CN220556594U - 具有传感器的装置 - Google Patents
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Abstract
本文提供了一种具有传感器的装置。该传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；形成于所述基底的顶表面上的第一氧化物层；形成于所述传感器的顶表面上的锗层；形成于所述锗层的顶表面上的第一导电层；形成于所述第一导电层的顶表面上的第二氧化物层；形成于所述第二氧化物层的顶表面上的第二导电层，其中所述第二导电层、所述第二氧化物层和所述第一导电层包括一个或多个沟槽，并且其中所述一个或多个沟槽各自定位在所述一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从所述传感器的底表面延伸至所述第二氧化物层的所述顶表面的垂直轴上。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2023年4月13日提交的美国临时专利申请号63/362,909和2021年2月16日提交的美国临时专利申请号63/485,400的优先权，这两个美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
本申请涉及生物和化学分析领域。
背景技术
图像传感器用于生物和化学分析。生物或化学研究中的各种方案涉及在局部支撑表面上或预定义的反应室内进行受控反应。然后可观察或检测指定的反应，并且随后的分析可有助于识别或揭示反应中所涉及的化学品的特性。例如，在一些多重测定中，具有可识别标签(例如，荧光标签)的未知分析物可以在受控条件下暴露于数千种已知探针。可以将每种已知探针放入流通池通道的对应孔中。观察孔内的已知探针与未知分析物之间发生的任何化学反应可以有助于鉴定或揭示分析物的特性。此类方案的其他示例包括已知的DNA测序过程，诸如边合成边测序(SBS)或循环阵列测序。
在一些常规荧光检测方案中，光学系统用于将激发光引导到荧光标记的分析物上，并且还用于检测可从分析物发射的荧光信号。此类光学系统可包括透镜、滤光器和光源的布置。在其他检测系统中，受控反应立即发生在固态成像器(例如，电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器)上，不需要大的光学组件来检测荧光发射。
在提供荧光检测的一些设备中，包括在利用若干孔(例如，纳米孔)或反应位点的那些设备中，可能存在串扰的风险，其中对应于一个孔或反应位点的传感器不期望地接收来自另一个孔或反应位点或一些其他来源的光。因此，包括消除或以其他方式降低此类串扰的风险的特征可能是有益的、有利的且期望的。在不会不利地增加设备的制造成本或复杂性的情况下提供此类串扰降低特征也可能是有益的、有利的且期望的。
实用新型内容
因此，出于损耗引起的串扰的降低(LICR)的目的，在上述传感器(例如，CCD和/或CMOS)上使用包括锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x)或SixGe1-x)的层可能是有益的。在本文的各种示例中，所得的传感器(例如，图像传感器)可利用锗层作为发射滤光器(其阻挡激发光)并用于LICR。因此，在本文的示例中，在生物传感器中使用一层或多层锗以便除LICR之外还提供半导体过滤。
因此，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供用于形成生物传感器的各个方面的方法来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该方法的各种示例，并且该方法(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该方法包括：在基底的第一表面上形成一个或多个二极管，其中基底的第一表面平行于基底的第二表面；在一个或多个二极管之间形成一个或多个沟槽，一个或多个沟槽从基底的第一表面朝基底的第二表面延伸，其中该形成包括填充一个或多个沟槽以及平坦化一个或多个填充的沟槽以形成第一表面，该第一表面基本上平行于一个或多个二极管的第一表面和基底的第一表面；去除基底的一部分，使得一个或多个沟槽从基底的第一表面延伸穿过基底到达基底的第二表面；将载体晶片键合到基底的第二表面；在基底的第二表面上方形成锗层；以及在锗层的表面上方形成电介质堆叠。
在该方法的一些示例中，形成一个或多个沟槽包括在基底中蚀刻一个或多个沟槽。
在该方法的一些示例中，基底包含硅。
在该方法的一些示例中，填充一个或多个沟槽包括用一个或多个电介质层填充一个或多个沟槽。
在该方法的一些示例中，电介质堆叠包括一个或多个纳米孔。
在该方法的一些示例中，在基底的第二表面上形成锗层包括在基底的第二表面上沉积锗。
在该方法的一些示例中，用于沉积的技术选自：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、溅射、电子束蒸发、晶体生长和蚀刻以及真空中的自由基活化键合。
在该方法的一些示例中，所选择的技术是晶体生长和蚀刻，并且晶体生长和蚀刻包括以下中的一者：转移晶片键合或直接晶片键合。
在该方法的一些示例中，在基底的第二表面上方形成锗层还包括：在基底的第二表面上形成第一一个或多个电介质层；在一个或多个电介质层的表面上形成锗层；以及在锗层的表面上形成第二一个或多个电介质层。
在该方法的一些示例中，基底、一个或多个二极管、载体晶片以及一个或多个填充的沟槽包含传感器。
在该方法的一些示例中，传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)。
在该方法的一些示例中，锗层包含锗和硅。
在该方法的一些示例中，堆叠包括：一个或多个电介质层；和传感器相容金属。
在该方法的一些示例中，锗层执行损耗引起的串扰的降低，并在光源朝电介质堆叠发射光时滤除激发光。
在该方法的一些示例中，基于损耗引起的串扰的降低，相邻像素处的信号基本上低于成对像素处的信号。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供用于形成生物传感器的各个方面的方法来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该方法的各种示例，并且该方法(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该方法包括：在图像传感器的顶表面上方形成锗层；以及在锗层的顶表面上方形成电介质堆叠。
在该方法的一些示例中，电介质堆叠包括一个或多个纳米孔。
在该方法的一些示例中，在图像传感器的顶表面上方形成锗层还包括：在图像传感器的顶表面上形成第一一个或多个电介质层；在一个或多个电介质层的表面上形成锗层；以及在锗层的表面上形成第二一个或多个电介质层。
在该方法的一些示例中，在图像传感器的顶表面上方形成锗层包括在图像传感器的顶表面上方沉积锗。
在该方法的一些示例中，用于沉积的技术选自：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、溅射、电子束蒸发、晶体生长和蚀刻以及真空中的自由基活化键合。
在该方法的一些示例中，所选择的技术是晶体生长和蚀刻，并且晶体生长和蚀刻包括以下中的一者：转移晶片键合或直接晶片键合。
在该方法的一些示例中，图像传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)。
在该方法的一些示例中，图像传感器包括具有一个或多个深沟槽的背面图像传感器。
在该方法的一些示例中，锗层执行损耗引起的串扰的降低，并在光源朝电介质堆叠发射光时滤除激发光。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供使用生物传感器的方法来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该方法的各种示例，并且该方法(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该方法包括：获得生物传感器，生物传感器包括：在图像传感器的顶表面上方的锗层；以及在锗层的顶表面上方的电介质堆叠，其中电介质堆叠包括孔和反应位点；将一种或多种核酸放置在反应位点中；以及将生物传感器的反应位点暴露于来自光源的光，其中光包括激发光和发射光；通过图像传感器经由锗层获得来自反应位点的发射光，其中锗层过滤光中的激发光并降低与发射光相关联的串扰；以及通过图像传感器基于发射光识别核酸的组成。
在该方法的一些示例中，图像传感器包括一个或多个二极管。
在该方法的一些示例中，经由锗层获得来自反应位点的发射光还包括：使发射光以非垂直角度穿过锗层传播，以到达一个或多个二极管中的至少一个二极管。
在该方法的一些示例中，反应位点包括荧光团，并且其中基于将生物传感器的反应位点暴露于来自光源的光，激发光使得荧光团发射发射光。
在该方法的一些示例中，锗层包含锗和硅。
在该方法的一些示例中，生物传感装置还包括：在图像传感器的顶表面上的第一一个或多个电介质层；以及在锗层的表面上的第二一个或多个电介质层。
在该方法的一些示例中，图像传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)。
在该方法的一些示例中，锗层包含锗和硅。
在该方法的一些示例中，电介质堆叠包括：一个或多个电介质层；和传感器相容金属。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供可用作生物传感器的装置来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该装置的各种示例，并且该装置(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该装置包括：包含锗的滤光层；限定多个孔的流动通道底板，其中每个孔提供反应位点，其中滤光层定位在流动通道底板下方，其中滤光层在多个孔下方连续地跨越。
在该装置的一些示例中，该装置还包括：位于滤光层下方的多个传感器，多个传感器中的每个传感器在对应的孔和反应位点下方居中，使得每个传感器与对应的反应位点形成感测对。
在该装置的一些示例中，滤光层还包含硅。
在该装置的一些示例中，滤光层具有约300微米至约500微米的高度。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供使用生物传感器的方法来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该方法的各种示例，并且该方法(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该方法包括：将一种或多种核酸放置在装置的反应位点中，装置包括：包含锗的滤光层；限定多个孔的流动通道底板，其中每个孔提供反应位点中的一个反应位点，其中滤光层定位在流动通道底板下方；其中滤光层在多个孔的下方连续地跨越；将装置的反应位点暴露于来自光源的光，其中光包括激发光和发射光；经由滤光层接收来自反应位点的发射光，其中滤光层过滤光中的激发光并降低与发射光相关联的串扰；以及基于发射光识别一种或多种核酸的组成。
在该方法的一些示例中，装置包括定位在滤光层下方的多个传感器，多个传感器中的每个传感器在对应的孔和多个反应位点中的另一个反应位点下方居中，使得每个传感器与对应的反应位点形成感测对。
在该方法的一些示例中，装置的滤光层还包含硅。
在该方法的一些示例中，滤光层具有约300微米至约500微米的高度。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供用于形成生物传感器的各个方面的方法来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该方法的各种示例，并且该方法(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该方法包括：在传感器的顶表面上形成锗层，其中传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；在锗层的顶表面上形成第一导电层；在第一导电层的顶表面上形成第二氧化物层；在第二氧化物层的顶表面上形成第二导电层；在第二导电层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过第二导电层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在第二导电层的顶表面的第二部分、第二氧化层的一部分和第一导电层的一部分上，其中该蚀刻形成一个或多个沟槽，其中一个或多个沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化层的顶表面的垂直轴上。
在该方法的一些示例中，锗层还包含硅，并且形成锗层，其包括将硅-锗溅射到第一氧化物层的顶表面上。
在该方法的一些示例中，一个或多个沟槽包括纳米孔。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在第一氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；蚀刻穿过第一氧化物层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在第一氧化物层的顶表面的第二部分上，其中该蚀刻在第一氧化物层中形成一个或多个沟槽；在第一氧化物层上方沉积串扰缓解物质，其中该沉积填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽；平坦化串扰缓解物质，使得串扰缓解物质的一部分与第一氧化物层的顶表面的第一部分形成邻接表面；以及在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗层。
在该方法的一些示例中，串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该方法的一些示例中，该方法还包括：在第二导电层的顶表面的第一部分上形成钝化层。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在第一氧化物层的顶表面上溅射附加导电层；在附加导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂，其中暴露第一氧化物层的第二部分；通过蚀刻去除附加导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在附加导电层的第二部分上，其中基于该去除，暴露第一氧化物层的顶表面和附加导电层的第一部分；以及在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗层。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层包括：在第一氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；蚀刻穿过第一氧化物层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在第一氧化物层的顶表面的第二部分上，其中该蚀刻在第一氧化物层中形成一个或多个沟槽；在第一氧化物层上方沉积锗层，其中该沉积部分地填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽；在锗层上方沉积串扰缓解物质，其中该沉积填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽的剩余部分；平坦化串扰缓解物质，使得锗层的顶表面是包括串扰缓解物质的一部分和第一氧化物层的顶表面的第一部分的邻接表面。
在该方法的一些示例中，串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该方法的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，该方法包括：在第二氧化物层的顶表面上形成硅层。
在该方法的一些示例中，第一导电层和第二导电层由金属构成。
在该方法的一些示例中，第一氧化物层包含导电材料。
在该方法的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供用于形成生物传感器的各个方面的方法来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该方法的各种示例，并且该方法(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该方法包括：在传感器的顶表面上形成锗层，其中传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；形成于基底的顶表面上的第一氧化层，其中形成锗层包括：在锗层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过锗层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在锗的顶表面的第二部分上，其中该蚀刻形成一个或多个沟槽，其中沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管与另一个二极管之间的空间上方，在从传感器的底表面延伸至锗层的顶表面的垂直轴上；在锗层的顶表面上形成第二氧化物层；在第二氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过第二氧化物层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在第二氧化物层的顶表面的第二部分上，其中该蚀刻形成附加的一个或多个沟槽，其中附加的一个或多个沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上。
在该方法的一些示例中，该方法包括：在第二氧化物层的顶表面上形成硅层。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗；在硅锗上沉积导电层；以及在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上，其中该蚀刻去除导电层的第二部分，并且其中顶表面锗层包括包含硅锗的一部分和导电层的第一部分的表面。
在该方法的一些示例中，该方法包括：在第二氧化物层的顶表面上沉积导电层；在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上，其中该蚀刻去除导电层的第二部分。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗；在硅锗的顶表面上沉积导电层；在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上，其中该蚀刻去除导电层的第二部分，并且其中锗层的顶表面包括导电层的第一部分和硅锗的一部分。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在传感器的顶表面上沉积导电层；在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上，其中该蚀刻去除导电层的第二部分；在第一氧化物层的一部分和导电层的第一部分上沉积硅锗。
在该方法的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，第一氧化物层包含导电组分。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供包括生物传感器的装置来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该装置的各种示例，并且该装置(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该装置包括：传感器，其包括：包含一个或多个二极管的基底；形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；形成于传感器的顶表面上的锗层；形成于锗层的顶表面上的第一导电层；形成于第一导电层的顶表面上的第二氧化物层；形成于第二氧化物层的顶表面上的第二导电层，其中第二导电层、第二氧化物层和第一导电层包括一个或多个沟槽，并且其中一个或多个沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上。
