具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片制造技术

本发明专利技术提供一种具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片，包括一半导体介质、一生长于所述半导体介质上表面的钝化层以及一参比电极；所述半导体介质内部从上至下依次设置有一第一顶层金属、一第二顶层金属及多个连接金属层；所述第一顶层金属及所述第二顶层金属通过任一所述连接金属层电连接；所述钝化层包括一待测溶液区域和一非待测溶液区域，所述待测溶液区域上开设有一第一窗口，所述参比电极生长于所述第一窗口内，且所述参比电极的下表面与所述第一顶层金属的上表面接触；所述非待测溶液区域上开设有一第二窗口，以将所述第二顶层金属的上表面暴露。本申请可以有效避免因电极形态、位置变化而给微弱信号检测系统带来不可忽视的影响。不可忽视的影响。不可忽视的影响。

【技术实现步骤摘要】
具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片


[0001]本申请涉及电化学测量领域，具体涉及一种具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片。

技术介绍

[0002]众所周知，在电化学测量实验及应用中，参比电极是其中必不可少的设备，其性质也将直接影响到测量的结果。Ag/AgCl作为一种电化学性能稳定的材料，被广泛应用于生物电和电化学测量中。目前常用的参比电极各有其缺陷，例如，放置在传感芯片所接触的溶液环境中的Ag/AgCl固体电极体积较大，不易于大规模电路的集成应用，且电极形态、位置容易变化，对微弱信号检测系统的测量会产生不可忽视的影响；基于硅基片的Ag/AgCl薄膜参比电极需要在衬底上额外制作辅助电极层或用于向外连接的金属层，且在涂敷Ag/AgCl浆料时，若溅射制成参比电极层的工艺方法精度不够高，难以控制平板电极的表面平滑度，对于整体传感结构来说，集成度也相对较低；带有饱和氯化钾溶液储液池的Ag/AgCl参比电极则存在工艺步骤多而复杂、不适用于大规模集成等缺陷。
[0003]随着集成电路的发展，各种微型化的传感器装置也亟待研发，这时候，参比电极与传感芯片的组合方式将成为影响大规模集成传感系统构成的因素之一，参比电极与传感芯片的集成具有较大的研究意义。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片，包括一半导体介质、一生长于所述半导体介质上表面的一钝化层以及一参比电极；
[0005]所述半导体介质内部设置有一第一顶层金属、一第二顶层金属及多个连接金属层；所述第一顶层金属及所述第二顶层金属通过任一所述连接金属层电连接；
[0006]所述钝化层包括一待测溶液区域和一非待测溶液区域，所述待测溶液区域上开设有一第一窗口，所述参比电极生长于所述第一窗口内，且所述参比电极的下表面与所述第一顶层金属的上表面接触；所述非待测溶液区域上开设有一第二窗口，以将所述第二顶层金属的上表面暴露。
[0007]在一实施例中，所述参比电极的上表面与所述钝化层的上表面齐平。
[0008]在一实施例中，所述参比电极的电阻可以通过改变所述参比电极的水平横截面积进行调整。
[0009]在一实施例中，所述参比电极的材质为Ag/AgCl。
[0010]在一实施例中，所述参比电极是利用电子束蒸镀技术生长在所述第一顶层金属上的。
[0011]在一实施例中，所述第一窗口与所述第二窗口是利用开窗技术去除所述第一顶层金属和所述第二顶层金属上的钝化层得到的。
[0012]在一实施例中，所述第二顶层金属通过外接导线与外部控制仪器连接，以通过所
述外部控制仪器对所述参比电极的电势进行调节。
[0013]在一实施例中，所述钝化层的厚度为2
‑
3μm。
[0014]在一实施例中，所述待测溶液区域中还包括一传感区域，且所述第一窗口位于所述传感区域外。
[0015]在一实施例中，所述第一窗口与所述传感区域的距离可按照电路设计要求进行调整。
[0016]本申请的具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片，使用CMOS工艺将参比电极集成到传感芯片上，参比电极的形态、位置在生产过程中被固定，因此可以有效避免因电极形态、位置变化而给微弱信号检测系统带来不可忽视的影响。同时，基于本申请的参比电极的面积可以自行控制，面积越大，电极电阻越小，进而可以减小因参比电极电阻对微弱信号检测系统响应而产生的负面影响，提高传感检测系统的带宽，带来更优的信噪比。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请提供的具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片的侧视图。
[0019]图2为本申请提供的具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片的俯视图。
[0020]图3为本申请提供的具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片的另一种俯视图。
[0021]图4为本申请提供的具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片的另一种侧视图。
[0022]附图标号：
[0023]1‑
半导体介质；2
‑
钝化层；21
‑
待测溶液区域；22
‑
非待测溶液区域；23
‑
第一窗口；24
‑
第二窗口；25
‑
传感区域；3
‑
参比电极；41
‑
第一顶层金属；42
‑
第二顶层金属；43
‑
第三顶层金属；5
‑
连接金属层；6
‑
过孔；7
‑
待测溶液池；8
‑
外接导线。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]本申请提供一种具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片，图1和图2分别为该传感芯片的侧视图和俯视图。如图1所示，该传感芯片包括一半导体介质1、一生长于所述半导体介质1上表面的一钝化层2以及一参比电极3。
[0026]从图1中可以看出，所述半导体介质1的内部设置有一第一顶层金属41和一第二顶层金属42及多个连接金属层5；半导体介质1内上下相邻的金属层(包括第一顶层金属41、第二顶层金属42和连接金属层5)之间可通过过孔6电连接，以进行电信号传输。在一优选的实
施例中，第一顶层金属41的上表面及第二顶层金属42的上表面分别与所述半导体介质的上表面齐平。
[0027]第一顶层金属41和第二顶层金属42为独立的两个金属层，其形状和位置可以由设计需求、制造工艺等因素决定。第一顶层金属41及第二顶层金属42通过过孔6以及任一所述连接金属层5电连接。
[0028]如图2所示，所述钝化层2包括一待测溶液区域21和一非待测溶液区域22，待测溶液区域上设置有待测溶液池7。所述待测溶液区域21上开设有一第一窗口23，所述参比电极3生长于所述第一窗口23内，且所述参比电极3的下表面与所述第一顶层金属41的上表面接触，以进行电信号的传输；所述非待测溶液区域22上开设有一第二窗口24，以将所述第二顶层金属42的上表面暴露。
[0029]其中，第一窗口23和第二窗口24的形状和位置分别与第一顶层金属41和第二顶层金属42对应。
[0030]钝化层2的厚度由制造工艺决定，例如，对于0.18μm工艺来说，钝化层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片，其特征在于，包括一半导体介质、一生长于所述半导体介质上表面的一钝化层以及一参比电极；所述半导体介质内部设置有一第一顶层金属、一第二顶层金属及多个连接金属层；所述第一顶层金属及所述第二顶层金属通过任一所述连接金属层电连接；所述钝化层包括一待测溶液区域和一非待测溶液区域，所述待测溶液区域上开设有一第一窗口，所述参比电极生长于所述第一窗口内，且所述参比电极的下表面与所述第一顶层金属的上表面接触；所述非待测溶液区域上开设有一第二窗口，以将所述第二顶层金属的上表面暴露。2.根据权利要求1所述的具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片，其特征在于，所述参比电极的上表面与所述钝化层的上表面齐平。3.根据权利要求2所述的具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片，其特征在于，所述参比电极的电阻可以通过改变所述参比电极的水平横截面积进行调整。4.根据权利要求2所述的具有基于CMOS工艺的片上参比电极的传感芯片，其特征在于，所述参比电极的材质为Ag/AgCl。5.根据权利要求4所述的具有基于CMOS工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁菁，胡远奇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：