用于流体分析的盒和分析仪制造技术

本发明专利技术描述了流体盒和操作方法。流体盒包括具有设计为与分析仪电连接的多个接触焊盘的衬底、具有传感器阵列的半导体芯片和参考电极。流体盒包括具有入口并连接至第二流体沟道的第一流体沟道，对准第二流体沟道从而使得传感器阵列和参考电极设置在第二流体沟道内。在第一入口处设置第一插塞。第一插塞包括配置为被毛细管穿过而不会使流体通过第一插塞泄漏的柔性材料。本发明专利技术还提供了用于分析流体的分析仪。

Box and analyzer for fluid analysis

The invention describes a fluid box and a method of operation. The fluid box includes a substrate with a plurality of contact plates designed to be electrically connected with the analyzer, a semiconductor chip with a sensor array and a reference electrode. The fluid cartridge includes a first fluid channel with an entry and connected to the second fluid channel, aligned to the second fluid channel, so that the sensor array and the reference electrode are arranged in the second fluid channel. The first plug is set at the first entrance. The first plug includes a flexible material that is configured to be passed through the capillary and does not allow the fluid to leak through the first plug. The invention also provides an analyzer for the analysis of a fluid.

【技术实现步骤摘要】
用于流体分析的盒和分析仪
本专利技术的实施例一般地涉及半导体
，更具体地，涉及用于流体分析的盒和分析仪。
技术介绍
生物传感器是用于感测和检测生物分子并基于电子、电化学、光学和机械检测原理操作的器件。包括晶体管的生物传感器是电感测生物实体或生物分子的电荷、光子或机械性能的传感器。通过检测生物实体或生物分子自身或通过特定反应物和生物实体/生物分子之间的相互作用和反应来来实施检测。这样的生物传感器可以使用半导体工艺进行制造，可以很快地转换电信号，以及可以容易地应用至集成电路(IC)和MEMS。生物样本本身和生物传感器的相互作用可能是一个挑战。通常，将包括生物样本的流体直接吸移至生物传感器的感测部分上方。该方法导致流体样本的大部分无法使用，并且手动加载每个感测区是耗时的。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了一种流体盒，包括：衬底，包括多个接触焊盘，配置为与分析仪电连接，半导体芯片，具有传感器阵列，以及参考电极；第一流体沟道，具有第一入口，并且连接至第二流体沟道，对准所述第二流体沟道使得所述传感器阵列和所述参考电极设置在所述第二流体沟道内；样本入口，用于将样本放置在所述第一流体沟道或所述第二流体沟道的路径内；第一插塞，设置在所述第一入口处并且包括配置为被毛细管穿过而不会使流体通过所述第一插塞泄漏的柔性材料。根据本专利技术的另一方面，提供了一种流体盒，包括：第一流体沟道，具有第一入口，并且连接至第二流体沟道，对准所述第二流体沟道使得传感器阵列和参考电极设置在所述第二流体沟道内；样本入口，用于将样本放置在所述第一流体沟道或所述第二流体沟道的路径内；第一插塞，设置在所述第一入口处并且包括配置为被毛细管穿过而不会使流体通过所述第一插塞泄漏的柔性材料，其中，所述毛细管连接至分析仪，并且当所述流体盒与所述分析仪物理接触时，所述毛细管穿过所述第一插塞。根据本专利技术的又一方面，提供了一种分析仪，配置为与流体盒连接，所述分析仪包括：注射器，布置成使得当所述流体盒物理连接至所述分析仪时，所述注射器的针与所述流体盒的对应输入端口对准；致动器，配置为控制所述注射器的操作；感测模块，配置为当所述流体盒物理连接至所述分析仪时，经由多个导电焊盘向所述流体盒发送信号并从所述流体盒接收信号，其中，所述多个导电焊盘接触所述流体盒上的对应的多个导电焊盘；以及处理器，电连接至所述感测模块，并且配置为基于从所述流体盒接收的信号来确定来自所述流体盒中的样本的给定分析物的浓度水平。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1示出示例性生物感测盒的组件的图。图2是示例性双栅背侧感测FET传感器的截面图。图3是在示例性可寻址阵列中配置的多个FET传感器的电路图。图4是双栅FET传感器和加热器的示例性可寻址阵列的电路图。图5是配置为pH传感器的示例性双栅背侧感测FET传感器的截面图。图6A示出离子与受体层结合的实例。图6B示出在基于pH的示例性FET传感器中的阈值电压的变化。图7是示例性生物传感器芯片的平面图。图8示出用于将示例性生物传感器芯片安装至处理(handle)层的制造工艺的一系列截面图。图9是具有安装至衬底的示例性生物传感器芯片的手柄层的顶视图。图10是具有集成的生物传感器芯片的示例性流体盒的示意图。图11是在示例性流体盒中的一些流体沟道的示意图。图12是连接至分析仪的示例性流体盒的示意图。图13是使用流体盒的示例性方法的流程图。图14是检测DNA的示例性双栅背侧感测生物FET的截面图。图15A示出受体表面上的DNA的结合力。图15B示出基于配对的分析物结合的示例性双栅背侧感测生物FET的阈值电压的变化。图16是具有固定在其感测层上的抗体的示例性双栅背侧感测生物FET的截面图。图17示出受体表面上的抗原和抗体的结合力。图18是根据本公开的一个或多个方面的制造BioFET器件的方法2100的实施例的流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成和/或设置附加的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。术语除非另有规定，本文中使用的所有技术和科学术语具有如本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。与本文所描述的那些类似或等同的任何方法和材料根据本专利技术的实施例可以应用于实践或测试中；现在描述方法、器件和材料。本文中所提及的所有专利和出版物结合于此作为参考，从而用于描述和公开在与本专利技术结合使用的出版物中报道的材料和方法。本文所用的首字母缩写“FET”是指场效应晶体管。一种非常常见的FET类型是指金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。历史上，MOSFET已经是在诸如半导体晶圆的衬底的平坦表面中和上创建的平面结构。但是半导体制造的最新进展已经导致三维鳍式MOSFET结构。术语“生物FET”是指包括固定的捕获试剂层的FET，该捕获试剂层用作表面受体以检测生物源的目标分析物的存在。根据实施例，生物FET是具有半导体变换器的场效应传感器。生物FET的一个优势是具有无标记操作的前景。特别地，生物FET使得能够避免诸如利用例如荧光或放射性探针标记分析物的昂贵且费时的标记操作。本文描述的一种特定类型的生物FET是双栅背侧感测生物FET。由生物FET检测的分析物通常是生物源诸如但不限于蛋白质、碳水化合物、脂质、组织碎片或它们的部分。然而，在更一般的意义上，生物FET是更广泛的FET传感器种类的部分，其还可以检测任何化学化合物(本领域中称为化学FET)或包括诸如质子或金属离子的离子的任何其他元素(在本领域中称为ISFET)。本专利技术意在适用于所有类型的基于FET的传感器(“FET传感器”)。本文的一种特定类型的FET传感器是双栅背侧感测FET传感器(“DGBSSFET传感器”)。“S/D”是指形成FET四个端子中的两个端子的源极/漏极结。表述“高k”是指高介电常数。在半导体器件结构和制造工艺的领域中，高k是指大于SiO2的介电常数(即，大于3.9)的介电常数。术语“分析”通常是指涉及物理、化学、生物化学或生物分析的包括但不限于表征、测试、测量、优化、分离、合成、添加、过滤、溶解或混合的工艺或步骤。术语“测定(assay)”通常是指涉及化学物质或目标分析物的分析的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体盒，包括：衬底，包括多个接触焊盘，配置为与分析仪电连接，半导体芯片，具有传感器阵列，以及参考电极；第一流体沟道，具有第一入口，并且连接至第二流体沟道，对准所述第二流体沟道使得所述传感器阵列和所述参考电极设置在所述第二流体沟道内；样本入口，用于将样本放置在所述第一流体沟道或所述第二流体沟道的路径内；第一插塞，设置在所述第一入口处并且包括配置为被毛细管穿过而不会使流体通过所述第一插塞泄漏的柔性材料。

【技术特征摘要】
2016.08.09 US 62/372,596;2017.01.13 US 15/406,0661.一种流体盒，包括：衬底，包括多个接触焊盘，配置为与分析仪电连接，半导体芯片，具有传感器阵列，以及参考电极；第一流体沟道，具有第一入口，并且连接至第二流体沟道，对准所述第二流体沟道使得所述传感器阵列和所述参考电极设置在所述第二流体沟道内；样本入口，用于将样本放置在所述第一流体沟道或所述第二流体沟道的路径内；第一插塞，设置在所述第一入口处并且包括配置为被毛细管穿过而不会使流体通过所述第一插塞泄漏的柔性材料。2.根据权利要求1所述的流体盒，还包括具有第二入口的第三流体沟道。3.根据权利要求2所述的流体盒，其中，所述第三流体沟道连接至所述第二流体沟道。4.根据权利要求3所述的流体盒，还包括第二插塞，设置在所述第二入口处，并且包括配置为被所述毛细管穿过而不会使所述流体通过所述第二插塞泄漏的柔性材料。5.根据权利要求4所述的流体盒，其中，所述第一插塞和所述第二插塞配置为与连接至所述分析仪的第一毛细管和第二毛细管对准，并且当所述流体盒和所述分析仪物理接触时，多个接触焊盘与所述分析仪连接。6.根据权利要求5所述的流体盒，其中，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄睿政，温清华，陈东村，谢正祥，黄毓杰，林璟晖，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71