在该装置的一些示例中，锗层还包含硅。
在该装置的一些示例中，一个或多个沟槽包括纳米孔。
在该装置的一些示例中，第一氧化物层包含氧化物物质和串扰缓解物质，其中串扰缓解物质填充氧化物物质中的沟槽结构。
在该装置的一些示例中，串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该装置的一些示例中，该装置包括：形成于第二导电层的顶表面的第一部分上的钝化层。
在该装置的一些示例中，锗层包括：在第一氧化物层的顶表面上的附加导电层，其中该附加导电层包括裂缝；以及在第一氧化物层的顶表面上的硅锗层。
在该装置的一些示例中，第一氧化层包括沟槽结构，其中传感器的顶表面是不平坦的表面，并且形成于传感器的顶表面上的锗层包括：填充沟槽结构的一部分的硅锗；以及填充沟槽结构的剩余部分的串扰缓解物质，其中锗层的顶表面是包括串扰缓解物质的一部分和第一氧化物层的顶表面的一部分的邻接表面。
在该装置的一些示例中，填充沟槽结构的剩余部分的串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该装置的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该装置的一些示例中，氧化物层包含导电材料。
在该装置的一些示例中，该装置包括：在第二氧化物层的顶表面上的硅层。
在该装置的一些示例中，第一导电层和第二导电层由金属构成。
在该装置的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该装置的一些示例中，该装置包括小于一微米的像素节距。
在该装置的一些示例中，锗层具有小于400nm的厚度。
在该装置的一些示例中，锗层具有在约300nm和约330nm之间的厚度。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供包括生物传感器的装置来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该装置的各种示例，并且该装置(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该装置包括：传感器，其包括：包含一个或多个二极管的基底；和形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；在传感器的顶表面上的锗层，其中锗层包括一个或多个沟槽，一个或多个沟槽定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管与另一个二极管之间的空间上方，在从传感器的底表面延伸至锗层的顶表面的垂直轴上；以及在锗层的顶表面上的第二氧化物层，其中第二氧化物层填充锗层中的沟槽，其中第二氧化物层包括一个或多个沟槽，第二氧化物层中的每个沟槽定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上，其中第二氧化物层中的沟槽暴露锗层的若干部分。
在该装置的一些示例中，该装置包括：在第二氧化物层的顶表面上的硅层。
在该装置的一些示例中，该装置包括：导电层，该导电层包括衬覆锗层中的一个或多个沟槽。
在该装置的一些示例中，该装置包括：在第二氧化物层的顶表面上的导电层。
在该装置的一些示例中，该装置包括：在传感器的顶表面上的导电层。
在该装置的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该装置的一些示例中，第一氧化物层包含导电组分。
在该装置的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该装置的一些示例中，该装置包括：小于一微米的像素节距。
在该装置的一些示例中，锗层具有小于400nm的厚度。
在该装置的一些示例中，锗层具有小于300nm的厚度。
在该装置的一些示例中，锗层具有在约300nm和约330nm之间的厚度。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供使用生物传感器的方法来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该方法的各种示例，并且该方法(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该方法包括：将一种或多种核酸放置在传感器的反应位点中，传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；和形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；在第一氧化物层的顶表面上的锗层，其中锗层包括一个或多个沟槽，一个或多个沟槽定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管与另一个二极管之间的空间上方，在从传感器的底表面延伸至锗层的顶表面的垂直轴上；以及在锗层的顶表面上的第二氧化物层，其中第二氧化物层填充锗层中的沟槽，其中第二氧化物层包括一个或多个沟槽，第二氧化物层中的每个沟槽定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上，其中第二氧化物层中的沟槽暴露锗层的若干部分，其中第二氧化物层包括孔和反应位点；将传感器的反应位点暴露于来自光源的光，其中光包括激发光和发射光；通过一个或多个二极管经由锗层接收来自反应位点的发射光，其中锗层过滤光中的激发光并降低与发射光相关联的串扰；以及基于发射光识别核酸的组成。
在该方法的一些示例中，传感器还包括：在传感器的顶表面上的导电层。
在该方法的一些示例中，经由锗层接收来自反应位点的发射光还包括：使发射光穿过锗层传播，以到达一个或多个二极管中的至少一个二极管。
在该方法的一些示例中，反应位点包括荧光团，并且其中基于将传感器的反应位点暴露于来自光源的光，激发光使得荧光团发射发射光。
在该方法的一些示例中，锗层包含锗和硅。
在该方法的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，传感器还包括：在第二氧化物层的顶表面上的硅层。
在该方法的一些示例中，传感器还包括：导电层，该导电层包括衬覆锗层中的一个或多个沟槽。
在该方法的一些示例中，传感器还包括：在第二氧化物层的顶表面上的导电层。
如前所述，可克服现有技术的缺点，并且可通过提供使用生物传感器的方法来实现如本公开中稍后描述的益处。下文描述了该方法的各种示例，并且该方法(包括和排除下文列举的附加示例)以任何组合(前提条件是这些组合不是不一致的)克服了这些缺点。在本文的一些示例中，该方法包括：将一种或多种核酸放置在生物传感器的反应位点中，生物传感器包括：传感器，该传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；和形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；形成于传感器的顶表面上的锗层；形成于锗层的顶表面上的第一导电层；形成于第一导电层的顶表面上的第二氧化物层；形成于第二氧化物层的顶表面上的第二导电层，其中第二导电层、第二氧化物层和第一导电层包括一个或多个沟槽，并且其中一个或多个沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上，其中沟槽包括孔和反应位点；将生物传感器的反应位点暴露于来自光源的光，其中光包括激发光；通过一个或多个二极管经由锗层接收来自反应位点的发射光，其中锗层过滤激发光并降低与发射光相关联的串扰；以及基于发射光识别核酸的组成。
在该方法的一些示例中，锗层还包含硅。
在该方法的一些示例中，第一氧化物层包含氧化物物质和串扰缓解物质，并且串扰缓解物质填充氧化物物质中的沟槽结构。
在该方法的一些示例中，串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该方法的一些示例中，生物传感器还包括：形成于第二导电层的顶表面的第一部分上的钝化层。
在该方法的一些示例中，锗层包括：在第一氧化物层的顶表面上的附加导电层，其中该附加导电层包括裂缝；以及在第一氧化物层的顶表面上的硅锗层。
在该方法的一些示例中，第一氧化层包括沟槽结构，其中传感器的顶表面是不平坦的表面，并且形成于传感器的顶表面上的锗层包括：填充沟槽结构的一部分的硅锗；以及填充沟槽结构的剩余部分的串扰缓解物质，其中锗层的顶表面是包括串扰缓解物质的一部分和第一氧化物层的顶表面的一部分的邻接表面。
在该方法的一些示例中，填充沟槽结构的剩余部分的串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该方法的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，氧化物层包含导电材料。
在该方法的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，经由锗层获得来自反应位点的发射光还包括：使发射光穿过锗层传播，以到达一个或多个二极管中的至少一个二极管。
在该方法的一些示例中，反应位点包括荧光团，并且其中基于将传感器的反应位点暴露于来自光源的光，激发光使得荧光团发射发射光。
通过本文所述的技术实现附加特征。本文详细描述了其他示例和方面，并且这些示例和方面被视为受权利要求书保护的方面的一部分。通过结合附图对本公开的各个方面进行以下详细描述，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得显而易见。
应当理解，前述方面和下文更详细讨论的附加概念(假设此类概念不相互矛盾)的所有组合都被设想为是本实用新型主题的一部分并实现本文所公开的优点。
附图说明
一个或多个方面被特别指出并且作为示例在本说明书结尾的权利要求中清楚地要求保护。根据以下结合附图的详细描述，一个或多个方面的前述内容和目标、特征和优点将显而易见，其中：
图1是通过幕帘结构处理串扰降低的生物传感器的示例；
图2示出了生物传感器的配置，其使用有损耗材料作为激发滤光器并作为降低串扰的介质；
图3描绘了可用作亚微米图像传感器的生物传感器，其中提供损耗诱导的串扰降低(LICR)的滤光层由锗组成；
图4描绘了图4的生物传感器的剖视图；
图5描绘了图4的生物传感器的顶视图；
图6是曲线图，示出了锗在红色与绿色波长之间具有非常高的吸收差；
图7是曲线图，示出了可用于本文所述生物传感器示例中的各种硅锗化合物的吸收系数；
图8描绘了包括用于LICR和过滤的锗层的生物传感器的制作过程的示例；
图9描绘了在生物传感器中形成锗层的工作流程；
图10A至图10B(统称为图10)示出了制作和制造包括锗层的生物传感器的各种方法的各方面；
图11描绘了制造或制作包括用于LICR和过滤的锗层的生物传感器的工作流程；该工作流程使用可商购获得的或现成的图像传感器；
图12描绘了工作流程并示出了处于各个阶段的生物传感器，其中工作流程用于制作生物传感器并且所得到的生物传感器包括用于LICR和过滤的锗层以及现成的传感器；
图13是可集成到本文所述的生物传感器中的现有传感器的示例；
图14是可集成到本文所述的生物传感器中的现有传感器的示例；
图15是一般工作流程的示例，其包括整合到用于形成本文所公开的生物传感器的方法的示例中的各方面；
图16是一般工作流程的示例，其包括整合到用于形成本文所公开的生物传感器的方法的示例中的各方面；
图17示出了可用本文所讨论的方法形成的生物传感器的一些示例；这些示例利用正面照明传感器并且集成到具有低折射率的层中的串扰缓解材料有所不同；
图18是可遵循以形成图17所示的生物传感器的各种工作流程的图示；
图19示出了可用本文所讨论的方法形成的生物传感器的一些示例；这些示例利用正面照明传感器，集成在具有低折射率的层中的串扰缓解材料有所不同，并包括附加导电(阻挡)层；
图20是可遵循以形成图19所示的生物传感器的各种工作流程的图示；
图21示出了可用本文所讨论的方法形成的生物传感器的一些示例；这些示例包括嵌入正面照明传感器中的LICR层；
图22是可遵循以形成图21所示的生物传感器的各种工作流程的图示；
图23示出了可用本文所讨论的方法形成的生物传感器的一些示例；这些示例包括蚀刻的LICR层(而不是覆盖的LICR层)，并包括正面照明传感器；
图24是可遵循以形成图23所示的生物传感器的各种工作流程的图示；
图25示出了可用本文所讨论的方法形成的生物传感器的一些示例；这些示例包括蚀刻的LICR层(而不是覆盖的LICR层)、正面照明传感器和用于帮助阻挡生物传感器内的串扰的附加导电层；
图26是可遵循以形成图25所示的生物传感器的各种工作流程的图示；
图27示出了可用本文所讨论的方法形成的生物传感器的一些示例；这些示例利用背面照明传感器和覆盖的LICR层；
图28是可遵循以形成图27所示的生物传感器的各种工作流程的图示；
图29示出了可用本文所讨论的方法形成的生物传感器的一些示例；这些示例利用背面照明传感器和蚀刻的LICR层；
图30是可遵循以形成图29所示的生物传感器的各种工作流程的图示；以及
图31是各种工作流程的图示，可遵循其使用由本文所述的方法形成的各种装置。
具体实施方式
附图进一步示出了本实用新型的具体实施，并且与具体实施的详细描述一起用于解释本实用新型的具体实施的原理，附图中类似的附图标号在整个单独的视图中指代相同或功能上类似的元件，并且附图结合在本说明书中并形成本说明书的一部分。如本领域的技术人员所理解的，提供附图是为了便于理解并示出本实用新型具体实施的某些示例的各方面。具体实施不限于附图中所描绘的示例。
术语“连接”、“连接的”、“接触”、“耦接”等在本文中被广义地定义为涵盖多种分散布置和组装技术。这些布置和技术包括但不限于：(1)一个部件和另一个部件的直接接合，其间没有居间部件(即，部件直接物理接触)；以及(2)一个部件和另一个部件的接合，其间具有一个或多个部件，前提条件是该一个部件“连接到”或“接触”或“耦接到”该另一个部件在某种程度上是与该另一个部件是操作性连通(例如，电气、流体、物理、光学连通等)(尽管期间存在一个或多个附加部件)。应当理解，彼此直接物理接触的一些部件可彼此电接触和/或流体接触或可不彼此电接触和/或流体接触。此外，电连接、电耦接、光学连接、光学耦接、流体连接或流体耦接的两个部件可直接物理接触或可不直接物理接触，并且一个或多个其他部件可设置在这两个部件之间。
如本文所用，术语“包括”和“包含”是相同的意思。
术语“基本上”、“大约”、“约”、“相对”或可在整个本公开(包括权利要求书)中使用的其他此类类似术语用于描述和说明例如由于处理中的变化而来自参考或参数的小波动。此类小波动也包括来自参考或参数的零波动。例如，它们可以指小于或等于±10％，诸如小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％，诸如小于或等于±1％，诸如小于或等于±0.5％，诸如小于或等于±0.2％，诸如小于或等于±0.1％，诸如小于或等于±0.05％。如果在本文中使用，术语“基本上”、“大约”、“约”、“相对”或其他此类类似术语也可指无波动，即±0％。
如本文所用，“流通池”可包括任选地具有封盖的设备，该封盖在反应结构上延伸以在其间形成与反应结构的多个反应位点连通的流动通道，并且可以任选地包括检测在反应位点处或附近发生的指定反应的检测设备。流通池可包括固态光检测或“成像”设备，诸如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)(光)检测设备。例如，传感器系统的图像传感器结构可以包括设置在基础基底上的图像层。图像层可以是介电层，诸如SiN，并且可含有设置在其中的光检测器阵列。如本文所用的光检测器可以是例如半导体，诸如光电二极管、互补金属氧化物半导体(CMOS)材料或两者。光检测器检测从荧光标签发射的发射光的可见光子，该荧光标签附接到支撑在反应位点中或反应位点上的链，例如在纳米孔中。基础基底可以是玻璃、硅或其他类似材料。作为另一个具体示例，流通池可流体耦接和电耦接到盒(具有集成泵)，该盒可流体耦接和/或电耦接到生物测定系统。盒和/或生物测定系统可根据预定方案(例如，边合成边测序)将反应溶液递送到流通池的反应位点，并且执行多个成像事件。例如，盒和/或生物测定系统可引导一种或多种反应溶液通过流通池的流动通道，从而沿着反应位点流动。反应溶液中的至少一种可包含四种类型的具有相同或不同荧光标记的核苷酸。在一些示例中，核苷酸结合至流通池的反应位点，诸如结合至反应位点处的对应寡核苷酸。然后，这些示例中的盒和/或生物测定系统使用激发光源(例如固态光源，诸如发光二极管(LED)和激光器)照亮反应位点。在一些示例中，激发光具有一个或多个预定波长，包括波长范围。由入射激发光激发的荧光标记可提供可由流通池的光传感器检测的发射信号(例如，与激发光不同并且可能彼此不同的一个或多个波长的光)。
本文所述的流通池执行各种生物或化学过程。更具体地，本文所述的流通池可用于期望检测指示指定反应的事件、属性、质量或特征的各种过程和系统中。例如，本文所述的流通池可包括光检测设备、传感器(包括但不限于生物传感器及其部件)，以及与传感器(包括生物传感器)一起操作的生物测定系统，或者与前述设备集成。
该流通池促进可单独或共同检测的多个指定反应。该流通池执行多个循环，其中该多个指定反应并行发生。例如，该流通池可用于通过酶操纵和光或图像检测/采集的迭代循环对DNA特征的密集阵列进行测序。因此，流通池可与一个或多个微流体通道流体连通，微流体通道将反应溶液中的试剂或其他反应组分递送到流通池的反应位点。反应位点可以预定方式提供或间隔开，诸如以均匀或重复的模式提供或间隔开。另选地，反应位点可以是随机分布的。反应位点中的每个位点可与一个或多个光导以及检测来自相关联反应位点的光的一个或多个光传感器相关联。在一个示例中，光导包括用于过滤某些波长的光的一个或多个滤光器。光导可以是例如吸收滤光器(例如，有机吸收滤光器)，使得滤光材料吸收特定波长(或波长范围)并且允许至少一个预定的波长(或波长范围)从中通过。在一些流通池中，反应位点可位于反应凹槽或反应室中，这可至少部分地分隔其中的指定反应。
如本文所用，“指定反应”包括感兴趣的化学或生物物质(例如，感兴趣的分析物)的化学、电、物理或光学性质(或质量)中的至少一者的变化。在特定流通池中，指定反应为阳性结合事件，例如，将荧光标记的生物分子与感兴趣的分析物结合。更一般地，指定反应可以是化学转化、化学变化或化学相互作用。指定反应也可为电属性的变化。在特定流通池中，指定反应包括将荧光标记的分子与分析物结合。分析物可为寡核苷酸，并且荧光标记的分子可为核苷酸。当激发光被导向具有标记核苷酸的寡核苷酸，并且荧光团发出可检测的荧光信号时，可检测到指定反应。在流通池的另一个示例中，检测到的荧光是化学发光或生物发光的结果。指定反应还可例如通过使供体荧光团接近受体荧光团来增加荧光(或)共振能量转移(FRET)，通过分离供体荧光团和受体荧光团来降低FRET，通过分离淬灭基团与荧光团来增加荧光，或通过共定位淬灭基团和荧光团来减少荧光。
如本文所用，“电耦接”和“光学地耦接”是指在电源、电极、基底的导电部分、液滴、导电迹线、导线、波导、纳米结构、其他电路片段等的任何组合之间分别传递电能和光波。术语“电耦接”和“光学地耦接”可与直接或间接连接结合使用，并且可经过各种中间物，诸如流体中间物、气隙等。
如本文所用，“反应溶液”、“反应组分”或“反应物”包括可用于获得至少一种指定反应的任何物质。例如，可能的反应组分包括例如试剂、酶、样品、其他生物分子和缓冲液。可将反应组分递送至本文所公开的流通池中的反应位点和/或固定在反应位点处。反应组分可直接或间接地与另一种物质相互作用，诸如固定在流通池的反应位点处的感兴趣的分析物。
如本文所用，术语“反应位点”是可发生至少一个指定反应的局部区域。在本文所述的生物传感器的上下文中，反应位点也可称为纳米孔。反应位点可包括其上可固定物质的反应结构或基底的支撑表面。例如，反应位点可包括其上具有反应组分(诸如其上的核酸群体)的反应结构的表面(可位于流通池的通道中)。在一些流通池中，群体中的核酸具有相同的序列，例如为单链或双链模板的克隆拷贝。然而，在一些流通池中，反应位点可仅包含单个核酸分子，例如单链或双链形式。
术语“有源表面”和“有源区域”在本文中用来表征反应结构的用于支持一个或多个指定反应的表面或区域。贯穿本公开，术语裸片和晶片还参考本文的某些示例使用，因为裸片可以包括传感器，并且裸片由晶片制造。词语晶片和基底在本文中还可互换使用。
本文所述的示例可用于学术或商业分析的各种生物或化学过程和系统。更具体地，本文所述的示例可用于期望检测指示指定反应的事件、属性、质量或特征的各种过程和系统中。例如，本文所述的示例包括盒、生物传感器和它们的部件，以及与盒和生物传感器一起操作的生物测定系统。在特定示例中，盒和生物传感器包括流通池和在基本上单一结构中耦接在一起的一个或多个图像传感器。
生物测定系统可被配置为执行可单独或共同检测的多个指定反应。这些生物传感器和生物测定系统可被配置为执行多个循环，其中该多个指定反应同步发生。例如，生物测定系统可用于通过酶操纵和图像采集的迭代循环对DNA特征的密集阵列进行测序。或者，不用迭代循环，而是使用生物测定系统利用连续观察而不需要逐步酶促作用来对DNA特征的密集阵列进行测序。盒和生物传感器可包括一个或多个微流体通道，其将试剂或其他反应组分递送至孔或反应位点。本文所讨论的一些示例利用孔和/或纳米孔作为反应位点。然而，如本文所用，术语“反应位点”不限于孔或纳米孔，并涵盖本文所述示例的表面上的各种结构。
在一些示例中，孔或反应位点随机分布在基本上平坦的表面上。例如，孔或反应位点可具有不均匀的分布，其中一些孔或反应位点比其他孔或反应位点彼此更靠近。在其他示例中，孔或反应位点以预定方式在基本上平坦的表面上形成图案。孔或反应位点中的每一者可与检测来自相关联反应位点的光的一个或多个图像传感器相关联。在其他示例中，孔或反应位点位于分隔其中的指定反应的反应室中。
在一些示例中，图像传感器可检测从孔(例如，纳米孔)或反应位点发射的光，并且指示从孔或反应位点发射且由单独的图像传感器检测的光子的信号可被称为那些传感器的照度值。这些照度值可以组合成指示从孔或反应位点检测到的光子的图像。此类图像可被称为原始图像。类似地，当图像由已被处理(诸如以计算方式校正串扰)的值组成，而不是由各个图像传感器直接检测到的值组成时，该图像可被称为锐化图像。
在一些示例中，图像传感器(例如，光电二极管)与对应的孔或反应位点相关联。与反应位点相关联的图像传感器被配置为当在相关联的反应位点处已发生指定反应时，检测来自相关联的反应位点的光发射。在一些情况下，多个图像传感器(例如，相机设备的若干像素)可与单个反应位点相关联。在其他情况下，单个图像传感器(例如，单个像素)可与单个反应位点或与一组孔或反应位点相关联。图像传感器、反应位点和生物传感器的其他特征可被配置为使得光中的至少一些被图像传感器直接检测到而不被反射。
根据上下文，术语“图像传感器”在本文中可互换地用来指各个像素/光电二极管的阵列和/或(阵列所包括的)单独的光传感器或像素。在本文所述示例的上下文中，阵列形式的图像传感器生成信号。本文示例中所讨论的可包括图像传感器的传感器可包括正面照明传感器(FSI)和背面照明传感器(BSI)。
如本文所用，术语“相邻”在关于两个孔或反应位点使用时，意味着在这两个孔或反应位点之间没有其他的反应位点。术语“相邻”在关于相邻检测路径和相邻图像检测器使用时可具有类似的含义(例如，相邻图像检测器之间没有其他图像检测器)。在一些情况下，反应位点可以不与另一个反应位点相邻；但仍可在该另一反应位点的紧邻区域内。当来自第一反应位点的荧光发射信号被与第二反应位点相关联的图像传感器检测到时，第一反应位点可以紧邻第二反应位点。更具体地，当与第二反应位点相关联的图像传感器检测到例如来自第一反应位点的串扰时，第一反应位点可以紧邻第二反应位点。相邻的孔或反应位点可以是相接的，使得它们彼此邻接；或者相邻位点可以是非相接的，在它们之间具有间距或孔隙空间。
如本文所用，术语“串扰”是指在传输系统的一个电路或信道上传输的信号在另一个电路或信道中产生不期望的影响的任何现象。串扰通常是由从一个电路或信道到另一个电路或信道的不期望的电容、电感或导电耦合引起的。串扰可能是结构化电缆、音频电子器件、集成电路设计、无线通信和其他通信系统中的重要问题。在本文的某些示例的上下文中，串扰包括来自给定反应位点的到达不与反应位点形成感测对的光传感器或像素的光信号的比例。在其中每个图像传感器代表单个像素的示例中，串扰可被理解为意指到达除中心像素以外的所有像素的光学信号的比例。串扰会导致衰减或信号损失。另外，串扰可增加反应中心紧邻区域内的像素中的噪声。
如本文所用，术语损耗引起的串扰的降低或“LICR”是指原本可能导致串扰的光的定制吸收。虽然某些LICR特征可能不消除串扰，如本文中所讨论，但它们可将串扰降低到可通过常规图像处理技术对任何剩余串扰进行计算校正的程度(其中在没有本文所述的LICR特征的情况下，单独使用此类图像处理技术可能是不够的)。基于LICR，相邻像素处的信号基本上低于成对像素处的信号。
如本文所用，术语“发射滤光器”是指适当地防止/阻挡激发波长透射同时适当地允许发射波长透射的滤光器。例如，发射滤光器可以是在荧光显微术和光谱应用中通常用于选择来自光源的光的激发波长的高质量光学玻璃滤光器。激发波长是激发光谱中的波长，是将能量添加到荧光染料，使其发射光波长(例如，发射光谱)的光波长范围。
术语化学气相沉积(CVD)是指用于生产高质量和高性能固体材料(在本文的一些示例中包括膜)的真空沉积方法。在一些示例中，将基底(例如，硅晶片)晶片(基底)暴露于一种或多种挥发性前体，该挥发性前体在基底表面上反应和/或分解以产生所需的沉积物。如本文所讨论，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是用于在基底上从气态(蒸气)到固态沉积薄膜的化学气相沉积工艺。在本文的示例的上下文中，CVD和/或特别是PECVD用于在所讨论的某些装置上沉积具有低折射率的氧化物层(也称为低折射率氧化物层，例如SiO(一氧化硅))。本说明书还包括对高折射率氧化物材料的引用，其是指具有高折射率的材料，包括但不限于SiN(氮化硅)。
术语化学机械抛光或平坦化(CMP)是应用于选择性地去除材料的工艺(抛光和平坦化都是总括术语下的选项)，用于形貌平坦化和器件结构形成。CMP使用化学氧化和机械研磨来去除材料并实现平坦化。在一些示例中，CMP包括使用含有独特化学制剂和大量磨料颗粒的浆料进行化学反应和机械研磨。在抛光期间，生成化学反应产物和机械磨损碎屑。浆料颗粒和抛光副产物被压在晶片表面上。在将晶片从抛光机转移到清洁器期间，污染物附着到晶片表面上。该工艺可包括对经抛光和/或平坦化的表面进行清洁，以去除包括有机残留物的颗粒。本文公开的某些工作流程结合了CMP方面，以使表面平坦化。例如，在沉积成高纵横比形貌之后，CMP可用于本文的示例中，其可影响沉积的顶部膜(即，层)的形貌。然而，即使结合到本文的示例中时，在一些情况下，该方面也可省略。
本文中的各种示例包括锗层。特别地，一些示例提及了硅锗SiGe。该示例是出于说明性目的而提供的，并且在各种示例中所提及的锗层可包含硅锗、Si(x)Ge(1-x)或SixGe1-x。
下面参考附图，为了便于理解，附图未按比例绘制，其中在一些情况下，在所有不同的附图中使用相同的参考标号来表示相同或类似的部件。当结合以下附图阅读时，将更好地理解某些示例的以下详细描述。就附图示出各种示例的功能块的图而言，功能块不一定指示硬件部件之间的划分。因此，例如，功能块中的一个或多个功能块(例如，处理器或存储器)可在单片硬件(例如，通用信号处理器或随机存取存储器、硬盘等)中实施。类似地，程序可以是独立式程序，可作为子例程并入操作系统中，可以是所安装的软件包中的功能等。各种示例不限于附图中所示的布置和手段。
期望降低传感器中的串扰，包括在流通池中使用的生物传感器中的串扰，因为串扰不利地影响性能。可在具有图像传感器的装置(诸如流通池)中减少串扰的传统方式是通过在传感器中嵌入各种光导(包括但不限于幕帘结构、光管和/或光波导和/或微透镜)来物理地限制光的传输。这些结构将从对应反应位点发射的光直接向下导向与反应位点形成感测对的图像传感器。如本文将参考图1所描述，这些结构通过物理地阻挡光以提供光的定制吸收(否则可能导致串扰)来降低串扰。如稍后示例中所讨论的LICR层的情况，图1中的物理结构可降低串扰。
由于与包括用于降低串扰的结构元件(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)的传感器装置相关联的制造复杂性和结构限制，期望提供一种生物传感器版本，其适当地防止或降低光学串扰的发生，而不会出现与这些结构相关联的制造复杂性和费用并且不约束传感器的某些参数，包括节距距离，这将在本文中讨论。不是将有时复杂的结构集成到感测装置中以降低串扰，诸如前述的幕帘结构、光管和/或光波导，其增加传感器装置的成本和复杂性，而是在本文中也称为生物传感器的传感器装置的示例中包括可提供LICR及/或发射滤光器的至少一个锗层。集成到本文所述的生物传感器中的LICR特征诸如锗层不会完全消除串扰，而是提供原本可能导致串扰的光的定制吸收。LICR示例适当地防止或降低光学串扰的发生，而不会出现与结构元件(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)相关联的制造复杂性和费用，并且不限制生物传感器中节距距离的减小。利用层而不是诸如图1中的结构来降低串扰，提供了在x-y平面中均匀的覆盖物。
如图1所讨论，结构串扰降低元件(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)必须具有给定的高度以发挥作用(即，降低或消除串扰)，从而赋予生物传感器特定的节距最小值，通过消除这些结构避免了这些要求。
本文描述了传感器设备(例如，生物传感器)的示例的结构、使用这些传感器设备的方法以及制造这些传感器设备的方法，这些传感器设备包括用于LICR并作为发射滤光器的至少一个锗层。本文中的制造示例包括生物传感器，其包括来自现成的传感器部件诸如现成的CMOS的生物传感器，还包括涉及形成定制传感器或CMOS的方法。如上所述，利用具有用于LICR的锗层而不是复杂结构(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)的传感器设备可降低基于传感器的测序仪的开发成本和周转时间，该测序仪包括但不限于基于CMOS的测序仪。当与具有前述锗层的生物传感器的制造方法相比时，用于制造具有幕帘结构、光管和/或光波导的传感器的制造方法涉及高水平的定制、成本增加，并且从性能角度来看，增加了提高反应位点密度的困难。
为了对比利用跨越生物传感器高度的结构元件来降低串扰的现有生物传感器和利用锗层进行LICR并作为发射滤光器的本文示例，图1至图3示出了各种生物传感器配置。图1示出了生物传感器100的示例，其包括用于降低串扰的复杂结构(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)。图2示出了生物传感器200的配置，其消除了图1的生物传感器100中用于降低串扰的复杂结构，并且大致介绍了使用有损耗材料作为发射滤光器并作为降低串扰的介质。图3至图5示出了包括锗的生物传感器300的示例，锗作为用于LICR的材料并作为发射滤光器。
图1是通过幕帘结构处理串扰降低的传感器设备的示例。图1示出了生物传感器100，其包括限定多个孔112的流动通道底板110，每个孔112提供反应位点114。底板110下面的基部120限定多个光导130，每个光导130定位在对应的反应位点114下方。每个光导130包含滤光材料132。在此示例中，每个光导130还具有锥形轮廓，使得光导130的上部区域比光导130的下部区域宽，其中宽度从上部区域到下部区域线性地变窄。
当生物传感器100暴露于激发光101(例如，由一个或多个光源产生)时，激发光101使反应位点114处的荧光团发射光111。滤光材料132滤除激发光101，而不滤除发射光111。在核酸位于反应位点114的情况下，发射光111可以指示此类核酸的组成。图像传感器150被定位在每个光导130下方并被配置为经由对应的光导130接收从对应的反应位点114发射的光111。因此，每个图像传感器150与反应位点114形成“感测对”，该反应位点与图像传感器150直接对齐(例如，位于其正上方)。在每个图像传感器150代表单个像素的版本中，与反应位点114形成感测对的图像传感器150可被称为与该反应位点114相关联的“中心像素”；而与中心像素相邻的图像传感器150可被称为“邻域像素”。类似地，不与给定反应位点114形成感测对的图像传感器150可被称为相对于该反应位点114的“邻域传感器”。
在一些其他示例中，单个图像传感器150可通过一个以上光导130和/或从一个以上反应位点114接收光子。在此类版本中，单个图像传感器150的与反应位点114直接对齐(例如，位于其正下方)的特定区域可以说与该反应位点114形成“感测对”。
如图1所示，生物传感器100在每个图像传感器150与反应位点114下面的区域中的底板110的下侧之间提供高度距离(H)，从而与该图像传感器150形成感测对。在该示例中，该高度距离(H)代表基部120的厚度。仅举例来说，此高度距离(H)可在约2微米至约4微米的范围内；或者可以是约3.5微米。或者，生物传感器100可提供任何其他合适的高度距离(H)。还如图1所示，生物传感器100提供节距距离(P)，该节距距离被限定在图像传感器150的中心轴与每个相邻的图像传感器100之间。该节距距离(P)也代表孔112的中心轴与每个相邻的孔112之间的距离。仅举例来说，此节距距离(P)可在约0.7微米至约2.0微米的范围内；或者可以是约1微米。或者，生物传感器100可提供任何其他合适的节距距离(P)。
图1中描绘的生物传感器100包括多个屏蔽物或幕帘140。每个幕帘140围绕对应的光导130并延伸基部120的整个垂直高度，使得每个幕帘140从对应的图像传感器150延伸至底板110。幕帘140因此限定沿着基部120的宽度的间断部。幕帘140还完全容纳相应体积的滤光材料132，使得滤光材料132没有任何部分跨越基部120的整个宽度。此示例的幕帘140由不透明材料诸如金属形成或以其他方式包括不透明材料，但幕帘140可替代地由其他材料或材料的组合形成或以其他方式包括其他材料或材料的组合。幕帘140被配置为适当地防止在一个反应位点114处发射的光111到达位于另一个反应位点114正下方的图像传感器150。换句话讲，幕帘140防止或适当地减少在反应位点114处发射的光111到达不与该反应位点114形成感测对的图像传感器150的量。这些幕帘140因此限定光管或光波导，确保在给定反应位点114处发射的所有光111的大部分至多仅被与该反应位点114形成感测对的图像传感器150接收。这样做时，幕帘140可防止或适当地降低生物传感器100内的光学串扰的发生。该串扰包括从给定反应位点114到达不与该反应位点形成感测对图像传感器150的光信号的比例。在每个图像传感器150代表单个像素的版本中，串扰可被理解为意指到达除中心像素以外的所有像素的光学信号的比例。
将幕帘140集成到生物传感器100中可通过适当地防止在反应位点114处发射的光111到达不与反应位点114形成感测对的图像传感器150而有效地防止生物传感器100内的光学串扰。然而，如上文大致所述以及在此非限制性示例中所展示，在生物传感器100中包括幕帘140往往会增加生物传感器100的制造过程的复杂性和费用，尤其是在幕帘140延伸穿过生物传感器100的整个高度距离(H)的情况下。此类复杂性和费用可至少部分地归因于具有亚微米特征尺寸(在x-y平面中)和几微米厚度(在z方向上)的幕帘140。此类复杂性和费用还可至少部分地归因于在每个单独的光导462内单独施加滤光材料460。
此外，可能期望最小化生物传感器100中的节距距离(P)，以便最大化生物传感器100中的反应位点114的总数(例如，最大化生物传感器100中的反应位点114的密度)；并且由于幕帘140占据生物传感器中的物理空间，因此生物传感器100中幕帘140的存在可限制生物传感器100中节距距离(P)的减小。因此，如果消除幕帘140，则可以减小生物传感器100中的节距距离(P)。
图2示出了生物传感器200的示例，其缺少用于管理串扰的跨越其高度的结构元件，诸如图1的生物传感器100中的幕帘140。该示例的生物传感器200包括限定多个孔212的流动通道底板210，每个孔212提供反应位点214。滤光材料层232定位在流动通道底板210下方。多个图像传感器250定位在滤光材料层232下方。每个图像传感器250在对应的孔212和反应位点214下方垂直居中，使得每个传感器250与对应的反应位点214(例如，纳米孔)形成感测对。在此示例中，生物传感器200中的滤光材料层232有效地形成生物传感器100中的基部120的结构等同物。滤光材料层232跨越生物传感器200的整个高度距离(H)和宽度距离(W)。换句话讲，滤光材料层232在孔212和反应位点214下方不间断地或连续地跨越。
当生物传感器200暴露于激发光201(例如，由一个或多个光源产生)时，激发光201使反应位点214处的荧光团发射光211。在核酸位于反应位点214的情况下，发射光211可以指示此类核酸的组成。图像传感器250经由滤光材料层232接收从反应位点214发射的光211。滤光材料层232滤除激发光201，而不滤除发射光211。如本文将讨论的，包括在图3中，滤光材料可包括锗。如图所示，滤光材料层232防止基本上所有波长的激发光201的大量透射，同时允许一些波长的发射光211的一部分透射。在一些示例中，透射比例为约0.01％至约10％。
由于图2中所示示例的生物传感器200缺少像幕帘140那样的光阻挡特征，并且由于滤光材料层232未被配置为过滤发射光211，所以来自任何给定反应位点214的发射光211可以到达不与反应位点214形成感测对的一个或多个图像传感器250。换句话讲，来自任何给定反应位点214的发射光211可到达不在反应位点214正下方的一个或多个图像传感器250。因此，当来自给定反应位点214的发射光211以非垂直角度穿过滤光材料层232传播，到达不与反应位点214形成感测对的各个图像传感器250时，生物传感器200产生串扰。换句话讲，生物传感器200产生作为来自给定反应位点214的发射光211的串扰。发射光211以非垂直角度穿过滤光材料层232传播，到达不在反应位点214正下方的图像传感器250。图2示出了沿着光学路径发生的此类串扰，该光学路径具有长度(r)并限定与垂直于接收光211的图像传感器250的轴215的角度(θ)。
来自从单个反应位点214发射的光211的光学信号在生物传感器200的图像传感器250上的分布可被定义为点扩散函数(PSF)。因此PSF可代表在生物传感器200内发生的串扰的程度。PSF可取决于高度与节距比(HIP)，如以下等式I所示：
其中“PSF”是点扩散函数；
“r”是从其发射光211的反应位点214之间的光学路径的长度；
“θ”是“r”的光学路径与垂直于接收发射光211的图像传感器250的轴215之间限定的角度；以及
“H”是滤光材料层232的高度。
图3示出了生物传感器300，其可用作亚微米节距图像传感器，其中滤光层332由锗(例如，锗、硅锗、Si(x)Ge(1-x))组成。锗层332跨越生物传感器300的整个高度距离(H)和宽度距离(W)。该示例的生物传感器300包括限定多个孔312(例如，纳米孔)的流动通道底板310，每个孔312提供反应位点314。包含锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))的滤光材料层332定位在流动通道底板310下方。换句话讲，锗层332在多个孔312下方不间断地或连续地跨越。在一些示例中，包含锗的此层具有约200纳米到约500纳米的高度(H)。
在此非限制性示例中，反应位点314和孔312由多个氧化物层和/或另一种电介质材料(例如，NiO、SiO2、五氧化二钽、Si3N4等)328以及传感器(例如，CMOS)相容金属(例如，铝、钽等)326组成。举例来说而非强加或暗示任何限制，相容金属326可为约200nm至约500nm。
图像传感器355(例如，具有深沟槽的背面图像传感器)定位在包含锗的层332下方。该层332同时用作滤光层和LICR层。在该示例中，在层332与传感器355之间是隔离氧化物和/或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)324的一个或多个层。隔离氧化物和/或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)的一个或多个层324也位于层332与多个氧化物层和/或另一种电介质材料(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二钽等)层328以及传感器(例如，CMOS)相容金属(例如，铝、钽等)326之间，在后者的基部下方。尽管未在图3中描绘，但在一些示例中，如先前在图2中所示，传感器355可包括一个或多个传感器，其在对应孔312及反应位点314下方垂直居中，使得每个传感器与对应反应位点314形成感测对。
