在一些实施方案中，第二材料可包括结合大分子的配体。大分子可以是但不限于是核酸、蛋白质(例如抗原)或抗体，并且配体可以是寡核苷酸、DNA结合蛋白、抗原或抗体。大分子可以是结合DNA大分子的抗体。在一些实施方案中，第一材料是疏水的，而第二材料是亲水的。至少一个孔可以被大分子分析物占据。大分子分析物可以是核酸或抗体。
生物或化学样本可包括许多组分中的任何一种。例如，样本可含有核酸大分子(例如DNA、RNA等)、蛋白质等。可以分析样本以确定基因序列、DNA-DNA杂交、单核苷酸多态性、蛋白质相互作用、肽相互作用、抗原-抗体相互作用、葡萄糖监测、胆固醇监测等。
虽然参照某一顺序执行一定数目的步骤的方式来说明本文中所描述的工艺，但预期，没有明确示出和/或说明的附加步骤可以包括。再者，预期，在不偏离所述实施方案的范围下，可包括比文中所示出和所描述的步骤少的步骤(即，所述步骤中的一个或一些步骤可是任选的)。此外，预期，可采用与所述顺序不相同的顺序来进行本文中所述的步骤。
在前面的描述中，参考本申请的具体实施方案描述了本申请的各方面，但是本领域技术人员将认识到，本发明不受限于此。因此，虽然本文已经详细描述了本申请的说明性实施方案，但是应该理解，可以以其他方式不同地实施和使用本发明构思，并且所附权利要求意在被解释为包括这样的变型，除了被现有技术限制。上述发明的各种特征和方面可以单独使用或联合使用。此外，在不脱离本说明书的更广泛的精神和范围的情况下，实施方案可以在除了本文描述的那些之外的任何数量的环境和应用中利用。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的。出于说明的目的，以特定顺序描述方法。应当理解，在替代的实施方案中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行所述方法。
其他变化在本公开的精神内。因此，尽管所公开的技术易于实现各种修改和替换构造，但是其某些图示的实施方案在附图中示出并且已在上面详细描述。然而，应该理解的是，并不意图将本公开限制于所公开的一种或者多种特定形式，而是相反，意图是覆盖落入如所附权利要求中所定义的本公开的精神和范围内的所有修改、替代构造和等同方案。

Claims (45)

1.一种用于形成测序流通池的方法，其包括：
提供覆盖有介电层的半导体晶片；
在所述介电层上形成图案化层，所述图案化层具有差异表面区域，所述差异表面区域包括第一表面区域和第二表面区域；
通过使所述图案化层暴露于第一材料而选择性地在所述第一表面区域上形成第一覆盖层；
通过使所述图案化层暴露于第二材料而选择性地在所述第二表面区域上且不在所述第一表面区域上形成第二覆盖层从而所述第二表面区域的疏水性不同于所述第一表面区域；
通过一个或更多支撑件隔开所述半导体晶片与盖晶片将所述盖晶片附着于所述半导体晶片以形成复合晶片结构，所述复合晶片结构包括多个测序流通池，其中每个测序流通池包括：
在所述图案化层与所述盖晶片之间的流动通道；
具有所述第一表面区域被所述第二表面区域分离的所述图案化层的第一表面区域和第二表面区域交替的阵列；以及
耦合至所述流动通道的入口和出口；并且
通过所述一个或更多支撑件切割所述复合晶片结构以形成多个管芯，每个管芯包括测序流通池。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表面区域为亲水性表面，而所述第二表面区域为疏水性表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表面区域为疏水性表面，而所述第二表面区域为亲水性表面。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在附着所述盖晶片之前，于所述半导体晶片中形成多个通孔，所述多个通孔被配置用作所述流通池的入口和出口。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在将所述盖晶片附着于所述半导体晶片之前，在所述盖晶片中形成入口和出口。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体晶片进一步包括位于所述介电层下方的互补金属-氧化物-半导体层。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中形成图案化层包括：
在所述半导体晶片上的所述介电层上形成金属氧化物层；以及
将所述金属氧化物层图案化而成为多个金属氧化物区域，
其中所述金属氧化物区域是配置用来接收核酸大分子。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中形成图案化层包括：
形成金属氧化物层；
在所述金属氧化物层上形成氧化硅层；以及
图案化所述氧化硅层，
其中所述金属氧化物层未被所述氧化硅层所覆盖的区域被配置用来接收核酸大分子。
9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：在将所述盖晶片附着于所述半导体晶片之前，在所述半导体晶片上形成所述支撑件。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：使所述盖晶片与所述支撑件接合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述盖晶片包括玻璃晶片。
12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：对所述测序流通池进行功能化，其中对所述测序流通池进行功能化包括：使所述流动通道暴露于经由所述入口和出口所提供的材料。
13.根据权利要求1所述的方法，其中切割所述复合晶片结构包括：使用晶片切割工艺将所述复合晶片结构分割成独立的管芯。
14.一种用于形成测序流通池的方法，其包括：
提供半导体晶片，所述半导体晶片具有介电层，所述介电层覆盖在互补金属-氧化物-半导体层上，其中所述互补金属-氧化物-半导体层包括：
光感测层，所述光感测层包括多个光电二极管；
电子电路层，所述电子电路层耦合至所述光感测层以用于处理所感测到的信号；以及
在所述介电层上形成图案化层，所述图案化层具有金属氧化物区域和氧化硅区域；
将玻璃晶片附着于所述半导体晶片以形成复合晶片结构，所述玻璃晶片包括多个孔，以及所述复合晶片结构包括多个测序流通池，其中每个测序流通池包括：
玻璃层，所述玻璃层具有孔，所述孔被配置作为所述测序流通池的入口和出口；
多个金属氧化物区域和氧化硅区域；以及
在所述玻璃层与所述多个金属氧化物区域以及氧化硅区域之间的流动通道；以及
切割所述复合晶片结构以形成多个管芯，每个管芯包括测序流通池。
15.根据权利要求14所述的方法，其中形成图案化层包括：
在所述半导体晶片上的所述介电层上形成金属氧化物层；以及
将所述金属氧化物层图案化而成为多个金属氧化物区域，
其中所述金属氧化物区域被配置用来接收核酸大分子。
16.根据权利要求14所述的方法，其中形成图案化层包括：
形成金属氧化物层；
在所述金属氧化物层上形成氧化硅层；以及
图案化所述氧化硅层，
其中所述金属氧化物层未被所述氧化硅层所覆盖的区域被配置用来接收核酸大分子。
17.根据权利要求14、15或16所述的方法，其进一步包括：使所述玻璃晶片与所述半导体晶片接合。
18.根据权利要求14、15或16所述的方法，其进一步包括对所述测序流通池进行功能化，其中对所述测序流通池进行功能化包括：使所述测序流通池暴露于经由所述入口和出口所提供的材料。
19.一种用于形成测序流通池的方法，其包括：
提供覆盖有介电层的半导体晶片；
在所述介电层上形成图案化层，所述图案化层具有金属氧化物区域和氧化物区域；
形成贯穿所述半导体晶片的多个通孔；
将玻璃晶片附着于所述半导体晶片以形成复合晶片结构，所述复合晶片结构包括多个测序流通池，其中每个测序流通池包括：
玻璃层；
多个金属氧化物区域和氧化物区域；以及
在所述玻璃层与所述多个金属氧化物区域以及氧化物区域之间的流动通道，
其中所述半导体晶片中的所述通孔被配置作为所述测序流通池的入口和出口；以及
切割所述复合晶片结构以形成多个管芯，每个管芯包括测序流通池。
20.根据权利要求19所述的方法，其中形成图案化层包括：
在所述半导体晶片上的所述介电层上形成金属氧化物层；以及
将所述金属氧化物层图案化而成为多个金属氧化物区域，
其中所述金属氧化物区域被配置用来接收核酸大分子。
21.根据权利要求19所述的方法，其中形成图案化层包括：
在所述半导体晶片上的所述介电层上形成金属氧化物层；
在所述金属氧化物层上形成氧化硅层；以及
图案化所述氧化硅层，
其中所述金属氧化物层的区域未被所述氧化硅层覆盖。
22.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：使所述玻璃晶片与所述半导体晶片接合。
23.根据权利要求19、20或21所述的方法，其进一步包括对所述测序流通池进行功能化，其中对所述测序流通池进行功能化包括：使所述测序流通池暴露于经由所述入口和出口所提供的材料以形成亲水表面区域和疏水表面区域。
24.一种用于形成具有差异表面的设备结构的方法，其包括：
提供基板；
在所述基板上形成表面层，所述表面层具有交替的第一薄膜区域和第二薄膜区域；
通过使所述表面层暴露于第一材料而选择性地在所述第一薄膜区域上形成第一覆盖层；
通过使所述表面层暴露于第二材料而选择性地在所述第二薄膜区域上且不在所述第一薄膜区域上形成第二覆盖层；
其中所述第一薄膜区域和所述第二薄膜区域限定具有被第二表面区域分离的第一表面区域的区域交替阵列；
其中所述方法进一步包括：选择所述第一材料和所述第二材料以调整所述第一覆盖层和所述第二覆盖层的疏水性；
其中所述方法包括形成测序流通池。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一薄膜区域包含金属或金属氧化物材料，所述金属氧化物材料包括阳极氧化铝(A12O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氧化锆(ZrO2)及氧化钛(TiO2)中的一者或多者。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一材料包括膦酸或磷酸盐/酯。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其中所述第二薄膜区域包括氧化硅。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述第二材料包括硅烷。
29.根据权利要求24所述的方法，其中在所述第一薄膜区域上形成所述第一覆盖层包括：在使所述表面层暴露于所述第一材料之后进行退火工艺。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述退火工艺包括在惰性环境中于70℃至90℃下进行5分钟至15分钟。
31.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一覆盖层为亲水性的，而所述第二覆盖层为疏水性的。
32.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一覆盖层具有正电荷，而所述第二覆盖层具有负电荷。
33.根据权利要求24所述的方法，其中形成所述表面层包括：
形成氧化硅层；
在所述氧化硅层上形成金属氧化物层；以及
图案化所述金属氧化物层以去除所述金属氧化物层的部分而形成多个金属氧化物区域，以及以暴露出多个氧化硅区域；
其中所述第一薄膜区域包括所述多个金属氧化物区域，而所述第二薄膜区域包括所述多个氧化硅区域。
34.根据权利要求24所述的方法，其中形成所述表面层包括：
形成金属氧化物层；
在所述金属氧化物层上形成氧化硅层；以及
图案化所述氧化硅层以去除所述氧化硅层的部分以形成多个氧化硅区域，以及以暴露出多个金属氧化物区域；
其中所述第一薄膜区域包括所述多个金属氧化物区域，而所述第二薄膜区域包括所述多个氧化硅区域。
35.根据权利要求24所述的方法，其中形成所述第一覆盖层包括：使金属氧化物区域暴露于聚乙烯基膦酸(PVPA)以形成亲水性覆盖层。
36.根据权利要求24所述的方法，其中形成所述第一覆盖层包括：使金属氧化物区域暴露于12-羟基十二烷基磷酸酯(OH-DDPO4)，以自组装单层形式(SAM)形成亲水性覆盖层。
37.根据权利要求24所述的方法，其中形成所述第一覆盖层包括：使金属氧化物区域暴露于羟基十二烷基磷酸酯铵盐以形成疏水性覆盖层。
38.根据权利要求24所述的方法，其中形成所述第一覆盖层包括：使金属氧化物区域暴露于12-羟基十二烷基磷酸酯(OH-DDPO4)与羟基十二烷基磷酸酯的混合物以形成可调疏水性的第一覆盖层。
39.根据权利要求33至34中任一项所述的方法，其中形成所述第二覆盖层包括：使所述氧化硅区域暴露于疏水性硅烷以形成疏水性覆盖层。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述疏水性硅烷包括氟化烷基-硅烷或二烷基-硅烷。
41.根据权利要求33至34中任一项所述的方法，其中形成所述第二覆盖层包括：使所述氧化硅区域暴露于亲水性硅烷以形成亲水性覆盖层。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述亲水性硅烷包括具羟烷基末端的硅烷。
43.根据权利要求24所述的方法，其中所述基板包括裸半导体基板。
44.根据权利要求24所述的方法，其中所述基板包括半导体基板，所述半导体基板包含互补金属-氧化物-半导体电路及背面照射(BSI)传感器。
45.根据权利要求24所述的方法，其中所述基板包括玻璃材料。
CN201880060724.1A 2017-09-19 2018-09-11 晶片级测序流通池制造 Active CN111295733B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762560585P 2017-09-19 2017-09-19
US62/560,585 2017-09-19
US201862669890P 2018-05-10 2018-05-10
US62/669,890 2018-05-10
PCT/US2018/050437 WO2019060177A1 (en) 2017-09-19 2018-09-11 MANUFACTURE OF SEQUENCING FLOW CELLS AT THE WAFER

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111295733A CN111295733A (zh) 2020-06-16
CN111295733B true CN111295733B (zh) 2024-01-05

Family

ID=65721106

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880060724.1A Active CN111295733B (zh) 2017-09-19 2018-09-11 晶片级测序流通池制造

Country Status (6)

Country Link
US (3) US10784103B2 (zh)
EP (1) EP3685426A4 (zh)
JP (2) JP7322001B2 (zh)
CN (1) CN111295733B (zh)
TW (1) TW201917218A (zh)
WO (1) WO2019060177A1 (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8906320B1 (en) 2012-04-16 2014-12-09 Illumina, Inc. Biosensors for biological or chemical analysis and systems and methods for same
SG11201908509TA (en) * 2017-03-20 2019-10-30 Mgi Tech Co Ltd Biosensors for biological or chemical analysis and methods of manufacturing the same
EP3685426A4 (en) 2017-09-19 2021-06-09 MGI Tech Co., Ltd. MANUFACTURING OF SEQUENCING FLOW CELLS AT THE SLICE LEVEL
WO2019132857A1 (en) * 2017-12-26 2019-07-04 Illumina, Inc. Sensor system
US20190362965A1 (en) * 2018-05-24 2019-11-28 Applied Materials, Inc. Methods of patterning a wafer substrate
CN112384295B (zh) * 2018-06-14 2023-10-31 康宁股份有限公司 用于生物分子分析的图案化的流动池
CN112740016A (zh) * 2018-09-14 2021-04-30 亿明达股份有限公司 流动池及与其相关的方法
CN111742212B (zh) * 2019-01-08 2024-02-20 京东方科技集团股份有限公司 流体检测面板和流体检测装置
KR102634755B1 (ko) * 2019-01-28 2024-02-06 비지아이 션전 서열화 칩 및 이의 제조 방법
MX2020014079A (es) * 2019-05-21 2021-05-27 Illumina Inc Sensores que tienen una superficie activa.
CN110591903A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 京东方科技集团股份有限公司 基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片
EP4034867A4 (en) * 2019-09-26 2023-09-27 Illumina, Inc. PRODUCTION OF WAFERS WITH ELECTRICAL CONTACTS ON A SURFACE PARALLEL TO AN ACTIVE SURFACE
CN110628601B (zh) * 2019-10-19 2023-06-30 上海新微技术研发中心有限公司 柔性基底纳米孔结构和纳米孔阵列制造方法
TW202138060A (zh) 2019-12-18 2021-10-16 美商伊路米納有限公司 晶片上定位顯微鏡
CN113686940A (zh) * 2020-03-20 2021-11-23 上海芯像生物科技有限公司 用于分子检测和感测的高通量分析系统
WO2021184374A1 (en) 2020-03-20 2021-09-23 Genesense Technology Inc High throughput analytical system for molecule detection and sensing
EP4141097A4 (en) * 2020-04-23 2023-06-21 BGI Shenzhen SEQUENCING CHIP AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
JP2023552932A (ja) * 2020-12-10 2023-12-20 イルミナ インコーポレイテッド 画像センサ構造及び関連付けられた方法
WO2023011439A1 (en) * 2021-08-04 2023-02-09 Mgi Tech Co., Ltd. Sequencing systems and methods utilizing three-dimensional substrates
WO2023070567A1 (zh) * 2021-10-29 2023-05-04 京东方科技集团股份有限公司 检测芯片及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102745638A (zh) * 2011-04-18 2012-10-24 台湾积体电路制造股份有限公司 微机电器件蚀刻停止
CN105980832A (zh) * 2013-12-10 2016-09-28 伊鲁米那股份有限公司 用于生物或化学分析的生物传感器及其制造方法
WO2017075344A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 Qorvo Us, Inc. Sensor device with baw resonator and through-substrate fluidic vias

