KR102266773B1 - 센서의 활성 표면을 이용한 구조 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 지지 구조체, 지지 구조체 상의 센서, 센서의 반대편 측면들에 지지 구조체 상의 한 쌍의 컬럼, 활성 표면 위로 한 쌍의 컬럼 상에 리딩층을 포함하는 형성 장치 및 방법에 관한 것으로, 한 쌍의 컬럼은 지지 구조체의 상부면에 대한 컬럼 높이를 갖고, 컬럼 높이는 지지 구조체의 상부면에 대한 센서의 활성 표면의 높이보다 높으며, 리딩층은 한 쌍의 컬럼에 의해 반대편 단부에서 지지된다.
센서의 활성 표면, 리딩층 및 한 쌍의 컬럼은 센서의 활성 표면의 적어도 대략 절반 이상의 개구를 형성하며, 지지 구조체, 센서, 리딩층 및 한 쌍의 컬럼은 함께 플로우 셀을 형성한다.

Description

센서의 활성 표면을 이용한 구조 및 방법
본 발명은 센서의 활성 표면을 이용한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 출원 발명은 2018년 2월 3일자 미국 출원 US 62/626,021호의 우선권을 주장한 출원으로, 여기에 참조된 전체 내용이 포함된다.
최근의 온-칩을 검출하는 센서와 함께 사용되는 플로우 셀의 리드들은 활성 표면 상에 위치된 컬럼(columns)에 의하여 센서의 활성 표면 위에서 지지된다. 리드를 센서 위에 두는 이유는 시약의 혼입이나 포획없이 유체 교환이 깨끗하게 이루어지도록 하기 위해 요구되는 활성 영역의 평탄도와 평활도 (submicron roughness) 때문이다. 전류 구조는 감지에 사용될 수 있는 활성 표면의 면적을 감소시킨다. 경우에 따라 센서의 활성 표면의 1/3 (또는 그 이하)만 사용할 수 있다.
따라서, 센서의 활성 표면을 더 많이 사용하기 위한 방법이 필요하다.
센서의 활성 표면을 더 많이 이용하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
일 양태에서 장치의 기존 방식의 단점을 극복하고 추가적인 장점이 제공된다. 장치는 지지 구조체, 지지 구조체 상의 센서, 한 쌍의 컬럼을 포함하며, 센서는 활성 표면을 포함하고, 각각의 컬럼은 센서의 대향 측면에서 지지 구조체 상에 위치하며, 각각의 한 쌍의 컬럼은 지지 구조체의 상부 표면에 대한 컬럼 높이를 갖고, 컬럼 높이는 지지 구조체의 상부 표면에 대한 센서의 활성 표면의 높이보다 높다. 이 장치는 또한 한 쌍의 컬럼 상에 그리고 센서의 활성 표면 위에 있는 리딩층을 포함하고, 이 리딩층은 한 쌍의 컬럼에 의해 그 반대쪽 단부에서 지지된다. 센서의 활성 표면, 리딩층 및 한 쌍의 컬럼은 센서의 활성 표면의 적어도 약 절반을 초과하는 상부에 개구를 형성하고, 지지 구조체, 센서, 리딩층 및 한 쌍의 컬럼은 함께 플로우 셀을 형성한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 그 방법이 제공된다. 상기 방법은 플로우 셀을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 형성 단계는 센서를 지지 구조체 상에 배치하는 단계로, 상기 센서는 활성 표면을 포함하고, 한 쌍의 컬럼을 형성하는 단계로, 각각의 컬럼은 상기 센서의 대향 측면에 위치하고, 각각의 한 쌍의 컬럼은 지지 구조체의 상부 표면에 대한 컬럼 높이를 가지며, 컬럼 높이는 지지 구조체의 상부 표면에 대한 센서의 활성 표면의 높이보다 높고, 한 쌍의 컬럼의 상부 표면 상에 리딩층을 배치하는 단계로, 리딩층과 한 쌍의 컬럼은 센서의 활성 표면의 적어도 약 절반을 넘는 공간을 형성한다.
본 명세서에 포함되어 있음.
본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다:
도 1 내지 도 5는 본 발명에 개시된 장치를 제조하는 다양한 단계의 일례의 단면도들이다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 센서가 있는 다이(die)를 포함하는 칩의 일 예의 단면도이다. 센서는 예를 들어 활성 표면을 포함한다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 지지 구조 상에 도 1의 센서 및 다이의 준비 및 배치단계의 일례를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 도 2의 다이의 어느 한 측면에 인접한 하부 컬럼부를 형성하는 일례의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 도 3의 하부 컬럼부 위에 상부 컬럼부를 형성하는 일례의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 상부 컬럼부들 상에 리딩층을 배치한 후의 단부 구조의 하나의 예의 단면도로서, 센서의 활성 표면의 적어도 약 절반 (이 경우, 전부 또는 거의 전부) 이상의 공간을 형성한다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라, 본 명세서에 개시된 장치를 제조하는 일례의 흐름도이다.
본 발명의 양태 및 그 특징, 장점 및 세부 사항은 첨부된 도면에 도시된 비제한적인 예를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. 공지된 재료, 제조 툴, 처리 기술 등에 대한 설명은 관련 세부 사항을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 생략한다. 그러나, 본 발명의 양태를 나타내면서 상세한 설명 및 특정 예는 단지 예시의 방식으로 제공되며 제한적인 것이 아님을 이해해야 할 것이다. 본 발명의 기본 개념의 사상 및/또는 범위 내에서 다양한 치환, 수정, 추가 및/또는 배열은 본 발명으로부터 당업자에게 명백할 것이다.
본 명세서 및 청구항에 걸쳐 본 명세서에서 사용되는 근사치의 표현은 관련된 기본적 기능의 변경을 초래하지 않고 다양화될 수 있는 양적 표현을 변경에 적용될 수 있다. 따라서, "약" 또는 "실질적으로"와 같은 용어에 의해 수정된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 일부 예에서, 근사치의 표현은 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도에 따를 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 예를 설명하기 위한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 "포함하다", "가진다", "구비한다" 등의 표현은 개방형 연결 동사이다. 따라서, 방법 또는 장치로서, "포함하다", "갖는다" 등의 표현은 그 하나 이상의 단계 또는 요소를 포함하거나 구비하나, 하나 또는 그 이상을 갖는 것으로 한정되지는 않는다. 마찬가지로, 하나 이상의 특징을 "포함하다", "갖는다" 등의 표현으로 쓰여진 방법은 그 장치의 단계가 하나 이상의 특징을 소유하지만, 그러한 것 또는 그 특징 만을 갖는 것으로 제한되지는 않는다. 또한, 특정 방식으로 구성되는 장치 또는 구조는 적어도 그러한 방식으로 구성되지만, 나열되지 않은 방식으로 구성될 수도 있다.
두 개의 물리적 요소에서 사용하는 경우로서, 이 명세서에서 "연결된"이라는 용어는 두 개의 물리적 요소 사이의 직접 연결을 의미할 수 있으며, "결합된"이라는 용어는 직접 연결 또는 하나 이상의 중간 요소를 통한 연결을 의미할 수 있다.
또한 본 명세서에서 사용되는 "할 수 있다"와 같은 용어는 상황과 세트 내에 발생 가능성을 표시하는 것으로, 특정 요소, 특징 또는 기능의 소지; 및/또는 적격 동사와 관련된 능력 또는 가능성 중 하나 이상을 표현한 것이다. 따라서, "할 수 있는" 등의 표현은 어떤 경우에는 때때로 그렇지 않을 수 있음을 함께 고려하면서, 수정된 용어가 지시된 용량, 기능 또는 사용법에 명백하게 적절하거나, 가능하거나, 적합하다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 어떤 상황에서는 이벤트 또는 용량이 예상될 수 있지만 다른 상황에서는 이벤트 또는 용량이 달라질 수 있으며, 이러한 구별은 "할 수 있다" 또는 "일 수 있다" 등의 표현이 사용된다.
달리 명시되지 않는 한, 본 발명에서 사용된 근사치의 "약", "대략", "실질적으로"의 용어는 사용되는 값이나, 측정치, 크기 등이 10% 전후의 가능한 변화를 포함할 것이다.
본 명세서에서 사용된 "결합" 등의 용어는 가열 처리 또는 압력 등으로 두 가지를 함께 접착 또는 접합제를 사용하여 확실하게 접합되는 것을 의미한다. 또한 "부착"과 같은 표현은 접합제(예를 들어, 스크류, 접착제 또는 결합제 등)를 사용하거나, 또는 사용하지 않고도 두 가지를 함께 결합시키는 것을 지칭한다. 따라서, "결합"은 "부착"의 하위 집합에 해당하는 용어이다.