当生物传感器300暴露于激发光301(例如，由一个或多个光源产生)时，激发光301使反应位点314处的荧光团发射光311。在核酸位于反应位点314的情况下，发射光311可以指示此类核酸的组成。图像传感器355经由滤光材料层332接收从反应位点314发射的光。滤光材料层332滤除激发光301，而基本上不滤除发射光。滤光材料层332适当地防止基本上所有或所有波长的激发光301的透射，同时允许所有或基本上所有波长的发射光的透射。与图3的生物传感器的情况一样，来自单个反应位点314发射的光的光学信号在生物传感器300的图像传感器355上的分布可被定义为点扩散函数(PSF)。
如上文所讨论，消除用于降低或消除串扰的复杂结构诸如图1的幕帘140(其界定光管或光波导)的优点是能够更容易地管理和/或定制节距距离(P)。在图3的生物传感器300中，节距距离(P)代表孔312的中心轴与相邻的孔312之间的距离。虽然图1中示出的具有复杂结构元件的生物传感器100的节距距离可在约0.7微米至约2.0微米的范围内，包括约1微米，但在不存在这些结构约束的情况下，仅作为示例，诸如图3中的生物传感器300的节距距离(P)可在约0.55微米至约0.7微米的范围内。
图4是包括由锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))组成的滤光层432的生物传感器400的示例，但图4是生物传感器400的横截面。从该角度可见的是一个或多个隔离氧化物和/或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)层424以及由多个氧化物层和/或另一种电介质材料的层(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二钽等)428以及传感器(例如，CMOS)相容金属(例如，铝、钽等)426组成的反应位点414和孔412。如参考图3所述，在生物传感器400的该示例中，图像传感器455经由滤光材料层332接收从反应位点314发射的光。在非限制性示例中，如在该截面图中所见的孔412的宽度(w)为约0.4微米。
如上所述，图5也是生物传感器500的示例，其包括由锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))组成的滤光层，但考虑到该图为俯视图，所以该层从此角度是不可见的。然而，从图5的视图中可见的是反应位点514和孔512以及多个氧化物层和/或另一种电介质材料的层(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二钽等)528。另外，图4中可见的孔412的宽度(w)也作为图5中的孔512的宽度(w)可见。在非限制性示例中，如在该截面图中所见的孔512的宽度(w)为约0.4微米。
锗和包含锗的复合材料可有效地在生物传感器中用于LICR并作为发射滤光器，这至少是因为锗和硅锗的特性(包括这些材料的吸收系数)有利于该用途。图6至图7展示了锗和包含锗的某些材料的吸收方面，当将锗集成到生物传感器中时，其使得锗能够降低串扰以及提供发射滤光器。
首先转向图6，该图示出了锗如何在红色与绿色之间具有非常高的吸收差，如以下等式II所表示，
在等式II中，QE是发射或激发波长。因此，QE红色是红色的发射波长，而QE绿色是绿色的激发波长。H代表锗的厚度，并且Δα＝α红-α绿＝300,0001/cm。
因此，H(锗的厚度)可由等式III表示。
因此，当比较红色和绿色的吸收时，其大于105，如以下等式IV所示。
当此非限制性示例中的计算完成时，发现厚度H大于360纳米，如下文结果V中所示。
H>360nm (V)
基于激发波长QE(例如，绿色和蓝色)与发射波长QE(例如，红色)之间的关系来选择在本文所述的生物传感器的各种示例中使用的锗层的厚度。为了优化本文所述的生物传感器的一些示例的功能性，锗层将增大红色QE且减小蓝色和绿色QE。为了易于制作并结合性能增益的目的，期望利用提供足够高的比率的最低厚度的层来用作有效的发射滤光器。较高的厚度可改善/>但会降低QE红的绝对量，其会不利地影响生物传感器的操作。因此，厚度的最佳值将使得该层作为执行足够的激励抑制(比率)并且接收足够的信号(红色QE)的滤光器来操作。在一些示例中，厚度的该最佳值被表示为/>
现在转到图7，该图示出了硅锗的各种化合物(例如，Si(x)Ge(1-x))的吸收系数。这些不同的化合物可用于生物传感器300、400和500中的层中，用于提供LICR并充当发射滤光器。如图7所示，x＝0.8在0.6um和.5um波长处具有最高的吸收比。因此，在本文讨论的生物传感器的某些示例中，当用于生物传感器的LICR和滤光层中时，证明与纯Ge相比，SiGe潜在地具有更好的机械特性。
如上所讨论，可利用本文所讨论的各种方法制作包括锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))的生物传感器。然而，某些方法可包括作为生物传感器的定制部分来制作图像传感器(例如，CMOS)，而其他方法可利用现成的图像传感器并沉积锗层。本文示出了两种类型的制作/制造工艺的非限制性示例。图8至图10示出了生物传感器的非限制性示例的制作，其包括用于生物传感器中的图像传感器的制作，而图11至图12示出了具有用于LICR和滤光的锗层的生物传感器的制作工艺，其中可商购获得的非定制图像传感器(例如，CMOS)被集成到所得的生物传感器中。
图8是工作流程800，示出了包括用于LICR和滤光的锗层的生物传感器的制作工艺。如图8以及图9至图10所示，该方法包括：1)在基底(例如，硅晶片)上形成二极管；2)在基底中形成沟槽(例如，蚀刻沟槽、填充沟槽并平坦化所得表面)；3)将载体晶片键合到基底；4)减薄载体晶片；5)在硅/基底组合上沉积氧化物和锗；以及6)形成纳米孔。
参考图8，如工作流程中所示，该方法包括在基底的第一表面上形成一个或多个二极管(810)。基底可由硅构成并且可被理解为硅晶片。在该示例中，基底具有彼此平行的两个表面，为了清楚起见，在该工作流程800中被称为基底的第一表面和第二表面。
工作流程800还包括在一个或多个二极管之间形成一个或多个沟槽(820)。这些沟槽从基底的第一表面朝基底的第二表面延伸。可利用各种方法来形成这些沟槽，包括但不限于在基底中蚀刻一个或多个沟槽。
工作流程800包括通过填充沟槽并平坦化所填充的沟槽来形成基本上平行于二极管的第一表面和基底的第一表面的第一表面(830)。在一些示例中，沟槽填充有一个或多个氧化物层和/或一个或多个电介质层(其不包括氧化物)。如上所述，形成或生产本文所述的生物传感器的示例的一些方法(其包括具有用于LICR和滤光的锗的至少一个层)以预先存在的传感器开始，而其他方法包括形成传感器。
工作流程800可包括去除基底的一部分，使得沟槽从基底的第一表面延伸穿过基底到达基底的第二表面(840)。工作流程800包括将载体晶片键合到基底的第二表面(850)。在一些示例中，在去除基底的一部分之前将载体晶片键合到基底的表面，而在其他示例中，在将载体晶片键合到此传感器结构之前去除基底的该部分。图8的工作流程800包括形成传感器，并且该传感器包括基底、二极管、载体晶片和填充的沟槽。该传感器例如可以是CMOS。
工作流程800包括在基底的第二表面上方形成锗层(860)。该层可利用各种技术形成。例如，可将锗层沉积在基底的表面上。可用于沉积该锗的一种非限制性技术是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。PECVD是用于在基底上从气态(蒸气)到固态沉积薄膜的化学气相沉积工艺。作为该工艺的一部分，例如通过在两个电极之间的射频(RF)(交流(AC))频率或直流(DC)放电产生等离子体，电极之间的空间填充有反应气体。在一些示例中，作为PECVD工艺的一部分，在低温下(例如，200℃至300℃)沉积锗层。可用于沉积锗层(包含锗但也可包含硅的层，如上所述)的其他技术包括但不限于溅射、电子束蒸发、晶体生长和蚀刻以及真空中的自由基活化键合。在一些示例中，当利用晶体生长和蚀刻时，这包括转移晶片键合或直接晶片键合。下表1列出了先前讨论的各种沉积技术，其可用于各种示例中以在基底的第二表面上方沉积锗层。在每种情况下，提供了技术、材料和一个或多个近似温度的非限制性示例。
表1
| 沉积技术 | 材料 | 温度 |
| PECVD | a-Ge,poly-Ge | 250-400C |
| 溅射 | a-Ge,poly-Ge | 100-450C |
| 电子束蒸发 | a-Ge,poly-Ge | 200-400C |
| 转移/直接晶片键合 | c-Ge | 200-300C-直接晶片键合 |
| 分子束外延(MBE) | c-Ge | 370-600C |
图9是用于在生物传感器中形成锗层的工作流程900。这稍后提供LICR和滤光。该工作流程900从在基底的第二表面上形成第一一个或多个氧化物层和/或一个或多个电介质层(910)开始。在形成氧化物层后，个人或机器在一个或多个氧化物层和/或一个或多个电介质层的表面上形成锗层(920)。在该工作流程中，个人或机器然后在锗层的表面上形成一个或多个氧化物层和/或一个或多个电介质层(930)。如图3所示，这些氧化物层可被理解为一个或多个隔离氧化物和/或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)的层324，并且位于滤光层332的任一侧上。
回到图8，工作流程800还包括在锗层的表面上方形成电介质堆叠(870)。该电介质堆叠可包括一个或多个纳米孔(例如，反应位点和孔)。图3至图5包括可在该工作流程800的示例中形成的电介质堆叠的至少部分的示例。电介质堆叠可由多个氧化物层和/或另一种电介质材料(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二钽等)的层以及传感器(例如，CMOS)相容金属(例如，铝、钽等)形成。举例来说而非强加或暗示任何限制，相容金属可为约200nm至约500nm。
图10A至图10B(统称为图10)示出了图8和图9的工作流程800、900的各方面，但包括在工作流程800、900的执行期间处于各种状态的生物传感器1000的可视化表示。为了说明这些方面，在图10中提供了来自图8和图9的某些标记。
参见图10A，在基底1005的第一表面上形成一个或多个二极管1050(810)。二极管可以是一个或多个图像传感器(例如，图2，图像传感器250)。基底可由硅构成并且可被理解为硅晶片。在二极管1050之间形成沟槽1052(820)。可利用各种方法来形成这些沟槽，包括但不限于在基底中蚀刻一个或多个沟槽。用一个或多个氧化物层和/或一个或多个电介质层填充沟槽，以形成填充的沟槽1051。在填充沟槽1052之后，平坦化所得的表面，以形成基本上平行于基底1005的包括二极管1050的表面的表面(830)。因此，生物传感器1000的传感器部分1035(例如，CMOS)现在完成了。
如在讨论图8时所提及，在工艺中的此时，在一些示例中，该方法包括去除基底的一部分，使得沟槽从基底的第一表面延伸穿过基底到达基底的第二表面，但在其他示例中，该方面之后是将载体晶片键合到基底的第二表面。在图10所示的示例中，将载体晶片1015键合到基底1005的表面(850)，然后去除基底1005的一部分，使得沟槽1051垂直地延伸穿过基底(840)。
参见图10B，在传感器1035的不包括二极管1050的表面上形成(例如，沉积)锗层1032(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))(860)。可在沉积锗层1032之前和/或之后在传感器1035表面上沉积中间的一个或多个隔离氧化物层(例如，～20nm至～30nm)和/或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)的层(910、920、930)。如本文所讨论，可利用多种技术形成锗层1032，包括但不限于PECVD、溅射、电子束蒸发、晶体生长和蚀刻以及真空中的自由基活化键合。表1中提供了各种参数的示例，在这些参数条件下，可以用这些技术生产本文所述的某些生物传感器。
返回图10B，在锗层1032的表面上方形成电介质堆叠1025(870)。可在锗层1032上或沉积于锗层1032上的一个或多个隔离氧化物层的顶层上形成堆叠。电介质堆叠可由多个氧化物层和/或另一种电介质材料(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二钽等)的层以及传感器(例如，CMOS)相容金属(例如，铝、钽等)形成。举例来说而非强加或暗示任何限制，相容金属可为约200nm至约500nm。
图11是工作流程1100，示出了用于制造或制作包括用于LICR和滤光的锗层的生物传感器的方法的示例；该工作流程使用可商购获得的或现成的传感器(例如，CMOS)。如图11至图12所示，制作和/或制造本文所示的包括现成传感器的生物传感器的方法包括用薄锗层覆盖现成图像传感器。
如图11所示，该方法的示例包括获得现成的图像传感器(1100)。在一些示例中，该传感器是背面照明的并具有深沟槽。该工作流程1100包括在图像传感器上方形成锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))层。图9中描述的过程可用于形成该层。因此，所得的生物传感器可在传感器表面与锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))层之间以及在锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))层与电介质堆叠之间包括中间的隔离氧化物或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)。在一些示例中，这些隔离氧化物层为约20nm至约30nm。与本文所述的某些其他工作流程一样，图11的工作流程1100还包括在锗(例如，硅锗、Si(x)Ge(1-x))层上方形成电介质堆叠(1130)。在一些示例中，堆叠直接形成于锗层上，而在其他示例中，堆叠形成于将电介质堆叠与锗层分离的一个或多个氧化物层和/或一个或多个电介质层的顶层上。电介质堆叠可由多个氧化物层和/或另一种材料(例如，NiO、SiO2、五氧化二钽、Si3N4等)的电介质层以及传感器(例如，CMOS)相容金属(例如，铝、钽等)形成。举例来说而非强加或暗示任何限制，相容金属可为约200nm至约500nm。在传感器上沉积锗层的方式可利用汇总在表1中的一种或多种技术来实现。
图12描绘了图11的工作流程1100和图9的工作流程900的各个方面，因为它涉及图11的工作流程1100，但是以与图10示出图8至图9的工作流程800、900的各个方面相同的方式添加了用于说明性目的的图示。因此，在图12中包括对图9和图11的各种参考。为了易于理解，在可能的情况下，在图12中使用与图3中所用编号类似的编号。图12中描绘的工作流程1200产生生物传感器1203。
与图10相比，图12以现成的传感器1255(例如，具有一个或多个深沟槽的背面照明图像传感器)开始(1110)。在传感器1255上形成锗层1232(1120)。例如，可利用汇总在表1中的一种或多种技术来沉积该锗层1232。在一些示例中，在形成锗层1232之前，在传感器1255上形成一个或多个隔离氧化物或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)的层1224，使得这些一个或多个隔离氧化物层1234将锗层1232(其提供LICR并充当发射滤光器)与传感器1255分离(910)。
在传感器封装的顶表面上形成电介质堆叠1225(1130)。例如，在一些示例中，可在锗层1232上形成电介质。在其他示例中，可在锗层1232上形成附加的一个或多个隔离氧化物和/或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)的层1224，从而在锗层1232与电介质堆叠1225之间形成屏障。因此，在这些示例中，电介质堆叠形成于这些附加的一个或多个隔离氧化物和/或另一种电介质材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)的层1224的顶层上。在一些示例中，电介质堆叠1225由多个氧化物层和/或另一种电介质材料(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二钽等)的层1228以及传感器相容金属(例如，铝、钽等)1236组成。电介质堆叠1225包括孔1212和反应位点1214。传感器1255可包括一个或多个传感器，其在对应孔1212和反应位点1214下方垂直居中，使得每个传感器与对应反应位点1214形成感测对。在图12的所得生物传感器1203中，节距距离(P)代表孔1212的中心轴与相邻的孔1212之间的距离。
期望减少传感器中的串扰，包括在流通池中使用的生物传感器中的串扰，因为串扰不利地影响性能。可以在具有图像传感器(例如流通池)的设备中减少串扰的传统方式是通过在传感器中嵌入各种光导(包括但不限于帘结构、光管和/或光波导和/或微透镜)来物理地限制光的传输。这些结构将从对应反应位点发射的光直接向下导向与反应位点形成感测对的图像传感器。这些结构通过物理地阻挡光以提供光的定制吸收(否则可能导致串扰)来降低串扰。如稍后示例中所讨论的LICR层的情况，该物理结构可降低串扰。
由于与包括用于降低串扰的结构元件(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)的传感器装置相关联的制造复杂性和结构限制，期望提供一种生物传感器版本，其适当地防止或降低光学串扰的发生，而不会出现与这些结构相关联的制造复杂性和费用并且不约束传感器的某些参数，包括节距距离，这将在本文中讨论。不是将有时复杂的结构集成到感测装置中以降低串扰，诸如前述的幕帘结构、光管和/或光波导，其增加传感器装置的成本和复杂性，而是在本文中也称为生物传感器的传感器装置的示例中包括可提供LICR及/或发射滤光器的至少一个锗层。集成到本文所述的生物传感器中的LICR特征诸如锗层不会完全消除串扰，而是提供原本可能导致串扰的光的定制吸收。LICR示例适当地防止或降低光学串扰的发生，而不会出现与结构元件(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)相关联的制造复杂性和费用，并且不限制生物传感器中节距距离的减小。利用层而不是结构来降低串扰，提供了在x-y平面中均匀的覆盖物。
本文描述了传感器设备(例如，生物传感器)的示例的结构、使用这些传感器设备的方法以及制造这些传感器设备的方法，这些传感器设备包括用于LICR并作为发射滤光器的至少一个锗层。本文中的制造示例包括生物传感器，其包括现成的传感器部件诸如现成的CMOS的生物传感器，还包括涉及形成定制传感器或CMOS的方法。如上所述，利用具有用于LICR的锗层而不是复杂结构(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)的传感器设备可降低基于传感器的测序仪的开发成本和周转时间，该测序仪包括但不限于基于CMOS的测序仪。当与具有锗层的生物传感器的制造方法相比时，用于制造具有幕帘结构、光管和/或光波导的传感器的制造方法涉及高水平的定制、成本增加，并且从性能角度来看，增加了提高反应位点密度的困难。在本文的示例中使用的现成传感器包括FSI和BSI传感器。
在各种传统的串扰缓解方法中，结构包括有机滤光器和/或围绕有机滤光器的金属幕帘中的一者或多者，以减少串扰。代替用于降低串扰的这种有机滤光器和/或跨越生物传感器高度的其他结构元件(例如，幕帘结构、光管和/或光波导)，本文的示例采用锗(在非限制性示例中，～300nm至330nm)作为滤光器和LICR介质。本文所述的方法和装置优于具有前述有机滤光器和/或复杂结构的生物传感器的一些益处和优点在于：1)使用本文所述的方法生产的设备可采用现成的图像传感器(包括FSI和BSI传感器)；2)本文的方法不太复杂，因此可生产复杂性较低的设备；3)用本文所述的方法生产的设备能够进一步增加密度，同时缩小像素节距；以及4)基于生产不太复杂的设备和用较少复杂步骤生产它们的方法，降低了供应链风险。其他益处和优点可在本文中讨论或可从本公开显而易见。锗在生物传感器中有效降低串扰的原因之一是其在红色与绿色之间具有高的绝对吸收差。在不同波长范围之间(例如，在红色与绿色之间)具有类似的高绝对吸收差的其他材料是合适的。
本文的示例包括BSI和FSI传感器或芯片，其用作用于制作生物传感器的基部。图13是可在本文的某些示例中使用的FSI传感器或芯片的示例。图14是可在本文的某些示例中使用的BSI传感器或芯片的示例。本文所提供的生物传感器的示例是非限制性的，并且仅作为利用硅锗层来减少串扰的生物传感器的可能设计提供。某些基于FSI的示例包括具有在连续水平平面上的顶表面的硅锗层(例如，该层的表面是平坦的或近似平坦的)，而其他基于FSI的示例包括其中形成有沟槽的硅锗层。类似地，基于BSI的设计还包括具有顶表面平坦或近似平坦的硅锗层的设计以及具有在其中形成沟槽的硅锗层的设计。本文描述了该设计的结构以及形成这些生物传感器示例的各种方法。
