專利名稱：傳感器器件和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器器件，所述傳感器器件包括承載感測元件的基板以及在所述基板上用于為所述感測元件提供互連的金屬化堆疊。本發(fā)明還涉及一種制造這種傳感器器件的方法。
背景技術(shù)：
由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，在集成于單片電路中的傳感器的感測表面上檢測單個捕獲事件變得可行。在PCT專利申請W02009/047703中公開了這種傳感器的示例，其中，捕獲分子形成電容器的絕緣層，電容器的基板分別由導(dǎo)電感測表面和流體樣品(sample)形成。 捕獲事件引起絕緣層的介電常數(shù)的變化，介電常數(shù)的變化影響電容器的電容，其中，所述絕緣層包括傳感器表面正上方的發(fā)生捕獲事件的部分。例如，如在本申請中的情況下一樣，可以作為通過晶體管的電流的偏置來測量電容的變化。在PCT專利申請W02008/132656中公開了一種備選方案，其中，公開了一種外延?xùn)艠O(extended-gate)場效應(yīng)晶體管，所述外延?xùn)艠O場效應(yīng)晶體管在外延?xùn)艠O的表面上具有捕獲分子，使得晶體管的柵極電位可以被捕獲事件改變。可以利用生物受體(biorec印tor)來功能化(functionalized)這種傳感器的傳感器電極，所述生物受體即是能夠結(jié)合(接收(receive))感興趣的特定分析物以檢測感興趣的特定分析物的單分子結(jié)合事件的分子或成分，通常是一些生物受體。此外，由于可以使電極小型化到nm量級這一事實，所以可以為單個集成電路(IC)提供這種傳感器電極的陣列，從而例如通過在相同時間測量不同樣品來便于并行讀取的大量傳感器的性能。為了實現(xiàn)有意義的讀取，這種傳感器器件典型地包括反電極(counter electrode)，所述反電極用于提供基準(zhǔn)電位，相對于該基準(zhǔn)電位來校準(zhǔn)從傳感器結(jié)合事件得到的信號。在PCT專利申請W02009/074926中，公開了一種傳感器結(jié)構(gòu)，其中，測量電極集成在線后端(BE0L,back end of line)金屬化堆疊(metallization stack)的頂部金屬層中，反電極設(shè)置在BEOL金屬化堆疊的外部。例如，在W02009/047703中，在芯片封裝工藝期間安裝反電極。然而這需要附加的工藝步驟，并且使封裝過程復(fù)雜化。此外，在封裝中提供單個反電極嚴(yán)重地限制了并行執(zhí)行多個獨立捕獲事件的可能性。在W02009/074926中，提出將反電極集成在BEOL金屬化堆疊的頂部金屬化層中。 然而這意味著必須在與基板中的感測元件相連的工作電極與反電極之間共享該頂部金屬化中的可用空間量，從而將傳感器器件的最大可能數(shù)目(multiplicity)減小大約因子2。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種傳感器器件，該傳感器器件克服了上述缺陷中的至少一些。本發(fā)明還旨在提供一種制造這種傳感器器件的方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種傳感器器件，包括承載感測元件的基板以及在所述基板上用于為所述感測元件提供互連的金屬化堆疊，所述金屬化堆疊包括被絕緣層分離的多個圖案化金屬層，其中，第一金屬層包括與感測元件導(dǎo)電地連接的電極部分，面對第一金屬層的另一金屬層包括基準(zhǔn)電極部分，從金屬化堆疊的頂部可訪問的流體溝道將電極部分和基準(zhǔn)電極部分分離。因此，提供了一種傳感器器件，其中，傳感器電極和反電極都集成在BEOL金屬化堆疊中，其中，流體溝道用于在傳感器電極與反電極之間引導(dǎo)樣品，從而將這些電極分離。 因此，得到了一種傳感器器件，其中，由于不必在兩個電極之間共享單個金屬層的面積，所以可以使并聯(lián)電極的密度最大化，即，由于樣品室也集成在BEOL金屬化堆疊中，并且可以以諸如CMOS工藝之類的半導(dǎo)體工藝技術(shù)來制造BEOL金屬化堆疊，所以比現(xiàn)有器件更緊湊。優(yōu)選地，還從基板去除所述另一金屬層而不是第一金屬層，因為這意味著使電極部分到感測器件的距離最小化，這使得器件的制造復(fù)雜度最小化。更優(yōu)選地，所述另一金屬層是上部金屬層。在實施例中，面對流體溝道的電極部分的表面承載至少一個生物受體分子。這具有的優(yōu)點是，傳感器器件可以檢測感興趣的特定分析物的單分子結(jié)合事件，例如，參與到特定“鎖和鍵(lock and key)型”結(jié)合事件中的分析物。在另一實施例中，基板承載多個感測元件，每個感測元件導(dǎo)電地連接至第一金屬層中相應(yīng)的電極部分。這具有的優(yōu)點是，可以并行地執(zhí)行多個感測事件。優(yōu)選地，所述相應(yīng)的電極部分中的至少一些位于分離的流體溝道中，使得可以對不同的樣品并行地執(zhí)行多個感測事件。為此，每個分離的流體溝道可以包括面對電極部分的反電極部分。優(yōu)選地，電極部分和反電極部分由相同金屬制成，以避免兩個電極之間的電化效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造傳感器器件的方法，包括提供承載感測元件的基板；以及在所述基板上形成用于為所述感測元件提供互連的金屬化堆疊，其中，形成所述金屬化堆疊的步驟包括形成通過先前沉積的絕緣層的導(dǎo)電連接，以建立與感測元件的導(dǎo)電連接；在先前沉積的絕緣層上形成第一圖案化金屬層，所述圖案化金屬層包括與導(dǎo)電連接導(dǎo)電地接觸的電極部分；在第一圖案化金屬層上沉積包括另一絕緣層的另一層堆疊，所述另一絕緣層包括在電極部分上的犧牲區(qū)；將所述另一層堆疊的上部部分圖案化，以向犧牲區(qū)形成反電極開口 ；用第二金屬填充反電極開口，從而形成通過犧牲區(qū)與電極部分分離的反電極部分；通過所述另一層堆疊的至少一部分，來為犧牲區(qū)提供入口 ；以及通過經(jīng)由所述入口來去除犧牲區(qū)，在電極部分與反電極部分之間形成流體溝道。因此，本發(fā)明的方法產(chǎn)生了一種傳感器器件，其中，感測電極和反電極以及包括這些電極的樣品室都集成在BEOL金屬化堆疊中，而不需要非標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝步驟，因此產(chǎn)生了一種提供這種傳感器器件的節(jié)約成本的方法。在實施例中，形成通過先前沉積的絕緣層的導(dǎo)電連接以及形成第一圖案化金屬層的步驟包括在先前沉積的絕緣層上沉積蝕刻停止層；將所述蝕刻停止層圖案化為至少在所述蝕刻停止層中形成電極開口 ；形成通過所述電極開口的導(dǎo)電連接；以及用第一金屬來填充電極開口，從而提供通過先前沉積的絕緣層與感測元件導(dǎo)電地連接的電極部分。這便于通過蝕刻步驟來去除犧牲部分?？梢酝ㄟ^在去除犧牲區(qū)期間以O(shè)V來偏置晶片來執(zhí)行所述蝕刻步驟，這使得可以從電極部分與反電極部分之間有效地去除犧牲部分。
備選地，犧牲區(qū)可以包括熱可分解材料，其中，通過所述入口來去除犧牲區(qū)的步驟包括將晶片加熱到可分解材料的分解溫度以上，直到可分解材料完全分解為止。這具有的優(yōu)點是可以無需使用蝕刻停止層。 在實施例中，基板承載傳感器元件的陣列，所述方法包括為每個感測元件提供電極部分；以及為每個電極部分提供分離的流體溝道。這樣，包括傳感器陣列(例如，二維傳感器陣列)的傳感器器件可以被設(shè)置為使得可以用于同時測量不同的樣品。方法還可以包括使流體溝道外露于包括生物受體在內(nèi)的成分；以及將生物受體粘附到電極部分，使得感測電極變得對感興趣的特定分析物靈敏。


參考附圖，以非限制性示例的方式，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例，其中圖1示意性地示出了傳感器器件；圖2示意性地示出了在本發(fā)明的方法實施例的第一步驟之后的中間結(jié)構(gòu)；圖3-7示意性地示出了在本發(fā)明的方法的后續(xù)步驟之后的不同中間結(jié)構(gòu)；圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的傳感器器件的頂視圖；圖9示意性地示出了傳感器器件沿線A-A’的截面圖；以及圖10示意性地示出了傳感器器件沿線B-B’的截面圖。
具體實施例方式應(yīng)理解，附圖僅僅是示意性地而非按比例繪制的。還應(yīng)理解，所有附圖當(dāng)中相同附圖標(biāo)記用于指示相同或相似的部分。圖1示意性地示出了傳感器器件10的非限制示例。傳感器器件10具有有源組件 12 (例如，晶體管)，所述有源組件12的控制端子導(dǎo)電地耦合至流體或樣品室14中的工作電極16。室14還包括反電極18。典型地功能化工作電極16的表面，以變得對感興趣的特定分析物靈敏，所述感興趣的特定分析物可以是對哺乳動物(例如，人)的身體狀況加以表示的混合物。工作電極 16的表面可以例如承載一個或多個受體分子(例如，抗體)，以與蛋白質(zhì)形成特異性結(jié)合對，工作電極16的表面可以承載用于復(fù)制的DNA鏈部分等等?？梢砸匀魏魏线m的方式(例如，通過自組裝)來功能化工作電極1 6的表面。為此，工作電極16可以由諸如銅之類的金屬制成，公知銅可以用于在工作電極16的表面上形成自組裝單層(SAM，self-assembled monolayer)。在操作中，感興趣的分析物與工作電極16的功能化表面之間的相互作用影響傳感器器件10的柵極電位Ve。這因此改變了有源組件12的源漏電位Vds，所述有源組件12可以用于檢測和量化工作電極16的表面處的結(jié)合事件。感興趣的讀者可以參考PCT專利申請TO2009/047703和W02009/074^6來獲得對這種傳感器器件的操作的更詳細(xì)描述。應(yīng)注意，為了避免本發(fā)明中的任何不確定，可以使用任何合適的有源組件12。例如，工作電極16不必電連接到有源組件12的控制端子(例如，MOS晶體管的柵極)。相反， 工作電極可以形成感測電容器的第一極板，而第二極板由流體室14中的介質(zhì)來提供，而極板之間的電介質(zhì)由工作電極表面上的功能層(例如，SAM)來提供。在這種情況下，基準(zhǔn)電極16對感測電容器的第二極板上的電位進(jìn)行感測。其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。根據(jù)本發(fā)明，提供了傳感器器件10，其中，工作電極16、基準(zhǔn)電極18和流體室14 全都集成在芯片的BEOL中。這具有的優(yōu)點是，使制造傳感器器件10的工藝步驟的數(shù)目最小化，并且所有步驟都與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝步驟(例如，CMOS工藝)兼容。在下文中，將以非限制性示例的方式使用CMOS BEOL工藝來給出制造這種傳感器器件10的實施例。應(yīng)理解， 本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于其他類型半導(dǎo)體工藝的BEOL部分。圖2示出了本發(fā)明的方法實施例的第一步驟。提供了基板100(例如，可以是單晶基板的硅基板)，在所述基板100中形成了有源組件110。例如，有源組件110可以是nMOS 和/或pMOS晶體管，每個有源組件110具有源極區(qū)112、漏極區(qū)114和柵極端子116，柵極端子形成在源極區(qū)112和漏極區(qū)114之間的溝道區(qū)上?？梢允褂脺\溝槽絕緣體(shallow trench insulation) 102來將不同的有源組件10彼此分離。具有有源組件110的基板100 可以具有任何合適的形式，并且不限于本發(fā)明。此外，由于為基板100提供有源組件110是本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)，所以僅為了簡明起見而不在進(jìn)一步詳細(xì)說明這一點。當(dāng)為基板100提供了有源組件110和絕緣層120 (有時也稱作前端工藝)之后，開始形成互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)用于將不同的有源組件110彼此互連，并為所選的有源組件110提供外部觸點。在開始BEOL工藝之前，基板100通常被絕緣材料層120覆蓋，以使基板100及其有源組件100與要在BEOL工藝中形成的互連結(jié)構(gòu)電絕緣。在本發(fā)明中，術(shù)語 “層”旨在包括單層結(jié)構(gòu)以及出于相同目的的多層結(jié)構(gòu)，例如，用于在兩個導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間提供絕緣結(jié)構(gòu)的三層堆疊將被稱作單層。例如，在圖1中，絕緣層120可以包括相對厚的絕緣材料層121以及相對薄的擴(kuò)散阻擋材料層131，所述擴(kuò)散阻擋材料層131防止金屬材料滲透到絕緣材料121中。絕緣材料 121可以是任何合適的絕緣材料，例如S^2或Si3N4。擴(kuò)散阻擋材料131可以是任何合適的材料，例如，碳化硅(SiC)。在BEOL工藝中，典型地切開(open)絕緣層120以在絕緣層120 中形成到基板100的下覆部分(underlying part)的通孔，例如，到有源組件110的源極端子或漏極端子的通孔122，以及到有源組件110的柵極端子的通孔124。典型地，在絕緣層 120的頂部形成第一金屬化層130a。金屬化層130a典型地是由被絕緣材料分離的導(dǎo)電部分132形成的層，所述絕緣材料可以與用于絕緣層120a的絕緣材料121相同。任何合適的導(dǎo)電材料(例如，金屬)可以用于導(dǎo)電部分132，并且這些導(dǎo)電材料可以以任何合適的方式形成在金屬化層130a中。例如，可以通過以下方式來形成金屬化層130a 沉積絕緣材料，切開絕緣材料以形成要由導(dǎo)電部分132、134填充的凹口，以任何合適的方式形成通過這些凹口的通孔122、124，最后以任何合適的方式(例如，通過雙大馬士革工藝(dual Damascene process))用導(dǎo)電部分132、134來填充凹口。例如，可以在第一金屬化層120a上形成BEOL 工藝的第一絕緣層120a之前，通過化學(xué)機械拋光(CMP)步驟來將生成的結(jié)構(gòu)平面化。如公知的，可以多次重復(fù)該過程，以在BEOL工藝中構(gòu)造金屬化堆疊。在圖2中，已經(jīng)形成了使兩個圖案化的金屬化層130a、130b電絕緣的第一絕緣層120a。要重申的是，這些層是可以以任何合適的方式來形成的。根據(jù)沿用已久的命名法，第N絕緣層也稱作Via-N 層，第N金屬化層也稱作Metal-N層。根據(jù)本發(fā)明實施例，通過以下方式來形成第二絕緣層120b 通過等離子增強化學(xué)
7汽相沉積(PECVD)來沉積SiC、Si&和SiC的堆疊，然后沉積SiO2、Si3N4和SW2堆疊。SW2 層由附圖標(biāo)記121來表示，而Si3N4層由附圖標(biāo)記140來表示。應(yīng)理解，僅以非限制性示例的方式在Metal-2層頂部形成這些堆疊。這些堆疊可以形成在BEOL工藝的任何金屬化層上。接下來，將Si02/Si3N4/Si&堆疊圖案化，以便于例如通過雙大馬士革工藝來形成 Via-2和Metal-3溝槽，所述雙大馬士革工藝可以包括用于對要去除的Si02/Si3N4/Si&堆疊的一部分加以限定的光刻步驟以及隨后的干蝕刻。然后通過使用Ta/TaN、Ag、Al、Pd、Pt、 W和/或Cu，利用金屬或金屬堆疊來填充通孔和溝槽。然后可以例如通過CMP步驟將金屬堆疊平面化。圖3所示的生成的結(jié)構(gòu)具有多個電極部分16以及在金屬化層130c中限定的一些源極/漏極觸點134。在本示例實施例中，電極部分16經(jīng)由多個下覆金屬部分134和通孔124導(dǎo)電地連接至柵極端子116。源極/漏極觸點134或漏極端子經(jīng)由多個下覆金屬部分132和通孔122導(dǎo)電地連接至源極/漏極端子112、114。接下來，如圖4所示，通過PECVD來沉積由SiC 131和SW2 121構(gòu)成的第一堆疊以及由SiC 131和SiA 121構(gòu)成的第二堆疊。這些堆疊分別限定了 Via-3和Metal-4層 120c和130d，如從下文中顯而易見的?？梢砸匀魏魏线m的方式將第二堆疊圖案化，以便于將通孔溝槽蝕刻到Via-3層120c中，此后例如通過使用Ta/TaN、Ag、Al、Pd、Pt、W和/或Cu 以金屬或金屬堆疊來填充通孔溝槽和接合焊盤。可以通過兩個分離的蝕刻步驟來執(zhí)行這一操作在第一蝕刻步驟中形成用于通孔的各個溝槽，然后在后續(xù)的蝕刻步驟中用抗蝕劑來保護(hù)通孔溝槽并形成電極和/或接合焊盤開口。在去除抗蝕劑之后，可以以任何合適的方式用金屬來填充通孔溝槽和電極和/或接合焊盤開口。然后可以例如通過CMP步驟來將金屬堆疊平面化。在生成的結(jié)構(gòu)的頂部，可以沉積擴(kuò)散阻擋層131(例如，SiC層)，以避免在后續(xù)光刻步驟中的任何光致抗蝕劑中毒(poisoning)。圖5示出了生成的結(jié)構(gòu)。Metal-4層130d包含通過通孔122與下覆金屬化結(jié)構(gòu)相連的源極/漏極觸點134以及與下覆Metal-3層130c中的工作電極部分16面對的反電極部分18。優(yōu)選地，電極部分16和基準(zhǔn)電極部分18由相同的材料制成，以避免在這些電極之間出現(xiàn)電池效應(yīng)。此時，注意力集中到Via-3層120c的加亮區(qū)域144。該區(qū)域?qū)㈦姌O部分16與反電極部分18分離，在后續(xù)的工藝步驟中將從Via-3層120c去除該區(qū)域，以在電極部分16與反電極部分18之間形成流體溝道。為此，用于在后續(xù)工藝步驟中被去除的Via-3層120c 的區(qū)144將稱作犧牲區(qū)144。在下一步驟中，使用合適的掩模材料150來掩蔽圖5的生成結(jié)構(gòu)，其中，利用掩模 150來保護(hù)反電極部分18和源極/漏極觸點134。隨后蝕刻溝槽152通過Metal-4層130d 和Via-3層120c，以便提供通往犧牲區(qū)144的入口。圖6中示出了這一點。例如，可以使用任何合適的干蝕刻方法來執(zhí)行這一操作。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知如何執(zhí)行各向同性蝕刻通過諸如SiO2之類的電介質(zhì)層，因此僅為了簡明起見而不再進(jìn)一步詳細(xì)論述干蝕刻法。 下覆Si3N4層140以及金屬部分16和134可以用作用于形成入口蝕刻溝槽152的蝕刻停止層。換言之，下覆Si3N4層140以及金屬部分16和134對于用于形成入口溝槽152的蝕刻法是惰性的。在下一步驟中，如圖7所示，優(yōu)選地通過使用與形成入口溝槽152的蝕刻法相同的蝕刻法，來去除犧牲區(qū)144的其余部分。為了橫向去除Via-3層130c中的一個或多個電介質(zhì)層，在蝕刻步驟期間，所述一個或多個電介質(zhì)層中由基板10形成其一部分的晶片受到偏置電壓。OV偏置電壓下結(jié)果是最優(yōu)的。因此，在電極部分16和反電極部分18之間形成流體室14，可以通過入口溝槽152來訪問該流體室14，入口溝槽152和流體室14的結(jié)合形成了通過BEOL金屬化堆疊的流體溝道，流體溝道中一個或多個工作電極16和基準(zhǔn)電極18的各個表面外露于流體溝道。在后續(xù)的工藝步驟中(未示出)，例如通過干濕帶以及從上部金屬部分(例如，基準(zhǔn)電極部分18和/或源極/漏極觸點134)的擴(kuò)散阻擋層121，來去除光致抗蝕劑以及(如果可以的話)在干蝕刻工藝期間形成的聚合物殘余。此外，可以通過將合適的受體分子成分引導(dǎo)通過用于自組裝在電極部分16上的流體室14，來功能化電極部分16。需要提到的是，由于電極部分16和基準(zhǔn)電極部分18均外露于流體室14，所以在對電極部分16的表面進(jìn)行功能化時，尤其是在基準(zhǔn)電極部分18和電極部分16對功能化成分 (例如，SAM形成成分)具有同等的親和力時，例如，在基準(zhǔn)電極部分18和電極部分16由相同導(dǎo)電材料(例如，銅)制成的情況下，很難避免基準(zhǔn)電極18的表面的功能化。為了確保這種結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生有意義的測量結(jié)果，可以使反電極部分18的可用表面保持小于關(guān)聯(lián)的電極部分16的面積之和，使得在基準(zhǔn)電極部分18和關(guān)聯(lián)的電極部分16 處出現(xiàn)的特定結(jié)合事件仍然產(chǎn)生可再現(xiàn)信號，根據(jù)該可再現(xiàn)信號可以評估感興趣的分析物的濃度。為此，例如可以將反電極部分18設(shè)計得盡可能窄，例如，具有線形形狀，并且可以使反電極部分18面對多個電極部分16，所述多個電極部分16的組合面積大于反電極部分 18的面積，例如，是反電極18的面積的幾倍。在實施例中，多個電極部分16導(dǎo)電地互連，以實現(xiàn)面積比反電極部分18大的單個工作電極。備選地，電極部分16和基準(zhǔn)電極部分18可以由不同材料制成，所述不同材料對功能化具有實質(zhì)上不同的親和力。在該實施例中，必須謹(jǐn)慎選擇所述不同材料，使得由于材料的不同氧化還原電位而引起的電化(galvanic)(電池)效應(yīng)最小化，即，材料應(yīng)當(dāng)具有同等的氧化還原電位。此時，應(yīng)注意，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，在不脫離本發(fā)明的前提下，可以對上述工藝進(jìn)行許多改變。例如，可以使用除了 Si02、Si3N4和SiC以外的其他合適材料。此外，可以以相鄰金屬化層(即，除了 Metal-3和Metal-4層以外的其他層)的任何合適組合的形式來形成電極部分16和基準(zhǔn)電極部分18。此外，在流體室14中可以包含任何合適數(shù)目的電極部分16?？梢孕纬砂ǘ鄠€流體室14的IC，每個流體室14具有其自己的電極部分16 和基準(zhǔn)電極部分18。備選地，可以將基準(zhǔn)電極部分18定尺寸為使得在至少兩個流體室14 之間共享該基準(zhǔn)電極部分18。還應(yīng)注意，可以以其他合適的方式在BEOL金屬化堆疊中形成流體室14。例如，可以將Via-3層120c圖案化，以形成具有流體室14的形狀和尺寸的腔體，所述腔體可以填充有熱可分解材料，如，熱可分解聚合物(TDP，thermally decomposable polymer)，此后可以以任何合適方式來形成Metal-4層的金屬部分。例如，可以使用脫膜(lift-off)工藝來形成這種金屬部分，脫膜工藝本質(zhì)上是已知的，因此為了簡明起見不再對其進(jìn)行詳細(xì)說明。這種TDP的非限制性示例是聚降冰片烯(polynorbornene)。在形成入口溝槽152之后，可以將生成的結(jié)構(gòu)加熱到在熱可分解材料的熱分解溫度以上的溫度，以在電極部分16與基準(zhǔn)電極部分18之間形成流體室14。圖8-10示出了生成的傳感器器件10。圖8示出了在將晶片鋸成獨立的傳感器器件10之后傳感器器件10的頂視圖。在器件的周邊可以看到源極/漏極觸點134，并且源極 /漏極觸點134通過絕緣層121與器件中心的基準(zhǔn)電極部分18分離，所述絕緣層121可以是任何合適的材料，例如SiO2。還可以看到BEOL堆疊內(nèi)部通往不同流體室的入口溝槽152。 流體室14的周界由虛線框來表示。在本實施例中，基準(zhǔn)電極18被多個流體室共享。要重申的是，每個流體室具有分離的基準(zhǔn)電極部分18的實施例也是同樣可行的。圖9示出了圖8中傳感器器件10沿線A-A’的截面圖?？梢匀菀椎乇鎰e出流體室 14、入口溝槽152、工作電極部分16和基準(zhǔn)電極部分18。圖10示出了圖8中傳感器器件10 沿線B-B’的截面圖。可以辨別出在Via-3層120c中形成的具有相應(yīng)的電極部分16的獨立流體室14，其中所述電極部分16導(dǎo)電地連接至下覆有源器件110，還可以辨別出部分地密封流體室14的電介質(zhì)材料層121。應(yīng)注意，上述實施例示出而非限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的前提下，可以設(shè)計出許多備選實施例。權(quán)利要求中，括號中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)構(gòu)成對權(quán)利要求的限制。詞語“包括”不排除權(quán)利要求中所列元件或步驟以外的其他元件或步驟。元素前面的詞語“一”或“一種”不排除存在多個這樣的元素。還可以通過包括若干不同元件的硬件來實現(xiàn)本發(fā)明。在列舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的若干裝置可以由同一項硬件來體現(xiàn)。在互不相同的從屬權(quán)利要求中闡述特定的措施并不表示不能有利地使用這些措施的組合。
權(quán)利要求
1.一種傳感器器件(10)，包括承載感測元件(110)的基板(100)以及在所述基板上用于為所述感測元件提供互連的金屬化堆疊，所述金屬化堆疊包括被絕緣層(120a-d)分離的多個圖案化金屬層(130a-d)，其中第一金屬層(130c)包括與感測元件導(dǎo)電地連接的電極部分(16)，面對第一金屬層的另一金屬層(130d)包括基準(zhǔn)電極部分(18)，從金屬化堆疊的頂部可訪問的流體溝道(14)將電極部分和基準(zhǔn)電極部分分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器器件(10)，其中，還從基板(100)去除所述另一金屬層(130d)而不是第一金屬層(130c)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器器件(10)，其中，所述另一金屬層(130d)是上部金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的傳感器器件(10)，其中，面對流體溝道(14)的電極部分(16)的表面承載至少一個生物受體分子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的傳感器器件(10)，其中，基板(100)承載多個感測元件(110)，每個感測元件導(dǎo)電地連接至第一金屬層(130c)中相應(yīng)的電極部分(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器器件(10)，其中，所述相應(yīng)的電極部分(16)中的至少一些位于分離的流體溝道(14)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器器件(10)，其中，每個分離的流體溝道(14)包括面對電極部分(16)的反電極部分(18)。
8.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的傳感器器件(10)，其中，電極部分(16)和反電極部分(18)由相同金屬制成。
9.一種制造傳感器器件(10)的方法，包括 提供承載感測元件(110)的基板(100)；以及在所述基板上形成用于為所述感測元件提供互連的金屬化堆疊，其中，形成所述金屬化堆疊的步驟包括形成通過先前沉積的絕緣層(120b)的導(dǎo)電連接(IM)，以建立與感測元件的導(dǎo)電連接；在先前沉積的絕緣層上形成第一圖案化金屬層(130c)，所述第一圖案化金屬層包括與導(dǎo)電連接(124)導(dǎo)電地接觸的電極部分(16)；在第一圖案化金屬層上沉積包括另一絕緣層(120c)的另一層堆疊(120c，130d)，所述另一絕緣層包括在電極部分上的犧牲區(qū)(144)；將所述另一層堆疊的上部部分(130d)圖案化，以向犧牲區(qū)形成反電極開口 ； 用第二金屬填充反電極開口，從而形成通過犧牲區(qū)與電極部分分離的反電極部分 (18)；通過所述另一層堆疊的至少一部分，來為犧牲區(qū)提供入口(15 ；以及通過經(jīng)由所述入口來去除犧牲區(qū)，在電極部分與反電極部分之間形成流體溝道(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，形成通過先前沉積的絕緣層(120b)的導(dǎo)電連接 (124)以及形成第一圖案化金屬層(130c)的步驟包括在先前沉積的絕緣層上沉積蝕刻停止層(140)； 將所述蝕刻停止層圖案化為至少在所述蝕刻停止層中形成電極開口；形成通過所述電極開口的導(dǎo)電連接；以及用第一金屬來填充電極開口，從而提供通過先前沉積的絕緣層與感測元件導(dǎo)電地連接的電極部分(16)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過蝕刻來去除犧牲區(qū)(144)，所述方法還包括在去除犧牲區(qū)期間以O(shè)V來偏置晶片。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，犧牲區(qū)(144)包括熱可分解材料，經(jīng)由所述入口(152)來去除犧牲區(qū)的步驟包括將晶片加熱到可分解材料的分解溫度以上，直到可分解材料完全分解為止。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項所述的方法，其中，電極部分(16)和所述另一電極部分(18)由相同金屬制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項所述的方法，其中，基板(100)承載傳感器元件 (110)的陣列，所述方法包括為每個感測元件提供電極部分(16)；以及為每個電極部分提供分離的流體溝道(14)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項所述的方法，還包括使流體溝道(14)外露于包括生物受體在內(nèi)的成分；以及將生物受體粘附到電極部分(16)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳感器器件(10)，包括承載感測元件(110)的基板(100)以及在所述基板上用于為所述感測元件提供互連的金屬化堆疊，所述金屬化堆疊包括被絕緣層(120a-d)分離的多個圖案化金屬層(130a-d)，其中，第一金屬層(130c)包括與感測元件導(dǎo)電地連接的電極部分(16)，面對第一金屬層的另一金屬層(130d)包括基準(zhǔn)電極部分(18)，從金屬化堆疊的頂部可訪問的流體溝道(14)將電極部分和基準(zhǔn)電極部分分離。本發(fā)明還公開了一種制造這種傳感器器件的方法。
文檔編號H01L23/532GK102346165SQ20111021271
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者紀(jì)堯姆·伯卡迪, 馬格利·休格特·艾利斯·蘭伯特 申請人:Nxp股份有限公司