Структура датчика изображения (варианты) и способ ее формирования
Структуры датчиков изображения могут быть соединены с такими микрофлюидными устройствами, как проточные ячейки, для формирования системы датчиков. Система датчиков может, например, представлять собой систему биодатчиков. Слой изображения содержит матрицу детекторов света, расположенных внутри него. Пакет устройства расположен над слоем изображения. Матрица световодов расположена в пакете устройства. Каждый световод сопряжен по меньшей мере с одним детектором света матрицы детекторов света. Пассивирующий пакет расположен над пакетом устройства. Пассивирующий пакет имеет нижнюю поверхность, находящуюся в непосредственном контакте с верхней поверхностью световодов. В верхнем слое пассивирующего пакета расположена матрица наноразмерных лунок. Каждая наноразмерная лунка сопряжена со световодом матрицы световодов. В пассивирующем пакете расположена металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи. Преимущества структуры датчика изображения обеспечиваются за счет расположенных в пассивирующем пакете металлических структур, блокирующих перекрестные помехи, переданные внутри пассивирующего слоя, до вхождения их в верхние поверхности световодов структуры. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 16 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/610354, поданной 26 декабря 2017 г., а также приоритет заявки на патент Нидерландов № 2020615, поданной 19 марта 2018 г., содержание которых в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.
Уровень техники
Структуры датчиков изображения могут быть соединены с такими микрофлюидными устройствами, как проточные ячейки, для формирования системы датчиков. Система датчиков может, например, представлять собой систему биодатчиков. В таких системах датчиков часто используются высокоплотные матрицы наноразмерных лунок, расположенных в верхнем слое пассивирующего пакета слоев (далее по тексту именуется как «пассивирующий пакет») структуры датчика изображения для выполнения протоколов управляемых реакций на аналитах, расположенных внутри наноразмерных лунок.
В одном из примеров такого протокола реакций, аналиты (например, кластеры сегментов ДНК, молекулярные цепочки нуклеиновой кислоты и т.д.), которые расположены в матрице наноразмерных лунок структуры датчика изображения, могут быть помечены распознаваемой меткой (например, флуоресцентно меченой молекулой), которая доставляется к аналитам посредством потока текучей среды через проточную ячейку. Затем на помеченные аналиты внутри наноразмерных лунок может быть направлен один свет возбуждения или несколько. В результате, аналиты излучают фотоны излучаемого света, которые могут быть переданы через пассивирующий пакет в световоды структуры датчика изображения, сопряженные с (например, находящиеся непосредственно под) каждой наноразмерной лункой.
Верхняя поверхность каждого световода находится в непосредственном контакте с нижней поверхностью пассивирующего пакета, причем верхняя поверхность каждого световода принимает существенное количество фотонов излучаемого света, переданных из сопряженных с ними наноразмерных лунок. Световоды направляют фотоны излучаемого света к детекторам света, расположенным внутри структуры датчика изображения и сопряженным со (например, находящимся непосредственно под) световодами. Детекторы света детектируют фотоны излучаемого света. Далее схема устройства внутри структуры датчика изображения обрабатывает и передает сигналы данных, используя эти детектированные фотоны. Затем сигналы данных могут быть проанализированы для раскрытия свойств аналитов. Примеры таких протоколов реакций включают в себя процессы секвенирования ДНК с высокой производительностью для медико-фармацевтической отрасли промышленности и т.д.
Поскольку потребность в повышении производительности протоколов реакций постепенно возрастает, также возрастает необходимость в постепенном уменьшении размера наноразмерных лунок в матрице наноразмерных лунок в структуре датчика изображения и, соответственно, в увеличении количества наноразмерных лунок в матрице наноразмерных лунок. Шаг (то есть, расстояние между повторяющимися структурами в полупроводниковой структуре) между рядами наноразмерных лунок в матрице становится все меньше и меньше, а перекрестные помехи становятся все более важным фактором.
Перекрестные помехи включают в себя излучаемый свет, переданный из наноразмерной лунки, через пассивирующий пакет, в соседний несопряженный световод, и детектированный несопряженным детектором света. Перекрестные помехи способствуют повышению уровня шума сигналов данных, которые обрабатываются от детекторов света и их сопряженной схемы устройства. В некоторых обстоятельствах, для некоторых диапазонов шагов рядов наноразмерных лунок (например, диапазона от примерно 1,5 микрона или меньше, или диапазона от примерно 1,0 микрона или меньше) перекрестные помехи могут стать доминирующим фактором во вносимый шум. Кроме того, размер (диаметр) наноразмерной лунки часто уменьшается для обеспечения более плотного шага. В результате, общее количество аналитов в каждой наноразмерной лунке (и, следовательно, общий доступный излучаемый сигнал из каждой лунки) уменьшается, что также усугубляет последствия шума, а именно перекрестных помех.
Соответственно, существует потребность в снижении перекрестных помех, переданных внутри структуры датчика изображения. В частности, существует потребность в снижении перекрестных помех структуры датчика изображения, переданных из наноразмерной лунки, через пассивирующий пакет структуры датчика изображения, в верхние поверхности световодов, которые не сопряжены с указанной наноразмерной лункой. Кроме того, существует потребность в снижении таких перекрестных помех, переданных через пассивирующий пакет, перед их входом в световоды. Также, существует необходимость в снижении перекрестных помех структур датчиков изображений, в которых шаг между рядами наноразмерных лунок составляет примерно 1,5 микрона или меньше.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает преимущества и альтернативы известным из уровня техники решениям за счет разработки структуры датчика изображения, которая имеет расположенные в пассивирующем пакете металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи. Металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, могут содержать столбики или параллельные металлические пластины. Благодаря расположению внутри пассивирующей структуры, металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, существенно снижают перекрестные помехи, переданные внутри пассивирующего слоя, до вхождения их в верхние поверхности световодов структуры датчика изображения.
Структура датчика изображения в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения содержит слой изображения. Слой изображения содержит матрицу детекторов света, расположенных внутри. Над слоем изображения расположен пакет устройства. В пакете устройства расположена матрица световодов. Каждый световод сопряжен по меньшей мере с одним детектором света матрицы детекторов света. Над пакетом устройства расположен пассивирующий пакет. Пассивирующий пакет имеет нижнюю поверхность, находящуюся в непосредственном контакте с верхней поверхностью световодов. В верхнем слое пассивирующего пакета расположена матрица наноразмерных лунок. Каждая наноразмерная лунка сопряжена со световодом матрицы световодов. В пассивирующем пакете расположена металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи. Металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, снижает перекрестные помехи внутри пассивирующего пакета.
Другая структура датчика изображения в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения содержит слой изображения. Слой изображения содержит матрицу детекторов света, расположенных внутри. Над слоем изображения расположен пакет устройства. В пакете устройства расположена матрица световодов. Каждый световод сопряжен по меньшей мере с одним детектором света матрицы детекторов света. Над пакетом устройства расположен пассивирующий пакет.Пассивирующий пакет содержит первый пассивирующий слой, имеющий нижнюю поверхность, находящуюся в непосредственном контакте с верхней поверхностью световодов. Пассивирующий пакет также содержит первый химический защитный слой, расположенный над первым пассивирующим слоем. Пассивирующий пакет также содержит второй пассивирующий слой, расположенный над первым химическим защитным слоем, и второй химический защитный слой, расположенный над вторым пассивирующим слоем. В верхнем слое пассивирующего пакета расположена матрица наноразмерных лунок. Каждая наноразмерная лунка сопряжена со световодом матрицы световодов.
Способ формирования структуры датчика изображения в соответствии с одним или несколькими аспектами настоящего изобретения включает в себя расположение пакета устройства над слоем изображения. Слой изображения содержит матрицу детекторов света, расположенных внутри. В пакете устройства протравлена матрица отверстий для световодов. В отверстиях для световодов сформирована матрица световодов. Каждый световод сопряжен по меньшей мере с одним детектором света матрицы детекторов света. Над матрицей световодов расположен первый пассивирующий слой, так что нижняя поверхность первого пассивирующего слоя находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью световодов. Над первым пассивирующим слоем расположен первый химический защитный слой. Первый химический защитный слой и первый пассивирующий слой входят в состав пассивирующего пакета. В верхнем слое пассивирующего пакета сформирована матрица наноразмерных лунок. Каждая наноразмерная лунка сопряжена со световодом матрицы световодов. Внутри пассивирующего пакета расположена металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи. Металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, снижает перекрестные помехи внутри пассивирующего пакета.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет более понятным после прочтения нижеследующего подробного описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана система датчика, имеющая расположенную внутри структуру датчика изображения.
На фиг. 2 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения, которая имеет металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, в форме столбиков в пассивирующем пакете, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 3 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения, которая имеет металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, в форме столбиков, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 4 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения, которая имеет металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, в форме столбиков, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 5 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения, которая имеет металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, в форме параллельных металлических слоев, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 6 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения на промежуточной стадии изготовления, которая имеет отверстия для световодов, расположенные в пакете устройства в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 7 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения с фиг. 6, имеющая расположенный на ней слой световодов, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 8 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения с фиг. 7, имеющая слой световодов, планаризованный для формирования световодов в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 9 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения с фиг. 8, имеющая световоды, утопленные под верхней частью отверстий для световодов, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 10 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения с фиг. 9, которая имеет металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, в форме столбиков в пассивирующем пакете, причем пассивирующий пакет расположен над верхней поверхностью световодов для создания завершенной структуры датчика изображения, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 11 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения на промежуточной стадии изготовления, которая имеет металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, в форме столбиков в частично сформированном пассивирующем пакете, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 12 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения с фиг. 11, имеющая полностью сформированный пассивирующий пакет для создания завершенной структуры датчика изображения, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 13 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения на промежуточной стадии изготовления, которая имеет металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, в форме столбиков в частично сформированном пассивирующем пакете, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 14 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения с фиг. 13, которая имеет полностью сформированный пассивирующий пакет для создания завершенной структуры датчика изображения, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 15 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения на промежуточной стадии изготовления, которая имеет частично сформированный пассивирующий пакет, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
На фиг. 16 в упрощенном виде, сбоку, в поперечном разрезе показана структура датчика изображения с фиг. 15, которая имеет металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, в форме параллельных металлических слоев в полностью сформированном пассивирующем пакете, для создания завершенной структуры датчика изображения, в соответствии с одним из раскрытых здесь примеров.
Осуществление изобретения
Далее раскрыты конкретные примеры для обеспечения полного понимания принципов структуры, функционирования, изготовления и применения способов, систем и устройств, раскрытых в настоящем изобретении. Один или несколько примеров проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Специалисту в данной области техники будет понятно, что способы, системы и устройства, конкретно раскрытые в данном описании и проиллюстрированные на прилагаемых чертежах, являются неограничивающими примерами, и что объем настоящего изобретения задается исключительно формулой изобретения. Признаки, проиллюстрированные или раскрытые в отношении одного примера, могут быть объединены с признаками других примеров. Предполагается, что такие модификации и изменения входят в объем настоящего изобретения.
Понятия «по существу», «приблизительно», «примерно», «относительно» и другие такие аналогичные понятия, которые могут быть использованы по всему описанию, в том числе в формуле изобретения, используются для того, чтобы описать и учесть небольшие отклонения, например, связанные с изменениями в обработке. Например, они могут быть меньше или равняться ±10%, а именно, они могут быть меньше или равняться ±5%, а именно, они могут быть меньше или равняться ±2%, а именно, они могут быть меньше или равняться ±1%, а именно, они могут быть меньше или равняться ±0,5%, а именно, они могут быть меньше или равняться ±0,2%, а именно, они могут быть меньше или равняться ±0,1%, а именно, они могут быть меньше или равняться ±0,05%.
Приведенные здесь примеры относятся к структурам датчиков изображения и способам их изготовления. В частности, приведенные здесь примеры относятся к структурам датчиков изображения, которые имеют расположенные внутри пассивирующего пакета структур датчиков изображения металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи.
На фиг. 1 показана система датчика, имеющая один тип структуры датчика изображения, расположенной в ней. На фиг. 2-5 проиллюстрированы различные примеры структур датчиков изображения в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 6-16 проиллюстрированы различные примеры способов изготовления структур датчиков изображения в соответствии с настоящим изобретением.
Как показано на фиг. 1, примерная система 10 датчика (которая в данном примере представляет собой систему 10 биодатчика) содержит проточную ячейку 12, связанную со структурой 14 датчика изображения. Проточная ячейка 12 системы 10 биодатчика содержит крышку 16 проточной ячейки, прикрепленную к боковым стенкам 18 проточной ячейки. Боковые стенки 18 проточной ячейки соединены с верхним слоем 22 пассивирующего пакета 24 структуры 14 датчика изображения для формирования между ними проточного канала 20.
Верхний слой 22 пассивирующего пакета 24 содержит большую матрицу наноразмерных лунок 26, расположенных на нем. Внутри наноразмерных лунок 26 могут находиться аналиты 28 (например, сегменты ДНК, олигонуклеотиды, другие цепочки нуклеиновой кислоты и т.д.). Крышка проточной ячейки имеет впускной порт 30 и выпускной порт 32, которые имеют такие размеры, чтобы обеспечить возможность прохождения потока 34 текучей среды в, через или из проточного канала 20. Поток 34 текучей среды может быть использован для выполнения большого количества различных протоколов управляемых реакций на аналитах 28, расположенных внутри наноразмерных лунок 26. Поток 34 текучей среды может также доставлять распознаваемую метку 36 (например, флуоресцентно помеченную молекулу нуклеотида и т.д.), которая может быть использована для мечения аналита 28.
Структура 14 датчика изображения биодатчика 10 содержит слой 40 изображения, расположенный над базовой подложкой 38. Слой 38 изображения может представлять собой диэлектрический слой, например, из SiN, и может содержать матрицу детекторов 42 света, расположенных внутри него. Детектор 42 света, используемый здесь, может представлять собой, например, полупроводник, например, фотодиод, материал с комплементарной структурой металл-оксид-полупроводник (CMOS, от англ. Complementary Metal Oxide Semiconductor), или оба. Детекторы 42 света детектируют световые фотоны излучаемого света 44, который излучается флуоресцентными метками 36, прикрепленными к аналитам 28 в наноразмерных лунках 26. Базовая подложка 38 может представлять собой стекло, кремний или другой подходящий материал.
Над слоем 40 изображения расположен пакет 46 устройства. Пакет 46 устройства может иметь множество диэлектрических слоев (не показаны), которые содержат различные схемы 48 устройства, взаимодействующие с детекторами 42 света и обрабатывающие сигналы данных, с использованием детектированных световых фотонов.
Кроме того, в пакете 46 устройства расположена матрица световодов 50. Каждый световод 50 сопряжен по меньшей мере с одним детектором 42 света в матрице детекторов света. Например, световод 50 может быть расположен непосредственно над сопряженным с ним детектором света. Световод 50 направляет фотоны излучаемого света 44 от флуоресцентных меток 36 на аналитах 28, расположенных в наноразмерных лунках 26, к сопряженным с ними детекторам 42 света.
Также, внутри пакета 46 устройства предусмотрен светоэкранирующий слой 52, противоотражающий слой 54 и защитный облицовочный слой 56. Защитный облицовочный слой 56 может состоять из нитрида кремния (SiN) и он покрывает внутренние стенки световодов 50. Светоэкранирующий слой 52 может состоять из вольфрама (W) и он ослабляет излучаемый свет 44 и свет 58 возбуждения, переданный в пакет 46 устройства. Противоотражающий слой 54 может состоять из оксинитрида кремния (SiON) и он может быть использован для формирования рисунка методом фотолитографии на металлическом слое, находящемся ниже.
Пассивирующий пакет 24 расположен над пакетом 46 устройства. Пассивирующий пакет 24 имеет нижнюю поверхность 60, которая находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 62 световодов 50. Пассивирующий пакет 24 может содержать пассивирующий слой 64 и химический защитный слой 66 (который, в данном случае, представляет собой верхний слой 22 пассивирующего пакета 24). Пассивирующий слой 64 может состоять из SiN и иметь нижнюю поверхность 60 пассивирующего пакета 24. Химический защитный слой 66 может состоять из пентоксида тантала (Ta2O5) и может представлять собой верхний слой 22 пассивирующего пакета 24.
Матрица наноразмерных лунок 26 также расположена в верхнем слое 22 пассивирующего пакета 24, причем каждая наноразмерная лунка 26 сопряжена со световодом 50 матрицы световодов. Например, каждая наноразмерная лунка 26 может быть расположена непосредственно над сопряженным световодом 50, так что большинство фотонов излучаемого света 44, который входит в верхнюю поверхность 62 каждого световода 50, генерируются изнутри той наноразмерной лунки 26, с которой сопряжен световод.
Во время функционирования, свет 58 возбуждения различных типов излучается на аналиты 28 в наноразмерных лунках 26, вызывая свечение помеченных молекул 36 излучаемым светом 44. Большинство фотонов излучаемого света 44 может быть передано через пассивирующий пакет 24 и может войти в верхнюю поверхность 62 сопряженного с ним световода 50. Световоды 50 могут отфильтровывать большую часть света 58 возбуждения и направлять излучаемый свет 44 к сопряженному детектору 42 света, расположенному непосредственно под световодом 50.
Детекторы 42 света детектируют фотоны излучаемого света. Далее, схема 48 устройства внутри пакета 46 устройства обрабатывает и передает сигнал данных, используя эти детектированные фотоны. Сигнал данных может быть проанализирован для раскрытия свойств аналитов.
Однако некоторые фотоны излучаемого света из одной наноразмерной лунки могут быть случайно переданы через пассивирующий пакет 24 в соседний несопряженный световод 50 и будут детектированы как нежелательные перекрестные помехи (или излучаемый свет перекрестных помех) в несопряженном детекторе 42 света. Такие перекрестные помехи вносят шум в сигналы данных.
Для структур 14 датчиков изображения, имеющих небольшие шаги между рядами наноразмерных лунок (например, наноразмерные лунки с шагом примерно 1,5 микрона или меньше, или, более того, с шагом примерно 1,25 микрона или меньше, или, даже более того, с шагом примерно 1 микрон или меньше), такие перекрестные помехи могут существенно увеличить уровни шума, связанные с сигналами данных. Кроме того, размер (диаметр) наноразмерной лунки часто уменьшают для обеспечения более плотного шага. В результате, общее количество аналитов в каждой наноразмерной лунке (и, следовательно, общий доступный излучаемый сигнал из каждой лунки) снижается, что дополнительно усугубляет последствия шума, а именно, перекрестных помех. Таким образом, чем больше уменьшается в масштабе структура датчика изображения, тем целесообразнее снизить перекрестные помехи, которые передаются внутри пассивирующего пакета 24.
Примерные системы датчиков, раскрытые в настоящем изобретении, отличаются от некоторых существующих ранее систем датчиков в различных аспектах. Например, в одном из противопоставленных примеров, предусмотрены экраны для защиты от перекрестных помех (не показаны), расположенные в пакете 46 устройства, который находится под пассивирующим пакетом 24. В данном противопоставленном примере, экраны для защиты от перекрестных помех используются для снижения перекрестных помех, которые просачиваются из световода 50 и передаются через пакет 46 устройства в другой световод 50. Эти экраны для защиты от перекрестных помех в данном противопоставленном примере отличаются от приведенных здесь примеров.
На фиг. 2 на виде сбоку, в поперечном разрезе показан один из примеров структуры 100 датчика изображения, которая имеет металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, в пассивирующем пакете 104 структуры 100 датчика изображения. Металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, могут иметь любую подходящую форму, но в данном примере, они имеют форму металлических столбиков 106. Понятие «столбик», используемое в данном описании, включает в себя структуры, которые проходят от нижней поверхности до верхней поверхности некоторого слоя в пассивирующем пакете. Например, металлические столбики 106 на фиг. 2 проходят от нижней поверхности 140 первого пассивирующего слоя 142 до верхней поверхности первого пассивирующего слоя 142 внутри пассивирующего пакета 104.
Структура 100 датчика изображения может быть соединена с проточной ячейкой для формирования системы датчика, аналогичной системе 10 датчика с фиг. 1. Система датчика может представлять собой, например, систему биодатчика.
Структура 100 датчика изображения содержит слой 108 изображения, расположенный над базовой подложкой 110. Базовая подложка 110 может содержать стекло или кремний. Слой 108 изображения может содержать диэлектрический слой, например, SiN.
Внутри слоя 108 изображения расположена матрица детекторов 112 света. Детектор 112 света, используемый в настоящем изобретении, может представлять собой, например, полупроводник, такой как фотодиод, материал CMOS, или оба. Детекторы 112 света детектируют световые фотоны излучаемого света 114, которые излучаются флуоресцентными метками 116, прикрепленными к аналитам 118 в наноразмерных лунках 120, расположенных в верхнем слое 122 пассивирующего пакета 104. Флуоресцентные метки 116 выполнены с возможностью флуоресцирования посредством возбуждения светом 124 возбуждения во время различных протоколов управляемых реакций.
Над слоем изображения расположен пакет 126 устройства. Пакет 126 устройства может содержать множество диэлектрических слоев (не показаны), содержащих различные схемы 128 устройства, которые взаимодействуют с детекторами 112 света и обрабатывают сигналы данных с использованием детектированных световых фотонов излучаемого света 114.
Кроме того, в пакете 126 устройства расположена матрица световодов 130. Каждый световод 130 сопряжен по меньшей мере с одним детектором 112 света в матрице детекторов света. Например, световод 130 может находиться непосредственно над сопряженным с ним детектором 112 света. Световод 130 направляет фотоны излучаемого света 114 от флуоресцентных меток 116 на аналитах 118, расположенных в наноразмерных лунках 120, к сопряженным с ними детекторам 112 света.
В данном примере, также внутри пакета 126 устройства предусмотрен светоэкранирующий слой 134, противоотражающий слой 136 и защитный облицовочный слой 138. Защитный облицовочный слой 138 может состоять из диэлектрического материала, например, нитрида кремния (SiN) или других аналогичных материалов, и он покрывает внутренние стенки световодов 130. Светоэкранирующий слой 134 может состоять из переходного материала, например, вольфрама (W) или других аналогичных материалов, и он ослабляет излучаемый свет 114 и свет 124 возбуждения, переданный в пакет 126 устройства. Противоотражающий слой 136 может состоять из противоотражающего композиционного материала, например, оксинитрида кремния (SiON), или других аналогичных материалов и может быть использован для формирования рисунка методом фотолитографии на находящемся ниже металлическом слое.
Пассивирующий пакет 104 расположен над пакетом 126 устройства. Пассивирующий пакет 104 имеет нижнюю поверхность 140, которая находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 132 световодов 130. Пассивирующий пакет 104 может иметь любое количество слоев материала, подходящее для передачи излучаемого света 114. Однако, в данном примере, пассивирующий пакет 104 содержит первый пассивирующий слой 142 и первый химический защитный слой 144. Первый пассивирующий слой 142 может состоять из SiN и имеет нижнюю поверхность 140 пассивирующего пакета 104. Первый химический защитный слой 144 может состоять из оксида переходного металла, такого как пентоксид тантала (Ta20s), или других аналогичных материалов, и может представлять собой верхний слой 122 пассивирующего пакета 104.
В верхнем слое 122 пассивирующего пакета 104 также расположена матрица наноразмерных лунок 120, причем каждая наноразмерная лунка 120 сопряжена со световодом 130 в матрице световодов. Например, каждая наноразмерная лунка 120 может находиться непосредственно над сопряженным световодом 130, так что большинство фотонов излучаемого света 114, входящего в верхнюю поверхность 132 каждого световода 130, генерируются изнутри той наноразмерной лунки 120, с которой сопряжен световод.
Металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, расположены в пассивирующем пакете 104, причем металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, могут снизить перекрестные помехи внутри пассивирующего пакета 104. Металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, могут иметь любую подходящую форму, но в данном примере, они имеют форму металлических столбиков 106. Металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, могут быть расположены в любом подходящем месте внутри пассивирующего пакета 104, но, в данном примере, они расположены исключительно в первом пассивирующем пакете 142 и между наноразмерными лунками 120. Металлическая структура 102, блокирующая перекрестные помехи, может состоять из таких металлов, например, как тантал (Та), вольфрам (W), алюминий (Al) или медь (Cu).
Металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, могут снизить перекрестные помехи, переданные через пассивирующий пакет 104 посредством любого надлежащего процесса. Например, металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, могут состоять из материала, который поглощает излучаемый свет или блокирует излучаемый свет на заданной частоте излучаемого света. Альтернативно, металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, могут иметь такую геометрическую форму и размещение внутри пассивирующего пакета 104, которые позволят металлическим структурам, блокирующим перекрестные помехи, направлять излучаемый свет 114 в сторону от верхних поверхностей 140 световодов 130.
Во время функционирования каждая наноразмерная лунка 120 принимает аналиты 118, помеченные флуоресцентной молекулярной меткой 116, которая генерирует излучаемый свет 114 в ответ на свет 124 возбуждения. Фотоны излучаемого света 114 передаются из наноразмерной лунки 120, через пассивирующий пакет, в верхнюю поверхность 140 сопряженного световода 130, который может быть расположен непосредственно под наноразмерной лункой 120. Фотоны излучаемого света 114 далее направляются посредством сопряженного световода 130 к сопряженному детектору 112 света, который может находиться непосредственно под световодом 130. Сопряженные детекторы 112 света детектируют фотоны излучаемого света 114. Кроме того, схема 128 устройства объединена с детекторами 112 света для обработки детектированных фотонов излучаемого света и обеспечивает сигналы данных с использованием детектированных фотонов излучаемого света.
Одновременно с обработкой таких сигналов данных, металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, могут существенно снижать количество фотонов излучаемого света 114, которые могут стать перекрестными помехами. Снижение может составлять по меньшей мере примерно 5% (например, по меньшей мере примерно 20%, 30%, 40%, 50%, 60% или более). В других примерах, снижение составляет от примерно 5% до примерно 50%, например, от 10% до 30%. Другие значения также возможны. В одном из примеров металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, снижают количество фотонов излучаемого света, которые иным образом могут передаваться из наноразмерных лунок 120 к несопряженному соседнему световоду 130 и детектироваться несопряженным детектором 120 света как перекрестные помехи. Поскольку такие перекрестные помехи могут вносить шум в сигналы данных, уровень шума сигналов данных существенно снижается.
На фиг. 3 на виде сбоку, в поперечном разрезе показан другой пример структуры 200 датчика изображения, которая имеет металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, в форме столбиков 202. Структура 200 датчика изображения аналогична структуре 100 датчика изображения, причем аналогичные признаки обозначены аналогичными номерами позиций.
Пассивирующий пакет 104 структуры 200 датчика изображения содержит четыре слоя. Эти четыре слоя включают в себя:
- первый пассивирующий слой 142, расположенный над световодами 130,
- первый химический защитный слой 144, расположенный над первым пассивирующим слоем 142,
- второй пассивирующий слой 204, расположенный над первым химическим защитным слоем 144,
- второй химический защитный слой 206, расположенный над вторым пассивирующим слоем 204.
Четыре слоя 142, 144, 204, 206 пассивирующего пакета 104 (то есть, четырехслойного пассивирующего пакета) структуры 200 датчика изображения, и в последующих структурах 300 и 400 датчиков изображения могут обеспечить конкретные преимущества над двумя слоями 142, 144 пассивирующего слоя 104 (то есть, двухслойного пассивирующего пакета) датчика 100 изображения. Эти преимущества включают в себя, помимо прочего, следующее.
- Четырехслойный пассивирующий пакет обеспечивает возможность осаждения более крупных и геометрически более сложных металлических структур, блокирующих перекрестные помехи, которые способны снижать перекрестные помехи более эффективно, чем металлические структуры, блокирующие перекрестные помехи, которые могут быть предусмотрены в двухслойном пассивирующем пакете.
- Четырехслойный пассивирующий пакет обеспечивает повышенную гибкость в построении наноразмерной лунки, поскольку геометрия наноразмерной лунки будет меньше ограничиваться находящейся ниже структурой световодов, благодаря добавленным слоям.
Четырехслойный пассивирующий пакет обеспечивает большую устойчивость к любому химическому или механическому повреждению, благодаря увеличению толщины пассивирующего пакета, а также добавленных слоев.
В данном примере, нижняя поверхность 140 первого пассивирующего слоя 142 по-прежнему является нижней поверхностью пассивирующего пакета 104 и находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 132 световодов 130. Однако верхним слоем 122 пассивирующего пакета 104 теперь является второй химический защитный слой 206. Кроме того, наноразмерные лунки 120 расположены во втором химическом защитном слое 206.
Состав второго пассивирующего слоя 204 и второго химического защитного слоя 206 может быть таким же, или аналогичным, составу первого пассивирующего слоя 142 и первого химического защитного слоя 144, соответственно. Например, второй пассивирующий слой 204 может состоять из SiN, а второй химический защитный слой 206 может состоять из пентоксида тантала (Ta2O5).
Металлическая структура 102, блокирующая перекрестные помехи, в структуре 200 датчика изображения включает в себя металлические столбики 202. Металлические столбики 202 расположены в первом пассивирующем слое 104 и находятся между наноразмерными лунками 120.
На фиг. 4 на виде сбоку, в поперечном разрезе показан другой пример структуры 300 датчика изображения, которая имеет металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, в форме столбиков 202. Структура 300 датчика изображения аналогична структурам 100 и 200 датчиков изображения, причем аналогичные признаки обозначены аналогичными номерами позиций.
Пассивирующий пакет 104 структуры 300 датчика изображения является таким же или, аналогичным, пассивирующему пакету структуры 200 датчика изображения и также содержит четыре слоя. Эти четыре слоя включают в себя:
- первый пассивирующий слой 142, расположенный над световодами 130,
- первый химический защитный слой 144, расположенный над первым пассивирующим слоем 142,
- второй пассивирующий слой 204, расположенный над первым химическим защитным слоем 144,
- второй химический защитный слой 206, расположенный над вторым пассивирующим слоем 204.
В данном примере, нижняя поверхность 140 первого пассивирующего слоя 142 по-прежнему является нижней поверхностью пассивирующего пакета 104 и находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 132 световодов 130. Кроме того, верхним слоем 122 пассивирующего пакета 104 является второй химический защитный слой 206. Кроме того, наноразмерные лунки 120 расположены во втором химическом защитном слое 206.
Однако металлическая структура 102, блокирующая перекрестные помехи, структуры 300 датчика изображения содержит металлические столбики 302. Металлические столбики 302 проходят от нижней поверхности 140 первого пассивирующего слоя 142 до верхней поверхности 304 второго пассивирующего слоя 204. Металлические столбики также расположены между наноразмерными лунками 120.
На фиг. 5 на виде сбоку, в поперечном разрезе показан другой пример структуры 400 датчика изображения, которая имеет металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, в форме параллельных металлических слоев 402. В данном примере, предусмотрено два параллельных металлических слоя 402А и 402В. Однако, в зависимости от задач и требований к конструкции, может быть предусмотрено более двух таких параллельных металлических слоев 402, используемых в структуре 400 датчика изображения. Структура 400 датчика изображения аналогична структурам 100, 200 и 300 датчиков изображения, причем аналогичные признаки обозначены аналогичными номерами позиций.
Пассивирующий пакет 104 структуры 400 датчика изображения является таким же, или аналогичным пассивирующему пакету структур 200 и 300 датчиков изображения и также содержит четыре слоя. Эти четыре слоя включают в себя:
- первый пассивирующий слой 142, расположенный над световодами 130,
- первый химический защитный слой 144, расположенный над первым пассивирующим слоем 142,
- второй пассивирующий слой 204, расположенный над первым химическим защитным слоем 144,
- второй химический защитный слой 206, расположенный над вторым пассивирующим слоем 204.
В данном примере, нижняя поверхность 140 первого пассивирующего слоя 142 по-прежнему является нижней поверхностью пассивирующего пакета 104 и находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 132 световодов 130. Кроме того, верхним слоем 122 пассивирующего пакета 104 является второй химический защитный слой 206. Кроме того, наноразмерные лунки 120 расположены во втором химическом защитном слое 206.
Однако металлическая структура 102, блокирующая перекрестные помехи, структуры 400 датчика изображения содержит параллельные металлические слои 402. В данном примере, параллельные металлические слои 402 расположены во втором пассивирующем слое 204 и между наноразмерными лунками 120. Однако параллельные металлические слои 402 могут быть расположены в первом пассивирующем слое 142 и между наноразмерными лунками 120.
Геометрическая форма и размещение параллельных металлических слоев 402 обеспечивают возможность этим конкретным металлическим структурам 102, блокирующим перекрестные помехи, направлять излучаемый свет перекрестных помех (или перекрестные помехи) в направлении, которое является относительно параллельным металлическим слоям 402 и в сторону от несопряженных детекторов 112 света. Кроме того, состав параллельных металлических слоев 402 обеспечивает возможность этим конкретным металлическим структурам 102, блокирующим перекрестные помехи, поглощать такой излучаемый свет перекрестных помех.
Кроме того, существует несколько других механизмов, которые могут способствовать снижению перекрестных помех в параллельных металлических слоях 402. Например, параллельные металлические слои 402А и 402В могут поглощать излучаемый свет перекрестных помех за счет того, что разделительное расстояние 404 между параллельными металлическими слоями 402А, 402В меньше длины волны излучаемого света перекрестных помех, который требуется заблокировать или уменьшить. Примером конкретного диапазона разделительного расстояния 404 между параллельными металлическими слоями 402А и 402В для снижения излучаемого света перекрестных помех может быть разделительное расстояние 404, составляющее 14 длины волны излучаемого света перекрестных помех или меньше.
Другим примером механизма, который может способствовать снижению перекрестных помех в параллельных металлических слоях 402, может стать ширина 406 металлических слоев. Например, параллельные металлические слои 402А и 402В могут поглощать излучаемый свет перекрестных помех благодаря тому, что ширина 406 параллельных металлических слоев 402А, 402В равна % длины волны излучаемого света перекрестных помех или больше.
Различные факторы могут влиять на диапазоны, используемые в качестве разделительного расстояния 404 и ширины 406 параллельных металлических слоев 402 для уменьшения излучаемого света перекрестных помех. Такие факторы могут включать в себя коэффициент преломления параллельных металлических слоев 402 и состав материала (в данном случае слоя 204), разделяющего параллельные металлические слои 402.
Со ссылкой на фиг. 6-15, проиллюстрированы различные способы изготовления структур 100, 200, 300 и 400 датчиков изображения.
На фиг. 6 на виде сбоку, в поперечном разрезе показан один из примеров структуры 100 датчика изображения на промежуточной стадии изготовления. На данной стадии технологического потока, слой 108 изображения расположен над базовой подложкой 110. Слой изображения содержит матрицу детекторов 112 света, расположенных внутри. Слой 108 изображения может быть расположен над базовой подложкой 110 с использованием технологий осаждения, таких как химическое осаждение из паровой фазы (CVD, от англ. Chemical Vapor Deposition) или физическое осаждение из паровой фазы (PVD, от англ. Physical Vapor Deposition).
Несколько диэлектрических слоев (не показано) пакета 126 устройства, с их сопряженной схемой устройства, также может быть предусмотрено над слоем 108 изображения с использованием технологий осаждения. В дальнейшем, светоэкранирующий слой 134 и противоотражающий слой 136 могут быть расположены над пакетом 126 устройства, с использованием любых подходящих технологий осаждения, таких как CVD, PVD, атомно-слоевое осаждение (ALD, от англ. Atomic Layer Deposition) или электролитическое осаждение.
Далее в технологическом потоке, в пакете устройства протравливают матрицу отверстий 150 для световодов. Это может быть выполнено с использованием любых подходящих процессов травления, например, процесса анизотропного травления, а именно реактивного ионного травления (RiE, от англ. Reactive Ion Etching). В данном описании процесс травления может предусматривать формирование рисунка, а именно, формирование рисунка методом литографии.
Затем защитный облицовочный слой 136 может быть расположен над всей структурой 100 датчика изображения, в том числе боковыми стенками 152 и нижней частью 154 отверстий 150. Это можно сделать, используя любые подходящие технологии осаждения, такие как CVD, PVD или ALD.
Как показано на фиг. 7, далее в технологическом потоке, над всей структурой 100 располагают слой 156 световодов для заполнения отверстий 150. Слой световодов может состоять из органического фильтрующего материала, который способен отфильтровать известные длины волн света 124 возбуждения и передавать через известные длины волн излучаемого света 114. Слой 156 световодов может состоять из молекул красителя с разработанной по заказу формулой, расположенных в полимерной матрице с высоким показателем преломления.
Как показано на фиг. 8, далее слой 156 световодов планаризуется для формирования световодов 130, причем верхние поверхности 132 световодов 130 по существу находятся на одном уровне с верхней поверхностью защитного облицовочного слоя 138. Это можно выполнить, используя любую подходящую технологию полирования, например, процесс химико-механического полирования (CMP, от англ. Chemical Mechanical Polishing). После полирования, общая верхняя поверхность структуры 100 датчика изображения является по существу плоской.
Как показано на фиг. 9, затем световоды 130 утапливают в отверстия 150 для световодов, причем каждый световод 130 сопряжен по меньшей мере с одним детектором 112 света в матрице детекторов света. Это можно обеспечить с помощью спланированного по времени процесса травления, утапливающего слой 156 световодов с заданной скоростью в течение известного периода времени.
После завершения процесса травления, световоды 130 утапливаются в отверстия 150 для световодов так, что верхние участки 158 внутренних боковых стенок 152 отверстий 150 для световодов оказываются раскрытыми. Кроме того, верхние поверхности 132 световодов 130 утапливаются на предварительно заданную глубину ниже верхнего выхода 160 отверстий 150 для световодов.
Как показано на фиг. 10, далее над матрицей световодов 130 располагают первый пассивирующий слой 142, так что нижняя поверхность 140 первого пассивирующего слоя 142 находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 132 световодов 130. Затем, над первым пассивирующим слоем 142 может быть расположен первый химический защитный слой 144. Оба эти процесса могут быть осуществлены с помощью CVD или PVD. Первый химический защитный слой 144 и первый пассивирующий слой 142 формируют по меньшей мере часть пассивирующего пакета 104.
Матрица наноразмерных лунок 120 может быть сформирована в верхнем слое 122 пассивирующего пакета 104 в надлежащей точке в технологическом потоке. Каждая наноразмерная лунка 120 сопряжена со световодом 130 в матрице световодов.
Для конкретного примера структуры 100 датчика изображения, представленной на фиг. 10, наноразмерные лунки 120 могут быть созданы путем размещения первого пассивирующего слоя 142, так что он соответствует по форме верхним участкам 158 внутренних боковых стенок 152 отверстий 150 для световодов. Это можно обеспечить посредством CVD, PVD или ALD. Соответственно, контур первого пассивирующего слоя 142 формирует матрицу наноразмерных лунок 120 в первом пассивирующем слое так, что каждая наноразмерная лунка оказывается сопряженной и самосовмещенной с единственным световодом 130.
Кроме того, металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, можно расположить внутри пассивирующего пакета 104 в надлежащей точке в технологическом потоке. Каждая металлическая структура 102, блокирующая перекрестные помехи, может снизить перекрестные помехи внутри пассивирующего пакета 104.
Для конкретного примера структуры 100 датчика изображения, представленной на фиг. 10, структуры, блокирующие перекрестные помехи, могут быть выполнены в виде металлических столбиков 106 посредством литографического травления полостей 162 для столбиков в пассивирующем слое 142, так что полости 162 для столбиков располагаются между наноразмерными лунками 120. Это может быть осуществлено посредством процесса RIE.
Далее, в полостях 162 для столбиков могут быть размещены металлические столбики 106. Это может быть осуществлено посредством процесса электроосаждения металла. В дальнейшем любой перелив, вызванный процессом гальванического покрытия, может быть удален с помощью процесса химико-механического полирования (СМР).
После осаждения первого пассивирующего слоя 142 и формирования металлических столбиков 106, над первым пассивирующим слоем 142 может быть расположен первый химический защитный слой 144 для завершения формирования структуры 100 датчика изображения. Первый химический защитный слой 144 можно нанести, используя CVD, PVD или ALD.
На фиг. 11 на виде сбоку, в поперечном разрезе показан пример структуры 200 датчика изображения на промежуточной стадии изготовления. Этот пример технологического потока структуры 200 датчика изображения является таким же, или аналогичным, примеру технологического потока датчика 100 изображения и включает в себя технологический поток, раскрытый со ссылкой на фиг. 8. Таким образом, на данной стадии технологического потока, верхняя поверхность 132 световодов 130 по существу находится на одном уровне с верхней поверхностью защитного облицовочного слоя 138. Таким образом, общая верхняя поверхность структуры 200 датчика изображения является по существу плоской.
Далее, над структурой 200 располагают первый пассивирующий слой 142, так что нижняя поверхность 140 первого пассивирующего слоя 142 находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 132 световодов 130. Этот первый пассивирующий слой 142 структуры 200 обеспечивает по существу выровненную верхнюю поверхность 208 первого пассивирующего слоя 142. Это можно осуществить с помощью CVD или PVD.
Затем металлические столбики 202 (которые, в данном примере, являются металлическими структурами 102, блокирующими перекрестные помехи) могут быть размещены в первом пассивирующем слое 142. Это можно выполнить, сначала протравив в первом пассивирующем слое 142 полости 210 для столбиков. Это может быть осуществлено посредством процесса RIE. После этого, металлические столбики 202 могут быть размещены внутри полостей 210 для столбиков с использованием CVD, PVD или электролитического осаждения. Любой перелив, вызванный осаждением металлических столбиков 202 в полости 210 для столбиков, может позднее быть удален посредством процесса химико-механического полирования (СМР).
После этого, первый химический защитный слой 144 может быть расположен над относительно плоской верхней поверхностью 208 первого пассивирующего слоя 142. Это может быть осуществлено посредством CVD, PVD или ALD.
Как показано на фиг. 12, далее в технологическом потоке, над первым химическим защитным слоем 144 располагают второй пассивирующий слой 204. Это можно обеспечить с помощью любой подходящей технологии осаждения, такой как CVD, PVD или ALD.
Далее, во втором пассивирующем слое 204 могут быть созданы наноразмерные лунки 120. Это может быть осуществлено путем формирования рисунка методом литографии и травления наноразмерных лунок 120 во втором пассивирующем слое 204.
После этого, над вторым пассивирующим слоем 204 располагают второй химический защитный слой 206 для завершения формирования структуры 200 датчика изображения. Это может быть осуществлено с использованием любой подходящей технологии осаждения, например, CVD, PVD или ALD. Процесс осаждения согласует по форме второй химический защитный слой 206 с контурами наноразмерных лунок 120 во втором пассивирующем слое 204, обеспечивая, тем самым, формирование наноразмерных лунок 120 во втором химическом защитном слое 206. Второй химический защитный слой 206, второй пассивирующий слой 204, первый химический защитный слой 144 и первый пассивирующий слой 142 все входят в пассивирующий пакет 104 структуры 200 датчика изображения.
На фиг. 13 на виде сбоку, в поперечном разрезе показан пример структуры 300 датчика изображения на промежуточной стадии изготовления. Данный пример технологического потока структуры 300 датчика изображения является таким же, или аналогичным примеру технологического потока датчика 100 изображения и включает в себя технологический поток, раскрытый со ссылкой на фиг. 8. Таким образом, на данной стадии технологического потока, верхняя поверхность 132 световодов 130 по меньшей мере по существу находится на одном уровне с верхней поверхностью защитного облицовочного слоя 138. Таким образом, общая верхняя поверхность структуры 300 датчика изображения является по существу плоской.
После этого, над структурой 300 располагают первый пассивирующий слой 142, так что нижняя поверхность 140 первого пассивирующего слоя 142 находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 132 световодов 130. Этот первый пассивирующий слой 142 структуры 300 обеспечивает по существу выравненную верхнюю поверхность 208 первого пассивирующего слоя 142. Это может быть осуществлено с помощью любой подходящей технологии осаждения, например, CVD или PVD.
После этого, над относительно плоской верхней поверхностью 208 первого пассивирующего слоя 142 можно разместить первый химический защитный слой 144. Далее, второй пассивирующий слой 204 может быть расположен над первым химическим защитным слоем 144. Оба эти слоя 144, 204 могут быть размещены с использованием любой подходящей технологии осаждения, например, CVD, PVD или ALD.
Затем, во втором пассивирующем слое 204, первом химическом защитном слое 144 и первом пассивирующем слое 142 могут быть расположены металлические столбики 302 (которые представляют собой металлические структуры 102, блокирующие перекрестные помехи, структуры 300 датчика изображения). Это можно выполнить, протравив сначала полости 306 для столбиков в первом и втором пассивирующих слоях 142, 204 и в первом химическом защитном слое 144. Это может быть осуществлено с использованием процесса RIE. После этого в полости 306 для столбиков можно поместить металлические столбики 302, используя любую подходящую технологию осаждения, например, CVD, PVD или электролитическое осаждение. Любой перелив, вызванный осаждением металлических столбиков 302 в полости 306 для столбиков, может быть впоследствии удален посредством любой подходящей технологии полирования, например, процесса химико-механического полирования (СМР).
Как показано на фиг. 14, затем во втором пассивирующем слое 204 могут быть сформированы наноразмерные лунки 120. Это может быть осуществлено посредством формирования рисунка методом литографии и травления наноразмерных лунок 120 во втором пассивирующем слое 204.
После этого, над вторым пассивирующим слоем 204 располагают второй химический защитный слой 206 для завершения формирования структуры 300 датчика изображения. Это может быть осуществлено с помощью CVD, PVD или ALD. Процесс осаждения согласует по форме второй химический защитный слой 206 с контурами наноразмерных лунок 120 во втором пассивирующем слое 204, обеспечивая, тем самым, формирование наноразмерных лунок 120 во втором химическом защитном слое 206. Второй химический защитный слой 206, второй пассивирующий слой 204, первый химический защитный слой 144 и первый пассивирующий слой 142 все входят в состав пассивирующего пакета 104 структуры 300 датчика изображения.
На фиг. 15 на виде сбоку, в поперечном разрезе показан пример структуры 400 датчика изображения на промежуточной стадии изготовления. Этот пример технологического потока структуры 400 датчика изображения является таким же или аналогичным примеру технологического потока датчика 100 изображения и включает в себя технологический поток, раскрытый со ссылкой на фиг. 8. Таким образом, на данной стадии технологического потока, верхняя поверхность 132 световодов 130 по существу находится на одном уровне с верхней поверхностью защитного облицовочного слоя 138. В результате, общая верхняя поверхность структуры 400 датчика изображения по существу является плоской.
Далее, над структурой 400 располагают первый пассивирующий слой 142, так что нижняя поверхность 140 первого пассивирующего слоя 142 находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью 132 световодов 130. Этот первый пассивирующий слой 142 структуры 400 обеспечивает по существу выровненную верхнюю поверхность 208 первого пассивирующего слоя 142. Это можно обеспечить за счет использования любой подходящей технологии осаждения, например, CVD или PVD.
Далее, над относительно плоской верхней поверхностью 208 пассивирующего слоя 142 можно расположить первый химический защитный слой 144. Это может быть обеспечено за счет использования любой подходящей технологии осаждения, например, CVD, PVD или ALD.
Как показано на фиг. 16, после этого над первым химическим защитным слоем 144 может быть расположен первый параллельный металлический слой 402А (который представляет собой одну из металлических структур 102, блокирующих перекрестные помехи, структуры 400 датчика изображения). Металлический слой 402А может быть нанесен с использованием любой подходящей технологии осаждения, например, CVD, PVD или ALD или электролитического осаждения.
Далее, над первым металлическим слоем 402А может быть расположен второй пассивирующий слой 204. Это можно осуществить, используя любую подходящую технологию осаждения, например, CVC или PVD.
Далее, над вторым пассивирующим слоем 204 может быть расположен второй параллельный металлический слой 402 В так, что он проходит параллельно первому параллельному металлическому слою 402А. Это можно осуществить с использованием любой подходящей технологии осаждения, например, CVD, PVD, ALD или электролитического осаждения.
После этого, во втором пассивирующем слое 204, и в параллельных металлических слоях 402А, 402В могут быть сформированы наноразмерные лунки 120. Это можно выполнить посредством формирования рисунка методом литографии и травления наноразмерных лунок 120 во втором пассивирующем слое 204 и параллельных металлических слоях 402А, 402В.
После этого, второй химический защитный слой 206 располагают над вторым пассивирующим слоем 204 для завершения создания структуры 400 датчика изображения. Это можно осуществить с использованием любой подходящей технологии осаждения, такой как CVD, PVD или ALD. Процесс осаждения согласует по форме второй химический защитный слой 206 с контурами наноразмерных лунок 120 во втором пассивирующем слое 204, обеспечивая, тем самым, формирование наноразмерных лунок 120 во втором химическом защитном слое 206. Второй химический защитный слой 206, второй пассивирующий слой 204, первый химический защитный слой 144 и первый пассивирующий слой 142 все входят в состав пассивирующего пакета 104 структуры 400 датчика изображения.
После этого, структуры 100, 200, 300, 400 датчиков изображения могут быть размещены на печатной монтажной плате (не показана). Например, любая из структур 100, 200, 300, 400 датчиков изображения может быть соединена, с использованием любого подходящего способа соединения, с проточной ячейкой (такой как проточная ячейка 12) для формирования системы датчика (такой как, например, система 10 биодатчика). Далее, система датчика может быть соединена, с использованием любого подходящего способа соединения, с печатной монтажной платой. Это можно осуществить, например, с помощью клеевого соединения.
Следует понимать, что, как предполагается, любые комбинации упомянутых выше идей (при условии, что такие идеи не являются взаимно несовместимыми) являются частью раскрытого здесь объекта изобретения. В частности, как предполагается, все комбинации заявленного объекта изобретения, фигурирующие в конце данного описания, являются частью раскрытого здесь объекта изобретения.
Хотя приведенные выше примеры раскрыты со ссылкой на конкретные примеры, следует понимать, что различные изменения могут быть внесены в объем и сущность раскрытых здесь идей изобретения. Соответственно, подразумевается, что такие примеры не ограничиваются раскрытыми примерами, но охватывают полный объем, заданный нижеследующей формулой изобретения.
1. Структура датчика изображения, содержащая:
слой изображения, содержащий матрицу детекторов света, расположенных внутри него;
пакет устройства, расположенный над слоем изображения;
матрицу световодов, расположенных в пакете устройства, причем каждый световод сопряжен по меньшей мере с одним детектором света матрицы детекторов света;
пассивирующий пакет, расположенный над пакетом устройства, причем пассивирующий пакет имеет нижнюю поверхность, находящуюся в непосредственном контакте с верхней поверхностью световодов;
матрицу наноразмерных лунок, расположенных в верхнем слое пассивирующего пакета, причем каждая наноразмерная лунка сопряжена со световодом матрицы световодов; и
расположенную в пассивирующем пакете металлическую структуру, блокирующую перекрестные помехи, причем металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, предназначена для снижения перекрестных помех внутри пассивирующего пакета.
2. Структура датчика изображения по п. 1, содержащая:
пассивирующий пакет, содержащий множество слоев, причем указанное множество слоев включает в себя первый пассивирующий слой, расположенный над световодами, и первый химический защитный слой, расположенный над первым пассивирующим слоем.
3. Структура датчика изображения по п. 2, в которой металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, содержит металлические столбики, расположенные в первом пассивирующем слое.
4. Структура датчика изображения по п. 2, в которой металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, содержит параллельные металлические слои, расположенные в первом пассивирующем слое.
5. Структура датчика изображения по п. 2, в которой множество слоев включает в себя:
второй пассивирующий слой, расположенный над первым химическим защитным слоем; и
второй химический защитный слой, расположенный над вторым пассивирующим слоем;
причем наноразмерные лунки расположены в верхнем слое второго химического защитного слоя.
6. Структура датчика изображения по п. 5, в которой металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, содержит параллельные металлические слои, расположенные во втором пассивирующем слое.
7. Структура датчика изображения по п. 5, в которой металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, содержит металлические столбики, расположенные в первом пассивирующем слое.
8. Структура датчика изображения по п. 5, в которой металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, содержит металлические столбики, проходящие от нижней поверхности первого пассивирующего слоя до верхней поверхности второго пассивирующего слоя, причем металлические столбики расположены между наноразмерными лунками.
9. Структура датчика изображения по п. 1, в которой металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, состоит из тантала (Та), вольфрама (W), алюминия (Al) и меди (Cu).
10. Структура датчика изображения по п. 2, в которой первый пассивирующий слой состоит из нитрида кремния (SiN), а первый химический защитный слой состоит из пентоксида тантала (Ta2O5).
11. Структура датчика изображения по п. 1, содержащая светоэкранирующий слой, расположенный между пакетом устройства и пассивирующим пакетом.
12. Структура датчика изображения по п. 5, в которой второй пассивирующий слой состоит из нитрида кремния (SiN), а второй химический защитный слой состоит из пентоксида тантала (Ta2O5).
13. Структура датчика изображения по п. 4, в которой параллельные металлические слои имеют по меньшей мере одну из следующих характеристик:
разделительное расстояние между параллельными металлическими слоями составляет половину длины волны перекрестных помех или меньше; и
ширина параллельных металлических слоев равна половине длины волны перекрестных помех или больше.
14. Структура датчика изображения по п. 6, в которой параллельные металлические слои имеют по меньшей мере одну из следующих характеристик:
разделительное расстояние между параллельными металлическими слоями составляет половину длины волны перекрестных помех или меньше; и
ширина параллельных металлических слоев равна половине длины волны перекрестных помех или больше.
15. Структура датчика изображения, содержащая:
слой изображения, содержащий матрицу детекторов света, расположенных внутри него;
пакет устройства, расположенный над слоем изображения;
матрицу световодов, расположенных в пакете устройства, причем каждый световод сопряжен по меньшей мере с одним детектором света матрицы детекторов света;
пассивирующий пакет, расположенный над пакетом устройства, причем пассивирующий пакет содержит:
первый пассивирующий слой, имеющий нижнюю поверхность, находящуюся в непосредственном контакте с верхней поверхностью световодов,
первый химический защитный слой, расположенный над первым пассивирующим слоем,
второй пассивирующий слой, расположенный над первым химическим защитным слоем, и
второй химический защитный слой, расположенный над вторым пассивирующим слоем; и
матрицу наноразмерных лунок, расположенную в верхнем слое пассивирующего пакета, причем каждая наноразмерная лунка сопряжена со световодом матрицы световодов.
16. Структура датчика изображения по п. 15, содержащая расположенную в пассивирующем пакете металлическую структуру, блокирующую перекрестные помехи, причем металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, выполнена с возможностью снижения перекрестных помех в пассивирующем пакете.
17. Структура датчика изображения по п. 16, в которой структура, блокирующая перекрестные помехи, содержит по меньшей мере один из следующих элементов: металлические столбики и параллельные металлические слои, расположенные между наноразмерными лунками.
18. Способ формирования структуры датчика изображения, содержащий этапы, на которых:
протравливают матрицу отверстий для световодов в пакете устройства, причем пакет устройства расположен над слоем изображения, причем слой изображения содержит матрицу детекторов света, расположенных внутри него;
формируют матрицу световодов в отверстиях для световодов, причем каждый световод сопряжен по меньшей мере с одним детектором света матрицы детекторов света;
располагают первый пассивирующий слой над матрицей световодов, так что нижняя поверхность первого пассивирующего слоя находится в непосредственном контакте с верхней поверхностью световодов;
располагают первый химический защитный слой над первым пассивирующим слоем, причем первый химический защитный слой и первый пассивирующий слой составляют по меньшей мере часть пассивирующего пакета;
формируют матрицу наноразмерных лунок в верхнем слое пассивирующего пакета, причем каждая наноразмерная лунка сопряжена со световодом матрицы световодов; и
располагают металлическую структуру, блокирующую перекрестные помехи, внутри пассивирующего пакета, причем металлическая структура, блокирующая перекрестные помехи, снижает перекрестные помехи внутри пассивирующего пакета.
19. Способ по п. 18, содержащий этапы, на которых:
утапливают световоды в отверстия для световодов так, что верхние участки внутренних боковых стенок отверстий для световодов оказываются раскрытыми, причем верхние поверхности световодов утоплены на предварительно заданную глубину ниже верхнего выхода отверстий для световодов;
причем расположение первого пассивирующего слоя дополнительно включает в себя согласование по форме первого пассивирующего слоя с верхними участками внутренних стенок отверстий для световодов для формирования матрицы наноразмерных лунок в верхнем слое первого пассивирующего слоя, причем каждая наноразмерная лунка сопряжена с единственным световодом.
20. Способ по п. 19, в котором расположение структур, блокирующих перекрестные помехи, дополнительно включает в себя расположение, между наноразмерными лунками, металлических столбиков внутри первого пассивирующего слоя.
21. Способ по п. 18, содержащий этапы, на которых:
располагают над первым химическим защитным слоем второй пассивирующий слой; и
располагают над вторым пассивирующим слоем второй химический защитный слой, причем второй химический защитный слой и второй пассивирующий слой также составляют пассивирующий пакет.
22. Способ по п. 18, в котором расположение структур, блокирующих перекрестные помехи, дополнительно включает в себя расположение, между наноразмерными лунками, одного из следующих элементов: металлических столбиков и параллельных металлических слоев, внутри пассивирующего пакета.
