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原文传递用于生物或化学分析的生物传感器及其制造方法

专利名称：	用于生物或化学分析的生物传感器及其制造方法
摘要：	本发明的实施方案提供用于生物或化学分析的改进的生物传感器。根据本发明的实施方案，背面照射(BSI)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可用于有效分析和测量样品的荧光或化学发光。该测量值可用于帮助识别样品。本发明的实施方案还提供制备用于生物或化学分析的改进的生物传感器的方法以及DNA测序的系统和方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	考利达基因组股份有限公司
发明人：	钟诚
专利状态：	有效
申请日期：	2017-11-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201780068138.7
公开号：	CN110168352A
代理机构：	上海胜康律师事务所
代理人：	樊英如;邱晓敏
分类号：	G01N21/64(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	美国加利福尼亚州
主权项：	1.一种生物传感器，其包括：背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其包括：电子电路层；和所述电子电路层上的光敏层，其中所述光敏层包括：基底层，和覆盖在所述电子电路层上的多个光电二极管，并且其中光接收表面由所述多个光电二极管的与所述电子电路层相对的表面限定；在所述光接收表面上方的多个斑点，其中每个斑点的大小和功能被设定以包含核酸大分子，并且其中每个斑点覆盖单个光电二极管或覆盖包含多个光电二极管的单位单元。 2.根据权利要求1所述的生物传感器，其中所述电子电路层包括：介电层；和形成在所述第一介电层中的金属布线，其中所述金属布线被配置为将所述多个光电二极管耦合到外部装置。 3.根据权利要求1所述的生物传感器，其还包括：在所述背面照射CMOS图像传感器上的钝化层。 4.根据权利要求1所述的生物传感器，其还包括插入在每个光电二极管和每个斑点之间的滤色材料。 5.根据权利要求4所述的生物传感器，其还包括：所述基底层上方的第一金属层，其中所述第一金属层包括在所述多个光电二极管上方的多个第一开口，并且其中所述多个滤色材料位于所述多个第一开口中。 6.根据权利要求5所述的生物传感器，其还包括：在所述第一金属层上方以及在所述多个第一开口中介于每个滤色材料与所述第一金属层之间的介电层。 7.根据权利要求5所述的生物传感器，其还包括：在所述第一金属层和所述多个滤色材料上方的钝化层。 8.根据权利要求7所述的生物传感器，其还包括：在所述钝化层上方的第二金属层，其中所述第二金属层包括在所述多个滤色材料上的多个第二开口。 9.根据权利要求8所述的生物传感器，其还包括：在所述第二金属层上方的多个微透镜。 10.根据权利要求9所述的生物传感器，其还包括：在所述多个微透镜上方的第三金属层，其中所述多个微透镜和所述第三金属层包括与所述多个第二开口重叠的多个第三开口。 11.根据权利要求10所述的生物传感器，其还包括：在所述第三金属层上方的平坦化层，其中所述平坦化层包括与所述多个第三开口以及所述多个第二开口重叠的多个第四开口。 12.根据权利要求4所述的生物传感器，其还包括：在所述第一金属层和所述多个滤色材料上的第一材料层，其中所述第一材料层的特征在于第一折射率；和在所述第一材料层上的第二材料层，其中所述第二材料层的特征在于第二折射率，并且其中所述第一折射率高于所述第二折射率。 13.根据权利要求1所述的生物传感器，其还包括：每个核酸大分子都位于所述多个斑点的斑点中的所述多个核酸大分子。 14.根据权利要求13所述的生物传感器，其中所述多个光电二极管中的每个光电二极管被配置为检测从所述多个核酸大分子中的核酸大分子上的荧光或化学发光标记发射的光。 15.根据权利要求14所述的生物传感器，其中所述光从荧光标记的寡核苷酸探针发射，所述荧光标记的寡核苷酸探针与固定在所述斑点上的核酸扩增子杂交。 16.根据权利要求14所述的生物传感器，其中所述光从与固定在所述斑点上的核酸扩增子杂交的荧光标记的引物延伸产物发射。 17.根据权利要求15或16所述的生物传感器，其中所述核酸扩增子来自基因组DNA片段或cDNA文库。 18.根据权利要求15-17中任一项所述的生物传感器，其中所述扩增子通过滚环扩增或桥聚合酶链式反应(PCR)形成。 19.根据权利要求1所述的生物传感器，其中所述多个斑点是多个孔。 20.根据权利要求1-19中任一项所述的生物传感器，其还包括激发光源。 21.根据权利要求1所述的生物传感器，其中每个斑点覆盖单个光电二极管，并且单个滤色材料插入在所述光电二极管和所述斑点之间。 22.根据权利要求1所述的生物传感器，其中每个斑点覆盖在光电二极管的单位单元上，并且滤色材料插入在所述斑点和所述单位单元的每个光电二极管之间。 23.根据权利要求22所述的生物传感器，其中每个单位单元包括2个光电二极管、3个光电二极管或4个光电二极管。 24.根据权利要求23所述的生物传感器，其中与单位单元的每个光电二极管相关联的所述滤色材料各自过滤不同颜色的光。 25.一种方法，其包括：提供背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其中提供所述背面照射CMOS图像传感器包括：提供电子电路层；以及在所述电子电路层上提供光敏层，其中所述光敏层包括：基底层，和与所述电子电路层接触的多个光电二极管，其中光接收表面由所述多个光电二极管的与所述电子电路层相对的表面限定；在所述多个光电二极管上沉积多个滤色材料；以及在所述光接收表面上方提供多个斑点，其中每个斑点的大小和功能被设定以包含核酸大分子，其中每个斑点覆盖单个光电二极管或覆盖包含多个光电二极管的单位单元，并且其中所述多个滤色材料中的滤色材料插入在每个光电二极管和每个斑点之间。 26.根据权利要求25所述的方法，其中从所述斑点中包含的所述核酸大分子发射的所述光被一个光电二极管的所述光接收表面接收。 27.根据权利要求25所述的方法，其中从所述斑点中包含的所述核酸大分子发射的光从多于一个的光电二极管的所述光接收表面接收。 28.根据权利要求26或27所述的方法，其中所述光电二极管中的每一个接收来自单个斑点的光。 29.根据权利要求25所述的方法，其中提供所述电子电路层包括：沉积介电层；以及在所述介电层中形成金属布线，其中所述金属布线被配置为将所述多个光电二极管耦合到外部装置。 30.根据权利要求25所述的方法，其还包括：在所述背面照射CMOS图像传感器上沉积钝化层。 31.根据权利要求25所述的方法，其还包括：在所述基底层上形成第一金属层；以及在所述多个光电二极管上方的所述第一金属层中蚀刻多个第一开口，其中所述多个滤色材料沉积在所述多个第一开口中。 32.根据权利要求31所述的方法，其还包括，在将所述多个滤色材料沉积在所述多个第一开口中之前：在所述第一金属层上以及在所述多个第一开口中形成介电层。 33.根据权利要求32所述的方法，其还包括，在将所述多个滤色材料沉积在所述多个第一开口中之后：在所述第一金属层和所述多个滤色材料上形成钝化层。 34.根据权利要求33所述的方法，其还包括：在所述钝化层上形成第二金属层；以及在所述多个滤色材料上的所述第二金属层中蚀刻多个第二开口。 35.根据权利要求34所述的方法，其还包括：在所述第二金属层上形成多个微透镜。 36.根据权利要求35所述的方法，其还包括：在所述多个微透镜上形成第三金属层。 37.根据权利要求36所述的方法，其还包括：在所述第三金属层上形成平坦化层；以及在所述第三金属层、所述多个微透镜和所述平坦化层中蚀刻多个第三开口，其中所述多个第三开口与所述多个第二开口重叠。 38.根据权利要求25所述的方法，其还包括：在所述第一金属层和所述多个滤色材料上形成第一材料层，其中所述第一材料层的特征在于第一折射率；以及在所述第一材料层上形成第二材料层，其中所述第二材料层的特征在于第二折射率，并且其中所述第一折射率高于所述第二折射率。 39.根据权利要求25所述的方法，其还包括：将所述多个核酸大分子中的核酸大分子附着到所述多个斑点中的斑点上。 40.根据权利要求39所述的方法，其还包括：使用所述多个光电二极管中的光电二极管检测从所述核酸大分子上的荧光或化学发光标记发射的光。 41.根据权利要求40所述的方法，其中所述光从与固定在所述斑点上的核酸扩增子杂交的荧光标记的寡核苷酸探针发射。 42.根据权利要求40所述的方法，其中所述光从与固定在所述斑点上的核酸扩增子杂交的荧光标记的引物延伸产物发射。 43.根据权利要求41或42所述的方法，其中所述核酸扩增子来自基因组DNA片段或cDNA文库。 44.根据权利要求41-43中任一项所述的方法，其中所述扩增子通过滚环扩增或桥聚合酶链式反应(PCR)形成。 45.根据权利要求39所述的方法，其还包括：用激发光源照射所述核酸大分子。 46.根据权利要求25所述的方法，其中每个斑点覆盖单个光电二极管，并且单个滤色材料插入在所述光电二极管和所述斑点之间。 47.根据权利要求25所述的方法，其中每个斑点覆盖光电二极管的单位单元，并且滤色材料插入在所述斑点和所述单位单元的每个光电二极管之间。 48.根据权利要求47所述的方法，其中每个单位单元包括2个光电二极管、3个光电二极管或4个光电二极管。 49.根据权利要求48所述的方法，其中与单位单元的每个光电二极管相关联的所述滤色材料各自过滤不同颜色的光。 50.一种DNA测序方法，其包括迭代地执行过程，该过程包括：用荧光标记来标记核酸大分子，所述荧光标记识别所述核酸大分子中特定位置处的核苷酸碱基；检测与所述核酸大分子相关的所述荧光标记，其中检测所述荧光标记包括：用激发光照射所述核酸大分子，其中所述核酸大分子吸收所述激发光并使发射的光传输通过滤色材料并且到达背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的光电二极管上；测量在所述光电二极管处接收的所述发射的光的至少一个参数；以及将所述发射的光的所述至少一个参数与所述荧光标记相关联；以及从所述核酸大分子中除去所述荧光标记。 51.一种生物传感器，其包括：背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其包括：电子电路层；和所述电子电路层上的光敏层，其中所述光敏层包括：基底层，和与所述电子电路层接触的多个光电二极管，并且其中光接收表面由所述多个光电二极管的与所述电子电路层相对的表面限定；在所述光接收表面上方的保护层，所述保护层的大小和功能被设定以包含多个核酸大分子，并且其中所述保护层覆盖单个光电二极管或覆盖包含多个光电二极管的单位单元；和滤色材料，其插入每个光电二极管和所述保护层之间。 52.一种生物传感器，其包括：背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其包括：电子电路层；和与所述电子电路层接触的多个光电二极管，其中光接收表面由所述多个光电二极管的与所述电子电路层相对的表面限定；并且其中所述多个光电二极管中的每一个的特征在于第一线性尺寸；所述多个光电二极管上的钝化层；以及在所述钝化层上的所述光接收表面上方的多个斑点，其中每个斑点的大小和功能被设定以包含核酸大分子，并且其中每个斑点覆盖单个光电二极管或覆盖包含多个光电二极管的单位单元，其中，所述多个斑点中的每一个的特征在于小于所述第一线性尺寸的第二线性尺寸。 53.一种生物传感器，其包括：背面照射互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其包括：电子电路层；和所述电子电路层上的光敏层，其中所述光敏层包括：基底层，和与所述电子电路层接触的多个光电二极管，并且其中光接收表面由所述多个光电二极管的与所述电子电路层相对的表面限定；在所述多个光电二极管上的钝化层；和在所述光接收表面上方的所述钝化层上的多个斑点，其中每个斑点的大小和功能被设定以包含核酸大分子，并且其中每个斑点覆盖单个光电二极管或覆盖包含多个光电二极管的单位单元。
所属类别：	发明专利