在芯片上制备多个测量区域的方法及具有测量区域的芯片技术

本发明专利技术涉及用于在芯片上制备多个测量区域的方法，所述测量区域设有用于电学检测反应的电极。为了使各测量区域彼此可靠地分开，根据本发明专利技术在所述芯片表面上形成具有强疏水性能的氟硅烷单层。由此，在使用液体点样期间能够可靠地防止点样后的液滴合并以及由此所导致的应被固定在所述测量区域的液滴物质的混合。本发明专利技术还涉及这样的芯片。

Method of fabricating multiple measurement areas on chip and chip with measurement area

【技术实现步骤摘要】
在芯片上制备多个测量区域的方法及具有测量区域的芯片本申请是申请日为2014年5月30日，申请号为201480041722.X，专利技术名称为“在芯片上制备多个测量区域的方法以及具有测量区域的芯片”的在先申请的分案申请。
本专利技术涉及用于在芯片上制备多个测量区域的方法，其中在所述芯片上于各测量区域内使可电接触的电极对结构化，并且其中该测量区域通过形成使所述测量区域相互分开的隔室结构(CompartmentStruktur)而形成。此外，本专利技术涉及具有多个可电寻址的(elektrischadressierbar)测量区域的芯片，其中在该芯片表面上设有使测量区域相互分开的隔室结构。
技术介绍
上述类型的芯片及其制造方法例如由US2009/0131278A1而已知。所述芯片是一种硅基芯片，在其表面通过金属化和结构化布置有多个电极对。这些电极对呈二维阵列，优选地呈棋盘状的排列。所述电极装置包括叉指电极条带，该电极条带使得所述电极装置的两个电极在长距离上彼此相邻。所述测量范围被设成以某些生物活性物质官能化。在此，其可以是对特异性抗原起化学反应的抗体，其中该化学反应可通过所述电极装置进行电检测。所述官能化通过所谓的点样方法(Spotting-Verfahren)来实现，其中对各测量区域均使用其它例如水基的溶液来施加作用。在此，负责官能化的分子被固定在相应的测量区域。这种情况下极为重要的是，各测量区域的不同液体不相互混合，从而在每个测量区域上仅存在一种类型的相关分子。为了避免相邻点样(Spots)的液体混合，根据US2009/0131278A1提出，在单个测量区域之间可提供小壁形式的机械屏障。因此，芯片的表面可以说被划分成一个箱体的不同隔间其中所述液体在点样方法的过程中分别被“填充”进隔间之一。然而，应考虑的是，所述隔间以μm的数量级在芯片表面延伸。因此，机械限制的效果有其局限性。由于溶剂(例如水)的表面张力，从而尽管有机械限制但仍可导致相邻测量区域的液体被合并，并由此发生相关官能性分子的互混。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供用于在芯片上制备多个测量区域的方法以及能够特别是用这种方法制造的芯片，其中可至少在很大程度上排除在点样方法的过程中液体的混合。上述目的由根据权利要求1的方法或根据权利要求20的芯片得以实现。有利的改进和设计是从属权利要求的主题。不言而喻的是，下文为避免重复而仅针对本专利技术的一个方面列出的设计、实施方式、优势等当然亦比照适用于本专利技术的其它方面。此外，不言而喻的是，对于下文的值、数量和范围的说明，所规定的值或范围不应理解为限制性的；本领域技术人员应理解，个别情况或相关应用下可以偏离所规定的范围和说明，而不脱离本专利技术的范围。另外，原则上可使用标准化的或明确规定的测定方法或本领域技术人员熟知的测定方法来确定或计算所有在下文中列出的值或参数等。以此为该前提，下文中将对本专利技术进行详述。根据本专利技术的一个方面，优选用以下工艺步骤来实现所述隔室结构的构建。首先，在测量区域产生亲水性。这是允许该测量区域能够用亲水性液体润湿的必要前提。一般情况下，官能性分子溶解在水中，因而最为重要的是所述测量区域的亲水性。此外，本专利技术的方法包括在所述测量区域以外的芯片表面上通过施加自组装单层来产生疏水润湿性，所述自组装单层由氟硅烷化合物构成。可能的氟硅烷化合物可考虑例如特氟龙(聚四氟乙烯或PTFE)。可使用例如(十三氟-1,1,2,2,-四氢辛基)三氯硅烷C8H4Cl3F13Si。有利的是，这种单层的疏水性能远比机械屏障有效。由于所述测量区域之间的芯片表面几乎不可能被亲水性液体润湿，从而在官能性液体的各个点样之间产生了安全距离，该距离有效地防止了混合。由此，能够有利地使用本专利技术的方法可靠制造官能化芯片。根据本专利技术的另一方面，特别提供一种芯片，其中隔室结构由自组装(英语selfassembling)单层构成，该自组装单层由氟硅烷化合物组成并且覆盖了除测量区域以外的芯片表面。当仅有一层分子形成在芯片表面上时，产生单层。该单层的自组装由所使用的氟硅烷化合物的结构而产生。氟硅烷分子具有三氯硅烷基团，其相对于硅是极其亲和的，出于该原因这些基团在芯片表面上排列。然后，所述分子的其余部分从表面伸出并形成相对疏水的表面。有利地，所述表面的这种疏水化是极其有效的。根据本专利技术方法的一种实施方式，该方法通过以下按指定顺序的工艺步骤实施以形成所述隔室结构。首先，将氟硅烷化合物作为单层沉积至芯片表面上。这发生在真空氛围中。可使用CVD或PVD工艺。接着进行的是，将可光致结构化(photostrukturierbar)的层施加至芯片表面上。该层首先覆盖整个芯片表面。接下来，通过合适的掩膜使测量区域曝光。通过使所述可光致结构化的层显影来产生经光致结构化的层，其中可使测量区域暴露。在如此暴露的测量区域获得了亲水性能，由此可在此处点样水性的溶液。最后除去所述可光致结构化的层。根据本专利技术的一种可替代的实施方式，该方法还可通过以下按指定顺序的工艺步骤实施以形成所述隔室结构。首先，在整个芯片表面上形成亲水性能。接着，将可光致结构化的层施加在芯片表面上。通过使测量区域以外的芯片表面曝光而将所述层光致结构化。通过所述可光致结构化的层的显影产生了经光致结构化的层，其中所述测量区域被所述经光致结构化的层覆盖。然后，在芯片表面上蒸镀氟硅烷化合物作为单层，即以上述已被实施的方式。最后除去所述经光致结构化的层。所述两种可替代的实施方式均具有以下巨大优势，各个生产步骤本身是众所周知的，因此能够以较大的加工可靠性来实施。由于工艺安全性的提高从而有利地实现了高品质的结果。根据所述方法的另一实施方式设置，亲水性能的产生是在氧等离子体中或利用干法蚀刻来实现的。这些对于晶片的处理来说常见的方法同样也能够以高的工艺安全性有利地使用。根据本专利技术的另一实施方式设置，在如上所述的工艺步骤完成后，对处理过的芯片表面进行清洗。以这种方式，可使芯片表面为接下来的点样过程做好准备。污染物被有利地去除，从而在点样后不会出现因测量区域的不洁表面而导致的测量误差。处理过的芯片表面的清洗可形成芯片准备的完结。然后，这样来封装所述芯片，使得没有必要重新清洁芯片表面。使用者在立即实施点样方法之前才去除封装。可替代地，当然也可以由使用者尽可能及时地在点样方法前实施清洗。优选以湿化学法来进行清洗。对此，提供piranha溶液的应用。该溶液由过氧化氢和硫酸的混合物组成并为表面的清洗提供了极为有效的化合物。有利的是，氟硅烷化合物的单层是化学足够稳定的，以经受这种清洗步骤。根据本专利技术的另一实施方式还设置，在进行清洗后立即用点样法进行测量区域的官能化。在这种情况下，使用者获取了已官能化的芯片以供使用。这之所以对于作为标准经常采用的分析方法来说是有利的，是因为大量件数的芯片能在制造后被立即官能化。以这种方式，可以很好地避免污染。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于制造具有多个可电寻址的测量区域的芯片、或用于在芯片上制备多个测量区域的方法，其中于该芯片表面上在各个测量区域中可电接触的电极对被结构化，并且其中通过形成使所述测量区域相互分开的隔室结构而形成所述测量区域。这种情况下，所述隔室结构的形成包括在除所述测量区域以外的芯片表面上产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备具有多个可电寻址的测量区域(16)的芯片(11)或用于在芯片(11)上制备多个测量区域(16)的方法，其中在芯片(11)上于各测量区域(16)内使可电接触的电极对(23a、23b)结构化，并且其中通过形成使所述测量区域(16)相互分开的隔室结构(24)而形成所述测量区域(16)，其特征在于，隔室结构(24)的形成包括以下工艺步骤：‑在除测量区域(16)以外的芯片表面(13)上产生疏水润湿性能，其中，所述疏水润湿性能通过施加疏水单层(12)来获得。

【技术特征摘要】
2013.05.30 DE 102013210138.41.一种用于制备具有多个可电寻址的测量区域(16)的芯片(11)或用于在芯片(11)上制备多个测量区域(16)的方法，其中在芯片(11)上于各测量区域(16)内使可电接触的电极对(23a、23b)结构化，并且其中通过形成使所述测量区域(16)相互分开的隔室结构(24)而形成所述测量区域(16)，其特征在于，隔室结构(24)的形成包括以下工艺步骤：-在除测量区域(16)以外的芯片表面(13)上产生疏水润湿性能，其中，所述疏水润湿性能通过施加疏水单层(12)来获得。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，隔室结构(24)的形成包括在测量区域(16)中产生亲水性能。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，直至单片化或安装芯片(11)时，测量区域(16)至少基本上设有保护层或被保护层覆盖。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述保护层是可光致结构化的层或经光致结构化的层(14、18)。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述保护层是耐热的，特别是耐短时的温度峰值的。6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，所述保护层在高达150℃、特别是高达200℃、优选高达250℃、优选高达300℃的温度是至少短时内化学和/或物理稳定的。7.根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，所述保护层包含光刻胶或是光刻胶。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光刻胶是基于聚酰胺的光刻胶。9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述疏水单层(12)是自组装单层。10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过与反应性化合物的反应进行疏水化，特别地，所述反应性化合物是硅烷、优选烷基硅烷、特别是三烷基硅烷，和硅氮烷、优选三甲基氯硅烷和/或六甲基二硅氮烷，和氟硅烷、特别是部分和/或全氟化的烷基硅烷、优选十三氟-1,1,2,2-四氢辛基-三氯硅烷。11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，疏水中间区域(27)在测量区域(16)之间形成平的栅格。12.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，隔室结构(24)的形成采用以下工艺步骤进行：-通过施加由氟硅烷化合物形成的自组装单层(12)在除测量区域(16)以外的芯片表面(13)上产生疏水润湿性能，-在测量区域(16)中产生亲水性能。13.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，隔室结构(24)的形成具有按指定顺序的以下工艺步骤：-将氟硅烷化合物作为单层(12)蒸镀至芯片表面(13)上，-将可光致结构化的层(14)施加至芯片表面(13)上，-对测量区域(16)进行曝光，-对可光致结构化的层(14)进行显影，其中测量区域(16)被暴露，-在测量区域(16)中产生亲水性能，以及-除去经光致结构化的层(18)。14.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，隔室结构(24)的形成具有按指定顺序的以下工艺步骤：-在芯片表面(13)上产生亲水性能，-将可光致结构化的层(14)施加至芯片表面(13)上，-对除测量区域(16)以外的芯片表面(13)进行曝光，-对可光致结构化的层(14)进行显影，其中测量区域(16)被经光致结构化的层(18)覆盖，-将氟硅烷化合物作为单层(12)蒸镀至芯片表面(13)上，以及-除去经光致结构化的层(18)。15.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述亲水性能的产生是在氧等离子体中或利用干法蚀刻进行的。16.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在根据前述权利要求之一所述的工艺步骤结束后，进行对经处理的芯片表面(13)或测量区域(16...

【专利技术属性】
技术研发人员：M希伯，H舍德，
申请(专利权)人：贝林格尔·英格海姆维特梅迪卡有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE