【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分子检测和感测的高通量分析系统
[0001]本公开总体上涉及生物医学样本分析系统，并且更具体地，涉及用于提供可缩放、高速且高通量的分子检测和分析的高通量系统。
技术介绍
[0002]生物样本分析系统用于如核酸测序应用等各种应用。这些应用中的一些应用可能需要高通量和通量可缩放性，因此需要增加在这种应用中使用的传感器(例如，图像传感器)的像素阵列大小。在现有分析系统中，获得图像传感器的大像素阵列大小的传统方式是根据通量要求定制图像传感器的设计。例如，对于要求CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器具有特定像素阵列大小的应用，设计者将会需要定制或完全重新设计具有较小像素阵列大小的现有图像传感器。对于大像素阵列大小的图像传感器，图像传感器的重新设计可能不仅要求在图像传感器中结合更多光电二极管，而且要求重新设计如处理光电二极管生成的电信号所必需的驱动器和读出电路等信号处理电路。
技术实现思路
[0003]针对特定应用重新设计图像传感器可能涉及有挑战性的设计任务、由于制造工作的半导体传感器芯片所需的设计测试周期而延长的上市时间以及因此更高的重新设计成本。此外，如果许多特定系统通量要求针对不同的应用需要不同的像素阵列大小，则重新设计的成本可能迅速上升到不切实际或过高的水平。进一步地，重新设计图像传感器的传统方法可能与较差的系统可缩放性相关联。例如，如果图像传感器制造商具有针对几十个不同市场或应用的不同分析产品，则可能需要单独设计具有不同像素阵列大小的图像传感器。但是较小像素阵列大小的图像传感器的设计可能不容易
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放图像感测系统，包括：多个图像传感器，所述多个图像传感器被配置成检测由于分析所述生物或化学样本而发射的光的至少一部分，其中，所述多个图像传感器布置在单个半导体晶圆的多个晶圆级封装半导体管芯上；并且其中，所述多个图像传感器中的每个图像传感器设置在所述多个晶圆级封装半导体管芯中的单独半导体管芯上，其中，相邻的晶圆级封装半导体管芯被切割道分开，并且其中，所述多个晶圆级封装半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个晶圆级封装半导体管芯能够作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个图像传感器中的图像传感器的数量是基于所述通量可缩放图像感测系统的通量缩放要求并且基于所述多个图像传感器中的每个图像传感器的通量容量来确定的。3.如权利要求1和2中任一项所述的系统，其中，所述多个图像传感器中的图像传感器彼此电隔离。4.如权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述多个图像传感器中的至少一个图像传感器包括至少部分地包围重新分布层的导体的贯穿通孔，所述导体电耦接导电焊盘和对应的导电球体，其中，所述导电焊盘设置在所述单个半导体晶圆的第一表面处，并且所述导电球体设置在所述单个半导体晶圆的第二表面处。5.如权利要求4所述的系统，其中，所述多个图像传感器包括基于硅的CMOS图像传感器，其中，所述贯穿通孔是一个或多个硅通孔，并且其中，所述导电焊盘和所述导电球体仅通过所述重新分布层的对应导体电耦接。6.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述多个图像传感器中的每个图像传感器包括：光子检测层，所述光子检测层包括多个光敏元件；以及多个导电层，其中，所述多个导电层被设置成比所述多个光敏元件距所述生物或化学样本更远。7.如权利要求6所述的系统，其中，所述光子检测层被配置成：检测由于分析所述生物或化学样本而发射的光的所述至少一部分中的光子；以及基于检测到的光子生成电信号，其中，所述多个导电层被配置成将所述光敏元件电耦接到导电焊盘。8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，进一步包括信号处理电路，所述信号处理电路电耦接到所述多个图像传感器中的每个图像传感器，所述信号处理电路被配置成独立于其他图像传感器处理由所述图像传感器的多个光敏元件生成的电子信号。9.如权利要求8所述的系统，其中，所述信号处理电路包括滚动快门，其中，所述滚动快门使得能够顺序地读出由所述图像传感器的所述多个光敏元件生成的电信号。10.如权利要求8所述的系统，其中，所述信号处理电路包括全局快门，其中，所述全局快门使得能够基本上并发地读出由所述图像传感器的所述多个光敏元件生成的电信号。11.如权利要求8所述的系统，其中，所述信号处理电路包括事件触发型快门，所述事件触发型快门包括检测电路，所述检测电路被配置成：
将所述图像传感器的所述多个光敏元件的一个或多个电压输出与阈值电压进行比较；以及基于所述比较的结果选择性地读出由所述多个光敏元件生成的电信号。12.如权利要求1至11中任一项所述的系统，进一步包括单个光学波导，所述单个光学波导跨所述图像传感器所布置于的所述多个晶圆级封装半导体管芯设置，其中，所述单个光学波导被配置成沿所述单个光学波导的纵向方向输送激发光，并且其中，所述单个光学波导包括与所述图像传感器所布置于的所述多个晶圆级封装半导体管芯接触的基本上平坦的表面。13.如权利要求12所述的系统，进一步包括：过滤器，所述过滤器设置在所述单个光学波导与所述多个图像传感器中的至少一个图像传感器之间，其中，所述过滤器被配置成去除具有第一波长范围的实质部分的光，其中，所述第一波长范围不同于与由于分析所述生物或化学样本而发射的所述光相关联的一个或多个波长范围。14.如权利要求12和13中任一项所述的系统，进一步包括：流体反应通道，所述流体反应通道部分地由所述单个光学波导界定，其中，所述流体反应通道被配置成交换用于分析所述生物或化学样本的液体试剂，并且其中，所述流体反应通道包括与所述单个光学波导接触的基本上平坦的表面。15.如权利要求1至5中任一项所述的系统，进一步包括：光学元件，所述光学元件与多个微透镜相关联，其中，所述多个微透镜中的至少一些相邻微透镜被一个或多个开口分开，所述一个或多个开口被配置成接收所述生物或化学样本；其中，所述多个图像传感器中的每个图像传感器包括：光子检测层，所述光子检测层包括多个光敏元件；多个导电层，其中，所述多个导电层被设置成比所述多个光敏元件距所述生物或化学样本更远；以及过滤器，所述过滤器设置在所述多个光敏元件与同所述多个微透镜相关联的所述光学元件之间。16.如权利要求15所述的系统，其中，由于分析所述生物或化学样本而发射的光包括化学发光光。17.如权利要求15和16中任一项所述的系统，进一步包括：钝化层，所述钝化层被设置成与所述过滤器接触；第一导电层，所述第一导电层被设置成与所述钝化层接触，所述第一导电层是基本上平坦的；以及第二导电层，所述第二导电层设置在所述第一导电层和所述多个微透镜上方，其中，所述第二导电层弯曲以将由于分析所述生物或化学样本而发射的光的所述至少一部分引导到所述过滤器，并且其中，所述第一金属层和所述第二金属层在所述一个或多个开口处中断。18.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述多个图像传感器中的每个图像传感器包括：
光子检测层，所述光子检测层包括多个光敏元件；过滤器，所述过滤器包括平坦部分和过滤器突起，其中，所述过滤器突起被配置成提供将由于分析所述生物或化学样本而发射的所述光的至少一部分引导到所述多个光敏元件的过滤器通道；以及多个导电层，所述多个导电层设置在所述多个光敏元件与所述过滤器层的所述平坦部分之间。19.如权利要求18所述的系统，进一步包括：钝化层，所述钝化层被设置成与所述过滤器层的所述平坦部分接触；以及流体反应通道，所述流体反应通道被设置成跨所述多个图像传感器与钝化层接触，其中，所述流体反应通道被配置成交换用于分析所述生物或化学样本的液体试剂，并且其中，由于分析所述生物或化学样本而发射的光的所述至少一部分是由于激光激发所述生物或化学样本而发射的荧光光。20.一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放化学感测系统，包括：多个化学敏感传感器，所述多个化学敏感传感器被配置成检测离子浓度，其中，所述多个化学敏感传感器布置在单个半导体晶圆的多个晶圆级封装半导体管芯上，并且其中，所述多个化学敏感传感器中的每个化学敏感传感器设置在所述多个晶圆级封装半导体管芯中的单独晶圆级封装半导体管芯上，其中，相邻的晶圆级封装半导体管芯被切割道分开，并且其中，所述多个晶圆级封装半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个晶圆级封装半导体管芯能够作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割，并且其中，所述多个化学敏感传感器中的至少一个化学敏感传感器包括：多个离子敏感场效应晶体管(ISFET)，所述多个ISFET中的至少一个ISFET包括半导体衬底、设置在所述半导体衬底上方的浮栅结构和设置在所述浮栅结构上方的介电层，其中，一个或多个阱设置在所述介电层上方或至少部分地设置在所述介电层内部，其中，所述生物或化学样本的至少一部分能够设置在所述一个或多个阱内部。21.如权利要求20所述的系统，其中，所述多个化学敏感传感器中的化学敏感传感器的数量是基于所述通量可缩放系统的通量缩放要求并且基于所述多个化学敏感传感器中的每个化学敏感传感器的通量容量来确定的。22.如权利要求20和21中任一项所述的系统，其中，所述多个化学敏感传感器中的所述化学敏感传感器彼此电隔离。23.如权利要求20至22中任一项所述的系统，其中，所述多个化学敏感传感器中的所述至少一个化学敏感传感器进一步包括至少部分地包围重新分布层的导体的贯穿通孔，所述导体电耦接导电焊盘和对应的导电球体，其中，所述导电焊盘设置在所述单个半导体晶圆的第一表面处，并且所述导电球体设置在所述单个半导体晶圆的第二表面处。24.如权利要求23所述的系统，其中，所述多个化学敏感传感器包括硅基底传感器，其中，所述贯穿通孔是一个或多个硅通孔，并且其中，所述导电焊盘和所述导电球体仅通过所述重新分布层的对应导体电耦接。25.如权利要求20至24中任一项所述的系统，其中，所述浮栅结构包括：第一导电层，所述第一导电层被设置成与所述介电层接触；
多晶硅栅极；以及一个或多个中间导电层，所述一个或多个中间导电层设置在所述第一导电层与所述多晶硅栅极之间。26.如权利要求25所述的系统，其中，所述第一导电层包括尺寸与一个或多个阱的尺寸基本上相同的各部分。27.如权利要求25和26中任一项所述的系统，其中，所述介电层包括氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(Si2N2O)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化锡或二氧化锡(SnO2)中的至少一种。28.一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放感测系统，包括：多个基于跨膜孔的传感器，所述多个基于跨膜孔的传感器被配置成检测由于分析所述生物或化学样本而致的电流变化，其中，所述多个基于跨膜孔的传感器布置在单个半导体晶圆的多个晶圆级封装半导体管芯上，并且其中，所述多个基于跨膜孔的传感器中的每个基于跨膜孔的传感器设置在所述多个晶圆级封装半导体管芯中的单独晶圆级封装半导体管芯上，其中，相邻的晶圆级封装半导体管芯被切割道分开，并且其中，所述多个晶圆级封装半导体管芯和多个切割道被布置成使得所述多个晶圆级封装半导体管芯能够作为一组从所述单个半导体晶圆进行切割，并且其中，所述一组基于跨膜孔的传感器中的至少一个基于跨膜孔的传感器包括：半导体衬底，一个或多个检测电极，所述一个或多个检测电极设置在所述半导体衬底上方，所述一个或多个检测电极能够检测所述电流变化，脂质双层，所述脂质双层设置在所述一个或多个检测电极上方，所述脂质双层包括被定位成与所述一个或多个检测电极的位置相对应的一个或多个跨膜孔。29.如权利要求28所述的系统，其中，所述多个基于跨膜孔的传感器中的基于跨膜孔的传感器的数量是基于所述通量可缩放系统的通量缩放要求并且基于所述多个基于跨膜孔的传感器中的每个基于跨膜孔的传感器的通量容量来确定的。30.如权利要求28和29中任一项所述的系统，其中，所述多个基于跨膜孔的传感器中的所述基于跨膜孔的传感器彼此电隔离。31.如权利要求28至30中任一项所述的系统，其中，所述一组基于跨膜孔的传感器中的所述至少一个基于跨膜孔的传感器进一步包括至少部分地包围重新分布层的导体的贯穿通孔，所述导体电耦接导电焊盘和对应的导电球体，其中，所述导电焊盘设置在所述单个半导体晶圆的第一表面处，并且所述导电球体设置在所述单个半导体晶圆的第二表面处。32.如权利要求31所述的系统，其中，所述多个基于跨膜孔的传感器是硅基底传感器，其中，所述贯穿通孔是一个或多个硅通孔，并且其中，所述导电焊盘和所述导电球体仅通过所述重新分布层的对应导体电耦接。33.如权利要求28至32中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个跨膜孔包括蛋白质孔、多核苷酸孔和固态孔中的至少一种。34.如权利要求28至33中任一项所述的系统，其中，所述脂质双层包括平面脂质双层、支撑双层或脂质体中的至少一种。
35.如权利要求28至34中任一项所述的系统，其中，所述多个基于跨膜孔的传感器中的所述至少一个基于跨膜孔的传感器进一步包括钝化层，所述钝化层包括一个或多个开口，其中，所述一个或多个检测电极设置在所述钝化层的所述一个或多个开口内。36.一种用于分析生物或化学样本的通量可缩放光子感测系统，包括：多个光子检测传感器，所述多个光子检测传感器被配置成基于所述生物或化学样本执行单分子分析，其中，所述多个光子检测传感器布置在单个半导体晶圆的多个晶圆级封装半导体管芯上，其中，所述多个光子检测传感器中的每个光子检测传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：严媚，
申请(专利权)人：上海芯像生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。