无论基部传感器是BSI传感器还是FSI传感器，本文的示例在结构和制造方法方面都具有各种相似性。因此，在图13和14中示出了可集成到这些示例中的现成传感器的示例。
图13是可集成到本文的各种示例中的FSI传感器1310或芯片(例如，CMOS)的示例。FSI传感器包括一个或多个PN(正-负)结传感器，在本文中称为二极管1350(被认为是半导体的基本构件块)。二极管1350位于基底1340中，在该示例中，基底1340可由硅组成。PN结传感器1350也被称为二极管。FSI传感器1310包括使用各种导电元件1320形成的各种内部电连接，在该非限制性示例中，这些导电元件由金属构成。另外，为了降低串扰，FSI传感器1310包括在导电元件1320之间的光管1330。光管1330和导电元件1320都在低折射率层1360中取向，在一些示例中该低折射率层由氧化物构成。
图14是可集成到本文的各种示例中的BSI传感器1410(例如，CMOS)的示例。BSI传感器1410包括在可包含硅的基底1440中取向的二极管1450(例如，PN结传感器)。BSI传感器1410还包括低折射率层1460，其在一些示例中由氧化物构成。
本文的某些示例被描述为具有纳米孔，然而，纳米孔仅是可用于生物传感器顶部以实现生物传感器的功能性的各个方面的结构的一个示例。因此，当本文的示例描述纳米孔时，本领域技术人员将理解，不同的结构可被替换为纳米孔，因为它们可能不是必需的，或者替代结构可证明在某些实施方式中是合适的。
无论所得的生物传感器中使用的传感器是BSI传感器还是FSI传感器，用于制作本文示例的某些技术即使不相同也是类似的。在讨论各种示例和制作这些示例的细节之前，图15至图16是工作流程300、400，其大致综述了制作本文所述的生物传感器的各个方面。
如图15所示，在本文的一些示例中，形成生物传感器的方法包括在传感器的顶表面上形成锗层(1510)。如图13至图14所示，传感器包括在基底1340、1440中的一个或多个二极管1350、1450(例如，PN结传感器)和形成于基底1340、1440的顶表面上的氧化物层(例如，由具有低折射率的材料制成的层1360、1460)。氧化物层可包括导电材料(例如，图13，导电元件1320)。为了清楚起见，作为传感器的一部分的低折射率层可被称为第一氧化物层或第一低折射率层，并且在该方法中添加的任何后续氧化物层或具有低折射率的材料的其他层可以按顺序编号。在一些示例中，生物传感器可以包括FSI传感器和BSI传感器。BSI传感器和FSI传感器都可以是CMOS。
锗层可包含硅。在不同的示例中，可利用各种技术来形成该锗层。例如，可通过将硅-锗溅射到第一氧化物层(包括在传感器中的氧化物层)的顶表面上来形成该层。
在其他示例中，传感器上的锗层由各方面的组合形成。首先，可在第一氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂。然后，可蚀刻穿过第一氧化物层的顶表面的第二部分(光致抗蚀剂未沉积在第一氧化物层的顶表面的第二部分上)，以在第一氧化物层中形成一个或多个沟槽。
一旦蚀刻完成，就可以在第一氧化物层上方沉积串扰缓解物质(例如，氧化物、氮化物和硅)，这包括填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽。可以平坦化串扰缓解物质，使得串扰缓解物质的一部分与第一氧化物层的顶表面的第一部分形成邻接表面。然后可以去除光致抗蚀剂。一旦去除了光致抗蚀剂(其如上所述保护了表面)，就可以在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗层。可利用CMP来进行平坦化。可利用各种方法和技术来去除光致抗蚀剂。例如，可以利用等离子体抗蚀剂剥离和随后的SPM(硫酸过氧化物混合物)或其他化学湿法清洗工艺的组合来去除光致抗蚀剂，以去除剩余的残留物。在一些示例中，可利用蚀刻工艺(包括但不限于等离子体蚀刻)来去除光致抗蚀剂。在一些示例中，在利用化学工艺之后，可经由蚀刻去除残余物的剩余部分。
取决于用于形成锗层的技术，该层的性质和形状可以有所不同。在一些示例中，其中结构包括导电层(例如，金属，其将在本文中更详细地描述)，形成该锗层包括在第一氧化物层的顶表面上溅射导电层。该示例还可包括在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂，其中第一氧化物层的第二部分保持暴露(光致抗蚀剂不覆盖第一氧化物层的该部分)。在沉积光致抗蚀剂的基础上，可通过蚀刻去除导电层的第二部分(光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上)。该蚀刻去除第一氧化物层的顶表面和导电层的第一部分。在实施这些结构变化之后，可在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗层。
产生不同构造的锗层的另一示例是在传感器的顶表面上形成锗层的方法，其包括在第一氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂。在沉积光致抗蚀剂的基础上，该方法的此示例包括蚀刻穿过第一氧化物层的顶表面的第二部分(光致抗蚀剂未沉积在第一氧化物层的顶表面的第二部分上)，以在第一氧化物层中形成一个或多个沟槽。该方法然后包括在第一氧化物层上方沉积锗层。此沉积行为部分地填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽，致使一个或多个沟槽比沉积之前浅。该方法然后包括在锗层上方沉积串扰缓解物质(例如，氧化物、氮化物和硅)，其中该沉积填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽的剩余部分(锗未填充整个沟槽)。该方法然后包括平坦化(例如，利用CMP)串扰缓解物质，使得锗层的顶表面是包括串扰缓解物质的一部分和第一氧化物层的顶表面的第一部分的邻接表面。
回到图15，该方法可包括在锗层的顶表面上形成第一导电层(例如，金属)(1520)。该方法还可包括在第一导电层的顶表面上形成第二氧化物层(1530)。该方法还可包括在第二氧化物层的顶表面上形成第二导电层(例如，金属)(1540)。另外，该方法可包括在第二导电层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂(1550)。在一些示例中，可在第二导电层的顶表面的第一部分上形成钝化层。可在第二氧化物层的顶表面上形成硅层。
继续图15的工作流程1500，该方法还可包括蚀刻穿过第二导电层的顶表面的第二部分(1560)。在此示例中，光致抗蚀剂未沉积在第二导电层的顶表面的第二部分、第二氧化物层的一部分以及第一导电层的一部分上。因此，蚀刻形成一个或多个沟槽。这些沟槽可定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上。在一些示例中，可在沟槽中形成纳米孔。
类似于图15，图16是用于形成生物传感器的工作流程1600的概括性示例，其包括可并入本文所公开方法的各种示例中的一些方面。与图15一样，在该工作流程1600的各个方面中使用的传感器可以是BSI传感器或FSI传感器(例如，图13中的1310，图14中的1410)，它们中的每一个可以是CMOS。在该工作流程1600中用于形成生物传感器的传感器包括包含一个或多个二极管(例如，图13中的1350，图14中的1450)的基底(例如，图13中的1340，图14中的1440)和形成于基底的顶表面上的氧化物层(例如，图13中的1360，图14中的1460)。仅为了清楚起见，可被理解为第一氧化物层的氧化物层可包含导电材料或组分(例如，图13)。如工作流程1600所示，该方法可以包括在传感器的顶表面上形成锗层(1610)。可通过在氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂来完成锗层的形成。在一些示例中，可蚀刻穿过氧化物层的顶表面的第二部分(光致抗蚀剂未沉积在氧化物的顶表面的第二部分上)，以形成一个或多个沟槽。如将在本文中更详细地说明，这些沟槽可各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管与另一个二极管之间的空间上方，在从传感器的底表面延伸至锗层的顶表面的垂直轴上。
本文所述的在传感器的顶表面上形成锗层的方法的方面(1610)可包括多个子方面。在一个示例中，该层的形成包括在第一氧化物层(这是作为初始传感器的一部分的氧化物层)的顶表面上沉积硅锗。该示例包括在硅锗的顶表面上沉积导电层。还可以在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂。光致抗蚀剂保护其所沉积在其上的层的部分，因此可以蚀刻穿过导电层的第二部分，即其上未沉积光致抗蚀剂的部分，以去除导电层的该第二部分。在该蚀刻完成之后，锗层的顶表面包括导电层的第一部分和硅锗的一部分。
形成锗层的另一变型形式涉及在传感器的顶表面上沉积导电层以及在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂。在沉积光致抗蚀剂之后，可蚀刻穿过导电层的第二部分(即，层的未沉积光致抗蚀剂的部分)，并且蚀刻可去除导电层的第二部分。一旦蚀刻完成，该方法的该示例前进至在第一氧化物层的一部分和导电层的第一部分上沉积硅锗。
回到图16，示例性工作流程1600可包括在锗层的顶表面上形成氧化物层(第二氧化物层)(1620)。该方法还可包括在第二氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂(1630)。沉积光致抗蚀剂使得能够蚀刻穿过第二氧化物层的顶表面的第二部分(光致抗蚀剂未沉积在第二氧化物层的顶表面的第二部分上)，以形成附加沟槽(1640)。这些附加沟槽可各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上。
与图15的工作流程1500一样，当在传感器的顶表面上形成锗层时，图16的工作流程1600可包括附加的方面。例如，可在第一氧化物层(包括在传感器中的氧化物层)的顶表面上沉积硅锗。可在硅锗上沉积导电层。还可以通过首先在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂，然后蚀刻穿过导电层的第二部分(光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上)来去除这些沉积物的某些部分，使得该蚀刻去除导电层的第二部分，使得顶表面锗层是包括硅锗的一部分和导电层的第一部分的表面。
附加的方面可被包括在工作流1600中。例如，可在第二氧化物层的顶表面上形成硅层。另外，一些示例包括在第二氧化物层的顶表面上沉积导电层。在沉积该层时，可在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂。在沉积光致抗蚀剂之后，可蚀刻穿过导电层的第二部分(光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上)，以去除导电层的第二部分。
图15至图16示出了如何以不同方式组装各个方面以形成各种生物传感器。某些方面被包括在本文的不同示例中，但以不同方式组合和/或配置。图17至图27示出了各种生物传感器和/或这些生物传感器的形成，其中用作构建块的初始传感器是FSI传感器。图15至图30示出了各种生物传感器和/或这些生物传感器的形成，其中用作构建块的初始传感器是BSI传感器。无论初始传感器是BSI传感器还是FSI传感器，这些生物传感器中的共同元件都可包括传感器(例如，图13中的1310，图14中的1410)、各种低折射率氧化物层、各种导电(例如，金属)层、各种锗层，并且在一些示例中包括高折射率氧化物和/或氮化物层和/或硅层。从覆盖层到蚀刻层(在生物传感器的长度上不一致)、到被布置为填充另一层中的沟槽的层，锗层的构造可有所不同。
图17、图19和图21示出了包括FSI传感器的生物传感器的八个不同示例。在这些示例的每一个中，生物传感器包括一致层，该一致层可被称为覆盖层，其包含锗(例如，锗层的顶表面和底表面共享水平平行平面)。图18、图20和图22分别示出了用于制造图17、图19和图21中的传感器的方法的示例。
图17示出了生物传感器1701a至1701c的三种构造，其中每种构造的变化在于用什么材料(如果有的话)填充低(折射)率层1760(例如，氧化物)中的光管1730结构。在每种情况下，生物传感器1701a至1703c包括传感器1710，在这些示例中为FSI传感器(与不包括光管结构的BSI传感器相反，其包括光管结构)。传感器1710包括基底1740，该基底包括一个或多个二极管1750和上述低(折射)率层1760(例如，氧化物)。低折射率层1760包括导电材料1720(例如，金属)。生物传感器1701a至1701c中的每一个包括形成于传感器1710的顶表面上的锗层1770、形成于锗层1770的顶表面上的第一导电层1780(例如，金属)、形成于第一导电层1780的顶表面上的第二低(折射)率层(例如，氧化物)1783以及形成于第二低折射率层1783的顶表面上的第二导电层1790(例如，金属)。在这些示例中，第二导电层1790、第二低折射率层1783和第一导电层1780包括沟槽1773。这些沟槽573可形成纳米孔1776。每个沟槽(例如，纳米孔)定位在二极管1750中的至少一个二极管上方(即，在从传感器1710的底表面延伸至第二低折射率层1783的顶表面的垂直轴上)。在一种构造1701a中，光管1730填充有原始低(折射)率层1760，因此，不对现成的FSI传感器进行改变。在第二构造1701b中，光管1730填充有高(折射)率层1762(例如，氧化物和/或氮化物)。在第三构造1701c中，光管1730填充有硅1763。每个生物传感器1701a至1701c顶部有钝化层1797，在这些示例中，钝化层可由硅构成。
图18示出了可用于形成图17的传感器1701a至1701c(在图18中标记为1801a-1801c)的工作流程1802至1804。因为这些传感器1801a至1803a之间的差异是填充光管1830的材料，所以工作流程中存在变化，具体地，后两个工作流程1803至1804包括一个方面，即通过沉积光致抗蚀剂并蚀刻层中光致抗蚀剂未覆盖的区域来去除原始低折射率层1860，然后用替代材料、高(折射)率层1862(例如，氧化物和/或氮化物)或硅1863来填充蚀刻的沟槽。
图18中的每个工作流程从传感器(例如，FSI CMOS)1810开始。在第一工作流程1802中，在传感器1810的顶表面上形成锗层1870(1818)。在第二和第三工作流程1803至1804中，在沉积锗(1818)之前，替换传感器1810的光管1830部分中的低折射率材料1860，然后沉积锗层1870(1818)。在第二和第三工作流程1803至1804中，首先通过在低折射率材料的顶表面的第一部分(不在光管上方的部分)上沉积光致抗蚀剂(例如，利用光刻)1811来替换传感器的光管部分中的低折射率材料(1812)，然后，通过蚀刻未沉积光致抗蚀剂的地方以在光管1830区域中形成沟槽1813，并且去除光致抗蚀剂(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁和/或蚀刻)(1814)。然后用所选材料填充沟槽1813(1815)(例如，利用PECVD)；在第二工作流程1803中，该材料是具有高折射率的材料1862(例如，氮化物的氧化物，包括但不限于SiO)，并且在第三工作流程1804中，该材料是硅1863。在用材料填充沟槽之后，可平坦化(例如，使用CMP)材料的顶部(例如，具有高折射率的材料1862或硅1863)(1816)，然后可沉积锗层1870(1818)。该锗层1870(例如，SiGe)可使用溅射技术形成。如前所述，取决于所得生物传感器的所需形貌(例如，其预期用途)，可省略其表面的平坦化，包括CMP的使用。
在图18的工作流程1803至1804中的每一个中，一旦沉积了锗层1870(1818)，就可以在锗层1870的顶表面上形成第一导电层1880(例如，金属)(例如，使用包括但不限于金属溅射的技术)(1828)。然后该方法的该示例可包括在该第一导电层1880的顶表面上形成第二低折射率层1883(例如，氧化物层)(1838)。在第二低折射率层1883上，可形成第二导电层1890(1848)。
如上所述，用本文所讨论的方法形成的某些生物传感器包括纳米孔，其执行一些期望的功能。因此，图18的工作流程1802至1804包括可用于形成纳米孔的方面。然而，也可以在第二低折射率层的顶表面上形成第二导电层之后将化学品施用于生物传感器的表面(1848)，而不是前进至在生物传感器的顶表面上形成沟槽以用作纳米孔。
返回到图18，为了形成纳米孔1876，可在第二导电层1890的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂1811(1858)(例如，使用光刻)。其上沉积有光致抗蚀剂1811的表面的部分在后续蚀刻工艺期间被保护。然后可蚀刻第二导电层1890的未被光致抗蚀剂1811覆盖的部分(例如，利用氧化物及金属蚀刻工艺)，以在导电层1880、1890和第二低折射率层1883中形成沟槽1873，从而暴露锗层1870的部分，然后去除光致抗蚀剂(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁及/或蚀刻)(1868)。在一些示例中，然后可将各种化学品施用于沟槽。钝化层1897可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(1878)。
与图17类似，图19包括可使用本文所述的技术形成的生物传感器的三个示例1901a至1901c。图19中的生物传感器1901a至1901c另外包括阻挡(导电)元件1974(例如金属)，其来自在传感器1910顶部形成的阻挡(导电)层1977，然后部分地去除(如图20中更详细地示出和讨论)。与图17类似，图19中的生物传感器1901a至1901c在以下方面彼此不同：用什么材料(如果有的话)填充低(折射)率层1960(例如，氧化物)中的光管1930结构。每个示例中的传感器1910是FSI传感器。传感器1910包括基底1940，该基底包括一个或多个二极管1950和低(折射)率层1960(例如，氧化物)。低折射率层1960包括导电材料1920(例如，金属)。生物传感器1901a至1901c中的每一个包括形成于包括低(折射)率层1960和导电元件1974(从(导电)阻挡层1977上留下的)中的一些的表面上的锗层1970、形成于锗层1970的顶表面上的第一导电层1980(例如，金属)、形成于第一导电层1980的顶表面上的第二低(折射)率层(例如，氧化物)1983以及形成于第二低折射率层1983的顶表面上的第二导电层1990(例如，金属)。在这些示例中，第二导电层1990、第二低折射率层1983和第一导电层1980包括沟槽1973。这些沟槽1973可形成纳米孔1976。每个沟槽(例如，纳米孔)定位在二极管1950中的至少一个二极管上方(即，在从传感器1910的底表面延伸至第二低折射率层1983的顶表面的垂直轴上)。在一种构造1901a中，光管1930填充有原始低(折射)率层1960。在第二构造1901b中，光管1930填充有高(折射)率层1962(例如，氧化物和/或氮化物)。在第三构造1901c中，光管1930填充有硅1963。在这些示例中，每个生物传感器1901a至1901c顶部有钝化层1997，在这些示例中，钝化层可由硅构成。
图20包括用于形成图19中的生物传感器1901a至1901c的工作流程2002至2004的各个方面。与图18中不同，这些工作流程2002至2004包括在形成锗层2070之前形成阻挡层2077，其是附加导电层(例如，金属)。在形成锗层2070之前改变传感器2010的元件的情况下(例如，替换光管2030中的材料)，在形成和去除阻挡层2077的部分之前执行这些方面。
