TWI575720B - 具有嵌入式微流體的色敏影像感測器和相關方法 - Google Patents

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Description

具有嵌入式微流體的色敏影像感測器和相關方法
本發明係有關於影像感測器，特定而言係有關於具有嵌入式微流體之色敏影像感測器和相關方法。
生物或化學檢驗的結果常常是透過使用光學成像方法測定。基於螢光或化學發光成像的檢驗資料讀出正在取代更傳統的方法，例如凝膠電泳法、非根據影像的流動式細胞測量術和質譜儀。螢光和化學發光成像是特別適合用於多工的(複合的)檢驗資料讀出，因為可獲得色彩和空間位置的資訊以區別不同類型的樣品成分或程序。
以現代光學成像為基礎的診斷儀器利用一數位影像感測器如電荷耦合元件(CCD)感測器或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。雖然CCD感測器，甚至比十年前還要少，由於其高靈敏度曾經是影像感測器的首選類型，CMOS影像感測器正在逐漸接管市場。CMOS影像感測器與CCD感測器相比是與顯著較低的製造成本相關，且是正穩定地提高性能。許多要求特別高靈敏度的應用中現在可使用所謂的背側照射型CMOS影像感測器，其中藉由遠離光學路徑配置電連接到光二極體，光收集效率比傳統的前照式CMOS影像感測器提高。這些發展已經導致基於光學成像的診斷儀器普遍減少在影像感測器的成本上。在許多情況下，上述儀器成本是由其它元件支配如光學器件(例如，透鏡、濾光器和反射鏡)和流體元件決定。
目前，正在努力投入開發小型、低成本的光學成像系統，尤其是對於使用在醫護點和/或在低資源環境。然而，這樣的成像系統通常還是花費了幾千美元，這會減緩市場接受。此外，用於醫護點和/或資源匱乏環境的系統必須是堅固的、免維護和可透過最少訓練的工作人員操作，這使得它特別具有挑戰性，以滿足成本要求。由於這些原因，許多醫護點和/或資源匱乏環境依賴於層流法測試片的視覺資料讀出，導致粗劣的定量(如果有的話)、有限的多工(如 果有的話)能力，和主觀讀數。因此，在這樣的環境下患者得不到最佳治療方案。
在一實施例中，一具有嵌入式微流體之色敏影像感測器包括一矽基板，其具有(a)至少一個凹部，其部分地界定至少一個嵌入式微流體通道和(b)複數個感光區域，用於產生位置感測的電性信號，以響應從上述至少一個凹部來的光，其中至少兩個感光區域是分別位於相對於上述至少一個凹部的至少兩個相互不同的深度範圍，以提供色彩資訊。
在一實施例中，一種用於產生流體樣品之色彩影像的方法，包括對沉積在嵌入於矽基板內的微流體通道內之流體樣品進行成像，到複數個矽基板的感光區域上，和基於光穿透到矽基板的深度產生色彩資訊。
在一實施例中，一用於製造多個具有嵌入式微流體的色敏影像感測器之晶圓級方法包括：(a)處理上述矽晶圓的前側，以產生複數個摻雜區域，其中摻雜區域位於相對於上述矽晶圓的背側平面的相互不同的複數個深度範圍，(b)處理背側，藉由在背側的平面上製造具有相對於上述背側平面之深度的凹部，以部分地界定多個嵌入式微流體通道，使得相互不同的深度範圍分別對應從上述凹部到矽晶圓相互不同波長範圍的光的穿透深度，和(c)切割上述矽基板由此獨立上述色敏影像感測器，其中每個色敏影像感測器包括至少一個嵌入式微流體通道。
100‧‧‧色敏影像感測器
110‧‧‧矽基板
111‧‧‧塗層
112‧‧‧凹部
114‧‧‧感光區域
115‧‧‧感光區域
116‧‧‧感光區域
118‧‧‧色彩像素組
120‧‧‧蓋
122‧‧‧通孔
130‧‧‧電子電路
132‧‧‧電性連接
140‧‧‧電性信號
142‧‧‧處理模組
144‧‧‧色彩計算器
146‧‧‧色彩影像
150‧‧‧流體樣品
160‧‧‧光照
165‧‧‧光源
184‧‧‧深度
185‧‧‧深度
186‧‧‧深度
188‧‧‧深度
200‧‧‧示意圖
202‧‧‧軸
204‧‧‧軸
206‧‧‧軸
208‧‧‧軸
210‧‧‧穿透深度
220‧‧‧示意圖
300‧‧‧色敏影像感測器
314‧‧‧感光區域
315‧‧‧感光區域
316‧‧‧感光區域
318‧‧‧色彩像素組
324‧‧‧光
325‧‧‧光
326‧‧‧光
332‧‧‧短波長螢光激發光照
334‧‧‧長波長螢光激發光照
340‧‧‧層
350‧‧‧塗層
360‧‧‧塗層
384‧‧‧深度範圍
385‧‧‧深度範圍
386‧‧‧深度範圍
400‧‧‧色敏影像感測器
414‧‧‧感光區域
415‧‧‧感光區域
416‧‧‧感光區域
418‧‧‧色彩像素群
430‧‧‧邏輯閘
484‧‧‧深度範圍
485‧‧‧深度範圍
486‧‧‧深度範圍
500‧‧‧色敏影像感測器
514‧‧‧感光區域
515‧‧‧感光區域
516‧‧‧感光區域
518‧‧‧色彩像素組
584‧‧‧深度範圍
585‧‧‧深度範圍
586‧‧‧深度範圍
600‧‧‧示意圖
618‧‧‧色彩像素組
622‧‧‧凹部
700‧‧‧示意圖
718‧‧‧色彩像素組
722‧‧‧凹部
800‧‧‧示意圖
818‧‧‧色彩像素組
914‧‧‧光接收表面
918‧‧‧色彩像素組
919‧‧‧接受角
942(1)‧‧‧光發射
942(2)‧‧‧光發射
943‧‧‧線
950(1)‧‧‧樣品成分
950(2)‧‧‧樣品成分
950(3)‧‧‧樣品成分
971‧‧‧距離
1000‧‧‧色敏影像感測器
1012‧‧‧凹部
1020‧‧‧蓋
1022‧‧‧通孔
1030‧‧‧基底
1040‧‧‧基底
1114‧‧‧N型摻雜區域
1115‧‧‧N型摻雜區域
1116‧‧‧N型摻雜區域
1120‧‧‧P型摻雜區域
1510‧‧‧步驟
1524‧‧‧步驟
1526‧‧‧步驟
1530‧‧‧步驟
1601‧‧‧前側
1602‧‧‧背側
1602'‧‧‧背側
1610‧‧‧矽晶圓
1610'‧‧‧矽晶圓
1610"‧‧‧矽晶圓
1610'''‧‧‧矽晶圓
1612‧‧‧凹部
1614‧‧‧感光區域
1615‧‧‧感光區域
1616‧‧‧感光區域
1620‧‧‧晶圓
1622‧‧‧通孔
1684‧‧‧深度
1685‧‧‧深度
1686‧‧‧深度
1688‧‧‧深度
1690‧‧‧平面
圖1為根據一實施例顯示具有嵌入式微流體的色敏影像感測器。
圖2為顯示出光穿透進入矽的波長相關之深度繪圖。
圖3為根據一實施例顯示具有嵌入式微流體的色敏影像感測器，其包括用於偵測不重疊波長範圍的光的感光區域。
圖4為根據一實施例顯示一具有嵌入式微流體的色敏影像感測器，其包括用於檢測重疊波長範圍的光的感光區域。
圖5為根據一實施例顯示另一具有嵌入式微流體的色敏影像感測器，其包括用於檢測重疊波長範圍的光的感光區域。
圖6為根據一實施例顯示圖1的色敏影像感測器的色彩像素組的一佈局。
圖7為根據一實施例顯示圖1的色敏影像感測器的色彩像素組的另一種佈局。
圖8為根據一實施例顯示圖1的色敏影像感測器的色彩像素組的另外一種佈局。
圖9A與9B為根據一實施例顯示使用圖1的色敏影像感測器之樣品成分的無透鏡成像。
圖10為根據一實施例顯示一具有多層微流體的色敏影像感測器。
圖11為根據一實施例顯示配置成減少頻譜模糊的色敏影像感測器。
圖12為根據一實施例顯示利用圖1的色敏影像感測器產生流體樣品的色彩影像之樣品成像系統。
圖13為根據一實施例顯示一用於產生流體樣品的色彩影像的方法，其係利用具有嵌入式微流體的色敏影像感測器。
圖14為根據一實施例顯示一用於流體樣品的彩色螢光成像的方法，其係利用具有嵌入式微流體的色敏影像感測器。
圖15為根據一實施例顯示用於製造複數個具有嵌入式微流體的色敏影像感測器的晶圓級方法的流程圖。
圖16為根據一實施例顯示圖15之方法的步驟。
圖1在橫截面側視圖中顯示一具有嵌入式微流體之色敏影像感測器100，其用於流體樣品150的無透鏡彩色成像。色敏影像感測器100提供了一種小型、價廉並容易操作的解決方案給流體樣品的成像，並且是適於作為，例如，在醫護點和/或資源匱乏環境的診斷設備。色敏影像感測器100是可使用低成本晶圓級CMOS技術來製造。色敏影像感測器100的某些實施例可以與單次使用的方案兼容的成本來製造，其中色敏影像感測器100在只使用一次之後被丟棄。此外，色敏影像感測器100可以高解析度和靈敏度對流體樣品150成像。色敏影像感測器100生成流體樣品150的空間和色彩資訊，且因此非常適合用於流體樣品150的多工(複合)資料讀出和/或與流體樣品150相關聯的處理。
色敏影像感測器100包括一矽基板110，其具有複數個感光區域114、複數個感光區域115、一凹部112和電子電路130。在此，「矽基板」指的是基於矽和/或矽的衍生物(多個)如矽鍺和碳化矽的基板。一「矽基板」，如本 文所提到的，可包括：(a)摻雜物，其可局部地改變矽或矽衍生材料的性質和(b)導電性材料，例如金屬，其形成電子電路。
色敏影像感測器100還可以包括一蓋120。凹部112和蓋120共同在色敏影像感測器100中界定嵌入式微流體通道。蓋120包括通孔122，其形成為與凹部112相關聯的微流體通道的入口和出口埠。應當理解者為，蓋120可被提供獨立於矽基板110，以使得沒有蓋120的色敏影像感測器100可以存在、被製造和/或被販賣。在某些實施例中，凹部112是大致平面的。凹部112具有相對於矽基板110的表面之深度188，前述矽基板110的表面係接觸蓋120，使得凹部112和蓋120合作以界定一具有高度等於深度188的微流體通道。深度188是，例如，在幾微米和幾毫米之間的範圍內。
色敏影像感測器100基於從凹部112進入矽基板110的光的波長相關穿透深度決定色彩資訊。感光區域114和115產生電性信號，以響應入射其上的光。感光區域114和115相對於凹部112是分別位於相互不同的深度184和185。深度184和185之每一者分別與由感光區域114和115所佔據的一深度範圍有關。感光區域114和115是響應具有分別與深度184和185重合之穿透深度的光，前述穿透深度係從凹部112進到矽基板110。
圖2顯示兩個繪圖200和220，其顯示光進入到矽的波長相關的穿透深度210。繪圖200顯示從400奈米(nm)至1100nm的波長範圍內，光進到矽的穿透深度210。繪圖200繪製穿透深度如以微米對數標度(軸204)的90%的穿透深度相對於以奈米(軸202)標註的波長。繪圖220顯示可見光進到矽的穿透深度210。繪圖220繪製穿透深度如以微米線性標度(軸208)的90%的穿透深度相對於以奈米(軸206)標註的波長。如顯示於繪圖200和220，光進入矽的穿透深度是高度依賴於波長。此外，光進入矽的穿透深度單調依賴於波長。因此，有穿透深度與波長之間的一對一的(嵌射)的對應關係。可見光譜跨越的穿透深度範圍從0.19微米(對於400奈米的波長)到16微米(對於750奈米的波長)。此穿透深度範圍大於矽製造的解析度，但足夠小以與矽基板110(圖1)的期望厚度兼容。
再次參照圖1，由於光進入矽基板110的穿透深度係為波長相關的(如圖2所示)，感光區域114和115係對相互不同波長範圍的光敏感。因此，感光區域114和115提供色彩解析度。色敏影像感測器100是被配置成具有色彩像素 組118。每個色彩像素組118包括至少一個感光區域114和至少一個感光區域115。為了清楚地說明，只有一個色彩像素組118被示於圖1。色敏影像感測器100可以包括任何數量的色彩像素組118以實現所需的解析度。例如，色敏影像感測器可以包括一千到數百萬的色彩像素組118的陣列，其中每個色彩像素組118具有的橫截面面積從約1平方微米至100平方微米的範圍內。
在不脫離本發明的範圍之下，色彩像素組118可以包括一個或複數個附加感光區域，其位在不同於深度184和185之深度(多個)，其所敏感的光的波長範圍(多個)不同於與感光區域114和115關聯的波長範圍。在一例子中，色彩像素組118還包括位於深度186的感光區域116，其是不同於深度184和185，以使得色敏影像感測器100分辨三種不同波長範圍的光。它遵循由圖2，其色敏影像感測器100可被配置成具有在各自的深度184、185和186之感光區域114和115，以及選擇性的感光區域116，前述深度184、185和186與可見光譜的不同部分相關聯。在某些實施例中，色敏影像感測器100被配置成具有感光區域114、115和116，其使得能夠區別屬於在可見光譜的紅色、綠色和藍色部分的光。然而，感光區域114、115和116可具有與圖1所示者不同之深度，而不脫離本發明的範圍。例如，兩個或更多個感光區域114、115和116的深度範圍可重疊。某些示例性的配置在下面參考圖3-5討論。
在一實施例中，感光區域114、115和116係為矽基板110的負摻雜(N型摻雜)區域。在另一實施例中，感光區域114、115和116係為矽基板110的正摻雜(P型摻雜)區域。感光區域114、115和選擇性的感光區域116是經由電性連接132在通訊上耦接電子電路130。為了清楚地說明，只有一個電性連接132被標記在圖1中。電子電路130處理由感光區域114、115和選擇性的感光區域116產生的電性信號，以響應光和輸出電性信號140。電性信號140包括位置感測的色彩資訊，且因此代表沉積在凹部112和蓋120所界定的微流體通道內的流體樣品150之色彩影像。
由於電性連接132是位於遠離從凹部112到感光區域114、115和116的光學路徑的位置，色敏影像感測器100可被實現為背側照射型CMOS影像感測器。因此，色敏影像感測器100可受益於比前面照射型CMOS影像感測器更高的光收集效率。
在一實施例中，電子電路130係在通訊上耦接一處理模組142。處 理模組142包括一色彩計算器144，其處理電性信號140以附予色彩像素組118一種色彩或複數個色彩值，例如紅色、綠色和藍色的強度。處理模組142可從而輸出一流體樣品150的色彩影像146。
在另一實施例中，處理模組142被整合到色敏影像感測器100中。在一實例中，處理模組142位於一電子電路板上，其亦保有色敏影像感測器100。在另一實例中，處理模組142是整合在電子電路130內。處理模組142是可實施為邏輯閘以執行由感光區域114、115和選擇性的感光區域116所產生的電性信號的代數運算。
在一示範性使用情形中，光源165用光照160照射沉積在由凹部112和蓋120形成的微流體通道內的流體樣品150。光照160是，例如，激發在流體樣品150中的螢光團之螢光激發光照。在一實施例中，色敏影像感測器100包括光源165。在另一實施例中，色敏影像感測器100被配置為插入到一單獨的儀器中，其包括光源165。光源165包括，例如，一個或多個發光二極體、一個或多個雷射和/或一白光源。光照160可為一單一波長範圍的光或順序地施加不同的波長/波長範圍的光。蓋120可至少部分地對光照160透射。
在一實施例中，色敏影像感測器係為一拋棄式，即，單次使用，的裝置，其配置為由一個獨立的、可重複使用的儀器讀出，其可包括光源165、處理模組142和/或用於輸出色彩影像146的電路。
選擇性地，色敏影像感測器100可包括在矽基板110上凹部112處的一塗層111。塗層111是，例如，一抗反射塗層，其防止起因於光從與凹部112關聯的微流體通道的多重反射之影像假影。在一實例中，塗層111係為一具有厚度在10至200nm的範圍間之抗反射塗層。
在不脫離本發明的範圍下，色敏影像感測器100可以包括多個凹部112，其部分地界定了多個微流體通道。蓋120可以包括相應的通孔122，以提供流體進入這樣的複數個微流體通道。此外，凹部112可以具有不同於圖1所示的例子之形狀，而不脫離本發明的範圍。例如，凹部112可延伸出圖1所示的橫截面的平面之外。凹部112可為非線性的、有角，和/或為蛇紋形狀。這種形狀可以最大化與流體樣品150光學通信的色彩像素組118之數量。
圖3在橫截面側視圖中顯示一示範性具有嵌入式微流體的色敏影像感測器300，其係為色敏影像感測器100(圖1)的一實施例。色敏影像感測器 300包括複數個色彩像素組318，每個都包括感光區域314、315和316。為了清楚地說明，圖3只示出了色敏影像感測器300與一個色彩像素組318相關的部分。感光區域314、315和316分別是感光區域114、115和116的實施例，而色彩像素組318係為色彩像素組118的一實施例。
感光區域314、315和316分別跨越相對於與凹部112關聯的矽基板110的表面之深度範圍384、385和386。深度範圍384、385和386不重疊。深度範圍384、384和386與由凹部112和蓋120所界定的微流體通道的光324、325和326之穿透深度分別一致。光324、325和326具有非重疊的波長範圍。在一示例性實作中，光324、325和326的波長範圍將可見光譜分離成紅、綠和藍色部分，以使得色彩像素組318產生直接對應於原色資訊的三個電性信號。
在一實施例中，色敏影像感測器300包括一在矽基板110上凹部112處的塗層350。塗層350係為，例如，一個抗反射塗層。在一實施例中，蓋120包括一塗層360，其係為，例如，一個波長濾波器，用於過濾螢光激發照明例如光照160。
在某些實施例中，矽基板110包括一層340，其是從凹部112分離感光區域314、315和316。層340吸收光波長比光324的波長更短。然而，層340係為不感光的。在層340中過剩的P型摻雜可能使層340變得對光不敏感。上述P型摻雜是在這樣的電子能夠遷移至感光區域314和315和316中的一者之前，可能殲滅響應於入射其上的光所產生之任何電子。
在一示範性使用情境中，色敏影像感測器300係為一螢光成像裝置，且光324、325和326係為來自流體樣品150的螢光發射。在這種情形下，色敏影像感測器300是可在螢光激發光照332比光324、325和326的波長短的波長下運作，其中層340吸收螢光激發光照332，從而作為螢光發射濾波器。色敏影像感測器300亦可在螢光激發光照332比光324、325和326的波長長的波長下運作，以使得感光區域314、315和316基本上透射螢光激發光照334，以消除或減少螢光激發光照334對色彩像素組318所產生的電性信號的貢獻。在這種使用情境下，光324、325和326可與不同類型的螢光關聯，使得光324、325和326之間的區分，能夠區別不同類型的樣品成分。
在另一示範性使用情境中，色敏影像感測器300係為一種螢光成像裝置，光324、325和326當中之一者係為螢光激發光照，而光324、325和326 中的另外兩者係為流體樣品150的螢光發射。在這樣的使用情境下，光325和326可與不同類型的螢光相關聯，使得光324、325和326之間的區分可以區別螢光激發和螢光發射，以及區別不同類型的樣品成分。在不脫離本發明的範圍前提下，色敏影像感測器300可以不包括感光區域116，且可藉由(a)使用，例如，感光區域114偵測螢光激發光照和(b)使用，例如，感光區域115偵測螢光發射以區分螢光激發光照和螢光發射。
圖4在橫截面側視圖中顯示另一示範性具有嵌入式微流體的色敏影像感測器400，其係為色敏影像感測器100(圖1)的一實施例。色敏影像感測器400類似於色敏影像感測器300(圖3)，不同的是色彩像素組318是被色彩像素組418替換。色彩像素組418包括感光區域414、415和416。感光區域414、415和416分別為感光區域114、115和116的實施例，而色彩像素組418係為一個色彩像素組118的一實施例。
感光區域414、415和416分別跨距相對於與凹部112相關聯的矽基板110的表面之深度範圍484、485和486。深度範圍484與深度範圍485重疊。深度範圍485與深度範圍486重疊。然而，深度範圍484不與深度範圍486重疊。在一示範性實作中，光324、325和326的波長範圍將可見光譜分離成紅、綠和藍色部分，且深度範圍484、485和486係為使得(a)藍色強度係為由感光區域414測量的強度，(b)綠色強度係為由感光區域415測量的強度減去藍色強度，以及(c)紅色強度係為由感光區域416測量的強度減去綠色強度。在一實施例中，電子電路130包括邏輯閘430，其執行這些代數運算，以產生由感光區域414、415和416生成的電性信號的原色資訊。
圖5在橫截面側視圖中顯示另一示範性具有嵌入式微流體的色敏影像感測器500，其係為色敏影像感測器100(圖1)的一實施例。色敏影像感測器500是類似於色敏影像感測器400(圖4)，除了色彩像素組418由色彩像素組518替換之外。色彩像素組518包括感光區域514、515和516。感光區域514、515和516分別為感光區域114、115和116的實施例，而色彩像素組518係為色彩像素組118的一實施例。
感光區域514、515和516分別跨距相對於與凹部112相關聯的矽基板110的表面之深度範圍584、585和586。深度範圍584、585、586延伸到相對於凹部112基本上相同的最大深度。在一實施例中’所有的感光區域514、515和516 係最佳地接近電子電路130，用於容易轉移由感光區域514、515和516所產生的電性信號到電子電路130上。深度範圍584是大於深度範圍585，且深度範圍585是大於深度範圍586。在一示範性實作中，光324、325和326的波長範圍將可見光譜分離成紅、綠和藍色部分，且深度範圍584、585和586係為使得(a)紅色強度係由感光區域516測量的強度，(b)綠色強度是由感光區域515測量的強度減去由感光區域516測量的強度，以及(c)藍色強度是由感光區域514測量的強度減去由感光區域515測量的強度。在一實施例中，電子電路130包括邏輯閘530，其執行這些代數運算，以產生由感光區域514、515和516生成的電性信號的原色資訊。
圖6係為一示意圖600，其顯示色敏影像感測器100(圖1)的色彩像素組的一個示範性佈局，由一凹部622和複數個色彩像素組618實施。色彩像素組618係為色彩像素組118的一實施例。色彩像素組618包括感光區域114、感光區域115和感光區域116。示意圖600顯示出了感光區域114、感光區域115和感光區域116和矽基板110之凹部622的輪廓，投射到一個平面上，正交於圖1的橫截面。為了清楚地說明，只有一個色彩像素組618在圖6中標註。
在此色敏影像感測器100之實作中，感光區域114、115及116是被配置在分開的各行中，其橫跨色敏影像感測器100循環地重複。感光區域114、115和116係為，例如，(a)圖3的感光區域314、315和315，(b)圖4的感光區域414、415和415，或(c)圖5的感光區域514、515和515。
在不脫離本發明的範圍下，色敏影像感測器100的這個實作可包括比示於示意圖600中更少或更多的色彩像素組618。凹部622可具有不同於在示意圖600所示的形狀，並進一步包括兩個或多個單獨的凹部，其與蓋120一起，定義兩個或更多個分開的微流體通道。
圖7係為一示意圖700，其顯示色敏影像感測器100(圖1)的色彩像素組的另一示範性佈局，由一凹部722和複數個色彩像素組718實施。色彩像素組718係為色彩像素組118的一實施例。色彩像素組718包括兩個感光區域114、一個感光區域115和一個感光區域116。示意圖700顯示了感光區域114、感光區域115和感光區域116和一矽基板110的凹部722之輪廓，投射到一個平面上，正交於圖1的橫截面。為了清楚地說明，只有一個色彩像素組718在圖7中標註。色彩像素組718是與感光區域114、115和116被配置成2乘2陣列。
圖8係為一示意圖800，其顯示色敏影像感測器100(圖1)的色彩像素組的另一示範性佈局，由一凹部722(圖7)和複數個色彩像素組818實施。色彩像素組818係為色彩像素組118的一實施例。色彩像素組818包括一個感光區域114、一個感光區域115、一個感光區域116和一個感光區域817。感光區域817具有一相對於凹部722的深度範圍，其與感光區域114、115和116的深度範圍不同。示意圖800顯示了感光區域114、感光區域115、感光區域116和感光區域817和一矽基板110的凹部722之輪廓，投射到一個平面上，正交於圖1的橫截面。為了清楚地說明，只有一個色彩像素組818在圖8中標註。色彩像素組718是與感光區域114、115、116和817被配置成2乘2陣列。
在一範例A中，感光區域114、115和116係為感光區域314、315和316，而感光區域817具有一深度範圍，其跨越感光區域314、315和316從最小到最大的深度。在一範例B中，感光區域114、115和116係為感光區域414、415和416，而感光區域817具有一深度範圍，其跨越感光區域414、415和416從最小到的最大的深度。在範例A和B中，感光區域114、115和116可提供色彩資訊，而感光區域817提供單色亮度資訊。
圖9A在橫截面側視圖中顯示色敏影像感測器100(圖1)，連同流體樣品150的樣品成分950(1)和950(2)之無透鏡成像。圖9B顯示了色敏影像感測器100的一個部分100'，其包括樣品成分950(1)。圖9A和9B一起觀看為最佳。為了說明清楚，電性連接132並未在圖9A和9B中顯示，以及選擇性的塗層111並未在圖中9A顯示。
矽基板110包括一光接收表面914，其接收從凹部112朝色彩像素組118傳播之光。在包括塗層111之實施例中，光接收表面914係為介於塗層111和由凹部112和選擇性的蓋120所定義的微流體通道之間的介面。
選擇性地，矽基板110包括色彩像素組918(類似於色彩像素組118)，其位於不與凹部112進行光學通信的部分。為了清楚地說明，不是所有的色彩像素組118和918均在圖9A中標記。在一使用的例子中，色彩像素組918係為暗像素用於測量與色彩像素組118和918關聯的電子雜訊。由色彩像素組918測量的電子雜訊可從由色彩像素組118產生的電性信號減去，以產生一雜訊消減的色彩影像146。
樣品成分950(1)和950(2)分別產生光發射942(1)和942(2)。 在一實例中，樣品成分950(1)和950(2)係經過螢光標記和光發射942(1)和942(2)係為響應螢光激發光照如光照160而產生的螢光發射。在另一實例中，光發射942(1)和942(2)係為化學發光發射。在又另一實例中，光發射942(1)和942(2)分別為在樣品成分950(1)和950(2)上光照160的散射。在不脫離本發明的範圍下，樣品成分950(1)和950(2)的一者或兩者可反而為樣品製程如化學發光反應。流體樣品150之樣品成分950(3)不發出照明。因此，樣品成分950(3)不會對由色彩像素組118所產生的電性信號有所貢獻。在一螢光成像情況中，樣品成分950(3)係為，例如，未經螢光標記的樣品成分。
矽基板110傳送至少部分的光發射942(1)和942(2)到色彩像素組118。在一螢光成像情況中，色彩像素組118從而偵測螢光發射942(1)和942(2)的至少一些部分，由此色彩像素組118偵測經螢光標記的樣品成分950(1)和950(2)。因此，在上述螢光成像情況下，色彩像素組118產生螢光色彩影像146的至少一部分，其表示經螢光標記的樣品成分950(1)和950(2)。在一化學發光成像的情況下，色彩像素組118偵測化學發光發射942(1)和942(2)的至少一些部分，由此色彩像素組118偵測樣品成分(或製程)950(1)和950(2)。