Family Cites Families (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9620209D0 (en) 1996-09-27 1996-11-13 Cemu Bioteknik Ab Method of sequencing DNA
GB9901475D0 (en) 1999-01-22 1999-03-17 Pyrosequencing Ab A method of DNA sequencing
US6818395B1 (en) 1999-06-28 2004-11-16 California Institute Of Technology Methods and apparatus for analyzing polynucleotide sequences
WO2001023610A2 (en) 1999-09-29 2001-04-05 Solexa Ltd. Polynucleotide sequencing
US6325977B1 (en) 2000-01-18 2001-12-04 Agilent Technologies, Inc. Optical detection system for the detection of organic molecules
AR031640A1 (es) 2000-12-08 2003-09-24 Applied Research Systems Amplificacion isotermica de acidos nucleicos en un soporte solido
EP2295971B1 (en) 2001-03-09 2016-09-07 TrovaGene, Inc. Conjugate probes and optical detection of analytes
CN1791682B (zh) 2003-02-26 2013-05-22 凯利达基因组股份有限公司 通过杂交进行的随机阵列dna分析
US7585664B2 (en) 2004-10-14 2009-09-08 The Hong Kong University Of Science And Technology Integrated circuit optical detector for biological detection
FR2881363B1 (fr) 2005-02-02 2008-03-14 Commissariat Energie Atomique Dispositif d'analyses biologiques avec detecteur integre
US7495462B2 (en) * 2005-03-24 2009-02-24 Memsic, Inc. Method of wafer-level packaging using low-aspect ratio through-wafer holes
US7262622B2 (en) * 2005-03-24 2007-08-28 Memsic, Inc. Wafer-level package for integrated circuits
AU2006259565B2 (en) 2005-06-15 2011-01-06 Complete Genomics, Inc. Single molecule arrays for genetic and chemical analysis
FR2892196B1 (fr) 2005-10-18 2008-06-20 Genewave Soc Par Actions Simpl Procede de fabrication d'un biocapteur a detection integree
US8637436B2 (en) 2006-08-24 2014-01-28 California Institute Of Technology Integrated semiconductor bioarray
JP2007333497A (ja) 2006-06-14 2007-12-27 Hitachi High-Technologies Corp 蛍光検出デバイスおよび装置
KR100846569B1 (ko) * 2006-06-14 2008-07-15 매그나칩 반도체 유한회사 Ｍｅｍｓ 소자의 패키지 및 그 제조방법
US7910302B2 (en) 2006-10-27 2011-03-22 Complete Genomics, Inc. Efficient arrays of amplified polynucleotides
DE112007002932B4 (de) 2006-12-01 2015-08-06 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Vierfarben DNA-Sequenzierung mittels Synthese unter Verwendung von abspaltbaren, reversiblen, fluoreszierenden Nucleotidterminatoren
KR100822672B1 (ko) 2007-06-27 2008-04-17 (주)실리콘화일 이미지센서를 이용한 진단장치 및 그 제조방법
JP2009082675A (ja) 2007-10-01 2009-04-23 Tamiko Sato 浴湯の浮遊型濾過・浄化装置
US8617811B2 (en) 2008-01-28 2013-12-31 Complete Genomics, Inc. Methods and compositions for efficient base calling in sequencing reactions
US8592150B2 (en) 2007-12-05 2013-11-26 Complete Genomics, Inc. Methods and compositions for long fragment read sequencing
WO2009135388A1 (en) 2008-05-09 2009-11-12 Zhiping Liu A molecule detecting system
US8213015B2 (en) * 2008-09-25 2012-07-03 Agilent Technologies, Inc. Integrated flow cell with semiconductor oxide tubing
CN102292454B (zh) 2008-11-18 2014-11-26 博纳基因技术有限公司 多核苷酸作图和测序
EP2221606A3 (en) 2009-02-11 2012-06-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Integrated bio-chip and method of fabricating the integrated bio-chip
TW201107749A (en) 2009-08-24 2011-03-01 Nat Applied Res Laboratories Field-effect-transistor-based bio-sensor and the bio-signal amplification method thereof
US20140152801A1 (en) 2009-10-28 2014-06-05 Alentic Microscience Inc. Detecting and Using Light Representative of a Sample
EP2494400B1 (en) 2009-10-28 2021-12-08 Alentic Microscience Inc. Microscopy imaging
KR101062330B1 (ko) 2010-01-14 2011-09-05 (주)실리콘화일 배면광 포토다이오드 구조를 갖는 이미지 센서를 구비한 바이오칩