图20中的每个工作流程2002、2003、2004从传感器(例如，FSI CMOS)2010开始。在第一工作流程2002中，在传感器2010的顶表面上形成阻挡层2077(例如，使用金属溅射技术)(2008)。然后可在阻挡层2077的顶部部分上沉积光致抗蚀剂2011(例如，利用光刻)(2012)。利用包括但不限于蚀刻的技术，包括机械蚀刻，去除阻挡层2077的部分(未被光致抗蚀剂2011覆盖的那些部分)，留下阻挡元件2074(其有助于串扰缓解)，然后去除光致抗蚀剂(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁和/或蚀刻)(2014)。在传感器2010的顶表面上形成锗层2070，其现在包括阻挡元件2074(2018)。在第二和第三工作流程2003至2004中，在形成阻挡层2077(2008)之前，工作流程包括沉积光致抗蚀剂2011(2012)，蚀刻阻挡层2077以在传感器2010的顶表面处留下阻挡元件2074，去除光致抗蚀剂，以及沉积锗(2018)以替换传感器2010的光管2030部分中的低折射率材料，然后沉积锗层2070(2018)。
在第二和第三工作流程2003至2004中，首先通过在低折射率材料的顶表面的第一部分(不在光管上方的部分)上沉积光致抗蚀剂(例如，利用光刻)2011来替换传感器的光管部分中的低折射率材料2030(2012)，然后，通过蚀刻未沉积光致抗蚀剂2011的地方以在光管2030区域中形成沟槽2013，然后去除光致抗蚀剂(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁和/或蚀刻)(2014)。然后用所选材料填充沟槽2013(2015)(例如，利用PECVD)，在第二工作流程2003中，该材料是具有高折射率的材料2062(例如，氮化物的氧化物，包括但不限于SiO)，并且在第三工作流程2004中，该材料是硅2063。在用材料填充沟槽之后，可平坦化(例如使用CMP)材料(例如，具有高折射率的材料2062或硅2063)的顶部(2016)，然后可形成阻挡层2077(2008)，沉积光致抗蚀剂2011(2012)，蚀刻阻挡层2077以在传感器2010的顶表面处留下阻挡元件2074，去除光致抗蚀剂，并且沉积锗层2070(2018)。该锗层2070(例如，SiGe)可使用溅射技术形成。如前所述，取决于所得生物传感器的所需形貌(例如，其预期用途)，可省略其表面的平坦化，包括CMP的使用。
在图20的工作流程2003至2004中的每一个中，一旦沉积了锗层2070(2018)，就可以在锗层2070的顶表面上形成第一导电层2080(例如，金属)(例如，使用包括但不限于金属溅射的技术)(2028)。然后该方法的该示例可包括在该第一导电层2080的顶表面上形成第二低折射率层2083(例如，氧化物层)(2038)。在第二低折射率层2083上，可形成第二导电层2090(2048)。
如上所述，用本文所讨论的方法形成的某些生物传感器包括纳米孔，其执行一些期望的功能。因此，图20的工作流程2002至2004包括可用于形成纳米孔的方面。然而，也可以在第二低折射率层的顶表面上形成第二导电层之后将化学品施用于生物传感器的表面(2048)，而不是前进至在生物传感器的顶表面上形成沟槽以用作纳米孔2076。
返回到图20，为了形成纳米孔2076，可在第二导电层2090的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂2011(2058)(例如，使用光刻)。其上沉积有光致抗蚀剂2011的表面的部分在后续蚀刻工艺期间被保护。然后可蚀刻第二导电层2090的未被光致抗蚀剂2011覆盖的部分(例如，利用氧化物及金属蚀刻工艺)，以在导电层2080、2090和第二低折射率层2083中形成沟槽2073，从而暴露锗层2070的部分，并且去除光致抗蚀剂(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁及/或蚀刻)(2068)。在一些示例中，然后可将各种化学品施用于沟槽。钝化层2097可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(2078)。
图21示出了两个示例2101a至2101b，其中锗层2170沉积在传感器2110中的光管2130结构中。光管2130沟槽在一个示例2101a中包括硅2161，在另一个示例2101b中包括具有高折射率的材料2169(例如，氧化物和/或氮化物)。因此，在第一个示例2101a中，光管可用硅和锗层2170的组合填充(例如，SiGe)，并且在第二个示例中，光管填充有具有高(折射)率的材料(例如，氧化物和/或氮化物)和锗层2170的组合(例如，SiGe)。每个示例2101a至2101b中的传感器2110是FSI传感器。传感器2110包括基底2140，该基底包括一个或多个二极管2150和低(折射)率层2160(例如，氧化物)。容纳1)硅2161或2)具有高折射率的材料2169中的一者和锗层2170的低折射率层2160(其未被去除的部分，如图22中所示)包含导电材料2120(例如，金属)。
生物传感器2101a至2101b中的每一个包括：锗层2170，其在(具体地，从光管2130)去除低(折射)率层2160的一部分之后，形成于光管2130中剩余的低(折射)率层2160的部分上；形成于传感器2110的顶表面上的第一导电层2180(例如，金属)；形成于第一导电层2180的顶表面上的第二低(折射)率层(例如，氧化物)2183；以及形成于第二低折射率层2183的顶表面上的第二导电层2190(例如，氧化物)。在这些示例中，第二导电层2190、第二低折射率层2183和第一导电层2180包括沟槽2173。这些沟槽2173可形成纳米孔2176。每个沟槽(例如，纳米孔)定位在二极管2150中的至少一个二极管上方(即，在从传感器2110的底表面延伸至第二低折射率层2183的顶表面的垂直轴上)。每个生物传感器2101a至2101b顶部有钝化层2197，在这些示例中，钝化层可由硅构成。
图22中的每个工作流程从传感器(例如，FSI CMOS)2210开始。在两个工作流程2202至2203中，去除光管2230区域中传感器2210的低折射率层2260中的低折射率材料的光管2230部分，使得所得的沟槽可以用锗层2270和另一种材料填充，该另一种材料是硅2261或具有高折射率的材料2269(例如，氧化物和/或氮化物)。为此，该方法的工作流程2202、2203都包括在传感器2210的顶部上沉积光致抗蚀剂2211(例如，利用光刻)(2206)。在不沉积光致抗蚀剂2211的情况下，可利用蚀刻技术，包括机械蚀刻来去除光管2230区域中传感器2210的低折射率层2260的部分(2207)。在一些示例中，蚀刻在基底2240的顶表面上留下包括低折射率层2260的材料的(现在更薄)层，并且在光管2230区域中留下沟槽2244。在去除沉积的光致抗蚀剂后，可通过在传感器2210的顶表面上形成锗层2270来填充沟槽，这现在包括填充沟槽的大约一半(2218)(例如，利用SiGe溅射)。在一些示例中，沟槽的深度可在约3微米至约3.5微米之间。因此，在此非限制性示例中，可通过形成厚度为约1.5微米至约1.75微米的锗层而用锗层2270(例如，溅射的SiGe)填充沟槽的一半。
在平坦化表面(2221)(例如，使用CMP)之后，用硅2261或具有高折射率的材料2269(例如，氧化物和/或氮化物)中的任一者填充沟槽2244的剩余部分(2222)(例如，利用CVD)。然后可例如利用CMP平坦化所得结构的顶表面(2224)。平坦化的表面包括硅2261或具有高折射率的材料2269中的任一者、锗2270(例如，SiGe)以及低折射率层2260中的低折射率材料的部分。如前所述，取决于所得生物传感器的所需形貌(例如，其预期用途)，可省略其表面的平坦化，包括CMP的使用。
可在传感器2210的顶表面上形成第一导电层2280(例如，金属)(例如，使用包括但不限于金属溅射的技术)(2228)。然后该方法的该示例可包括在该第一导电层2280的顶表面上形成第二低折射率层2283(例如，氧化物层)(2238)。在第二低折射率层2283上，可形成第二导电层2290(2248)。
如上所述，用本文所讨论的方法形成的某些生物传感器包括纳米孔，其执行一些期望的功能。因此，图22的工作流程2202至2203包括可用于形成纳米孔的方面。然而，也可以在第二低折射率层的顶表面上形成第二导电层之后将化学品施用于生物传感器的表面(2248)，而不是前进至在生物传感器的顶表面上形成沟槽以用作纳米孔2276。
继续参见图22，为了形成纳米孔2276，可在第二导电层2290的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂2211(2258)(例如，使用光刻)。其上沉积有光致抗蚀剂2211的表面的部分在后续蚀刻工艺期间被保护。然后可蚀刻第二导电层2290的未被光致抗蚀剂2211覆盖的部分(例如，利用氧化物及金属蚀刻工艺)，以在导电层2280、2290和第二低折射率层2283中形成沟槽2273，从而暴露锗层2270的部分(2268)。可去除光致抗蚀剂(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁和/或蚀刻)。在一些示例中，然后可将各种化学品施用于沟槽。钝化层2297可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(2278)。
图23和图25示出了包括FSI传感器的生物传感器的六个不同示例。在这些示例的每一个中，生物传感器包括蚀刻层，其包含锗。图24和图26示出了用于制造图23和图25中的传感器的方法的示例。
图23示出了生物传感器2301a至2301c的三种构造，其中每种构造的变化在于导电层2387的放置和/或排除。在一个示例2301a中，导电层2387(例如，金属)沉积在锗层2370上以限制串扰。第二个示例2301b不包括该导电层2387。同时，在第三个示例2301c中，导电层2387沉积在第二低折射率层2383(例如，氧化物层)上。在这些示例2301a至2301c的每一个中，代替沉积的覆盖锗层1770(图17)，图23的锗层2370是蚀刻层。这些生物传感器2301a至2301c中的锗层2370包括在锗层2370中的沟槽2379。第二低(折射)率层(例如，氧化物)2383和/或导电层2387的部分填充这些沟槽2379。在每种情况下，生物传感器2301a至2303c包括传感器2310，在这些示例中为FSI传感器。传感器2310包括基底2340，该基底包括一个或多个二极管2350和低(折射)率层2360(例如，氧化物)。低折射率层2360包括导电材料2320(例如，金属)。
生物传感器2301a至2301c中的每一个包括形成于传感器2310的顶表面上的经蚀刻的锗层2370。对锗层2370进行蚀刻，以包括沟槽2379。在锗层2370的顶表面上形成第二低(折射)率层(例如，氧化物)2383。第二低(折射)率层(例如，氧化物)2383的部分填充锗层中的沟槽2379。第一个示例2301a包括导电层2387(例如，金属)，其在锗层2370的顶表面上形成，包括在沟槽2379中，位于锗层2370与第二低(折射)率层2383之间。第三个示例2301c包括形成于锗层2370的顶表面上的导电层2387(例如，金属)。在这些示例中，第二低折射率层2383包括沟槽2373。这些沟槽2373可形成纳米孔2376。每个沟槽(例如，纳米孔)定位在二极管2350中的至少一个二极管上方(即，在从传感器2310的底表面延伸至第二低折射率层2383的顶表面的垂直轴上)。每个生物传感器2301a至2301c顶部有钝化层2397，在这些示例中，钝化层可由硅构成。
图24示出了可用于形成图23的传感器2301a至2301c(在图24中标记为2401a-2401c)的工作流程2402至2404。图24中的每个工作流程从传感器(例如，FSI CMOS)2410开始。在第一工作流程2402中，在传感器2410的顶表面上形成锗层2470(2418)。可使用溅射技术形成锗层2470(例如，SiGe)。可在锗层2470的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂2411(例如，利用光刻)(2426)。一旦沉积了光致抗蚀剂2411(例如，利用光刻)，就可以在未沉积光致抗蚀剂2411的地方进行蚀刻，以在锗层2470中形成沟槽2479，并且去除光致抗蚀剂(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁和/或蚀刻)(2427)。在第一工作流程2402中，可在锗层2470的顶表面上形成导电层2487(例如，金属)(例如，使用包括但不限于金属溅射的技术)(2428)。在一些示例中，通过以下方法去除导电层2487的某些部分(未衬覆沟槽2479的部分)：在沟槽2479中的结构的顶表面上沉积光致抗蚀剂2411(2429)并蚀刻导电层2487的暴露部分(2431)，暴露锗层2470的部分并去除光致抗蚀剂2411。在第一工作流程2402中形成导电层2487之后(例如，经由金属溅射)，并且在第二和第三工作流程2403至2404中不形成该层的情况下，可在锗层2470的顶表面上形成第二低折射率层2483(例如，氧化物层)(其包括填充锗层2470中的沟槽2479)，并且在第一工作流程2402中，该顶表面包括导电层2487(2438)。
在包括纳米孔2476的示例中，可将光致抗蚀剂2411沉积在第二低折射率层2483的顶表面的第一部分上(2458)(例如，使用光刻)。其上沉积有光致抗蚀剂2411的表面的部分在后续蚀刻工艺期间被保护。在这些示例中，光致抗蚀剂2411沉积在锗层2470中的沟槽2479上方(在纵轴上)的第二低折射率层2483的顶表面的部分上。然后可蚀刻第二低折射率层2483的未被光致抗蚀剂2411覆盖的部分(例如，利用氧化物和金属蚀刻工艺)，以在第二低折射率层2483中形成沟槽2473，从而暴露锗层2470的部分(2468)。还可以去除光致抗蚀剂2411。在一些示例中，然后可将各种化学品施用于沟槽2473。钝化层2497可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(2478)。
在第三工作流程2404中，在沉积钝化层2497(2478)之前，在第二低折射率层2483(其已经蚀刻)上沉积导电层2487(2481)。该工作流程2404包括用光致抗蚀剂2411覆盖导电层2487的第一部分(2482)。在光致抗蚀剂未覆盖导电层2487的情况下，去除导电层2487(例如，使用蚀刻)，并去除光致抗蚀剂(2484)。然后，钝化层2497可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(2478)。
图25包括可使用本文所述的技术形成的生物传感器的三个示例2501a至2501c。图25中的生物传感器2501a至2501c另外包括阻挡(导电)元件2574(例如金属)，其来自在传感器2510顶部形成的阻挡(导电)层2577，然后部分地去除(如图26中更详细地示出和讨论)。如在其他示例中，传感器2510包括基底2540，该基底包括一个或多个二极管2550和低(折射)率层2560(例如，氧化物)。低折射率层2560包括导电材料2520(例如，金属)。
图26示出了可用于形成图25的传感器2501a至2501c的工作流程2602至2604，这些生物传感器在图26中标记为2601a至2601c。图26中的每个工作流程从传感器(例如，FSICMOS)2610开始。这些示例与图24中的示例之间的差异在于，这些工作流程2602至2604包括在传感器2610顶部形成导电(例如，金属)层2677(2608)。该层2677(阻挡层)另外有助于降低串扰。在形成层2677(例如，经由金属溅射)(2608)之后，可通过在层2677的部分上形成光致抗蚀剂2611(例如，使用光刻)并经由蚀刻去除层2677的未被光致抗蚀剂覆盖的部分(2612)来去除层2677的部分(2614)。在包括纳米孔2676的构造中，这种去除在纳米孔2676的基部下方的位置中留下了阻挡(导电)元件2674(例如，金属)。可在形成纳米孔2676之前去除剩余的光致抗蚀剂2611。
在形成阻挡(导电)元件2674后，这些工作流程2602至2604继续进行与图24的工作流程2402-2404类似的处理。在工作流程2602至2604中，在传感器2610的顶表面上形成锗层2670(2618)；该表面包括阻挡(导电)元件2674。可使用溅射技术形成锗层2670(例如，SiGe)。然后可在锗层2670的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂2611(例如，利用光刻)(2626)。一旦已沉积光致抗蚀剂2611(例如，利用光刻)，就可在未沉积光致抗蚀剂2611的地方进行蚀刻，以在锗层中形成沟槽2679，然后去除光致抗蚀剂2611(2627)。
在第一工作流程2602中，可在锗层2670的顶表面上形成导电层2687(例如，金属)(例如，使用包括但不限于金属溅射的技术)(2628)。在一些示例中，通过以下方法去除导电层2687的某些部分(未衬覆沟槽2679的部分)：在沟槽2679中的结构的顶表面上沉积光致抗蚀剂2611(2629)并蚀刻导电层2687的暴露部分(2631)，暴露锗层2670的部分。在第一工作流程2602中形成导电层2687之后(例如，经由金属溅射)，并且在第二和第三工作流程2603至2604中不形成该层的情况下，可在锗层2670的顶表面上形成第二低折射率层2683(例如，氧化物层)(其包括填充锗层2670中的沟槽2679)，并且在第一工作流程2602中，该顶表面包括导电层2687。
在包括纳米孔2676的示例中，可将光致抗蚀剂2611沉积在第二低折射率层2683的顶表面的第一部分上(2658)(例如，使用光刻)。其上沉积有光致抗蚀剂2611的表面的部分在后续蚀刻工艺期间被保护。在这些示例中，光致抗蚀剂2611沉积在锗层2670中的沟槽2679上方(在纵轴上)的第二低折射率层2683的顶表面的部分上。然后可蚀刻第二低折射率层2683的未被光致抗蚀剂2611覆盖的部分(例如，利用氧化物和金属蚀刻工艺)，以在第二低折射率层2683中形成沟槽2673，从而暴露锗层2670的部分(2668)。然后可去除光致抗蚀剂2611。在一些示例中，然后可将各种化学品施用于沟槽2673。钝化层2697可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(2678)。
在第三工作流程2604中，在沉积钝化层2697(2678)之前，在第二低折射率层2683(其已经蚀刻)上沉积导电层2687(2681)。该工作流程2604包括用光致抗蚀剂2611覆盖导电层2687的第一部分(2682)。在光致抗蚀剂未覆盖导电层2687的情况下，去除导电层2687(例如，使用蚀刻)以及光致抗蚀剂2611(在蚀刻完成之后)。然后，钝化层2697可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(2678)。
图27至图30是用于形成这些传感器的生物传感器和工作流程的示例的图示，其中传感器元件被描绘为BSI传感器。具体地，图27和图29描绘了传感器2701a至2701b和2901a至2901c的示例，而图28和图30描绘了形成这些传感器的相应工作流程2802至2803和2902至2904的示例。本文讨论的第一基于BSI的生物传感器包括覆盖锗层，而第二组包括经蚀刻的锗层。这些设计之间的差异类似于先前讨论的基于FSI的示例之间的差异。
转向图27，生物传感器2701a至2701b中的每一个包括锗层2770，该锗层在包括低(折射)率层2760(例如，氧化物)中的一些的表面上形成。在第二个示例2701b中，该表面包括低(折射)率层2760和导电元件2774(从(导电)阻挡层2777上留下的，如图30所示)。生物传感器均包括2701a至2701b、形成于锗层2770的顶表面上的第一导电层2780(例如，金属)、形成于第一导电层2780的顶表面上的第二低(折射)率层(例如，氧化物)2783以及形成于第二低折射率层2783的顶表面上的第二导电层2790(例如，金属)。在这些示例中，第二导电层2790、第二低折射率层2783和第一导电层2780包括沟槽2773。这些沟槽2773可形成纳米孔2776。每个沟槽(例如，纳米孔)定位在二极管2750中的至少一个二极管上方(即，在从传感器2710的底表面延伸至第二低折射率层2783的顶表面的垂直轴上)。每个生物传感器2701a至2701b顶部有钝化层2797，在这些示例中，钝化层可由硅构成。
在图28中，形成第二示例2801b(例如，图27，2701b)的工作流程2803包括在形成锗层2870之前形成阻挡层2877，该阻挡层是附加导电层(例如，金属)，而替代工作流程2802和第一个示例2801a(例如，图27，2701a)中省略了该方面(和该层)。
图28中的每个工作流程从传感器(例如，BSI CMOS)2810开始。在第二工作流程2803中，在传感器2810的顶表面上形成阻挡层2877(例如，使用金属溅射技术)(2808)。然后可在阻挡层2877的顶部部分上沉积光致抗蚀剂2811(例如，利用光刻)(2812)。利用包括但不限于蚀刻的技术，包括机械蚀刻，去除阻挡层2877的部分(未被光致抗蚀剂2811覆盖的那些部分)，留下阻挡元件2874(其有助于串扰缓解)，然后去除光致抗蚀剂2811(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁和/或蚀刻)(2814)。
在首先形成阻挡元件2874和第一工作流程2802之后继续第二工作流2803，在传感器2810(其包括第二工作流程2803中的阻挡元件2874)的顶表面上形成锗层2870(2818)。该锗层2870(例如，SiGe)可使用溅射技术形成。一旦沉积了锗层2870(2818)，就可以在锗层2870的顶表面上形成第一导电层2880(例如，金属)(例如，使用包括但不限于金属溅射的技术)(2828)。然后可在该第一导电层2880的顶表面上形成第二低折射率层2883(例如，氧化物层)(2838)。在第二低折射率层2883上，可形成第二导电层2890(2848)。
形成纳米孔是任选的(如本文中所讨论)，并且一些示例将省略它们，但出于说明性目的，图28中包括该方面的部分。为了形成纳米孔2876，可在第二导电层2890的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂2811(2858)(例如，使用光刻)。其上沉积有光致抗蚀剂2811的表面的部分在后续蚀刻工艺期间被保护。然后可蚀刻第二导电层2890的未被光致抗蚀剂2811覆盖的部分(例如，利用氧化物及金属蚀刻工艺)，以在导电层2880、2890和第二低折射率层2883中形成沟槽2873，从而暴露锗层2870的部分(2868)。然后可去除光致抗蚀剂2811。在一些示例中，然后可将各种化学品施用于沟槽。钝化层2897可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(2878)。
图29中的生物传感器2901a至2901c类似于图27中的生物传感器，但另外都包括前述阻挡(导电)元件2974(例如，金属)，其来自在传感器2910(在这些示例中为BSI传感器)的顶部形成的阻挡(导电)层2977，然后部分地去除(如图30中更详细地示出和讨论)。如在其他示例中，传感器2910包括基底2940，该基底包括一个或多个二极管2950和低(折射)率层2960(例如，氧化物)。低折射率层2960包括导电材料2920(例如，金属)。在这些示例2901a至2901c的每一个中，代替沉积的覆盖锗层2770(图27)，图29的锗层2970是蚀刻层，其中在锗层2970中包括沟槽2979，并且第二低(折射)率层(例如，氧化物)2983和/或导电层2987的部分填充这些沟槽2979。传感器2910包括基底2940，该基底包括一个或多个二极管2950和(折射)率层2960(例如，氧化物)。
工作流程3002至3004都包括在传感器3010顶部形成导电(例如，金属)层3077。该层是有助于降低串扰的阻挡层。图30大致示出了可用于形成图29的传感器2901a至2901c(在图30中标记为3001a和3001b)的工作流程3002至3004。图30中的每个工作流程从传感器(例如，BSI CMOS)3010开始。在形成导电(例如，金属)层3077(例如，经由金属溅射)(3008)之后，可通过在层3077的部分上形成光致抗蚀剂3011(例如，使用光刻)并经由蚀刻去除层3077的未被光致抗蚀剂覆盖的部分(3012)来去除层3077的部分(3014)。一旦蚀刻完成，就可去除光致抗蚀剂3011(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁和/或蚀刻)。在包括纳米孔3076的构造中，层3077的部分的去除在纳米孔3076的基部下方的位置中留下了阻挡(导电)元件3074(例如，金属)。
在形成阻挡(导电)元件3074后，这些工作流程3002至3004继续进行与图24的工作流程2402-2404类似的处理。在工作流程3002至3004中，在传感器3010的顶表面上形成锗层3070(3018)；该表面包括阻挡(导电)元件3074。可使用溅射技术形成锗层3070(例如，SiGe)。然后可在锗层3070的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂3011(例如，利用光刻)(3026)。一旦沉积了光致抗蚀剂3011(例如，利用光刻)，就可以在未沉积光致抗蚀剂3011的地方进行蚀刻，以在锗层中形成沟槽3079，然后去除光致抗蚀剂3011(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁和/或蚀刻)(3027)。
在第一工作流程3002中，可在锗层3070的顶表面上形成导电层3087(例如，金属)(例如，使用包括但不限于金属溅射的技术)(3028)。在一些示例中，通过以下方法去除导电层3087的某些部分(未衬覆沟槽3079的部分)：在沟槽3079中的结构的顶表面上沉积光致抗蚀剂3011(3029)并蚀刻导电层3087的暴露部分(3031)，暴露锗层3070的部分。在第一工作流程3002中形成导电层3087之后(例如，经由金属溅射)，并且在第二和第三工作流程3003至3004中不形成该层的情况下，可在锗层3070的顶表面上形成第二低折射率层3083(例如，氧化物层)(其包括填充锗层3070中的沟槽3079)，并且在第一工作流程3002中，该顶表面包括导电层3087。
在包括纳米孔3076的示例中，可将光致抗蚀剂3011沉积在第二低折射率层3083的顶表面的第一部分上(3058)(例如，使用光刻)。其上沉积有光致抗蚀剂3011的表面的部分在后续蚀刻工艺期间被保护。在这些示例中，光致抗蚀剂3011沉积在锗层3070中的沟槽3079上方(在纵轴上)的第二低折射率层3083的顶表面的部分上。然后可蚀刻第二低折射率层3083的未被光致抗蚀剂3011覆盖的部分(例如，利用氧化物和金属蚀刻工艺)，以在第二低折射率层3083中形成沟槽3073，从而暴露锗层3070的部分(3068)。然后可以去除剩余的光致抗蚀剂3011。在一些示例中，然后可将各种化学品施用于沟槽3073。钝化层3097可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(3078)。
在第三工作流程3004中，在沉积钝化层3097(3078)之前，在第二低折射率层3083(其已经蚀刻)上沉积导电层3087(3081)。该工作流程3004包括用光致抗蚀剂3011覆盖导电层3087的第一部分(3082)。在光致抗蚀剂不覆盖导电层3087的情况下，去除导电层3087(例如，使用蚀刻)，然后去除光致抗蚀剂3011(例如，利用抗蚀剂剥离、化学清洁及/或蚀刻)。然后，钝化层3097可沉积在结构的顶表面顶部，其可为硅层(3078)。
本文所述的每个装置可用作生物传感器。图31提供了包括利用本文所述的装置的各种示例的各个工作流程3100的各方面的图示。因此，对于本文所述的每个装置，可获得生物传感器(例如，包括在本文所述的装置中)(3110)。如附图中所讨论和所示，生物传感器各自包括具有一个或多个二极管的图像传感器和在图像传感器上(并且有时是其一部分中)的锗层。生物传感器包括孔和反应位点。可将一种或多种核酸放置在反应位点上(3120)，将生物传感器的反应位点暴露于来自光源的光(来自光源的光包括激发光)(3130)。在一些示例中，图像传感器经由锗层接收来自反应位点的发射光。锗层过滤光中的激发光并降低串扰(例如，与发射光相关联)(3140)。然后，图像传感器可提供用于基于发射光来识别核酸组成的信号(3150)。在获得该发射光时，在这些示例中，生物传感器可被构造成使发射光穿过锗层传播，以到达一个或多个二极管中的至少一个二极管。在一些示例中，反应位点包括荧光团。在这些示例中，基于将传感器的反应位点暴露于来自光源的光，激发光使得荧光团发射发射光。
本文描述了形成生物传感器、利用生物传感器的各种示例，以及各种生物传感器的结构的描述。下面描述方法和装置的各种示例。
在本文的一些示例中，该方法包括：在基底的第一表面上形成一个或多个二极管，其中基底的第一表面平行于基底的第二表面；在一个或多个二极管之间形成一个或多个沟槽，一个或多个沟槽从基底的第一表面朝基底的第二表面延伸，其中该形成包括填充一个或多个沟槽以及平坦化一个或多个填充的沟槽以形成第一表面，该第一表面基本上平行于一个或多个二极管的第一表面和基底的第一表面；去除基底的一部分，使得一个或多个沟槽从基底的第一表面延伸穿过基底到达基底的第二表面；将载体晶片键合到基底的第二表面；在基底的第二表面上方形成锗层；以及在锗层的表面上方形成电介质堆叠。
在该方法的一些示例中，形成一个或多个沟槽包括在基底中蚀刻一个或多个沟槽。
在该方法的一些示例中，基底包含硅。
在该方法的一些示例中，填充一个或多个沟槽包括用一个或多个电介质层填充一个或多个沟槽。
在该方法的一些示例中，电介质堆叠包括一个或多个纳米孔。
在该方法的一些示例中，在基底的第二表面上形成锗层包括在基底的第二表面上沉积锗。
在该方法的一些示例中，用于沉积的技术选自：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、溅射、电子束蒸发、晶体生长和蚀刻以及真空中的自由基活化键合。
在该方法的一些示例中，所选择的技术是晶体生长和蚀刻，并且晶体生长和蚀刻包括以下中的一者：转移晶片键合或直接晶片键合。
在该方法的一些示例中，在基底的第二表面上方形成锗层还包括：在基底的第二表面上形成第一一个或多个电介质层；在一个或多个电介质层的表面上形成锗层；以及在锗层的表面上形成第二一个或多个电介质层。
在该方法的一些示例中，基底、一个或多个二极管、载体晶片以及一个或多个填充的沟槽包含传感器。
在该方法的一些示例中，传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)。
在该方法的一些示例中，锗层包含锗和硅。
在该方法的一些示例中，堆叠包括：一个或多个电介质层；和传感器相容金属。
在该方法的一些示例中，锗层执行损耗引起的串扰的降低，并在光源朝电介质堆叠发射光时滤除激发光。
在该方法的一些示例中，基于损耗引起的串扰的降低，相邻像素处的信号基本上低于成对像素处的信号。
在本文的一些示例中，该方法包括：在图像传感器的顶表面上方形成锗层；以及在锗层的顶表面上方形成电介质堆叠。
在该方法的一些示例中，电介质堆叠包括一个或多个纳米孔。
在该方法的一些示例中，在图像传感器的顶表面上方形成锗层还包括：在图像传感器的顶表面上形成第一一个或多个电介质层；在一个或多个电介质层的表面上形成锗层；以及在锗层的表面上形成第二一个或多个电介质层。
在该方法的一些示例中，在图像传感器的顶表面上方形成锗层包括在图像传感器的顶表面上方沉积锗。
在该方法的一些示例中，用于沉积的技术选自：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、溅射、电子束蒸发、晶体生长和蚀刻以及真空中的自由基活化键合。
在该方法的一些示例中，所选择的技术是晶体生长和蚀刻，并且晶体生长和蚀刻包括以下中的一者：转移晶片键合或直接晶片键合。
在该方法的一些示例中，图像传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)。
在该方法的一些示例中，图像传感器包括具有一个或多个深沟槽的背面图像传感器。
在该方法的一些示例中，锗层执行损耗引起的串扰的降低，并在光源朝电介质堆叠发射光时滤除激发光。
在本文的一些示例中，该方法包括：获得生物传感器，生物传感器包括：在图像传感器的顶表面上方的锗层；以及在锗层的顶表面上方的电介质堆叠，其中电介质堆叠包括孔和反应位点；将一种或多种核酸放置在反应位点中；以及将生物传感器的反应位点暴露于来自光源的光，其中光包括激发光和发射光；通过图像传感器经由锗层获得来自反应位点的发射光，其中锗层过滤光中的激发光并降低与发射光相关联的串扰；以及通过图像传感器基于发射光识别核酸的组成。
在该方法的一些示例中，图像传感器包括一个或多个二极管。
在该方法的一些示例中，经由锗层获得来自反应位点的发射光还包括：使发射光以非垂直角度穿过锗层传播，以到达一个或多个二极管中的至少一个二极管。
在该方法的一些示例中，反应位点包括荧光团，并且其中基于将生物传感器的反应位点暴露于来自光源的光，激发光使得荧光团发射发射光。
在该方法的一些示例中，锗层包含锗和硅。
在该方法的一些示例中，生物传感装置还包括：在图像传感器的顶表面上的第一一个或多个电介质层；以及在锗层的表面上的第二一个或多个电介质层。
在该方法的一些示例中，图像传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)。
在该方法的一些示例中，锗层包含锗和硅。
在该方法的一些示例中，电介质堆叠包括：一个或多个电介质层；和传感器相容金属。
在本文的一些示例中，该装置包括：包含锗的滤光层；限定多个孔的流动通道底板，其中每个孔提供反应位点，其中滤光层定位在流动通道底板下方，其中滤光层在多个孔下方连续地跨越。
在该装置的一些示例中，该装置还包括：位于滤光层下方的多个传感器，多个传感器中的每个传感器在对应的孔和反应位点下方居中，使得每个传感器与对应的反应位点形成感测对。
在该装置的一些示例中，滤光层还包含硅。
在该装置的一些示例中，滤光层具有约300微米至约500微米的高度。
在本文的一些示例中，利用生物传感器(例如，装置)的方法包括：将一种或多种核酸放置在装置的反应位点中，装置包括：包含锗的滤光层；限定多个孔的流动通道底板，其中每个孔提供反应位点中的一个反应位点，其中滤光层定位在流动通道底板下方；其中滤光层在多个孔的下方连续地跨越；将装置的反应位点暴露于来自光源的光，其中光包括激发光和发射光；经由滤光层接收来自反应位点的发射光，其中滤光层过滤光中的激发光并降低与发射光相关联的串扰；以及基于发射光识别一种或多种核酸的组成。
在该方法的一些示例中，装置包括定位在滤光层下方的多个传感器，多个传感器中的每个传感器在对应的孔和多个反应位点中的另一个反应位点下方居中，使得每个传感器与对应的反应位点形成感测对。
在该方法的一些示例中，装置的滤光层还包含硅。
在该方法的一些示例中，滤光层具有约300微米至约500微米的高度。
在本文的一些示例中，用于形成生物传感器的各方面的方法包括：在传感器的顶表面上形成锗层，其中传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；在锗层的顶表面上形成第一导电层；在第一导电层的顶表面上形成第二氧化物层；在第二氧化物层的顶表面上形成第二导电层；在第二导电层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过第二导电层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在第二导电层的顶表面的第二部分、第二氧化层的一部分和第一导电层的一部分上，其中该蚀刻形成一个或多个沟槽，其中一个或多个沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化层的顶表面的垂直轴上。
在该方法的一些示例中，锗层还包含硅，并且形成锗层，其包括将硅-锗溅射到第一氧化物层的顶表面上。
在该方法的一些示例中，一个或多个沟槽包括纳米孔。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在第一氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；蚀刻穿过第一氧化物层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在第一氧化物层的顶表面的第二部分上，其中该蚀刻在第一氧化物层中形成一个或多个沟槽；在第一氧化物层上方沉积串扰缓解物质，其中该沉积填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽；平坦化串扰缓解物质，使得串扰缓解物质的一部分与第一氧化物层的顶表面的第一部分形成邻接表面；以及在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗层。
在该方法的一些示例中，串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该方法的一些示例中，该方法还包括：在第二导电层的顶表面的第一部分上形成钝化层。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在第一氧化物层的顶表面上溅射附加导电层；在附加导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂，其中暴露第一氧化物层的第二部分；通过蚀刻去除附加导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在附加导电层的第二部分上，其中基于该去除，暴露第一氧化物层的顶表面和附加导电层的第一部分；以及在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗层。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层包括：在第一氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；蚀刻穿过第一氧化物层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在第一氧化物层的顶表面的第二部分上，其中该蚀刻在第一氧化物层中形成一个或多个沟槽；在第一氧化物层上方沉积锗层，其中该沉积部分地填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽；在锗层上方沉积串扰缓解物质，其中该沉积填充第一氧化物层中的一个或多个沟槽的剩余部分；平坦化串扰缓解物质，使得锗层的顶表面是包括串扰缓解物质的一部分和第一氧化物层的顶表面的第一部分的邻接表面。
在该方法的一些示例中，串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该方法的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，该方法包括：在第二氧化物层的顶表面上形成硅层。
在该方法的一些示例中，第一导电层和第二导电层由金属构成。
在该方法的一些示例中，第一氧化物层包含导电材料。
在该方法的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在本文的一些示例中，用于形成生物传感器的各方面的方法包括：在传感器的顶表面上形成锗层，其中传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；形成于基底的顶表面上的第一氧化层，其中形成锗层包括：在锗层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过锗层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在锗的顶表面的第二部分上，其中该蚀刻形成一个或多个沟槽，其中沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管与另一个二极管之间的空间上方，在从传感器的底表面延伸至锗层的顶表面的垂直轴上；在锗层的顶表面上形成第二氧化物层；在第二氧化物层的顶表面的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过第二氧化物层的顶表面的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在第二氧化物层的顶表面的第二部分上，其中该蚀刻形成附加的一个或多个沟槽，其中附加的一个或多个沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上。
在该方法的一些示例中，该方法包括：在第二氧化物层的顶表面上形成硅层。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗；在硅锗上沉积导电层；以及在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上，其中该蚀刻去除导电层的第二部分，并且其中顶表面锗层包括包含硅锗的一部分和导电层的第一部分的表面。
在该方法的一些示例中，该方法包括：在第二氧化物层的顶表面上沉积导电层；在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上，其中该蚀刻去除导电层的第二部分。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在第一氧化物层的顶表面上沉积硅锗；在硅锗的顶表面上沉积导电层；在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上，其中该蚀刻去除导电层的第二部分，并且其中锗层的顶表面包括导电层的第一部分和硅锗的一部分。
在该方法的一些示例中，在传感器的顶表面上形成锗层还包括：在传感器的顶表面上沉积导电层；在导电层的第一部分上沉积光致抗蚀剂；以及蚀刻穿过导电层的第二部分，其中光致抗蚀剂未沉积在导电层的第二部分上，其中该蚀刻去除导电层的第二部分；在第一氧化物层的一部分和导电层的第一部分上沉积硅锗。
在该方法的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，第一氧化物层包含导电组分。
在本文的一些示例中，包括生物传感器的装置包括：传感器，其包括：包含一个或多个二极管的基底；形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；形成于传感器的顶表面上的锗层；形成于锗层的顶表面上的第一导电层；形成于第一导电层的顶表面上的第二氧化物层；形成于第二氧化物层的顶表面上的第二导电层，其中第二导电层、第二氧化物层和第一导电层包括一个或多个沟槽，并且其中一个或多个沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上。
在该装置的一些示例中，锗层还包含硅。
在该装置的一些示例中，一个或多个沟槽包括纳米孔。
在该装置的一些示例中，第一氧化物层包含氧化物物质和串扰缓解物质，其中串扰缓解物质填充氧化物物质中的沟槽结构。
在该装置的一些示例中，串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该装置的一些示例中，该装置包括：形成于第二导电层的顶表面的第一部分上的钝化层。
在该装置的一些示例中，锗层包括：在第一氧化物层的顶表面上的附加导电层，其中该附加导电层包括裂缝；以及在第一氧化物层的顶表面上的硅锗层。
在该装置的一些示例中，第一氧化层包括沟槽结构，其中传感器的顶表面是不平坦的表面，并且形成于传感器的顶表面上的锗层包括：填充沟槽结构的一部分的硅锗；以及填充沟槽结构的剩余部分的串扰缓解物质，其中锗层的顶表面是包括串扰缓解物质的一部分和第一氧化物层的顶表面的一部分的邻接表面。
在该装置的一些示例中，填充沟槽结构的剩余部分的串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该装置的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该装置的一些示例中，氧化物层包含导电材料。
在该装置的一些示例中，该装置包括：在第二氧化物层的顶表面上的硅层。
在该装置的一些示例中，第一导电层和第二导电层由金属构成。
在该装置的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该装置的一些示例中，该装置包括小于一微米的像素节距。
在该装置的一些示例中，锗层具有小于400nm的厚度。
在该装置的一些示例中，锗层具有在约300nm和约330nm之间的厚度。
在本文的一些示例中，包括生物传感器的装置包括：传感器，其包括：包含一个或多个二极管的基底；和形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；在传感器的顶表面上的锗层，其中锗层包括一个或多个沟槽，一个或多个沟槽定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管与另一个二极管之间的空间上方，在从传感器的底表面延伸至锗层的顶表面的垂直轴上；以及在锗层的顶表面上的第二氧化物层，其中第二氧化物层填充锗层中的沟槽，其中第二氧化物层包括一个或多个沟槽，第二氧化物层中的每个沟槽定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上，其中第二氧化物层中的沟槽暴露锗层的若干部分。
在该装置的一些示例中，该装置包括：在第二氧化物层的顶表面上的硅层。
在该装置的一些示例中，该装置包括：导电层，该导电层包括衬覆锗层中的一个或多个沟槽。
在该装置的一些示例中，该装置包括：在第二氧化物层的顶表面上的导电层。
在该装置的一些示例中，该装置包括：在传感器的顶表面上的导电层。
在该装置的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该装置的一些示例中，第一氧化物层包含导电组分。
在该装置的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该装置的一些示例中，该装置包括：小于一微米的像素节距。
在该装置的一些示例中，锗层具有小于400nm的厚度。
在该装置的一些示例中，锗层具有小于300nm的厚度。
在该装置的一些示例中，锗层具有在约300nm和约330nm之间的厚度。
在本文的一些示例中，使用生物传感器的方法包括：将一种或多种核酸放置在传感器的反应位点中，传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；和形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；在第一氧化物层的顶表面上的锗层，其中锗层包括一个或多个沟槽，一个或多个沟槽定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管与另一个二极管之间的空间上方，在从传感器的底表面延伸至锗层的顶表面的垂直轴上；以及在锗层的顶表面上的第二氧化物层，其中第二氧化物层填充锗层中的沟槽，其中第二氧化物层包括一个或多个沟槽，第二氧化物层中的每个沟槽定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上，其中第二氧化物层中的沟槽暴露锗层的若干部分，其中第二氧化物层包括孔和反应位点；将传感器的反应位点暴露于来自光源的光，其中光包括激发光和发射光；通过一个或多个二极管经由锗层接收来自反应位点的发射光，其中锗层过滤光中的激发光并降低与发射光相关联的串扰；以及基于发射光识别核酸的组成。
在该方法的一些示例中，传感器还包括：在传感器的顶表面上的导电层。
在该方法的一些示例中，经由锗层接收来自反应位点的发射光还包括：使发射光穿过锗层传播，以到达一个或多个二极管中的至少一个二极管。
在该方法的一些示例中，反应位点包括荧光团，并且其中基于将传感器的反应位点暴露于来自光源的光，激发光使得荧光团发射发射光。
在该方法的一些示例中，锗层包含锗和硅。
在该方法的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，传感器还包括：在第二氧化物层的顶表面上的硅层。
在该方法的一些示例中，传感器还包括：导电层，该导电层包括衬覆锗层中的一个或多个沟槽。
在该方法的一些示例中，传感器还包括：在第二氧化物层的顶表面上的导电层。
在本文的一些示例中，使用生物传感器的方法包括：将一种或多种核酸放置在生物传感器的反应位点中，生物传感器包括：传感器，该传感器包括：包含一个或多个二极管的基底；和形成于基底的顶表面上的第一氧化物层；形成于传感器的顶表面上的锗层；形成于锗层的顶表面上的第一导电层；形成于第一导电层的顶表面上的第二氧化物层；形成于第二氧化物层的顶表面上的第二导电层，其中第二导电层、第二氧化物层和第一导电层包括一个或多个沟槽，并且其中一个或多个沟槽各自定位在一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从传感器的底表面延伸至第二氧化物层的顶表面的垂直轴上，其中沟槽包括孔和反应位点；将生物传感器的反应位点暴露于来自光源的光，其中光包括激发光；通过一个或多个二极管经由锗层接收来自反应位点的发射光，其中锗层过滤激发光并降低与发射光相关联的串扰；以及基于发射光识别一种或多种核酸的组成。
在该方法的一些示例中，锗层还包含硅。
在该方法的一些示例中，第一氧化物层包含氧化物物质和串扰缓解物质，并且串扰缓解物质填充氧化物物质中的沟槽结构。
在该方法的一些示例中，串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该方法的一些示例中，生物传感器还包括：形成于第二导电层的顶表面的第一部分上的钝化层。
在该方法的一些示例中，锗层包括：在第一氧化物层的顶表面上的附加导电层，其中该附加导电层包括裂缝；以及在第一氧化物层的顶表面上的硅锗层。
在该方法的一些示例中，第一氧化层包括沟槽结构，其中传感器的顶表面是不平坦的表面，并且形成于传感器的顶表面上的锗层包括：填充沟槽结构的一部分的硅锗；以及填充沟槽结构的剩余部分的串扰缓解物质，其中锗层的顶表面是包括串扰缓解物质的一部分和第一氧化物层的顶表面的一部分的邻接表面。
在该方法的一些示例中，填充沟槽结构的剩余部分的串扰缓解物质选自：氧化物、氮化物和硅。
在该方法的一些示例中，传感器是正面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，氧化物层包含导电材料。
在该方法的一些示例中，传感器是背面照明的互补金属氧化物半导体。
在该方法的一些示例中，经由锗层获得来自反应位点的发射光进一步包括：使发射光穿过锗层传播，以到达一个或多个二极管中的至少一个二极管。
在该方法的一些示例中，反应位点包括荧光团，并且其中基于将传感器的反应位点暴露于来自光源的光，激发光使得荧光团发射发射光。
附图中的流程图和框图示出了根据本实用新型具体实施的各种示例的系统、方法和计算机程序产品的可能具体实施的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可表示指令的模块、片段或部分，包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些另选的具体实施中，框中注明的功能可以不按照图中注明的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可基本上同时执行，或者这些框有时可以相反的顺序执行，具体取决于所涉及的功能。还应当注意，框图和/或流程图图示中的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可由执行指定功能或动作或执行专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。
本文所用的术语仅出于描述特定示例的目的，并非旨在进行限制。如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、过程、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、过程、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
以下权利要求中的对应结构、材料、动作和所有装置或步骤加上功能元件的等同物(如果有的话)旨在包括用于执行与具体要求保护的其他要求保护的元件组合的功能的任何结构、材料或动作。已经出于例示和描述的目的呈现了对一个或多个示例的描述，但并非旨在穷举或限制为所公开的形式。许多修改形式和变型形式对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。选择和描述示例是为了最好地解释各个方面和实际应用，并且使得本领域的其他普通技术人员能够理解具有适合于所设想的特定用途的各种修改形式的各种示例。
应当理解，前述概念和下文更详细讨论的附加概念(假设此类概念不相互矛盾)的所有组合都被设想为是本文所公开的主题的一部分以至少实现如本文所述的有益效果。具体地讲，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被设想为是本文所公开的主题的一部分。还应当理解，本文明确采用的也可出现在以引用方式并入的任何公开中的术语应被赋予与本文所公开的特定概念最一致的含义。
该书面描述使用示例来公开本主题，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本主题，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本主题的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求的字面语言无差异的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。
应当理解，以上描述旨在为例示性的而非限制性的。例如，上述示例(和/或其各方面)可彼此结合使用。此外，在不脱离各种示例的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应各种示例的教导内容。虽然本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定各种示例的参数，但它们决不是限制性的并且仅以举例的方式提供。在查看上述描述时，许多其他示例对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，各种示例的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗英语等同物。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并非旨在对其对象施加数字要求。本文中术语“基于”的形式涵盖其中元件部分地基于的关系以及其中元件完全地基于的关系。术语“定义”的形式涵盖元件被部分定义的关系以及元件被完全定义的关系。此外，以下权利要求的限制不是以手段加功能的格式书写的，并且不旨在基于35U.S.C.§112第六段来解释，除非并且直到这些权利要求限制明确地使用短语“用于......的装置”后面接没有其他结构的功能陈述。应当理解，不一定可根据任何特定示例来实现上述所有此类目的或优点。因此，例如，本领域的技术人员将认识到，本文所述的系统和技术可以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点而不一定实现本文可教导或建议的其他目的或优点的方式来实施或执行。
虽然仅结合有限数量的示例详细描述了本主题，但应当容易理解，本主题不限于此类所公开的示例。相反，可修改本主题以结合此前未描述但与本主题的实质和范围相当的任何数量的变型、更改、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本主题的各种示例，但是应当理解，本公开的各方面可包括所述示例中的仅一些。另外，虽然一些示例被描述为具有一定数量的元件，但是应当理解，本主题可以用小于或大于一定数量的元件来实践。因此，本主题不应被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围的限制。
Claims (25)
1.一种具有传感器的装置，其特征在于，所述装置包括：
传感器，所述传感器包括：
包含一个或多个二极管的基底；
形成于所述基底的顶表面上的第一氧化物层；
形成于所述传感器的顶表面上的锗层；
形成于所述锗层的顶表面上的第一导电层；
形成于所述第一导电层的顶表面上的第二氧化物层；
形成于所述第二氧化物层的顶表面上的第二导电层，其中所述第二导电层、所述第二氧化物层和所述第一导电层包括一个或多个沟槽，并且其中所述一个或多个沟槽各自定位在所述一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从所述传感器的底表面延伸至所述第二氧化物层的所述顶表面的垂直轴上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锗层还包含硅。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或多个沟槽包括纳米孔。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
形成于所述第二导电层的所述顶表面的第一部分上的钝化层。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锗层包含：
在所述第一氧化物层的所述顶表面上的附加导电层，其中所述附加导电层包括裂缝；以及
在所述第一氧化物层的所述顶表面上的硅锗层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器是正面照明互补金属氧化物半导体。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述氧化物层包含导电材料。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
所述第二氧化物层的所述顶表面上的硅层。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层由金属构成。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器是背面照明互补金属氧化物半导体。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括小于一微米的像素节距。
12.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述锗层的厚度小于400nm。
13.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述锗层的厚度在300nm和330nm之间。
14.一种具有传感器的装置，其特征在于，所述装置包括：
传感器，所述传感器包括：
包含一个或多个二极管的基底；以及
形成于所述基底的顶表面上的第一氧化物层；
在传感器的顶表面上的锗层，其中所述锗层包括一个或多个沟槽，所述一个或多个沟槽定位在所述一个或多个二极管中的至少一个二极管与另一个二极管之间的空间上方，在从所述传感器的底表面延伸至所述锗层的顶表面的垂直轴上；以及
在所述锗层的顶表面上的第二氧化物层，其中所述第二氧化物层填充所述锗层中的所述沟槽，其中所述第二氧化物层包括一个或多个沟槽，所述第二氧化物层中的每个沟槽定位在所述一个或多个二极管中的至少一个二极管上方，在从所述传感器的底表面延伸至所述第二氧化物层的顶表面的垂直轴上，其中所述第二氧化物层中的所述沟槽暴露所述锗层的若干部分。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
所述第二氧化物层的所述顶表面上的硅层。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
导电层，所述导电层包括衬覆所述锗层中的所述一个或多个沟槽。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
所述第二氧化物层的所述顶表面上的导电层。
18.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
所述传感器的所述顶表面上的导电层。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器是正面照明互补金属氧化物半导体。
20.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一氧化物层包含导电组分。
21.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器是背面照明互补金属氧化物半导体。
22.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括小于一微米的像素节距。
23.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述锗层的厚度小于400nm。
24.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述锗层的厚度小于300nm。
25.根据权利要求14至18中任一项所述的装置，其特征在于，所述锗层的厚度在300nm和330nm之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |