[發明專利]一種用于硅納米線生物檢測芯片的結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201210431190.3
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN103018429B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 朱建軍;趙宇楠;葉紅波;戚繼鳴
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司;華東師范大學
• 主分類號: G01N33/48
• 分類號: G01N33/48;B81C1/00
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術領域

本發明涉及生物芯片的制造領域，尤其涉及一種應用于生物芯片中硅納米線陣列表面的鈍化層結構及工藝方法。

背景技術

目前，糖尿病、心血管類疾病、呼吸道疾病、肝病、癌癥是威脅人類健康的重大疾病。雖然醫學及相關學科不斷發展進步，但人們在這些疾病的快速診治上仍然進展緩慢。疾病不能得以及早發現的原因在于，其－，早期時相關病發特征不明顯，其分泌的相關蛋白因子數量相對較少，用目前的檢測手段不容易檢測出來；其二，即使能檢測出相關的疾病因子，其所需的費用和時間也是比較多的；因此，具有高靈敏度、快速的、低成本的檢測相關疾病的傳感器，對危害人類健康的重大疾病的診治具有深遠意義。

業界所用的傳感器通常是基于電化學原理，或者基于光學原理，也存在－些基于納米技術的場效應ＦＥＴ傳感器，還有將這幾種方式結合起來形成的傳感器。電化學傳感器的技術比較成熟，但其對溶液環境要求較高，體積大。而且，目前的傳感器主要是針對一種單一的目標分子進行檢測，由于與任何－種疾病相關的分子很多，并且他們可能是相互獨立的；要更準確的檢測一種疾病的存在，必須要對多種疾病因子進行聯合檢測。比較而言，以硅納米線陣列（SiNW）結構為核心，采用場效應晶體管實現信號采集和放大，能夠更有效的檢測目標信號。

例如，中國專利申請號CN200910030342.7的專利，揭示了一種多通道高靈敏生物傳感器的制作集成方法。相對于傳統的檢測設備，基于納米線陣列的場效應ＦＥＴ傳感器具有以下的優勢：

1）、靈敏度高：首先，場效應晶體管本身就具有信號放大的作用，可以把作用上去的少量的電荷信號進行放大；其次，由于納米線本身所具有的大的比表面積和量子限域效應等，使得基于納米線陣列的場效應ＦＥＴ傳感器具有很高的靈敏度；

2）、檢測速度快：基于硅納米線陣列的場效應ＦＥＴ傳感器速度可以達到ＧＨＺ的頻率，與傳統的檢測設備相比，其檢測速度是非常快的；

3）、易于集成與高通量檢測：與傳統傳感器和檢測設備相比，基于納米線陣列的場效應傳感器具有易集成以及低成本的優勢，由于器件的制作過程與半導體工藝想兼容，因此，容易與成熟的半導體工業以及新興的ＭＥＭＳ等行業兼容，從而可以得到功能豐富、性能優越的傳感。

然而，對于硅納米線陣列的結構，在工藝技術及應用研究的過程中，還存在幾個需要解決的問題：

1）、保存使用中容易受污染：硅納米線陣列線表面活性很高，單純采用SiO2鈍化（如：上述提到的CN200910030342.7中采用該技術），很難解決Na和K等離子的擴散污染，以及PH值和濕度等環境因素的影響；這使得芯片受環境鹽分、PH值和溫濕度等因素的影響太大，保存運輸難度大；

2）、使用中存在的性能不穩定等問題：在生物檢測中，待測組份本體液的多樣性，也同樣使芯片需面對Na、K、Fe、Cu和Ca等離子的擴散污染，以及PH值等多種化學因素的影響，從試驗研究來看，表現為檢測的不穩定。

發明內容

鑒于現有技術方法中所采用的硅納米線生物檢測芯片所存在的問題，本發明的主要目的在于提供一種硅納米線生物檢測芯片的結構及其制造方法，通過改進硅納米線陣列表面的鈍化層結構及工藝方法，使硅納米線生物檢測芯片在保存使用中不容易受污染和保持了其使用中性能的穩定性。

為達成上述目的，本發明提供一種硅納米線生物檢測芯片的結構，其包括半導體襯底、生長在所述半導體襯底上的二氧化硅隔離層、生長在二氧化硅隔離層上的多晶硅層和生長在所述多晶硅層上結構層；其中，多晶硅層中包括圖形化形成的硅納米線陣列；結構層的結構為從下至上依次包括SiON層、TaN層和/或Ta₂O₅層，其中，所述TaN和/或Ta₂O₅層僅覆蓋于所述硅納米線陣列中各硅納米線的表面。

根據本發明的硅納米線生物檢測芯片的結構，所述二氧化硅隔離層的厚度為1000??~?5000??。

根據本發明的硅納米線生物檢測芯片的結構，所述多晶硅層厚度為50??~1000??。

根據本發明的硅納米線生物檢測芯片的結構，所述硅納米線的線寬范圍為5nm~130nm；其厚度為5nm~100nm。

根據本發明的硅納米線生物檢測芯片的結構，所述SiON層的厚度為10??~?50??；所述TaN層的厚度為10??~50??；所述Ta₂O₅層的厚度為10??~?50??。