传感器系统
阅读：984发布：2020-05-12
专利汇可以提供传感器系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且系统包括图像 传感器 结构和流动池。图像传感器结构包括设置在基底 基板 上方的图像层。设备堆叠设置在图像层上方。结合焊盘设置在设备堆叠中。 钝化 堆叠设置在设备堆叠和结合焊盘上方。纳米井的阵列设置在钝化堆叠的顶层中。 硅 通孔(TSV)与结合焊盘电 接触 。TSV延伸穿过基底基板。重分布层(RDL)设置在基底基板的底表面上。RDL与TSV电接触。流动池设置在钝化堆叠的顶层之上，以在它们之间形成流通道。流通道设置在纳米井的阵列和结合焊盘上方。，下面是传感器系统专利的具体信息内容。
1.一种系统，包括：
图像传感器结构，包括：
图像层，设置在基底基板上方，
设备堆叠，设置在所述图像层上方，
结合焊盘，设置在所述设备堆叠中，
钝化堆叠，设置在所述设备堆叠和所述结合焊盘上方，
纳米井的阵列，设置在所述钝化堆叠的顶层中，
硅通孔(TSV)，与所述结合焊盘电接触，所述TSV延伸穿过所述基底基板，以及重分布层(RDL)，设置在所述基底基板的底表面上，所述RDL与所述TSV电接触；以及流动池，设置在所述钝化堆叠的所述顶层之上，以在所述流动池和所述钝化堆叠之间形成流通道；
其中所述流通道设置在所述纳米井的阵列和所述结合焊盘上方。
2.根据权利要求1所述的系统，包括：
第一(第1)环境保护层，设置在所述RDL的第一部分上方；
机械支撑结构，设置在所述第一环境保护层上方；以及
接线，以电接触的方式结合到所述RDL的第二(第2)部分。
3.根据权利要求2所述的系统，包括：
第二环境保护层，设置在所述RDL的所述第二部分上方；
其中所述第一环境保护层和所述第二环境保护层覆盖整个所述RDL。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述结合焊盘是多个结合焊盘，所述流通道设置在所述多个结合焊盘上方。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述钝化堆叠包括：
第一钝化层，设置在所述设备堆叠和所述结合焊盘上方；以及
第一化学保护层，设置在所述第一钝化层上方。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述钝化堆叠包括：
第二钝化层，设置在所述第一化学保护层上方；以及
第二化学保护层，设置在所述第二钝化层上方。
7.根据权利要求1所述的系统，包括：
光检测器的阵列，设置在所述图像层中；以及
光导的阵列，设置在所述设备堆叠中，每个光导与所述光检测器的阵列中的至少一个光检测器相关联。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述钝化堆叠包括与所述光导的顶表面直接接触的底表面。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述流动池包括：
流动池盖子，附着到流动池侧壁，所述流动池侧壁结合到所述钝化堆叠的所述顶层；
其中所述流动池通道由所述流动池盖子、所述流动池侧壁以及所述钝化堆叠的所述顶层形成。
10.根据权利要求1所述的系统，包括：
遮光层，设置在所述设备堆叠和所述钝化堆叠之间；
其中，所述结合焊盘延伸穿过所述遮光层。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述结合焊盘的顶表面设置在所述钝化堆叠的底表面下方。
12.一种系统，包括：
图像传感器结构，包括：
图像层，设置在基底基板上方，所述图像层包括设置在所述图像层中的光检测器的阵列，
设备堆叠，设置在所述图像层上方，
多个结合焊盘，设置在所述设备堆叠中，
光导的阵列，设置在所述设备堆叠中，
钝化堆叠，设置在所述设备堆叠和所述多个结合焊盘上方，
纳米井的阵列，设置在所述钝化堆叠的顶层中，
硅通孔(TSV)，与所述多个结合焊盘中的结合焊盘电接触，所述TSV延伸穿过所述基底基板，以及
重分布层(RDL)，设置在所述基底基板的底表面上，所述RDL与所述TSV电接触；以及流动池，设置在所述钝化堆叠的所述顶层之上，以在所述流动池和所述钝化堆叠之间形成流通道；
其中所述流通道设置在所述纳米井的阵列和所述多个结合焊盘上方。
13.根据权利要求12所述的系统，包括：
第一环境保护层，设置在所述RDL的第一部分上方；
机械支撑结构，设置在所述第一环境保护层上方；
接线，以电接触的方式结合到所述RDL的第二部分；以及
第二环境保护层，设置在所述RDL的所述第二部分上方；
其中所述第一环境保护层和所述第二环境保护层覆盖整个所述RDL。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述钝化堆叠包括：
第一钝化层，设置在所述设备堆叠和所述多个结合焊盘上方；以及
第一化学保护层，设置在所述第一钝化层上方。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述钝化堆叠包括：
第二钝化层，设置在所述第一化学保护层上方；以及
第二化学保护层，设置在所述第二钝化层上方。
16.一种方法，包括：
在基底基板层上方分别设置设备堆叠和图像层；
在所述设备堆叠中设置结合焊盘；
在所述设备堆叠和所述结合焊盘上方设置钝化堆叠的至少一部分；
在所述钝化堆叠的顶层中形成纳米井的阵列；
通过所述基底基板的底表面蚀刻TSV，所述TSV延伸到所述结合焊盘；
镀覆所述TSV，以制作与所述结合焊盘的电接触；
在所述基底基板的所述底表面上设置RDL，所述RDL与所述TSV电接触；以及在所述钝化堆叠的所述顶层之上设置流动池，以在所述流动池和所述钝化堆叠之间形成流通道，其中所述流通道设置在所述纳米井的阵列和所述结合焊盘上方。
17.根据权利要求16所述的方法，包括：
在所述RDL的第一部分上方设置第一环境保护层；
在所述第一环境保护层上方结合机械支撑结构；以及
将接线结合到所述RDL的第二部分，结合的所述接线与所述RDL电接触。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：
在所述RDL的所述第二部分上方设置第二环境保护层；以及
用所述第一环境保护层和所述第二环境保护层覆盖整个所述RDL。
19.根据权利要求16所述的方法，其中设置钝化堆叠的至少一部分包括：
在所述设备堆叠和所述结合焊盘上方设置第一钝化层；
在所述第一钝化层上方设置第一化学保护层；以及
在所述第一化学保护层上方设置第二钝化层。
20.根据权利要求19所述的方法，其中形成纳米井的阵列包括：
在所述第二钝化层中蚀刻所述纳米井的阵列；以及
在所述第二钝化层上方设置第二化学保护层。
传感器系统
背景技术
[0001] 传感器系统(例如生物传感器系统)可以包括流动池，流动池被设置在图像传感器结构的层的钝化堆叠(本文中为“钝化堆叠”)的顶层上，其中流动池和钝化堆叠在它们之间形成流通道。这样的传感器系统常常利用设置在钝化堆叠的顶层中以及在流动池的流通道内的纳米井的高密度阵列，以对设置在纳米井内的分析物执行受控反应协议。
[0002] 在这样的反应协议的示例中，设置在图像传感器结构的纳米井阵列中的分析物(诸如DNA片段的簇、核酸分子链等)可以用可标识标记(诸如荧光标记的分子)做记号，该可标识标记经由通过流通道的流体流被递送到分析物。然后，可以将一个或多个激发光引导到纳米井内的经标记的分析物上。然后，分析物可以发射出发射光的光子，该光子可以透射通过钝化堆叠，并且透射到与每个纳米井相关联(例如，位于每个纳米井正下方)的图像传感器结构的光导中。
[0003] 每个光导的顶表面与钝化堆叠的底表面直接接触，其中每个光导的顶表面接收从其相关联的纳米井透射的发射光光子的显著部分。光导将发射光光子引导到光检测器，光检测器被设置在图像传感器结构内并且与光导相关联(例如，位于光导正下方)。光检测器检测发射光光子。然后，图像传感器结构内的设备电路使用那些检测到的光子来处理和传输数据信号。然后可以分析数据信号，以揭示分析物的性质。这样的反应协议的示例包括用于健康和制药业等的高吞吐量DNA测序。
[0004] 随着对增大从这样的反应协议中生成的数据吞吐量的需求不断增长，对不断减小图像传感器结构中的纳米井阵列中的纳米井的尺寸并且增大纳米井阵列中的纳米井的数目的需求也不断增长。此外，随着对减小纳米井的尺寸和增大纳米井的数目的需求的增长，准备和进行这样的化学反应所需的表面化学与传感器系统内的电子组件(诸如结合焊盘)兼容变得越来越重要。发明内容
[0005] 通过提供传感器系统(诸如，例如生物传感器系统)，本公开提供了优于现有技术的优点和替代方案，该传感器系统包括设置在图像传感器系统的钝化堆叠之下的结合焊盘。因为结合焊盘由钝化堆叠保护，所以传感器系统的流通道区域不再受结合焊盘限制，并且可以被扩大，使得流通道区域设置在结合焊盘以及纳米井上方。因此，针对具有固定的覆盖区的图像传感器结构，可以适配在流通道之下的纳米井的数目可以增大。
[0006] 根据本公开的一个或多个方面的一种系统包括图像传感器结构和流动池。图像传感器结构包括设置在基底基板上方的图像层。设备堆叠设置在图像层上方。结合焊盘设置在设备堆叠中。钝化堆叠设置在设备堆叠和结合焊盘上方。纳米井的阵列设置在钝化堆叠的顶层中。硅通孔(TSV)与结合焊盘电接触。TSV延伸穿过基底基板。重分布层(RDL)设置在基底基板的底表面上。RDL与TSV电接触。流动池设置在钝化堆叠的顶层之上，以在它们之间形成流通道。流通道设置在纳米井的阵列和结合焊盘上方。
[0007] 根据本公开的一个或多个方面的另一种系统包括流动池和图像传感器结构。图像传感器结构包括设置在基底基板上方的图像层。图像层包括设置在图像层中的光检测器的阵列。设备堆叠设置在图像层上方。多个结合焊盘设置在设备堆叠中。光导的阵列设置在设备堆叠中。钝化堆叠设置在设备堆叠和多个结合焊盘上方。纳米井的阵列设置在钝化堆叠的顶层中。硅通孔(TSV)与多个结合焊盘中的结合焊盘电接触。TSV延伸穿过基底基板。重分布层(RDL)设置在基底基板的底表面上。RDL与TSV电接触。流动池设置在钝化堆叠的顶层之上，以在它们之间形成流通道。流通道设置在纳米井的阵列和多个结合焊盘上方。
[0008] 根据本公开的一个或多个方面的一种方法包括在基底基板层上方设置设备堆叠和图像层。结合焊盘设置在设备堆叠中。钝化堆叠设置在设备堆叠和结合焊盘上方。纳米井的阵列形成在钝化堆叠的顶层中。通过基底基板的底表面蚀刻TSV。TSV延伸到结合焊盘。镀覆TSV以制作与结合焊盘的电接触。RDL设置在基底基板的底表面上。RDL与TSV电接触。流动池设置在钝化堆叠的顶层之上，以在它们之间形成流通道。流通道设置在纳米井的阵列和结合焊盘上方。附图说明
[0009] 从结合附图进行的以下详细描述中将更充分地理解本公开，其中：
[0010] 图1是一种类型的传感器系统的示例的简化横截面侧视图，该传感器系统具有流动池，流动池被设置在图像传感器结构上，以在它们之间形成流通道，图像传感器结构具有设置在流通道内的纳米井的阵列，图像传感器结构还具有设置在流通道外的结合焊盘；
[0011] 图2是传感器系统的简化横截面侧视图，该传感器系统具有流动池，流动池被设置在图像传感器结构上，以在它们之间形成流通道，图像传感器结构包括设置在流通道内的纳米井的阵列，根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构还包括设置在流通道内的结合焊盘；
[0012] 图3是图2的传感器系统的在制造的中间阶段的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构包括设置在设备堆叠中的光导和设置在基底基板上的设备堆叠；
[0013] 图4是图3的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构包括设置在设备堆叠中的结合焊盘；
[0014] 图5是图4的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构包括设置在设备堆叠和结合焊盘上方的钝化堆叠；
[0015] 图6是图5的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构包括设置到钝化堆叠的顶层中的纳米井；
[0016] 图7是图6的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构包括从基底基板的底表面延伸到结合焊盘的硅通孔(TSV)；
[0017] 图8是图7的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构包括设置在基底基板的底表面上并且与TSV电接触的重分布层(RDL)；
[0018] 图9是图8的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构包括设置在RDL的第一部分上方的第一(第1)环境保护层；
[0020] 图11是图10的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，图像传感器结构包括设置在纳米井内的水凝胶层；
[0021] 图12是图11的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，流动池结合到图像传感器结构；
[0022] 图13是图12的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，接线结合到RDL的第二部分；以及
[0023] 图14是图13的传感器系统的简化横截面图，其中根据本文中所公开的一个示例，第二环境保护层设置在RDL的第二部分和结合的接线上方，以完成传感器系统的形成。
具体实施方式
[0024] 现在将描述某些示例，以提供对本文中所公开的方法、系统和设备的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。附图中图示了一个或多个示例。本领域技术人员将理解，本文中所具体描述并且附图中所图示的方法、系统以及设备是非限制性示例，并且本公开的范围仅由权利要求限定。结合一个示例说明或描述的特征可以与其他示例的特征组合。这样的修改和变化旨在被包括在本公开的范围内。
[0025] 可以在包括权利要求的整个本公开中使用的术语“基本上”、“近似地”、“大约”、“相对地”或其他这样的类似术语用于描述和解释诸如由于处理中的变化所引起的小波动。例如，它们可以指小于或等于±10％，诸如小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％，诸如小于或等于±1％，诸如小于或等于±0.5％，诸如小于或等于±0.2％，诸如小于或等于±
0.1％，诸如小于或等于±0.05％。
0.1％，诸如小于或等于±0.05％。
[0026] 本文中所提供的示例涉及传感器系统及其制作方法。更具体地，本文中所提供的示例涉及具有设置在纳米井和结合焊盘上方的流通道的传感器系统。
[0027] 图1图示了现有技术的传感器系统，其具有设置在流通道内的纳米井和设置在流通道外的结合焊盘。图2图示了根据本公开的传感器系统的示例，其具有设置在纳米井和结合焊盘上方的流通道。图3至图14图示了根据本公开的制作图2的传感器系统的方法的各种示例。
[0028] 参照图1，一种类型的传感器系统10(在该示例中，其为生物传感器系统10)的示例包括结合到图像传感器结构14的流动池12。传感器系统10的流动池12包括附着到流动池侧壁18的流动池盖16。流动池侧壁18结合到图像传感器结构14的钝化堆叠24的顶层22，以在它们之间形成流通道20。
[0029] 钝化堆叠24的顶层22包括设置在其中的纳米井26的大阵列。纳米井26包括与纳米井26的内表面适形的水凝胶27的薄层。水凝胶层27用于帮助锚定和功能化分析物28(诸如DNA片段、寡核苷酸、其他核酸链等)，分析物28可以设置在纳米井26内。
[0030] 流动池盖包括入口端口30和出口端口32，入口端口30和出口端口32的尺寸设计为允许流体流34进入、通过和离开流通道20。流体流34可以用于对设置在纳米井26内的分析物28执行大量的各种受控反应协议。流体流34还可以递送可以用于对分析物28做记号的可标识标记36(诸如荧光标记的核苷酸分子等)。
[0031] 传感器系统10的图像传感器结构14包括设置在基底基板38上方的图像层40。图像层40可以是诸如氮化硅(SixNx)的介电层，并且可以包含设置在其中的光检测器42的阵列。例如，如本文中所使用的光检测器42可以是(诸如光电二极管、互补金属氧化物半导体(CMOS)材料、或两者的)半导体。光检测器42检测从附接到纳米井26中的分析物28的荧光标记36发射的发射光44的光子。基底基板38可以是玻璃、硅或其他类似材料。
[0032] 设备堆叠46设置在图像层40上方。设备堆叠46可以包含多个介电层(未示出)，该多个介电层包含各种设备电路48，设备电路48与光检测器42接口连接，并且使用发射光44的检测到的光子来处理数据信号。
[0033] 设置在设备堆叠46中的还有光导50的阵列。每个光导50与光检测器的阵列中的至少一个光检测器42相关联。例如，光导50可以位于其相关联的光检测器42正上方。光导50将发射光44的光子引导到其相关联的光检测器42，发射光44来自设置在纳米井26中的分析物28上的荧光标记36。
[0034] 设置在设备堆叠46内的还有遮光层52、抗反射层54以及保护衬层56。保护衬层56可以由氮化硅(SiN)或二氧化硅(SiO2)组成，并且界定(line)光导50的内壁。遮光层52可以由钨(W)或铝(Al)组成，并且衰减透射到设备堆叠46中的发射光44和激发光58。抗反射层54可以由氮化钨(WN)或氮氧化硅(SiON)组成，用于下面的金属层的光刻图案化。
[0035] 钝化堆叠24设置在设备堆叠46上方。钝化堆叠24包括与光导50的顶表面62直接接触的底表面60。钝化堆叠24可以包括钝化层64和化学保护层66(在这种情况下，化学保护层66为钝化堆叠24的顶层22)。钝化层64可以由SiN组成，并且包括钝化堆叠24的底表面60。化学保护层66可以由五氧化二钽(Ta2O5)组成，并且是钝化堆叠24的顶层22。
[0036] 纳米井的阵列26也设置在钝化堆叠24的顶层22中，其中每个纳米井26与光导的阵列中的光导50相关联。例如，每个纳米井26可以位于相关联的光导50正上面，使得发射光44的进入每个光导50的顶表面62的大部分光子从该光导相关联的纳米井26内生成。此外，纳米井26的阵列设置在流通道20内。
[0037] 多个结合焊盘70也设置在设备堆叠46中。结合焊盘70可以由一个或多个焊盘金属层(未示出)组成。结合焊盘与设备电路48接口连接，以将数据信号传导至结合到结合焊盘70的接线72，该数据信号是使用检测到的光子而被处理的。
[0038] 在操作期间，各种类型的激发光58辐射到纳米井26中的分析物28上，导致经标记的分子36发荧光，而发出发射光44。发射光44的大多数光子可以透射通过钝化堆叠24，并且进入其相关联的光导50的顶表面62。光导50可以滤除大部分激发光58，并且将发射光44引导到位于光导50正下方的相关联的光检测器42。
[0039] 光检测器42检测发射光光子。然后，设备堆叠46内的设备电路48使用那些检测到的光子来处理和传输数据信号。然后，数据信号可以通过结合焊盘70传输，并且被分析以揭示分析物的性质。
[0040] 通过设置在钝化堆叠24的顶层22上的接线结合74，结合焊盘70可以结合到接线72，以使得能够将数据信号传输到外部。这可以由通过接线结合或焊料凸块结合形成共熔金属结合来完成。此外，可以(例如，如使用水凝胶层27的沉积)化学功能化纳米井26的表面，以便能够接收可以设置在纳米井26中的分析物28。
[0041] 但是，用于为这样的接线结合技术在钝化堆叠24的顶层22上制备结合焊盘70的工艺可以污染纳米井的表面功能化。此外，纳米井的化学功能化可以使残留物沉积在开放的结合焊盘上和/或潜在地腐蚀开放的结合焊盘。而且，在各种受控反应协议期间所使用的通过流通道20的流体流34可以潜在地损坏和/或腐蚀暴露于这样的流体流34的任何结合焊盘70。此外，如果接线72必须延伸到流通道20中，则将接线72电连接到钝化堆叠24的顶层22处的结合焊盘70可能是困难的。
[0042] 至少因为上面的原因，结合焊盘70设置在钝化堆叠24的、在流动池12的流通道20之外的顶层22上。因此，到结合焊盘70的结合接线或焊料凸块限制了流通道20的尺寸，针对具有固定的覆盖区的传感器系统10，这还限制了可以设置在流通道20内的纳米井26的数量。
[0043] 本文中所描述的示例传感器系统在几个方面不同于一些现存的传感器系统。例如，本文中一些示例的结合焊盘70设置在流通道20内。此外，本文中示例提供了在结合焊盘70上方延伸流通道20，以在相同的生物传感器覆盖区中覆盖较大的表面积。此外，本文中示例提供了保护结合焊盘70的机构，以免因暴露于通过流通道20的流体流34而受到损坏和/或腐蚀。
[0044] 参照图2，图示了传感器系统100的示例的横截面侧视图，传感器系统100具有流动池102，流动池102设置在图像传感器结构104上以形成流通道106，流通道106在纳米井108的阵列和多个结合焊盘110上方延伸。纳米井108的阵列设置在图像传感器结构104的钝化堆叠114的顶层112中。多个结合焊盘110设置在钝化堆叠114的底表面116之下。更具体地，结合焊盘110设置在设备堆叠118中，其中结合焊盘110的顶表面120设置在钝化堆叠的底表面116下方。
[0045] 传感器系统100的流动池102包括附着到流动池侧壁124的流动池盖122。流动池侧壁124结合到图像传感器结构104的钝化堆叠114的顶层112，以在它们之间形成流通道106。
[0046] 钝化堆叠114的顶层112包括设置在顶层112中的纳米井108的大阵列。纳米井108包括纳米井108内的水凝胶126的薄层。水凝胶层126用于锚定和功能化分析物128(诸如DNA片段、寡核苷酸、其他核酸链等)，分析物128可以设置在纳米井108内。
[0047] 流动池盖122包括入口端口130和出口端口132，入口端口130和出口端口132的尺寸设计为允许流体流134进入、通过和离开流通道106。流体流134可以用于对设置在纳米井106内的分析物128执行大量的各种受控反应协议。流体流134还可以递送可以用于对分析物128做记号的可标识标记136(诸如荧光标记的核苷酸分子等)。在各种受控反应协议期间，可以将激发光138引导到荧光标记136之上，这导致标记136发出荧光，而发出发射光
140。
140。
[0048] 传感器系统100的图像传感器结构104包括设置在基底基板144上方的图像层142。图像层142可以是诸如SiN的介电层，并且可以包含设置在图像层142中的光检测器146的阵列。例如，如本文中所使用的光检测器146可以是(诸如光电二极管、互补金属氧化物半导体(CMOS)材料或两者的)半导体。光检测器146检测从附接到纳米井108中的分析物128的荧光标记136发射的发射光140的光子。基底基板144可以是玻璃、硅或其他类似材料。
[0049] 设备堆叠118设置在图像层142上方。设备堆叠118可以包含多个介电层(未示出)，该多个介电层包含各种设备电路148，设备电路148与光检测器146接口连接，并且使用发射光140的检测到的光子来处理数据信号。
[0050] 设置在设备堆叠118中的还有光导150的阵列。每个光导150与光检测器的阵列中的至少一个光检测器146相关联。例如，光导150可以位于其相关联的光检测器146正上方。光导150将发射光140的光子引导到其相关联的光检测器146，发射光140来自设置在纳米井
108中的分析物128上的荧光标记136。
108中的分析物128上的荧光标记136。
[0051] 光导150可以是有机滤光材料，该有机滤光材料能够滤除激发光138的已知波长，并且透射发射光140的已知波长。光导材料可以由布置在高指数(high index)聚合物基质中的定制配制的染料分子组成。
[0052] 设置在设备堆叠118内的还有遮光层152、抗反射层154以及保护衬层156。保护衬层156可以由介电材料(诸如氮化硅(SiN)或其他类似材料)组成，并且界定光导150的内壁。遮光层152可以由过渡金属(诸如钨(W)或其他类似材料)组成，并且衰减透射到设备堆叠
118中的发射光140和激发光138。抗反射层154可以由抗反射化合物(诸如氮化钨(WN)或氮氧化硅(SiON)或其他类似材料)组成，并且用于下面的金属层的光刻图案化。
118中的发射光140和激发光138。抗反射层154可以由抗反射化合物(诸如氮化钨(WN)或氮氧化硅(SiON)或其他类似材料)组成，并且用于下面的金属层的光刻图案化。
[0053] 钝化堆叠114设置在设备堆叠118上方。钝化堆叠114包括底表面116，底表面116与光导150的顶表面158直接接触，并且在结合焊盘110的顶表面120上方。钝化堆叠还包括顶层112，纳米井108设置到顶层112中。
[0054] 钝化堆叠114可以包括任何数目的层。例如，钝化堆叠114可以包括设置在设备堆叠118上方的第一钝化层160、和设置在第一钝化层160上方的第一化学保护层162。在该示例中，钝化堆叠114的顶层112是第一化学保护层162，第一化学保护层162包括设置在其中的纳米井108。
[0055] 但是，在图2所图示的具体示例中，钝化堆叠114包括设置在第一化学层162上方的附加的第二钝化层164、和设置在第二钝化层164上方的附加的第二化学保护层166。在该具体的图2示例中，钝化堆叠114的顶层112是第二化学保护层166，其中纳米井108设置在第二化学保护层166中。
[0056] 钝化层160、164可以由SiN组成。化学保护层162、166可以由过渡金属氧化物(诸如五氧化二钽(Ta2O5)或其他类似材料)组成。
[0057] 纳米井的阵列中的每个纳米井108与光导的阵列中的光导150相关联。例如，每个纳米井108可以位于相关联的光导150正上面，使得发射光140的进入每个光导150的顶表面158的大部分光子从该光导相关联的纳米井108内生成。此外，纳米井108的阵列设置在流通道106内。
[0058] 多个结合焊盘110也设置在设备堆叠46中。尽管在图2中仅图示了两个结合焊盘110，但是可以存在任何数目的结合焊盘110，从一个结合焊盘到数百个结合焊盘以及更多。
结合焊盘110可以由一个或多个焊盘金属层(未示出)组成，焊盘金属诸如为包括钨、铜或其他类似材料的任何合适的金属。
结合焊盘110可以由一个或多个焊盘金属层(未示出)组成，焊盘金属诸如为包括钨、铜或其他类似材料的任何合适的金属。
[0059] 硅通孔(TSV)168设置为与结合焊盘110电接触。TSV 168从结合焊盘110、穿过基底基板144延伸到基底基板144的底表面170。TSV可以由过渡金属(诸如钨或其他类似材料)组成。
[0060] 重分布层(RDL)172设置在基底基板144的底表面170上。RDL172与TSV 168电接触。RDL可以由金属(诸如钨、铜、金、镍或其他类似材料)组成。
[0061] 第一环境保护层174设置在RDL 172的第一部分176上方。第一环境保护层可以由聚酰亚胺组成。
[0063] 接线180以电接触的方式结合到RDL 172的第二部分182，以形成接线结合184。这可以由通过接线结合、焊料凸块结合形成共熔金属结合来完成，或通过利用其他众所周知的接线连接技术来完成。接线180可以包括导电材料，诸如铜或其他类似材料。
[0064] 第二环境保护层186设置在RDL 172的第二部分182上方，其中第一环境保护层174和第二环境保护层186覆盖整个RDL 172。第二环境保护层186可以由聚合物(诸如环氧树脂、UV可固化聚合物或其他类似材料)组成。
[0065] 在受控反应协议的操作期间，纳米井108接收用荧光分子标记136做记号的分析物128。荧光标记136经由通过流通道106的流体流134被递送到分析物。荧光标记136响应于激发光138而生成发射光140。发射光140的光子从纳米井108透射、透射穿过钝化堆叠114、并且透射到相关联的光导150的顶表面158中，该相关联的光导150可以位于纳米井108正下方。然后，发射光140的光子由相关联的光导150引导到相关联的光检测器146，该光检测器
146可以位于光导150正下方。相关联的光检测器146检测发射光140的光子。此外，设备电路
148与光检测器146集成，以处理检测到的发射光光子，并且使用检测到的发射光光子提供数据信号。设备电路148还与结合焊盘110集成，使得数据信号通过结合焊盘110传输、通过TSV 168传输，并且从位于基底基板144的底表面170上的接线180传输出去，其中那些数据信号然后可以被分析。
146可以位于光导150正下方。相关联的光检测器146检测发射光140的光子。此外，设备电路
148与光检测器146集成，以处理检测到的发射光光子，并且使用检测到的发射光光子提供数据信号。设备电路148还与结合焊盘110集成，使得数据信号通过结合焊盘110传输、通过TSV 168传输，并且从位于基底基板144的底表面170上的接线180传输出去，其中那些数据信号然后可以被分析。
[0066] 在许多这样的受控反应协议期间，流体流134可以损坏和/或腐蚀结合焊盘110的任何暴露区域。但是，图2的该示例中的结合焊盘110由设置在结合焊盘110上方的钝化堆叠114保护。因此，由于钝化堆叠114设置在流通道106和结合焊盘110之间，流通道106可以设置在结合焊盘110上方。此外，可以在结合焊盘110上方扩展流动池102的区域，以增大设置在流通道106内的纳米井108的数目，并且增大传感器系统100的吞吐量，而不增大传感器系统100的覆盖区。
[0067] 参照图3，图示了传感器系统100的示例的在制造的中间阶段的横截面侧视图。在工艺流程的该阶段，设备堆叠118和图像层142分别设置在基底基板层144上方。
[0069] 设备堆叠118的多个介电层(未示出)与其相关联的设备电路148也可以使用沉积技术设置在图像层142上方。此后，遮光层152和抗反射层154可以使用任何合适的沉积技术(诸如CVD、PVD、原子层沉积(ALD)或电镀)设置在设备堆叠118上方。
[0070] 此后在工艺流程中，将光导孔188的阵列蚀刻到设备堆叠118中。这可以使用任何合适的蚀刻工艺(诸如各向异性蚀刻工艺，诸如反应离子蚀刻(RIE))来完成。本公开中的蚀刻工艺可以包括图案化，诸如光刻图案化。
[0071] 然后，保护衬层156可以设置在部分形成的图像传感器结构104上方，包括孔188的内表面上方。这可以使用任何合适的沉积技术(诸如CVD、PVD或ALD)来完成。
[0072] 此后在工艺流程中，光导层(未示出)设置在整个结构100上方，以填充孔188。光导层可以由有机滤光材料组成，该有机滤光材料能够滤除激发光138的已知波长并且透射发射光140的已知波长。
[0073] 此后，将光导层向下平面化，以在光导孔188中完成光导150的阵列的形成。每个光导150与光检测器的阵列中的至少一个光检测器146相关联。这可以使用任何合适的抛光技术(诸如化学机械抛光工艺)来完成。
[0074] 参照图4，结合焊盘110被设置到设备堆叠118中。这可以首先通过光刻图案化和蚀刻设备堆叠118以在设备堆叠118中形成结合焊盘孔190来完成。此后，各个结合焊盘金属层(未示出)可以使用任何合适的设置技术(诸如ALD工艺)设置在结合焊盘孔190中，以形成结合焊盘110。
[0075] 一旦形成结合焊盘110，结合焊盘110的顶表面120就可以被暴露以用于电探测并且可接近以进行电探测。电探测使得能够在传感器系统100上进行一系列验收测试(诸如连续性测试)。
[0076] 参照图5，此后在工艺流程中，钝化堆叠114的至少一部分设置在设备堆叠118和结合焊盘110上方。在图5所图示的具体示例中，第一钝化层160设置在光导150的阵列上方，使得第一钝化层160的底表面116与光导150的顶表面158直接接触。然后，第一化学保护层162可以设置在第一钝化层160上方。然后，第二钝化层166可以设置在第一化学保护层162上方。这些工艺中的每个工艺都可以通过任何合适的沉积工艺(诸如CVD或PVD)来完成。第一化学保护层162和第一钝化层160以及第二钝化层164形成钝化堆叠114的至少一部分。然后，钝化堆叠114的该部分可以覆盖结合焊盘110。
[0077] 参照图6，此后在工艺流程中，纳米井108的阵列形成在钝化堆叠114的顶层112中。每个纳米井108与光导的阵列中的光导150相关联。
[0078] 在图6所示的具体示例中，这通过此后在第二化学保护层164中光刻图案化并蚀刻纳米井108的阵列来完成。然后，在第二钝化层164上方设置第二化学保护层166。第二化学保护层166可以使用任何合适的沉积工艺(诸如CVD、PVD或ALD)来设置。
[0079] 第二化学保护层166是钝化堆叠114的顶层112。第二化学保护层166与已经蚀刻到第二钝化层164中的纳米井108适形，以在钝化堆叠114的顶层112中形成纳米井108。
[0081] 一旦变薄，就穿过基底基板144的底表面170蚀刻TSV 168。TSV 168被蚀刻为从基底基板144的底表面170延伸到结合焊盘110。这可以通过任何合适的蚀刻工艺(诸如RIE工艺)来完成。
[0082] 然后，TSV 168被镀覆以制作与结合焊盘110的电接触。这可以通过任何合适的镀覆工艺(诸如电镀工艺)来完成。
[0083] 参照图8，此后在工艺流程中，RDL 172设置在基底基板144的底表面170上。这可以通过以下来完成：首先将RDL 172设置在整个底表面170上方，然后将RDL光刻图案化并且蚀刻成预定形状。
[0084] 参照图9，此后在工艺流程中，第一环境保护层174设置在RDL 172的第一部分176上方。这可以通过任何合适的沉积工艺(诸如CVD或PVD)来完成。使RDL 172的第二部分182暴露，作为用于接线180的一个或多个结合部位(在图13中最佳地可见)。
[0086] 此后，临时保护层194设置在RDL 172的暴露的第二部分182上方，以在传感器系统100的后续处理期间保护这些第二部分182。临时保护层194可以由抗蚀剂材料组成。临时保护层194也可以通过利用几种临时工艺来设置，这些临时工艺包括但不限于通过可去除的压敏粘合剂层来结合条带、玻璃或硅片。临时保护层194也可以以溶剂可溶蜡涂层的形式出现。
[0087] 参照图11，此后在工艺流程中，水凝胶层126设置在纳米井108中。水凝胶层可以由任何合适的聚合物(诸如无硅烷的丙烯酰胺(SFA)聚合物、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯或N-乙烯基吡咯烷酮)组成。几种工艺可以被用于该整个沉积工艺，这些工艺包括但不限于：
[0088] ·用水凝胶126旋涂钝化堆叠114的顶层112；
[0089] ·固化水凝胶126；以及
[0090] ·向下CMP水凝胶126，使得水凝胶126至少基本上设置在纳米井108的内表面上。
[0091] 参照图12，此后在工艺流程中，流动池102设置在钝化堆叠114的顶层112之上，以在它们之间形成流通道106，使得流通道设置在纳米井108的阵列和结合焊盘110上方。这可以通过任何合适的结合工艺(诸如粘合剂结合或其他结合工艺)来完成。
[0092] 参照图13，此后在工艺流程中，可以去除临时保护层194以暴露RDL 172的第二部分182。这可以通过任何合适的去除工艺(诸如抗蚀剂剥离或湿法蚀刻或干法蚀刻)来完成。
[0093] 此后，接线180可以结合到RDL 172的第二部分182，使得结合的接线180通过接线结合184与RDL 172电接触。这可以由以下方式完成：通过接线结合形成共熔金属结合、焊料凸块结合以形成焊料凸块接线结合184、或使用其他接线结合工艺。
[0094] 参照图14，此后在工艺流程中，第二环境保护层186设置在RDL 172的第二部分182上方。第二环境保护层186和第一环境保护层174完全覆盖RDL 172。这可以通过任何合适的沉积工艺(诸如CVD或PVD)来完成。
[0095] 第一环境保护层174和第二环境保护层186还使附接到RDL 172的接线结合184和接线180稳定并且保护它们。此外，第二环境保护层的沉积完成了传感器系统100的形成。
[0096] 应当理解，前述概念的所有组合(假设这样的概念并不相互矛盾)被认为是本文中所公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文中所公开的发明主题的一部分。
[0097] 尽管通过参考具体示例描述了前述示例，但是应当理解，可以在所描述的发明概念的精神和范围内做出许多改变。因此，意图是示例不限于所描述的示例，而是具有由所附权利要求的语言所限定的全部范围。
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