TW202405186A - 具有濾光器和串擾降低介質的感測器 - Google Patents
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Abstract
本文提供了生物感測器的態樣的各種實例以及用於製造和使用生物感測器的態樣的方法。該製造方法可包括在影像感測器的表面上方形成鍺層以及在該鍺層的表面上方形成介電質堆疊。可藉由以下方法使用該生物感測器：將一或多種核酸放置在該生物感測器的反應位點中，將所述反應位點暴露於來自光源的光(例如，激發光)，經由該鍺層接收來自所述反應位點的發射光，以及基於該發射光識別該一或多種核酸的組成。
Description
本發明關於一種具有濾光器和串擾降低介質的感測器。
[相關申請案之交互參照]
本申請案主張2021年4月13日提交的美國臨時專利申請案第63/362,909號及2023年2月16日提交的美國臨時專利申請案第63/485,400號的優先權，其等全文以引用方式併入本文。
影像感測器用於生物和化學分析。各種生物或化學研究規程涉及在局部支撐表面上或預定義的反應室內進行受控反應。接著，可觀察或偵測指定反應，且後續分析可有助於識別或顯露反應中涉及之化學品的性質。例如，在一些多重測定中，具有可識別標記(例如，螢光標記)的未知分析物可以在受控條件下暴露於數千種已知探針。各已知探針可沉積至流通槽通道之對應井中。觀察在所述已知探針與所述槽內之未知分析物之間發生的任何化學反應可有助於識別或顯露分析物之性質。此類規程的其他實例包括已知的DNA定序程序，諸如合成式定序(sequencing-by-synthesis, SBS)或循環陣列定序(cyclic-array sequencing)。
在一些習知螢光偵測規程中，光學系統用以導引激發光至經螢光標記之分析物上，且亦偵測可自所述分析物發射的螢光信號。此類光學系統可包括透鏡、濾光器、及光源之配置。在其他偵測系統中，受控反應係在不需要大型光學總成來偵測螢光發射的固態成像器(例如，電荷耦合裝置(chargedcoupled device, CCD)或互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)偵測器)上直接發生。
在提供螢光偵測的一些裝置中，包括在利用若干井(例如，奈米井)或反應位點的那些裝置中，可能存在串擾的風險，其中對應於一個井或反應位點的感測器非所欲地接收來自另一個井或反應位點或一些其他來源的光。因此，包括消除或以其他方式降低此類串擾的風險的特徵可能是有益的、有利的且所欲的。在不會非所欲地增加裝置的製造成本或複雜性的情況下提供此類串擾降低特徵亦可係有益的、有利的且所欲的。
因此，出於損耗引起的串擾的降低(loss induced crosstalk reduction, LICR)的目的，在上述感測器(例如，CCD及/或CMOS)上使用包括鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x)或Si
xGe
1-x)的層可能是有益的。在本文的各種實例中，所得的感測器(例如，影像感測器)可利用鍺層作為發射濾光器(其阻擋激發光)並用於LICR。因此，在本文的實例中，在生物感測器中使用一層或多層鍺以便除LICR之外還提供半導體過濾。
因此，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供用於形成生物感測器的態樣的方法來實現如本揭示中稍後描述的益處。該方法的各種實例於下文描述，且該方法(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該方法包含：在一基板的一第一表面上形成一或多個二極體，其中該基板的該第一表面平行於該基板的一第二表面；在該一或多個二極體之間形成一或多個溝槽，該一或多個溝槽從該基板的該第一表面朝該基板的該第二表面延伸，其中該形成包含填充該一或多個溝槽以及平坦化該一或多個經填充的溝槽以形成一第一表面，該第一表面實質上平行於該一或多個二極體的一第一表面和該基板的該第一表面；去除該基板的一部分，使得該一或多個溝槽從該基板的該第一表面延伸穿過該基板至該基板的該第二表面；將一載體晶圓接合至該基板的該第二表面；在該基板的該第二表面上方形成一鍺層；及在該鍺層的一表面上方形成一介電質堆疊。
在該方法的一些實例中，形成該一或多個溝槽包含在該基板中蝕刻該一或多個溝槽。
在該方法的一些實例中，該基板包含矽。
在該方法的一些實例中，填充該一或多個溝槽包含用一或多個介電質層填充該一或多個溝槽。
在該方法的一些實例中，該介電質堆疊包含一或多個奈米井。
在該方法的一些實例中，在該基板的該第二表面上形成該鍺層包含在該基板的該第二表面上沉積鍺。
在該方法的一些實例中，用於該沉積的技術從下列組成之群組中選擇：電漿增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)、濺射、電子束蒸鍍、晶體生長和蝕刻、以及真空中的自由基活化接合。
在該方法的一些實例中，所選擇的技術是晶體生長和蝕刻，並且晶體生長和蝕刻包含以下中之一者：轉移晶圓接合或直接晶圓接合。
在該方法的一些實例中，在該基板的該第二表面上方形成該鍺層進一步包含：在該基板的該第二表面上形成一或多個第一介電質層；在該一或多個介電質層的一表面上形成該鍺層；及在該鍺層的一表面上形成一或多個第二介電質層。
在該方法的一些實例中，該基板、一或多個二極體、該載體晶圓以及該一或多個經填充的溝槽包含一感測器。
在該方法的一些實例中，該感測器包含一互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含鍺和矽。
在該方法的一些實例中，該堆疊包含：一或多個介電質層；及一與感測器相容的金屬。
在該方法的一些實例中，該鍺層執行損耗引起的串擾的降低，並在光源朝該介電質堆疊發射光時濾除激發光。
在該方法的一些實例中，基於該損耗引起的串擾的降低，相鄰像素處的信號實質上低於成對像素處的信號。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供用於形成生物感測器的態樣的方法來實現如本揭示中稍後描述的益處。該方法的各種實例於下文描述，且該方法(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該方法包含：在一影像感測器的一頂表面上方形成一鍺層；及在該鍺層的一頂表面上方形成一介電質堆疊。
在該方法的一些實例中，該介電質堆疊包含一或多個奈米井。
在該方法的一些實例中，在該影像感測器的該頂表面上方形成該鍺層進一步包含：在該影像感測器的該頂表面上形成一或多個第一介電質層；在該一或多個介電質層的一表面上形成該鍺層；及在該鍺層的一表面上形成一或多個第二介電質層。
在該方法的一些實例中，在該影像感測器的該頂表面上方形成該鍺層包含在該影像感測器的該頂表面上方沉積鍺。
在該方法的一些實例中，用於該沉積的技術從下列組成之群組中選擇：電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、濺射、電子束蒸鍍、晶體生長和蝕刻、以及真空中的自由基活化接合。
在該方法的一些實例中，所選擇的技術是晶體生長和蝕刻，並且晶體生長和蝕刻包含以下中之一者：轉移晶圓接合或直接晶圓接合。
在該方法的一些實例中，該影像感測器包含一互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
在該方法的一些實例中，該影像感測器包含具有一或多個深溝槽的一背側影像感測器。
在該方法的一些實例中，該鍺層執行損耗引起的串擾的降低，並在光源朝該介電質堆疊發射光時濾除激發光。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供用於利用一生物感測器的方法來實現如本揭示中稍後描述的益處。該方法的各種實例於下文描述，且該方法(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該方法包含：獲得一生物感測器，該生物感測器包含：在一影像感測器的一頂表面上方的一鍺層；及在該鍺層的一頂表面上方的一介電質堆疊，其中該介電質堆疊包含井和反應位點；將一或多種核酸放置在所述反應位點中；及將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，其中該光包含激發光和發射光；藉由該影像感測器經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光，該發射光，其中該鍺層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及藉由該影像感測器基於該發射光識別所述核酸的組成。
在該方法的一些實例中，該影像感測器包含一或多個二極體。
在該方法的一些實例中，經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光進一步包含：使該發射光以非垂直角度穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
在該方法的一些實例中，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含鍺和矽。
在該方法的一些實例中，該生物感測器進一步包含：該影像感測器的該頂表面上的一或多個第一介電質層；及在該鍺層的一表面上的一或多個第二介電質層。
在該方法的一些實例中，該影像感測器包含一互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含鍺和矽。
在該方法的一些實例中，該介電質堆疊包含：一或多個介電質層；及一與感測器相容的金屬。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供可用作生物感測器的設備來實現如本揭示中稍後描述的益處。該設備的各種實例於下文描述，且該設備(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該設備包含：包含鍺的一濾光層；界定複數個井的一流動通道底板，其中每個井提供一反應位點，其中該濾光層定位在流動通道底板下方，其中該濾光層連續地遍及(span)於該複數個井下方。
在該設備之一些實例中，該設備進一步包含：定位在該濾光層下方的複數個感測器，該複數個感測器中的每個感測器在一對應的井和反應位點下方置中，使得每個感測器與一對應的反應位點形成一感測對(sensing pair)。
在該設備的一些實例中，該濾光層進一步包含矽。
在該設備的一些實例中，該濾光層具有約300微米至約500微米的高度。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供用於利用一生物感測器的方法來實現如本揭示中稍後描述的益處。該方法的各種實例於下文描述，且該方法(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該方法包含：將一或多種核酸放置在一設備的反應位點中，該設備包含：包含鍺的一濾光層；界定複數個井的一流動通道底板，其中每個井提供所述反應位點中的一反應位點，其中該濾光層定位在流動通道底板下方；其中該濾光層連續地遍及(span)於該複數個井的下方；將該設備的所述反應位點暴露於來自一光源的光，其中該光包含激發光和發射光；經由該濾光層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該濾光層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及基於該發射光識別該一或多種核酸的組成。
在該方法的一些實例中，該設備包括定位在該濾光層下方的複數個感測器，該複數個感測器中的每個感測器在一對應的井和所述反應位點中的另一個反應位點下方置中，使得每個感測器與一對應的反應位點形成一感測對。
在該方法的一些實例中，該設備的該濾光層進一步包含矽。
在該方法的一些實例中，該濾光層具有約300微米至約500微米的高度。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供用於形成生物感測器的態樣的方法來實現如本揭示中稍後描述的益處。該方法的各種實例於下文描述，且該方法(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該方法包含：在一感測器的一頂表面上形成一鍺層，其中該感測器包含：包含一或多個二極體的一基板；形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；在該鍺層的一頂表面上形成一第一導電層；在該第一導電層的一頂表面上形成一第二氧化物層；在該第二氧化物層的一頂表面上形成一第二導電層；在該第二導電層的一頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該第二導電層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第二導電層的該頂表面的該第二部分、該第二氧化物層的一部分和該第一導電層的一部分上，其中該蝕刻形成一或多個溝槽，其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的一垂直軸上。
在該方法的一些實例中，該鍺層進一步包含矽，並且形成該鍺層包含將矽-鍺濺射至該第一氧化物層的該頂表面上。
在該方法的一些實例中，該一或多個溝槽包含奈米井。
在該方法的一些實例中，在一感測器的一頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該第一氧化物層的該頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；蝕刻穿過該第一氧化物層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第一氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻在該第一氧化物層中形成一或多個溝槽；在該第一氧化物層上方沉積一串擾緩解物質，其中該沉積填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽；平坦化該串擾緩解物質，使得該串擾緩解物質的一部分與該第一氧化物層的該頂表面的該第一部分形成一連續表面；及在該第一氧化物層的該頂表面上沉積一矽鍺層。
在該方法的一些實例中，該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該方法的一些實例中，該方法亦包括：在該第二導電層的該頂表面的該第一部分上形成一鈍化層。
在該方法的一些實例中，在一感測器的一頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該第一氧化物層的該頂表面上濺射一額外導電層；在該額外導電層的一第一部分上沉積光阻劑，其中暴露該第一氧化物層的該第二部分；藉由蝕刻去除該額外導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該額外導電層的該第二部分上，其中基於該去除，暴露該第一氧化物層的該頂表面和該額外導電層的該第一部分；及在該第一氧化物層的該頂表面上沉積一矽鍺層。
在該方法的一些實例中，在該感測器的一頂表面上形成該鍺層包含：在該第一氧化物層的該頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；蝕刻穿過該第一氧化物層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第一氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻在該第一氧化物層中形成一或多個溝槽；在該第一氧化物層上方沉積該鍺層，其中該沉積部分地填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽；在該鍺層上方沉積一串擾緩解物質，其中該沉積填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽的剩餘部分；及平坦化該串擾緩解物質，使得該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的該頂表面的該第一部分的一連續表面。
在該方法的一些實例中，該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該方法的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該方法包括：在該第二氧化物層的該頂表面上形成一矽層。
在該方法的一些實例中，該第一導電層和該第二導電層由金屬構成。
在該方法的一些實例中，該第一氧化物層包含導電材料。
在該方法的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供用於形成生物感測器的態樣的方法來實現如本揭示中稍後描述的益處。該方法的各種實例於下文描述，且該方法(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該方法包含：在一感測器的一頂表面上形成一鍺層，其中該感測器包含：包含一或多個二極體的一基板；形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層，其中形成該鍺層包含：在該鍺層的一頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該鍺層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該鍺的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻形成一或多個溝槽，其中所述溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的一底表面延伸至該鍺層的該頂表面的一垂直軸上；在該鍺層的一頂表面上形成一第二氧化物層；在該第二氧化物層的一頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該第二氧化物層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第二氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻形成額外的一或多個溝槽，其中該額外的一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的一垂直軸上。
在該方法的一些實例中，該方法包括：在該第二氧化物層的該頂表面上形成一矽層。
在該方法的一些實例中，在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該第一氧化物層的該頂表面上沉積矽鍺；在該矽鍺上沉積一導電層；及在該導電層的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分，並且其中該頂表面鍺層包含包含該矽鍺的一部分和該導電層的該第一部分的一表面。
在該方法的一些實例中，該方法包括：在該第二氧化物層的該頂表面上沉積一導電層；在該導電層的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分。
在該方法的一些實例中，在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該第一氧化物層的該頂表面上沉積矽鍺；在該矽鍺的該頂表面上沉積一導電層；在該導電層的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分，並且其中該鍺層的該頂表面包含該導電層的該第一部分和該矽鍺的一部分。
在該方法的一些實例中，在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該感測器的該頂表面上沉積一導電層；在該導電層的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分；及在該第一氧化物層的一部分和該導電層的該第一部分上沉積矽鍺。
在該方法的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該第一氧化物層包含導電組分。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供包含生物感測器的設備來實現如本揭示中稍後描述的益處。該設備的各種實例於下文描述，且該設備(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該設備包含：一感測器，其包含：包含一或多個二極體的一基板；形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；形成於該感測器的一頂表面上的一鍺層；形成於該鍺層的一頂表面上的一第一導電層；形成於該第一導電層的一頂表面上的一第二氧化物層；形成於該第二氧化物層的一頂表面上的一第二導電層，其中該第二導電層、該第二氧化物層和該第一導電層包含一或多個溝槽，並且其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的一垂直軸上。
在該設備的一些實例中，該鍺層進一步包含矽。
在該設備的一些實例中，該一或多個溝槽包含奈米井。
在該設備的一些實例中，該第一氧化物層包含氧化物物質和串擾緩解物質，其中該串擾緩解物質填充該氧化物物質中的溝槽結構。
在該設備的一些實例中，該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該設備的一些實例中，該設備包括：形成於該第二導電層的該頂表面的該第一部分上的一鈍化層。
在該設備之一些實例中，該鍺層包含：在該第一氧化物層的該頂表面上的一額外導電層，其中該額外導電層包含裂縫(fissure)；及在該第一氧化物層的該頂表面上的一矽鍺層。
在該設備的一些實例中，該第一氧化物層包含溝槽結構，其中該感測器的該頂表面是不平坦的表面，且形成於該感測器的一頂表面上的該鍺層包含：填充所述溝槽結構的一部分的矽鍺；及填充所述溝槽結構的剩餘部分的串擾緩解物質，其中該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的一頂表面的一部分的一連續表面。
在該設備的一些實例中，填充所述溝槽結構的剩餘部分的該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該設備的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該設備的一些實例中，該氧化物層包含導電材料。
在該設備的一些實例中，該設備包括：在該第二氧化物層的該頂表面上的一矽層。
在該設備的一些實例中，該第一導電層和該第二導電層由金屬構成。
在該設備的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該設備的一些實例中，該設備包括小於一微米的像素節距。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有小於400 nm的厚度。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有在約300 nm與約330 nm之間的厚度。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供包含生物感測器的設備來實現如本揭示中稍後描述的益處。該設備的各種實例於下文描述，且該設備(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該設備包含：一感測器，其包含：包含一或多個二極體的一基板；及形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；在一感測器的一頂表面上的一鍺層，其中該鍺層包含一或多個溝槽，該一或多個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的一底表面延伸至該鍺層的該頂表面的一垂直軸上；及在該鍺層的一頂表面上的一第二氧化物層，其中該第二氧化物層填充該鍺層中的所述溝槽，其中該第二氧化物層包含一或多個溝槽，該第二氧化物層中的每個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的一頂表面的一垂直軸上，其中該第二氧化物層中的所述溝槽暴露該鍺層的部分。
在該設備的一些實例中，該設備包括：該第二氧化物層的該頂表面上的一矽層。
在該設備的一些實例中，該設備包括：一導電層，其包含襯覆(lining)該鍺層中的該一或多個溝槽。
在該設備的一些實例中，該設備包括：該第二氧化物層的該頂表面上的一導電層。
在該設備的一些實例中，該設備包括：該感測器的該頂表面上的一導電層。
在該設備的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該設備的一些實例中，該第一氧化物層包含導電組分。
在該設備的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該設備的一些實例中，該設備包括：小於一微米的像素節距。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有小於400 nm的厚度。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有小於300 nm的厚度。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有在約300 nm與約330 nm之間的厚度。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供用於利用一生物感測器的方法來實現如本揭示中稍後描述的益處。該方法的各種實例於下文描述，且該方法(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該方法包含：將一或多種核酸放置在一感測器的反應位點中，該感測器包含：包含一或多個二極體的一基板；及形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；在該第一氧化物層的一頂表面上的一鍺層，其中該鍺層包含一或多個溝槽，該一或多個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的一底表面延伸至該鍺層的該頂表面的一垂直軸上；及在該鍺層的一頂表面上的一第二氧化物層，其中該第二氧化物層填充該鍺層中的所述溝槽，其中該第二氧化物層包含一或多個溝槽，該第二氧化物層中的每個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的一頂表面的一垂直軸上，其中該第二氧化物層中的所述溝槽暴露該鍺層的部分，其中該第二氧化物層包含井和所述反應位點；將該感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，其中該光包含激發光和發射光；藉由該一或多個二極體經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該鍺層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及基於該發射光識別所述核酸的組成。
在該方法之一些實例中，該感測器進一步包含：該感測器的該頂表面上的一導電層。
在該方法的一些實例中，經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光進一步包含：使該發射光穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
在該方法的一些實例中，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含鍺和矽。
在該方法的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法之一些實例中，該感測器進一步包含：該第二氧化物層的該頂表面上的一矽層。
在該方法之一些實例中，該感測器進一步包含：一導電層，其包含襯覆該鍺層中的該一或多個溝槽。
在該方法之一些實例中，該感測器進一步包含：該第二氧化物層的該頂表面上的一導電層。
如前所述，可克服先前技術的缺點，並且可透過提供用於利用一生物感測器的方法來實現如本揭示中稍後描述的益處。該方法的各種實例於下文描述，且該方法(包括及排除任何組合之下文列舉的額外實例(假設此等組合並非不一致))克服此等缺點。在本文的一些實例中，該方法包含：將一或多種核酸放置在一生物感測器的反應位點中，該生物感測器包含：一感測器，該感測器包含：包含一或多個二極體的一基板；及形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；形成於該感測器的一頂表面上的一鍺層；形成於該鍺層的一頂表面上的一第一導電層；形成於該第一導電層的一頂表面上的一第二氧化物層；形成於該第二氧化物層的一頂表面上的一第二導電層，其中該第二導電層、該第二氧化物層和該第一導電層包含一或多個溝槽，並且其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的一垂直軸上，其中所述溝槽包含井和反應位點；將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，其中該光包含激發光；藉由該一或多個二極體經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該鍺層過濾該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及基於該發射光識別所述核酸的組成。
在該方法的一些實例中，該鍺層進一步包含矽。
在該方法的一些實例中，該第一氧化物層包含氧化物物質和串擾緩解物質，且該串擾緩解物質填充該氧化物物質中的溝槽結構。
在該方法的一些實例中，該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該方法的一些實例中，該生物感測器進一步包含：形成於該第二導電層的該頂表面的該第一部分上的一鈍化層。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含：在該第一氧化物層的該頂表面上的一額外導電層，其中該額外導電層包含裂縫(fissure)；及在該第一氧化物層的該頂表面上的一矽鍺層。
在該方法的一些實例中，該第一氧化物層包含溝槽結構，其中該感測器的該頂表面是不平坦的表面，且形成於該感測器的一頂表面上的該鍺層包含：填充所述溝槽結構的一部分的矽鍺；及填充所述溝槽結構的剩餘部分的串擾緩解物質，其中該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的一頂表面的一部分的一連續表面。
在該方法的一些實例中，填充所述溝槽結構的剩餘部分的該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該方法的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該氧化物層包含導電材料。
在該方法的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光進一步包含：使該發射光穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
在該方法的一些實例中，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
透過本文所述之技術實現額外特徵。本文中詳細描述其他實例及態樣，並且視為所主張態樣之一部分。本揭露之這些及其他目的、特徵、及優點將自下文結合附圖的本揭露之各種態樣的實施方式而變得顯而易見。
應理解，下文更詳細討論的前述態樣及額外概念的全部組合(假設此類概念並未相互不一致)被設想為係本發明標的之一部分，並達成本文所揭示的優點。
隨附圖式進一步繪示本實施方案，並連同該實施方案之詳細說明一起用於解釋本實施方案之原理，其中在整份分開之視圖中，相似元件符號係指相同的或功能上類似的元件，並且所述元件符號併入本說明書並形成本說明書之一部分。如所屬技術領域中具有通常知識者所理解的，隨附圖式係為了易於理解而提供，並繪示本實施方案的某些實例的態樣。該實施方案不限於圖式中所描繪之實例。
於本文中廣義地定義用語「連接(connect)」、「經連接(connected)」、「接觸(contact)」、「經耦接(coupled)」、及/或類似者以涵蓋各種的相異配置及組裝技術。此等配置及技術包括但不限於：(1)直接接合一組件與另一組件，其等之間沒有中介組件(即，所述組件直接實體接觸)；及(2)接合一組件與另一組件，其等之間有一或多個組件，前提在於「經連接至」或「接觸」或「經耦接至」其他組件的一組件係以某種方式(例如，電氣地、流體地、實體地、光學地等)與其他組件進行操作通訊(operative communication)(儘管其等之間存在一或多個額外組件)。應理解，彼此直接實體接觸的一些組件可或可能不彼此電接觸及/或流體接觸。此外，經電連接、電耦接、光學連接、光學耦接、流體地連接、或流體地耦接的兩個組件可或可能不直接實體接觸，且一或多個其他組件可定位在其等之間。
如本文中所使用，用語「包括(including)」及「包含(comprising)」意指相同的事物。
可在本揭露(包括申請專利範圍)全文中使用之用語「實質上(substantially)」、「大約(approximately)」、「約(about)」、「相對(relatively)」、或其他此類類似用語用以描述且考量諸如由於處理變化而自參考或參數的小波動。此類小波動亦包括自參考或參數的零波動。例如，其等可係指小於或等於±10%，諸如小於或等於±5%，諸如小於或等於±2%，諸如小於或等於±1%，諸如小於或等於±0.5%，諸如小於或等於±0.2%，諸如小於或等於±0.1%，諸如小於或等於±0.05%。若本文中所使用，用語「實質上(substantially)」、「大約(approximately)」、「約(about)」、「相對(relatively)」、或其他此類類似用語亦可係指無波動，亦即，±0%。
如本文中所使用，「流通槽(flow cell)」可包括一裝置，該裝置可選地具有延伸於一反應結構上方的一蓋以在其等之間形成與該反應結構之複數個反應位點(例如，奈米井)連通的一流道，且可可選地包括偵測裝置，該偵測裝置偵測出發生在所述反應位點或接近所述反應位點的指定反應。一流通槽可包括一固態光偵測或「成像」裝置，諸如一電荷耦合裝置(charge-coupled device, CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)(光)偵測裝置。例如，感測器系統的影像感測器結構可以包括設置在基底基板上的影像層。影像層可係一介電層(諸如SiN)，並可含有經設置於其中之光偵測器的一陣列。如本文中所使用之一光偵測器可係例如半導體(諸如光二極體、互補金屬氧化物半導體(CMOS)材料、或兩者)。光偵測器偵測從螢光標記發射的發射光的可見光子，所述螢光標記附接至支撐在例如奈米井中的反應位點中或反應位點上的股。基底基板可係玻璃、矽、或其他類似材料。作為另一具體實例，一流通槽可流體地與電耦接至一匣(其具有一整合泵)，該匣可流體地及/或電耦接至生物檢定系統。一匣及/或生物檢定系統可根據預定規程(例如，合成式定序)遞送一反應溶液至一流通槽之反應位點，並且執行複數個成像事件。例如，一匣及/或生物檢定系統可導引一或多種反應溶液通過該流通槽之該流道，及藉此沿著所述反應位點。所述反應溶液之至少一者可包括具有相同或不同螢光標記的四種類型的核苷酸。在一些實例中，所述核苷酸鍵結至該流通槽的反應位點，諸如鍵結至在所述反應位點處的對應寡核苷酸。在此等實例中，該匣及/或生物檢定系統接著使用激發光源(例如，固態光源，諸如發光二極體(LED)及雷射)來照射反應位點。在一些實例中，激發光具有一或多個預定波長，其包括一波長範圍。由該入射激發光所激發的螢光標記可提供可藉由該流通槽的所述光感測器偵測的發射信號(例如，與激發光不同且可能彼此不同的一或多個波長的光)。
本文中所述之流通槽執行各種生物或化學程序。更具體而言，本文所述之流通槽可用在其中希望偵測指示指定反應之事件、性質、品質、或特性的各種程序及系統中。例如，本文所述的流通槽可包括光偵測裝置、感測器(包括但不限於生物感測器及其等之組件)、及與感測器(包括生物感測器)操作的生物檢定系統，或可與光偵測裝置、感測器、及生物檢定系統整合。
所述流通槽促進可個別或共同偵測之複數個指定反應。所述流通槽執行許多循環，其中該複數個指定反應平行發生。例如，所述流通槽可用以透過酶促操作(enzymatic manipulation)及光或影像偵測/獲取之疊代循環來定序密集DNA特徵陣列。如此，所述流通槽可與一或多個微流體通道流體連通，該一或多個微流體通道在一反應溶液中遞送試劑或其他反應組分至所述流通槽的一反應位點。所述反應位點可以一預定方式(諸如依一均勻或重複的圖案)提供或間隔開。替代地，所述反應位點可隨機分布。所述反應位點之各者可與一或多個光導及偵測來自相關聯之反應位點之光的一或多個光感測器相關聯。在一實例中，光導包括用於過濾某些波長之光的一或多個濾光器。所述光導可係例如吸收濾光器(例如，有機吸收濾光器)，使得濾光材料吸收一定波長(或波長範圍)且允許至少一個預定波長(或波長範圍)通過其。在一些流通槽中，所述反應位點可位於反應凹部或腔中，所述反應凹部或腔可至少部分地區分於其中之指定反應。
如本文中所使用，「指定反應(designated reaction)」包括所關注化學或生物物質(諸如所關注分析物)之化學、電氣、物理或光學性質(或品質)中之至少一者的變化。例如，在特定流通槽中，指定的反應為肯定結合(positive binding)事件，諸如螢光標記生物分子與所關注分析物的結合。更一般而言，指定的反應可為化學轉變、化學變化、或化學交互作用。指定的反應亦可係電性質之變化。在特定流通槽中，指定的反應包括螢光標記分子與分析物結合。該分析物可係寡核苷酸，且經螢光標記的分子可係核苷酸。當一激發光經導引朝向具有經標記核苷酸的寡核苷酸時，可偵測出指定的反應，且螢光團發射一可偵測的螢光信號。在流通槽之另一實例中，所偵測到之螢光係化學發光或生物發光之結果。指定的反應亦可例如藉由使一供體螢光團鄰近一受體螢光團而增加螢光(或福斯特)共振能量轉移(fluorescence (or Förster) resonance energy transfer, FRET)，藉由分離供體螢光團及受體螢光團而減少FRET，藉由分離淬滅體(quencher)與螢光團而增加螢光，或藉由使淬滅體與螢光團共同位於同處而減少螢光。
如本文中所使用，「電耦接(electrically coupled)」及「光學耦接(optically coupled)」分別係指電源、電極、基板之導電部分、液滴、導電跡線、線材、波導、奈米結構、其他電路區段及類似者之間的電能與光波之轉移。用語電耦接(electrically coupled)及光學耦接(optically coupled)可連接直接或間接連接而利用，並可穿過各種中間物(諸如流體中間物、氣隙、及類似者)。
如本文中所使用，「反應溶液(reaction solution)」、「反應組分(reaction component)」或「反應物(reactant)」包括任何可用以獲得至少一種指定反應之物質。例如，潛在反應組分包括例如試劑、酶、樣本、其他生物分子、及緩衝溶液。所述反應組分可在一溶液中遞送至在本文所揭示之流通槽中的一反應位點及/或固定在一反應位點處。所述反應組分可直接或間接與另一物質交互作用，諸如固定在流通槽之一反應位點處的所關注分析物。
如本文中所使用，用語「反應位點(reaction site)」係其中至少一指定反應可發生的一局部區域。在本文所述之生物感測器的上下文中，反應位點也可稱為奈米井。一反應位點可包括其中一物質可固定在其上的一反應結構或基板的支撐表面。例如，一反應位點可包括其上具有反應組分(諸如其上之核酸群體(colony))的一反應結構(其可定位於一流通槽的一通道中)的一表面。在一些流通槽中，該群體中之所述核酸具有相同序列(其係例如單股或雙股模板的無性複製(clonal copy))。然而，在一些流通槽中，一反應位點可僅含有例如單股或雙股形式的單一核酸分子。
用語「作用表面(active surface)」及「作用區域(active area)」在本文中用來表徵反應結構的用於支持一或多個指定反應的表面或區域。在本揭露通篇中，由於晶粒可包括感測器且晶粒係從晶圓製造，用語晶粒及晶圓亦參考本文中的某些實例使用。用詞晶圓(wafer)及基板(substrate)在本文中亦可互換地使用。
本文中所描述之實例可用於各種生物或化學程序及系統以用於學術或商業分析。更具體而言，本文所述之實例可用在其中希望偵測指示指定反應之事件、性質、品質、或特性的各種程序及系統中。例如，本文中所描述之實例包括匣、生物感測器、及其等組分以及與匣及生物感測器操作之生物檢定系統。在特定實例中，匣及生物感測器包括流通槽及一或多個影像感測器，其等在實質上一體式結構中耦接在一起。
生物檢定系統經組態以執行可個別或共同偵測之複數個指定反應。生物感測器及生物檢定系統可經組態以執行許多循環，其中該複數個指定反應平行發生。例如，生物檢定系統可用以透過酶促操作(enzymatic manipulation)及影像獲取之疊代循環來定序密集DNA特徵陣列。替代地，不用疊代循環，而是可使用生物檢定系統以利用連續觀察而不需要逐步酶促作用來對DNA特徵的密集陣列進行定序。匣及生物感測器可包括將試劑或其他反應組分遞送至井或反應位點的一或多個微流體通道。本文所討論的一些實例利用井及/或奈米井作為反應位點。然而，如本文所用，用語「反應位點」不限於井或奈米井，並涵蓋本文所述所述實例的表面上的各種結構。
在一些實例中，井或反應位點跨實質上平坦表面隨機分布。例如，井或反應位點可具有不均勻分布，其中一些井或反應位點比其他井或反應位點更靠近彼此定位。在其他實例中，井或反應位點係以預定方式跨實質上平坦表面圖案化。所述井或反應位點之各者可與偵測來自相關聯反應位點之光的一或多個影像感測器相關聯。在又其他實例中，所述井或反應位點可位於反應室中，所述反應室區分其中之指定反應。
在一些實例中，影像感測器可偵測自井(例如，奈米井)或反應位點發射之光，且指示自井或反應位點發射並由個別影像感測器偵測到之光子的信號可稱為彼等感測器的照明值。這些照明值可組合成一影像，該影像指示自井或反應位點所偵測到的光子。此一影像可稱為原始影像。類似地，當影像包含已處理之值(以諸如針對串擾進行運算校正)而非包含由個別影像感測器直接偵測到之值時，則該影像可稱為銳化影像。
在一些實例中，影像感測器(例如，光二極體)係與對應井或反應位點相關聯。與一反應位點相關聯之影像感測器經組態以在指定反應已發生在該相關聯反應位點處時，偵測來自該相關聯反應位點的光發射。在一些情況下，複數個影像感測器(例如，攝影機裝置之數個像素)可與單一反應位點相關聯。在其他情況下，單一影像感測器(例如，單一像素)可與單一反應位點相關聯，或與一群組之井或反應位點相關聯。影像感測器、反應位點、及生物感測器之其他特徵可經組態使得至少一些光被影像感測器直接偵測到而未經反射。
根據上下文，用語「影像感測器(image sensor)」在本文中可互換地用來指個別像素/光二極體的一陣列及/或(該陣列所包含的)一個別的光感測器或像素。在本文所述的所述實例的上下文中，陣列形式的影像感測器產生信號。本文實例中所討論的可包括影像感測器的感測器可包括前側照明感測器(FSI)和背側照明感測器(BSI)。
如本文中所使用，用語「相鄰(adjacent)」在關於兩個井或反應位點使用時，意指在該兩個井或反應位點之間無其他反應位點。用語「相鄰(adjacent)」可在關於相鄰偵測路徑及相鄰影像感測器使用時，具有類似的意義(例如，相鄰影像感測器之間無其他影像感測器)。在一些情況下，反應位點可不與另一個反應位點相鄰；但仍可在該另一反應位點的緊鄰區域內。當來自第一反應位點的螢光發射信號被與第二反應位點相關聯之影像感測器偵測到時，第一反應位點可能緊鄰在第二反應位點附近。更具體而言，當與第二反應位點相關聯的影像感測器偵測到例如來自第一反應位點的串擾時，第一反應位點可能緊鄰在第二反應位點附近。相鄰井或反應位點可係連續的使得其等彼此抵靠，或相鄰位點可係非連續的而具有中介或間隙空間在其等之間。
如本文所用，用語「串擾(crosstalk)」是指在傳輸系統的一個電路或通道上傳輸的信號在另一個電路或通道中產生非所欲影響的任何現象。串擾通常是由從一個電路或通道至另一個電路或通道的非所欲電容、電感或導電耦合引起的。串擾可能是結構化電纜、音頻電子器件、積體電路設計、無線通訊和其他通訊系統中的重要問題。在本文的某些實例的上下文中，串擾包括來自給定反應位點的到達不與反應位點形成感測對的光感測器或像素的光信號的比例。在各影像感測器代表單一像素的實例中，串擾可被理解為意指到達中心像素以外的所有像素的光學信號的比例。串擾會導致衰減或信號損失。另外，串擾增加反應中心緊鄰區域內的像素中的雜訊。
如本文所用，用語損耗引起的串擾的降低(loss-induced crosstalk reduction)或「LICR」是指原本可能導致串擾的光的定制吸收。雖然某些LICR特徵可能不消除串擾，如本文中所討論，但它們可將串擾降低至可通過常規影像處理技術對任何剩餘串擾進行計算校正的程度(其中在沒有本文所述之LICR特徵的情況下，單獨使用此類影像處理技術可能是不夠的)。基於LICR，相鄰像素處的信號實質上低於成對像素處的信號。
如本文所用，用語「發射濾光器(emission filter)」是指適當地防止/阻擋激發波長透射同時適當地允許發射波長透射的濾光器。例如，發射濾光器可以是在螢光顯微術和光譜應用中通常用於選擇來自光源的光的激發波長的高品質光學玻璃濾光器。激發波長是激發光譜中的波長，是將能量添加至螢光染料，使其發射光波長(例如，發射光譜)的光波長範圍。
用語化學氣相沉積(CVD)是指用於生產高品質和高效能固體材料(在本文的一些實例中包括膜)的真空沉積方法。在一些實例中，將基板(例如，矽晶圓)晶圓(基板)暴露於一或多種揮發性前驅物，所述揮發性前驅物在基板表面上反應及/或分解以產生所需的沉積物。如本文所討論，電漿增強化學氣相沉積(PECVD)是用於在基板上從氣態(蒸氣)至固態沉積薄膜的化學氣相沉積程序。在本文的實例的上下文中，CVD及/或特別是PECVD用於在所討論的某些設備上沉積具有低折射率的氧化物層(也稱為低折射率氧化物層，例如SiO(一氧化矽))。本說明書亦包括對高折射率氧化物材料的引用，其是指具有高折射率的材料，包括但不限於SiN(氮化矽)。
用語化學機械拋光或平坦化(chemical mechanical polishing or planarization, CMP)是應用於選擇性地去除材料的程序(拋光和平坦化都是涵蓋性用語下的選項)，用於形貌平坦化和裝置結構形成。CMP使用化學氧化和機械研磨來去除材料並實現平坦化。在一些實例中，CMP包括使用含有獨特化學配方和大量磨料顆粒的漿料進行化學反應和機械研磨。在拋光期間，生成化學反應產物和機械磨損碎屑。漿料顆粒和拋光副產物被壓在晶圓表面上。在將晶圓從拋光機轉移至清潔器期間，污染物附著至晶圓表面上。此程序可包括對經拋光及/或平坦化的表面進行清潔，以去除包括有機殘留物的顆粒。本文揭示的某些工作流程結合了CMP態樣，以使表面平坦化。例如，在沉積成高縱橫比形貌之後，CMP可用於本文的實例中，其可影響沉積的頂部膜(即，層)的形貌。然而，即使結合至本文的實例中時，在一些情況下，此態樣也可省略。
本文中的各種實例包括一鍺層。特定地，一些實例提及了矽鍺SiGe。此實例是出於說明性目的而提供的，並且在各種實例中所提及的鍺層可包含矽鍺、Si(x)Ge(1-x)或Si
xGe
1-x。
下文參考圖式，所述圖式出於易於理解的目的而未按比例繪製，其中在整份不同圖式中使用相同參考符號，在一些情況下，以指定相同或相似組件。某些實例之以下詳細描述當結合附圖閱讀時將更好地理解。在圖式繪示各種實例之功能方塊的圖之情況下，功能方塊不必然指示硬體組件之間的分界。因此，例如，功能方塊中之一或多者(例如，處理器或記憶體)可以單件硬體(例如，通用信號處理器或隨機存取記憶體、硬碟、或類似者)實施。類似地，程式可係獨立的程式、可被併入作為作業系統中的次常式、可係所安裝之套裝軟體中的功能、及類似者。各種實例不限於圖式中所示之配置及工具。
期望降低感測器中的串擾，包括在流通槽中使用的生物感測器中的串擾，因為串擾不利地影響效能。可在具有影像感測器的設備(諸如流通槽)中減少串擾的習知方式是通過在感測器中嵌入各種光導(包括但不限於簾結構、光管及/或光波導及/或微透鏡)來物理地限制光的傳輸。這些結構將從一對應反應位點發射的光直接向下導向與該反應位點形成一感測對的一影像感測器。如本文將參考圖1所描述，這些結構通過物理地阻擋光以提供光的定制吸收(否則可能導致串擾)來降低串擾。如稍後實例中所討論的LICR層的情況，圖1中的物理結構可降低串擾。
由於與包括用於降低串擾的結構元件(例如，簾結構、光管及/或光波導)的感測器裝置相關聯的製造複雜性和結構限制，期望提供一種生物感測器版本，其適當地防止或降低光學串擾的發生，而不會出現與這些結構相關聯的製造複雜性和費用並且不約束感測器的某些參數，包括節距距離，這將在本文中討論。不是將有時複雜的結構整合至感測裝置中以降低串擾，諸如前述的簾結構、光管及/或光波導，其增加感測器裝置的成本和複雜性，而是在本文中也稱為生物感測器的感測器裝置的實例中包括可提供LICR及/或發射濾光器的至少一個鍺層。整合至本文所述之生物感測器中的LICR特徵諸如鍺層不會完全消除串擾，而是提供原本可能導致串擾的光的定制吸收。LICR實例適當地防止或降低光學串擾的發生，而不會出現與結構元件(例如，簾結構、光管及/或光波導)相關聯的製造複雜性和費用，並且不限制生物感測器中節距距離的減小。利用層而不是諸如圖1中的結構來降低串擾，提供了在x-y平面中均勻的毯覆。
如圖1所討論，結構串擾降低元件(例如，簾結構、光管及/或光波導)必須具有給定的高度以發揮作用(即，降低或消除串擾)，從而賦予生物感測器特定的節距最小值、藉由消除這些結構而避免的要求。
本文描述了感測器裝置(例如，生物感測器)的實例的結構、使用這些感測器裝置的方法以及製造這些感測器裝置的方法，這些感測器裝置包括用於LICR並作為發射濾光器的至少一個鍺層。本文中的製造實例包括生物感測器，其包括來自現成的感測器組件諸如現成的CMOS的生物感測器，以及包括涉及形成定制感測器或CMOS的方法。如上所述，利用具有用於LICR的鍺層而不是複雜結構(例如，簾結構、光管及/或光波導)的感測器裝置可降低基於感測器的定序器的開發成本和周轉時間，所述定序器包括但不限於基於CMOS的定序器。當與具有前述鍺層的生物感測器的製造方法相比時，用於製造具有簾結構、光管及/或光波導的感測器的製造方法涉及高程度的定制、成本增加，並且從效能角度來看，增加了提高反應位點密度的困難。
為了對比而利用跨越生物感測器高度的結構元件來降低串擾的現有生物感測器和利用鍺層進行LICR並作為發射濾光器的本文實例，圖1至圖3繪示了各種生物感測器構形。圖1繪示了生物感測器100的實例，其包括用於降低串擾的複雜結構(例如，簾結構、光管及/或光波導)。圖2繪示了生物感測器200的構形，其消除了圖1的生物感測器100中用於降低串擾的複雜結構，並且大致介紹了使用有損耗材料作為發射濾光器並作為降低串擾的介質。圖3至圖5繪示了包括鍺的生物感測器300的實例，鍺作為用於LICR的材料並作為發射濾光器。
圖1是藉由簾結構處理串擾降低的感測器裝置的實例。圖1繪示了生物感測器100，其包括界定複數個井112的流動通道底板110，每個井112提供一反應位點114。底板110下方的基底120界定複數個光導130，其中各光導130經定位在對應的反應位點114下方。各光導130含有濾光材料132。各光導130在此實例中亦具有錐形輪廓，使得光導130之上區域比光導130之下區域寬，其寬度從上區域線性地變窄至下區域。
當生物感測器100暴露於激發光101(例如，如一或多個光源所產生)時，激發光101使反應位點114處之螢光團發射光111。濾光材料132濾掉激發光101，而不濾掉發射光111。在核酸處於反應位點114處之情況下，發射光111可指示此類核酸之組成。影像感測器150定位在各光導130下方，且經組態以經由對應的光導130接收自對應反應位點114發射之光111。因此，各影像感測器150與直接對準於(例如，定位在正上方)該影像感測器150的反應位點114形成一「感測對」。在各影像感測器150代表單一像素的版本中，與一反應位點114形成一感測對之影像感測器150可稱為與該反應位點114相關聯之「中心像素」；而與中心像素相鄰的影像感測器150可被稱為「鄰域像素」。類似地，不與給定反應位點114形成一感測對之影像感測器150可稱為相關於該反應位點114的「相鄰感測器」。
在一些其他實例中，單一影像感測器150可透過多於一個光導130及/或從多於一個反應位點114接收光子。在此類版本中，可將直接對準於(例如，定位在正下方)反應位點114之單一影像感測器150的特定區域稱為與該反應位點114形成一「感測對」。
如圖1所示，生物感測器100提供各影像感測器150及與該影像感測器150形成一感測對的反應位點114下方的區域中之底板110之底側之間的高度距離(H)。在此實例中，此高度距離(H)代表基底120的厚度。僅舉例來說，此高度距離(H)可在約2微米至約4微米的範圍內；或者可以是約3.5微米。替代地，生物感測器100可提供任何其他合適的高度距離(H)。如圖1所示，生物感測器100提供界定在影像感測器150之中心軸與各相鄰影像感測器100之間的節距距離(P)。此節距距離(P)亦表示井112之中心軸與各相鄰井112之間的距離。僅舉例來說，此節距距離(P)可在約0.7微米至約2.0微米的範圍內；或者可以是約1微米。替代地，生物感測器100可提供任何其他合適的節距距離(P)。
圖1中描繪的生物感測器100包括複數個屏蔽物或簾140。各簾140圍繞一對應的光導130，並延伸基底120之全部垂直高度，使得各簾140自對應影像感測器150延伸至底板110。簾140因此界定沿著基底120之寬度的中斷。簾140亦完全包含濾光材料132的對應體積，使得濾光材料132沒有任何部分是遍及基底120之全部寬度。此實例之簾140由諸如金屬之不透明材料形成或以其他方式包括不透明材料，但簾140可替代地由其他材料或材料之組合形成或以其他方式包括其他材料或材料之組合。簾140經組態以適當地防止在一個反應位點114處發射的光111到達位於另一反應位點114正下方的影像感測器150。換言之，簾140防止或適當地減少在反應位點114處發射的光111到達不與所述反應位點114形成感測對的影像感測器150的量。這些簾140因此界定光管或光波導，確保在給定反應位點114處發射的所有光111的大部分至多僅被與所述反應位點114形成感測對的影像感測器150接收。如此，簾140可防止或適當地降低生物感測器100內的光學串擾的發生。此串擾包括從給定反應位點114到達不與所述反應位點形成感測對影像感測器150的光信號的比例。在各影像感測器150代表單一像素的版本中，串擾可被理解為意指到達中心像素以外的所有像素的光學信號的比例。
將簾140整合至生物感測器100中可藉由適當地防止在反應位點114處發射的光111到達不與反應位點114形成感測對的影像感測器150而有效地防止生物感測器100內的光學串擾。然而，如上文大致所述以及在此非限制性實例中所展示，在生物感測器100中包括簾140往往會增加生物感測器100的製造過程的複雜性和費用，尤其是在簾140延伸穿過生物感測器100的整個高度距離(H)的情況下。此類複雜性及費用可至少部分地歸因於簾140具有次微米特徵尺寸(在x-y平面中)及數微米厚度(在z方向上)。此複雜性與費用亦可至少部分地歸因於將濾光材料460單獨地施用於各個別光導462內。
此外，可能期望最小化生物感測器100中的節距距離(P)，以便最大化生物感測器100中的反應位點114的總數(例如，最大化生物感測器100中的反應位點114的密度)；並且由於簾140佔據生物感測器中的物理空間，因此生物感測器100中簾140的存在可限制生物感測器100中節距距離(P)的減小。因此，若消除簾140，則可以減小生物感測器100中的節距距離(P)。
圖2繪示了生物感測器200的實例，其缺少用於管理串擾的跨越其高度的結構元件，諸如圖1的生物感測器100中的簾140。此實例之生物感測器200包括界定複數個井212之流動通道底板210，其中各井212提供一反應位點214。濾光材料層232定位在流動通道底板210下方。複數個影像感測器250定位在濾光材料層232下方。每個影像感測器250在對應的井212和反應位點214下方垂直置中，使得每個感測器250與對應的反應位點214(例如，奈米井)形成感測對。在此實例中，生物感測器200中之濾光材料層232有效地形成生物感測器100中之基底120之結構等效物。濾光材料層232遍及(span)生物感測器200之全部高度距離(H)及寬度距離(W)。換言之，濾光材料層232不間斷地或連續地遍及(span)於井212和反應位點214下方。
當生物感測器200暴露於激發光201(例如，如一或多個光源所產生)時，激發光201使反應位點214處之螢光團發射光211。在核酸處於反應位點214處之情況下，發射光211可指示此類核酸之組成。影像感測器250經由濾光材料層232接收自反應位點214發射之光211。濾光材料層232濾掉激發光201而不濾掉發射光211。如本文將討論的，包括在圖3中，濾光材料可包括鍺。如圖所示，濾光材料層232防止實質上所有波長的激發光201的大量透射，同時允許一些波長的發射光211的一部分透射。在一些實例中，透射比例為約0.01%至約10%。
由於圖2所示之實例的生物感測器200沒有類似簾140之光阻斷特徵，且由於濾光材料層232未經組態以濾波發射光211，故來自任何給定的反應位點214的發射光211可到達不與反應位點214形成一感測對之一或多個影像感測器250。換言之，來自任何給定反應位點214的發射光211可到達不在反應位點214正下方之一或多個影像感測器250。因此，生物感測器200產生串擾，這是因為來自給定反應位點214的發射光211以非垂直角度傳播通過濾光材料層232，以到達不與反應位點214形成一感測對之各種影像感測器250。換言之，生物感測器200產生作為來自給定反應位點214的發射光211的串擾。發射光211以非垂直角度穿過濾光材料層232傳播，到達不在反應位點214正下方的影像感測器250。圖2繪示了沿著光學路徑發生的此類串擾，該光學路徑具有長度(
r)並界定與垂直於接收光211的影像感測器250的軸215的角度(θ)。
在生物感測器200之影像感測器250上之來自發射自單一反應位點214的光211的光學信號的分佈可定義為點擴散函數(point-spread function, PSF)。因此，PSF可表示生物感測器200內發生之串擾程度。PSF可取決於高度與節距比(HIP)，如以下等式I所示：
(I)
其中「PSF」係點擴散函數；
「
r」是從其發射光211的反應位點214之間的光學路徑的長度；
「θ」係在軸215與「
r」之光學路徑之間界定的角度，該軸正交於接收發射光211的影像感測器250；且
「H」是濾光材料層232的高度。
圖3繪示了生物感測器300，其可用作次微米節距影像感測器，其中濾光層332由鍺(例如，鍺、矽鍺、Si(x)Ge(1-x))構成。鍺層332遍及生物感測器300的整個高度距離(H)和寬度距離(W)。此實例的生物感測器300包括界定複數個井312(例如，奈米井)的流動通道底板310，每個井312提供一反應位點314。包括鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))的濾光材料層332定位在流動通道底板310下方。換言之，鍺層332不間斷地或連續地遍及於複數個井312下方。在一些實例中，包括鍺的此層具有約200奈米至約500奈米的高度(H)。
在此非限制性實例中，反應位點314和井312由複數個氧化物層及/或另一種介電質材料(例如，NiO、SiO2、五氧化二鉭、Si3N4等)328以及感測器(例如，CMOS)相容金屬(例如，鋁、鉭等)326構成。舉例來說而非強加或暗示任何限制，相容金屬326可為約200 nm至約500 nm。
影像感測器355(例如，具有深溝槽的背側影像感測器)定位在包括鍺的層332下方。此層332同時用作濾光層和LICR層。在此實例中，在層332與感測器355之間是隔離氧化物及/或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)324的一或多個層。隔離氧化物及/或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)的一或多個層324也位於層332與複數個氧化物層及/或另一種介電質材料(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二鉭等)層328以及感測器(例如，CMOS)相容金屬(例如，鋁、鉭等)326之間，在後者的基底下方。儘管未在圖3中描繪，但在一些實例中，如先前在圖2中所示，感測器355可包含一或多個感測器，其在對應井312及反應位點314下方垂直置中，使得每個感測器與對應反應位點314形成感測對。
當生物感測器300暴露於激發光301(例如，如一或多個光源所產生)時，激發光301使反應位點314處之螢光團發射光311。在核酸處於反應位點314處之情況下，發射光311可指示此類核酸之組成。影像感測器355經由濾光材料層332接收從反應位點314發射的光。濾光材料層332濾除激發光301，而實質上不濾除發射光。濾光材料層332適當地防止實質上所有或所有波長的激發光301的透射，同時允許所有或實質上所有波長的發射光的透射。與圖3的生物感測器的情況一樣，發射自單個反應位點314的光的光學信號在生物感測器300的影像感測器355上的分佈可被定義為點擴散函數(PSF)。
如上文所討論，消除用於降低或消除串擾的複雜結構諸如圖1的簾140(其界定光管或光波導)的優點是能夠更容易地管理及/或定制節距距離(P)。在圖3的生物感測器300中，節距距離(P)代表井312的中心軸與相鄰的井312之間的距離。雖然圖1中繪示的具有複雜結構元件的生物感測器100的節距距離可在約0.7微米至約2.0微米的範圍內，包括約1微米，但在不存在這些結構約束的情況下，僅作為實例，諸如圖3中的生物感測器300的節距距離(P)可在約0.55微米至約0.7微米的範圍內。
圖4是包含由鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))構成的濾光層432的生物感測器400的實例，但圖4是生物感測器400的橫截面。從該角度可見的是一或多個隔離氧化物及/或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)層424以及由複數個氧化物層及/或另一種介電質材料的層(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二鉭等)428以及感測器(例如，CMOS)相容金屬(例如，鋁、鉭等)426構成的反應位點414和井412。如參考圖3所述，在生物感測器400的此實例中，影像感測器455經由濾光材料層332接收從反應位點314發射的光。在非限制性實例中，如在此截面圖中所見的井412的寬度(w)為約0.4微米。
如上所述，圖5也是生物感測器500的實例，其包含由鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))構成的濾光層，但考慮到此圖為俯視圖，所以此層從此角度是不可見的。然而，從圖5的視圖中可見的是反應位點514和井512以及多個氧化物層及/或另一種介電質材料的層(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二鉭等)528。另外，圖4中可見的井412的寬度(w)也作為圖5中的井512的寬度(w)可見。在非限制性實例中，如在此截面圖中所見的井512的寬度(w)為約0.4微米。
鍺和包括鍺的複合材料可有效地在生物感測器中用於LICR並作為發射濾光器，這至少是因為鍺和矽鍺的特性(包括這些材料的吸收係數)有利於該用途。圖6至圖7展示了鍺和包括鍺的某些材料的吸收態樣，當將鍺整合至生物感測器中時，其使得鍺能夠降低串擾以及提供發射濾光器。
首先轉向圖6，此圖繪示了鍺如何在紅色與綠色之間具有非常高的吸收差，如以下等式II所表示，
(II)
在等式II中，QE是發射或激發波長。因此，QE
紅是紅色的發射波長，而QE
綠是綠色的激發波長。H代表鍺的厚度，並且
。
因此，H(鍺的厚度)可由等式III表示。
(III)
因此，當比較紅色和綠色的吸收時，其大於10
5，如以下等式IV所示。
(IV)
當此非限制性實例中的計算完成時，發現厚度H大於360奈米，如下文結果V中所示。
(V)
基於激發波長QE(例如，綠色和藍色)與發射波長QE(例如，紅色)之間的關係來選擇在本文所述之生物感測器的各種實例中使用的鍺層的厚度。為了最佳化本文所述之生物感測器的一些實例的功能性，鍺層將增大紅色QE且減小藍色和綠色QE。為了易於製作並結合效能增益的目的，期望利用提供足夠高的
比率的最低厚度的層來用作有效的發射濾光器。較高的厚度可改善
但會降低
的絕對量，其會不利地影響生物感測器的操作。因此，厚度的最佳值將使得該層作為執行足夠的激勵抑制(比率)並且接收足夠的信號(紅色QE)的濾光器來操作。在一些實例中，厚度的該最佳值被表示為
。
現在轉至圖7，此圖繪示了矽鍺的各種化合物(例如，Si(x)Ge(1-x))的吸收係數。這些不同的化合物可用於生物感測器300、400和500中的層中，用於提供LICR並充當發射濾光器。如圖7所示，x = 0.8在0.6 um和.5 um波長處具有最高的吸收比。因此，在本文討論的生物感測器的某些實例中，當用於生物感測器的LICR和濾光層中時，證明與純Ge相比，SiGe潛在地具有更好的機械特性。
如上所討論，可利用本文所討論的各種方法製作包括鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))的生物感測器。然而，某些方法可包括作為生物感測器的定制部分來製作影像感測器(例如，CMOS)，而其他方法可利用現成的影像感測器並沉積鍺層。本文繪示了兩種類型的製作/製造程序的非限制性實例。圖8至圖10繪示了生物感測器的非限制性實例的製作，其包括用於生物感測器中的影像感測器的製作，而圖11至圖12繪示了具有用於LICR和濾光的鍺層的生物感測器的製作程序，其中可商購獲得的非定制影像感測器(例如，CMOS)被整合至所得的生物感測器中。
圖8是工作流程800，繪示了包括用於LICR和濾光的鍺層的生物感測器的製作程序。如圖8以及圖9至圖10所示，該方法包括：1)在基板(例如，矽晶圓)上形成二極體；2)在基板中形成溝槽(例如，蝕刻溝槽、填充溝槽並平坦化所得表面)；3)將載體晶圓接合至基板；4)減薄載體晶圓；5)在矽/基板組合上沉積氧化物和鍺；以及6)形成奈米井。
參考圖8，如工作流程中所示，該方法包括在基板的第一表面上形成一或多個二極體(810)。基板可由矽構成並且可被理解為矽晶圓。在此實例中，基板具有彼此平行的兩個表面，為了清楚起見，在此工作流程800中被稱為基板的第一表面和第二表面。
工作流程800亦包括在一或多個二極體之間形成一或多個溝槽(820)。這些溝槽從基板的第一表面朝基板的第二表面延伸。可利用各種方法來形成這些溝槽，包括但不限於在基板中蝕刻一或多個溝槽。
工作流程800包括藉由填充溝槽並平坦化所填充的溝槽來形成實質上平行於二極體的第一表面和基板的第一表面的第一表面(830)。在一些實例中，溝槽填充有一或多個氧化物層及/或一或多個介電質層(其不包括氧化物)。如上所述，形成或生產本文所述之生物感測器的實例的一些方法(其包括具有用於LICR和濾光的鍺的至少一個層)以預先存在的感測器開始，而其他方法包括形成感測器。
工作流程800可包括去除基板的一部分，使得溝槽從基板的第一表面延伸穿過基板至基板的第二表面(840)。工作流程800包括將載體晶圓接合至基板的第二表面(850)。在一些實例中，在去除基板的一部分之前將載體晶圓接合至基板的表面，而在其他實例中，在將載體晶圓接合至此感測器結構之前去除基板的該部分。圖8的工作流程800包括形成感測器，並且此感測器包括基板、二極體、載體晶圓和填充的溝槽。此感測器例如可以是CMOS。
工作流程800包括在基板的第二表面上方形成鍺層(860)。該層可利用各種技術形成。例如，可將鍺層沉積在基板的表面上。可用於沉積該鍺的一種非限制性技術是電漿增強化學氣相沉積(PECVD)。PECVD是用於在基板上從氣態(蒸氣)至固態沉積薄膜的化學氣相沉積程序。作為該程序的一部分，例如藉由在兩個電極之間的射頻(RF)(交流(AC))頻率或直流(DC)放電產生電漿，電極之間的空間填充有反應氣體。在一些實例中，作為PECVD程序的一部分，在低溫下(例如，~200至~300 C)沉積鍺層。可用於沉積鍺層(包括鍺但亦可包括矽的層，如上所述)的其他技術包括但不限於濺射、電子束蒸鍍、晶體生長和蝕刻以及真空中的自由基活化接合。在一些實例中，當利用晶體生長和蝕刻時，這包括轉移晶圓接合或直接晶圓接合。下表1列出了先前討論的各種沉積技術，其可用於各種實例中以在基板的第二表面上方沉積鍺層。在每種情況下，提供了技術、材料和一或多個近似溫度的非限制性實例。
表1
| 沉積技術 | 材料 | 溫度 |
| PECVD | a-Ge, poly-Ge | 250至400C |
| 濺射 | a-Ge, poly-Ge | 100至450C |
| 電子束蒸鍍 | a-Ge, poly-Ge | 200至400C |
| 轉移/直接晶圓接合 | c-Ge | 200至300C-直接晶圓接合 |
| 分子束磊晶(Molecular-beam epitaxy, MBE) | c-Ge | 370至600C |
圖9是用於在生物感測器中形成鍺層的工作流程900。這稍後提供LICR和濾光。此工作流程900從在基板的第二表面上形成第一一或多個氧化物層及/或一或多個介電質層(910)開始。在形成氧化物層後，個人或機器在一或多個氧化物層及/或一或多個介電質層的表面上形成鍺層(920)。在此工作流程中，個人或機器然後在鍺層的表面上形成一或多個氧化物層及/或一或多個介電質層(930)。如圖3所示，這些氧化物層可被理解為隔離氧化物及/或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)的一或多個層324，並且位於濾光層332的任一側上。
回到圖8，工作流程800亦包括在鍺層的表面上方形成介電質堆疊(870)。此介電質堆疊可包括一或多個奈米井(例如，反應位點和井)。圖3至圖5包括可在此工作流程800的實例中形成的介電質堆疊的至少部分的實例。介電質堆疊可由多個氧化物層及/或另一種介電質材料(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二鉭等)的層以及感測器(例如，CMOS)相容金屬(例如，鋁、鉭等)形成。舉例來說而非強加或暗示任何限制，相容金屬可為約200 nm至約500 nm。
圖10A至圖10B(統稱為圖10)繪示了圖8及圖9的工作流程800、900的各態樣，但包括在工作流程800、900的執行期間處於各種狀態的生物感測器1000的可視化表示。為了說明這些態樣，在圖10中提供了來自圖8及圖9的某些標記。
參見圖10A，在基板1005的第一表面上形成一或多個二極體1050 (810)。二極體可以是一或多個影像感測器(例如，圖2，影像感測器250)。基板可由矽構成並且可被理解為矽晶圓。在二極體1050之間形成溝槽1052 (820)。可利用各種方法來形成這些溝槽，包括但不限於在基板中蝕刻一或多個溝槽。用一或多個氧化物層及/或一或多個介電質層填充溝槽，以形成填充的溝槽1051。在填充溝槽1052之後，平坦化所得的表面，以形成實質上平行於基板1005的包括二極體1050的表面的表面(830)。因此，生物感測器1000的感測器部分1035(例如，CMOS)現在完成了。
如在討論圖8時所提及，在程序中的此時，在一些實例中，該方法包括去除基板的一部分，使得溝槽從基板的第一表面延伸穿過基板至基板的第二表面，但在其他實例中，該態樣之後是將載體晶圓接合至基板的第二表面。在圖10所示的實例中，將載體晶圓1015接合至基板1005的表面(850)，然後去除基板1005的一部分，使得溝槽1051垂直地延伸穿過基板(840)。
參見圖10B，在感測器1035的不包括二極體1050的表面上形成(例如，沉積)鍺層1032(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))(860)。可在沉積鍺層1032之前及/或之後在感測器1035表面上沉積中間的一或多層的隔離氧化物(例如，~20至~30 nm)及/或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)(910, 920, 930)。如本文所討論，可利用多種技術形成鍺層1032，包括但不限於PECVD、濺射、電子束蒸鍍、晶體生長和蝕刻以及真空中的自由基活化接合。表1中提供了各種參數的實例，在這些參數條件下，可以用這些技術生產本文所述之某些生物感測器。
返回圖10B，在鍺層1032的表面上方形成介電質堆疊1025 (870)。可在鍺層1032上或沉積於鍺層1032上的一或多個隔離氧化物層的頂層上形成堆疊。介電質堆疊可由多個氧化物層及/或另一種介電質材料(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二鉭等)的層以及感測器(例如，CMOS)相容金屬(例如，鋁、鉭等)形成。舉例來說而非強加或暗示任何限制，相容金屬可為約200 nm至約500 nm。
圖11是工作流程1100，繪示了用於製造或製作包括用於LICR和濾光的鍺層的生物感測器的方法的實例；此工作流程使用可商購獲得的或現成的感測器(例如，CMOS)。如圖11至圖12所示，製作及/或製造本文所示的包括現成感測器的生物感測器的方法包括用薄鍺層覆蓋現成影像感測器。
如圖11所示，該方法的實例包括獲得現成的影像感測器(1100)。在一些實例中，該感測器是背側照明的並具有深溝槽。此工作流程1100包括在影像感測器上方形成鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))層。圖9中描述的過程可用於形成此層。因此，所得的生物感測器可在感測器表面與鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))層之間以及在鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))層與介電質堆疊之間包括中間的隔離氧化物或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)。在一些實例中，這些隔離氧化物層為約20 nm至約30 nm。與本文所述之某些其他工作流程一樣，圖11的工作流程1100亦包括在鍺(例如，矽鍺、Si(x)Ge(1-x))層上方形成介電質堆疊(1130)。在一些實例中，堆疊直接形成於鍺層上，而在其他實例中，堆疊形成於將介電質堆疊與鍺層分離的一或多個氧化物層及/或一或多個介電質層的頂層上。介電質堆疊可由複數個氧化物層及/或另一種材料(例如，NiO、SiO2、五氧化二鉭、Si3N4等)的介電質層以及感測器(例如，CMOS)相容金屬(例如，鋁、鉭等)形成。舉例來說而非強加或暗示任何限制，相容金屬可為約200 nm至約500 nm。在感測器上沉積鍺層的方式可利用彙整在表1中的一或多種技術來實現。
圖12描繪了圖11的工作流程1100和圖9的工作流程900的各個態樣，因為它涉及圖11的工作流程1100，但是以與圖10繪示圖8至圖9的工作流程800、900的各個態樣相同的方式添加了用於說明性目的的圖示。因此，在圖12中包括對圖9及圖11的各種參照。為了易於理解，在可能的情況下，在圖12中使用與圖3中所用編號類似的編號。圖12中描繪的工作流程1200產生生物感測器1203。
與圖10相比，圖12以現成的感測器1255(例如，具有一或多個深溝槽的背側照明影像感測器)開始(1110)。在感測器1255上形成鍺層1232 (1120)。例如，可利用彙整在表1中的一或多種技術來沉積該鍺層1232。在一些實例中，在形成鍺層1232之前，在感測器1255上形成一或多層的隔離氧化物或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)1224，使得這些一或多層的隔離氧化物1234將鍺層1232(其提供LICR並充當發射濾光器)與感測器1255分離(910)。
在感測器封裝的頂表面上形成介電質堆疊1225 (1130)。例如，在一些實例中，可在鍺層1232上形成介電質。在其他實例中，可在鍺層1232上形成額外的一或多層的隔離氧化物及/或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)1224，從而在鍺層1232與介電質堆疊1225之間形成屏障。因此，在這些實例中，介電質堆疊形成於這些額外的一或多層的隔離氧化物及/或另一種介電質材料(例如，SiO2、NiO、Si3N4等)1224的頂層上。在一些實例中，介電質堆疊1225由複數個氧化物層及/或另一種介電質材料(例如，NiO、SiO2、Si3N4、五氧化二鉭等)的層1228以及與感測器相容的金屬(例如，鋁、鉭等)1236構成。介電質堆疊1225包括井1212和反應位點1214。感測器1255可包含一或多個感測器，其在對應井1212和反應位點1214下方垂直置中，使得每個感測器與對應反應位點1214形成感測對。在圖12的所得生物感測器1203中，節距距離(P)代表井1212的中心軸與相鄰的井1212之間的距離。
期望減少感測器中的串擾，包括在流通槽中使用的生物感測器中的串擾，因為串擾不利地影響效能。可在具有影像感測器的設備(諸如流通槽)中減少串擾的習知方式是通過在感測器中嵌入各種光導(包括但不限於簾結構、光管及/或光波導及/或微透鏡)來物理地限制光的傳輸。這些結構將從一對應反應位點發射的光直接向下導向與該反應位點形成一感測對的一影像感測器。這些結構通過物理地阻擋光以提供光的定制吸收(否則可能導致串擾)來降低串擾。如稍後實例中所討論的LICR層的情況，物理結構可降低串擾。
由於與包括用於降低串擾的結構元件(例如，簾結構、光管及/或光波導)的感測器裝置相關聯的製造複雜性和結構限制，期望提供一種生物感測器版本，其適當地防止或降低光學串擾的發生，而不會出現與這些結構相關聯的製造複雜性和費用並且不約束感測器的某些參數，包括節距距離，這將在本文中討論。不是將有時複雜的結構整合至感測裝置中以降低串擾，諸如前述的簾結構、光管及/或光波導，其增加感測器裝置的成本和複雜性，而是在本文中也稱為生物感測器的感測器裝置的實例中包括可提供LICR及/或發射濾光器的至少一個鍺層。整合至本文所述之生物感測器中的LICR特徵諸如鍺層不會完全消除串擾，而是提供原本可能導致串擾的光的定制吸收。LICR實例適當地防止或降低光學串擾的發生，而不會出現與結構元件(例如，簾結構、光管及/或光波導)相關聯的製造複雜性和費用，並且不限制生物感測器中節距距離的減小。利用層而不是結構來降低串擾，提供了在x-y平面中均勻的毯覆。
本文描述了感測器裝置(例如，生物感測器)的實例的結構、使用這些感測器裝置的方法以及製造這些感測器裝置的方法，這些感測器裝置包括用於LICR並作為發射濾光器的至少一個鍺層。本文中的製造實例包括生物感測器，其包括現成的感測器組件諸如現成的CMOS的生物感測器，以及包括涉及形成定制感測器或CMOS的方法。如上所述，利用具有用於LICR的鍺層而不是複雜結構(例如，簾結構、光管及/或光波導)的感測器裝置可降低基於感測器的定序器的開發成本和周轉時間，所述定序器包括但不限於基於CMOS的定序器。當與具有鍺層的生物感測器的製造方法相比時，用於製造具有簾結構、光管及/或光波導的感測器的製造方法涉及高程度的定制、成本增加，並且從效能角度來看，增加了提高反應位點密度的困難。在本文的實例中使用的現成感測器包括FSI和BSI感測器。
在各種傳統的串擾緩解方法中，結構包括有機濾光器及/或圍繞有機濾光器的金屬簾中之一或多者，以減少串擾。代替用於降低串擾的這種有機濾光器及/或跨越生物感測器高度的其他結構元件(例如，簾結構、光管及/或光波導)，本文的實例採用鍺(在非限制性實例中，~300至330 nm)作為濾光器和LICR介質。本文之方法和設備優於具有前述有機濾光器及/或複雜結構的生物感測器的一些益處和優點在於：1)使用本文之方法生產的裝置可採用現成的影像感測器(包括FSI和BSI感測器)；2)本文的方法不太複雜，因此可生產複雜性較低的裝置；3)用本文之方法生產的裝置能夠進一步增加密度，同時縮小像素節距；以及4)基於生產不太複雜的裝置和用較少複雜步驟生產它們的方法，降低了供應鏈風險。其他益處和優點可在本文中討論或可從本揭示顯而易見。鍺在生物感測器中有效降低串擾的原因之一是其在紅色與綠色之間具有高的絕對吸收差。在不同波長範圍之間(例如，在紅色與綠色之間)具有類似的高絕對吸收差的其他材料可為合適的。
本文的實例包括BSI和FSI感測器或晶片，其用作用於製作生物感測器的基底。圖13是可在本文的某些實例中使用的FSI感測器或晶片的實例。圖14是可在本文的某些實例中使用的BSI感測器或晶片的實例。本文所提供的生物感測器的實例是非限制性的，並且僅作為利用矽鍺層來減少串擾的生物感測器的可能設計提供。某些基於FSI的實例包括具有在連續水平平面上的頂表面的矽鍺層(例如，該層的表面是平坦的或近似平坦的)，而其他基於FSI的實例包括其中形成有溝槽的矽鍺層。類似地，基於BSI的設計亦包括具有頂表面平坦或近似平坦的矽鍺層的設計以及具有在其中形成溝槽的矽鍺層的設計。本文描述了此設計的結構以及形成這些生物感測器實例的各種方法。
無論基底感測器是BSI感測器還是FSI感測器，本文的實例在結構和製造方法方面都具有各種相似性。因此，在圖13及圖14中繪示了可整合至這些實例中的現成感測器的實例。
圖13是可整合至本文的各種實例中的FSI感測器或晶片1310(例如，CMOS)的實例。FSI感測器包括一或多個PN(正-負)接面感測器，在本文中稱為二極體1350(被認為是半導體的基本構件塊)。二極體1350位於基板1340中，在此實例中，基板1340可由矽構成。PN接面感測器1350也被稱為二極體。FSI感測器1310包括使用各種導電元件1320形成的各種內部電連接，在此非限制性實例中，這些導電元件由金屬構成。另外，為了降低串擾，FSI感測器1310包括在導電元件1320之間的光管1330。光管1330和導電元件1320都在低折射率層1360中定向，在一些實例中該低折射率層由氧化物構成。
圖14是可整合至本文的各種實例中的BSI感測器1410(例如，CMOS)的實例。BSI感測器1410包括在可包括矽的基板1440中定向的二極體1450(例如，PN接面感測器)。BSI感測器1410亦包括低折射率層1460，其在一些實例中由氧化物構成。
本文的某些實例被描述為具有奈米井，然而，奈米井僅是可用於生物感測器頂部以實現生物感測器的功能性的各個態樣的結構的一個實例。因此，當本文的實例描述奈米井時，所屬技術領域中具有通常知識者將理解，不同的結構可被替換為奈米井，因為它們可能不是必需的，或者替代結構可證明在某些實施方式中是合適的。
無論所得的生物感測器中使用的感測器是BSI感測器還是FSI感測器，用於製作本文實例的某些技術即使不相同也是類似的。在討論各種實例和製作這些實例的細節之前，圖15至圖16是工作流程300、400，其大致綜述了製作本文所述之生物感測器的各個態樣。
如圖15所示，在本文的一些實例中，形成生物感測器的方法包括在感測器的頂表面上形成鍺層(1510)。如圖13至圖14所示，感測器包括在基板1340、1440中的一或多個二極體1350、1450(例如，PN接面感測器)和形成於基板1340、1440的頂表面上的氧化物層(例如，由具有低折射率的材料製成的層1360、1460)。氧化物層可包括導電材料(例如，圖13，導電元件1320)。為了清楚起見，作為感測器的一部分的低折射率層可被稱為第一氧化物層或第一低折射率層，並且在此方法中添加的任何後續氧化物層或具有低折射率的材料的其他層可以按順序編號。在一些實例中，生物感測器可以包括FSI感測器和BSI感測器。BSI感測器和FSI感測器都可以是CMOS。
鍺層可包括矽。在不同的實例中，可利用各種技術來形成此鍺層。例如，可通過將矽-鍺濺射至第一氧化物層(包括在感測器中的氧化物層)的頂表面上來形成該層。
在其他實例中，感測器上的鍺層由各態樣的組合形成。首先，可在第一氧化物層的頂表面的第一部分上沉積光阻劑。然後，可蝕刻穿過第一氧化物層的頂表面的第二部分(光阻劑未沉積在第一氧化物層的頂表面的第二部分上)，以在第一氧化物層中形成一或多個溝槽。
一旦蝕刻完成，就可以在第一氧化物層上方沉積串擾緩解物質(例如，氧化物、氮化物和矽)，這包括填充第一氧化物層中的一或多個溝槽。可以平坦化串擾緩解物質，使得串擾緩解物質的一部分與第一氧化物層的頂表面的第一部分形成連續表面。然後可以去除光阻劑。一旦去除了光阻劑(其如上所述保留了表面)，就可以在第一氧化物層的頂表面上沉積矽鍺層。可利用CMP來進行平坦化。可利用各種方法和技術來去除光阻劑。例如，可以利用電漿抗蝕劑剝離和隨後的SPM(硫酸過氧化物混合物)或其他化學濕法清洗程序的組合來去除光阻劑，以去除剩餘的殘留物。在一些實例中，可利用蝕刻程序(包括但不限於電漿蝕刻)來去除光阻劑。在一些實例中，在利用化學程序之後，可經由蝕刻去除殘餘物的剩餘部分。
取決於用於形成鍺層的技術，該層的性質和形狀可能有所不同。在一些實例中，其中結構包括導電層(例如，金屬，其將在本文中更詳細地描述)，形成該鍺層包括在第一氧化物層的頂表面上濺射導電層。此實例亦可包括在導電層的第一部分上沉積光阻劑，其中第一氧化物層的第二部分保持暴露(光阻劑不覆蓋第一氧化物層的此部分)。在沉積光阻劑的基礎上，可通過蝕刻去除導電層的第二部分(光阻劑未沉積在導電層的第二部分上)。此蝕刻去除第一氧化物層的頂表面和導電層的第一部分。在實施這些結構變化之後，可在第一氧化物層的頂表面上沉積矽鍺層。
產生不同構形的鍺層的另一實例是在感測器的頂表面上形成鍺層的方法，其包括在第一氧化物層的頂表面的第一部分上沉積光阻劑。在沉積光阻劑的基礎上，該方法的此實例包括蝕刻穿過第一氧化物層的頂表面的第二部分(光阻劑未沉積在第一氧化物層的頂表面的第二部分上)，以在第一氧化物層中形成一或多個溝槽。該方法然後包括在第一氧化物層上方沉積鍺層。此沉積行為部分地填充第一氧化物層中的一或多個溝槽，致使一或多個溝槽比沉積之前淺。該方法然後包括在鍺層上方沉積串擾緩解物質(例如，氧化物、氮化物和矽)，其中該沉積填充第一氧化物層中的一或多個溝槽的剩餘部分(鍺未填充整個溝槽)。該方法然後包括平坦化(例如，利用CMP)串擾緩解物質，使得鍺層的頂表面是包括串擾緩解物質的一部分和第一氧化物層的頂表面的第一部分的連續表面。
回到圖15，該方法可包括在鍺層的頂表面上形成第一導電層(例如，金屬)(1520)。該方法亦可包括在第一導電層的頂表面上形成第二氧化物層(1530)。該方法可進一步包括在第二氧化物層的頂表面上形成第二導電層(例如，金屬)(1540)。另外，該方法可包括在第二導電層的頂表面的第一部分上沉積光阻劑(1550)。在一些實例中，可在第二導電層的頂表面的第一部分上形成鈍化層。可在第二氧化物層的頂表面上形成矽層。
繼續圖15的工作流程1500，該方法亦可包括蝕刻穿過第二導電層的頂表面的第二部分(1560)。在此實例中，光阻劑未沉積在第二導電層的頂表面的第二部分、第二氧化物層的一部分以及第一導電層的一部分上。因此，蝕刻形成一或多個溝槽。這些溝槽可定位在一或多個二極體中的至少一個二極體上方，在從感測器的底表面延伸至第二氧化物層的頂表面的垂直軸上。在一些實例中，可在溝槽中形成奈米井。
類似於圖15，圖16是用於形成生物感測器的工作流程1600的概括性實例，其包括可併入本文所揭示方法的各種實例中的一些態樣。與圖15一樣，在此工作流程1600的各個態樣中使用的感測器可以是BSI感測器或FSI感測器(例如，圖13，1310，圖14，1410)，它們中的每一個可以是CMOS。在此工作流程1600中用於形成生物感測器的感測器包括包含一或多個二極體(例如，圖13，1350，圖14，1450)的基板(例如，圖13，1340，圖14，1440)和形成於基板的頂表面上的氧化物層(例如，圖13，1360，圖14，1460)。僅為了清楚起見，可被理解為第一氧化物層的氧化物層可包含導電材料或組分(例如，圖13)。如工作流程1600所示，該方法可以包括在感測器的頂表面上形成鍺層(1610)。可藉由在氧化物層的頂表面的第一部分上沉積光阻劑來完成鍺層的形成。在一些實例中，可蝕刻穿過氧化物層的頂表面的第二部分(光阻劑未沉積在氧化物的頂表面的第二部分上)，以形成一或多個溝槽。如將在本文中更詳細地說明，這些溝槽可各自定位在一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方，在從感測器的底表面延伸至鍺層的頂表面的垂直軸上。
本文所述之在感測器的頂表面上形成鍺層的方法的態樣(1610)可包括各種子態樣。在一個實例中，此層的形成包括在第一氧化物層(這是作為初始感測器的一部分的氧化物層)的頂表面上沉積矽鍺。此實例包括在矽鍺的頂表面上沉積導電層。亦可在導電層的第一部分上沉積光阻劑。光阻劑保護其所沉積在其上的層的部分，因此可以蝕刻穿過導電層的第二部分，即其上未沉積光阻劑的部分，以去除導電層的該第二部分。在此蝕刻完成之後，鍺層的頂表面包括導電層的第一部分和矽鍺的一部分。
形成鍺層的另一變化形式涉及在感測器的頂表面上沉積導電層以及在導電層的第一部分上沉積光阻劑。在沉積光阻劑之後，可蝕刻穿過導電層的第二部分(即，層的未沉積光阻劑的部分)，並且蝕刻可去除導電層的第二部分。一旦蝕刻完成，該方法的此實例前進至在第一氧化物層的一部分和導電層的第一部分上沉積矽鍺。
回到圖16，例示性工作流程1600可包括在鍺層的頂表面上形成氧化物層(第二氧化物層)(1620)。該方法亦可包括在第二氧化物層的頂表面的第一部分上沉積光阻劑(1630)。沉積光阻劑使得能夠蝕刻穿過第二氧化物層的頂表面的第二部分(光阻劑未沉積在第二氧化物層的頂表面的第二部分上)，以形成額外溝槽(1640)。這些額外溝槽可各自定位在一或多個二極體中的至少一個二極體上方，在從感測器的底表面延伸至第二氧化物層的頂表面的垂直軸上。
與圖15的工作流程1500一樣，當在感測器的頂表面上形成鍺層時，圖16的工作流程1600可包括額外的態樣。例如，可在第一氧化物層(包括在感測器中的氧化物層)的頂表面上沉積矽鍺。可在矽鍺上沉積導電層。亦可藉由首先在導電層的第一部分上沉積光阻劑，然後蝕刻穿過導電層的第二部分(光阻劑未沉積在導電層的第二部分上)來去除這些沉積物的某些部分，使得該蝕刻去除導電層的第二部分，使得頂表面鍺層是包括矽鍺的一部分和導電層的第一部分的表面。
額外的態樣可被包括在工作流程1600中。例如，可在第二氧化物層的頂表面上形成矽層。另外，一些實例包括在第二氧化物層的頂表面上沉積導電層。在沉積此層時，可在導電層的第一部分上沉積光阻劑。在沉積光阻劑之後，可蝕刻穿過導電層的第二部分(光阻劑未沉積在導電層的第二部分上)，以去除導電層的第二部分。
圖15至圖16繪示了如何以不同方式組裝各個態樣以形成各種生物感測器。某些態樣被包括在本文的不同實例中，但以不同方式組合及/或組態。圖17至圖27繪示了各種生物感測器及/或這些生物感測器的形成，其中用作構建塊的初始感測器是FSI感測器。圖15至圖30繪示了各種生物感測器及/或這些生物感測器的形成，其中用作構建塊的初始感測器是BSI感測器。無論初始感測器是BSI感測器還是FSI感測器，這些生物感測器中的共同元件都可包括感測器(例如，圖13，1310，圖14，1410)、各種低折射率氧化物層、各種導電(例如，金屬)層、各種鍺層，並且在一些實例中包括高折射率氧化物及/或氮化物層及/或矽層。從毯覆層至蝕刻層(在生物感測器的長度上不一致)、至經定位以填充另一層中的溝槽的層，鍺層的構形可有所不同。
圖17、圖19及圖21繪示了包括FSI感測器的生物感測器的八個不同實例。在這些實例的每一個中，生物感測器包括一致層，該一致層可被稱為毯覆層，其包括鍺(例如，鍺層的頂表面和底表面共享水平平行平面)。圖18、圖20及圖22分別繪示了用於製造圖17、圖19及圖21中的感測器的方法的實例。
圖17繪示了生物感測器1701a至1701c的三種構形，其中每種構形的變化在於用什麼材料(若有)填充低(折射)率層1760(例如，氧化物)中的光管1730結構。在每種情況下，生物感測器1701a至1703c包括感測器1710，在這些實例中為FSI感測器(與不包括光管結構的BSI感測器相反，其包括光管結構)。感測器1710包含基板1740，該基板包含一或多個二極體1750和上述低(折射)率層1760(例如，氧化物)。低折射率層1760包括導電材料1720(例如，金屬)。生物感測器1701a至1701c中的每一個包括形成於感測器1710的頂表面上的鍺層1770、形成於鍺層1770的頂表面上的第一導電層1780(例如，金屬)、形成於第一導電層1780的頂表面上的第二低(折射)率層(例如，氧化物)1783以及形成於第二低折射率層1783的頂表面上的第二導電層1790(例如，金屬)。在這些實例中，第二導電層1790、第二低折射率層1783和第一導電層1780包括溝槽1773。這些溝槽573可形成奈米井1776。每個溝槽(例如，奈米井)定位在二極體1750中的至少一個二極體上方(即，在從感測器1710的底表面延伸至第二低折射率層1783的頂表面的垂直軸上)。在一種構形1701a中，光管1730填充有原始低(折射)率層1760，因此，不對現成的FSI感測器進行改變。在第二構形1701b中，光管1730填充有高(折射)率層1762(例如，氧化物及/或氮化物)。在第三構形1701c中，光管1730填充有矽1763。每個生物感測器1701a至1701c頂部有一鈍化層1797，在這些實例中，鈍化層可由矽構成。
圖18繪示了可用於形成圖17的感測器1701a至1701c(在圖18中標記為1801a至1801c)的工作流程1802至1804。因為這些感測器1801a至1803a之間的差異是填充光管1830的材料，所以工作流程中存在變化，具體地，後兩個工作流程1803至1804包括一個態樣，即藉由沉積光阻劑並蝕刻層中光阻劑未覆蓋的區域來去除原始低折射率層1860，然後用替代材料、高(折射)率層1862(例如，氧化物及/或氮化物)或矽1863來填充蝕刻的溝槽。
圖18中的每個工作流程從一感測器(例如，FSI CMOS)1810開始。在第一工作流程1802中，在感測器1810的一頂表面上形成一鍺層1870 (1818)。在第二和第三工作流程1803至1804中，在沉積鍺(1818)之前，替換感測器1810的光管1830部分中的低折射率材料1860，然後沉積鍺層1870 (1818)。在第二和第三工作流程1803至1804中，首先藉由在低折射率材料的頂表面的第一部分(不在光管上方的部分)上沉積光阻劑(例如，利用微影)1811來替換感測器的光管部分中的低折射率材料(1812)，然後，藉由蝕刻未沉積光阻劑的地方以在光管1830區域中形成溝槽1813，並且去除光阻劑(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)(1814)。然後用所選材料填充溝槽1813 (1815)(例如，利用PECVD)；在第二工作流程1803中，該材料是具有高折射率的材料1862(例如，氮化物的氧化物，包括但不限於SiO)，並且在第三工作流程1804中，該材料是矽1863。在用材料填充溝槽之後，可平坦化(例如，使用CMP)材料的頂部(例如，具有高折射率的材料1862或矽1863)(1816)，然後可沉積鍺層1870 (1818)。此鍺層1870(例如，SiGe)可使用濺射技術形成。如前所述，取決於所得生物感測器的所需形貌(例如，其預期用途)，可省略其表面的平坦化，包括CMP的使用。
在圖18的工作流程1803至1804中的各者中，一旦沉積了鍺層1870 (1818)，就可以在鍺層1870的頂表面上形成第一導電層1880(例如，金屬)(例如，使用包括但不限於金屬濺射的技術)(1828)。然後該方法的此實例可包括在該第一導電層1880的頂表面上形成第二低折射率層1883(例如，氧化物層)(1838)。在第二低折射率層1883上，可形成第二導電層1890 (1848)。
如上所述，用本文所討論的方法形成的某些生物感測器包括奈米井，其執行一些期望的功能。因此，圖18的工作流程1802至1804包括可用於形成奈米井的態樣。然而，也可以在第二低折射率層的一頂表面上形成第二導電層之後將化學品施用於生物感測器的表面(1848)，而不是前進至在生物感測器的頂表面上形成溝槽以用作奈米井。
返回至圖18，為了形成奈米井1876，可在第二導電層1890的頂表面的一第一部分上沉積光阻劑1811 (1858)(例如，使用微影)。其上沉積有光阻劑1811的表面的部分在後續蝕刻程序期間被保留。然後可蝕刻第二導電層1890的未被光阻劑1811覆蓋的部分(例如，利用氧化物及金屬蝕刻程序)，以在導電層1880、1890和第二低折射率層1883中形成溝槽1873，從而暴露鍺層1870的部分，然後去除光阻劑(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)(1868)。在一些實例中，然後可將各種化學品施用於溝槽。一鈍化層1897可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(1878)。
與圖17類似，圖19包括可使用本文所述之技術形成的生物感測器的三個實例1901a至1901c。圖19中的生物感測器1901a至1901c另外包括阻擋(導電)元件1974(例如金屬)，其來自在感測器1910頂部形成的阻擋(導電)層1977，然後部分地去除(如圖20中更詳細地繪示和討論)。與圖17類似，圖19中的生物感測器1901a至1901c在以下方面彼此不同：用什麼材料(若有)填充低(折射)率層1960(例如，氧化物)中的光管1930結構。每個實例中的感測器1910是FSI感測器。感測器1910包括一基板1940，該基板包含一或多個二極體1950和一低(折射)率層1960(例如，氧化物)。低折射率層1960包括導電材料1920(例如，金屬)。生物感測器1901a至1901c中的每一個包括形成於包括低(折射)率層1960和導電元件1974(從(導電)阻擋層1977上留下的)中的一些的表面上的鍺層1970、形成於鍺層1970的頂表面上的第一導電層1980(例如，金屬)、形成於第一導電層1980的頂表面上的第二低(折射)率層(例如，氧化物)1983以及形成於第二低折射率層1983的頂表面上的第二導電層1990(例如，金屬)。在這些實例中，第二導電層1990、第二低折射率層1983和第一導電層1980包括溝槽1973。這些溝槽1973可形成奈米井1976。每個溝槽(例如，奈米井)定位在二極體1950中的至少一個二極體上方(即，在從感測器1910的底表面延伸至第二低折射率層1983的頂表面的垂直軸上)。在一種構形1901a中，光管1930填充有原始低(折射)率層1960。在第二構形1901b中，光管1930填充有高(折射)率層1962(例如，氧化物及/或氮化物)。在第三構形1901c中，光管1930填充有矽1963。在這些實例中，每個生物感測器1901a至1901c頂部有鈍化層1997，在這些實例中，鈍化層可由矽構成。
圖20包括用於形成圖19中的生物感測器1901a至1901c的工作流程2002至2004的各個態樣。與圖18中不同，這些工作流程2002至2004包括在形成鍺層2070之前形成阻擋層2077，其是額外導電層(例如，金屬)。在形成鍺層2070之前改變感測器2010的元件的情況下(例如，替換光管2030中的材料)，在形成和去除阻擋層2077的部分之前執行這些態樣。
圖20中的每個工作流程2002、2003、2004從感測器(例如，FSI CMOS)2010開始。在第一工作流程2002中，在感測器2010的頂表面上形成阻擋層2077(例如，使用金屬濺射技術)(2008)。然後可在阻擋層2077的頂部部分上沉積光阻劑2011(例如，利用微影)(2012)。利用包括但不限於蝕刻的技術，包括機械蝕刻，去除阻擋層2077的部分(未被光阻劑2011覆蓋的那些部分)，留下阻擋元件2074(其有助於串擾緩解)，然後去除光阻劑(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)(2014)。在感測器2010的頂表面上形成鍺層2070，其現在包括阻擋元件2074 (2018)。在第二和第三工作流程2003至2004中，在形成阻擋層2077 (2008)之前，工作流程包括沉積光阻劑2011 (2012)，蝕刻阻擋層2077以在感測器2010的頂表面處留下阻擋元件2074，去除光阻劑，以及沉積鍺(2018)以替換感測器2010的光管2030部分中的低折射率材料，然後沉積鍺層2070 (2018)。
在第二和第三工作流程2003至2004中，首先藉由在低折射率材料的頂表面的第一部分(不在光管上方的部分)上沉積光阻劑(例如，利用微影)2011來替換感測器的光管部分中的低折射率材料2030 (2012)，然後，藉由蝕刻未沉積光阻劑2011的地方以在光管2030區域中形成溝槽2013，並且去除光阻劑(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)(2014)。然後用所選材料填充溝槽2013 (2015)(例如，利用PECVD)，在第二工作流程2003中，該材料是具有高折射率的材料2062(例如，氮化物的氧化物，包括但不限於SiO)，並且在第三工作流程2004中，該材料是矽2063。在用材料填充溝槽之後，可平坦化(例如使用CMP)材料(例如，具有高折射率的材料2062或矽2063)的頂部(2016)，然後可形成阻擋層2077 (2008)，沉積光阻劑2011 (2012)，蝕刻阻擋層2077以在感測器2010的頂表面處留下阻擋元件2074，去除光阻劑，並且沉積鍺層2070 (2018)。該鍺層2070(例如，SiGe)可使用濺射技術形成。如前所述，取決於所得生物感測器的所需形貌(例如，其預期用途)，可省略其表面的平坦化，包括CMP的使用。
在圖20的工作流程2003至2004中的各者中，一旦沉積了鍺層2070 (2018)，就可以在鍺層2070的頂表面上形成一第一導電層2080(例如，金屬)(例如，使用包括但不限於金屬濺射的技術)(2028)。然後該方法的此實例可包括在此第一導電層2080的頂表面上形成一第二低折射率層2083(例如，氧化物層)(2038)。在第二低折射率層2083上，可形成一第二導電層2090 (2048)。
如上所述，用本文所討論的方法形成的某些生物感測器包括奈米井，其執行一些期望的功能。因此，圖20的工作流程2002至2004包括可用於形成奈米井的態樣。然而，也可以在第二低折射率層的一頂表面上形成第二導電層之後將化學品施用於生物感測器的表面(2048)，而不是前進至在生物感測器的頂表面上形成溝槽以用作奈米井2076。
返回至圖20，為了形成奈米井2076，可在第二導電層2090的頂表面的一第一部分上沉積光阻劑2011 (2058)(例如，使用微影)。其上沉積有光阻劑2011的表面的部分在後續蝕刻程序期間被保留。然後可蝕刻第二導電層2090的未被光阻劑2011覆蓋的部分(例如，利用氧化物及金屬蝕刻程序)，以在導電層2080、2090和第二低折射率層2083中形成溝槽2073，從而暴露鍺層2070的部分，並且去除光阻劑(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)(2068)。在一些實例中，然後可將各種化學品施用於溝槽。一鈍化層2097可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(2078)。
圖21繪示了兩個實例2101a至2101b，其中鍺層2170沉積在感測器2110中的光管2130結構中。光管2130溝槽在一個實例2101a中包括矽2161，在另一個實例2101b中包括具有高折射率的材料2169(例如，氧化物及/或氮化物)。因此，在第一個實例2101a中，光管可用矽和鍺層2170的組合填充(例如，SiGe)，並且在第二個實例中，光管填充有具有高(折射)率的材料(例如，氧化物及/或氮化物)和鍺層2170的組合(例如，SiGe)。每個實例2101a至2101b中的感測器2110是FSI感測器。感測器2110包括一基板2140，該基板包含一或多個二極體2150和一低(折射)率層2160(例如，氧化物)。容納1)矽2161或2)具有高折射率的材料2169中之一者和鍺層2170的低折射率層2160(其未被去除的部分，如圖22中所示)包括導電材料2120(例如，金屬)。
生物感測器2101a至2101b中的每一個包括：鍺層2170，其在(具體地，從光管2130)去除低(折射)率層2160的一部分之後，形成於光管2130中剩餘的低(折射)率層2160的部分上；形成於感測器2110的頂表面上的第一導電層2180(例如，金屬)；形成於第一導電層2180的頂表面上的第二低(折射)率層(例如，氧化物)2183；以及形成於第二低折射率層2183的頂表面上的第二導電層2190(例如，氧化物)。在這些實例中，第二導電層2190、第二低折射率層2183和第一導電層2180包括溝槽2173。這些溝槽2173可形成奈米井2176。每個溝槽(例如，奈米井)定位在二極體2150中的至少一個二極體上方(即，在從感測器2110的底表面延伸至第二低折射率層2183的頂表面的垂直軸上)。每個生物感測器2101a至2101b頂部有一鈍化層2197，在這些實例中，鈍化層可由矽構成。
圖22中的每個工作流程從一感測器(例如，FSI CMOS)2210開始。在兩個工作流程2202至2203中，去除光管2230區域中感測器2210的低折射率層2260中的低折射率材料的光管2230部分，使得所得的溝槽可以用鍺層2270和另一種材料填充，該另一種材料是矽2261或具有高折射率的材料2269(例如，氧化物及/或氮化物)。為此，該方法的工作流程2202、2203都包括在感測器2210的頂部上沉積光阻劑2211(例如，利用微影)(2206)。在不沉積光阻劑2211的情況下，可利用蝕刻技術，包括機械蝕刻來去除光管2230區域中感測器2210的低折射率層2260的部分(2207)。在一些實例中，蝕刻在基板2240的頂表面上留下包含低折射率層2260的材料的(現在更薄)層，並且在光管2230區域中留下溝槽2244。在去除沉積的光阻劑後，可藉由在感測器2210的頂表面上形成鍺層2270來填充溝槽，這現在包括填充溝槽的大約一半(2218)(例如，利用SiGe濺射)。在一些實例中，溝槽的深度可在約3微米至約3.5微米之間。因此，在此非限制性實例中，可通過形成厚度為約1.5微米至約1.75微米的鍺層而用鍺層2270(例如，濺射的SiGe)填充溝槽的一半。
在平坦化表面(2221)(例如，使用CMP)之後，用矽2261或具有高折射率的材料2269(例如，氧化物及/或氮化物)中的任一者填充溝槽2244的剩餘部分(2222)(例如，利用CVD)。然後可例如利用CMP平坦化所得結構的頂表面(2224)。平坦化的表面包括矽2261或具有高折射率的材料2269中的任一者、鍺2270(例如，SiGe)以及低折射率層2260中的低折射率材料的部分。如前所述，取決於所得生物感測器的所需形貌(例如，其預期用途)，可省略其表面的平坦化，包括CMP的使用。
可在感測器2210的頂表面上形成第一導電層2280(例如，金屬)(例如，使用包括但不限於金屬濺射的技術)(2228)。然後該方法的此實例可包括在此第一導電層2280的一頂表面上形成一第二低折射率層2283(例如，氧化物層)(2238)。在第二低折射率層2283上，可形成一第二導電層2290 (2248)。
如上所述，用本文所討論的方法形成的某些生物感測器包括奈米井，其執行一些期望的功能。因此，圖22的工作流程2202至2203包括可用於形成奈米井的態樣。然而，也可以在第二低折射率層的一頂表面上形成第二導電層之後將化學品施用於生物感測器的表面(2248)，而不是前進至在生物感測器的頂表面上形成溝槽以用作奈米井2276。
繼續參見圖22，為了形成奈米井2276，可在第二導電層2290的頂表面的第一部分上沉積光阻劑2211 (2258)(例如，使用微影)。其上沉積有光阻劑2211的表面的部分在後續蝕刻程序期間被保留。然後可蝕刻第二導電層2290的未被光阻劑2211覆蓋的部分(例如，利用氧化物及金屬蝕刻程序)，以在導電層2280、2290和第二低折射率層2283中形成溝槽2273，從而暴露鍺層2270的部分(2268)。可去除光阻劑(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)。在一些實例中，然後可將各種化學品施用於溝槽。一鈍化層2297可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(2278)。
圖23及圖25繪示了包括FSI感測器的生物感測器的六個不同實例。在這些實例的每一個中，生物感測器包括蝕刻層，其包含鍺。圖24及圖26繪示了用於製造圖23及圖25中的感測器的方法的實例。
圖23繪示了生物感測器2301a至2301c的三種構形，其中每種構形的變化在於導電層2387的放置及/或排除。在一個實例2301a中，導電層2387(例如，金屬)沉積在鍺層2370上以限制串擾。第二個實例2301b不包括該導電層2387。同時，在第三個實例2301c中，導電層2387沉積在第二低折射率層2383(例如，氧化物層)上。在這些實例2301a至2301c的每一個中，代替沉積的毯覆鍺層1770(圖17)，圖23的鍺層2370是蝕刻層。這些生物感測器2301a至2301c中的鍺層2370包括在鍺層2370中的溝槽2379。第二低(折射)率層(例如，氧化物)2383及/或導電層2387的部分填充這些溝槽2379。在每種情況下，生物感測器2301a至2303c包括感測器2310，在這些實例中為FSI感測器。感測器2310包括一基板2340，該基板包含一或多個二極體2350和一低(折射)率層2360(例如，氧化物)。低折射率層2360包括導電材料2320(例如，金屬)。
生物感測器2301a至2301c中的每一個包括形成於感測器2310的頂表面上的經蝕刻的鍺層2370。對鍺層2370進行蝕刻，以包括溝槽2379。在鍺層2370的頂表面上形成第二低(折射)率層(例如，氧化物)2383。第二低(折射)率層(例如，氧化物)2383的部分填充鍺層中的溝槽2379。第一個實例2301a包括導電層2387(例如，金屬)，其在鍺層2370的頂表面上形成，包括在溝槽2379中，位於鍺層2370與第二低(折射)率層2383之間。第三個實例2301c包括形成於鍺層2370的頂表面上的導電層2387(例如，金屬)。在這些實例中，第二低折射率層2383包括溝槽2373。這些溝槽2373可形成奈米井2376。每個溝槽(例如，奈米井)定位在二極體2350中的至少一個二極體上方(即，在從感測器2310的底表面延伸至第二低折射率層2383的頂表面的垂直軸上)。每個生物感測器2301a至2301c頂部有一鈍化層2397，在這些實例中，鈍化層可由矽構成。
圖24繪示了可用於形成圖23的感測器2301a至2301c(在圖24中標記為2401a至2401c)的工作流程2402至2404。圖24中的每個工作流程從一感測器(例如，FSI CMOS)2410開始。在第一工作流程2402中，在感測器2410的一頂表面上形成一鍺層2470 (2418)。可使用濺射技術形成鍺層2470(例如，SiGe)。可在鍺層2470的頂表面的第一部分上沉積光阻劑2411(例如，利用微影)(2426)。一旦沉積了光阻劑2411(例如，利用微影)，就可以在未沉積光阻劑2411的地方進行蝕刻，以在鍺層2470中形成溝槽2479，並且去除光阻劑(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)(2427)。在第一工作流程2402中，可在鍺層2470的一頂表面上形成一導電層2487(例如，金屬)(例如，使用包括但不限於金屬濺射的技術)(2428)。在一些實例中，藉由以下方法去除導電層2487的某些部分(未襯覆溝槽2479的部分)：在溝槽2479中的結構的頂表面上沉積一光阻劑2411 (2429)並蝕刻導電層2487的暴露部分(2431)，以暴露鍺層2470的部分，並移除光阻劑2411。在第一工作流程2402中形成導電層2487之後(例如，經由金屬濺射)，並且在第二和第三工作流程2403至2404中不形成該層的情況下，可在鍺層2470的頂表面上形成第二低折射率層2483(例如，氧化物層)(其包括填充鍺層2470中的溝槽2479)，並且在第一工作流程2402中，該頂表面包括導電層2487 (2438)。
在包括奈米井2476的實例中，可將光阻劑2411沉積在第二低折射率層2483的頂表面的第一部分上(2458)(例如，使用微影)。其上沉積有光阻劑2411的表面的部分在後續蝕刻程序期間被保留。在這些實例中，光阻劑2411沉積在鍺層2470中的溝槽2479上方(在縱軸上)的第二低折射率層2483的頂表面的部分上。然後可蝕刻第二低折射率層2483的未被光阻劑2411覆蓋的部分(例如，利用氧化物和金屬蝕刻程序)，以在第二低折射率層2483中形成溝槽2473，從而暴露鍺層2470的部分(2468)。亦可去除光阻劑2411。在一些實例中，然後可將各種化學品施用於溝槽2473。一鈍化層2497可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(2478)。
在第三工作流程2404中，在沉積鈍化層2497 (2478)之前，在第二低折射率層2483(其已經蝕刻)上沉積一導電層2487 (2481)。此工作流程2404包括用光阻劑2411覆蓋導電層2487的一第一部分(2482)。在光阻劑未覆蓋導電層2487的情況下，去除導電層2487(例如，使用蝕刻)，並去除光阻劑(2484)。然後，一鈍化層2497可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(2478)。
圖25包括可使用本文所述之技術形成的生物感測器的三個實例2501a至2501c。圖25中的生物感測器2501a至2501c另外包括阻擋(導電)元件2574(例如金屬)，其來自在感測器2510頂部形成的阻擋(導電)層2577，然後部分地去除(如圖26中更詳細地繪示和討論)。如在其他實例中，感測器2510包括一基板2540，該基板包含一或多個二極體2550和一低(折射)率層2560(例如，氧化物)。低折射率層2560包括導電材料2520(例如，金屬)。
圖26繪示了可用於形成圖25的感測器2501a至2501c(這些生物感測器在圖26中標記為2601a至2601c)的工作流程2602至2604。圖26中的每個工作流程從一感測器(例如，FSI CMOS)2610開始。這些實例與圖24中的實例之間的差異在於，這些工作流程2602至2604包括在感測器2610頂部形成導電(例如，金屬)層2677 (2608)。該層2677(阻擋層)另外有助於降低串擾。在形成層2677(例如，經由金屬濺射)(2608)之後，可藉由在層2677的部分上形成一光阻劑2611(例如，使用微影)並經由蝕刻去除層2677的未被光阻劑覆蓋的部分(2612)來去除層2677的部分(2614)。在包括奈米井2676的構形中，此去除動作在奈米井2676的基底下方的位置中留下了阻擋(導電)元件2674(例如，金屬)。可在形成奈米井2676之前去除剩餘的光阻劑2611。
在形成阻擋(導電)元件2674後，這些工作流程2602至2604繼續進行與圖24的工作流程2402至2404類似的處理。在工作流程2602至2604中，在感測器2610的一頂表面上形成一鍺層2670 (2618)；此表面包括阻擋(導電)元件2674。可使用濺射技術形成鍺層2670(例如，SiGe)。然後可在鍺層2670的頂表面的第一部分上沉積光阻劑2611(例如，利用微影)(2626)。一旦已沉積光阻劑2611(例如，利用微影)，就可在未沉積光阻劑2611的地方進行蝕刻，以在鍺層中形成溝槽2679，然後去除光阻劑2611 (2627)。
在第一工作流程2602中，可在鍺層2670的一頂表面上形成一導電層2687(例如，金屬)(例如，使用包括但不限於金屬濺射的技術)(2628)。在一些實例中，藉由以下方法去除導電層2687的某些部分(未襯覆溝槽2679的部分)：在溝槽2679中的結構的頂表面上沉積一光阻劑2611 (2629)並蝕刻導電層2687的暴露部分(2631)，以暴露鍺層2670的部分。在第一工作流程2602中形成導電層2687之後(例如，經由金屬濺射)，並且在第二和第三工作流程2603至2604中不形成該層的情況下，可在鍺層2670的頂表面上形成第二低折射率層2683(例如，氧化物層)(其包括填充鍺層2670中的溝槽2679)，並且在第一工作流程2602中，該頂表面包括導電層2687。
在包括奈米井2676的實例中，可將光阻劑2611沉積在第二低折射率層2683的一頂表面的一第一部分上(2658)(例如，使用微影)。其上沉積有光阻劑2611的表面的部分在後續蝕刻程序期間被保留。在這些實例中，光阻劑2611沉積在鍺層2670中的溝槽2679上方(在縱軸上)的第二低折射率層2683的頂表面的部分上。然後可蝕刻第二低折射率層2683的未被光阻劑2611覆蓋的部分(例如，利用氧化物和金屬蝕刻程序)，以在第二低折射率層2683中形成溝槽2673，從而暴露鍺層2670的部分(2668)。然後可去除光阻劑2611。在一些實例中，然後可將各種化學品施用於溝槽2673。一鈍化層2697可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(2678)。
在第三工作流程2604中，在沉積鈍化層2697 (2678)之前，在第二低折射率層2683(其已經蝕刻)上沉積一導電層2687 (2681)。此工作流程2604包括用光阻劑2611覆蓋導電層2687的一第一部分(2682)。在光阻劑未覆蓋導電層2687的情況下，去除導電層2687(例如，使用蝕刻)以及光阻劑2611(在蝕刻完成之後)。然後，一鈍化層2697可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(2678)。
圖27至圖30是用於形成這些感測器的生物感測器和工作流程的實例的圖示，其中感測器元件被描繪為BSI感測器。具體地，圖27及圖29描繪了感測器2701a至2701b和2901a至2901c的實例，而圖28及圖30描繪了形成這些感測器的相應工作流程2802至2803和2902至2904的實例。本文討論的第一基於BSI的生物感測器包括毯覆鍺層，而第二組包括經蝕刻的鍺層。這些設計之間的差異類似於先前討論的基於FSI的實例之間的差異。
轉向圖27，生物感測器2701a至2701b中的每一個包括鍺層2770，該鍺層在包括低(折射)率層2760(例如，氧化物)中的一些的表面上形成。在第二個實例2701b中，此表面包括低(折射)率層2760和導電元件2774(從(導電)阻擋層2777上留下的，如圖30所示)。生物感測器均包括2701a至2701b、形成於鍺層2770的頂表面上的第一導電層2780(例如，金屬)、形成於第一導電層2780的頂表面上的第二低(折射)率層(例如，氧化物)2783以及形成於第二低折射率層2783的頂表面上的第二導電層2790(例如，金屬)。在這些實例中，第二導電層2790、第二低折射率層2783和第一導電層2780包括溝槽2773。這些溝槽2773可形成奈米井2776。每個溝槽(例如，奈米井)定位在二極體2750中的至少一個二極體上方(即，在從感測器2710的底表面延伸至第二低折射率層2783的頂表面的垂直軸上)。每個生物感測器2701a至2701b頂部有一鈍化層2797，在這些實例中，鈍化層可由矽構成。
在圖28中，形成第二實例2801b(例如，圖27，2701b)的工作流程2803包括在形成鍺層2870之前形成阻擋層2877，該阻擋層是額外導電層(例如，金屬)，而替代工作流程2802和第一個實例2801a(例如，圖27，2701a)中省略了該態樣(和該層)。
圖28中的每個工作流程從一感測器(例如，BSI CMOS)2810開始。在第二工作流程2803中，在感測器2810的頂表面上形成阻擋層2877(例如，使用金屬濺射技術)(2808)。然後可在阻擋層2877的頂部部分上沉積光阻劑2811(例如，利用微影)(2812)。利用包括但不限於蝕刻的技術，包括機械蝕刻，去除阻擋層2877的部分(未被光阻劑2811覆蓋的那些部分)，留下阻擋元件2874(其有助於串擾緩解)，然後去除光阻劑2811(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)(2814)。
在首先形成阻擋元件2874和第一工作流程2802之後繼續第二工作流2803，在感測器2810(其包括第二工作流程2803中的阻擋元件2874)的頂表面上形成鍺層2870 (2818)。此鍺層2870(例如，SiGe)可使用濺射技術形成。一旦沉積了鍺層2870 (2818)，就可以在鍺層2870的頂表面上形成第一導電層2880(例如，金屬)(例如，使用包括但不限於金屬濺射的技術)(2828)。然後可在該第一導電層2880的頂表面上形成第二低折射率層2883(例如，氧化物層)(2838)。在第二低折射率層2883上，可形成一第二導電層2890 (2848)。
形成奈米井是任選的(如本文中所討論)，並且一些實例將省略它們，但出於說明性目的，圖28中包括該態樣的部分。為了形成奈米井2876，可在第二導電層2890的頂表面的第一部分上沉積光阻劑2811 (2858)(例如，使用微影)。其上沉積有光阻劑2811的表面的部分在後續蝕刻程序期間被保留。然後可蝕刻第二導電層2890的未被光阻劑2811覆蓋的部分(例如，利用氧化物及金屬蝕刻程序)，以在導電層2880、2890和第二低折射率層2883中形成溝槽2873，從而暴露鍺層2870的部分(2868)。然後可去除光阻劑2811。在一些實例中，然後可將各種化學品施用於溝槽。一鈍化層2897可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(2878)。
圖29中的生物感測器2901a至2901c類似於圖27中的生物感測器，但另外都包括前述阻擋(導電)元件2974(例如，金屬)，其來自在感測器2910(在這些實例中為BSI感測器)的頂部形成的阻擋(導電)層2977，然後部分地去除(如圖30中更詳細地繪示和討論)。如在其他實例中，感測器2910包括一基板2940，該基板包含一或多個二極體2950和一低(折射)率層2960(例如，氧化物)。低折射率層2960包括導電材料2920(例如，金屬)。在這些實例2901a至2901c的每一個中，代替沉積的毯覆鍺層2770(圖27)，圖29的鍺層2970是蝕刻層，其中在鍺層2970中包括溝槽2979，並且第二低(折射)率層(例如，氧化物)2983及/或導電層2987的部分填充這些溝槽2979。感測器2910包含基板2940，該基板包含一或多個二極體2950和(折射)率層2960(例如，氧化物)。
工作流程3002至3004都包括在感測器3010頂部形成導電(例如，金屬)層3077。該層是有助於降低串擾的阻擋層。圖30大致繪示了可用於形成圖29的感測器2901a至2901c(在圖30中標記為3001a和3001b)的工作流程3002至3004。圖30中的每個工作流程從一感測器(例如，BSI CMOS)3010開始。在形成導電(例如，金屬)層3077(例如，經由金屬濺射)(3008)之後，可通過在層3077的部分上形成光阻劑3011(例如，使用微影)並經由蝕刻去除層3077的未被光阻劑覆蓋的部分(3012)來去除層3077的部分(3014)。一旦蝕刻完成，就可去除光阻劑3011(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)。在包括奈米井3076的構形中，層3077的部分的去除在奈米井3076的基底下方的位置中留下了阻擋(導電)元件3074(例如，金屬)。
在形成阻擋(導電)元件3074後，這些工作流程3002至3004繼續進行與圖24的工作流程2402至2404類似的處理。在工作流程3002至3004中，在感測器3010的一頂表面上形成一鍺層3070 (3018)；此表面包括阻擋(導電)元件3074。可使用濺射技術形成鍺層3070(例如，SiGe)。然後可在鍺層3070的一頂表面的一第一部分上沉積一光阻劑3011(例如，利用微影)(3026)。一旦沉積了光阻劑3011(例如，利用微影)，就可以在未沉積光阻劑3011的地方進行蝕刻，以在鍺層中形成溝槽3079，然後去除光阻劑3011(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)(3027)。
在第一工作流程3002中，可在鍺層3070的一頂表面上形成一導電層3087(例如，金屬)(例如，使用包括但不限於金屬濺射的技術)(3028)。在一些實例中，藉由以下方法去除導電層3087的某些部分(未襯覆溝槽3079的部分)：在溝槽3079中的結構的頂表面上沉積一光阻劑3011 (3029)並蝕刻導電層3087的暴露部分(3031)，以暴露鍺層3070的部分。在第一工作流程3002中形成導電層3087之後(例如，經由金屬濺射)，並且在第二和第三工作流程3003至3004中不形成該層的情況下，可在鍺層3070的頂表面上形成第二低折射率層3083(例如，氧化物層)(其包括填充鍺層3070中的溝槽3079)，並且在第一工作流程3002中，該頂表面包括導電層3087。
在包括奈米井3076的實例中，可將光阻劑3011沉積在第二低折射率層3083的一頂表面的一第一部分上(3058)(例如，使用微影)。其上沉積有光阻劑3011的表面的部分在後續蝕刻程序期間被保留。在這些實例中，光阻劑3011沉積在鍺層3070中的溝槽3079上方(在縱軸上)的第二低折射率層3083的頂表面的部分上。然後可蝕刻第二低折射率層3083的未被光阻劑3011覆蓋的部分(例如，利用氧化物和金屬蝕刻程序)，以在第二低折射率層3083中形成溝槽3073，從而暴露鍺層3070的部分(3068)。然後可以去除剩餘的光阻劑3011。在一些實例中，然後可將各種化學品施用於溝槽3073。一鈍化層3097可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(3078)。
在第三工作流程3004中，在沉積鈍化層3097 (3078)之前，在第二低折射率層3083(其已經蝕刻)上沉積一導電層3087 (3081)。此工作流程3004包括用光阻劑3011覆蓋導電層3087的一第一部分(3082)。在光阻劑不覆蓋導電層3087的情況下，去除導電層3087(例如，使用蝕刻)，然後去除光阻劑3011(例如，利用抗蝕劑剝離、化學清潔及/或蝕刻)。然後，一鈍化層3097可沉積在結構的頂表面頂部，其可為一矽層(3078)。
本文所述之每個設備可用作生物感測器。圖31提供了包括利用本文所述之設備的各種實例的各個工作流程3100的各態樣的圖示。因此，對於本文所述之每個設備，可獲得生物感測器(例如，包括在本文所述之設備中)(3110)。如附圖中所討論和所示，生物感測器各自包括具有一或多個二極體的影像感測器和在影像感測器上(並且有時是其一部分中)的鍺層。生物感測器包括井和反應位點。可將一或多種核酸放置在反應位點上(3120)，將生物感測器的反應位點暴露於來自光源的光(來自光源的光包含激發光)(3130)。在一些實例中，影像感測器經由鍺層接收來自反應位點的發射光。鍺層過濾光中的激發光並降低串擾(例如，與發射光相關聯)(3140)。然後，影像感測器可提供用於基於發射光來識別核酸組成的信號(3150)。在獲得該發射光時，在這些實例中，生物感測器可被構造成使發射光穿過鍺層傳播，以到達一或多個二極體中的至少一個二極體。在一些實例中，反應位點包含螢光團。在這些實例中，基於將感測器的反應位點暴露於來自光源的光，激發光使得螢光團發射發射光。
本文描述了形成生物感測器、利用生物感測器的各種實例，以及各種生物感測器的結構的描述。下面描述方法和設備的各種實例。
在本文的一些實例中，該方法包含：在一基板的一第一表面上形成一或多個二極體，其中該基板的該第一表面平行於該基板的一第二表面；在該一或多個二極體之間形成一或多個溝槽，該一或多個溝槽從該基板的該第一表面朝該基板的該第二表面延伸，其中該形成包含填充該一或多個溝槽以及平坦化該一或多個經填充的溝槽以形成一第一表面，該第一表面實質上平行於該一或多個二極體的一第一表面和該基板的該第一表面；去除該基板的一部分，使得該一或多個溝槽從該基板的該第一表面延伸穿過該基板至該基板的該第二表面；將一載體晶圓接合至該基板的該第二表面；在該基板的該第二表面上方形成一鍺層；及在該鍺層的一表面上方形成一介電質堆疊。
在該方法的一些實例中，形成該一或多個溝槽包含在該基板中蝕刻該一或多個溝槽。
在該方法的一些實例中，該基板包含矽。
在該方法的一些實例中，填充該一或多個溝槽包含用一或多個介電質層填充該一或多個溝槽。
在該方法的一些實例中，該介電質堆疊包含一或多個奈米井。
在該方法的一些實例中，在該基板的該第二表面上形成該鍺層包含在該基板的該第二表面上沉積鍺。
在該方法的一些實例中，用於該沉積的技術從下列組成之群組中選擇：電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、濺射、電子束蒸鍍、晶體生長和蝕刻、以及真空中的自由基活化接合。
在該方法的一些實例中，所選擇的技術是晶體生長和蝕刻，並且晶體生長和蝕刻包含以下中之一者：轉移晶圓接合或直接晶圓接合。
在該方法的一些實例中，在該基板的該第二表面上方形成該鍺層進一步包含：在該基板的該第二表面上形成一或多個第一介電質層；在該一或多個介電質層的一表面上形成該鍺層；及在該鍺層的一表面上形成一或多個第二介電質層。
在該方法的一些實例中，該基板、一或多個二極體、該載體晶圓以及該一或多個經填充的溝槽包含一感測器。
在該方法的一些實例中，該感測器包含一互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含鍺和矽。
在該方法的一些實例中，該堆疊包含：一或多個介電質層；及一與感測器相容的金屬。
在該方法的一些實例中，該鍺層執行損耗引起的串擾的降低，並在光源朝該介電質堆疊發射光時濾除激發光。
在該方法的一些實例中，基於該損耗引起的串擾的降低，相鄰像素處的信號實質上低於成對像素處的信號。
在本文的一些實例中，該方法包含：在一影像感測器的一頂表面上方形成一鍺層；及在該鍺層的一頂表面上方形成一介電質堆疊。
在該方法的一些實例中，該介電質堆疊包含一或多個奈米井。
在該方法的一些實例中，在該影像感測器的該頂表面上方形成該鍺層進一步包含：在該影像感測器的該頂表面上形成一或多個第一介電質層；在該一或多個介電質層的一表面上形成該鍺層；及在該鍺層的一表面上形成一或多個第二介電質層。
在該方法的一些實例中，在該影像感測器的該頂表面上方形成該鍺層包含在該影像感測器的該頂表面上方沉積鍺。
在該方法的一些實例中，用於該沉積的技術從下列組成之群組中選擇：電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、濺射、電子束蒸鍍、晶體生長和蝕刻、以及真空中的自由基活化接合。
在該方法的一些實例中，所選擇的技術是晶體生長和蝕刻，並且晶體生長和蝕刻包含以下中之一者：轉移晶圓接合或直接晶圓接合。
在該方法的一些實例中，該影像感測器包含一互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
在該方法的一些實例中，該影像感測器包含具有一或多個深溝槽的一背側影像感測器。
在該方法的一些實例中，該鍺層執行損耗引起的串擾的降低，並在光源朝該介電質堆疊發射光時濾除激發光。
在本文的一些實例中，該方法包含：獲得一生物感測器，該生物感測器包含：在一影像感測器的一頂表面上方的一鍺層；及在該鍺層的一頂表面上方的一介電質堆疊，其中該介電質堆疊包含井和反應位點；將一或多種核酸放置在所述反應位點中；及將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，其中該光包含激發光和發射光；藉由該影像感測器經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光，該發射光，其中該鍺層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及藉由該影像感測器基於該發射光識別所述核酸的組成。
在該方法的一些實例中，該影像感測器包含一或多個二極體。
在該方法的一些實例中，經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光進一步包含：使該發射光以非垂直角度穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
在該方法的一些實例中，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含鍺和矽。
在該方法的一些實例中，該生物感測器進一步包含：該影像感測器的該頂表面上的一或多個第一介電質層；及在該鍺層的一表面上的一或多個第二介電質層。
在該方法的一些實例中，該影像感測器包含一互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含鍺和矽。
在該方法的一些實例中，該介電質堆疊包含：一或多個介電質層；及一與感測器相容的金屬。
在本文的一些實例中，該設備包含：包含鍺的一濾光層；界定複數個井的一流動通道底板，其中每個井提供一反應位點，其中該濾光層定位在流動通道底板下方，其中該濾光層連續地遍及於該複數個井下方。
在該設備之一些實例中，該設備進一步包含：定位在該濾光層下方的複數個感測器，該複數個感測器中的每個感測器在一對應的井和反應位點下方置中，使得每個感測器與一對應的反應位點形成一感測對。
在該設備的一些實例中，該濾光層進一步包含矽。
在該設備的一些實例中，該濾光層具有約300微米至約500微米的高度。
在本文的一些實例中，一種用於利用生物感測器(例如，設備)的方法包含：將一或多種核酸放置在一設備的反應位點中，該設備包含：包含鍺的一濾光層；界定複數個井的一流動通道底板，其中每個井提供所述反應位點中的一反應位點，其中該濾光層定位在流動通道底板下方；其中該濾光層連續地遍及於該複數個井的下方；將該設備的所述反應位點暴露於來自一光源的光，其中該光包含激發光和發射光；經由該濾光層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該濾光層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及基於該發射光識別該一或多種核酸的組成。
在該方法的一些實例中，該設備包括定位在該濾光層下方的複數個感測器，該複數個感測器中的每個感測器在一對應的井和所述反應位點中的另一個反應位點下方置中，使得每個感測器與一對應的反應位點形成一感測對。
在該方法的一些實例中，該設備的該濾光層進一步包含矽。
在該方法的一些實例中，該濾光層具有約300微米至約500微米的高度。
在本文的一些實例中，一種用於形成一生物感測器的態樣的方法包含：在一感測器的一頂表面上形成一鍺層，其中該感測器包含：包含一或多個二極體的一基板；形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；在該鍺層的一頂表面上形成一第一導電層；在該第一導電層的一頂表面上形成一第二氧化物層；在該第二氧化物層的一頂表面上形成一第二導電層；在該第二導電層的一頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該第二導電層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第二導電層的該頂表面的該第二部分、該第二氧化物層的一部分和該第一導電層的一部分上，其中該蝕刻形成一或多個溝槽，其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的一垂直軸上。
在該方法的一些實例中，該鍺層進一步包含矽，並且形成該鍺層包含將矽-鍺濺射至該第一氧化物層的該頂表面上。
在該方法的一些實例中，該一或多個溝槽包含奈米井。
在該方法的一些實例中，在一感測器的一頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該第一氧化物層的該頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；蝕刻穿過該第一氧化物層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第一氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻在該第一氧化物層中形成一或多個溝槽；在該第一氧化物層上方沉積一串擾緩解物質，其中該沉積填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽；平坦化該串擾緩解物質，使得該串擾緩解物質的一部分與該第一氧化物層的該頂表面的該第一部分形成一連續表面；及在該第一氧化物層的該頂表面上沉積一矽鍺層。
在該方法的一些實例中，該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該方法的一些實例中，該方法亦包括：在該第二導電層的該頂表面的該第一部分上形成一鈍化層。
在該方法的一些實例中，在一感測器的一頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該第一氧化物層的該頂表面上濺射一額外導電層；在該額外導電層的一第一部分上沉積光阻劑，其中暴露該第一氧化物層的該第二部分；藉由蝕刻去除該額外導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該額外導電層的該第二部分上，其中基於該去除，暴露該第一氧化物層的該頂表面和該額外導電層的該第一部分；及在該第一氧化物層的該頂表面上沉積一矽鍺層。
在該方法的一些實例中，在該感測器的一頂表面上形成該鍺層包含：在該第一氧化物層的該頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；蝕刻穿過該第一氧化物層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第一氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻在該第一氧化物層中形成一或多個溝槽；在該第一氧化物層上方沉積該鍺層，其中該沉積部分地填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽；在該鍺層上方沉積一串擾緩解物質，其中該沉積填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽的剩餘部分；及平坦化該串擾緩解物質，使得該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的該頂表面的該第一部分的一連續表面。
在該方法的一些實例中，該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該方法的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該方法包括：在該第二氧化物層的該頂表面上形成一矽層。
在該方法的一些實例中，該第一導電層和該第二導電層由金屬構成。
在該方法的一些實例中，該第一氧化物層包含導電材料。
在該方法的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在本文的一些實例中，一種用於形成一生物感測器的態樣的方法包含：在一感測器的一頂表面上形成一鍺層，其中該感測器包含：包含一或多個二極體的一基板；形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層，其中形成該鍺層包含：在該鍺層的一頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該鍺層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該鍺的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻形成一或多個溝槽，其中所述溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的一底表面延伸至該鍺層的該頂表面的一垂直軸上；在該鍺層的一頂表面上形成一第二氧化物層；在該第二氧化物層的一頂表面的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該第二氧化物層的該頂表面的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第二氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻形成額外的一或多個溝槽，其中該額外的一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的一垂直軸上。
在該方法的一些實例中，該方法包括：在該第二氧化物層的該頂表面上形成一矽層。
在該方法的一些實例中，在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該第一氧化物層的該頂表面上沉積矽鍺；在該矽鍺上沉積一導電層；及在該導電層的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分，並且其中該頂表面鍺層包含包含該矽鍺的一部分和該導電層的該第一部分的一表面。
在該方法的一些實例中，該方法包括：在該第二氧化物層的該頂表面上沉積一導電層；在該導電層的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分。
在該方法的一些實例中，在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該第一氧化物層的該頂表面上沉積矽鍺；在該矽鍺的該頂表面上沉積一導電層；在該導電層的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分，並且其中該鍺層的該頂表面包含該導電層的該第一部分和該矽鍺的一部分。
在該方法的一些實例中，在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含：在該感測器的該頂表面上沉積一導電層；在該導電層的一第一部分上沉積光阻劑；及蝕刻穿過該導電層的一第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分；及在該第一氧化物層的一部分和該導電層的該第一部分上沉積矽鍺。
在該方法的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該第一氧化物層包含導電組分。
在本文的一些實例中，一種包括一生物感測器的設備包含：一感測器，其包含：包含一或多個二極體的一基板；形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；形成於該感測器的一頂表面上的一鍺層；形成於該鍺層的一頂表面上的一第一導電層；形成於該第一導電層的一頂表面上的一第二氧化物層；形成於該第二氧化物層的一頂表面上的一第二導電層，其中該第二導電層、該第二氧化物層和該第一導電層包含一或多個溝槽，並且其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的一垂直軸上。
在該設備的一些實例中，該鍺層進一步包含矽。
在該設備的一些實例中，該一或多個溝槽包含奈米井。
在該設備的一些實例中，該第一氧化物層包含氧化物物質和串擾緩解物質，其中該串擾緩解物質填充該氧化物物質中的溝槽結構。
在該設備的一些實例中，該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該設備的一些實例中，該設備包括：形成於該第二導電層的該頂表面的該第一部分上的一鈍化層。
在該設備之一些實例中，該鍺層包含：在該第一氧化物層的該頂表面上的一額外導電層，其中該額外導電層包含裂縫(fissure)；及在該第一氧化物層的該頂表面上的一矽鍺層。
在該設備的一些實例中，該第一氧化物層包含溝槽結構，其中該感測器的該頂表面是不平坦的表面，且形成於該感測器的一頂表面上的該鍺層包含：填充所述溝槽結構的一部分的矽鍺；及填充所述溝槽結構的剩餘部分的串擾緩解物質，其中該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的一頂表面的一部分的一連續表面。
在該設備的一些實例中，填充所述溝槽結構的剩餘部分的該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該設備的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該設備的一些實例中，該氧化物層包含導電材料。
在該設備的一些實例中，該設備包括：在該第二氧化物層的該頂表面上的一矽層。
在該設備的一些實例中，該第一導電層和該第二導電層由金屬構成。
在該設備的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該設備的一些實例中，該設備包括小於一微米的像素節距。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有小於400 nm的厚度。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有在約300 nm與約330 nm之間的厚度。
在本文的一些實例中，一種包括一生物感測器的設備包含：一感測器，其包含：包含一或多個二極體的一基板；及形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；在一感測器的一頂表面上的一鍺層，其中該鍺層包含一或多個溝槽，該一或多個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的一底表面延伸至該鍺層的該頂表面的一垂直軸上；及在該鍺層的一頂表面上的一第二氧化物層，其中該第二氧化物層填充該鍺層中的所述溝槽，其中該第二氧化物層包含一或多個溝槽，該第二氧化物層中的每個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的一頂表面的一垂直軸上，其中該第二氧化物層中的所述溝槽暴露該鍺層的部分。
在該設備的一些實例中，該設備包括：該第二氧化物層的該頂表面上的一矽層。
在該設備的一些實例中，該設備包括：一導電層，其包含襯覆該鍺層中的該一或多個溝槽。
在該設備的一些實例中，該設備包括：該第二氧化物層的該頂表面上的一導電層。
在該設備的一些實例中，該設備包括：該感測器的該頂表面上的一導電層。
在該設備的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該設備的一些實例中，該第一氧化物層包含導電組分。
在該設備的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該設備的一些實例中，該設備包括：小於一微米的像素節距。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有小於400 nm的厚度。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有小於300 nm的厚度。
在該設備的一些實例中，該鍺層具有在約300 nm與約330 nm之間的厚度。
在本文的一些實例中，一種用於使用一生物感測器的方法包含：將一或多種核酸放置在一感測器的反應位點中，該感測器包含：包含一或多個二極體的一基板；及形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；在該第一氧化物層的一頂表面上的一鍺層，其中該鍺層包含一或多個溝槽，該一或多個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的一底表面延伸至該鍺層的該頂表面的一垂直軸上；及在該鍺層的一頂表面上的一第二氧化物層，其中該第二氧化物層填充該鍺層中的所述溝槽，其中該第二氧化物層包含一或多個溝槽，該第二氧化物層中的每個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的一頂表面的一垂直軸上，其中該第二氧化物層中的所述溝槽暴露該鍺層的部分，其中該第二氧化物層包含井和所述反應位點；將該感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，其中該光包含激發光和發射光；藉由該一或多個二極體經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該鍺層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及基於該發射光識別所述核酸的組成。
在該方法之一些實例中，該感測器進一步包含：該感測器的該頂表面上的一導電層。
在該方法的一些實例中，經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光進一步包含：使該發射光穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
在該方法的一些實例中，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含鍺和矽。
在該方法的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法之一些實例中，該感測器進一步包含：該第二氧化物層的該頂表面上的一矽層。
在該方法之一些實例中，該感測器進一步包含：一導電層，其包含襯覆該鍺層中的該一或多個溝槽。
在該方法之一些實例中，該感測器進一步包含：該第二氧化物層的該頂表面上的一導電層。
在本文的一些實例中，一種使用一生物感測器的方法包含：將一或多種核酸放置在一生物感測器的反應位點中，該生物感測器包含：一感測器，該感測器包含：包含一或多個二極體的一基板；及形成於該基板的一頂表面上的一第一氧化物層；形成於該感測器的一頂表面上的一鍺層；形成於該鍺層的一頂表面上的一第一導電層；形成於該第一導電層的一頂表面上的一第二氧化物層；形成於該第二氧化物層的一頂表面上的一第二導電層，其中該第二導電層、該第二氧化物層和該第一導電層包含一或多個溝槽，並且其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的一垂直軸上，其中所述溝槽包含井和反應位點；將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，其中該光包含激發光；藉由該一或多個二極體經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該鍺層過濾該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及基於該發射光識別該一或多種核酸的組成。
在該方法的一些實例中，該鍺層進一步包含矽。
在該方法的一些實例中，該第一氧化物層包含氧化物物質和串擾緩解物質，且該串擾緩解物質填充該氧化物物質中的溝槽結構。
在該方法的一些實例中，該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該方法的一些實例中，該生物感測器進一步包含：形成於該第二導電層的該頂表面的該第一部分上的一鈍化層。
在該方法的一些實例中，該鍺層包含：在該第一氧化物層的該頂表面上的一額外導電層，其中該額外導電層包含裂縫(fissure)；及在該第一氧化物層的該頂表面上的一矽鍺層。
在該方法的一些實例中，該第一氧化物層包含溝槽結構，其中該感測器的該頂表面是不平坦的表面，且形成於該感測器的一頂表面上的該鍺層包含：填充所述溝槽結構的一部分的矽鍺；及填充所述溝槽結構的剩餘部分的串擾緩解物質，其中該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的一頂表面的一部分的一連續表面。
在該方法的一些實例中，填充所述溝槽結構的剩餘部分的該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
在該方法的一些實例中，該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，該氧化物層包含導電材料。
在該方法的一些實例中，該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
在該方法的一些實例中，經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光進一步包含：使該發射光穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
在該方法的一些實例中，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
圖式中之流程圖及方塊圖繪示根據本實施方案之各種實例之系統、方法、及電腦程式產品之可能實施方案的架構、功能、及操作。在此方面，流程圖或方塊圖中的各方塊可代表一模組、區段或指令之部分，其包含用於實施(多個)指定邏輯功能的一或多個可執行指令。在一些替代實施方案中，方塊中所提到的功能可不按圖式中所提到的順序發生。例如，顯示為接續的兩個方塊事實上可實質上並行地執行，或者方塊有時可以相反順序執行，取決於所涉及的功能。亦應注意，可藉由執行指定功能或動作或實行特殊用途硬體與電腦指令之組合的基於特殊用途硬體的系統來實施方塊圖及/或流程圖繪示之各方塊、及方塊圖及/或流程圖中之方塊的組合。
本文所使用之用語係僅出於描述特定實例之目的並且不意欲限制。如本文中所使用，單數形式「一(a/an)」及「該(the)」係意欲包括複數形式，除非上下文另有明確指示。應進一步理解，用語「包含(comprises/comprising)」」在本說明書中使用時指定所述特徵、整數、步驟、程序、操作、元件、及/或組件的存在，但不排除在一或多個其他特徵、整數、步驟、程序、操作、元件、組件、及/或其群組的存在或增加。
在以下申請專利範圍中，所有構件或步驟附加功能元件的對應結構、材料、動作、及等效物(若有的話)係意欲包括任何結構、材料或用於與如具體主張之其他主張元件組合來執行功能的動作。為了繪示及說明之目的，已呈現一或多個實例的說明但並非意欲詳盡無漏或限制於所揭示之形式。許多修改及變化對於所屬技術領域中具有通常知識者將係顯而易見的。為了最佳解釋各種態樣及實務應用，及為了使所屬技術領域中具有通常知識者能夠了解各種實例，各種修改適於所設想之特定使用，來選擇及描述該實例。
應理解，下文更詳細論述的前述態樣及額外概念(假設此類概念並未相互不一致)被設想為本文中揭示之標的之一部分，以至少達成如本文所述之益處。具體而言，本揭露之結尾處出現的申請專利範圍之全部組合皆被設想為本文所揭示之標的之一部分。亦應理解，本文中明確採用的用語(其亦可出現在以引用方式併入的任何揭露中)應符合與本文所揭示之特定概念最一致的意義。
本書面說明書使用實例來揭示標的，並且亦使所屬技術領域中具有通常知識者能夠實作標的，包括製作及使用任何裝置或系統並執行任何併入的方法。標的之可取得專利範圍係由申請專利範圍定義，且可包括所屬技術領域中發生的其他實例。如果此類其他實例具有並非不同於申請專利範圍之字面用語的結構元件，或如果其等包括具有與申請專利範圍之字面用語無實質差異的均等結構元件，則此類其他實例意欲在申請專利範圍之範圍內。
應瞭解，以上描述意欲為描述性而非係限制性的。例如，上文所述之實例(及/或其態樣)可彼此組合使用。此外，可進行許多修改以適應對各種實例之教示的特定情況或材料而不脫離其等之範圍。雖然本文所述之材料的尺寸及類型意欲界定各種實例之參數，但是其等絕非限制且僅以舉例的方式提供。許多其他實例對於所屬技術領域中具有通常知識者在審閱上述說明書時將是顯而易見的。因此，各種實例之範圍應參考隨附申請專利範圍而連同此申請專利範圍享有的均等物之全部範圍來判定。在隨附申請專利範圍中，用語「包括(including)」及「其中(in which)」用作各別用語「包含(comprising)」及「其中(wherein)」之白話英語均等詞。此外，在以下申請專利範圍中，用語「第一(first)」、「第二(second)」、及「第三(third)」等僅用作標號，且不意欲對其等目的加諸數值要求。本文中的用語「基於(based on)」之形式涵蓋其中部分基於一元件之關係以及完全基於一元件之關係。用語「經界定(defined)」之形式涵蓋其中一元件經部分界定之關係以及一元件經完全界定之關係。進一步地，以下申請專利範圍的限制並非以構件附加功能(means-plus-function)格式撰寫，並且不意欲基於35 U.S.C. § 112第六項解讀，除非並且直到此類申請專利範圍限制明確使用片語「用於...的構件」後續接著功能陳述而無進一步結構。應理解，並非必然根據任何特定實例來達成上文所描述之所有此類目的或優點。因此，例如所屬技術領域中具有通常知識者將認知到，本文所述之系統及技術可以達成或最佳化如本文所教示之一項優點或優點群組的方式體現或實行本文所述之系統及技術，而不必然達成如本文所教示或建議的其他目的或優點。
雖然已結合僅有限數目的實例來詳細描述標的，但應易於理解的是，標的不限於此類揭示的實例。而是，標的可經修改以併入在這之前未說明的任何數量之變化、改變、取代或等效配置，但其等係與標的之精神及範圍相符。此外，雖然已經描述該標的之各種實例，但是應理解，本揭露之態樣可僅包括一些所描述實例。再者，雖然一些實例係描述為具有某些數量的元件，但是將理解，標的可用小於或大於某些數量的元件來實作。據此，標的並非如前述說明所限制但僅受限於隨附申請專利範圍之範圍。
100:生物感測器
101:激發光
111:發射光
110:流動通道底板
112:井
114:反應位點
120:基底
130:光導
132:濾光材料
140:屏蔽物或簾
150:影像感測器
200:生物感測器
201:激發光
210:流動通道底板
211:發射光
212:井
214:反應位點
215:軸
232:濾光材料層
250:影像感測器
300:生物感測器
301:激發光
310:流動通道底板
311:發射光
312:井
314:反應位點
324:介電質材料
326:感測器相容金屬
328:介電質材料
332:濾光層
355:影像感測器
400:生物感測器
412:井
455:影像感測器
500:生物感測器
512:井
514:反應位點
528:介電質材料
573:溝槽
800:工作流程
810-870:步驟
900:工作流程
910-930:步驟
1000:生物感測器
1005:基板
1015:載體晶圓
1025:介電質堆疊
1032:鍺層
1035:感測器部分
1050:二極體
1051:填充的溝槽
1052:溝槽
1100:工作流程
1110-1120:步驟
1200:工作流程
1203:生物感測器
1212:井
1214:反應位點
1224:介電質材料層
1225:介電質堆疊
1228:介電質材料層
1232:鍺層
1234:隔離氧化物層
1236:感測器相容金屬
1255:感測器
1310:FSI感測器或晶片
1320:導電元件
1330:光管
1340:基板
1350:二極體
1360:低折射率層
1410:BSI感測器
1440:基板
1450:二極體
1460:低折射率層
1500:工作流程
1510-1560:步驟
1600:工作流程
1610-1640:步驟
1701a-1701c:生物感測器
1701a:構形
1701b:第二構形
1701c:第三構形
1710:感測器
1720:導電材料
1730:光管
1740:基板
1750:二極體
1760:低(折射)率層
1762:高(折射)率層
1763:矽
1770:鍺層
1773:溝槽
1776:奈米井
1780:第一導電層
1783:第二低(折射)率層
1790:第二導電層
1797:鈍化層
1801a-1801c:感測器
1802:第一工作流程
1803:第二工作流程
1804:第三工作流程
1810:感測器
1811:光阻劑
1813:溝槽
1830:光管
1860:低折射率層
1862:高(折射)率層
1863:矽
1870:鍺層
1873:溝槽
1876:奈米井
1880:第一導電層
1883:第二低折射率層
1890:第二導電層
1897:鈍化層
1901a-1901c:生物感測器
1910:感測器
1920:導電材料
1930:光管
1940:基板
1950:二極體
1960:低(折射)率層
1962:高(折射)率層
1963:矽
1970:鍺層
1973:溝槽
1974:阻擋(導電)元件
1976:奈米井
1977:阻擋(導電)層
1980:第一導電層
1983:第二低(折射)率層
1990:第二導電層
1997:鈍化層
2002-2004:工作流程
2010:感測器
2011:光阻劑
2030:光管
2062:高折射率的材料
2063:矽
2070:鍺層
2073:溝槽
2074:阻擋元件
2076:奈米井
2077:阻擋層
2080:第一導電層
2083:第二低折射率層
2090:第二導電層
2097:鈍化層
2101a-2101b:實例
2110:感測器
2120:導電材料
2130:光管
2140:基板
2150:二極體
2160:低(折射)率層
2161:矽
2169:高折射率的材料
2170:鍺層
2173:溝槽
2176:奈米井
2180:第一導電層
2183:第二低(折射)率層
2190:第二導電層
2197:鈍化層
2202-2203:工作流程
2210:感測器
2211:光阻劑
2230:光管
2240:基板
2244:溝槽
2260:低折射率層
2261:矽
2269:高折射率的材料
2270:鍺層
2276:奈米井
2280:第一導電層
2283:第二低折射率層
2290:第二導電層
2301a-2301c:生物感測器
2310:感測器
2320:導電材料
2340:基板
2350:二極體
2360:低(折射)率層
2370:鍺層
2373:溝槽
2376:奈米井
2379:溝槽
2383:第二低折射率層
2387:導電層
2397:鈍化層
2401a-2401c:感測器
2402-2404:工作流程
2410:感測器
2411:光阻劑
2470:鍺層
2476:奈米井
2479:溝槽
2483:第二低折射率層
2487:導電層
2497:鈍化層
2501a-2501c:生物感測器
2510:感測器
2520:導電材料
2540:基板
2550:二極體
2560:低(折射)率層
2574:阻擋(導電)元件
2577:阻擋(導電)層
2601a-2601c:生物感測器在
2602-2604:工作流程
2610:感測器
2611:光阻劑
2670:鍺層
2673:溝槽
2674:阻擋(導電)元件
2676:奈米井
2677:阻擋層、導電層
2679:溝槽
2683:第二低折射率層
2687:導電層
2697:鈍化層
2701a-2701b:生物感測器
2710:感測器
2750:二極體
2760:低(折射)率層
2770:鍺層
2773:溝槽
2774:導電元件
2776:奈米井
2777:(導電)阻擋層
2780:第一導電層
2783:第二低(折射)率層
2790:第二導電層
2797:鈍化層
2802-2803:工作流程
2801a:第一實例
2801b:第二實例
2810:感測器
2811:光阻劑
2870:鍺層
2873:溝槽
2874:阻擋元件
2876:奈米井
2877:阻擋層
2880:第一導電層
2883:第二低折射率層
2890:第二導電層
2897:鈍化層
2901a-2901c:感測器
2910:感測器
2920:導電材料
2940:基板
2950:二極體
2960:低(折射)率層
2901a-2901c:感測器
2902-2904:工作流程
2974:阻擋(導電)元件
2977:阻擋(導電)層
2979:溝槽
2983:第二低(折射)率層
2987:導電層
3001a-3001b:感測器
3002-3004:工作流程
3010:感測器
3011:光阻劑
3070:鍺層
3073:溝槽
3074:阻擋(導電)元件
3076:奈米井
3077:導電層
3079:溝槽
3083:第二低折射率層
3087:導電層
3097:鈍化層
3100:工作流程
3110-3150:步驟
H:高度距離
P:節距距離
W:寬度距離
一或多個態樣係具體指出且明顯主張為本說明書之總結處的申請專利範圍中之實例。前文及一或多個態樣的目的、特徵、及優點將自下文結合附圖的實施方式而變得顯而易見，其中：
[圖1]是藉由幕簾結構處理串擾降低的生物感測器的實例；
[圖2]繪示了生物感測器的構形，其使用有損耗材料作為激發濾光器並作為降低串擾的介質；
[圖3]描繪了可用作次微米影像感測器的生物感測器，其中提供損耗引起的串擾降低(LICR)的濾光層由鍺構成；
[圖4]描繪了圖4的生物感測器的截面圖；
[圖5]描繪了圖4的生物感測器的俯視圖；
[圖6]是曲線圖，繪示了鍺在紅色與綠色波長之間具有非常高的吸收差；
[圖7]是曲線圖，繪示了可用於本文之生物感測器實例中的各種矽鍺化合物的吸收係數；
[圖8]描繪了包括用於LICR和過濾兩者的鍺層的生物感測器的製作過程的實例；
[圖9]描繪了在生物感測器中形成鍺層的工作流程；
[圖10A]至[圖10B](統稱為圖10)繪示了製作和製造包括鍺層的生物感測器的各種方法的態樣；
[圖11]描繪了製造或製作包括用於LICR和過濾的鍺層的生物感測器的工作流程；此工作流程使用可商購獲得的或現成的影像感測器；
[圖12]描繪了工作流程並繪示了處於各個階段的生物感測器，其中工作流程用於製作生物感測器並且所得的生物感測器包括用於LICR和過濾的鍺層以及現成的感測器；
[圖13]是可整合至本文所述的生物感測器中的現有感測器的實例；
[圖14]是可整合至本文所述的生物感測器中的現有感測器的實例；
[圖15]是大致工作流程的實例，其包括整合至用於形成本文所揭示的生物感測器的方法的實例中的各態樣；
[圖16]是大致工作流程的實例，其包括整合至用於形成本文所揭示的生物感測器的方法的實例中的各態樣；
[圖17]繪示了可用本文所討論的方法形成的生物感測器的一些實例；這些實例利用前側照明感測器並且整合至具有低折射率的層中的串擾緩解材料有所不同；
[圖18]是可遵循以形成圖17所示的生物感測器的各種工作流程的圖示；
[圖19]繪示了可用本文所討論的方法形成的生物感測器的一些實例；這些實例利用前側照明感測器，整合至具有低折射率的層中的串擾緩解材料有所不同，並包括額外導電(阻擋)層；
[圖20]是可遵循以形成圖19所示的生物感測器的各種工作流程的圖示；
[圖21]繪示了可用本文所討論的方法形成的生物感測器的一些實例；這些實例包括嵌入前側照明感測器中的LICR層；
[圖22]是可遵循以形成圖21所示的生物感測器的各種工作流程的圖示；
[圖23]繪示了可用本文所討論的方法形成的生物感測器的一些實例；這些實例包括經蝕刻的LICR層(而不是毯覆(blanket)的LICR層)，並包括前側照明感測器；
[圖24]是可遵循以形成圖23所示的生物感測器的各種工作流程的圖示；
[圖25]繪示了可用本文所討論的方法形成的生物感測器的一些實例；這些實例包括經蝕刻的LICR層(而不是毯覆的LICR層)、前側照明感測器和用於幫助阻擋生物感測器內的串擾的額外導電層；
[圖26]是可遵循以形成圖25所示的生物感測器的各種工作流程的圖示；
[圖27]繪示了可用本文所討論的方法形成的生物感測器的一些實例；這些實例利用背側照明感測器和毯覆的LICR層；
[圖28]是可遵循以形成圖27所示的生物感測器的各種工作流程的圖示；
[圖29]繪示了可用本文所討論的方法形成的生物感測器的一些實例；這些實例利用背側照明感測器和經蝕刻的LICR層；
[圖30]是可遵循以形成圖29所示的生物感測器的各種工作流程的圖示；且
[圖31]是可遵循以使用由本文所述之方法形成的各種設備之各種工作流程的圖示。
300:生物感測器
301:激發光
310:流動通道底板
311:發射光
312:井
314:反應位點
324:介電質材料
326:感測器相容金屬
328:介電質材料
332:濾光層
355:影像感測器
Claims (116)
- 一種方法，其包含： 在基板的第一表面上形成一或多個二極體，其中該基板的該第一表面平行於該基板的第二表面； 在該一或多個二極體之間形成一或多個溝槽，該一或多個溝槽從該基板的該第一表面朝該基板的該第二表面延伸，其中前述形成該一或多個溝槽包含填充該一或多個溝槽以及平坦化該一或多個經填充的溝槽以形成一第一表面，該第一表面實質上平行於該一或多個二極體的第一表面和該基板的該第一表面； 去除該基板的一部分，使得該一或多個溝槽從該基板的該第一表面延伸穿過該基板至該基板的該第二表面； 將載體晶圓接合至該基板的該第二表面； 在該基板的該第二表面上方形成鍺層；及 在該鍺層的表面上方形成介電質堆疊。
- 如請求項1之方法，其中形成該一或多個溝槽包含在該基板中蝕刻該一或多個溝槽。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中該基板包含矽。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中填充該一或多個溝槽包含用一或多個介電質層填充該一或多個溝槽。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中該介電質堆疊包含一或多個奈米井。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中在該基板的該第二表面上形成該鍺層包含在該基板的該第二表面上沉積鍺。
- 如請求項6之方法，其中用於該沉積的技術從下列組成之群組中選擇：電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、濺射、電子束蒸鍍、晶體生長和蝕刻、以及真空中的自由基活化接合。
- 如請求項7之方法，其中所選擇的該技術是晶體生長和蝕刻，並且該晶體生長和蝕刻包含以下中之一者：轉移晶圓接合或直接晶圓接合。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中在該基板的該第二表面上方形成該鍺層進一步包含： 在該基板的該第二表面上形成一或多個第一介電質層； 在該一或多個介電質層的表面上形成該鍺層；及 在該鍺層的表面上形成一或多個第二介電質層。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中該基板、一或多個二極體、該載體晶圓以及該一或多個經填充的溝槽包含感測器。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中該感測器包含互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中該鍺層包含鍺和矽。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中該堆疊包含： 一或多個介電質層；及 與感測器相容的金屬。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中該鍺層執行損耗引起的串擾的降低，並在光源朝該介電質堆疊發射光時濾除激發光。
- 如請求項1或請求項2之方法，其中基於該損耗引起的串擾的降低，相鄰像素處的信號實質上低於成對像素處的信號。
- 一種方法，其包含： 在影像感測器的頂表面上方形成鍺層；及 在該鍺層的頂表面上方形成介電質堆疊。
- 如請求項16之方法，其中該介電質堆疊包含一或多個奈米井。
- 如請求項16或請求項17之方法，其中在該影像感測器的該頂表面上方形成該鍺層進一步包含： 在該影像感測器的該頂表面上形成一或多個第一介電質層； 在該一或多個介電質層的表面上形成該鍺層；及 在該鍺層的表面上形成一或多個第二介電質層。
- 如請求項16或請求項17之方法，其中在該影像感測器的該頂表面上方形成該鍺層包含在該影像感測器的該頂表面上方沉積鍺。
- 如請求項19之方法，其中用於該沉積的技術從下列組成之群組中選擇：電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、濺射、電子束蒸鍍、晶體生長和蝕刻、以及真空中的自由基活化接合。
- 如請求項20之方法，其中所選擇的該技術是晶體生長和蝕刻，並且該晶體生長和蝕刻包含以下中之一者：轉移晶圓接合或直接晶圓接合。
- 如請求項16或請求項17之方法，其中該影像感測器包含互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
- 如請求項16或請求項17之方法，其中該影像感測器包含具有一或多個深溝槽的背側影像感測器。
- 如請求項16或請求項17之方法，其中該鍺層執行損耗引起的串擾的降低，並在光源朝該介電質堆疊發射光時濾除激發光。
- 一種方法，其包含： 獲得生物感測器，該生物感測器包含： 在影像感測器的頂表面上方的鍺層；及 在該鍺層的頂表面上方的介電質堆疊，其中該介電質堆疊包含井和反應位點； 將一或多種核酸放置在所述反應位點中；及 將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自光源的光，其中該光包含激發光和發射光； 藉由該影像感測器經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光，該發射光，其中該鍺層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及 藉由該影像感測器基於該發射光識別所述核酸的組成。
- 如請求項25之方法，其中該影像感測器包含一或多個二極體。
- 如請求項26之方法，其中經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光進一步包含： 使該發射光以非垂直角度穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
- 如請求項25至27中任一項之方法，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
- 如請求項25至27中任一項之方法，其中該鍺層包含鍺和矽。
- 如請求項25至27中任一項之方法，其中該生物感測器進一步包含： 該影像感測器的該頂表面上的一或多個第一介電質層；及 該鍺層的表面上的一或多個第二介電質層。
- 如請求項25至27中任一項之方法，其中該影像感測器包含互補金屬氧化物半導體(CMOS)。
- 如請求項25至27中任一項之方法，其中該鍺層包含鍺和矽。
- 如請求項25至27中任一項之方法，其中該介電質堆疊包含： 一或多個介電質層；及 與感測器相容的金屬。
- 一種設備，其包含： 包含鍺的濾光層； 界定複數個井的流動通道底板，其中每個井提供一反應位點，其中該濾光層定位在流動通道底板下方； 其中該濾光層連續地遍及於該複數個井的下方。
- 如請求項34之設備，其進一步包含： 定位在該濾光層下方的複數個感測器，該複數個感測器中的每個感測器在對應的井和反應位點下方，使得每個感測器與對應的反應位點形成一感測對。
- 如請求項34或請求項35之設備，其中該濾光層進一步包含矽。
- 如請求項34或請求項35之設備，其中該濾光層具有約300微米至約500微米的高度。
- 一種方法，其包含： 將一或多種核酸放置在設備的反應位點中，該設備包含： 包含鍺的濾光層； 界定複數個井的流動通道底板，其中每個井提供所述反應位點中的反應位點，其中該濾光層定位在流動通道底板下方； 其中該濾光層連續地遍及於該複數個井的下方； 將該設備的所述反應位點暴露於來自光源的光，其中該光包含激發光和發射光； 經由該濾光層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該濾光層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及 基於該發射光識別該一或多種核酸的組成。
- 如請求項38之方法，該感測器進一步包含： 定位在該濾光層下方的複數個感測器，該複數個感測器中的每個感測器在一對應的井和所述反應位點中的另一個反應位點下方置中，使得每個感測器與對應的反應位點形成一感測對。
- 如請求項38或請求項39之方法，其中該濾光層進一步包含矽。
- 如請求項38或請求項39之方法，其中該濾光層具有約300微米至約500微米的高度。
- 一種方法，其包含： 在感測器的頂表面上形成鍺層，其中該感測器包含： 包含一或多個二極體的基板； 形成於該基板的頂表面上的第一氧化物層； 在該鍺層的頂表面上形成第一導電層； 在該第一導電層的頂表面上形成第二氧化物層； 在該第二氧化物層的頂表面上形成第二導電層； 在該第二導電層的頂表面的第一部分上沉積光阻劑；及 蝕刻穿過該第二導電層的該頂表面的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第二導電層的該頂表面的該第二部分、該第二氧化物層的一部分和該第一導電層的一部分上，其中該蝕刻形成一或多個溝槽，其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的垂直軸上。
- 如請求項42之方法，其中該鍺層進一步包含矽，並且其中形成該鍺層包含將矽-鍺濺射至該第一氧化物層的該頂表面上。
- 如請求項42之方法，其中該一或多個溝槽包含奈米井。
- 如請求項42之方法，其中在感測器的頂表面上形成該鍺層進一步包含： 在該第一氧化物層的該頂表面的第一部分上沉積光阻劑； 蝕刻穿過該第一氧化物層的該頂表面的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第一氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻在該第一氧化物層中形成一或多個溝槽； 在該第一氧化物層上方沉積串擾緩解物質，其中該沉積填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽； 平坦化該串擾緩解物質，使得該串擾緩解物質的一部分與該第一氧化物層的該頂表面的該第一部分形成連續表面；及 在該第一氧化物層的該頂表面上沉積矽鍺層。
- 如請求項45之方法，其中該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
- 如請求項42之方法，其進一步包含： 在該第二導電層的該頂表面的該第一部分上形成鈍化層。
- 如請求項42之方法，其中在感測器的頂表面上形成該鍺層進一步包含： 在該第一氧化物層的該頂表面上濺射一額外導電層； 在該額外導電層的第一部分上沉積光阻劑，其中暴露該第一氧化物層的該第二部分； 藉由蝕刻去除該額外導電層的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該額外導電層的該第二部分上，其中基於該去除，暴露該第一氧化物層的該頂表面和該額外導電層的該第一部分；及 在該第一氧化物層的該頂表面上沉積矽鍺層。
- 如請求項42之方法，其中在該感測器的頂表面上形成該鍺層包含： 在該第一氧化物層的該頂表面的第一部分上沉積光阻劑； 蝕刻穿過該第一氧化物層的該頂表面的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第一氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻在該第一氧化物層中形成一或多個溝槽； 在該第一氧化物層上方沉積該鍺層，其中該沉積部分地填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽； 在該鍺層上方沉積一串擾緩解物質，其中該沉積填充該第一氧化物層中的該一或多個溝槽的剩餘部分；及 平坦化該串擾緩解物質，使得該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的該頂表面的該第一部分的連續表面。
- 如請求項49之方法，其中該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
- 如請求項42至50中任一項之方法，其中該感測器是前側照明互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項42至50中任一項之方法，其進一步包含： 在該第二氧化物層的該頂表面上形成矽層。
- 如請求項42至47或49至50中任一項之方法，其中該第一導電層和該第二導電層由金屬構成。
- 如請求項42至50中任一項之方法，其中該第一氧化物層包含導電材料。
- 如請求項42至44或47至48中任一項之方法，其中該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 一種方法，其包含： 在感測器的頂表面上形成鍺層，其中該感測器包含： 包含一或多個二極體的基板； 形成於該基板的頂表面上的第一氧化物層，其中形成該鍺層包含： 在該鍺層的頂表面的第一部分上沉積光阻劑；及 蝕刻穿過該鍺層的該頂表面的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該鍺的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻形成一或多個溝槽，其中所述溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的一底表面延伸至該鍺層的該頂表面的垂直軸上； 在該鍺層的頂表面上形成第二氧化物層； 在該第二氧化物層的頂表面的第一部分上沉積光阻劑；及 蝕刻穿過該第二氧化物層的該頂表面的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該第二氧化物層的該頂表面的該第二部分上，其中該蝕刻形成額外的一或多個溝槽，其中該額外的一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的垂直軸上。
- 如請求項56之方法，其進一步包含： 在該第二氧化物層的該頂表面上形成矽層。
- 如請求項57之方法，其中在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含： 在該第一氧化物層的該頂表面上沉積矽鍺； 在該矽鍺上沉積導電層；及 在該導電層的第一部分上沉積光阻劑；及 蝕刻穿過該導電層的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分，並且其中該頂表面鍺層包含包含該矽鍺的一部分和該導電層的該第一部分的一表面。
- 如請求項56之方法，其進一步包含： 在該第二氧化物層的該頂表面上沉積導電層； 在該導電層的第一部分上沉積光阻劑；及 蝕刻穿過該導電層的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分。
- 如請求項56之方法，其中在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含： 在該第一氧化物層的該頂表面上沉積矽鍺； 在該矽鍺的該頂表面上沉積導電層； 在該導電層的第一部分上沉積光阻劑；及 蝕刻穿過該導電層的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分，並且其中該鍺層的該頂表面包含該導電層的該第一部分和該矽鍺的一部分。
- 如請求項56之方法，其中在該感測器的該頂表面上形成該鍺層進一步包含： 在該感測器的該頂表面上沉積導電層； 在該導電層的第一部分上沉積光阻劑；及 蝕刻穿過該導電層的第二部分，其中該光阻劑未沉積在該導電層的該第二部分上，其中該蝕刻去除該導電層的該第二部分；及 在該第一氧化物層的一部分和該導電層的該第一部分上沉積矽鍺。
- 如請求項56至61中任一項之方法，其中該感測器為前側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項56至61中任一項之方法，其中該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項56至61中任一項之方法，其中該第一氧化物層包含導電組分。
- 一種設備，其包含： 感測器，其包含： 包含一或多個二極體的基板； 形成於該基板的頂表面上的第一氧化物層； 形成於該感測器的頂表面上的鍺層； 形成於該鍺層的頂表面上的第一導電層； 形成於該第一導電層的頂表面上的第二氧化物層； 形成於該第二氧化物層的頂表面上的第二導電層，其中該第二導電層、該第二氧化物層和該第一導電層包含一或多個溝槽，並且其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的垂直軸上。
- 如請求項65之設備，其中該鍺層進一步包含矽。
- 如請求項65之設備，其中該一或多個溝槽包含奈米井。
- 如請求項65之設備，其中該第一氧化物層包含氧化物物質和串擾緩解物質，其中該串擾緩解物質填充該氧化物物質中的溝槽結構。
- 如請求項68之設備，其中該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
- 如請求項65之設備，其進一步包含： 形成於該第二導電層的該頂表面的該第一部分上的鈍化層。
- 如請求項65之設備，其中該鍺層包含： 在該第一氧化物層的該頂表面上的額外導電層，其中該額外導電層包含裂縫(fissure)；及 在該第一氧化物層的該頂表面上的矽鍺層。
- 如請求項65之設備，其中該第一氧化物層包含溝槽結構，其中該感測器的該頂表面是不平坦的表面，並且形成於該感測器的頂表面上的該鍺層包含： 填充所述溝槽結構的一部分的矽鍺；及 填充所述溝槽結構的剩餘部分的串擾緩解物質，其中該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的頂表面的一部分的連續表面。
- 如請求項72之設備，其中填充所述溝槽結構的該剩餘部分的該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
- 如請求項65至73中任一項之設備，其中該感測器是前側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項65至73中任一項之設備，其中該氧化物層包含導電材料。
- 如請求項65至73中任一項之設備，其進一步包含： 在該第二氧化物層的該頂表面上的矽層。
- 如請求項65至71中任一項之設備，其中該第一導電層和該第二導電層由金屬構成。
- 如請求項65至68中任一項之設備，其中該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項65至68中任一項之設備，其包含小於一微米的像素節距。
- 如請求項65至69中任一項之設備，其中該鍺層的厚度小於400 nm。
- 如請求項65至69中任一項之設備，其中該鍺層的厚度在約300 nm與約330 nm之間。
- 一種設備，其包含： 感測器，其包含： 包含一或多個二極體的基板；及 形成於該基板的頂表面上的第一氧化物層； 在感測器的頂表面上的鍺層，其中該鍺層包含一或多個溝槽，該一或多個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的一底表面延伸至該鍺層的該頂表面的垂直軸上；及 在該鍺層的頂表面上的第二氧化物層，其中該第二氧化物層填充該鍺層中的所述溝槽，其中該第二氧化物層包含一或多個溝槽，該第二氧化物層中的每個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的一底表面延伸至該第二氧化物層的一頂表面的垂直軸上，其中該第二氧化物層中的所述溝槽暴露該鍺層的部分。
- 如請求項82之設備，其進一步包含： 該第二氧化物層的該頂表面上的矽層。
- 如請求項83之設備，其進一步包含： 導電層，其包含襯覆該鍺層中的該一或多個溝槽。
- 如請求項82之設備，其進一步包含： 該第二氧化物層的該頂表面上的導電層。
- 如請求項82之設備，其進一步包含： 該感測器的該頂表面上的導電層。
- 如請求項82至86中任一項之設備，其中該感測器為前側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項82至86中任一項之設備，其中該第一氧化物層包含導電組分。
- 如請求項82至86中任一項之設備，其中該感測器為背側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項82至86中任一項之設備，其包含小於一微米的像素節距。
- 如請求項82至86中任一項之設備，其中該鍺層的厚度小於400 nm。
- 如請求項82至86中任一項之設備，其中該鍺層的厚度小於300 nm。
- 如請求項82至86中任一項之設備，其中該鍺層的厚度在約300 nm與約330 nm之間。
- 一種方法，其包含： 將一或多種核酸放置在一感測器的反應位點中，該感測器包含： 包含一或多個二極體的基板；及 形成於該基板的頂表面上的第一氧化物層； 在該第一氧化物層的頂表面上的鍺層，其中該鍺層包含一或多個溝槽，該一或多個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體與另一個二極體之間的空間上方、在從該感測器的底表面延伸至該鍺層的該頂表面的垂直軸上；及 在該鍺層的頂表面上的第二氧化物層，其中該第二氧化物層填充該鍺層中的所述溝槽，其中該第二氧化物層包含一或多個溝槽，該第二氧化物層中的每個溝槽定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的底表面延伸至該第二氧化物層的頂表面的垂直軸上，其中該第二氧化物層中的所述溝槽暴露該鍺層的部分，其中該第二氧化物層包含井和所述反應位點； 將該感測器的所述反應位點暴露於來自光源的光，其中該光包含激發光和發射光； 藉由該一或多個二極體經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該鍺層過濾該光中的該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及 基於該發射光識別該一或多種核酸的組成。
- 如請求項94之方法，該感測器進一步包含： 該感測器的該頂表面上的導電層。
- 如請求項95之方法，其中經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光進一步包含： 使該發射光穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
- 如請求項94至96中任一項之方法，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該感測器的所述反應位點暴露於來自一光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
- 如請求項94至96中任一項之方法，其中該鍺層包含鍺和矽。
- 如請求項94至96中任一項之方法，其中該感測器為前側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項94至96中任一項之方法，其中該感測器為背側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項94之方法，該感測器進一步包含： 該第二氧化物層的該頂表面上的矽層。
- 如請求項94之方法，該感測器進一步包含： 導電層，其包含襯覆該鍺層中的該一或多個溝槽。
- 如請求項95之方法，該感測器進一步包含： 該第二氧化物層的該頂表面上的導電層。
- 一種方法，其包含： 將一或多種核酸放置在生物感測器的反應位點中，該生物感測器包含： 感測器，該感測器包含： 包含一或多個二極體的基板；及 形成於該基板的頂表面上的第一氧化物層； 形成於該感測器的頂表面上的鍺層； 形成於該鍺層的頂表面上的第一導電層； 形成於該第一導電層的頂表面上的第二氧化物層； 形成於該第二氧化物層的頂表面上的第二導電層，其中該第二導電層、該第二氧化物層和該第一導電層包含一或多個溝槽，並且其中該一或多個溝槽各自定位在該一或多個二極體中的至少一個二極體上方、在從該感測器的底表面延伸至該第二氧化物層的該頂表面的垂直軸上，其中所述溝槽包含井和反應位點； 將該生物感測器的所述反應位點暴露於來自光源的光，其中該光包含激發光； 藉由該一或多個二極體經由該鍺層接收來自所述反應位點的該發射光，其中該鍺層過濾該激發光並降低與該發射光相關聯的串擾；及 基於該發射光識別該一或多種核酸的組成。
- 如請求項104之方法，其中該鍺層進一步包含矽。
- 如請求項104之方法，其中該第一氧化物層包含氧化物物質和串擾緩解物質，且其中該串擾緩解物質填充該氧化物物質中的溝槽結構。
- 如請求項106之方法，其中該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
- 如請求項104之方法，該生物感測器進一步包含： 形成於該第二導電層的該頂表面的該第一部分上的鈍化層。
- 如請求項104之方法，其中該鍺層包含： 在該第一氧化物層的該頂表面上的額外導電層，其中該額外導電層包含裂縫；及 在該第一氧化物層的該頂表面上的一矽鍺層。
- 如請求項109之方法，其中該第一氧化物層包含溝槽結構，其中該感測器的該頂表面是不平坦的表面，並且形成於該感測器的一頂表面上的該鍺層包含： 填充所述溝槽結構的一部分的矽鍺；及 填充所述溝槽結構的剩餘部分的串擾緩解物質，其中該鍺層的該頂表面是包含該串擾緩解物質的一部分和該第一氧化物層的頂表面的一部分的連續表面。
- 如請求項110之方法，其中填充所述溝槽結構的該剩餘部分的該串擾緩解物質從下列組成之群組中選擇：氧化物、氮化物和矽。
- 如請求項104至111中任一項之方法，其中該感測器為前側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項104至111中任一項之方法，其中該氧化物層包含導電材料。
- 如請求項104之方法，其中該感測器是背側照明的互補金屬氧化物半導體。
- 如請求項104之方法，其中經由該鍺層獲得來自所述反應位點的該發射光進一步包含： 使該發射光穿過該鍺層傳播，以到達該一或多個二極體中的至少一個二極體。
- 如請求項104至111或請求項114至115中任一項之方法，其中所述反應位點包含螢光團，並且其中基於將該感測器的所述反應位點暴露於來自光源的光，該激發光使得所述螢光團發射該發射光。
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