[發明專利]用于生物實體的光學檢測

有效

• 申請號: 201310364764.4
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104048919A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 張華倫;張儀賢;鄭創仁
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本申請總體上涉及半導體領域，更具體地，涉及用于生物實體的光學檢測。

背景技術

在過去的幾十年里，包括器件制造以及藥物制造和生物制劑制造的醫學技術工業經歷了顯著的商業增長和技術發展。多年以來，隨著DNA的發現以及DNA測序技術的發展，我們對于生物信息的作用在生物的開發，操作和相互作用中的理解有了顯著的提高。通過DNA測序檢測技術的改進，科學家和醫生對疾病獲得了更深入的了解，以及可以根據病人的遺傳傾向獲得了更有效地治療方法。因此，DNA測序的使用和作用在醫療保健方面具有顯著地提高

DNA序列是一系列核苷酸堿基對（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、和胸腺嘧啶），其在生物系統中具有指定的蛋白質結構。通過DNA序列的分析，可以收集用于診斷目的和治療目的重要信息。另外，其他生物實體（bio-entities），諸如蛋白質、小分子、和病菌的鑒別和分類推進了醫療認知從而造福人類。

封裝測序儀采用電介質上電潤濕技術（EWOD），用于控制使用擴大技術和標記技術，這類技術通過使用帶有模擬到數字轉變系統的熒光燈和外部光學系統進行光學檢測，并允許電腦處理所需處理的大量產生數據。許多封裝EWOD序列儀的實施具有玻璃襯底和透明電極，這可能存在問題。例如，光線可以照射穿過玻璃襯底并照射進入進行分析的液滴（在測序過程中）。在這個情況下，由于干涉圖樣具有折射的不同透明指數以及透明材料的不同厚度，因此傳導是非高效的。此外，EWOD測序儀中的集成濾色器可能會減小光射入傳感器陣列的效率。

因此，存在改進生物實體操作器件和加工技術的需要。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種集成半導體器件，用于操作和處理生物實體樣本，所述器件包括：下襯底；至少一個光信號導管，設置在下襯底上；至少一個保護接合焊盤，設置在下襯底上和部分光信號導管的上方；保護件，包括上襯底且被配置以形成被保護區域，并且設置在至少一個保護接合焊盤上，其中，至少一個光信號導管從被保護區域的外側延伸至被保護區域的內側；微流體通道，微流體通道的第一側形成在下襯底上，微流體通道的第二側形成在保護件上，保護件連接至襯底以便為包含生物實體樣本的液滴提供微流體通道，微流體通道連接至流體控制電路；光傳感器陣列，連接至傳感器控制電路；以及邏輯電路，連接至流體控制電路和傳感器控制電路，其中，在下襯底上形成流體控制電路、傳感器控制電路和邏輯電路。

其中，流體控制電路、傳感器控制電路和邏輯電路嵌入層間介電（ILD）層中，并且ILD層上方進一步包括多個電極，多個電極連接至流體控制電路。

其中，微流體通道的第一側包括：高k介電層；以及疏水涂層，覆蓋高k介電層。

其中，疏水涂層是自組裝單層或聚四氟乙烯層。

其中，微流體通道的第二側包括：介電層，位于保護件的上方；以及疏水涂層，位于介電層的上方。

該集成半導體器件進一步包括表面處理區域，表面處理區域設置在微流體通道的第一側的高k介電層上。

其中，微流體通道連接至微流體網格，微流體網格連接至多個容器且被配置為允許傳輸和混合多個容器中包含的流體，流體包括生物實體樣本和試劑。

其中，光信號導管被配置為將光傳導到目標分子上，并且光檢測器被配置為檢測來自目標分子的響應。

其中，保護件是不透明的。

該集成半導體器件進一步包括位于保護件上方和高k介電層下方的多個電極，其中，電極是不透明的。

此外，本發明還提供了一種集成半導體器件，用于操作和處理生物實體樣本，所述器件包括：下襯底；至少一個光信號導管，設置在下襯底上并且被配置為將光傳導到目標分子上；至少一個保護接合焊盤，設置在下襯底上和部分光信號導管的上方；保護件，包括上襯底且被配置以形成被保護區域，并且設置在至少一個保護接合焊盤上，其中，至少一個光信號導管從被保護區域的外側延伸至被保護區域的內側；具有受體的表面處理區域，設置在被保護區域內和下襯底上，并且被配置為與目標分子相互作用；微流體通道，微流體通道的底面形成在下襯底上，微流體通道的頂面形成在保護件上，保護件連接至襯底以便提供微流體通道；以及光檢測器，設置在下襯底內且被配置為檢測來自目標分子的響應。

其中，下襯底不包含濾色器。

其中，微流體通道的底面和頂面包括疏水涂層。

其中，微流體通道的底面和頂面還包括高k介電層。

其中，氧化物或抗反射涂層設置在光檢測器和表面處理區域之間。