半导体传感器的表面处理制造技术

传感器组件包括传感器，其包括传感器表面；以及与所述传感器合作并暴露所述传感器表面的反应位点。所述反应位点包括反应位点表面。表面剂结合于所述反应位点表面或所述传感器表面。所述表面剂包括与所述反应位点表面或所述传感器表面上的布忍司特碱或路易斯酸官能团反应的表面活性官能团并包括不具有供电子对的远端官能团。

Surface treatment of semiconductor sensors

The sensor assembly includes a sensor including a sensor surface, and a reaction site that cooperatively and exposes the sensor surface with the sensor. The reaction site comprises a reaction site surface. The surface agent is bonded to the surface of the reaction site or to the surface of the sensor. The surface agent comprises a surface active functional group which is reacted with the reaction site surface or the cloth base of the sensor or the Lewis acid functional group and comprises a distal functional group without an electron pair.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体传感器的表面处理
本公开一般涉及用于处理半导体传感器的表面的系统和方法以及所处理的半导体传感器。
技术介绍
半导体衬底中形成的传感器阵列日益用于例如分析化学和分子生物学领域。举例来说，当分析物捕捉在传感器阵列的传感器垫上或附近时，可以检测与分析物有关的反应的分析物或副产物并且用于说明关于分析物的信息。具体来说，此类传感器阵列已用于基因分析中，例如基因定序或定量扩增。在制造期间，多种半导体加工技术可改变传感器阵列的表面和传感器阵列周围的井结构的表面的性质。此类加工还会在表面上留下残渣或改变表面氧化。此类改变的表面化学性质可妨碍或限制捕捉传感器附近的分析物。因此，此类传感器阵列的效用降低并且由此类传感器阵列产生的信号可能包括错误数据或无数据。
技术实现思路
在一个实例中，表面剂沉积在与传感器表面相邻的表面上或在传感器表面上。当传感器呈传感器组件形式时或者当传感器在晶片单粒化成可包装成传感器组件的晶粒中前安置在晶片中时，此类表面剂可沉积于传感器表面上。在一特定实例中，传感器组件包括基于场效应晶体管(FET)的传感器的阵列和反应位点(例如井)的对应阵列。一或多种表面剂可安置于基于FET的传感器的阵列表面或井的表面上。附图说明通过参看附图，可以更好地理解本专利技术，并且使所属领域的技术人员清楚其众多特征和优势。图1包括示范性测量系统的图示。图2包括示范性测量组件的图示。图3包括示范性测量组件阵列的图示。图4包括示范性井配置的图示。图5包括示范性井和传感器配置的图示。图6和图7包括说明用于处理半导体传感器的示范性方法的流程图。图8、图9和图10包括示范性表面剂的图示。在不同图式中使用相同参考符号指示相似或相同的物件。具体实施方式在一示范性实施例中，传感器组件具有传感器和与传感器合作安置的反应位点。反应位点可为井、通道、凹槽、麻点、凹坑或其它类似结构。举例来说，反应位点可为井。表面剂可结合于反应位点的侧壁或传感器的表面。表面剂可包括与表面上布忍司特碱(Bronstedbase)结构或路易斯酸(Lewisacid)结构反应的官能团并可包括不具有供电子对或缺乏布忍司特碱或酸官能团的远端官能团。在晶片加工期间或在晶片单粒化和传感器组件形成后，表面剂可施加于表面。在一示范性实施例中，传感器组件包括与传感器阵列相关的井阵列。传感器阵列的传感器可包括场效应晶体管(FET)传感器，例如离子敏感性场效应晶体管(ISFET)。在一实例中，井的深度或厚度在100nm到10μm范围内。在另一实例中，井可具有0.1μm到2μm范围内的特征直径。传感器组件可形成定序系统的一部分。在一具体实例中，定序系统包括安置有感测阵列的流槽，包括与感测阵列电子连通的通信电路，并且包括与流槽流体连通的容器和流体控制。在一实例中，图1说明流槽100的展开图和横截面图并且说明流室106的一部分。试剂108流过井阵列102的表面，其中试剂108流过井阵列102的井的开口端。井阵列102和传感器阵列105一起可形成整体化单元，其形成流槽100的下壁(或底板)。参考电极104可流体地联接到流室106。另外，流槽罩130包封流室106以将试剂108含于限定区域内。图2说明如图1的110处所示的井201和传感器214的放大图。井的体积、形状、宽高比(例如底部宽度比井深度比率)以及其它维度特征可基于发生的反应性质，以及采用的试剂、副产物或标记技术(如果存在)来选择。传感器214可为化学场效应晶体管(chemFET)，更尤其离子敏感性FET(ISFET)，其中具有传感器板220的浮动栅极218任选与井内部由界定传感器表面的材料层216分开。另外，导电层(未说明)可安置在传感器板220上。在一实例中，材料层216包括离子敏感材料层。材料层216可为陶瓷层，尤其例如锆、铪、钽、铝或钛的氧化物，或钛的氮化物。或者，材料层216可由例如钛、钨、金、银、铂、铝、铜或其组合等金属形成。在一实例中，材料层216的厚度可在5nm到100nm范围内，例如10nm到70nm范围内，15nm到65nm范围内或甚至20nm到50nm范围内。尽管材料层216图示为延伸超过所示FET组件的界限，但材料层216可沿井201的底部延伸以及任选地沿井201的壁延伸。传感器214可对应于与传感器板220相对的材料层216上存在的电荷224的量(并且产生与所述量相关的输出信号)。电荷224的改变可引起chemFET的源极221和汲极222之间的电流改变。继而，chemFET可直接用于提供基于电流的输出信号或与额外电路一起间接用于提供基于电压的输出信号。反应物、洗涤溶液以及其它试剂可以通过扩散机制240移动进入和离开井。在一实施例中，在井201中进行的反应可为鉴别或测定所关注的分析物的特征或特性的分析型反应。此类反应可直接或间接产生影响传感器板220附近的电荷量的副产物。如果此类副产物少量产生或快速衰变或与其它组分反应，那么可同时在井201中分析相同分析物的多个拷贝以提高产生的输出信号。在一实施例中，分析物的多个拷贝可在沉积到井201中之前或之后连接于固相支撑物212。固相支撑物212可为聚合物基质，例如亲水性聚合物基质，例如水凝胶基质等。为简单和容易解释起见，固相支撑物212在本文中还称为聚合物基质。井201可由壁结构限定，所述壁结构可由一个或多个材料层形成。在一实例中，壁结构可具有从井的下表面延伸到上表面，0.01μm到10μm范围，例如0.05μm到10μm范围、0.1μm到10μm范围、0.3μm到10μm范围或0.5μm到6μm范围内的厚度。具体来说，厚度可在0.01μm到1μm范围，例如0.05μm到0.5μm范围或0.05μm到0.3μm范围内。井201可具有不超过5μm，例如不超过3.5μm、不超过2.0μm、不超过1.6μm、不超过1.0μm、不超过0.8μm或甚至不超过0.6μm的特征直径，特征直径被定义为4倍的横截面积(A)除以Pi的平方根(例如sqrt(4*A/π))。在一实例中，井201可具有至少0.01μm的特征直径。在另一实例中，井201可界定0.05fL到10pL范围内的体积，例如0.05fL到1pL范围、0.05fL到100fL范围、0.05fL到10fL范围或甚至0.1fL到5fL范围内的体积。尽管图2说明单层壁结构和单层材料层216，但系统可包括一个或多个壁结构层、一个或多个导电层或一个或多个材料层。举例来说，壁结构可由一个或多个层形成，包括硅的氧化物或TEOS或包括硅的氮化物。在图3中说明的一个具体实例中，系统300包括界定井阵列304的井壁结构302，所述井阵列安置在传感器阵列的传感器垫上或可操作地联接到传感器阵列的传感器垫。井壁结构302界定上表面306。与井关联的下表面308安置在传感器阵列的传感器垫上。井壁结构302界定上表面306与下表面308之间的侧壁310。如上所述。与传感器阵列的传感器垫接触的材料层可沿着井阵列304的井的下表面308或沿着由井壁结构302界定的壁310的至少一部分延伸并界定传感器表面。上表面306可不含材料层。尽管图2的壁表面图示为基本上竖直并且朝外延伸，但壁表面可在多个方向中延伸并且具有多种形状。基本上竖直表示在具有与传感器垫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器组件，其包含∶传感器，其包括传感器表面；与所述传感器合作并暴露所述传感器表面的反应位点，所述反应位点包括反应位点表面；以及结合于所述反应位点表面或所述传感器表面的表面剂，所述表面剂包括与所述传感器表面反应的表面活性官能团并包括远端官能团，所述表面活性官能团包括磷酸酯、膦酸、次膦酸、二元膦酸、多齿磷酸酯或膦酸酯、多磷酸酯/膦酸酯、其烷氧基衍生物或其任何组合，所述远端官能团包括胺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.02 US 62/020,2991.一种传感器组件，其包含∶传感器，其包括传感器表面；与所述传感器合作并暴露所述传感器表面的反应位点，所述反应位点包括反应位点表面；以及结合于所述反应位点表面或所述传感器表面的表面剂，所述表面剂包括与所述传感器表面反应的表面活性官能团并包括远端官能团，所述表面活性官能团包括磷酸酯、膦酸、次膦酸、二元膦酸、多齿磷酸酯或膦酸酯、多磷酸酯/膦酸酯、其烷氧基衍生物或其任何组合，所述远端官能团包括胺。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述表面活性官能团包括磷酸酯、膦酸、次膦酸、其烷氧基衍生物或其任何组合。3.根据权利要求1或权利要求2所述的传感器，其中所述胺衍生自仲胺、叔胺或杂环胺。4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述杂环胺包括吡咯烷、吡咯、咪唑、哌啶、吡啶、嘧啶、嘌呤或其组合。5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂为烷基膦酸、季氨基磷酸的盐、其氟化或氯化衍生物、其衍生物或其组合。6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂包括季氨基磷酸的氯或溴盐、甲铵膦酸、乙铵膦酸、溴化(12-十二烷基磷酸)甲基三唑鎓、(6-己基磷酸)咪唑鎓、吡啶烷基磷酸、(1-氨基-1-苯基甲基)膦酸、其氟化或氯化衍生物、其衍生物或其任何组合。7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂包括咪唑膦酸。8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂包括溴化(12-十二烷基磷酸)甲基三唑鎓。9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂包括官能化氨基双(烷基膦酸)。10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂包括二元膦酸或多齿膦酸。11.根据权利要求10中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂包括二伸乙基三胺五(亚甲基膦酸)、六亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)、四亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)或其任何组合。12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂以单层结合。13.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的传感器，其中所述传感器包括场效应晶体管。14.根据权利要求13所述的传感器，其中所述场效应晶体管包括离子敏感性场效应晶体管。15.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的传感器，其中所述传感器为传感器阵列的一部分并且其中所述反应位点为可操作地耦接到所述传感器阵列的井阵列的井。16.根据权利要求1至15中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂结合于所述传感器表面。17.根据权利要求1至16中任一权利要求所述的传感器，其中所述表面剂结合于所述反应位点表面。18.一种处理传感器组件的方法，所述方法包含：洗涤传感器组件，所述传感器组件包括与反应位点合作的传感器，所述传感器包括传感器表面并且所述反应位点包括反应位点表面；以及将表面剂施加到所述晶片，所述表面剂包括与所述传感器表面反应的表面活性官能团并包括远端官能团，所述表面活性官能团包括磷酸酯、膦酸、次膦酸、二元膦酸、多齿磷酸酯或膦酸酯、多磷酸酯/膦酸酯、其烷氧基衍生物或其任何组合，所述远端官能团包括胺。19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包含在施加所述表面剂后用醇洗涤所述传感器组件。20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中所述胺衍生自仲胺、叔胺或杂环胺。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述杂环胺包括吡咯烷、吡咯、咪唑、哌啶、吡啶、嘧啶、嘌呤或其组合。22.根据权利要求18至21中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂为烷基膦酸、季氨基磷酸的盐、其氟化或氯化衍生物、其衍生物或其组合。23.根据权利要求18至22中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括季氨基磷酸的氯或溴盐、甲铵膦酸、乙铵膦酸、溴化(12-十二烷基磷酸)甲基三唑鎓、(6-己基磷酸)咪唑鎓、吡啶烷基磷酸、(1-氨基-1-苯基甲基)膦酸、其氟化或氯化衍生物、其衍生物或其任何组合。24.根据权利要求18至23中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括咪唑膦酸。25.根据权利要求18至24中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括溴化(12-十二烷基磷酸)甲基三唑鎓。26.根据权利要求18至25中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括官能化氨基双(烷基膦酸)。27.根据权利要求18至26中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括二元膦酸或多齿膦酸。28.根据权利要求27所述的方法，其中所述表面剂包括二伸乙基三胺五(亚甲基膦酸)、六亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)、四亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)或其任何组合。29.根据权利要求18至28中任一权利要求所述的方法，其中所述远端官能团具有正电荷。30.根据权利要求18至29中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂以单层结合。31.根据权利要求18至30中任一权利要求所述的方法，其中所述传感器包括场效应晶体管。32.根据权利要求31所述的方法，其中所述场效应晶体管包括离子敏感性场效应晶体管。33.根据权利要求18至32中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂结合于所述传感器表面。34.根据权利要求18至33中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂结合于所述反应位点表面。35.一种形成传感器组件的方法，所述方法包含：用氧等离子体处理晶片，所述晶片包括多个晶粒，所述多个晶粒的每个晶粒包括传感器阵列和与所述传感器阵列合作的反应位点阵列；以及将表面剂施加到所述晶片，所述表面剂包括与所述传感器表面反应的表面活性官能团并包括远端官能团，所述表面活性官能团包括磷酸酯、膦酸、次膦酸、二元膦酸、多齿磷酸酯或膦酸酯、多磷酸酯/膦酸酯、其烷氧基衍生物或其任何组合，所述远端官能团包括胺。36.根据权利要求35所述的方法，其进一步包含在施加所述表面剂后将所述晶片退火。37.根据权利要求35或权利要求36所述的方法，其进一步包含在施加所述表面剂后将所述晶片单粒化成多个晶粒。38.根据权利要求37所述的方法，其进一步包含包装所述多个晶粒的晶粒。39.根据权利要求35至38中任一权利要求所述的方法，其中所述胺衍生自仲胺、叔胺或杂环胺。40.根据权利要求39所述的方法，其中所述杂环胺包括吡咯烷、吡咯、咪唑、哌啶、吡啶、嘧啶、嘌呤或其组合。41.根据权利要求35至40中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂为烷基膦酸、季氨基磷酸的盐、其氟化或氯化衍生物、其衍生物或其组合。42.根据权利要求35至41中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括季氨基磷酸的氯或溴盐、甲铵膦酸、乙铵膦酸、溴化(12-十二烷基磷酸)甲基三唑鎓、(6-己基磷酸)咪唑鎓、吡啶烷基磷酸、(1-氨基-1-苯基甲基)膦酸、其氟化或氯化衍生物、其衍生物或其任何组合。43.根据权利要求35至42中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括咪唑膦酸。44.根据权利要求35至43中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括溴化(12-十二烷基磷酸)甲基三唑鎓。45.根据权利要求35至44中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括官能化氨基双(烷基膦酸)。46.根据权利要求35至45中任一权利要求所述的方法，其中所述表面剂包括二元膦酸或多齿膦酸。47.根据权利要求46所述的方法，其中所述表面剂包括二伸乙基三胺五(亚甲基膦酸)、六亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)、四亚甲基二胺四(亚甲基膦酸)或其任何组合。48.根据权利要求35至47中任一权利要求所述的方法，其中所述远端官能团具有正电荷。49.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：RL西塞罗，M格雷泽，Y王，CE英曼，J格雷，J科斯辛斯基，J鲍尔，P瓦戈纳，A马斯特罗扬尼，
申请(专利权)人：生命技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US