剖面100'包括樣品成分950(1)。每個色彩像素組118具有一個接受角919。為了清楚地說明，接受角919僅對單一色彩像素組118標示。接受角919代表色彩像素組918中各別的感光區域的一複合接受角。因此，接受角919可為波長相關。在一實施例中，接受角919和從光接收表面914到色彩像素組118的距離971係為使得只有靠近樣品成分950(1)的色彩像素組118'能夠檢測源自樣品成分950(1)的光發射942(1)。對於色彩像素組118'，線943繪出接受角919的部分之輪廓，其包括一個對樣品成分950(1)的視線。其他色彩像素組118不包含對樣品成分950(1)的視線，其中樣品成分950(1)在接受角919內。
在一實施例中，接受角919和距離971係為使得僅位在小於一個色彩像素組118遠的距離處且在一平行於光接收表面914的方向上的色彩像素組118，能夠檢測來自於一個位於光接受表面914上的樣品成分之發射。在本實施例中，色彩像素組118一起產生光接收表面914上樣品成分的一個最小的空間模糊的色彩影像146，或者其一部分。在另一實施例中，接受角919和距離971共同合作導致重疊螢光事件發生的比率，在一個典型的濃度下，含有感興趣的樣品 成分之流體樣品150的色彩影像146中，是低於期望門檻值。在又一實施例中，接受角919是足夠小，使得在一個典型濃度下，一內含均勻間隔的感興趣的樣品成分的流體樣品150的色彩影像146係沒有重疊事件。
對於流體樣品150的成像，其中感興趣的樣品成分不一定沉澱到光接收表面914，當凹部112的深度188係為小時，空間模糊係為最小化。因此，在色敏影像感測器100的某些實施例中，深度188係為最小高度，其允許在由凹部112和蓋120所定義的微流體通道內沉積流體樣品150。
在一實施例中，深度188是小於1微米或小於10微米。如此小之深度188的值會最小化流體樣品150的所需體積和任何相關的檢驗試劑。在另一實施例中，深度188是大於10微米，例如幾百微米或毫米大小的。
在一實施例中，色彩像素組118的橫向尺寸是顯著比在與凹部112相關聯的微流體通道中的感興趣樣品成分的尺寸較小，其中色彩像素組118的橫向尺寸是被定義為在平行於光接收表面914的平面上色彩像素組118的最大維度。這允許感興趣的樣品成分的精確尺寸和形狀確定，並且可以基於在色彩影像146中的事件大小進一步允許感興趣的樣品成分的識別。例如，感興趣的樣品成分可被發現為檢測到的事件的一個子集合，其進一步滿足指定的尺寸和/或形狀的標準。
圖10顯示一具有多層微流體之色敏影像感測器1000。色敏影像感測器1000係為色敏影像感測器100(圖1)的一實施例，其除了與凹部(一個或多個)112相關聯的微流體通道(多個)之外還包括至少一個外部微流體通道。色敏影像感測器1000包括一蓋1020，其實施至少一個外部微流體通道。蓋1020係為蓋120的一實施例，並且包括基底1030和基底1040。基底1030是與矽基板110接觸，並與凹部(複數個)112配合來定義嵌入在矽基板110內之微流體。基底1030包括至少一個凹部1012。基底1040是與基底1030接觸，使得基底1040和凹部1012合作以定義矽基板110外部的微流體通道。
基底1030和1040具有通孔1022，其形成為用於凹部1012所界定的微流體通道的入口和出口埠。此外，基底1040具有通孔1022，其形成用於由凹部1012(複數個)和基底1040所界定的微流體通道(複數個)之入口和出口埠。
基底1030和1040係為例如玻璃和/或塑膠基底。每個凹部1012包括至少一個部分，其位於凹部112之上，即從凹部在垂直於凹部112的方向上偏 移，使得從此凹部1012部分傳播的光和從凹部112朝向一感光區域114、115和/或116傳播的光經歷先前所討論的至感光區域之相同路徑長度。
圖11顯示配置以減少頻譜模糊的一示範性色敏影像感測器1100。色敏影像感測器1100係為色敏影像感測器100(圖1)的一實施例。色敏影像感測器1100包括矽基板1110，其係為矽基板110的一實施例。矽基板1110包括複數個負摻雜(N型摻雜)區域1114、複數個N型摻雜區域1115和選擇性地複數個N型摻雜區域1116。N型摻雜區域1114、1115和1116實現感光區域114、115和116。N型摻雜區域1114、1115和1116可具有不同於圖11所示的深度範圍，而不脫離本發明的範圍。此外，矽基板1110可以包括具有不同於這些N型摻雜區域1114、1115和1116之深度範圍(複數個)的附加N型摻雜區域。每個N型摻雜區域1114和1115(和1116，如果包括的話)，基本上由一個正摻雜(P型摻雜)區域1120圍繞。P型摻雜區域1120可以具有與圖11中所示的不同之範圍，而不脫離本發明的範圍。例如，P型摻雜區域1120可以延伸到凹部112。為了說明清楚，只有一個P型摻雜區域1120標記在圖11中。
P型摻雜區域1120是可能消滅由P型摻雜區域1120中響應於入射其上的光所產生的任何電子，在這樣的電子能遷移至N型摻雜區域1114和1115(與1116，如果包括的話)中的一者之前。因此，P型摻雜區域1120可以消除或減少由光生電子遷移，從所考慮的N型摻雜區域外部的矽基板1110的部分到相應的N型摻雜區域1114、1115或1116所引起的頻譜模糊。
電性連接132在每個P型摻雜區域1120形成一截斷，且P型摻雜區域可以具有其它的開口。然而，任何鄰近於N型摻雜區域1114、1115或1116之P型摻雜材料範圍降低電子遷移進入N型摻雜區域的可能性，從而降低了頻譜模糊的可能性。
在不脫離本發明的範圍下，N型摻雜區域1114、1115和1116可為P型摻雜區域，而P型摻雜區域1120可為N型摻雜區域。
圖12顯示一示範性樣品成像系統1200，其利用具有嵌入式微流體之色敏影像感測器1202，以產生流體樣品150的色彩影像146(圖1)。色敏影像感測器1202係為色敏影像感測器100的一實施例，其包括蓋120。樣品成像系統1200包括色敏影像感測器100和處理模組142。類似於色敏影像感測器100的討論，參考圖1，處理模組142可被併入到色敏影像感測器1202中。
在一實施例中，樣品成像系統1200包括一控制模組1210。控制模組1210在通訊上耦合至電子電路130。控制模組1210控制電子電路130的至少一些部分的功能。例如，控制模組1210控制電子電路，藉由色敏影像感測器1202對沉積在(a)與一個或多個凹部112相關聯的一個或多個嵌入式微流體通道，和選擇性地(b)與凹部1012(圖10)相關聯的一個或多個外部微流體通道中的至少一個流體樣品150實現影像捕捉。控制模組1210也可以藉由電子電路130控制電性信號輸出至處理模組142。
