测定生物分子特征的半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及一种测定生物分子特征的半导体装置。一种半导体装置包含电路层及纳米孔层。所述纳米孔层形成于所述电路层上且形成有穿过其的孔。所述电路层包含电路单元，所述电路单元经配置以驱动生物分子穿过所述孔且检测与所述纳米孔层的电阻相关联的电流，借此可使用由所述电路单元检测到的所述电流来测定所述生物分子的特征。

【技术实现步骤摘要】
测定生物分子特征的半导体装置
本揭露实施例中所描述的技术一般来说涉及微机电系统(MEMS)的微流体施加。
技术介绍
纳米孔定序为用于测定生物分子(例如，核糖核酸(RNA)、脱氧核糖核酸(DNA)链、毒素等)的一或多个特征的技术。生物分子定序装置能够识别例如核苷酸碱基序列/呈现的特征以便表征DNA链。在纳米孔定序中，DNA链(举例来说)悬浮在溶液中且经驱动穿过纳米孔装置中的孔。当DNA链通过孔时，纳米孔装置的电特征(例如，电阻、所感测电流或所感测电压)随着DNA链的不同核苷酸碱基(即，腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)及胸腺嘧啶(T))通过孔而以确定性方式变化。研究展示，DNA序列的变化与疾病范围(例如癌症、心血管疾病及免疫系统疾病)相关联。因此，重要的是，在纳米孔定序期间准确地测量纳米孔装置的特征以便准确地表征DNA链。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及一种包括至少一个半导体装置的生物分子感测装置，每一半导体装置包含：半导体电路层；及纳米孔层，其放置于所述电路层上面且通过半导体装置绕线耦合到所述电路层内的电路单元，所述纳米孔层具有穿过其的纳米孔，其中所述电路单元经配置以驱动生物分子穿过所述孔且所述电路单元经配置以检测与所述纳米孔层的电阻或电容相关联的电流，借此可使用由所述电路单元检测到的所述电流来测定所述生物分子的特征。本专利技术的实施例涉及一种制造半导体装置的方法，所述方法包括：形成电路层；在电路层上面放置未成形纳米孔层；将所述纳米孔层电耦合到所述电路层；及使用所述电路层将成形电压施加到所述纳米孔层，借此使所述纳米孔层成形。本专利技术的实施例涉及一种方法，其包括：用化学溶液填充经形成穿过半导体集成电路层的室；及使得所述电路层的电路能够将生物分子从所述室驱动穿过放置于所述电路层上的纳米孔层中的孔。附图说明当借助附图阅读时，从以下详细说明最佳地理解本揭露实施例的方面。应注意，根据工业中的标准实践，各种构件未按比例绘制。实际上，为论述清晰起见，可任意地增加或减小各种构件的尺寸。图1A是根据一些实施例的具有生物分子传感器阵列的示范性微流体装置的示意性图解说明。图1B是根据一些实施例的基于半导体的生物分子传感器装置的横截面视图，其图解说明与集成电路集成在一起的纳米孔装置的各个方面。图1C是根据一些实施例的示范性基于半导体的生物分子传感器装置的示意性俯视图图解说明。图1D图解说明根据一些实施例的与基于半导体的生物分子传感器装置集成在一起的集成电路的方面。图2A是图解说明根据一些实施例的连接到电极层的示范性第一电路的功能框图。图2B图解说明根据一些实施例的对纳米孔的脉冲形成的电流响应。图3A是图解说明根据一些实施例的示范性驱动模块的功能框图。图3B是图解说明根据一些实施例的示范性电流/电压转换器的功能框图。图3C是图解说明根据一些实施例的示范性孔形成模块的功能框图。图4是图解说明根据一些实施例的连接到电极层的示范性第二电路的功能框图。图5是图解说明根据一些实施例的示范性感测模块的功能框图。图6是图解说明根据一些实施例的具有集成式纳米孔层的示范性半导体装置的横截面视图。图7是图解说明根据一些实施例的制造半导体装置的示范性方法的流程图。图8A到8U是图解说明根据一些实施例的在各个制造阶段的示范性半导体装置的横截面视图。图9是图解说明根据一些实施例的测定生物分子特征的示范性方法的流程图。图10是图解说明根据一些实施例的示范性半导体装置的横截面视图。图11是图解说明根据一些实施例的示范性第三电路的功能框图。图12是图解说明根据一些实施例的示范性第四电路的功能框图。图13是图解说明根据一些实施例的测定生物分子特征的示范性方法的流程图。图14图解说明根据一些实施例的示范性纳米孔单元阵列。图15图解说明根据一些实施例的用于控制基于半导体的生物分子传感器装置阵列的集成电路的示意图。图16A是图解说明根据一些实施例的基于半导体的生物分子传感器装置的各个方面的横截面视图。图16B是图解说明根据一些实施例的基于半导体的生物分子传感器装置的各个方面的俯视图。图16C是图解说明根据一些实施例的基于半导体的生物分子传感器装置阵列的各个方面的俯视图。图17是图解说明根据一些实施例的形成纳米孔的示范性方法的流程图。具体实施方式以下揭露实施例提供用于实施本专利技术实施例的不同构件的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的具体实例以简化本揭露实施例。当然，这些仅仅为实例且不打算为限制性的。举例来说，在以下说明中第一构件形成于第二构件上方或上可包含其中第一构件与第二构件直接接触地形成的实施例，且还可包含其中额外构件可形成于第一构件与第二构件之间使得第一构件与第二构件可不直接接触的实施例。另外，本揭露实施例可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复是出于简单及清晰目的且本身不指示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。此外，为了便于说明，可在本文中使用空间相关术语(例如“下方”、“下面”、“下部”、“上面”、“上部”等)来描述一个元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如各图中所图解说明。所述空间相关术语打算囊括除各图中所描绘的定向之外的在使用或操作中的装置的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)且因此可同样地解释本文中所使用的空间相关叙词。生物分子的纳米孔定序涉及使生物分子通过纳米孔装置的纳米孔，且感测在所述生物分子通过所述纳米孔时所述纳米孔装置的改变。纳米孔定序装置包含感测组件(通常为纳米孔装置)及定序组件(其可为外部电路)。所述外部电路控制电压跨越纳米孔装置的施加。所述外部电路还感测当生物分子通过纳米孔装置的纳米孔时感测组件的机电特征的响应式改变。可借助通过电极导线耦合到远程定序装置的感测装置(例如，纳米孔装置)执行纳米孔定序。当感测到纳米孔装置的机电特征的变化时，形成与电流或电压改变相关联的模拟信号。所述模拟信号因此表示纳米孔装置的机电特征及因此通过纳米孔的生物分子的特征的变化。但当机电装置变得愈来愈小(例如，按微米、纳米或皮米尺度)时，所检测电流或电压的改变较小，且愈来愈易受所引入噪声影响。然而，描述纳米孔装置的机电特征的变化的模拟信号必须准确地传达到感测电路以便准确地表征通过纳米孔的生物分子。电线通常用于将纳米孔传感器装置耦合到生物分子表征装置(其可为生物分子检测装置，举例来说)。但可跨越电极导线产生所耦合噪声及寄生电容，借此使信号失真。因此，较长电极导线引入比较短电极导线多的噪声，且通过感测机电改变而获得的生物分子序列可由于导线所引入的噪声及失真而变得不准确。因此，通过在直接耦合到纳米孔传感器的半导体集成电路层中形成感测电路，可由原位(insitu)形成的集成电路将所感测信号转换为数字形式。可然后将数字信号发射到芯片外而不担心在长距离内影响所感测信号的所引入噪声及失真，只要噪声电平低得足以区分二进制高(例如，1或0)与二进制低(例如，0或1)。而且，传统上，通过电子束离子铣削而形成半导体纳米孔。电子束离子铣削的成本及吞吐量在使装置商业化时呈现巨大障碍，且增加安置具有预形成纳米孔的纳米孔装置使得经形成纳米孔适当地座落的复杂度。为了使纳米孔装置适当地座落，可需要精确地安置纳米孔装置中的纳米孔使得纳米孔与半导体装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括至少一个半导体装置的生物分子感测装置，每一半导体装置包含：半导体电路层；及纳米孔层，其放置于所述电路层上面且通过半导体装置绕线耦合到所述电路层内的电路单元，所述纳米孔层具有穿过其的纳米孔，其中所述电路单元经配置以驱动生物分子穿过所述孔且所述电路单元经配置以检测与所述纳米孔层的电阻或电容相关联的电流，借此能够使用由所述电路单元检测到的所述电流来测定所述生物分子的特征。

【技术特征摘要】
2017.06.28 US 62/525,850;2018.05.31 US 15/994,1531.一种包括至少一个半导体装置的生物分子感测装置，每一半导体装置包含：半导体电路层；及纳米孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昆龙，陈东村，谢正祥，黄毓杰，黄睿政，
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