AU2011217862B9 (en) 2010-02-19 2014-07-10 Pacific Biosciences Of California, Inc. Integrated analytical system and method
US9671344B2 (en) 2010-08-31 2017-06-06 Complete Genomics, Inc. High-density biochemical array chips with asynchronous tracks for alignment correction by moiré averaging
US9941319B2 (en) 2010-10-13 2018-04-10 Monolithic 3D Inc. Semiconductor and optoelectronic methods and devices
US20120156100A1 (en) 2010-12-20 2012-06-21 Industrial Technology Research Institute Apparatus for single molecule detection and method thereof
KR101751741B1 (ko) 2011-03-08 2017-06-28 삼성전자주식회사 이종 망을 포함하는 무선통신 시스템에서 초기 레인징을 위한 방법 및 장치
JP2013084747A (ja) 2011-10-07 2013-05-09 Sharp Corp 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
JP2013092393A (ja) 2011-10-24 2013-05-16 Sony Corp ケミカルセンサ、生体分子検出装置及び生体分子検出方法
EP3305400A3 (en) 2011-10-28 2018-06-06 Illumina, Inc. Microarray fabrication system and method
EP2776165A2 (en) 2011-11-07 2014-09-17 Illumina, Inc. Integrated sequencing apparatuses and methods of use
NO2694769T3 (zh) 2012-03-06 2018-03-03
US8906320B1 (en) 2012-04-16 2014-12-09 Illumina, Inc. Biosensors for biological or chemical analysis and systems and methods for same
US9258536B2 (en) 2012-05-03 2016-02-09 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with plasmonic color filters
WO2014031157A1 (en) 2012-08-20 2014-02-27 Illumina, Inc. Method and system for fluorescence lifetime based sequencing
EP2909343B1 (en) 2012-10-16 2018-10-10 Abbott Molecular Inc. Methods to sequence a nucleic acid
WO2014077783A1 (en) 2012-11-15 2014-05-22 Nanyang Technological University Image capture device and image capture system
US8951716B2 (en) * 2013-03-15 2015-02-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Surface modification, functionalization and integration of microfluidics and biosensor to form a biochip
DE102013211872B4 (de) * 2013-06-24 2023-06-07 Robert Bosch Gmbh Mikro-elektromechanischer Reflektor und Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Reflektors
US9683937B2 (en) 2013-08-23 2017-06-20 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging devices for molecule detection
US20150091115A1 (en) 2013-10-02 2015-04-02 Visera Technologies Company Limited Imaging devices with partitions in photoelectric conversion layer
WO2015074001A1 (en) 2013-11-17 2015-05-21 Quantum-Si Incorporated Optical system and assay chip for probing, detecting and analyzing molecules
US9349768B2 (en) 2014-03-28 2016-05-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. CMOS image sensor with epitaxial passivation layer
WO2016032562A1 (en) 2014-08-28 2016-03-03 Apdn (B.V.I.) Inc. In-field dna extraction, detection and authentication methods and systems therefor
GB201419879D0 (en) * 2014-11-07 2014-12-24 Ibm Self-limited, anisotropic wet etching of transverse vias in microfluidic chips
US10227647B2 (en) 2015-02-17 2019-03-12 Complete Genomics, Inc. DNA sequencing using controlled strand displacement
WO2016172621A2 (en) * 2015-04-22 2016-10-27 Berkeley Lights, Inc. Freezing and archiving cells on a microfluidic device
EP3535566B1 (en) 2016-11-03 2023-06-07 MGI Tech Co., Ltd. Biosensor
TWI689720B (zh) 2017-01-07 2020-04-01 美商伊路米納有限公司 固態檢驗設備及使用方法
SG11201908509TA (en) 2017-03-20 2019-10-30 Mgi Tech Co Ltd Biosensors for biological or chemical analysis and methods of manufacturing the same
EP3685426A4 (en) 2017-09-19 2021-06-09 MGI Tech Co., Ltd. MANUFACTURING OF SEQUENCING FLOW CELLS AT THE SLICE LEVEL

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102745638A (zh) * 2011-04-18 2012-10-24 台湾积体电路制造股份有限公司 微机电器件蚀刻停止
CN105980832A (zh) * 2013-12-10 2016-09-28 伊鲁米那股份有限公司 用于生物或化学分析的生物传感器及其制造方法
WO2017075344A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 Qorvo Us, Inc. Sensor device with baw resonator and through-substrate fluidic vias

Also Published As

Publication number Publication date
US11387096B2 (en) 2022-07-12
CN111295733A (zh) 2020-06-16
JP2020534673A (ja) 2020-11-26
US10784103B2 (en) 2020-09-22
US20210013025A1 (en) 2021-01-14
JP7322001B2 (ja) 2023-08-07
JP2023162171A (ja) 2023-11-08
TW201917218A (zh) 2019-05-01
EP3685426A4 (en) 2021-06-09
US20220301848A1 (en) 2022-09-22
EP3685426A1 (en) 2020-07-29
US20190088463A1 (en) 2019-03-21
WO2019060177A1 (en) 2019-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111295733B (zh) 晶片级测序流通池制造
JP7384967B2 (ja) 生物学的又は化学的分析のためのバイオセンサ及びその製造方法
CN110506336B (zh) 用于生物或化学分析的生物传感器及其制造方法
TW202409547A (zh) 用於生物或化學分析的生物感測器以及製造其的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40024495

Country of ref document: HK

REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 40032544

Country of ref document: HK

CB02 Change of applicant information

Address after: 518083 the comprehensive building of Beishan industrial zone and 11 2 buildings in Yantian District, Shenzhen, Guangdong.

Applicant after: Shenzhen Huada Zhizao Technology Co.,Ltd.

Address before: 518083 the comprehensive building of Beishan industrial zone and 11 2 buildings in Yantian District, Shenzhen, Guangdong.

Applicant before: MGI TECH Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant