用于寿命表征的集成传感器的制作方法

本发明涉及集成器件及相关仪器，其可以通过将短光学脉冲同时提供到数万个或更多个样本孔，并且从样本孔接收荧光信号用于样本分析来执行样本的大规模并行分析。这些仪器可用于定点照护基因定序和用于个人化医疗。

背景技术：

1、光检测器被用于检测各种应用中的光。已经开发了集成光检测器，其产生指示入射光强度的电信号。用于成像应用的集成光检测器包括像素阵列，以检测从整个场景接收的光强度。集成光检测器的示例包括电荷耦合器件(ccd)和互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。

2、能够进行生物或化学样本的大规模并行分析的仪器由于若干因素而通常限于实验室设定，该因素可能包括仪器的较大尺寸、缺乏便携性、需要熟练的技术人员操作仪器、功率需求、对受控操作环境的需求和成本。在使用此类设备分析样本时，常见的范式为在照护点处或在现场提取样本，将样本发送到实验室，并等待分析结果。结果的等待时间可能从数小时至数天不等。

技术实现思路

1、本发明的一些方面涉及一种集成电路，其包括光检测区和电耦合到光检测区的漏极区，其中，光检测区被配置为在从光检测区到一个或多个漏极区的方向上感应本征电场。

2、本发明的一些方面涉及一种集成电路，其包括光检测区、电耦合到光检测区的电荷存储区以及电耦合到光检测区的漏极区，其中，电荷存储区和漏极区位于光检测区的同一侧。

3、本发明的一些方面涉及一种集成电路，其包括第一像素和第二像素，其中第一像素包括被配置为在第一方向上感应电场的第一光检测区，第二像素包括被配置为在与第一方向相反的第二方向上感应电场的第二光检测区，其中，第一像素和第二像素在第一方向和第二方向之一上彼此相继定位。

4、本发明的一些方面涉及一种集成电路，其包括光检测区和至少一个漏极层，该漏极层被配置为经由光检测区接收入射光子和/或电荷载体。

5、本发明的一些方面涉及一种集成电路，其包括多个像素，该多个像素中的每个像素包括光检测区和电荷存储区，以及控制电路，该控制电路被配置为控制电荷载体从多个像素中的每个像素的光检测区向电荷存储区的转移。

6、本发明的一些方面涉及一种集成电路，其包括被配置为接收第一方向上的入射光的光检测区，以及在光检测区之前在第一方向上定位并被配置为将入射光子导向光检测区的表面。

7、前述概述并非旨在限制。此外，各种实施例可以单独或组合地包括本发明的任何方面。

技术特征：

1.一种集成电路，包括：

2.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述光检测区包括感应所述本征电场的掺杂剂配置。

3.根据权利要求2所述的集成电路，其中，所述掺杂剂配置产生从所述光检测区到所述漏极区的电位梯度。

4.根据权利要求3所述的集成电路，其中，所述掺杂剂配置是三角形的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的集成电路，还包括：

6.根据权利要求5所述的集成电路，还包括：

7.根据权利要求6所述的集成电路，其中，所述光检测区被配置为在所述第二方向上感应所述本征电场。

8.根据权利要求7所述的集成电路，其中，所述开口包括第一端和在所述第二方向上与所述第一端间隔开的第二端，并且在垂直于所述第一方向和所述第二方向中的每一个的第三方向上，所述开口在所述第一端处比在所述二端处宽。

9.根据权利要求8所述的集成电路，其中，在所述第三方向上，所述开口在所述第一端处比在所述第二端处宽至少75％。

10.根据权利要求5所述的集成电路，和/或其中所述掩模在平行于所述第一光轴的方向上具有大致0.6微米的厚度。

11.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述漏极区通过电荷转移信道耦合到所述光检测区。

12.根据权利要求11所述的集成电路，还包括：

13.根据权利要求12所述的集成电路，其中，所述转移门被配置为接收控制信号，并使用所述控制信号使所述电荷转移信道偏压以转移电荷载体。

14.根据权利要求6所述的集成电路，还包括含有所述光检测区、所述第一电荷存储区和所述漏极区的像素，其中，所述像素具有小于或等于7.5微米×5微米的面积。

15.一种制造根据权利要求1所述的集成电路的方法，所述方法包括：

16.根据权利要求15所述的方法，还包括通过所述开口掺杂所述光检测区。

17.一种集成电路，包括：

18.根据权利要求17所述的集成电路，还包括：

19.根据权利要求18所述的集成电路，其中：

20.根据权利要求19所述的集成电路，其中：

21.一种集成电路，包括：

22.根据权利要求21所述的集成电路，其中：

23.根据权利要求22所述的集成电路，还包括：

24.一种集成电路，包括：

25.根据权利要求24所述的集成电路，其中，所述至少一个漏极层定位在所述光检测区被配置为接收入射光子的第一方向上所述光检测区之后。

26.根据权利要求25所述的集成电路，其中，所述至少一个漏极层包括收集层，其被配置为当所述收集层电耦合到直流(dc)电源电压时将所述电荷载体丢弃到所述dc电源电压。

27.根据权利要求26所述的集成电路，其中，所述收集层包括与所述光检测区相同的半导体掺杂类型。

28.根据权利要求27所述的集成电路，其中，所述至少一个漏极层还包括安置在所述收集层和所述光检测区之间的保护层，所述保护层和所述收集层具有相反的导电类型。

29.根据权利要求25所述的集成电路，还包括通过电荷转移信道区耦合到所述光检测区的至少一个电荷存储区。

30.根据权利要求29所述的集成电路，其中，所述至少一个漏极层的至少一部分安置在所述第一方向上所述至少一个电荷存储区的第一电荷存储区之后。

31.根据权利要求30所述的集成电路，其中，所述至少一个漏极层的所述至少一部分包括所述收集层的至少一部分。

32.根据权利要求31所述的集成电路，其中，所述至少一个漏极层还包括耦合到所述保护层并且定位在所述第一方向上所述第一电荷存储区之后的第一屏障区。

33.根据权利要求32所述的集成电路，其中，所述第一屏障区和所述第一电荷存储区具有相反的导电类型。

34.根据权利要求33所述的集成电路，其中，所述保护层和所述第一屏障区进一步被耦合到至少部分地安置在所述第一电荷存储区和所述光检测区之间的第二屏障区。

35.一种集成电路，包括：

36.根据权利要求35所述的集成电路，其中，所述多个像素中的每个像素还包括第一转移门，其被配置为从所述控制电路接收控制信号，并使用所述控制信号控制电荷载体从所述光检测区到所述电荷存储区的转移。

37.根据权利要求36所述的集成电路，其中，所述控制信号是正弦控制信号。

38.根据权利要求37所述的集成电路，其中，所述控制信号是方波控制信号。

39.根据权利要求36所述的集成电路，其中，所述多个像素中的每个像素包括多个转移门，所述转移门包括所述第一转移门并且被配置为从所述控制电路接收相应的多个控制信号，所述多个控制信号彼此异相。

40.根据权利要求39所述的集成电路，其中，所述多个控制信号包括彼此180度异相的两个控制信号。

41.根据权利要求39所述的集成电路，其中，所述多个控制信号包括彼此120度异相的三个控制信号。

42.根据权利要求39所述的集成电路，其中，所述多个控制信号在时间上的多个点处总和为恒定值。

43.根据权利要求39所述的集成电路，其中，所述多个像素中的每个像素还包括漏极区，并且所述多个转移门还包括第二转移门，其被配置为控制电荷载体从所述光检测区到所述漏极区的转移。

44.一种集成电路，包括：

45.根据权利要求44所述的集成电路，还包括电耦合到所述光检测区的电荷存储区和被配置为控制电荷载体从所述光检测区到所述电荷存储区的转移的转移门。

46.根据权利要求44所述的集成电路，还包括平行于所述第一方向延伸的至少一个屏障。

47.根据权利要求46所述的集成电路，其中，所述至少一个屏障包括平行于所述第一方向延伸并且定位在垂直于所述第一方向的方向上所述光检测区的相对侧上的第一屏障和第二屏障。

48.根据权利要求44所述的集成电路，其中，所述表面包括多个开口。

49.根据权利要求48所述的集成电路，其中，所述多个开口包括具有沿着所述表面安置的基部的三角形开口。

50.根据权利要求49所述的集成电路，其中，所述多个开口包括锥形开口。

51.根据权利要求50所述的集成电路，其中，所述多个开口包括与所述表面的折射率相比具有更大折射率的材料。

52.根据权利要求51所述的集成电路，其中，所述多个开口包括与所述表面的介电常数相比具有更大介电常数的材料。

53.一种制造根据权利要求47所述的集成电路的方法，所述方法包括移除所述表面的至少一部分以建立所述多个开口。

54.根据权利要求53所述的方法，还包括采用与所述表面的折射率相比具有更大折射率的材料至少部分地填充所述多个开口。

技术总结
本文描述的技术的方面涉及改进的基于半导体的图像传感器设计。在一些实施例中，集成电路可以包括光检测区和电耦合到光检测区的漏极区，并且光检测区可以被配置为在从光检测区到漏极区的方向上感应本征电场。在一些实施例中，电荷存储区和漏极区可以位于光检测区的同一侧。在一些实施例中，至少一个漏极层可以被配置为经由光检测区接收入射光子和/或电荷载体。在一些实施例中，集成电路可以包括多个像素和被配置为控制多个像素中电荷载体的转移的控制电路。

技术研发人员：埃里克·A·G·韦伯斯特,崔昶勋,杨大江,托德·雷里克,凯尔·普雷斯顿,阿里·卡比里,杰勒德·施密德,王欣
受保护的技术使用者：宽腾矽公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15