在一實施例中，樣品成像系統1200包括分析模組1220，其分析色彩影像146來確定結果1222。分析模組1220在通訊上耦接處理模組142，並從其接收色彩影像146。分析模組1220，例如，以電腦或微處理器實現。在這樣的實作中，分析模組1220包括：(a)編碼在非暫態記憶體的機器可讀指令1224以及(b)一處理器1226，其執行關於色彩影像146的機器可讀指令1224，以確定結果1222。結果1222包括，例如，(a)在色彩影像146檢測到的事件和它們的色彩屬性的列表，(b)在流體樣品150中感興趣的樣品成分之數目和/或濃度，和/或(c)診斷結果例如在流體樣品150中一個或多個感興趣的樣品成分存在或不存在。
在一實施例中，樣品成像系統1200包括一流體模組1260，其至少部分地控制關於流體樣品150的流體操作。流體模組1260可以包括一個或多個流體泵1264和/或一個或多個流體閥1266來控制這種流體操作。在一實例中，流體模組1260沉積流體樣品150到與凹部112或凹部1012相關聯的微流體通道內，選擇性的使用泵1264。在另一實例中，流體模組1260將打開一閥1266，以允許流體樣品150流入與凹部112或凹部1012相關聯的微流體通道。在又一實例中，流體模組1260關閉一閥1266，以防止流體樣品150流入與凹部112或凹部1012相關聯的微流體通道。在又另一實例中，流體模組1260控制另外的檢驗試劑到與凹部112或凹部1012相關聯的微流體通道。
選擇性地，樣品成像系統1200包括光源165。選擇性的光源165照亮與凹部112或凹部1012相關聯的至少一個微流體通道。
圖13顯示用於產生流體樣品的色彩影像的一示範性方法1300，其利用具有嵌入式微流體的色敏影像感測器。色敏影像感測器100(圖1)可以執行方法1300的至少一部分。樣品成像系統1200(圖12)可以執行方法1300的至 少一部分。
一步驟1310執行沉積在嵌入於矽基板內的微流體通道中之流體樣品的無透鏡成像，到矽基板的複數個感光區域上。在一實施例中，方法1300執行步驟1312，以實現步驟1310。在步驟1312中，方法1300將上述流體樣品成像至位在相對於嵌入式微流體通道之不同深度範圍的感光區域上。不同深度範圍分別與不同波長範圍的光的穿透重合。
在1312的一例子中，色敏影像感測器100，無需使用一個成像的物鏡，對從沉積在與凹部112相關聯的微流體通道內之流體樣品150接收到的光進行成像，到感光區域114和115上(和選擇性地其它感光區域如感光區域116)。
一步驟1320基於從沉積在嵌入式微流體通道內的流體樣品到矽基板內的光的穿透深度生成色彩資訊。在一實施例中，方法1300執行步驟1322以實現步驟1320。在步驟1322中，方法1300藉由響應光入射在步驟1310的多個感光區域上所產生的電性信號以提供位置感測的色彩資訊。
在一步驟1322的實例中，每個感光區域114和115(和選擇性的每個其他感光區域諸如感光區域116)產生一電性信號，以響應光被感光區域吸收，並傳遞上述電性信號到電子電路130。電子電路處理電性信號，以產生電性信號140。
在一實施例中，方法1300包括在嵌入式微流體通道中沉積流體樣品的一步驟1302。在步驟1302的一實例中，使用者在與凹部112相關聯的微流體通道中沉積流體樣品150。在步驟1302的另一實例中，流體模組1260在與凹部112相關的微流體通道中沉積流體樣品150。
在一實施例中，方法1300包括處理位置和色彩資料的步驟1330，上述位置和色彩資料係透過步驟1310和1320產生，以產生一色彩影像。在步驟1330的一實例中，處理模組142在電性信號140上執行色彩計算器144以產生色彩影像146。
選擇性地，方法1300包括一步驟1340，其中色彩資訊是用於區別沉積在嵌入式微流體通道內的流體樣品中不同類型的樣品成分或製程。在步驟1340的一實例中，分析模組1220處理色彩影像146，如參考圖12所討論，以產生結果1222的一實施例，其包括基於來自色彩影像146的色彩資訊對流體樣品150的不同成分或製程進行分類。
方法1300可被擴展到使用嵌入在同一個矽基板內的多個微流體通道對複數個流體樣品進行成像，而不脫離本發明的範圍。同時在不脫離本發明的範圍下，方法1300可以擴展到除了對沉積在嵌入式微流體通道內(多個)的多個流體樣品進行成像之外，還對沉積在一個或多個外部微流體通道內之一個或多個流體樣品進行成像，例如參考圖10所討論。
圖14顯示了用於對流體樣品進行彩色螢光成像的一示範性方法1400，其係利用具有嵌入式微流體的色敏影像感測器。方法1400係為方法1300(圖13)的一實施例。色敏影像感測器100(圖1)可以執行方法1400的至少一部分。樣品成像系統1200(圖12)可以執行方法1300的至少一部分。方法1400可利用一個單一螢光發光色彩實施螢光測量，或利用多個不同的螢光發光色彩來實施複合螢光測量。
一步驟1410進行沉積在嵌入於矽基板內的微流體通道中之經螢光標記的流體樣品的無透鏡成像，到矽基板的複數個感光區域上。步驟1410係為步驟1310的一實施例。步驟1410包括步驟1412和1414。
在步驟1412中，經螢光標記的流體樣品係以螢光激發光照加以照射。在步驟1412的一實例中，光源165產生螢光激發光照，即照明160的一實施例，以照亮沉積在與凹部112相關聯的微流體通道內的經螢光標記之流體樣品150。
在步驟1414中，方法1400執行方法1300的步驟1312以對來自流體樣品由步驟1412所引起之螢光發射進行成像。步驟1414的一實例是在參照色敏影像感測器300(圖3)所討論，並適用於所有圖1、3-8、10和11的色敏影像感測器100、300、400、500、600、700、800、1000和1100。
選擇性地，步驟1410包括濾除螢光激發光照的一步驟1416。在步驟1416中，短波長的螢光激發光照被吸收在位於微流體通道和感光區域之間的矽層，和/或長波長螢光激發光照是傳送通過上述感光區域。雖然在圖14中未顯示出。步驟1416可以藉由使用位於與螢光發射相關聯的深度範圍(多個)不同的深度範圍的感光區域偵測螢光激發光照而過濾掉螢光激發光照。步驟1416的實例係參照色敏影像感測器300所討論，並適用於所有色敏影像感測器100、300、400、500、600、700、800、1000和1100。
在一步驟1420中，方法1400執行方法1300的步驟1320，基於光進 入矽基板的穿透深度產生色彩資訊，如參考圖13所討論。
選擇性地，方法1400包括一步驟1402，其中方法1400執行方法1300的步驟1302以在嵌入式微流體通道中沉積經螢光標記的流體樣品，如參考圖13所討論。
方法1400可以進一步包括執行方法1300的步驟1330之一步驟1430，以藉由處理位置和色彩資料以生成色彩影像，如參考圖13所討論。
在一實施例中，方法1400包括執行方法1300的步驟1340之步驟1440，以分辨不同類型的螢光事件。在步驟1440的一實例中，方法1400使用色彩資料以分辨不同類型的螢光發射，以及選擇性地，基於此，辨認出不同類型的樣品成分。在不脫離本發明的範圍下，步驟1440可使用色彩資料區分螢光激發光照和螢光發射。
方法1400可延伸到使用嵌入在同一個矽基板內的複數個微流體通道對複數個經螢光標記的流體樣品進行螢光成像，而不脫離本發明的範圍。在也沒有脫離本發明的範圍前提下，方法1400可延伸到除了對沉積在嵌入式微流體通道(多個)內之經螢光標記的流體樣品(多個)進行螢光成像之外，還對沉積在一個或多個外部微流體通道內的一或多個經螢光標記的流體樣品進行螢光成像，例如如參考圖10所討論。
圖15係顯示用於製造具有嵌入式微流體的複數個色敏影像感測器100(圖1)的一示範性晶圓級方法1500的流程圖。圖16在橫截面側視圖中概要式地顯示方法1500的步驟。圖15和16一起觀看為最佳。
在步驟1510中，方法1500處理矽晶圓1610的一側，稱為前側1601，以產生一矽晶圓1610'。步驟1510包括產生(a)位在相對於一平面1690的深度1684之複數個N型摻雜區域1614，(b)位在相對於平面1690的深度1685之複數個N型摻雜區域1615，以及選擇性地(c)位在相對於平面1690的深度1686之複數個N型摻雜區域1616的一步驟1512。N型摻雜區域1614、1615和1616實現感光區域114、115和116。為了說明清楚，不是所有的N型摻雜區域1614、1615和1616均被標記在圖16。如下面所討論的，平面1690將在後續步驟1520成為矽晶圓1610的背側1602之平面，其中背側1602係為矽晶圓1610遠離前側1601的側。
在本文中，「矽晶圓」指的是基於矽和/或矽的衍生物(多個)的晶圓。「矽晶圓」，如本文所提到的，可包括：(a)摻雜物，其局部地改變矽或 矽來源材料的性質和(b)導電性材料，例如金屬，以形成電子電路。
在不脫離本發明的範圍前提下，深度1684、1685和1686可以與圖16所示的不同，而矽晶圓1610可以包括與在圖16中所示不同數量的N型摻雜區域，其包括位於不同於N型摻雜區域1614、1615和1616的深度之N型摻雜區域。此外，N型摻雜區域可以不同於在圖16中所示之方式配置，例如，根據在圖6、7或8中所描繪的佈局。
在一實施例中，步驟1510還包括產生P型摻雜區域，其至少部分包圍N型摻雜區域1614和1615，和選擇性地產生其它N型摻雜區域，例如N型摻雜區域1616的一步驟1514。這種配置是在參考圖11所討論。
步驟1510可以用任意順序執行步驟1512和1514，包括同時或部分時間重疊。在步驟1510之一例子中，步驟1512和1514的一者或兩者是透過離子植入摻雜物來實現。
在步驟1520，方法1500處理矽晶圓1610'的背側1602。步驟1520包括產生在平面1690內的凹部1612，以部分地界定嵌入在矽晶圓內的微流體通道的步驟1522。每個凹部1612具有相對於平面1690之深度1688，使得(a)步驟1512的相互不同的深度範圍分別對應於相互不同波長範圍的光從凹部1612穿透到矽晶圓1610的深度，和(b)深度1688在垂直於平面1690的維度中對應於微流體通道的期望範圍。步驟1522可產生比圖16所示更多的凹部1612，而不脫離本發明的範圍。
步驟1522可以包括步驟1524和1526。在步驟1524，矽晶圓1610'的背側1602被薄化到平面1690，例如使用本領域中已知的方法。步驟1524產生一矽晶圓1610"。在步驟1526中，材料從矽晶圓1610"的背側1602去除，以形成凹部1612。步驟1526可以使用本領域已知的方法，例如蝕刻來進行。步驟1526產生一矽晶圓1610'''。在不脫離本發明的範圍前提下，步驟1526可以在步驟1524之前執行。
在一實施例中，方法1500包括一步驟1530，其中一晶圓1620是結合到矽晶圓1610'''的背側1602，以形成用於上述複數個凹部1612之蓋。步驟1530從而產生複數個由凹部1612和晶圓1620所界定的微流體通道。步驟1530可使用本領域已知的結合方法，包括黏合劑黏合(如環氧樹脂黏合)、陽極結合、直接結合和電漿活化結合。晶圓1620可包括通孔1622，以形成用於與凹部1612相關 聯的微流體通道的入口和出口埠。替代性地，通孔1622可在隨後的步驟中產生，未在圖15和16中顯示出。此外，晶圓1620可包括微流體通道，例如與凹部1012(圖10)相關聯的微流體通道。
在一步驟1540中，選擇性地與晶圓1620結合在一起之矽晶圓1610'''係加以切割以產生多個色敏影像感測器100。步驟1540可利用本領域中已知的方法。
雖然未在圖15和16顯示，在不包括步驟1530之方法1500的實施例中，蓋120可在隨後的步驟中結合到色敏影像感測器100。在一情況中，一定製的蓋120被結合到色敏影像感測器100，以滿足特定使用者的需求。
特徵的組合
如上所述的特徵以及與以下的申請專利範圍可以各種方式合併，而不脫離本發明的範圍。例如，將得以理解者為，在本文描述的一種具有嵌入式微流體的色敏影像感測器或相關聯的方法之一些觀點，可與本文所述的另一具有嵌入式微流體的色敏影像感測器或相關聯的方法之一些特徵相結合或交換。下列實例說明上述一些可能的、非限制性實施例的組合。應當清楚者為，可對本文所述的方法和設備做許多其他的變化和修改而不脫離本發明的精神和範圍。
(A1)一種具有嵌入式微流體的色敏影像感測器可包括一矽基板，其具有(a)至少一個凹部，其部分地界定至少一個嵌入式微流體通道和(b)複數個感光區域，用於響應來自上述至少一個凹部的光產生位置感測電性信號。
(A2)在標示為(A1)的色敏影像感測器中，至少兩個感光區域可分別位在相對於上述至少一個凹部的至少兩個相互不同的深度範圍，以提供色彩資訊。
(A3)在標示為(A2)的色敏影像感測器中，上述至少兩個相互不同的深度範圍可以分別與至少兩個相互不同的波長範圍的光之穿透深度一致。
(A4)在標示為(A1)至(A3)的色敏影像感測器中，上述複數個感光區域可以被配置在複數個色彩像素組中，用於產生位置感測色彩資訊。
(A5)在標示為(A4)的色敏影像感測器中，各色彩像素組可以包括：(a)位在相對於上述至少一個凹部之第一深度範圍內的一第一感光區 域，其中上述第一深度範圍與第一波長範圍的光的穿透深度相同，和(b)位在相對於上述至少一個凹部之第二深度範圍的一第二感光區域，其中上述第二深度範圍與第二波長範圍的光的穿透深度一致，上述第二波長範圍與第一波長範圍不同。
(A6)在標示為(A5)的色敏影像感測器中，各色彩像素組可以進一步包括位在相對於上述至少一個凹部之第三深度範圍的第三感光區域，其中上述第三深度範圍與第三波長範圍的光的穿透深度一致，上述第三波長範圍與上述第一波長範圍和第二波長範圍不同。
(A7)在標示為(A6)的色敏影像感測器中，上述第一、第二和第三深度範圍可使得上述多個位置感測電性信號共同指定原色彩資訊。
(A8)在標示為(A7)的色敏影像感測器中，上述原色彩資訊可為紅、綠、藍的色彩資訊。
(A9)在標示為(A1)到(A8)的色敏影像感測器中，各感光區域可為負摻雜矽區。
(A10)在標示為(A9)的色敏影像感測器中，各負摻雜區域可至少部分地由一正摻雜區域包圍，用於消除由靠近但在負摻雜區域外側的光所產生的電荷載子，以降低頻譜模糊。
(A11)在標示為(A1)到(A11)的色敏影像感測器中，可進一步包括一與矽基板接觸的蓋，用於與矽基板合作，界定上述至少一個嵌入式微流體通道。
(A12)在標示為(A11)的色敏影像感測器中，上述蓋可包括至少一個外部微流體通道，連同上述至少一個嵌入式微流體通道，形成一個多層的微流體網路。
(A13)在標示為(A12)的色敏影像感測器中，與介於上述至少一個外部微流體通道和上述多個感光區域之間的光傳播相關聯的蓋的部分，基本上可穿透可見光。
(A14)在標示為(A12)和(A13)的色敏影像感測器中，上述至少一個外部微流體通道的至少一部分可具有相同的橫向位置以作為上述至少一個凹部的至少一部分，用於使得能夠由上述複數個感光區域對上述至少一個外部微流體通道進行彩色感光成像，其中橫向位置是指平行於與上述至少一 個凹部相關聯的矽基板的表面的維度上之位置。
(A15)在標示為(A1)至(A14)的色敏影像感測器中，上述矽基板可以包括一矽層，其係非負摻雜，其介於上述至少一個凹部和上述複數個用於吸收螢光激發光的感光區域之間，前述螢光激發光用以激發設置在上述至少一個凹部內的一流體樣品中的螢光。
(B1)一種用於產生一流體樣品的色彩影像的方法可以包括對沉積在嵌入於矽基板內的微流體通道中之一流體樣品執行成像，到上述矽基板之複數個感光區域上。
(B2)在標示為(B1)的方法中，執行成像的步驟可以包括執行上述流體樣品的無透鏡成像到位在相對於上述微流體通道之複數個相互不同的深度範圍的上述矽基板的複數個感光區域上，其中上述相互不同的深度範圍分別與相互不同波長範圍的光的穿透深度一致。
(B3)在標示為(B1)和(B2)的方法可以進一步包括基於光進到上述矽基板的穿透深度產生色彩資訊。
(B4)在標示為(B3)的方法中，產生色彩資訊的步驟可以包括產生電性信號以響應光入射到上述複數個感光區域上，以提供位置感測色彩資訊。
(B5)在標示為(B4)的方法可以進一步包括處理上述電性信號以決定上述色彩影像。
(B6)在標示為(B1)至(B5)的方法中，上述色彩影像可為螢光影像。
(B7)標示為(B6)的方法可以包括在矽基板中位於微流體通道和上述複數個感光區域的至少一部分之間的矽層吸收入射在矽基板上的螢光激發光。
(B8)標示為(B6)的方法可以包括實質地傳送入射在上述複數個感光區域中之一者的螢光激發光，使其穿過上述複數個感光區域中之該一者。
(B9)標示為(B1)至(B8)的方法還可以包括使用上述複數個感光區域，經由微流體通道執行沉積在位於矽基板外部的外部微流體通道內的流體樣品之無透鏡彩色成像。
(C1)一用於製造具有嵌入式微流體的複數個色敏影像感測器的晶圓級方法可包括：(a)處理矽晶圓的前側，以產生複數個摻雜區域，其中上述摻雜區域是位在相對於上述矽晶圓的背側平面之相互不同的複數個深度範圍，以及(b)處理上述背側，透過在背側的平面內，製造具有相對於上述背側的平面的深度之凹部，其部分地界定複數個嵌入式微流體通道，使得相互不同的深度範圍分別對應於相互不同的波長範圍的光從凹部進入矽晶圓之穿透深度。
(C2)標示為(C1)的晶圓級方法可進一步包括切割上述矽基板以由此單一化色敏影像感測器，其中每個色敏影像感測器包括上述複數個嵌入式微流體通道中之至少一者。
(C3)在標示為(C1)和(C2)的晶圓級方法中，處理背側的步驟可以包括薄化上述背側以界定上述背側的平面和蝕刻上述凹部。
(C4)在標示為(C3)的晶圓級方法中，薄化的步驟可以包括薄化上述背測一定的量，使得上述凹部相對於背側的平面的深度，在垂直於背側的平面的維度上係對應於微流體通道的一期望範圍。
(C5)標示為(C1)至(C4)的晶圓級方法可進一步包括接合一蓋到上述背側。
(C6)在標示為(C5)的晶圓級方法中，上述蓋可以包括複數個外部微流體通道。
(C7)在標示為(C6)的晶圓級方法中，上述複數個外部微流體通道之每一者可以和嵌入式微流體通道中的至少一者共同形成一多層的微流體網路，前述多層的微流體網路可藉由與複數個色敏影像感測器中之一者相關聯的摻雜區域進行成像。
可在上述裝置和方法中做出變化而不脫離本發明的範圍。因此應當注意者為，包含在上述描述並顯示在圖式中的事項應當被解釋為說明性的而不是限制性的。下面的申請專利範圍意欲涵蓋本文中所描述的一般性的和具體性的特徵，以及本發明的系統和方法的所有陳述，前述本發明的系統和方法的所有陳述在文義上可以說落於其間的範圍。
100‧‧‧色敏影像感測器
110‧‧‧矽基板
111‧‧‧塗層
112‧‧‧凹部
114‧‧‧感光區域
115‧‧‧感光區域
116‧‧‧感光區域
118‧‧‧色彩像素群
120‧‧‧蓋
122‧‧‧通孔
130‧‧‧電子電路
132‧‧‧電性連接
140‧‧‧電子信號
142‧‧‧處理模組
144‧‧‧色彩計算器
146‧‧‧色彩影像
150‧‧‧流體樣品
160‧‧‧光照
165‧‧‧光源
184‧‧‧深度
185‧‧‧深度
186‧‧‧深度
188‧‧‧深度

Claims (4)

  1. 一種用於製造複數個具有嵌入式微流體的色敏影像感測器的晶圓級方法，包括：處理一矽晶圓的前側，以產生複數個摻雜區域，該摻雜區域位在相對於該矽晶圓的背側的平面之相互不同的複數個深度範圍；處理該背側以部分地界定複數個嵌入式微流體通道，在該背側的該平面中，藉由製造具有相對於該背側的該平面之深度的凹部，而使得該相互不同的深度範圍分別對應相互不同波長範圍的光從該凹部到該矽晶圓的穿透深度；以及切割該矽基板以由此單一化該色敏影像感測器，該色敏影像感測器的每一者包括該嵌入式微流體通道中的至少一者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該處理該背側的步驟包括：薄化該背側以界定該背側的該平面；以及蝕刻該凹部。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該薄化的步驟包括：將該背側薄化一厚度量，使得該凹部相對於該背側的該平面的該深度，係對應於在垂直於該背側的該平面之維度上該微流體通道之一期望範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，還包括接合一蓋到該背側，該蓋包括複數個外部微流體通道，該複數個外部微流體通道的每一者與該嵌入式微流體通道的至少一者共同形成一多層的微流體網路，該多層的微流體網路可藉由與該色敏影像感測器中的一者相關的摻雜區域進行成像。
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