CN111987113A - 具有活性表面的传感器 - Google Patents

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CN111987113A
CN111987113A CN202010435478.2A CN202010435478A CN111987113A CN 111987113 A CN111987113 A CN 111987113A CN 202010435478 A CN202010435478 A CN 202010435478A CN 111987113 A CN111987113 A CN 111987113A
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CN
China
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sensor
layer
substrate
active surface
molding
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阿尔文·伊马迪
阿尔诺·里瓦尔
阿里·阿加
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Illumina Inc
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Illumina Inc
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    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45139—Silver (Ag) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
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    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48235—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a via metallisation of the item
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/819—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector with the bump connector not providing any mechanical bonding
    • H01L2224/81901—Pressing the bump connector against the bonding areas by means of another connector
    • H01L2224/81903—Pressing the bump connector against the bonding areas by means of another connector by means of a layer connector
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
    • H01L2224/82009—Pre-treatment of the connector or the bonding area
    • H01L2224/8203—Reshaping, e.g. forming vias
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    • H01L2224/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
    • H01L2224/82009—Pre-treatment of the connector or the bonding area
    • H01L2224/82051—Forming additional members
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    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/858—Bonding techniques
    • H01L2224/85801—Soldering or alloying
    • H01L2224/85805—Soldering or alloying involving forming a eutectic alloy at the bonding interface
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    • H01L2224/93—Batch processes
    • H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
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    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
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    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L24/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本申请涉及具有活性表面的传感器。在一个示例中公开了一种装置，包括衬底、在衬底上的包括活性表面和传感器接合焊盘的传感器、在衬底上并覆盖传感器的侧面的模制层，该模制层相对于衬底的顶表面的模制高度大于传感器的活性表面相对于衬底的顶表面的高度，以及在模制层和活性表面上的封盖层。封盖层和模制层在传感器的活性表面上形成限定流动通道的空间。

Description

具有活性表面的传感器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2019年5月21日提交的美国临时专利申请第62/850，894号的优先权，其名称为SENSORS HAVING AN ACTIVE SURFACE，其全部内容通过引用并入本文。
背景
生物或化学研究中的各种方案(protocol)涉及在局部支撑表面上或在预定的反应室内进行大量的受控反应。然后可以观察或检测指定的反应，并且随后的分析可以帮助识别或揭示参与反应的物质的性质。例如，在一些多重测定中，具有可识别标记(例如荧光标记)的未知分析物可以在受控条件下暴露于数以千计的已知探针。每个已知的探针可以沉积到微孔板(microplate)的相应阱(well)中。观察阱内已知探针和未知分析物之间发生的任何化学反应可有助于识别或揭示分析物的性质。这种方案的其他示例包括已知的DNA测序过程，例如合成测序(SBS)或循环阵列测序。
在一些预先存在的荧光检测方案中，使用光学***将激发光引导到荧光标记的分析物上，并检测可能从分析物发出的荧光信号。然而，这种光学***可能相对昂贵，并且涉及相对大的台式覆盖区(footprint)。例如，这种光学***可以包括透镜、滤光器和光源的布置。在其他现有的检测***中，受控反应发生在局部支撑表面上或流动池的预定反应室内，不需要大型光学组件来检测荧光发射。这种***的流动池可以设计成一次性消耗品。
概述
因此，流动池是一种小型且廉价的设备可能是有益的。在相对较小的流动池中，利用尽可能多的光检测设备的传感器活性面积和/或提供尽可能大的传感器活性面积可能是有益的。现有方法的缺点可以被克服，并且通过本文提供的示例提供了额外的优点。
在一个方面中，提供了一种装置。该装置包括衬底、衬底上的传感器(该传感器包括具有活性表面的传感器)、模制层，该模制层在衬底和传感器侧面上，模制层相对于衬底的顶表面的模制高度大于传感器表面相对于衬底的顶表面的高度。该装置还包括在模制层和传感器的活性表面上的封盖层。传感器的活性表面、封盖层和模制层在传感器的活性表面上方形成限定流动通道的空间。
在一些示例中，模制层覆盖将传感器接合焊盘连接到衬底接合焊盘的引线接合。
在一些示例中，贯穿硅通孔(TSV)延伸穿过传感器并将传感器接合焊盘电连接到传感器底表面上的传感器再分布层(RDL)，传感器RDL与衬底接合焊盘电接触。
在一些示例中，模制层包括第一和第二模制层，第一模制层包括到衬底接合焊盘的贯穿模制通孔(TMV)，传感器顶表面上的再分布层(RDL)将传感器接合焊盘电连接到TMV，第二模制层在RDL和第一模制层上。
在一些示例中，钝化层在传感器的活性表面上。在一些这样的示例中，功能化涂层在钝化层上。
在一些示例中，流动通道基本上包围传感器的所有活性表面。
在一些示例中，流动通道包围传感器的整个活性表面和传感器的非活性表面的一部分。
在一些示例中，流动通道包围模制层的水平表面。
在一些示例中，封盖层包括入口端口和出口端口。
在一些示例中，模制层的表面在流动通道内将入口端口与传感器的活性表面分开。
在一些示例中，衬底包括一个或更多个介电层，一个或更多个介电层中的每一个都包括其中的一个或更多个导电路径。
在一些示例中，其中传感器包括互补金属氧化物半导体(CMOS)检测设备。
在一些示例中，该装置是用于生物分析或化学分析中的至少一种的盒(cartridge)的一部分。
根据另一方面，提供了一种装置。该装置包括在衬底上的传感器，该传感器包括具有活性表面的传感器和传感器接合焊盘，延伸穿过传感器并将传感器接合焊盘电连接到传感器底表面上的再分布层(RDL)的贯穿硅通孔(TSV)，RDL与衬底接合焊盘电接触，在衬底上的覆盖传感器侧面的模制层，该模制层具有相对于衬底的顶表面的模制高度，该模制高度基本上等于传感器的活性表面相对于衬底的顶表面的高度。该装置还包括在模制层上的***层、与衬底接合焊盘电接触的贯穿硅通孔(TSV)，TSV延伸穿过衬底。封盖层在***层上和活性表面上，其中传感器的活性表面、封盖层和***层形成在传感器的活性表面上方的空间，该空间限定流动通道。
根据另一方面，提供了一种方法。该方法包括：将传感器放置在衬底上，该传感器包括具有活性表面的传感器；在衬底上形成模制层，该模制层包括相对于衬底的顶表面的模制高度，该模制高度大于相对于衬底的顶表面的传感器活性表面高度；以及将封盖层放置在模制层的顶表面上，使得封盖层和模制层在传感器的活性表面上方形成空间以限定流动通道。在一些示例中，该方法包括将传感器接合焊盘引线接合到衬底接合焊盘，其中模制层覆盖引线接合。
在一些示例中，该方法包括形成从传感器接合焊盘延伸穿过传感器的贯穿硅通孔(TSV)，在传感器的底表面上形成再分布层(RDL)，其中传感器接合焊盘电连接到RDL。
在其他示例中，模制层是第二模制层，并且该方法还包括形成第一模制层，其高度基本上等于传感器的活性表面相对于衬底的高度，形成穿过第一模制层到衬底接合焊盘的贯穿模制通孔(TMV)，在传感器的顶表面上形成再分布层(RDL)，以将传感器接合焊盘电连接到TMV，并且在RDL和第一模制层上形成第二模制层。
在一些示例中，该方法还包括在封盖层中形成入口端口和出口端口。
在一些示例中，该方法还包括在传感器表面上形成钝化层。在一些这样的示例中，该方法还包括在钝化层中形成反应凹部。在一些这样的示例中，该方法还包括在钝化层上形成功能化涂层。
应该认识到，前述方面的所有组合及下文更加详细讨论的另外的概念(假设这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的创造性的主题的一部分。
根据以下结合附图对本公开的各个方面的详细描述，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得明显。
附图简述
从下面结合附图对其各个方面的详细描述中，本公开的这些和其他目的、特征和优点将变得明显，其中：
图1-5是制造本公开中公开的装置的各个阶段的一个示例的截面图。
图1是切割具有多个传感器的传感器晶片的一个示例的截面图。传感器包括例如活性表面。
图2是根据本公开的一个或更多个方面的将图1的传感器管芯附接到衬底上的一个示例的截面图。
图3是根据本公开的一个或更多个方面的形成从图2的传感器接合焊盘到衬底接合焊盘的引线接合的一个示例的截面图。
图4是根据本公开的一个或更多个方面的在图3的衬底上形成模制层的一个示例的截面图。
图5A是根据本公开的一个或更多个方面的图4的结构的俯视图。
图5B是在封盖层附接之后通过图5A的虚线“X”的截面图，示出了根据本公开的一个或更多个方面的扇出式结构。
图5C是根据本公开的一个或更多个方面的在封盖层附接之后通过图5A的虚线“Y”的截面图。
图6是根据本公开的一个或更多个方面的制造图5B中公开的装置的一个示例的流程图。
图7-11是制造本公开中公开的装置的各个阶段的一个示例的截面图。
图7是切割具有多个传感器的传感器晶片的一个示例的截面图。传感器包括例如活性表面。
图8是根据本公开的一个或更多个方面的将图7的传感器附接到衬底上的一个示例的截面图。
图9是根据本公开的一个或更多个方面的在图8的衬底上形成模制层的一个示例的截面图。
图10A是根据本公开的一个或更多个方面的图9的结构的俯视图。
图10B是在封盖层附接之后通过图10A的虚线“X”的截面图，示出了根据本公开的一个或更多个方面的扇出式结构。
图10C是根据本公开的一个或更多个方面的在封盖层附接之后通过图10A的虚线“Y”的截面图。
图11是根据本公开的一个或更多个方面的在图10B的传感器的模制层和活性表面上附接封盖层从而得到传感器的活性表面上方的空间的一个示例的截面图。
图12是根据本公开的一个或更多个方面的制造图10B中公开的装置的一个示例的流程图。
图13-18是制造本公开中公开的装置的各个阶段的一个示例的截面图。
图13是将具有多个传感器的传感器晶片切割成单个传感器的一个示例的截面图。传感器包括例如活性表面。
图14是根据本公开的一个或更多个方面的将图13的传感器附接到衬底上的一个示例的截面图。
图15是根据本公开的一个或更多个方面的在图14的衬底上形成第一模制层的一个示例的截面图。
图16是根据本公开的一个或更多个方面的在图15的传感器接合焊盘和第一模制层上形成贯穿模制通孔(TMV)和顶侧再分布层(RDL)的一个示例的截面图。
图17是在图16的第一模制层上形成第二模制层的一个示例的截面图。
图18A是根据本公开的一个或更多个方面的图17的结构的俯视图。
图18B是在封盖层附接之后通过图18A的虚线“X”的截面图，示出了根据本公开的一个或更多个方面的扇出式结构。
图18C是根据本公开的一个或更多个方面的在封盖层附接之后通过图18A的虚线“Y”的截面图。
图19是根据本公开的一个或更多个方面的制造图18B中公开的装置的一个示例的流程图。
图20是形成模制层和封盖层以限定在传感器的活性表面上方的流动通道的一个示例的截面图，示出了根据本公开的一个或更多个方面的扇出式结构。
图21是根据本公开的一个或更多个方面的制造图20中公开的装置的一个示例的流程图。
图22是形成模制层和封盖层以限定在传感器的活性表面上方的流动通道的一个示例的截面图，示出了根据本公开的一个或更多个方面的扇出式结构。
详细描述
本公开的方面及其某些特征、优点和细节将在下面参照附图中示出的非限制性示例进行更全面的解释。对众所周知的材料、制造工具、加工技术等的描述被省略，以免不必要地模糊相关细节。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的方面，但仅作为说明而不是作为限制给出。根据本公开，在基本发明概念的精神和/或范围内的各种替换、修改、添加和/或布置对于本领域技术人员来说将是明显的。
在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修饰任何数量表示，该数量表示可允许变化而不导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或更多个术语(例如，“大约”或“基本上”)修饰的值或参数不限于指定的精确值。例如，这些术语可以指小于、大于或等于±5％的值或参数的，例如小于、大于或等于±2％，例如小于、大于或等于±1％，例如小于、大于或等于±0.5％，例如小于、大于或等于±0.2％，例如小于、大于或等于±0.1％，例如小于、大于或等于±0.05％。例如，术语“基本上全部”可以包括全部，少于全部5％，少于全部2％，少于全部1％，少于全部0.5％，或少于全部0.1％。作为另一个示例，术语“基本上等于”可以包括等于一个值、一个值的±5％、一个值的±2％、一个值的±1％、一个值的±0.5％或一个值的±0.1％。在某些情况下，近似语言可以对应于测量值的仪器的精度。在某些情况下，近似语言可以对应于测量值的仪器的精度。
本文使用的术语仅出于描述特定示例的目的，而不旨在限制。如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”、和“该”旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚指示。应进一步理解，术语“包括(comprise)”(以及任何形式的“包括(comprise)”，例如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)、“具有”(以及任何形式的“具有(have)”，例如“具有(has)”和“具有(having)”)、“包括(include)”(以及任何形式的“包括(include)”，例如“包括(includes)”和“包括(including)”)和“包含”(以及任何形式的“包含(contain)”，例如“包含(contains)”和“包含(containing)”)施开放式连接动词。因此，“包括(comprises)”、“具有”、“包括(includes)”或“包含(contains)”一个或更多个步骤或元件的方法和设备拥有这些一个或更多个步骤或元件，但不限于仅拥有这些一个或更多个步骤或元件。类似地，“包括(comprises)”、“具有(has)”、“包括(includes)”或“包含(contains)”一个或多个特征的方法的步骤或设备的元件拥有这些一个或更多个特征，但不限于仅拥有这些一个或更多个特征。此外，以特定方式配置的设备或结构至少以该方式配置，但是也可以以未列出的方式配置。
此外，术语“连接(connect)”、“连接的(connected)”、“接触(contact)”和/或类似的术语在本文中被广泛定义为包括各种不同的布置和组装技术。这些布置和技术包括但不限于：(1)一个部件和另一个部件的直接耦合，其间没有中间的部件(即，部件直接地物理接触)；以及(2)利用一个部件和另一个部件之间的一个或更多个部件耦合一个部件和另一个部件，前提是一个部件“连接到”或“接触”另一个部件是以某种方式与另一个部件(尽管其间存在一个或更多个附加部件)在操作上连通(例如，电连通、流体连通、物理连通、光学连通等)。应当理解，彼此直接物理接触的一些部件可以彼此电接触和/或流体接触，也可以不彼此电接触和/或流体接触。此外，电连接或流体连接的两个部件可以直接物理接触，也可以不直接物理接触，并且一个或更多个其他的部件可以位于它们之间。
如本文所使用的，“流动池”可以包括具有盖的设备，该盖在反应结构上方延伸以在其间形成流动通道，该流动通道与反应结构的多个反应位点连通，并且可以包括检测设备，该检测设备被配置成检测在反应位点处或附近发生的指定反应。流动池可以包括固态光检测或“成像”设备，例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)(光)检测设备。作为一个具体的示例，流动池可以被配置成流体地和电气地耦合到盒(具有集成的泵)，该盒可以被配置成流体地和/或电气地耦合到生物测定***。盒和/或生物测定***可以根据预定方案(例如，合成测序)将反应溶液输送至流动池的反应位点，并执行多个成像事件。例如，盒和/或生物测定***可以引导一种或更多种反应溶液通过流动池的流动通道，从而沿着反应位点。反应溶液中的至少一种可以包括具有相同或不同荧光标记的四种类型的核苷酸。核苷酸可以结合到流动池的反应位点上，例如结合到反应位点处相应的寡核苷酸上。然后，盒和/或生物测定***可以使用激发光源(例如，固态光源，诸如发光二极管(LED))照射反应位点。激发光可以具有一个或更多个预定波长，包括波长范围。由入射激发光激发的荧光标记可以提供可以被流动池的光传感器检测到的发射信号(例如，不同于激发光并且可能彼此不同的一个或更多个波长的光)。
本文描述的流动池可被配置成执行各种生物或化学过程。更具体地，本文所述的流动池可用于希望检测指示指定反应的事件、性质、质量或特征的各种过程和***中。例如，本文描述的流动池可以包括光检测设备、生物传感器及其部件、以及与生物传感器一起操作的生物测定***，或者可以与它们集成在一起。
流动池可以被配置成促进多个指定反应，这些反应可以被单独或共同检测。流动池可以被配置成执行多个循环，其中多个指定反应并行发生。例如，流动池可用于通过酶操作和光或图像检测/采集的迭代循环来对密集阵列的DNA特征进行测序。这样，流动池可以与一个或更多个微流体通道流体连通，这些微流体通道将反应溶液中的试剂或其他反应组分输送到流动池的反应位点。反应位点可以以预定的方式(例如，以均匀或重复的模式)设置或间隔开。可替代地，反应位点可以随机分布。每个反应位点可以与一个或更多个光导和检测来自相关联的反应位点的光的一个或更多个光传感器相关联。在一个示例中，光导包括一个或更多个滤波器，用于过滤特定波长的光。例如，光导可以是吸收滤波器(例如，有机吸收滤波器)，使得滤波材料吸收特定波长(或波长范围)并允许至少一个预定波长(或波长范围)通过。在一些流动池中，反应位点可以位于反应凹部或反应室中，该反应凹部或反应室可以至少部分地分隔其中的指定反应。
如本文所使用的，“指定反应”包括感兴趣的化学或生物物质例如感兴趣的物质的化学、电、物理或光学性质(或质量)中的至少一个的变化。在特定的流动池中，指定反应是阳性结合事件，例如荧光标记的生物分子与感兴趣的分析物的结合。更一般地说，指定反应可以是化学转化、化学变化或化学相互作用。指定反应也可以是电性质的变化。在特定的流动池中，指定反应包括将荧光标记的分子与分析物结合。分析物可以是寡核苷酸，并且荧光标记的分子可以是核苷酸。当激发光指向具有标记核苷酸的寡核苷酸并且荧光团发出可检测的荧光信号时，可以检测到指定反应。在流动池的另一个示例中，检测到的荧光是化学发光或生物发光的结果。指定反应也可以例如通过使供体荧光团靠近受体荧光团来增加荧光(或
Figure BDA0002502067960000091
)共振能量转移(FRET)，通过使供体荧光团和受体荧光团分离来减少FRET，通过使猝灭剂(quencher)与荧光团分离来增加荧光，或者通过将猝灭剂和荧光团协同定位来减少荧光。
如本文所使用的，“电耦合”是指电源、电极、衬底的导电部分、液滴、导电迹线、导线、其他电路段等的任意组合之间的电能传输。术语电耦合可以与直接或间接连接结合使用，并且可以通过各种媒介，例如流体媒介、气隙等。
如本文所使用的，“反应溶液”、“反应组分”或“反应物”包括可用于获得至少一种指定反应的任何物质。例如，可能的反应组分包括例如试剂、酶、样品、其他生物分子和缓冲溶液。反应组分可以在溶液中输送到本文公开的流动池中的反应位点和/或固定在反应位点。反应组分可以直接或间接与另一种物质(例如，固定在流动池的反应位点的感兴趣的分析物)相互作用。
如本文所使用的，术语“反应位点”是可能发生至少一种指定反应的局部区域。反应位点可以包括反应结构或衬底的支撑表面，其中物质可以固定在其上。例如，反应位点可以包括反应结构的表面(其可以位于流动池的通道中)，在该表面上具有反应组分，例如其上具有核酸菌落。在一些流动池中，菌落中的核酸具有相同的序列，该序列例如是单链或双链模板的克隆拷贝。然而，在一些流动池中，反应位点可能仅包含单个核酸分子，例如单链或双链形式的核酸分子。
下面参考附图，为了便于理解，这些附图没有按比例绘制，其中在不同的附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
图1是根据本公开的一个或更多个方面的其中包括多个传感器的传感器晶片100的一个示例的截面图。例如，传感器包括活性表面115、非活性表面116和传感器接合焊盘126。虚线105表示将传感器晶片100切割成单独的传感器121、123和125。
在一个示例中，传感器表面可以包括活性表面和非活性表面。如这里所使用的，术语“传感器表面”是指活性表面和非活性表面。如这里所使用的，术语“活性表面”是指传感器中主动进行感测的表面或表面部分。术语“活性表面”和“活性传感器表面”在这里可以互换使用。例如，数字图像传感器的活性表面是包括用于感测光的感光点或像素的表面。例如，传感器功能的非限制性示例包括光感测(例如，具有感测的预定波长范围)、检测一种或更多种物质(例如，生物或化学物质)的存在以及检测物质浓度(例如，离子浓度)的变化。生物或化学物质包括生物分子、感兴趣的样品、感兴趣的分析物以及可用于检测、识别或分析其他化合物的其他化合物或者用作研究或分析其他化合物的媒介。在一个示例中，活性表面是连续区域，而在另一个示例中，活性表面可以包括传感器表面上的离散区域。如这里所使用的，术语“非活性表面”是指传感器的未被配置成执行感测的表面或表面部分。在一个示例中，非活性表面是围绕活性表面并沿着传感器表面的周界延伸的连续区域。在另一个示例中，非活性表面可以包括传感器表面上与一个或更多个活性表面相邻的离散区域。例如，非活性表面可以包括图1中所示的传感器接合焊盘126。
如这里所使用的，“传感器”可以包括例如一种或更多种半导体材料，并且可以采取例如互补金属氧化物半导体(CMOS)检测设备(例如，CMOS成像器)或电荷耦合器件(CCD)，另一种类型的图像检测设备的形式。CMOS检测设备的电路可以包括无源电子元件，例如时钟和定时生成电路、模数转换器等，以及光电探测器阵列，用于将光子(光)转换成电子，该电子然后被转换成电压。传感器可以在硅衬底(例如，硅晶片)上制造，随后从硅衬底上切割下来。传感器的厚度可取决于它制造在其上的硅晶片的尺寸。在硅晶片是圆形的一个示例中，“尺寸”可以指直径。例如，直径为51毫米的标准硅晶片可以具有大约275微米(μm)的厚度，而直径为300毫米的标准硅晶片可以具有大约775微米的厚度。此外，可以通过诸如研磨或化学机械抛光(CMP)的技术将晶片减薄到期望的厚度。如这里所使用的，传感器的活性区域是指将与用于感测的反应部件接触的传感器表面。尽管本示例包括平面传感器设备，但是应当理解，可以替代地使用非平面设备或其组合。传感器可以包括附加部件。例如，如本文所述的，传感器还可以包括光滤波器、反应室、钝化层和功能化涂层等。
如这里使用的，“CMOS检测设备”和“CMOS成像器”是指使用CMOS技术制造的传感器或包括CMOS元件的传感器。现在将提供使用CMOS技术制造半导体器件的制造的一个示例。例如，从p型半导体衬底开始，可以保护NMOS(负沟道金属氧化物半导体)区域，同时在PMOS(正沟道金属氧化物半导体)区域中创建n型阱。这可以使用例如一个或更多个光刻工艺来实现。然后，薄栅极氧化物和栅极(例如，多晶硅)可以在NMOS和PMOS区域中形成。N+型掺杂剂区域可以形成在伪栅极两侧的NMOS区域的p型衬底中(即，形成源极和漏极)，并且n+型掺杂剂的一个区域作为PMOS区域中的主体(这里是阱)触点。这可以使用例如掩模来实现。然后，可以使用相同的掩模和掺杂工艺来形成PMOS区域中的源极和漏极以及NMOS区域中的主体触点。然后可以执行金属化以形成到NMOS和PMOS晶体管的各个区域(即，主体、源极、漏极和栅极)的端子。
名称的“互补”方面是指将n型和p型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)包含在使用CMOS技术制造的集成电路(IC)中。每个MOSFET都具有含有栅极电介质(例如，氧化物)的金属栅极(因此，对应名称中的“金属氧化物”部分)和栅极下方的半导体材料(对应于名称中“半导体”)。IC制造在半导体衬底或晶片的一部分上，该部分在制造后被切掉，并且使用CMOS技术制造的IC的特征在于，例如，高抗噪声性和低静态功耗(晶体管之一总是关断)。
在一个示例中，CMOS检测设备可以包括例如数百万个光电探测器，也称为像素。每个像素包括积累来自光的电荷的光电传感器、将积累的电荷转换成电压的放大器和像素选择开关。每个像素还可以包括例如单个微透镜以捕获更多的光，或者具有其他增强以改善图像，例如降噪。在一个示例中，CMOS检测设备大约9200μm长，大约8000μm宽，以及大约600-1000μm厚。在一个示例中，CMOS检测设备是680μm厚。CMOS检测设备可以包括像素阵列。在一个示例中，像素阵列是4384×3292个像素，总尺寸是7272μm×5761μm。
在一个示例中，传感器包括生物传感器，该生物传感器包括具有多个反应位点的反应结构，该反应位点被配置成检测在反应位点处或其附近发生的指定反应。传感器可以包括固态光检测或成像设备(例如，CCD或CMOS光检测设备)，以及可选地，包括安装在其上的流动池。流动池可以包括至少一个流动通道，该流动通道与反应位点流体连通，以将反应溶液引导到那里。多个反应位点可以沿着反应结构随机分布或者以预定的方式排列(例如，在矩阵(诸如，微阵列)中并排排列)。反应位点还可以包括反应室或凹部，该反应室或凹部至少部分地限定了被配置成分隔指定反应的空间区域或体积。反应凹部可以至少部分地与周围环境或其他空间区域分离。例如，反应凹部可以是纳米阱，其包括由检测表面的内表面限定的凹痕、凹坑、阱、凹槽、空腔或凹陷，并且具有开口或孔(即，是侧面敞开的)，使得纳米阱可以与流动通道流体连通。
作为一个具体示例，传感器配置为流体地并电气地耦合到生物测定***。生物测定***可以根据预定方案(例如，合成测序)将反应溶液输送到反应位点，并执行多个成像事件。例如，生物测定***可以引导反应溶液沿着反应位点流动。反应溶液中的至少一种可以包括具有相同或不同荧光标记的四种类型的核苷酸。核苷酸可以与反应位点结合，例如与在反应位点处的相应的寡核苷酸结合。然后，生物测定***可以使用激发光源(例如，固态光源，诸如发光二极管(LED))照射反应位点。激发光可以具有一个或更多个预定波长，包括波长范围。由入射激发光激发的荧光标记可提供可由光传感器检测的发射信号(例如，不同于激发光并且可能彼此不同的一个或更多个波长的光)。
图2是根据本公开的一个或更多个方面的从图1的传感器晶片100制备传感器(例如，传感器121、123和125)并将其放置到衬底130上的一个示例的截面图。对于下面的讨论，将参考传感器121。举例来说，衬底130可以是晶片形式或面板形式。在一个示例中，衬底130可以包括介电层或多层电介质，或者采取介电层或多层电介质的形式，其中一个或更多个导电路径穿过其中。在另一个示例中，衬底可以转而采用没有导电路径的介电层的形式。可用于介电层的介电材料的非限制性示例包括低k介电材料(介电常数小于二氧化硅的介电常数，约3.9)，例如玻璃增强环氧层压材料、聚酰胺、掺氟二氧化硅、掺碳二氧化硅和多孔二氧化硅，以及高k介电材料(介电常数高于约3.9)，例如氮化硅(SiNx)和二氧化铪。传感器121可以使用例如管芯附接粘合剂膏或膜附接到衬底130，该粘合剂膏或膜可以在传感器上提供例如低或超低应力和高温稳定性。管芯附接膏的示例包括美国万事达公司的Supreme3HTND-2DA和EP3HTSDA-1，以及美国汉高公司的LOCTITE ABLESTIK ATB-F100E。管芯附接粘合剂膜的示例使汉高公司(美国)生产的LOCTITE ABLESTIK CDF100。在一个示例中，传感器可以直接附接到衬底，而在其他示例中，结构、涂层或层可以***衬底和传感器之间。传感器121包括活性表面115、非活性表面116和传感器接合焊盘126。在一个示例中，穿过衬底130的导电路径包括顶侧衬底接合焊盘145、电通孔150和底侧衬底接合焊盘155。在一个示例中，顶侧衬底接合焊盘145是连接盘(land)网格阵列(LGA)的一部分，该连接盘网格阵列可以包括印刷电路板(PCB)或陶瓷材料。因此，传感器121电连接到底侧衬底接合焊盘。在一个示例中，传感器的表面包括一个或更多个反应凹部106。在一个示例中，反应凹部106是纳米阱。在一个示例中，衬底130可以包含许多金属层。
在一个示例中，钝化层被设置在传感器表面上，以保护传感器免受有害反应组分的影响，并用作晶片级化学物质的支撑表面或衬底。钝化层可以包括单层或多层。在多层的示例中，不同的层可以包括相同或不同的材料。在一个示例中，钝化层包括氧化物，例如二氧化硅或氮氧化硅。在另一个示例中，钝化层包括金属氧化物，例如五氧化二钽(Ta2O5)。在另一个示例中，钝化层可以包括低温膜，诸如氮化硅(SixNy)。例如，钝化层可以包括多层，其中至少一个子层包括五氧化二钽(Ta2O5)，并且至少一个子层包括低温膜。在一些方面中，钝化层的厚度在约5纳米至约500纳米的范围内。钝化层可以具有基本平坦的表面，或者可以被图案化以包括通道和/或特征，例如反应凹部。钝化层可以例如通过化学气相沉积(CVD)工艺形成，例如等离子体增强CVD(PECVD)或低压CVD(LPCVD)。在一个示例中，反应凹部106形成在钝化层中。衬底上的反应凹部106可以使用例如半导体制造技术来制造，使得反应凹部可以被图案化并蚀刻到传感器表面上的钝化层或其他衬底中。反应凹部可以限定包含用于进行所需反应的反应位点的反应区域。
图3是形成引线接合以将传感器电连接到衬底的一个例子的截面图。引线接合140将传感器接合焊盘126连接到顶侧衬底接合焊盘145，顶侧衬底接合焊盘145通过如图3中所示的单个通孔150或者可替代地通过延伸穿过衬底130的多个金属层的几个通孔电连接到底部衬底接合焊盘155。引线接合可以由一种或更多种金属组成，例如铝、铜、银、金或其任意组合。引线接合中的金属可以是元素形式、合金形式或复合形式。例如，引线接合可以包括例如形成共晶金属接合。
图4是在衬底130上形成的模制层160的一个示例的截面图。在一个示例中，模制层直接形成在衬底上，而在另一个示例中，中间结构(例如，涂层或层)可以***模制层和衬底之间。模制层160覆盖衬底130的表面，包括衬底接合焊盘145。模制层还覆盖传感器121的侧面、引线接合140和传感器接合焊盘126。根据传感器的几何形状，模制层可以不同程度或相同程度地覆盖传感器的不同侧面。模制层160具有对应于传感器的活性表面(例如传感器121的活性表面115)的开口或孔118。在图4的示例中，孔118包围活性表面115以及非活性表面116的一部分。在另一个示例(例如，图22所示的示例)中，孔118不包围(即，不暴露)非活性表面116的一部分。传感器表面上的模制层160的部分，即模制突出部161，可以成角度(例如，45度或更大)，以使得在制造过程中能够更方便地从传感器释放模具。在该示例中，模制突出部161的厚度从传感器接合焊盘移动到传感器的***或外边缘增加。然而，在另一个示例中，模制突出部的厚度可以基本上是均匀的。模制层160被配置成具有足够平坦的顶表面，以使得封盖层能够被放置在模制层160的顶部上(如图5B-5C所示)。模制层160被形成为相对于衬底130的顶表面的高度(即，“模制高度”)大于传感器121的活性表面115相对于衬底130的顶表面的高度(即，“活性表面高度”)。参考图4，模制高度由“h2”表示，活性表面高度由“h1”表示。在一个示例中，模制高度比活性表面高度大约40微米至约200微米。在一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约75微米。在另一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约100微米。因此，如下面结合图5A-5C所述，控制模制层的厚度以调节传感器表面115上方的封盖层的高度。
例如，模制层160的材料的非限制性示例包括环氧树脂或塑料模制化合物(例如，酚醛硬化剂、二氧化硅、催化剂、颜料和脱模剂)。在模制层的形成过程中，传感器表面可以用例如保护层(例如，诸如模制销的机械夹具)来保护，该保护层在模制层沉积之后被移除以在活性表面上方提供孔(例如，图4的孔118)。可替代地，模制层可以共形沉积，然后向下平坦化至传感器。在共形沉积和平坦化的一个示例中，模制层可以整体地沉积在结构上方，随后在传感器表面上进行平坦化处理(例如，化学机械抛光(CMP))至期望的厚度。此外，尽管在该示例中模制层被描述为单层，但是应当理解，模制层可以由多层组成。例如，模制层160可以用多种材料在多个步骤中形成。
图5A是图4的结构的俯视图的示例，描绘了衬底130上的传感器121、123和125。如以上结合图2-4所述，传感器121包括活性表面115、传感器接合焊盘126、接合引线140和衬底接合焊盘145。图5B是根据本公开的一个或更多个方面的在模制层160上放置封盖层170以形成流动池之后通过图5A的虚线“X”的截面图。在一个示例中，封盖层170与模制层160直接接触。在另一个示例中，封盖层170和模制层160不直接接触，而是如图11的示例所示由中间层(例如，间隔物或***层)、涂层或薄膜分开。封盖层170的放置可以使用例如相对精确的机器人机器(也称为拾取和放置机器)来完成，从而在传感器121的活性表面115上方产生空间181。在一个示例中，封盖层170在模制层160上和传感器表面上的放置在传感器的活性表面上形成了限定流动通道的空间181。
这样，模制层160用作封盖层170和传感器表面之间的间隔物。在一个示例中，活性表面上方的空间181限定了流动池的流动通道180。在图5B所示的示例中，流动通道180包围传感器121的整个活性表面115以及传感器121的非活性表面116的一部分。如本文所使用的，流动通道被称为“包围”形成限定流动通道的空间181的表面。例如，参考图5B，流动通道180包围活性表面115和非活性表面116的一部分。类似地，流动通道180包围形成空间181的模制层160和封盖层170的部分。在一个示例中，流动通道180基本上包围传感器121的所有活性表面115。在另一个示例中，流动通道180包围传感器121的活性表面115的大约一半以上。
图5C是根据本公开的一个或更多个方面的在模制层160上放置封盖层170以形成流动池之后通过图5A的传感器123的虚线“Y”的截面图。封盖层170包括入口端口和出口端口175，它们供流体流入和流出流动通道180。根据流动的方向，每个入口端口和出口端口都可以用作入口或出口。参考图5C，端口175中的任一个可以用作入口端口或出口端口。如图5C的视图中所示，流动通道包围传感器123的整个活性表面115、传感器123的整个非活性表面116以及模制层160的部分。由流动通道180包围的模制层160的水平部分，即模制层表面162，提供了入口端口/出口端口175和传感器的活性表面之间的间距。因此，模制层表面162介于入口端口/出口端口175和传感器的活性表面之间。这样，从端口175流入到流体通道180中的流体能够在到达传感器的传感器表面之前达到更均匀的流量，这对于检测指定反应和更有效地利用活性传感器表面来说是理想的。在一个示例中，流动通道180基本上包围传感器123的所有活性表面115。在另一个示例中，流动通道180包围传感器123的活性表面115的大约一半以上。
在传感器的活性表面115之外的区域中而不是在传感器的活性表面上形成模制层可以被称为扇出式封装工艺。本文描述的扇出式封装工艺通过例如提供提高活性传感器表面利用率的电路径和封盖方法，提供了活性传感器表面的更大利用率。封盖层可包括对入射光或其它可触发传感器感测动作的波不反应且透明的材料。期望封盖层材料具有低自发荧光或者是非荧光的，以便于例如检测流动池中的荧光反应。封盖层170的材料可以是低自发荧光塑料或玻璃。在一个示例中，封盖层可以是铝硅酸盐玻璃。在另一个示例中，封盖层可以是硼硅酸盐玻璃(例如，碱土硼铝硅酸盐玻璃，诸如美国康宁公司的Eagle
Figure BDA0002502067960000171
玻璃)。在另一个示例中，封盖层可以是浮法硼硅酸盐玻璃(例如，德国Schott公司的
Figure BDA0002502067960000172
33玻璃)。封盖层的厚度可以是例如从大约300μm到大约1000μm。物质，例如生物或化学物质，可以被引入到流动通道180中，用于由传感器的活性表面感测。
在一个示例中，传感器的活性表面具有相对均匀的低粗糙度，即，活性表面如适当的制造工艺所允许的那样光滑。在另一个示例中，用于液体的多个通道可以存在于空间中的传感器上方的第二层中。可选的第二层可以包括例如传感器表面上的如上所述的玻璃。这种第二层可以具有基本上与传感器的活性表面的粗糙度相等的粗糙度，以及与活性表面的无缝界面，以使得流体交换减少，并且在一些情况下，最小化或者甚至没有流体的夹带或截留。
现在将参照图6的流程图描述根据本公开的用于制造图5B的装置的过程600的一个示例。在一个示例中，如上关于图1所述，传感器被制造在晶片上。虽然该示例涉及CMOS检测设备，但是也可以使用其他类型的有源像素传感器。例如，电荷耦合器件(CCD)和其他技术，诸如，NMOS图像传感器技术(也称为实时MOS传感器)和具有各种滤色器的图像传感器，例如，微彩色分光器，其不同于拜耳滤色器阵列(微型微滤光器阵列)，因为它们衍射光，使得波长(颜色)的各种组合撞击不同的感光点。实时MOS传感器提供的图像质量可与全帧传输(FFT)CCD传感器相媲美，具有低功耗的CMOS检测设备需求，并且在一些示例中，可以在较长时间段内具有高质量的成像能力。简化的电路减小了从每个光电二极管到其对应的微透镜的间距(从而形成更密集、分辨率更高的传感器)，即使当光以高入射角入射时，也可以提高灵敏度和图像质量。在一个示例中，传感器制造可以包括在传感器表面上形成钝化层(如以上结合图2所述)，以保护传感器免受有害反应组分的影响，并用作晶片级化学物质的支撑表面。
晶片级化学可以应用于传感器表面的全部或一部分(即“功能化涂层”)，以便于将生物分子(或者生物或化学物质)固定到其上。该功能化涂层可以包括多个功能化分子，在一些方面中，这些功能化分子包括共价结合到衬底上的钝化层表面的聚合物涂层。聚合物涂层，例如聚(N-(5-叠氮基乙酰氨基戊基)丙烯酰胺-共-丙烯酰胺)(PAZAM)，用于衬底的形成和操作，例如分子阵列和流动池。在一些方面，钝化层可以通过使用涂有共价结合的聚合物(诸如，PAZAM)的珠粒在至少一个区域中被涂覆，并且用于确定结合到衬底表面的多核苷酸的核苷酸序列。在一些示例中，核酸可以固定到功能化的传感器表面，例如反应凹部(例如，纳米阱)的表面。可以利用天然核苷酸和被配置成与天然核苷酸相互作用的酶。天然核苷酸包括例如核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸。天然核苷酸可以是单磷酸、二磷酸或三磷酸形式，并且可以具有选自腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、尿嘧啶(U)、鸟嘌呤(G)或胞嘧啶(C)的碱基。然而，将理解，可以使用非天然核苷酸、修饰的核苷酸或上述核苷酸的类似物。
在610，一个或更多个传感器被放置在衬底上。举例来说，传感器可以由已经被切割和单一化的传感器晶片提供。传感器在衬底上的放置可以包括制备，制备可以包括例如光刻和电镀工艺，并且放置可以使用例如精密机器人机器(也称为拾取和放置机器)来完成。在一个示例中，然后可以进行这种面板化(panelization)以连接传感器和支撑层。面板化可以包括例如载体层压材料、将传感器附接到管芯、将管芯定位在支撑层上并用模制化合物固定、模制化合物的平坦化(或“顶部研磨”)和背面膜层压材料。
接下来，在620，传感器接合焊盘(例如，图4的传感器接合焊盘126)被引线接合到衬底接合焊盘(例如，图4的衬底接合焊盘145)。在630，在衬底上而不是在活性传感器表面上形成模制层。模制层的形成可以包括用例如保护层(例如，诸如模制销的机械夹具)覆盖/保护传感器表面，该保护层在模制层沉积之后被移除。举例来说，模制层可以以液体或固体形式沉积，并使用压缩模制来形成。
在630，将封盖层放置在模制层和传感器表面上，以限定流动通道。封盖层的放置可以使用例如表面安装工艺来完成。在这个示例中，封盖是在晶片级执行的，但是在另一个示例中，封盖可以在切割之后完成。在表面安装过程中，使用例如上述精密机器人机器将封盖层定位在模制层上，并以某种方式(例如，使用环氧树脂)附接。这种机器可用于将表面安装设备放置在印刷电路板或类似结构上。这种机器可以使用例如在三维空间中操作的气动吸盘来实现封盖层的放置。模制层可以与封盖层直接接触，或者可替代地，可以被涂层、薄膜或其他材料层分开。封盖层的组成可以如以上结合图4所述。举例来说，封盖层可以是结合到模制层的玻璃晶片。例如，在过程600之后，可以将衬底切割成单独的管芯，每个管芯包含一个或更多个流动池传感器。
图7是根据本公开的一个或更多个方面的其上包括多个传感器的传感器晶片700的一个示例的截面图。例如，传感器包括活性表面715和传感器接合焊盘726。虚线705表示将传感器晶片700切割成单独的传感器(即，图8所示的传感器721、723和725)。传感器721包括传感器接合焊盘726。传感器接合焊盘726与贯穿硅通孔(TSV)727电连接，该贯穿硅通孔延伸穿过传感器721并且将传感器接合焊盘726电连接到设置在传感器721的底侧或背侧的传感器再分布层(RDL)728(这里也称为“传感器RDL”)。因此，传感器721通过传感器接合焊盘726和TSV 727电连接到RDL 728。TSV 727可以由过渡金属组成，例如钨或其他类似材料。传感器RDL 728可以由金属组成，例如钨、铜、金、镍或其他类似材料。在一个示例中，如上所述，反应凹部706可以形成在传感器表面上形成的钝化层中或由钝化层形成。反应凹部706可以使用例如半导体制造技术来制造，使得反应凹部可以被图案化并蚀刻到传感器表面上的钝化层或其他衬底中。反应凹部可以限定包含用于进行所需反应的反应位点的反应区域。在一个示例中，反应凹部706是纳米阱。
图8是根据本公开的一个或更多个方面的将图7的切割传感器放置到衬底730上的一个示例的截面图。对于下面的讨论，将参考传感器721。举例来说，衬底730可以是晶片形式或面板形式，并且可以采取具有一个或更多个穿过其中的导电路径的介电层的形式。以上结合图2的衬底130描述了电介质材料的非限制性示例。传感器721可以使用例如管芯附接粘合剂膏或膜附接到衬底730，该粘合剂膏或膜可以在传感器上提供例如低或超低应力和高温稳定性。在一个示例中，传感器可以直接附接到衬底，而在其他示例中，结构、涂层或层可以***衬底和传感器之间。传感器721包括活性表面715、非活性表面716和传感器接合焊盘726。在一个示例中，穿过衬底730的导电路径包括顶侧衬底接合焊盘729、电通孔750和底侧衬底接合焊盘755。在一个示例中，顶侧衬底接合焊盘729是连接盘网格阵列(LGA)的一部分，该连接盘网格阵列可以包括印刷电路板(PCB)或陶瓷材料。传感器RDL 728通过例如球栅阵列、毛细底部填充(capillary underfill)、焊料、管芯附接材料或薄膜电连接到衬底接合焊盘729。
图9是在衬底730上形成的模制层760的一个示例的截面图。在一个示例中，模制层直接形成在衬底上，而在另一个示例中，中间结构(例如，涂层或层)可以***模制层和衬底之间。模制层760覆盖衬底730的表面和传感器721的侧面。模制层760具有对应于传感器的活性表面(例如，传感器721的活性表面715)的开口或孔718。在一个示例中，模制突出部761是成角度的(例如，45度或更大)，以使得能够如图9所示更方便地从传感器释放模具材料。在其他示例中，模制突出部可以具有基本均匀的厚度。模制层760被配置为具有足够平坦的顶表面，以使得封盖层能够被放置在模制层760的顶部上(如图10B所示)。模制层760被形成为相对于衬底730的顶表面的高度(即，“模制高度”)大于传感器721的活性表面相对于衬底730的顶表面的高度(即，“活性表面高度”)。参考图9，模制高度由“h2”表示，活性表面高度由“h1”表示。在一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约40微米至大约200微米。在一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约75微米。在另一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约100微米。上文结合图4描述了模制层760的材料和制造的非限制性示例。如上所述，尽管在该示例中模制层760被描述为单层，但是应当理解，模制层可以包括在多个步骤中形成的多个层。
图10A是图9的结构的俯视图的示例，描绘了衬底730上的传感器721、723和725。如上文结合图7-9所述，传感器721包括活性表面715、传感器接合焊盘726、接合引线740和衬底接合焊盘745。图10B是根据本公开的一个或更多个方面的在模制层760上放置封盖层770以形成流动池之后通过图10A的虚线“X”的截面图。在一个示例中，封盖层770与模制层760直接接触。在另一个示例中，封盖层770与模制层760不直接接触，而是如图11的示例所示由中间层(例如，间隔物或***层)、涂层或薄膜分开。封盖层770的放置可以使用例如相对精确的机器人机器(也称为拾取和放置机器)来完成，从而在传感器721的活性表面715上方产生间隙或空间781。这样，模制层760用作封盖层770和传感器表面之间的间隔物。在一个示例中，活性表面上方的空间781限定了流动池的流动通道780。在一个示例中，流动通道780包围传感器721的整个活性表面715以及传感器721的非活性表面716的一部分。在一个示例中，流动通道780基本上包围传感器721的所有活性表面715。在另一个示例中，流动通道780包围传感器721的活性表面715的大约一半以上。
图10C是根据本公开的一个或更多个方面的在模制层760上放置封盖层770以形成流动池之后穿过图10A的传感器723的虚线“Y”的截面图。封盖层770包括入口端口和出口端口775，它们供流体流入和流出流动通道780。如图10C的视图所示，流动通道包围传感器723的整个活性表面715、传感器723的整个非活性表面716以及模制层760的一部分。由流动通道780包围的模制层760的水平部分，即模制层表面762，提供了入口端口/出口端口175和传感器的活性表面之间的间距。因此，模制层表面762介于入口端口/出口端口775和传感器的活性表面之间。这样，从端口775流入流体通道780中的流体能够在到达传感器的传感器表面之前达到更均匀的流量，这对于检测指定反应和更有效地利用活性传感器表面是理想的。在一个示例中，流动通道780基本上包围传感器723的所有活性表面715。在另一个示例中，流动通道780包围传感器723的活性表面715的大约一半以上。
图11示出了可替代结构1100，其中模制层1160被形成为基本上等于活性表面高度的模制高度。间隔物或***层1165形成在模制层1160上并支撑盖1170，从而在传感器1121的活性表面1115上方产生限定流动通道1180的间隙或空间1181。在该示例中，控制***层1165的厚度，以调整封盖层在传感器表面1115上方的高度。
现在将参照图12的流程图描述用于制造如图10B中所示的本公开的装置的过程1200的一个示例。举例来说，传感器可以如以上结合图6的过程600所描述的那样制备。在1210，在晶片中形成贯穿硅通孔(TSV)，以通过传感器接合焊盘提供到传感器的电连接。在1220，在传感器晶片的底部或背面形成电连接到TSV的传感器再分布层(RDL)。这可以通过首先将传感器RDL设置在传感器晶片的底表面上，然后光刻图案化并将传感器RDL蚀刻成预定形状来实现。随后，在一个示例中，晶片级化学物质可被应用于传感器表面的全部或一部分，以提供如上结合图6所述的功能化涂层。
在1230，将一个或更多个传感器放置在衬底上，例如，拾取并放置在衬底上，随后如上文结合图6所述进行面板化。将传感器放置在衬底上使传感器RDL与衬底接合焊盘电接触，该衬底接合焊盘可以是连接盘网格阵列(LGA)的一部分。在1240，在衬底和传感器的侧面上形成模制层，同时在传感器表面上留下开口或孔。模制层的形成可以包括用例如保护层(例如，诸如模制销的机械夹具)覆盖/保护传感器表面，该保护层在模制层沉积之后被移除。模制层被形成为大于活性表面高度的模制高度。因此，控制模制层的厚度以调节传感器表面上方的封盖层的高度。举例来说，模制层可以以液体或固体形式沉积，并使用压缩模制来形成。在1250，使用例如表面安装工艺，将封盖层放置在模制层和传感器表面上，以限定流动通道。可替代地，如以上结合图11所述，间隔物或***层可以在模制层上形成，并支撑封盖层。因此，封盖层不一定与模制层直接接触。在过程1200之后，可以将衬底切割成单独的管芯，每个管芯包含一个或更多个流动池传感器。
图13是根据本公开的一个或更多个方面的其上包括多个传感器的传感器晶片1300的一个示例的截面图。例如，传感器包括活性表面1315、非活性表面1316和传感器接合焊盘1326。虚线1305表示将传感器晶片1300切割成单独的传感器(即，图14中所示的传感器1321、1323和1325)。在一个示例中，如上所述，反应凹部1306(在图15中示出)形成在传感器表面上形成的钝化层中或由钝化层形成。在一个示例中，反应凹部1306是纳米阱。
图14是示出根据本公开的一个或更多个方面的将来自图13的传感器晶片1300的切割的传感器(即，传感器1321、1323和1325)放置在衬底1330上的截面图。对于以下讨论，将参考传感器1321。举例来说，衬底1330可以是晶片形式或面板形式。传感器1321可以使用例如管芯附接粘合剂膏或膜附接到衬底1330，该粘合剂膏或膜可以在传感器上提供例如低或超低应力和高温稳定性。在一个示例中，传感器可以直接附接到衬底，而在其他示例中，结构、涂层或层可以***衬底和传感器之间。传感器1321包括活性表面1315和传感器接合焊盘1326。在一个示例中，穿过衬底1330的导电路径包括顶侧衬底接合焊盘1345、电通孔1350和底侧衬底接合焊盘1355。在一个示例中，顶侧衬底接合焊盘1345是连接盘网格阵列(LGA)的一部分，该连接盘网格阵列可以包括印刷电路板(PCB)或陶瓷材料。
图15是在衬底上形成的第一模制层(即，第一模制层1360)的一个示例的截面图。在一个示例中，模制层直接形成在衬底上，而在另一个示例中，中间结构(例如，涂层或层)可以***模制层和衬底之间。第一模制层1360覆盖衬底1330的表面，包括衬底接合焊盘1345，并覆盖传感器1321的侧面。根据传感器的几何形状，模制层可以不同程度或相同程度覆盖传感器的不同侧面。模制层1360形成为高度基本上等于传感器1321的活性表面1315的高度，并且不在传感器表面上延伸。
参考图16，穿过第一模制层1360到衬底接合焊盘1345形成贯穿模制通孔(TMV)1327。TMV 1327可以例如通过激光钻孔制成。TMV 1327可以填充有金属，例如钨、铜、金或镍。传感器再分布层(RDL)1328形成在传感器1321的顶侧(和第一模制层1360的顶侧)，以将传感器接合焊盘1326电连接到TMV 1327。
图17描绘了在RDL 1328和第一模制层1360上添加第二模制层1365。与第一模制层一样，在一些示例中，第二模制层是薄膜或层压材料。第二模制层1365被配置为具有足够平坦的顶表面，以使得封盖层能够被放置在模制层1365的顶部。第二模制层1365相对于衬底1330的顶表面的高度(即，由“h2”表示的模制高度)大于传感器1321的活性表面相对于衬底1330的顶表面的高度(即，由“h1”表示的活性表面高度)。在一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约40微米至约200微米。在一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约75微米。在另一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约100微米。因此，如下面结合图18A-18C所述，控制第二模制层的厚度以调节传感器表面1315上的封盖层的高度。模制突出部1361可以是成角度的(例如，45度或更大)，以使得模具能够更方便地从传感器释放。第一和第二模制层可以根据上面结合图4-5的模制层160描述的材料和技术形成。在其他示例中，第二模制层1360是薄膜或层压材料。
图18A是图17的结构的俯视图的示例，描绘了衬底1330上的传感器1321、1323和1325。如以上结合图7-9所述，传感器1321包括活性表面1315、传感器接合焊盘1326、接合引线1340和衬底接合焊盘1345。图18B是根据本公开的一个或更多个方面的在第二模制层1365上放置封盖层1370以形成流动池之后通过图18A的虚线“X”的截面图。在一个示例中，封盖层1370与第二模制层1365直接接触。在另一个示例中，封盖层1370和第二模制层1365不直接接触，并且被中间层(例如，间隔物或***层)、涂层或薄膜分开。封盖层1370的放置可以使用例如相对精确的机器人机器(也称为拾取和放置机器)来完成，从而在传感器1321的活性表面1315上方产生间隙或空间1381。这样，第二模制层1365用作封盖层1370和传感器表面之间的间隔物。在一个示例中，活性表面上方的空间1381限定了流动池的流动通道1380。在一个示例中，流动通道1380包围传感器1321的整个活性表面1315以及传感器1321的非活性表面1316的一部分。在一个示例中，流动通道1380基本上包围传感器1321的所有活性表面1315。在另一个示例中，流动通道1380包围传感器1321的活性表面1315的大约一半以上。
图18C是根据本公开的一个或更多个方面的在第二模制层1365上放置封盖层1370以形成流动池之后穿过图18A的传感器1323的虚线“Y”的截面图。封盖层1370包括入口端口和出口端口1375，它们供流体流入和流出流动通道1380。如图18C的视图所示，流动通道包围传感器1323的整个活性表面1315、传感器1323的整个非活性表面1316以及第一模制层1360的一部分。由流动通道1380包围的模制层1360的水平部分，即模制层表面1362，提供了入口端口/出口端口1375和传感器的活性表面之间的间距。因此，模制层表面1362介于入口端口/出口端口1375和传感器的活性表面之间。这样，从端口1375流入流体通道1380的流体能够在到达传感器的传感器表面之前达到更均匀的流量，这对于检测指定反应和更有效地利用活性传感器表面是理想的。在一个示例中，流动通道1380基本上包围传感器1323的所有活性表面1315。在另一个示例中，流动通道1380包围传感器1323的活性表面1315的大约一半以上。
现在将参照图19的流程图描述用于制造如图18B所示的本公开的装置的过程1900的一个示例。在一些示例中，如以上关于图1所述，传感器被制造在晶片上。如上文结合过程600和1200所述，在一个示例中，钝化层可以被设置在传感器表面上，以保护传感器免受有害反应组分的影响，并用作晶片级化学物质的支撑表面。此外，可以将晶片级化学物质应用于传感器表面的全部或一部分，以提供如上结合过程600和1200所述的功能化涂层。在1910，将单个化的传感器附接到衬底上，即，拾取并放置到衬底上，随后如上文结合图6所述进行面板化。在1920，在衬底和传感器的侧面上但不在传感器表面上形成第一模制层。模制层的形成可以包括用例如保护层(例如，诸如模制销的机械夹具)覆盖/保护传感器表面，该保护层在模制层沉积之后被移除。举例来说，模制层可以以液体或固体形式沉积，并使用压缩模制来形成。第一模制层形成为高度基本上等于传感器表面的高度，举例来说，这可以通过平坦化来实现。
在1930，穿过第一模制层形成贯穿模制通孔(TMV)，以到达衬底顶侧上的衬底接合焊盘。TMV可以通过激光钻孔或类似工艺形成。TMV可以填充金属，例如钨、铜、金或镍。在1940，在传感器的顶侧形成传感器再分布层(RDL)，以将传感器接合焊盘电连接到TMV。这可以通过首先通过光刻图案化将传感器RDL布置在传感器表面上并将传感器RDL蚀刻成预定形状来实现。在1950，沉积第二模制层。第二模制层的组成和制造可以类似于第一模制层的组成和制造。第二模制层形成为大于活性表面高度的模制高度，以在传感器上方形成空间，从而限定流动通道。在1960，使用例如表面安装工艺在第二模制层上放置封盖层。可替代地，如以上结合图11所述，间隔物或***层可以在模制层上形成，并支撑封盖层。因此，在一些示例中，封盖层不与第二模制层直接接触。在一个示例中，在过程1900之后，可以将衬底切割成单独的管芯，每个管芯包含一个或更多个流动池传感器。
图20是根据本公开的一个或更多个方面的结构2000的一个示例的截面图。如上所述，传感器2021、2023和2025附接到衬底2030。对于以下讨论，将参考传感器2021。举例来说，衬底2030的结构和组成可以如结合图2的衬底130所描述的那样。传感器2021可以使用例如管芯附接粘合剂膏或膜附接到衬底2030，该粘合剂膏或膜可以在传感器上提供例如低或超低应力和高温稳定性。在一个示例中，传感器可以直接附接到衬底，而在其他示例中，结构、涂层或层可以***衬底和传感器之间。传感器2021包括活性表面2015、非活性表面2016和传感器接合焊盘2026。在一个示例中，穿过衬底2030的导电路径包括顶侧衬底接合焊盘2045、电通孔2050和底侧衬底接合焊盘2055。在一个示例中，顶侧衬底接合焊盘2045是连接盘网格阵列(LGA)的一部分，该连接盘网格阵列可以包括印刷电路板(PCB)或陶瓷材料。在一个示例中，衬底2030可以包含许多金属层。
模制层2060覆盖衬底2030的表面，包括衬底接合焊盘2045。在一个示例中，模制层直接形成在衬底上，而在另一个示例中，中间结构(例如，涂层或层)可以***模制层和衬底之间。模制层还覆盖传感器2021的侧面和传感器接合焊盘2026。模制层2060具有对应于传感器的活性表面(例如，活性表面2015)的开口或孔2018。在图20的示例中，孔2018包围活性表面2015以及非活性表面2016的一部分。在另一个示例中，孔2018不包围(即，不暴露)非活性表面2016。传感器表面上的模制层2060的一部分，即模制突出部2061，可以成角度(例如，45度或更大)，以使得在制造过程中能够更方便地从传感器释放模具。在该示例中，模制突出部2061的厚度从传感器接合焊盘移动到传感器的***或外边缘增加。然而，在另一个示例中，模制突出部2061的厚度可以基本上是均匀的。模制层2060被配置为具有足够平坦的顶表面，以使得封盖层2070能够被放置在模制层2060的顶部。模制层2060被形成为大于活性表面高度“h1”的模制高度“h2”。在一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约40微米至约200微米。
在一个示例中，封盖层2070与模制层2060直接接触。在另一个示例中，封盖层2070和模制层2060不直接接触，而是由中间层分开。封盖层2070的组成和放置可以如以上结合图5B所述。这样，模制层2060用作封盖层2070和传感器表面之间的间隔物。在一个示例中，活性表面上方的空间2081限定了流动池的流动通道2080。在图20所示的示例中，流动通道2080包围传感器2021的整个活性表面2015以及传感器2021的非活性表面2016的一部分。在一个示例中，流动通道2080基本上包围传感器2021的所有活性表面2015。在另一个示例中，流动通道2080包围传感器2021的活性表面2015的大约一半以上。
现在将参照图21的流程图描述根据本公开的用于制造图20的装置的过程2100的一个示例。在2110，将一个或更多个传感器放置在衬底上，例如，拾取并放置在衬底上，随后进行如上结合图6所述的面板化。在2120，在衬底和传感器的侧面上形成模制层，同时在传感器表面上留下开口或孔。模制层的形成可以包括用例如保护层(例如，诸如模制销的机械夹具)覆盖/保护传感器表面，该保护层在模制层沉积之后被移除。在一个示例中，在沉积模制层的同时，模制销覆盖/保护传感器表面。在2125，选择性地去除直接在活性传感器表面上的模制层部分。模制层被形成为大于活性表面高度的模制高度。因此，控制模制层的厚度以调节传感器表面上的封盖层的高度。举例来说，模制层可以以液体或固体形式沉积，并使用压缩模制来形成。在2130，使用例如表面安装工艺将封盖层放置在模制层和传感器表面上，以限定流动通道。在此阶段封盖层置于其上的“模制层”是指选择性去除之前的初始模制层。具体而言，该示例中的封盖层可以覆盖选择性去除后剩余的模制层部分，以及传感器表面上的空间。可替代地，如以上结合图11所述，间隔物或***层可以在模制层上形成，并支撑封盖层。因此，封盖层不一定与模制层直接接触。在一个示例中，在过程2100之后，可以将衬底切割成单独的管芯，每个管芯包含一个或更多个流动池传感器。
图22是根据本公开的一个或更多个方面的结构2200的一个示例的截面图。如上所述，传感器2221、2223和2225附接到衬底2230。在图22的示例中，流动通道2280包围整个活性表面2215，但不包围任何非活性表面2216。模制层覆盖衬底2230的表面、传感器2221的侧面、非活性表面2216、传感器接合焊盘2226和衬底接合焊盘2245。因此，非活性表面2216不被空间2281或流动通道2280包围。此外，孔2218不包围(即，不暴露)非活性表面2216。在一个示例中，穿过衬底2230的导电路径包括顶侧衬底接合焊盘2045、电通孔2250和底侧衬底接合焊盘2255。在一个示例中，顶侧衬底接合焊盘2245是连接盘网格阵列(LGA)的一部分，该连接盘网格阵列可以包括印刷电路板(PCB)或陶瓷材料。在一个示例中，衬底2230可以包含许多金属层。在一个示例中，模制层直接形成在衬底上，而在另一个示例中，中间结构(例如，涂层或层)可以***模制层和衬底之间。模制层2260具有对应于传感器的活性表面(例如，活性表面2215)的开口或孔2218。模制层2260被配置成具有足够平坦的顶表面，以使得封盖层2270能够被放置在模制层2260的顶部。模制层2260层被形成为大于活性表面高度“h1”的模制高度“h2”。在一个示例中，模制高度大于活性表面高度大约40微米至约200微米。在一个示例中，封盖层2270与模制层2260直接接触。在另一个示例中，封盖层2270与模制层2260不直接接触，而是由中间层分开。封盖层2270的组成和放置可以如以上结合图5B所述。
将理解的是，以上描述旨在是说明性而不是限制性的。例如，上述示例(和/或其方面)可以彼此结合使用。此外，在不脱离各个示例的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应各个示例的教导。虽然在此可以描述材料的尺寸和类型，但是它们旨在定义各个示例中的一些示例的参数，并且它们决不限于所有示例，而仅仅是示例性的。在审阅以上描述后，许多其他示例对于本领域技术人员来说将是明显的。因此，各个示例的范围应参考所附权利要求连同这些权利要求有权要求的等效物的整个范围来确定。
另外，在随附的权利要求中，术语“第一”、“第二”、和“第三”等被仅用作参考标签，并不旨在对它们的对象强加数值、结构或其他要求。术语“定义”的形式包括部分定义元素的关系以及完全定义元素的关系。应当理解，根据任何特定示例，不一定可以实现上述所有这些目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文描述的装置、***和方法可以以实现或优化本文教导的一个优点或一组优点的方式来实施或执行，而不必实现可能在本文教导或建议的其他目的或优点。
虽然仅结合有限数量的示例详细描述了本公开，但是应当容易理解，本公开不限于这些公开的示例。更确切地，可以对本公开内容进行修改，以包含此前未描述的、但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替换或等同布置。此外，虽然已经描述了各种示例，但是应当理解，本公开的各方面可以仅包括一个示例或一些所描述的示例。此外，虽然一些公开被描述为具有特定数量的元件，但是将理解，这些示例可以用少于或多于特定数量的元件来实践。
应当认识到，前面的概念和下面更详细讨论的另外的概念的所有组合(假设这些概念不相互矛盾)都被设想为本文公开的发明主题的一部分。特别是，出现在本公开结尾处的要求保护的主题的所有组合都被设想为本文公开的发明主题的一部分。
在下文的一个或多个实施方案中可实现本公开的各方面。
1)一种装置，包括：
衬底，其具有衬底接合焊盘；
在所述衬底上的传感器，所述传感器包括活性表面和传感器接合焊盘；
在所述衬底之上并覆盖所述传感器的侧面的模制层，所述模制层具有相对于所述衬底的顶表面的模制高度，所述模制高度大于所述传感器的活性表面相对于所述衬底的顶表面的高度；以及
在所述模制层和所述活性表面上的封盖层；
其中所述封盖层和所述模制层在所述传感器的活性表面上共同形成空间，所述空间限定了流动通道。
2)根据1)所述的装置，还包括将所述传感器接合焊盘连接到所述衬底接合焊盘的引线接合，其中所述模制层覆盖所述引线接合。
3)根据1)所述的装置，还包括贯穿硅通孔，所述贯穿硅通孔延伸穿过所述传感器并将所述传感器接合焊盘电连接到所述传感器的底表面上的传感器再分布层，所述传感器再分布层与所述衬底接合焊盘电接触。
4)根据1)所述的装置，其中所述模制层包括第一模制层和第二模制层，所述第一模制层包括延伸穿过所述第一模制层的贯穿模制通孔，所述装置还包括将所述传感器接合焊盘连接到所述贯穿模制通孔的传感器再分布层，并且其中所述第二模制层在所述传感器再分布层和第一模制层上。
5)根据1)-4)中任一项所述的装置，还包括在所述传感器的活性表面上的钝化层。
6)根据5)所述的装置，其中所述钝化层包括反应凹部。
7)根据5)-6)中任一项所述的装置，还包括在所述钝化层上的功能化涂层。
8)根据1)-7)中任一项所述的装置，其中，所述流动通道基本上包围所述传感器的所有活性表面。
9)根据1)-8)中任一项所述的装置，其中，所述流动通道包围所述传感器的整个活性表面和所述传感器的非活性表面的至少一部分。
10)根据1)-9)中任一项所述的装置，其中，所述流动通道包围所述模制层的水平表面。
11)根据1)-10)中任一项所述的装置，其中所述封盖层包括入口端口和出口端口。
12)根据11)所述的装置，其中所述模制层的表面在所述流动通道内介于所述入口端口和所述传感器的活性表面之间。
13)根据1)-12)中任一项所述的装置，其中，所述衬底包括一个或更多个介电层，所述一个或更多个介电层中的每一个都包括其中的一个或更多个导电路径。
14)根据1)-13)中任一项所述的装置，其中，所述传感器包括互补金属氧化物半导体检测设备。
15)根据1)-14)中任一项所述的装置，其中，所述装置是用于执行生物分析、化学分析或两者的盒的一部分。
16)一种方法，包括：
将传感器放置在衬底上，所述传感器包括活性表面和传感器接合焊盘，其中所述衬底包括衬底接合焊盘；
将覆盖所述传感器的侧面的模制层放置在所述衬底上；
选择性地去除所述模制层的直接在所述传感器的活性表面上的部分；以及
将封盖层放置在所述模制层和所述传感器表面上，以在所述传感器的活性表面上方形成空间，其中所述空间限定了流动通道。
17)根据16)所述的方法，还包括将所述传感器接合焊盘引线接合到所述衬底接合焊盘，其中所述模制层覆盖引线接合。
18)根据16)所述的方法，还包括形成：
从所述传感器接合焊盘延伸穿过所述传感器的贯穿硅通孔，以及
在所述传感器的底表面上的再分布层，其中所述传感器接合焊盘电连接到所述再分布层。
19)根据16)所述的方法，其中所述模制层是第二模制层，并且所述方法还包括形成：
第一模制层，其高度基本上等于所述传感器的活性表面相对于所述衬底的高度，
贯穿模制通孔，其穿过所述第一模制层到所述衬底接合焊盘，
在所述传感器的顶表面上的再分布层，用于将所述传感器接合焊盘电连接到所述贯穿模制通孔，以及
在所述再分布层和所述第一模制层上的第二模制层。
20)根据16)-19)中任一项所述的方法，还包括在所述封盖层中形成入口端口和出口端口。
21)根据16)-20)中任一项所述的方法，还包括在所述传感器表面上形成钝化层。
22)根据21)所述的方法，还包括在所述钝化层中形成反应凹部。
23)根据21)-22)中任一项所述的方法，还包括在所述钝化层上形成功能化涂层。
24)一种装置，包括：
在衬底上的传感器，所述传感器包括活性表面和传感器接合焊盘；
贯穿硅通孔，其延伸穿过所述传感器并将所述传感器接合焊盘电连接到所述传感器的底表面之上的再分布层，所述再分布层与所述衬底的衬底接合焊盘电接触；
在所述衬底上并覆盖所述传感器的侧面的模制层，所述模制层具有相对于所述衬底的顶表面的模制高度，所述模制高度基本上等于所述传感器的活性表面相对于所述衬底的顶表面的高度；
在所述模制层上的***层；
与所述衬底接合焊盘电接触的贯穿硅通孔，所述贯穿硅通孔延伸穿过所述衬底；以及
在所述***层上并在所述活性表面上方的封盖层；
其中所述封盖层和所述***层在所述传感器的活性表面上方共同形成限定流动通道的空间。

Claims (24)

1.一种装置，包括：
衬底，其具有衬底接合焊盘；
在所述衬底上的传感器，所述传感器包括活性表面和传感器接合焊盘；
在所述衬底之上并覆盖所述传感器的侧面的模制层，所述模制层具有相对于所述衬底的顶表面的模制高度，所述模制高度大于所述传感器的活性表面相对于所述衬底的顶表面的高度；以及
在所述模制层和所述活性表面上的封盖层；
其中所述封盖层和所述模制层在所述传感器的活性表面上共同形成空间，所述空间限定了流动通道。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括将所述传感器接合焊盘连接到所述衬底接合焊盘的引线接合，其中所述模制层覆盖所述引线接合。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括贯穿硅通孔，所述贯穿硅通孔延伸穿过所述传感器并将所述传感器接合焊盘电连接到所述传感器的底表面上的传感器再分布层，所述传感器再分布层与所述衬底接合焊盘电接触。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述模制层包括第一模制层和第二模制层，所述第一模制层包括延伸穿过所述第一模制层的贯穿模制通孔，所述装置还包括将所述传感器接合焊盘连接到所述贯穿模制通孔的传感器再分布层，并且其中所述第二模制层在所述传感器再分布层和第一模制层上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，还包括在所述传感器的活性表面上的钝化层。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述钝化层包括反应凹部。
7.根据权利要求5-6中任一项所述的装置，还包括在所述钝化层上的功能化涂层。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述流动通道基本上包围所述传感器的所有活性表面。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其中，所述流动通道包围所述传感器的整个活性表面和所述传感器的非活性表面的至少一部分。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其中，所述流动通道包围所述模制层的水平表面。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其中所述封盖层包括入口端口和出口端口。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述模制层的表面在所述流动通道内介于所述入口端口和所述传感器的活性表面之间。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其中，所述衬底包括一个或更多个介电层，所述一个或更多个介电层中的每一个都包括其中的一个或更多个导电路径。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其中，所述传感器包括互补金属氧化物半导体检测设备。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的装置，其中，所述装置是用于执行生物分析、化学分析或两者的盒的一部分。
16.一种方法，包括：
将传感器放置在衬底上，所述传感器包括活性表面和传感器接合焊盘，其中所述衬底包括衬底接合焊盘；
将覆盖所述传感器的侧面的模制层放置在所述衬底上；
选择性地去除所述模制层的直接在所述传感器的活性表面上的部分；以及
将封盖层放置在所述模制层和所述传感器表面上，以在所述传感器的活性表面上方形成空间，其中所述空间限定了流动通道。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述传感器接合焊盘引线接合到所述衬底接合焊盘，其中所述模制层覆盖引线接合。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括形成：
从所述传感器接合焊盘延伸穿过所述传感器的贯穿硅通孔，以及
在所述传感器的底表面上的再分布层，其中所述传感器接合焊盘电连接到所述再分布层。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述模制层是第二模制层，并且所述方法还包括形成：
第一模制层，其高度基本上等于所述传感器的活性表面相对于所述衬底的高度，
贯穿模制通孔，其穿过所述第一模制层到所述衬底接合焊盘，
在所述传感器的顶表面上的再分布层，用于将所述传感器接合焊盘电连接到所述贯穿模制通孔，以及
在所述再分布层和所述第一模制层上的第二模制层。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，还包括在所述封盖层中形成入口端口和出口端口。
21.根据权利要求16-20中任一项所述的方法，还包括在所述传感器表面上形成钝化层。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括在所述钝化层中形成反应凹部。
23.根据权利要求21-22中任一项所述的方法，还包括在所述钝化层上形成功能化涂层。
24.一种装置，包括：
在衬底上的传感器，所述传感器包括活性表面和传感器接合焊盘；
贯穿硅通孔，其延伸穿过所述传感器并将所述传感器接合焊盘电连接到所述传感器的底表面之上的再分布层，所述再分布层与所述衬底的衬底接合焊盘电接触；
在所述衬底上并覆盖所述传感器的侧面的模制层，所述模制层具有相对于所述衬底的顶表面的模制高度，所述模制高度基本上等于所述传感器的活性表面相对于所述衬底的顶表面的高度；
在所述模制层上的***层；
与所述衬底接合焊盘电接触的贯穿硅通孔，所述贯穿硅通孔延伸穿过所述衬底；以及
在所述***层上并在所述活性表面上方的封盖层；
其中所述封盖层和所述***层在所述传感器的活性表面上方共同形成限定流动通道的空间。
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