传感器器件和制造方法技术

本发明专利技术公开了一种传感器器件(10)，包括承载感测元件(110)的基板(100)以及在所述基板上用于为所述感测元件提供互连的金属化堆叠，所述金属化堆叠包括：被绝缘层(120a-d)分离的多个图案化金属层(130a-d)，其中，第一金属层(130c)包括与感测元件导电地连接的电极部分(16)，面对第一金属层的另一金属层(130d)包括基准电极部分(18)，从金属化堆叠的顶部可访问的流体沟道(14)将电极部分和基准电极部分分离。本发明专利技术还公开了一种制造这种传感器器件的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器器件，所述传感器器件包括承载感测元件的基板以及在所述基板上用于为所述感测元件提供互连的金属化堆叠。本专利技术还涉及一种制造这种传感器器件的方法。
技术介绍
由于半导体技术的发展，在集成于单片电路中的传感器的感测表面上检测单个捕获事件变得可行。在PCT专利申请W02009/047703中公开了这种传感器的示例，其中，捕获分子形成电容器的绝缘层，电容器的基板分别由导电感测表面和流体样品(sample)形成。 捕获事件引起绝缘层的介电常数的变化，介电常数的变化影响电容器的电容，其中，所述绝缘层包括传感器表面正上方的发生捕获事件的部分。例如，如在本申请中的情况下一样，可以作为通过晶体管的电流的偏置来测量电容的变化。在PCT专利申请W02008/132656中公开了一种备选方案，其中，公开了一种外延栅极(extended-gate)场效应晶体管，所述外延栅极场效应晶体管在外延栅极的表面上具有捕获分子，使得晶体管的栅极电位可以被捕获事件改变。可以利用生物受体(biorec印tor)来功能化(functionalized)这种传感器的传感器电极，所述生物受体即是能够结合(接收(receive))感兴趣的特定分析物以检测感兴趣的特定分析物的单分子结合事件的分子或成分，通常是一些生物受体。此外，由于可以使电极小型化到nm量级这一事实，所以可以为单个集成电路(IC)提供这种传感器电极的阵列，从而例如通过在相同时间测量不同样品来便于并行读取的大量传感器的性能。为了实现有意义的读取，这种传感器器件典型地包括反电极(counter electrode)，所述反电极用于提供基准电位，相对于该基准电位来校准从传感器结合事件得到的信号。在PCT专利申请W02009/074926中，公开了一种传感器结构，其中，测量电极集成在线后端(BE0L,back end of line)金属化堆叠(metallization stack)的顶部金属层中，反电极设置在BEOL金属化堆叠的外部。例如，在W02009/047703中，在芯片封装工艺期间安装反电极。然而这需要附加的工艺步骤，并且使封装过程复杂化。此外，在封装中提供单个反电极严重地限制了并行执行多个独立捕获事件的可能性。在W02009/074926中，提出将反电极集成在BEOL金属化堆叠的顶部金属化层中。 然而这意味着必须在与基板中的感测元件相连的工作电极与反电极之间共享该顶部金属化中的可用空间量，从而将传感器器件的最大可能数目(multiplicity)减小大约因子2。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种传感器器件，该传感器器件克服了上述缺陷中的至少一些。本专利技术还旨在提供一种制造这种传感器器件的方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种传感器器件，包括承载感测元件的基板以及在所述基板上用于为所述感测元件提供互连的金属化堆叠，所述金属化堆叠包括被绝缘层分离的多个图案化金属层，其中，第一金属层包括与感测元件导电地连接的电极部分，面对第一金属层的另一金属层包括基准电极部分，从金属化堆叠的顶部可访问的流体沟道将电极部分和基准电极部分分离。因此，提供了一种传感器器件，其中，传感器电极和反电极都集成在BEOL金属化堆叠中，其中，流体沟道用于在传感器电极与反电极之间引导样品，从而将这些电极分离。 因此，得到了一种传感器器件，其中，由于不必在两个电极之间共享单个金属层的面积，所以可以使并联电极的密度最大化，即，由于样品室也集成在BEOL金属化堆叠中，并且可以以诸如CMOS工艺之类的半导体工艺技术来制造BEOL金属化堆叠，所以比现有器件更紧凑。优选地，还从基板去除所述另一金属层而不是第一金属层，因为这意味着使电极部分到感测器件的距离最小化，这使得器件的制造复杂度最小化。更优选地，所述另一金属层是上部金属层。在实施例中，面对流体沟道的电极部分的表面承载至少一个生物受体分子。这具有的优点是，传感器器件可以检测感兴趣的特定分析物的单分子结合事件，例如，参与到特定“锁和键(lock and key)型”结合事件中的分析物。在另一实施例中，基板承载多个感测元件，每个感测元件导电地连接至第一金属层中相应的电极部分。这具有的优点是，可以并行地执行多个感测事件。优选地，所述相应的电极部分中的至少一些位于分离的流体沟道中，使得可以对不同的样品并行地执行多个感测事件。为此，每个分离的流体沟道可以包括面对电极部分的反电极部分。优选地，电极部分和反电极部分由相同金属制成，以避免两个电极之间的电化效应。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造传感器器件的方法，包括提供承载感测元件的基板；以及在所述基板上形成用于为所述感测元件提供互连的金属化堆叠，其中，形成所述金属化堆叠的步骤包括形成通过先前沉积的绝缘层的导电连接，以建立与感测元件的导电连接；在先前沉积的绝缘层上形成第一图案化金属层，所述图案化金属层包括与导电连接导电地接触的电极部分；在第一图案化金属层上沉积包括另一绝缘层的另一层堆叠，所述另一绝缘层包括在电极部分上的牺牲区；将所述另一层堆叠的上部部分图案化，以向牺牲区形成反电极开口 ；用第二金属填充反电极开口，从而形成通过牺牲区与电极部分分离的反电极部分；通过所述另一层堆叠的至少一部分，来为牺牲区提供入口 ；以及通过经由所述入口来去除牺牲区，在电极部分与反电极部分之间形成流体沟道。因此，本专利技术的方法产生了一种传感器器件，其中，感测电极和反电极以及包括这些电极的样品室都集成在BEOL金属化堆叠中，而不需要非标准半导体工艺步骤，因此产生了一种提供这种传感器器件的节约成本的方法。在实施例中，形成通过先前沉积的绝缘层的导电连接以及形成第一图案化金属层的步骤包括在先前沉积的绝缘层上沉积蚀刻停止层；将所述蚀刻停止层图案化为至少在所述蚀刻停止层中形成电极开口 ；形成通过所述电极开口的导电连接；以及用第一金属来填充电极开口，从而提供通过先前沉积的绝缘层与感测元件导电地连接的电极部分。这便于通过蚀刻步骤来去除牺牲部分。可以通过在去除牺牲区期间以OV来偏置晶片来执行所述蚀刻步骤，这使得可以从电极部分与反电极部分之间有效地去除牺牲部分。 备选地，牺牲区可以包括热可分解材料，其中，通过所述入口来去除牺牲区的步骤包括将晶片加热到可分解材料的分解温度以上，直到可分解材料完全分解为止。这具有的优点是可以无需使用蚀刻停止层。 在实施例中，基板承载传感器元件的阵列，所述方法包括为每个感测元件提供电极部分；以及为每个电极部分提供分离的流体沟道。这样，包括传感器阵列(例如，二维传感器阵列)的传感器器件可以被设置为使得可以用于同时测量不同的样品。方法还可以包括使流体沟道外露于包括生物受体在内的成分；以及将生物受体粘附到电极部分，使得感测电极变得对感兴趣的特定分析物灵敏。附图说明参考附图，以非限制性示例的方式，更详细地描述本专利技术的实施例，其中图1示意性地示出了传感器器件；图2示意性地示出了在本专利技术的方法实施例的第一步骤之后的中间结构；图3-7示意性地示出了在本专利技术的方法的后续步骤之后的不同中间结构；图8示意性地示出了根据本专利技术实施例的传感器器件的顶视图；图9示意性地示出了传感器器件沿线A-A’的截面图；以及图10示意性地示出了传感器器件沿线B-B’的截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种传感器器件（１０），包括承载感测元件（１１０）的基板（１００）以及在所述基板上用于为所述感测元件提供互连的金属化堆叠，所述金属化堆叠包括：被绝缘层（１２０ａ－ｄ）分离的多个图案化金属层（１３０ａ－ｄ），其中第一金属层（１３０ｃ）包括与感测元件导电地连接的电极部分（１６），面对第一金属层的另一金属层（１３０ｄ）包括基准电极部分（１８），从金属化堆叠的顶部可访问的流体沟道（１４）将电极部分和基准电极部分分离。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪尧姆·伯卡迪，马格利·休格特·艾利斯·兰伯特，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL