用于形成设置在传感器上方的孔的方法技术

一种用于形成提供通向传感器垫的通路的孔的方法，所述方法包括：在设置在所述传感器垫上方的介电结构上方对第一光致抗蚀剂层图案化；将第一通路蚀刻到所述介电结构中和所述传感器垫上方，所述第一通路具有第一特征直径；在所述介电结构上方对第二光致抗蚀剂层图案化；以及将第二通路蚀刻在所述介电结构上方和所述传感器垫上方。所述第二通路具有第二特征直径。所述第一通路和所述第二通路重叠。所述第一特征直径与所述第二特征直径的直径比不大于0.7。所述第一通路暴露出所述传感器垫。所述第二通路的底部深度小于所述第一通路的底部深度。

Method for forming a hole set above the sensor

A method for forming a hole for providing a path to the sensor pad includes: patterning a first photoresist layer over a dielectric structure arranged above the sensor pad; etching the first path onto the dielectric structure and the sensor pad, wherein the first path has a first characteristic diameter; and patterning a second photoresist layer over the dielectric structure The resist layer is patterned; and a second path is etched above the dielectric structure and above the sensor pad. The second path has a second characteristic diameter. The first path and the second path overlap. The diameter ratio of the first characteristic diameter to the second characteristic diameter is not greater than 0.7. The first path exposes the sensor pad. The bottom depth of the second path is less than the bottom depth of the first path.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成设置在传感器上方的孔的方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年4月4日提交的美国临时申请No.62/481,610的权益，所述美国临时申请的全部内容以引用方式并入本文。
本公开总体上涉及用于在半导体器件上方形成孔的方法。
技术介绍
化学过程检测当中已用到多种类型的化学装置。其中一类是化学敏感的场效应晶体管(chemFET)。chemFET包括由沟道区分隔的源极和漏极，以及耦合至所述沟道区的化学敏感区。所述chemFET的操作基于敏感区内电荷变化所引起的沟道电导的调制，所述变化之致因在于附近发生的化学反应。所述沟道电导的调制改变chemFET的阈值电压，其可以得到测量以检测或确定所述化学反应之特征。例如，可以通过对源极和漏极施加适当的偏置电压，并测量流经chemFET的所得电流来测量阈值电压。在另一实例中，可以通过驱动已知电流穿过chemFET并测量源极或漏极处的所得电压来测量阈值电压。离子敏感场效应晶体管(ISFET)是一种在敏感区包含离子敏感层的chemFET。在分析物溶液中，离子的存在会改变离子敏感层与分析物溶液之间的界面处的表面电位，这是例如由于分析物溶液中存在的离子引起表面电荷基团质子化或去质子化所致。ISFET敏感区表面电位的变化会影响装置的阈值电压，其可以得到测量以指示溶液中离子的存在或浓度。ISFET阵列可用于根据反应期间存在、生成或使用之离子检测结果，监测化学反应，如DNA测序反应。更一般地说，可使用chemFET或其他类型化学装置的大型阵列，以检测及测量各类过程中多种分析物(例如，氢离子、其他离子、化合物等)的静态或动态量或浓度。例如，该过程可以是生物或化学反应、细胞或组织培养，或者监测神经活性、核酸测序等。在大型化学装置阵列之操作中所出现的问题是传感器输出信号对噪音的敏感性。具体而言，噪音影响下游信号处理的准确度，所述下游信号处理用以确定由所述传感器测得的化学或生物过程之特征。因此理想情况是提供包括低噪音化学装置之装置，以及制造此类装置之方法。附图说明对于本领域技术人员而言，通过参考附图，可以更好地理解本公开内容，并且可清楚了解本公开的多个特征和优点。图1包括示例性系统(其包括传感器阵列)的图示。图2包括示例性传感器和相关联的孔的图示。图3包括用于制备测序装置的示例性方法的图示。图4是描述示例性系统的框图。图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11包括用于形成微孔的过程期间的示例性工件的图示。图12、图13、图14、图15、图16、图17和图18包括用于形成微孔的过程中的示例性步骤的图示。在不同的附图中使用相同的参考标记指示相似或相同的项。具体实施方式在一个示例性实施例中，一种装置包括设置在传感器阵列上方的介电结构。所述介电结构限定微孔，所述微孔包括：第一通路，所述第一通路暴露出传感器的传感器垫；以及第二通路，所述第二通路与第一通路重叠，并且第二通路的特征直径大于第一通路的特征直径。第一通路和第二通路一起形成微孔。在使用中，微孔可以提供从本体溶液贯通至传感器垫的流体路径。具体地，可以使用由第一通路暴露出的传感器垫表面来测量与微孔内发生的反应相关联的反应物或反应副产物。任选地，可以在微孔的第一通路或第二通路内设置共形金属涂层(诸如钛涂层)，将传感器表面延伸至孔的表面上方。任选地，介电结构具有多于一个层。例如，介电结构可以具有氧化硅层，诸如高密度等离子体化学气相沉积的二氧化硅层。此外，介电结构可以具有氮化物层，诸如氮化硅层。在又一实例中，介电结构可以具有氧化硅层，诸如原硅酸四乙酯(TEOS)沉积的二氧化硅层。在一个实例中，传感器的传感器垫设置在介电结构内。所述介电结构可以具有单一层，诸如高密度等离子体化学气相沉积的二氧化硅。在另一实例中，介电结构可以具有多层结构，诸如围绕传感器垫形成的氧化硅层、设置在氧化硅层上方的氮化硅层以及设置在氮化硅层上方的氧化硅层(诸如使用TEOS形成的层)。可以对光致抗蚀剂图案化以限定开口，并且可以蚀刻介电结构以形成具有与开口相关联的特征直径的第一通路。如本文所用，特征直径是横截面积的四倍除以pi的平方根(即，sqrt(4A/pi))。在一个实例中，可以穿过介电结构部分地蚀刻第一通路。在另一实例中，可以穿过介电结构蚀刻第一通路以暴露出传感器垫的表面。可以从工件上除去并清洁第一光致抗蚀剂层，并且可以形成第二光致抗蚀剂层并对其图案化以限定第二开口，所述第二开口的特征直径大于第一开口的特征直径。可以蚀刻介电结构以形成第二通路，所述第二通路与第一通路重叠并且穿过介电结构部分地形成。第二通路不延伸至暴露出传感器垫。任选地，在形成第二光致抗蚀剂层之前，在介电结构上方以及至少部分地在第一通路内形成底部抗反射涂层。可以从工件清洁第二光致抗蚀剂层以及任选地，底部抗反射涂层(BARC)。在又一实例中，可以例如通过溅射或沉积来在第一通路和第二通路内形成共形金属层。可以从围绕第二通路的间隙区域除去共形金属涂层。第一通路和第二通路可以限定微孔。所述装置(其包括介电层，所述介电层限定由第一通路和第二通路形成的微孔并暴露出传感器垫)特别适用于检测化学反应和副产物(诸如响应于核苷酸掺入而检测氢离子的释放)、适用于基因测序以及其他应用。在一个特定实施例中，一种测序系统包括其中设置有感测阵列的流动池，包括与感测阵列电子流通的通信电路并且包括与流动池流体连通的容器和流体控件。在一个实例中，图1示出了流动池100的展开的剖视图，并且示出了流动腔106的一部分。试剂流108流过微孔阵列102的表面，其中试剂流108流过微孔阵列102的微孔的开口端。微孔阵列102和传感器阵列105可以一起形成集成单元，所述集成单元形成流动池100的下壁(或底板)。参考电极104可以流体耦合至流动腔106。此外，流动池盖130封装流动腔106以将试剂流108容纳在受限区域内。图2示出了微孔201和传感器214的展开图，如图1的110所示。微孔的体积、形状、长宽比(如基部宽-孔深比)和其他尺寸特征可以基于发生的反应的性质以及采用的试剂、副产物或标签技术(如果有的话)来选择。传感器214可以是化学场效应晶体管(chemFET)，更具体地是离子敏感FET(ISFET)，其中浮栅218的传感器板220任选地通过钝化层216与微孔内部隔离。传感器214可以响应于与传感器板220相对的钝化层216上存在的电荷224的量(并生成与之相关的输出信号)。电荷224的变化可以导致chemFET的源极221和漏极222之间的电流发生变化。继而，chemFET可以直接用于提供基于电流的输出信号，也可以利用附加电路间接地用于提供基于电压的输出信号。反应物、洗涤溶液及其他试剂可以通过扩散机制240进出微孔。在一个实施例中，在微孔201中进行的反应可以是用于识别或确定目标分析物的特征或性质的分析反应。此类反应可以直接或间接生成会影响与传感器板220相邻的电荷的量的副产物。如果此类副产物产生的量较少或快速衰减或者与其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成提供通向传感器垫的通路的孔的方法，所述方法包括：/n在设置在所述传感器垫上方的介电结构上方对第一光致抗蚀剂层图案化；/n将第一通路蚀刻到所述介电结构中和所述传感器垫上方，所述第一通路具有第一特征直径；/n在所述介电结构上方对第二光致抗蚀剂层图案化；以及/n将第二通路蚀刻在所述介电结构上方和所述传感器垫上方，所述第二通路具有第二特征直径，所述第一通路和所述第二通路重叠，所述第一特征直径与所述第二特征直径的直径比不大于0.7，所述第一通路暴露出所述传感器垫，所述第二通路的底部深度小于所述第一通路的底部深度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170404 US 62/481,6101.一种用于形成提供通向传感器垫的通路的孔的方法，所述方法包括：
在设置在所述传感器垫上方的介电结构上方对第一光致抗蚀剂层图案化；
将第一通路蚀刻到所述介电结构中和所述传感器垫上方，所述第一通路具有第一特征直径；
在所述介电结构上方对第二光致抗蚀剂层图案化；以及
将第二通路蚀刻在所述介电结构上方和所述传感器垫上方，所述第二通路具有第二特征直径，所述第一通路和所述第二通路重叠，所述第一特征直径与所述第二特征直径的直径比不大于0.7，所述第一通路暴露出所述传感器垫，所述第二通路的底部深度小于所述第一通路的底部深度。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述直径比在0.01至0.7的范围内。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述直径比在0.05至0.6的范围内。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述直径比在0.1至0.6的范围内。


5.根据权利要求4所述的方法，其中所述直径比在0.3至0.6的范围内。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中蚀刻所述第一通路包括将所述第一通路蚀刻到暴露出所述传感器垫的底部深度。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中蚀刻所述第一通路包括将所述第一通路蚀刻到并不暴露出所述传感器垫的底部深度。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，进一步包括在蚀刻所述第一通路之后以及在图案化所述第二光致抗蚀剂层之前，沉积底部抗反射涂层。


9.根据权利要求8所述的方法，其中所述底部抗反射涂层至少部分地设置在所述第一通路中。

【专利技术属性】
技术研发人员：P瓦戈纳，J欧文斯，
申请(专利权)人：生命技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US