[發明專利]一種生化微傳感集成芯片、制作及模具制備方法

無效

• 申請號: 200610090241.5
• 申請日: 2006-07-07
• 公開（公告）號: CN101101272A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 夏善紅;楊海鋼;韓涇鴻;孫紅光;汪祖民;魏金寶;藺增金
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;H01L21/00;H01L23/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

1、一種生化微傳感集成芯片，其特征在于，包括：差分延長柵和讀出電路，差分延長柵產生的信號由讀出電路檢測和處理，讀出電路中含有作為離子敏延長柵場效應管ISEGFET和參比延長柵場效應管REEGFET傳感器的兩個金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET。

2、根據權利要求1所述生化微傳感集成芯片，其特征在于：所述差分延長柵和讀出電路，集成于同一個芯片，或分別于兩個芯片再二次集成。

3、根據權利要求1所述生化微傳感集成芯片，其特征在于，所述差分延長柵A的構成包括：在集成芯片表面上有三個導電塊分別作為第一底電極、第二底電極和第三底電極位于第一薄膜、第二薄膜和電極的下面；

電極位于第一薄膜和第二薄膜之間；

電極與參比電壓引線連通，對系統提供基準電壓；

第一薄膜為敏感薄膜，其第一底電極的一端通過一個串聯的靜電保護電路與讀出電路中第一場效應管的多晶硅柵極連通；

第二薄膜為鈍化薄膜，其第三底電極的一端通過另一個串聯的靜電保護電路與讀出電路中第二場效應管的多晶硅柵極連通。

4、根據權利要求1、2、3所述生化微傳感集成芯片，其特征在于：第一底電極、第二底電極和第三底電極由金屬Al或者多晶硅制成，電極采用Pt或Au制成。

5、根據權利要求1、2、3所述生化微傳感集成芯片，其特征在于：所述第一薄膜采用具有氫離子敏感特性的五氧化二鉭薄膜Ta₂O₅構成敏感薄膜延長柵，所述第二薄膜采用具有鈍化特性的聚四氟乙烯PTFE薄膜構成鈍化薄膜延長柵。

6、根據權利要求1所述生化微傳感集成芯片，其特征在于，所述讀出電路包括：

在集成芯片上有第一運算放大器和作為離子敏延長柵場效應管ISEGFET傳感器的第一場效應管MOSFET、兩個保護電路、差分輸出端、第二運算放大器和參比延長柵場效應管REEGFET傳感器的第二場效應管MOSFET、差分運算放大器；

差分延長柵產生的輸入信號，通過第一底電極和第三底電極分別接到兩個保護電路的一端，兩個保護電路的另一端分別與第一運算放大器中的第一場效應管與第二運算放大器中的第二場效應管的多晶硅柵極連接，由第一運算放大器和第二運算放大器分別讀出第一薄膜和第二薄膜的電位；

兩個保護電路對第一場效應管、第二場效應管加以靜電保護，并進行預先的電容補償，使作為離子敏延長柵場效應管ISEGFET傳感器的第一場效應管和參比延長柵場效應管REEGFET傳感器的第二場效應管的跨導相近；

由第一場效應管和第三場效應管構成對稱結構的第一運算放大器；

由第二場效應管和第四場效應管構成對稱結構的第二運算放大器；

第一運算放大器、第二運算放大器的輸出分別反饋到第三場效應管和第四場效應管的多晶硅柵極，并和兩個電阻的一端相連，用于將電流信號轉化為電壓信號；

兩個電阻的另一端分別與差分運算放大器的輸入端連接，將第一運算放大器和第二運算放大器的輸出信號進行差分，最終由輸出端輸出差分信號。

7、根據權利要求1所述一種生化微傳感集成芯片的制備方法，其特征在于：集成芯片上的差分延長柵的第一底電極、第二底電極、第三底電極和讀出電路，構成基礎集成芯片；

在標準商用的基于金屬-氧化物-半導體集成電路CMOS工藝線流片，獲得基礎集成芯片；

通過后續工藝，在基礎集成芯片的第一底電極、第二底電極、第三底電極上制備第一薄膜、第二薄膜和電極。

8、根據權利要求7所述生化微傳感集成芯片的后續工藝制備方法，其特征在于：所述差分延長柵的第一薄膜的低溫濺射制備方法包括：

采用五氧化二鉭敏感材料Ta₂O₅陶瓷為靶面，采用氬氣/氧氣混合氣體為工作氣體，濺射氣壓選擇范圍0.2Pa～1Pa，集成芯片加熱溫度≤300℃，將敏感材料Ta₂O₅低溫濺射淀積到集成芯片上，形成五氧化二鉭Ta₂O₅敏感薄膜延長柵。