참조번호는 도면번호를 따르며, 동일한 참조 번호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 지정하기 위해 여러 도면 전반에 걸쳐 사용되며, 이해의 용이성을 위해 그려진 도면 하에 이루어진다.
본 발명은 센서의 전체 활성 표면을 사용하는 장치 및 상기 장치의 제조 방법에 관한 예를 제공한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 개시된 장치를 제조하는 다양한 단계의 일례를 보여주는 단면도들이다. 본 실시예는 평면의 센서 장치를 포함하지만, 이와는 달리 비평면의 장치가 사용될 수 있고 또는 이들의 조합으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른, 센서 (104)를 갖는 다이 (102)를 포함하는 칩 (100)의 일 예의 단면도이다. 센서는 예를 들어 활성 표면 (105)을 포함한다. 본 발명에 사용된 용어 "활성 표면"은 센서의 감지가 능동적으로 발생하는 센서의 표면 또는 표면 부분을 지칭한다. 예를 들어, 디지털 이미지 센서의 활성 표면은 광을 감지하기 위한 포토사이트(photosites) 또는 픽셀을 포함하는 표면이다. 센서의 기능의 비제한적인 예로서, 예를 들어 광 감지 (예를 들어, 미리 결정된 범위의 파장이 감지됨), 하나 이상의 물질 (예를 들어, 생물학적 또는 화학적 물질)의 존재를 검출하거나, 어떠한 물질의 농도 변화 (예를 들어, 이온 농도) 등을 검출할 수 있다. 센서는 예를 들어 하나 이상의 반도체 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서 (예를 들어, CMOS 이미지 센서) 또는 CCD (Charge-Coupled Device)의 형태나 다른 유형의 이미지 센서의 형태를 취할 수 있다. 본 실시예에서는 CMOS 이미지 센서가 사용되지만, 물론 다른 유형의 센서가 사용될 수도 있다. 당업자라면 알 수 있는 바와 같이, CMOS 이미지 센서의 회로는 클록(clock) 및 타이밍 생성 회로, 아날로그-디지털 변환기 등과 같은 패시브(passive) 전자 소자 및 전압으로 변환될 광자(광)(photons)를 전자로 변환하는 광 검출기의 어레이를 포함한다. 반도체 기반인 경우, 센서는 실리콘 기판 (예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상에 제조 될 수 있으며, 이는 실리콘 웨이퍼로부터 절단되어 다이가 된다. 다이의 두께는 실리콘 웨이퍼의 크기 (직경)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 직경이 51mm인 표준 실리콘 웨이퍼는 약 275 마이크론의 두께를 가질 수 있는 반면, 직경이 300mm인 표준 실리콘 웨이퍼는 약 775 마이크론의 두께를 가질 수 있다. 본 발명에 사용된 센서(들)의 활성 영역은 감지를 위해 시약과 접촉하게 되는 센서 표면을 지칭한다. 다이에는 둘 이상의 센서가 있을 수 있으며, 동일한 다이에 다른 센서가 포함될 수도 있다.
이 기술 분야의 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, "CMOS"는 집적 회로를 제조하는데 사용되는 기술을 말한다. 본원에 사용된 "CMOS 센서" 및 "CMOS 이미지 센서"는 CMOS 기술을 사용하여 제조된 센서를 지칭한다. 여기에 사용되는 명칭은 CMOS 기술을 사용하여 제조되는 집적 회로 (integrated circuits)(ICs)에서 n타입 및 p타입의 MOSFETs (metal-oxide semiconductor field effect trasistors) 모두를 포함하는 것으로 이해된다. 각 MOSFET은 산화물 (즉, "금속 산화물" 부분으로서)과 같은 게이트 유전체 (gate dielectric) 및 게이트 아래의 반도체 물질 ("반도체" 부분에 해당)을 포함하는 금속 게이트를 갖는다. IC는 제조 후에 절단되는 반도체 기판 또는 웨이퍼의 일부인 다이 상에 제조되고, CMOS 기술을 사용하여 제조된 IC는 예를 들어 높은 노이즈 내성 및 낮은 정적 전력 소비 (트랜지스터 중 하나를 항시 오프)와 같은 특징을 갖는다.
일 실시예에서, CMOS 이미지 센서는 예를 들어, 광 검출기의 픽셀이라고도 지칭되는 수백만의 광검출기를 포함할 수 있다. 각 픽셀은 광으로부터 전하를 축적하는 포토 센서, 축적된 전하를 전압으로 변환하기 위한 증폭기, 및 픽셀-선택 스위치를 포함한다. 각각의 픽셀은 또한 예를 들어 개별 마이크로 렌즈를 포함하여 더 많은 광을 캡처하거나, 예를 들어 노이즈 감쇠와 같은 이미지를 개선하기 위한 다른 구성 요소를 가질 수 있다.
CMOS 기술을 이용하여 제조되는 반도체 장치의 제조 방법의 일 예를 설명한다. 예를 들어, p타입 반도체 기판으로 시작하여, NMOS 영역이 보호된 채로 n타입 웰이 PMOS 영역에 생성된다. 이것은 예를 들어 하나 이상의 리소그래피 프로세스를 사용하여 이루어질 수 있다. 이어서, 얇은 게이트 산화물 및 게이트 (예를 들어, 폴리 실리콘)가 NMOS 및 PMOS 영역 모두에 형성될 수 있다. N+ 타입 도펀트 영역은 더미 게이트의 어느 한 쪽의 NMOS 영역의 p타입 기판에 형성될 수 있고 (즉, 소스 및 드레인이 형성됨), n+타입 도펀트의 한 영역이 바디 (여기에서 웰) 컨택이 PMOS 영역에 형성될 수 있다. 이것은 예를 들어 마스크를 사용하여 달성될 수 있다. 동일한 마스킹 및 도핑 공정이 PMOS 영역에서 소스 및 드레인을 형성하고 NMOS 영역에서 바디 컨택을 형성하는 데 사용될 수 있다. NMOS 및 PMOS 트랜지스터의 다양한 영역 (즉, 바디, 소스, 드레인 및 게이트)에 단자를 형성하기 위한 금속화가 수행될 수 있다. CCD와 달리 CMOS 이미지 센서는 추가 비용 없이 적은 비용으로 동일한 칩에 다른 회로를 포함하여, 이미지 안정화 및 이미지 압축 온-칩과 같은 기능을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따라, 지지 구조체 (200) 상에 도 1의 다이 (102) 및 센서 (104)의 준비 및 배치하는 일례의 단면도이다. 일 실시예에서, 지지 구조체 (200)은 관통하는 하나 이상의 전도성 통로 (202)를 갖는 유전체 층의 형태를 취할 수 있다. 다른 예에서, 지지 구조체는 유전체 층 단독의 형태를 취할 수도 있다. 유전층에 사용될 수 있는 유전 물질의 비제한적인 예는 불소-도핑된 실리콘 다이옥사이드, 탄소-도핑된 실리콘 다이옥사이드 및 다공성 실리콘 다이옥사이드와 같은 low-k 유전 물질 (실리콘 다이옥사이드보다 낮은 유전 상수, 약 3.9)을 포함하거나, 질화 실리콘 (SiNx) 및 이산화 하프늄 (hafnium dioxide)과 같은 high-k 유전 물질 (약 3.9 초과의 유전 상수)을 포함할 수 있다. 다이는 예를 들어 센서에 대한 낮은 또는 매우 낮은 응력 및 높은 온도 안정성을 제공할 수 있는 다이 부착 접착제를 사용하여 지지 구조체에 부착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 도 2의 다이 (102)의 어느 한 측면에 인접한 하부 컬럼부 (300, 302)을 형성하는 일례의 단면도이다. 하부 컬럼부의 재료의 비제한적 예는 예를 들어 에폭시 또는 플라스틱 성형 화합물 (예를 들어, 페놀 경화제, 실리카, 촉매, 안료 및 이형제)과 같은 충전 물질를 포함한다. 하부 컬럼부의 성형 동안, 센서는 예를 들어 제거 가능한 필름 (예를 들어, 실리콘 다이옥사이드)으로 보호될 수 있다. 대안적으로, 하부 컬럼부의 재료는 일정하게(conformally) 증착된 후 센서 부분까지 평탄화되거나, 또는 하부 컬럼부는 예를 들어 직접 증착 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 컨포멀 증착 및 평탄화의 한 예에서, 에폭시는 구조체 위에 블랭킷 증착되고, 이어서 평탄화 프로세스 (예를 들어, 화학-기계적 연마 (CMP))가 이어질 수 있다.
도 4는 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른 도 3의 하부 컬럼부 (300, 302) 위에 상부 컬럼 부 (400, 402)를 형성하는 일례의 단면도이다. 상부 컬럼부의 재료의 비제한적인 예는 예를 들어, 하부 컬럼부에 대해 전술한 바와 같은 에폭시 또는 플라스틱 몰딩 화합물과 같은 필러 재료(충전 물질)를 포함한다. 상부 컬럼부의 형성 동안, 센서 및 다이는 예를 들어 센서의 손상없이 쉽게 제거 가능한 필름 (예를 들어, 실리콘 다이옥사이드)으로 보호될 수 있다. 대안적으로, 상부 컬럼부의 재료는 컨포멀하게 증착된 후 센서까지 평탄화될 수 있다. 또한, 이 예에서 컬럼 각각이 2개의 부분을 가졌지만, 컬럼은 각각 하나의 연속적인 컬럼일 수 있거나 또는 컬럼이 2개 이상의 부분을 가질 수 있을 것이다.
도 5는 본 개시의 하나 이상의 양태에 따른 상부 컬럼부 (400, 402) 상에 리딩층 (502)을 배치 한 후의 엔드 구조 (500) (이 경우, 플로우 셀)의 일례의 단면도이다. 본 발명에서 사용되는 용어 "플로우 셀"은 기판 (예를 들어, 글래스) 상에서 시험중인 유체에 대한 유입구 및 배출구를 갖는 작은 챔버를 지칭하며, 이는 고정된 위치에서 나노웰의 다수(수십억개)로 패터닝될 수 있는 채널을 포함할 수 있다. 기판 상의 채널 및 나노웰은 예를 들어 반도체 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있으며, 예를 들어 나노웰은 기판 내로 에칭될 수 있다. 센서는 테스트되는 유체 (예를 들어, 이미지 센서를 사용하는 형광 물질)에 의해 관찰될 수 있는 다양한 유형의 반응의 국소 감지를 위해, 예를 들어 기판 아래에 챔버에 인접하여 위치될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 리딩층의 배치는 예를 들어 비교적 정밀한 로봇 기계 (픽-앤-플레이스 기계라고도 함)를 사용하여 달성될 수 있으며, 그 결과 공간 (504)은 센서(104)의 활성 표면(105)의 적어도 약 절반 이상 (도 5의 예에서는 공간은 전부 또는 거의 대부분)을 차지한다.
상기 센서의 활성 표면 상의 컬럼들에 비해 센서의 양측면 상에 컬럼들의 배치는 팬-아웃 패키징 프로세스로 이루어질 수 있다. 리딩층은 센서 (104)로부터 감지 작용을 유발할 수 있는 입사광 또는 다른 파동에 대해 반응하지 않는 투명한 재료를 포함할 수 있다. 낮은 자가형광(autofluorescence)을 갖는 리딩층 또는 비-형광인 리딩층의 재료의 비제한적인 예는 글래스를 포함할 수 있으며, 예를 들어 알루미노실리케이트 글래스 (aluminosilicate glass) 또는 평판 디스플레이 글래스 (예를 들어, 코닝사의 "이글" 글래스 (“eagle" glass, available from Corning, Incorporated, Corning, New York))를 포함할 수 있다. 자가형광이 낮거나 없는 물질은 예를 들어 플로우 셀에서 임의의 형광 반응을 볼 수 있게 한다. 물질, 예를 들어 생물학적 물질 또는 화학 물질들은 센서의 활성 표면에 의한 온-칩 감지를 위한 공간 내로 안내될 수 있다.
일 실시예에서, 센서의 활성 표면은 균일한 낮은 거칠기(roughness)를 가지며, 즉 활성 표면은 가능한 한 부드러운 표면으로 형성된다. 선택적으로, 액체에 대한 다수의 채널 (506)은 공간에서 센서 위의 2차 층 (secondary layer)에 존재할 수 있다. 선택적인 2차 층은 예를 들어 센서 표면 상에 전술한 바와 같은 글래스를 포함할 수 있다. 이러한 2차 층은 센서의 활성 표면의 거칠기와 거의 동일한 거칠기를 가질 수 있고, 유체의 혼입 또는 포획 없이 유체 교환을 가능하게 하기 위한 활성 표면과의 원활한 인터페이스를 가질 수 있다.
본 발명의 장치를 제조하는 프로세스 (600)의 일례가 이제 도 6의 흐름도와 관련하여 설명될 것이다. 센서 (602)의 일례의 제조는 도 1과 관련하여 위에서 설명되었다. 그 예는 CMOS 이미지 센서에 관한 것이지만, 다른 유형의 액티브-픽셀 센서, 예를 들어 CCD 및 다른 기술, 예를 들어 NMOS 이미지 센서 기술 (live MOS 센서) 및 다양한 색상 필터를 갖는 예를 들어 마이크로컬러 스플리터를 갖는 이미지 센서가 사용될 수 있으며, 이는 다른 빛의 파장(컬러) 조합이 다른 포토사이트(photosite)를 때려 광을 회절한다는 점에서 바이어 컬러 필터 어레이(Bayer Color Filter Array)(작은 마이크로 필터 어레이)와는 다르다. Live MOS 센서는 CMOS 센서의 저전력 요구로 FFT (Full Frame Transfer) CCD 센서에 필적하는 이미지 품질을 제공하며 오랜 시간 동안 고품질 이미징 기능으로 주목된다. 각 포토 다이오드에서 해당 온-칩 마이크로 렌즈(고밀도, 고분해능 센서로 제작됨)까지의 거리를 줄여주는 단순화된 회로는 높은 입사각에서 빛이 충돌하더라도 탁월한 감도와 이미지 품질을 보장한다. 대안적으로, 기존의 또는 "off the shelf" 센서가 대신 사용될 수 있다.
상기 다이 및 센서 (604)의 배치는 준비 단계를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 리소그래피 및 도금 처리를 포함 할 수 있고, 배치는 예를 들어 정확한 로봇 시스템(픽-앤-플레이스 장치라고도 함)을 사용하여 달성될 수 있다. 그 후 센서 칩과 지지층을 결합하기 위한 패널화 단계(panelization) (606)가 수행된다. 패널화 단계는, 예를 들어 캐리어 라미네이션, 센서를 다이에 부착하는 것, 지지층 상에 다이를 위치시키는 것 및 몰딩 컴파운드로 고정, 몰딩 컴파운드의 평탄화 (또는 "탑 그라인드") 및 후면 필름 라미네이션을 포함할 수 있다. 패널화 단계 후에, 센서의 활성 표면의 사용을 최대화하기 위하여 팬-아웃 프로세스 (608)가 수행된다. 다시 말하면, 앞서 설명한 바와 같이, 리소그래피 및 도금 공정을 사용하여 센서에 대해 센서의 반대편 상에 위치되는 컬럼들 갖는 개방 공간을 형성하며, 그 후 리딩층은 예를 들어 표면 마운트 공정 (surface mount process)(610)을 사용하여 컬럼 상에 위치된다. 표면 마운트 공정에서, 리딩층은 예를 들어 전술 한 정밀 로봇 기계를 사용하여 컬럼 상에 위치되고 어떠한 방식으로 (예를 들어, 에폭시를 사용하여) 부착된다. 이러한 장치들은 인쇄 회로 기판 등에 표면-마운트 장치들을 배치하는데 사용될 수 있다. 이러한 기계는 예를 들어 리딩층의 배치에 효과를 주기 위해 3차원으로 제작된 공압 흡입 컵(pneumatic suction cups)을 사용할 수 있다.
센서의 활성 표면의 사용을 최대화할 수 있는 다른 방법은 예를 들어 리드의 외부 영역인 활성 표면을 갖는 센서를 이용하여 설계하는 것이다. 센서의 활성 표면의 사용 가능한 영역을 증가시키는 다른 예는 예를 들어 오버 몰딩 또는 게이트 몰딩 공정을 사용한 플라스틱과 같은 저가의 복합 웨이퍼 안으로 센서를 재구성하는 것을 포함한다.
제1 양태에서 설명한 것은 장치이다. 장치는 지지 구조체, 지지 구조체 상의 센서를 포함하고, 센서는 활성 표면을 포함한다. 장치는 한 쌍의 컬럼을 더 포함하고, 각각의 컬럼은 센서의 대향 측면에서 지지 구조체 상에 위치하며, 각 한쌍의 컬럼은 지지 구조체의 상부 표면에 대한 컬럼 높이를 포함하며, 컬럼 높이는 지지 구조체의 동일 상부면에 대한 센서의 활성 표면의 높이보다 더 높고, 한 쌍의 컬럼 및 활성 표면 상에 리딩층을 포함하고, 리딩층은 한 쌍의 컬럼에 의해 그 반대 단부에서 지지된다. 센서의 활성 표면, 리딩층 및 한 쌍의 컬럼은 센서의 활성 표면의 적어도 대략 절반을 초과하는 개구를 함께 형성하며, 지지 구조체, 센서, 리딩층 및 한 쌍의 컬럼은 함께 플로우 셀을 형성한다.
일 실시예에서, 컬럼의 쌍의 각각은, 예를 들면 센서의 대향 측에 하부 컬럼부와, 하부 컬럼부 위에 하부 컬럼부의 재료와 동일하거나 다른 재료일 수 있는 상부 컬럼부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 한 쌍의 컬럼은 각각 예를 들어 충전 물질을 포함할 수 있다. 충전 물질은 예를 들어 에폭시 및 플라스틱 성형 화합물 중 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 양태의 장치에서 리딩층은 예를 들어 규산 알루미늄 글래스 (aluminosilicate glass) 및 플랫 패널 디스플레이용 글래스 중 적어도 하나인 글래스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 양태의 장치의 지지 구조는, 예를 들어 유전체 층을 포함할 수 있고, 유전체층은 그 안에 하나 이상의 전도성 통로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 양태의 장치에서의 센서는, 예를 들어 CMOS 기술을 이용하여 제조된 센서 (예를 들어 상술된 CMOS 이미지 센서)와 같은 하나 이상의 반도체 재료를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 양태에 있어서의 센서의 활성 표면 상에 2차 층은, 예를 들어 채널을 포함할 수 있다.
일 예시에서, 제1 양태의 장치는 예를 들면, 생물학적 분석 및 화학 분석 중 적어도 하나를 위한카트리지의 일부일 수 있다. 이러한 카트리지는 예를 들어, DNA 시퀀싱, 예를 들어 시퀀싱 바이 신테시스 (sequencing-by-synthesis) 또는 차세대 시퀀싱 (고처리량 시퀀싱)과 같은 시퀀싱을 가능하게 하도록 사용될 수 있다. 이러한 카트리지는 유전자 분석을 가능하게 하는 데 사용될 수 있으며, 이는 생물학적 분석법을 사용하여 개체의 DNA 서열을 검사하고 이를 다른 개체의 서열 또는 기준 서열과 비교함으로써 개체의 유전자 구성 (유전자형)의 차이를 결정하는 것을 포함한다.
제2 양태에서는 방법을 서술한다. 상기 방법은 플로우 셀을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 형성 단계는 센서를 지지 구조체 상에 배치하는 단계를 포함하고, 상기 센서는 활성 표면을 포함하고, 한 쌍의 컬럼을 형성하는 단계를 포함하며, 각각의 컬럼은 상기 센서의 대향 측면에 위치하고, 각각의 한 쌍의 컬럼은 지지 구조체의 상부 표면에 대한 컬럼 높이를 포함하고, 컬럼 높이는 지지 구조체의 상부 표면에 대한 센서의 활성 표면의 높이보다 높고, 한 쌍의 컬럼의 상부 표면에 리딩층을 배치하는 단계를 포함하고, 리딩층과 한 쌍의 컬럼은 센서의 활성 표면의 적어도 약 절반 위의 공간을 형성한다.
일 실시예에서, 센서를 배치하는 단계는, 예를 들어 CMOS 기술 (예를 들어, 상술한 바와 같이 CMOS 이미지센서)을 사용하여 제조된 센서를 배치하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 양태에 따른 방법에서 한 쌍의 컬럼을 형성하는 단계는 예를 들어 상기 센서의 양 측에 하부 컬럼부를 형성하는 것과, 각 하부 컬럼부 위에 상부 컬럼부를 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 양태에 따른 방법에서 지지 구조체는 예를 들어, 유전체 층을 포함할 수 있고, 유전체층은 그 내부에 전도성 통로를 포함할 수 있다.
일 예시에서, 제2 양태에 따른 방법은 예를 들어 적어도 하나의 생물학적 및 화학적 분석을 위한프로우 셀과 카트리지를 결합하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 예시에서, 제2 양태에 따른 방법은 예를 들어 시퀀싱을 위한 플로우 셀을 사용하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 예에서, 제2 양태에 따른 방법은 예를 들어 유전자형 분석을 위한 플로우 셀을 사용하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 예에서, 제2 양태에 따른 방법에서 한 쌍의 컬럼은 예를 들어 충전 물질을 포함할 수 있다.
일 예에서, 제2 양태에 따른 방법에서 충전 물질은 예를 들어, 적어도 하나의 에폭시 및 플라스틱 몰딩 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 여러 양태들은 본 출원에 기재되고 도시되었지만, 다른 양태가 당업자에 있어서 동일한 목적을 달성하기 위하여 이용될 수 있다. 따라서, 이하의 특허 청구 범위는 이러한 모든 대안적인 양태를 포함하도록 이해될 것이다.
상술한 개념의 모든 조합들이 여기에 설명된 발명 주제의 일부인 것으로 이해될 것이다. 특히, 본 발명의 끝에서 나타내는 청구 주제의 모든 조합들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 대상의 일부인 것으로 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 지지 구조체;
    상기 지지 구조체 상의 센서;
    한 쌍의 컬럼; 및
    활성 표면 위로 상기 한 쌍의 컬럼 상의 리딩층; 을 포함하는 장치로서,
    상기 센서는 활성 표면을 포함하고,
    각 컬럼은 상기 센서의 반대편 측면에서 상기 지지 구조체 상에 위치되고, 한 쌍의 컬럼 각각은 상기 지지 구조체의 상부면에 대한 컬럼 높이를 포함하고, 상기 컬럼 높이는 상기 지지 구조체의 상부면에 대한 상기 센서의 활성 표면의 높이보다 높아서, 각 컬럼은 상기 센서의 활성 표면 상에 위치하지 않고,
    상기 리딩층은 상기 한 쌍의 컬럼에 의해 반대편 단부들에서 지지되며,
    상기 센서의 활성 표면, 상기 리딩층 및 상기 한 쌍의 컬럼은 상기 센서의 활성 표면의 적어도 절반 이상의 개구를 형성하고,
    상기 지지 구조체, 센서, 리딩층 및 한 쌍의 컬럼은 함께 플로우 셀을 형성하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 컬럼은 각각:
    상기 센서의 반대편 측면들에 하부 컬럼부; 및
    상기 각 하부 컬럼부 상의 상부 컬럼부; 를 포함하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 컬럼은 적어도 하나의 충전 물질을 포함하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 충전 물질은 에폭시 및 플라스틱 몰딩 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리딩층은 글래스를 포함하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 리딩층은 규산알루미늄(aluminosilicate) 글래스 및 플랫 패널 디스플레이 글래스 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 하나 이상의 유전체 층을 포함하고,
    하나 이상의 유전체 층 각각은 그 안에 하나 이상의 전도성 통로를 포함하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 하나 이상의 반도체 재료를 포함하는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 센서는 CMOS 기술을 이용하여 제조된 이미지 센서를 포함하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서의 활성 표면 상에 보호층은 복수의 채널을 포함하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 생물학적 분석 및 화학적 분석 중 적어도 하나를 위한 카트리지의 일부인 장치.
  12. 플로우 셀 형성 방법에 있어서,
    상기 형성 방법은:
    지지 구조체 상에 센서를 배치하는 단계;
    한 쌍의 컬럼을 형성하는 단계; 및
    상기 한 쌍의 컬럼의 상부면 상에 리딩층을 배치하는 단계; 를 포함하고,
    상기 센서는 활성 표면을 포함하고,
    상기 각 컬럼은 상기 센서의 반대편 측면들에서 위치하고, 상기 한 쌍의 컬럼 각각은 상기 지지 구조체의 상부면에 대한 컬럼 높이를 포함하고, 상기 컬럼 높이는 상기 지지 구조체의 상부면에 대한 상기 센서의 활성 표면의 높이보다 높아서, 각 컬럼은 상기 센서의 활성 표면 상에 위치하지 않고,
    상기 리딩층 및 한 쌍의 컬럼은 상기 센서의 활성 표면의 적어도 절반 이상의 공간을 형성하도록 한 쌍의 컬럼의 상부면 상에 리딩층이 배치되는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서를 배치하는 단계는 CMOS 기술을 이용하여 제조된 이미지 센서를 배치하는 것을 포함하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 컬럼을 형성하는 단계는:
    상기 센서의 반대편 측면들에 하부 컬럼부를 형성하는 것; 및
    각 하부 컬럼부 위에 상부 컬럼부를 형성하는 것; 을 포함하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 지지 구조체는 하나 이상의 유전체 층을 포함하고, 상기 하나 이상의 유전체 층 각각은 그안에 하나 이상의 전도성 통로를 포함하는 방법
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 방법은 생물학적 분석 및 화학적 분석 중 적어도 하나를 위해 상기 플로우 셀 및 카트리지를 결합하는 것을 포함하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 방법은 시퀀싱을 위해 상기 플로우 셀을 이용하는 것을 포함하는 방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 방법은 유전형 분석을 위해 상기 플로우 셀을 이용하는 것을 포함하는 방법.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 컬럼은 적어도 하나의 충전 물질을 포함하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 충전 물질은 에폭시 및 플라스틱 몰딩 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
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