[go: up one dir, main page]

TW201527749A - 半導體微分析晶片及其製造方法 - Google Patents

半導體微分析晶片及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TW201527749A
TW201527749A TW103127610A TW103127610A TW201527749A TW 201527749 A TW201527749 A TW 201527749A TW 103127610 A TW103127610 A TW 103127610A TW 103127610 A TW103127610 A TW 103127610A TW 201527749 A TW201527749 A TW 201527749A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
flow channel
sample liquid
flow
wafer
disposed
Prior art date
Application number
TW103127610A
Other languages
English (en)
Inventor
Kentaro Kobayashi
Hideto Furuyama
Original Assignee
Toshiba Kk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Kk filed Critical Toshiba Kk
Publication of TW201527749A publication Critical patent/TW201527749A/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44756—Apparatus specially adapted therefor
    • G01N27/44791—Microapparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/1031—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502723—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by venting arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704—Details; Accessories
    • G01N27/44717—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones
    • G01N27/4473—Arrangements for investigating the separated zones, e.g. localising zones by electric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44704—Details; Accessories
    • G01N27/44743—Introducing samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0668—Trapping microscopic beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0681—Filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/069—Absorbents; Gels to retain a fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0864—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices comprising only one inlet and multiple receiving wells, e.g. for separation, splitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0421—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic electrophoretic flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Abstract

根據一實施例，一種半導體微分析晶片，用於偵測在一樣本液體中的粒子，包括一半導體基板、一流動通道，設置於半導體基板的一表面部分上以使樣本液體能流動在通道中，且包括一蓋層，用以覆蓋流動通道的至少一上部分、一微孔，設置於流動通道的一部分中以使在樣本液體中的粒子能通過微孔、及複數個孔，設置於蓋層中。

Description

半導體微分析晶片及其製造方法 【交叉參考相關應用】
本申請書係基於且主張在2013/11/18申請於日本專利申請書第2013-237768號之優先權的利益，本文藉由引用來合併其全部內容。
本文所述之實施例一般關於一種能夠偵測一粒子樣本的半導體微分析晶片、及其製造方法。
近年來，在生物科技、醫療保健等之技術領域中，已使用了具有如整合於其上的微流動通道及偵測系統之元件的微分析晶片。這些微分析晶片通常具有藉由在形成於玻璃基板或樹脂基板上之微溝槽上設置蓋子所形成的隧道流動通道。作為感測方法，除了雷射光散射和螢光偵測以外，已知使用微孔來計算微粒。
10‧‧‧Si基板
20‧‧‧流動通道
41‧‧‧開口部分
42‧‧‧開口部分
50‧‧‧支柱陣列
50a‧‧‧支柱
11‧‧‧SiO2膜
15‧‧‧蓋層
16‧‧‧灰化孔
17‧‧‧開口部分
30‧‧‧微孔
26‧‧‧樣本液體
12‧‧‧犧牲層
25‧‧‧通道部分
21‧‧‧第一流動通道
22‧‧‧第二流動通道
13a‧‧‧電極
13b‧‧‧電極
41a‧‧‧入口
41b‧‧‧入口
42a‧‧‧出口
42b‧‧‧出口
19‧‧‧蝕刻遮罩
31‧‧‧隔件
51‧‧‧支柱陣列
52‧‧‧支柱陣列
61‧‧‧粒子
62‧‧‧粒子
15‧‧‧絕緣膜
10a‧‧‧流動通道部分
27‧‧‧堆疊部分
71a‧‧‧吸收器
71b‧‧‧吸收器
72a‧‧‧吸收器
72b‧‧‧吸收器
81‧‧‧樣本液體入口埠
80‧‧‧封裝
82‧‧‧隔板
第1圖係顯示根據第一實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖；第2圖係顯示根據第一實施例之半導體微分析晶片的示意結構之剖面圖；第3A和3B圖係顯示第一半導體微分析晶片之流動通道的一部分之放大圖；第4A至4D圖係顯示根據第一實施例之半導體微分析晶片的製造步驟之剖面圖；第5圖係顯示根據第二實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖；第6圖係第5圖之半導體微分析晶片之流動通道的一部分之放大圖；第7圖係顯示根據第三實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖；第8圖係顯示根據第三實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖；第9A至9G圖係顯示根據第三實施例之半導體微分析晶片的製造步驟之剖面圖；第10圖係顯示根據第四實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖；第11圖係顯示根據第四實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖；第12圖係顯示根據第四實施例之半導體微分 析晶片的示意結構之剖面圖；第13A和13B圖係顯示當過蝕刻犧牲層時之流動通道結構的剖面圖；第14圖係顯示根據第四實施例之半導體微分析晶片的功能操作之剖面圖；第15A和15B圖係顯示第四實施例之支柱陣列的佈置之實例的圖示；第16圖係顯示根據第五實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖；第17A至17F圖係顯示根據第五實施例之半導體微分析晶片的製造步驟之剖面圖；第18圖係顯示根據第六實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖；第19圖係顯示根據第六實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖；第20A至20C圖係顯示根據第六實施例之半導體微分析晶片的示意結構之剖面圖；第21圖係顯示第六實施例之修改實例的平面圖；第22圖係顯示第六實施例之修改實例的透視圖；第23A至23D圖係顯示第六實施例之支柱陣列的佈置之實例的圖示；第24圖係用於說明第六實施例之微粒偵測機 制的剖面圖；第25圖係顯示根據第七實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖；第26圖係顯示根據第八實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖；第27A和27B圖係顯示根據第八實施例之半導體微分析晶片的示意結構之剖面圖；第28圖係用於說明第八實施例之圖且顯示第一層的灰化率與第二層的灰化率之間的差；第29圖係顯示根據第九實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖；第30圖係顯示根據第十實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖；第31圖係顯示根據第十一實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖；及第32圖係顯示根據第十一實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖。
【發明內容及實施方式】
一般而言，根據一實施例，一種用於偵測在一樣本液體中的粒子的半導體微分析晶片，包含：一半導體基板；一流動通道，設置於半導體基板的一表面部分上，其使樣本液體能流動於其中，且流動通道的至少一上部分係由一蓋層覆蓋；一微孔，設置於流動通道的一部分 中以使在樣本液體中的粒子能經此通過；及複數個孔，設置於蓋層中。
以下將參考附圖來說明實施例。下面舉例說明一些具體材料和結構，但能同樣地採用具有與所述之那些相同之功能的材料和結構，且並不限於下面所述之實施例的材料和結構。
(第一實施例)
第1和2圖係說明第一實施例之半導體微分析晶片的示意結構之圖。第1圖係平面圖，且第2圖係沿著第1圖之線A-A’的剖面圖。
在圖中，參考數字10表示半導體基板。各種半導體材料(例如，Si、Ge、SiC、GaAs、InP、及GaN)可能用於基板10。以下，將說明對半導體基板10使用Si之實例。
在Si基板10的表面部分上，以線性槽形來形成流動通道20。流動通道20係用以運行包括將被偵測之微粒的樣本液體，且係藉由以例如50μm的寬度和2μm的深度之尺寸蝕刻Si基板10的表面來形成。在流動通道20的兩端上，設置了用於引入和排出樣本液體的開口部分41和開口部分42，且電極能分別被插入開口部分41和42中。在包括流動通道20之兩端的區域中，設置了支柱陣列50。支柱陣列50係由從流動通道20之底部延伸至Si基板之表面的柱狀結構(支柱)50a構成，且支柱 50a係以規則間隔來佈置作為陣列。支柱50a的直徑係例如1μm，且相鄰支柱之間的間隙係例如0.5μm。
在此，流動通道20的底部係由SiO2膜11覆蓋，且支柱陣列50亦由SiO2構成。此外，流動通道20的上部分係被由SiO2構成的蓋層15覆蓋，且灰化孔16係形成於蓋層15的數個位置。
在開口部分42中，開口部分17係設置於流動通道20的後側，且微孔30係設置於流動通道20的底部。流動通道20和Si基板10的後開口17在空間上係經由微孔30來彼此連接。
在本實施例之半導體微分析晶片中，當樣本液體倒入引入開口41(即，入口)中時，樣本液體藉由毛細管作用來流過流動通道20且接著到達排出開口42(即，出口)。後開口17被填滿不包含粒子樣本的電性導電液體。電極(金屬線、等等)分別被插入出口42和後開口17中，且在這些電極之間施加電壓。這些電極感測經由微孔30在電極之間流動的離子電流。當粒子通過微孔30時，粒子佔據微孔30的一部分，且因此這部分的微孔30之電阻改變。離子電流係依據電阻中的變化而改變。如上所述，當粒子通過微孔30時，能藉由觀察離子電流中的變化來偵測已通過微孔30的粒子。
在此，若每個灰化孔16的直徑過大時，樣本液體可能從孔16流出。由此，每個灰化孔16的直徑R必須與樣本不會流出般一樣小。第3A圖係流動通道20之一 部分的俯視圖，且第3B圖係在流動通道的方向上之流動通道20的剖面圖。如第3B圖所示，當樣本液體26流過流動通道20時，液體進入灰化孔16中。若灰化孔16的直徑很大，則樣本液體取決於灰化孔16之內壁和蓋層15之頂部表面的可濕性而流出流動通道20。相反地，若灰化孔16的直徑很小，例如，當灰化孔16的直徑R小於蓋層15的厚度D時，則表面表面張力在灰化孔16與蓋層15的頂部表面之間的邊界作用。於是，藉由使灰化孔16的直徑R小於蓋層15的厚度D，樣本液體26由於蓋層表面的表面張力而將不會流出流動通道20。
接下來，將參考第4A至4D圖來說明製造本實施例之半導體微分析晶片的方法。
首先，如第4A圖所示，入口41、出口42、流動通道20、和支柱陣列50係形成在Si基板10上。在此，Si基板10的表面和支柱陣列50係由氧化矽膜形成。為了形成這些，在於Si基板10上形成對應於入口41、出口42、流動通道20、和支柱陣列50的遮罩之後，藉由RIE等來選擇性地蝕刻Si基板10。隨後可能進行氧化程序。
然後，如第4B圖所示，犧牲層12被填充至流動通道部分中以支持在流動通道上形成蓋膜。聚醯亞胺樹脂等的有機材料係用於犧牲層12。例如，旋塗和熱固化聚醯亞胺樹脂的前驅物。之後，藉由化學機械拋光(CMP)、聚醯亞胺樹脂的整體蝕刻、等等來平面化固化 部分。任何材料能用於犧牲層12，只要它能在最後階段中被選擇性地移除，並使SiO2、SiNx、Al2O3等的絕緣膜能堆疊在上方即可。亦即，犧牲層12的材料並不限於有機材料且可能是另一材料。
接著，如第4C圖所示，SiO2等的蓋層15係形成在Si基板10的表面上，覆蓋於犧牲層12上方。然後，用於入口41和出口42的開口部分及灰化孔16係形成在蓋層15上。雖然沒有特別地限制灰化孔16的佈置，但最好將它們均勻地佈置達到某種程度以藉由均勻灰化來移除犧牲層12。若灰化孔16的直徑R大於支柱50a之間的間隔，則灰化孔16的一部分可能與支柱50a重疊。
接下來，如第4D圖所示，藉由氧等離子體灰化等來選擇性地移除犧牲層12。此時，灰化氣體通過灰化孔16以及入口41和出口42來進入流動通道20中，導致迅速地移除犧牲層12。亦即，藉助於灰化孔16，能減少灰化程序所需的時間且能均勻地移除犧牲層12。
藉此，在本實施例中，能僅藉由引入樣本液體和電氣觀察來偵測微粒。此外，能藉由半導體處理技術來實作超小型和大量生產，且也能整合粒子偵測電路、粒子鑑別電路、等等。因此，能大量且低成本地製造超小型和高靈敏度的半導體微分析晶片。
另外，由於灰化孔16係形成在覆蓋流動通道20的蓋層15中，因此能迅速地且均勻地進行為了流動通道形成而移除犧牲層，然後能減少灰化程序所需的時間。 此外，當樣本液體26注入流動通道20中時，能使灰化孔16當作氣孔。因此，灰化孔16能防止氣泡在流動通道20中被擷取且使樣本液體26的流動平穩。
如上所述，本實施例之半導體微分析晶片係藉由在半導體基板上整合流動通道20和用於微粒的偵測機制來形成。微粒偵測係藉由將樣本液體26填充至流動通道20中，並觀察流過微孔30的離子電流來電性執行，其當粒子通過微孔30時改變。
如上所述之半導體微分析晶片係由如Si的半導體晶圓製成，且能利用具有半導體製造程序技術的大量生產技術。基於此項原因，能使半導體微分析晶片小型化達到相當的程度，且相較於使用常在習知技術中採用之石英基板或樹脂基板的微分析晶片能大量製造。另外，根據本實施例之半導體微分析晶片不需要黏合另一基板或蓋玻璃以形成流動通道之密封結構(蓋子)的黏合程序，且能降低黏合程序的成本。此外，由於將電性偵測粒子，因此能實現藉由利用電子電路技術來消除來自偵測信號的雜訊，以及以即時數位處理(統計處理、等等)的高靈敏度偵測。再者，相較於光學偵測系統，能使偵測系統更為小型，因為微分析晶片不需要如佔用太多空間之光學系統的設備。
而且，在本實施例之半導體微分析晶片中，複數個孔係設置於小型流動通道中，且這些孔係作為用於移除為了形成流動通道所形成之犧牲層的灰化孔。藉此能 顯著地減少移除犧牲層所需的時間，且能降低製造成本。
(第二實施例)
第5圖係顯示第二實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖。請注意與第1圖相同的結構元件將由與第1圖相同的參考數字表示，且將省略其之詳細解釋。
本實施例與上述第一實施例之間的差別在於與流動通道20連接的通道部分25係設置於流動通道20的側部分上，且灰化孔16係形成在通道部分25上方的蓋層15中。例如，在流動通道20的兩側表面上，比將形成之灰化孔略大的通道部分25係以規則間隔來佈置，且灰化孔16係形成在每個通道部分25中。
即使在此結構中，由於設置了灰化孔16，因此如在上述第一實施例中，能迅速地進行在形成流動通道20中移除犧牲層12。此外，灰化孔16能作為用於通過樣本液體的氣孔。再者，在本實施例中，孔不直接地形成在流動通道20中，但孔16係形成在設置於流動通道之側壁的通道部分25中。由此，本實施例具有一項優點為能夠形成孔16而不會降低流動通道頂板的強度。於是，能獲得與第一實施例相同的優點。
當使樣本液體26流過流動通道20時，應使通道部分25的寬度W大於支柱間隔P，如第6圖所示。藉此，支柱50a之間的毛細管作用係大於在通道部分25 之方向上的毛細管作用，因為位於支柱陣列50和通道部分25、及樣本液體26之間之邊界的表面張力容易在流動通道的方向(即，第6圖中的箭頭所示之方向)上進行。因此，樣本液體26不引入通道部分25中。由此，能與在不具有通道部分25的情況下獲得樣本液體的相同流變特性。
(第三至第十一實施例)
接下來，將說明對特定產品應用第三至第十一實施例的實例。
下述本實施例之每個半導體微分析晶片係藉由在半導體基板上整合小型流動通道和微粒偵測機制來形成。樣本液體(藉由散佈將在電解質中偵測到的粒子所獲得的懸浮液)被引入第一流動通道的樣本液體入口中，且樣本液體或電解質被引入第二流動通道的樣本液體入口中，使得流動通道被填滿其各別液體。流過佈置於第一流動通道與第二流動通道之間之微孔的離子電流當微粒通過微孔時改變，接著能藉由觀察離子電流來電性偵測粒子。
(第三實施例)
第7圖係示意地繪示根據第三實施例之半導體微分析晶片的俯視圖，且第8圖係用於說明半導體微分析晶片之示意結構的透視圖。
在圖中，參考數字10表示半導體基板。各種 半導體材料(例如，Si、Ge、SiC、GaAs、InP、及GaN)可能用於基板10。以下，將說明對半導體基板10使用Si之實例。
參考數字21表示其中樣本液體流動的第一流動通道，且22表示其中樣本液體或電解質流動的第二流動通道。流動通道21和22係配置以在不同佈局中部分地彼此接近，且係藉由例如將Si基板10蝕刻為50μm的寬度和2μm的深度來形成。流動通道21和22之各者的上部分被覆蓋絕緣薄膜(具有例如200nm之厚度)，如氧化矽膜(SiO2)、氮化矽膜(SiNx)、及氧化鋁膜(Al2O3)。如第8圖所示，蓋層15係形成在流動通道21和22的上部分上作為流動通道蓋(即，用以密封流動通道21和22的蓋子)。第一和第二流動通道兩者藉此形成為槽形的隧道流動通道。如之後所述，當移除犧牲層時所使用的灰化孔16係形成在蓋層15中。
參考數字41a和42a分別表示位於第一流動通道21的兩端之樣本液體的入口和出口。參考數字41b和42b分別表示位於第二流動通道22的兩端之樣本液體或電解質的入口和出口。例如，表示為41a、41b、42a、和42b的入口和出口係藉由將Si基板10的表面部分蝕刻成例如邊長1mm之正方形的形狀(例如，具有2μm的深度)來形成。在流動通道21和22的範圍中形成蓋層15，且在入口和出口41a、41b、42a、和42b中沒有形成任何蓋層。流動通道21和22藉此形成為在其入口和出口 處開口之隧道狀的流動通道。
參考數字30表示設置於第一流動通道21與第二流動通道22之間之接觸部分的微孔。微孔30係藉由將在流動通道21與流動通道22之間的隔件31(例如，具有0.2μm之厚度的SiO2壁)局部蝕刻成狹縫形來形成。沒有限制微孔30的尺寸(寬度)，只要它略大於將偵測到之粒子的尺寸即可。當將偵測到之粒子的尺寸為1μm的直徑時，第7圖之微孔30的寬度可能是例如1.5μm。
參考數字13a和13b表示配置以偵測粒子的電極。電極13a和13b分別被形成為部分暴露在流動通道21和22內部。作為電極13a和13b的材料，可能在電極接觸樣本液體之表面的部分中使用AgCl、Pt、Au、等等。電極13a和13b不一定必須如第8圖所示地被整合。亦即，即使電極13a和13b未如本實施例所示地被整合，仍能藉由將外部電極分別附接於流動通道的入口和出口來偵測粒子。
流過微孔30的離子電流基本上係取決於微孔30的孔徑尺寸來判定。換言之，分別對被填滿電解質之流動通道21和22中的電極13a和13b施加電壓所引起的靜態電流係取決於微孔30的孔徑尺寸來判定。
當粒子通過微孔30時，粒子部分地阻擋離子通過微孔30，依照阻擋程度而引起離子電流減少。然而，若粒子係導電的或在表面級能成為導電的，則觀察到 因為給予和接收離子電荷引起粒子本身的導電而離子電流相應於粒子通過微孔30而增加。上述離子電流變化係基於微孔30與粒子之間之形狀、尺寸、長度、等等的相對關係來判定。基於此項原因，能藉由觀察離子電流的變化量、暫態變化、等等來辨識出通過微孔之粒子的特徵。
可能藉由考慮方便通過將偵測到的粒子和離子電流的變化程度(靈敏度)來判定微孔30的孔徑尺寸。例如，微孔30的孔徑尺寸可能是將偵測到的粒子之外徑的1.5倍至5倍大。作為用以散佈將偵測到之粒子的電解質，可能使用如三乙烯二胺四乙酸(TE)緩衝溶液和磷酸鹽緩衝鹽水(PBS)緩衝溶液。
在第7和8圖所示之本實施例的半導體微分析晶片中，使用第一流動通道21作為樣本液體引入流動通道，且例如將樣本液體(即，藉由散佈將在電解質中偵測到的微粒所獲得的懸浮液液體)滴至入口41a。此時，由於流動通道21係如上所述之隧道狀的流動通道，因此樣本液體一到達流動通道21的入口，樣本液體就藉由毛細管作用而被吸入流動通道中，且接著流動通道21的內部被填滿樣本液體。在此，灰化孔16當作氣孔，其消除流動通道中的空氣，如此能平穩地執行將樣本液體填進流動通道中。
第二流動通道22係作為用於接收偵測到之粒子的流動通道。不包括將偵測到之粒子的電解質被滴入入口41b中，且然後入口41b的內部被填滿電解質。在上述 狀態下，藉由在電極13a與電極13b之間施加電壓，能偵測到通過微孔30的粒子。
在電極13a和13b之間施加之電壓的極性取決於將偵測到之粒子(細菌、病毒、標記例子、等等)的電荷而改變。例如，為了偵測帶負電荷的粒子，對電極13a施加負電壓，且對電極13b施加正電壓。在這種配置中，粒子藉由溶液中的電場來移動和通過微孔，或粒子被電泳，且接著根據上述機制來觀察離子電流變化。
第二流動通道22以及第一流動通道21能被填滿樣本液體。當將偵測到之粒子的電荷係不清楚的或當帶混合帶正電荷的粒子與帶負電荷的粒子時，能特別地採用這種情況。即使當已知將偵測到之粒子的電荷時，可能藉由以樣本液體填滿這兩個流動通道來執行偵測。在這種情況下，由於不需要製備兩種類型的溶液(即，樣本液體和電解質)，因此能簡化有關粒子之偵測的操作。然而，流動通道的入口41a和41b(出口42a和42b)需要彼此電性分離，即，在入口(出口)之一者中的樣本液體需要與在另一者中的樣本液體分離。
由此，在本實施例之半導體微分析晶片中，能僅藉由樣本液體引入和電氣觀察來偵測粒子。此外，能藉由半導體處理技術來實作超小型和大量生產，且也能整合粒子偵測電路、粒子鑑別電路、等等。因此，能大量且低成本地製造超小型和高靈敏度的半導體微分析晶片。
因此，藉由使用本實施例之半導體微分析晶 片，能容易地執行細菌、病毒等之高靈敏度偵測。本實施例之半導體微分析晶片能藉由將半導體微分析晶片應用於快速測試感染性病原體、食物中毒所致的病毒等來有助於防止傳染疾病蔓延且維護食品安全。半導體微分析晶片可適用於在需要在極低成本下提供大量晶片的情況下使用。例如，它們可能適合作為用於需要如流感的新菌種的緊急隔離行動、簡單的家庭給藥食物中毒測試等之疾病的高速主要測試工具。
下面將參考第9A至9G圖來說明製造第7和8圖所示之半導體微分析晶片的方法。在剖面圖中繪示了製造典型部分的方法。
第9A至9G圖係繪示本實施例之半導體微分析晶片的製造步驟之剖面圖。在第9A至9G圖之左側上的圖係繪示第一流動通道21的剖面圖，且在右側上的圖係繪示第一流動通道21與第二流動通道22之接觸部分的剖面圖，如沿著貫穿電極13a和13b的線所見。
在第9A圖中，10表示矽基板，且19表示藉由圖案化氧化矽膜(SiO2)所獲得的蝕刻遮罩。藉由化學蒸氣沉積(CVD)為例如100nm之厚度來形成表示為19的SiO2膜。接著，藉由進行使用光刻所形成之光阻遮罩(未示出)的濕蝕刻或乾蝕刻來圖案化膜。此時，圖案化蝕刻遮罩19的孔徑區域係流動通道21和22、入口41a和42a、出口42a和42b、及狹縫形的微孔(其係位於在第9A圖之右圖中心之隔離圖案的部分、或第7圖中的部 分30)。將第一流動通道21與第二流動通道22在流動通道的接觸部分彼此分離之隔件31的寬度(即，在第9A圖之右圖中心的隔離圖案)被設定為例如100nm。
接下來，如第9B圖所示，藉由使用蝕刻遮罩19以例如2μm的深度來蝕刻矽基板10的表面。藉由如博希法的深反應性離子蝕刻(RIE)來進行基板10的蝕刻，使得蝕刻的側表面盡可能地與基板10垂直。
然後，如第9C圖所示，在矽基板10的表面上形成了熱氧化矽(SiO2)膜11。此時，蝕刻遮罩19可能在熱氧化之前被移除或在第9B圖所示之狀態下留下。例如，藉由使用H2O蒸氣以將SiO2膜形成為例如200nm之厚度來執行熱氧化。此時，由於流動通道的100nm厚隔件31(即，位於第9C圖之右圖中心的隔離圖案)完全地從這兩側表面氧化，隔件31被形成為具有約為230nm之厚度的SiO2柵欄。
接著，如第9D圖所示，形成了電極13a和13b。可能藉由在影像反向電阻圖案(未示出)上的金屬蒸鍍(電阻加熱蒸鍍、電子束加熱蒸鍍、濺射、等等)和隨後的掀離製程來形成電極13a和13b。另外，在進行全表面金屬蒸鍍之後，可能藉由使用電阻圖案的蝕刻來形成電極。電極材料可能是Ti/Pt、Ti/Pt/Au、Ti/Pt/AgCl、等等，且液體接觸中之表面的材料最好是AgCl、Pt、Au、等等。
之後，在每個流動通道部分中嵌入了用以形 成流動通道之蓋子的犧牲層12，如第9E圖所示。聚醯亞胺樹脂等的有機材料係用於犧牲層12。例如，旋塗和熱固化聚醯亞胺樹脂的前驅物。之後，藉由化學機械拋光(CMP)、聚醯亞胺樹脂的整體蝕刻、等等來暴露SiO2膜11的表面和在基板之表面上之電極13a和13b的部分。犧牲層12的材料可能是任意的，只要它能在最後階段中被選擇性地移除，並能隨後形成SiO2、SiNx、Al2O3等的一層絕緣膜即可。亦即，犧牲層12的材料並不限於有機材料且可能是其他材料。
然後，如第9F圖所示，藉由CVD或濺射來形成構成蓋層15的絕緣膜(SiO2、SiNx、Al2O3、等等)。在形成具有位於入口(出口)41a和42a(41b和42b)之孔徑的電阻圖案(未示出)、電極墊(外部連接端)部分、及灰化孔的部分之後選擇性地蝕刻絕緣膜15。在此，在位於流動通道21和22的接觸部分之外之區域的流動通道21和流動通道22上方形成了將在蓋層15中設置的灰化孔16。
最後，如第9G圖所示，藉由氧等離子體灰化等來選擇性地蝕刻犧牲層12。經由位於流動通道21和22之兩端的開口及藉由氧等離子體灰化的灰化孔16來移除在每個流動通道中的犧牲層12。在移除犧牲層之後，形成了具有由絕緣膜包圍之上、下、右和左側的流動通道21和22。此時，由於存在灰化孔16，能迅速地且均勻地進行移除犧牲層，且接著它變得可能減少灰化程序所需的 時間。
如所能見到的，能使用Si基板來在一般半導體裝置製程中製造本實施例之半導體微分析晶片。此外，不僅能藉由本實施例之半導體微分析晶片以高靈敏度來偵測粒子，也能對其施用半導體之微型製造技術及大量生產技術。基於此項原因，能大幅地小型化且低成本地製造半導體微分析晶片。
而且，變得不需要黏合另一基板或蓋玻璃以形成流動通道的密封結構(蓋子)。因此，並降低黏合程序的成本，能藉由引入新結構(如流動通道的三維佈置)來實現超小型晶片和高靈敏度偵測，這難以用傳統技術來實現。此外，由於將電性偵測粒子，因此能實現藉由利用電子電路技術來從偵測信號分離雜訊，以及具有即時數位處理(統計處理、等等)的高靈敏度偵測。再者，相較於光學偵測系統，偵測系統能更為小型，因為微分析晶片不需要如佔用太多空間之光學系統的設備。
再者，複數個孔係設置於小型流動通道中，且這些孔係作為用於移除為了形成流動通道所形成之犧牲層的灰化孔。藉助於此特徵，能顯著地減少移除犧牲層所需的時間，且能降低製造成本。另外，設置灰化孔16能帶來關於能夠避免在流動通道21中擷取氣泡之風險的優點，因為當將樣本液體填充至流動通道21中時，能從灰化孔16釋放流動通道21中的空氣。
(第四實施例)
第10和11圖繪示第四實施例之半導體微分析晶片的示意結構。第10圖係半導體微分析晶片的平面圖，且第11圖係其透視圖。在本實施例中，粒子尺寸過濾器係設置於樣本液體流動通道21中。
在第10和11圖中，參考數字51和52表示由以規則間隔佈置之微柱狀結構(支柱)組成的微尺寸支柱陣列以由基於間隔的尺寸來過濾在樣本液體中的粒子。也能使用牆狀結構(狹縫)陣列等而不是支柱陣列51和52。將以將樣本液體引入入口41a且將樣本液體引導至流動通道21為例來說明粒子過濾器的結構和功能。
在上述第9A圖之程序步驟中，支柱陣列(或狹縫陣列)的圖案能被併入蝕刻遮罩19中，且能藉由在流動通道21中間設置遮罩19，與在第9A圖之右圖中心設置隔離圖案31同時地形成。由於支柱陣列(或狹縫陣列)51和52係用以擷取在流動樣本液體中的粒子，因此有必要設置支柱陣列，使得在支柱陣列與流動通道或流動通道蓋的側表面之間沒有形成任何間隙，如第12圖所示。尤其是，為了確保在支柱陣列的上部分與流動通道蓋之間沒有形成任何間隙(其不能由遮罩圖案控制)，在第9E圖之步驟中稍微(例如，0.2μm)預先過蝕刻犧牲層12的表面是有效地。
第13A圖繪示在於第9E圖之步驟中過蝕刻犧牲層12之後形成絕緣膜15的狀態下之基板的剖面。由於 過蝕刻犧牲層12，因此隔件31的一部分相較於犧牲層12而更突出。因此，絕緣膜(流動通道蓋)15的頂部表面在這部分的隔件31是不平的。第13B圖繪示形成第12圖之支柱陣列的情況。藉由蝕刻犧牲層12以暴露支柱陣列的頂部，絕緣膜15的頂部表面不平坦，即，在包含支柱陣列的流動通道21上方是不平的。
因此，由於隔件31或支柱50相較於犧牲層12的頂部表面更突出，因此能在隔件31或支柱陣列51和52上確定地形成流動通道蓋而沒有間隙，且接著流動通道蓋和隔件31或支柱陣列51和52彼此緊密接觸。當Si溝槽當作流動通道時，形成隔件或支柱以具有上述結構係非常顯著的。
第14圖示意地繪示支柱陣列51和52的功能。第一支柱陣列51係設置於微孔30的上游端，且當作配置以移除會堵塞微孔30之大粒子61的過濾器。形成了支柱陣列51，使得以使將被偵測的粒子62能通過支柱陣列51但不使具有大於微孔30之孔徑之直徑的粒子61能通過的間隔來設置支柱。例如，若將被偵測之粒子的尺寸為1μmΦ，且微孔的直徑為1.5μm，則以下述方式來佈置支柱陣列51的粒子。亦即，作為支柱陣列51，排列了在一側上之具有2μm之直徑的柱狀結構或具有2μm之長度的四稜柱形結構以具有例如在流動通道之橫向上為最大之1.3μm的間隔。可能考慮大粒子61的擷取效率來判定支柱陣列51之支柱的步階數量(即，列數量)。當在具有 例如支柱的十個步階(十個列)之流動通道的縱向上跨流動通道地佈置支柱陣列51時，能擷取實質上幾乎所有具有1.3μm或更多之外徑的粒子。
另外，能設置多階過濾器結構，使得在支柱陣列51的上游中設置了具有更大支柱間隔的支柱陣列(未示出)以在支柱陣列51之前預先地過濾具有例如5μm或更多之尺寸的粒子。在這種情況下，變得容易防止粒子過濾器(支柱陣列51)本身被大粒子61堵塞。基於此項原因，能省略如樣本液體的離心分離和預處理過濾的預處理，且由此能簡化和加速用於偵測粒子的工作。
在第14圖中，支柱陣列52當作配置以收集和集中將被偵測之粒子62的收集器。支柱陣列52係設置於微孔30的下游側，且以不使將被偵測之粒子62能通過，但使具有小於將被偵測之粒子62的尺寸之尺寸的電解質和微粒63能通過的間隔來形成支柱陣列52的支柱。例如，若將被偵測之粒子的尺寸為1μm，則作為支柱陣列52，形成了具有1μm之直徑的柱狀結構或在一邊具有1μm之長度的四稜柱形結構以具有例如在流動通道之橫向上為最大之0.9μm的間隔。可能考慮將被偵測之粒子62的擷取效率來判定支柱陣列52之支柱的步階數量(即，列數量)。藉由在具有例如支柱的十個步階(十個列)之流動通道21的縱向上跨流動通道地設置支柱陣列52，能擷取實質上幾乎所有具有1.0μm或更多之外徑的粒子。
另外，如第15A和15B圖所示，可能佈置支柱陣列52的支柱以傾斜地跨流動通道21，其中微孔30係設置接近於位於支柱的上游末端之最下游側的部分。由於所擷取的粒子被有效地引導至微孔30的部分，因此能提高偵測效率。
可能只設置支柱陣列51和52之一者而不是設置支柱陣列兩者。能考慮將被施用之樣本液體的特徵、偵測步驟的程序等來判定將被設置之支柱陣列的數量。除了當作粒子尺寸過濾器的支柱陣列51和52之外，具有大於支柱陣列51和52間隔之間隔的支柱陣列可能形成在整個流動通道上方。在這種情況下，每個支柱能當作流動通道之蓋子的支撐行，且能防止流動通道蓋被外部壓力或樣本液體的表面張力壓毀。再者，電解質的表面張力也在支柱之間作用以作為吸入電解質的驅動力，藉此使流動通道能更容易地被填滿樣本液體和電解質。
在此，在支柱陣列如上所述地佈置於整個流動通道上方的情況下，需要在第9G圖之犧牲層灰化步驟中移除在支柱之間的犧牲層。在沒有灰化孔16的傳統結構中，僅必須從在流動通道與入口及在流動通道與出口之間的流動通道之間的連接部分(流動通道開口)移除犧牲層。因此，針對實質上已由支柱陣列窄化的流動通道，灰化效率降低且灰化需要更多時間，且接著製造成本增加。對照之下，若如在本實施例中設置了灰化孔16，則能經由灰化孔16來有效地移除犧牲層，且由此能縮短程序時 間且減少犧牲層殘留物。
支柱陣列可能也以大於可以是粒子尺寸過濾器之支柱間隔的間隔來形成在樣本液體入口41a和41b及樣本液體出口42a和42b的區域中。藉由上述配置，滴入至入口上的樣本液體和電介質能由支柱陣列的表面張力滲開，且溶液能順利地流入流動通道中。
如所能看到的，在本實施例中，能藉由在樣本液體入口流動通道中佈置支柱陣列(或狹縫陣列)來加入粒子尺寸過濾功能。此外，能簡化偵測步驟且能藉由加入移除不必要粒子、集中將被偵測之粒子、等等的功能來加強偵測粒子的準確度。由此，不僅能獲得類似於第三實施例之優點的優點，而且本實施例也具有能減少偵測時間且能減少和防止偵測誤差的優點。另外，由於設置了灰化孔16，因此能有效地移除在支柱之間的犧牲層，使製造成本能顯著地降低且犧牲層殘留物減少。
(第五實施例)
第16圖係顯示第五實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖。在本實施例中，流動通道21和22並非由Si基板10的溝槽構成，而是以隧道幾何形狀的絕緣膜來形成。
在第8和11圖所示之實施例中，形成流動通道21和22之溝槽及選擇性地以犧牲層12來填滿溝槽的步驟係必要的(第9E圖)。然而，在回蝕刻犧牲層12之 整個表面的方法中，犧牲層的蝕刻速率在形成溝槽的區域與未形成它們的區域之間差異甚大。基於此項原因，停止蝕刻在第9E圖所示之狀態下係困難的。而且，蝕刻失敗(如在溝槽外部之犧牲層的殘留物)、且在溝槽中過度蝕刻犧牲層可能由於在晶圓表面上蝕刻的變化而容易發生。另一方面，使用CMP來在溝槽中嵌入犧牲層，犧牲層殘留物可能容易地發生於電極13a和13b的階狀部分中。上述情況通常不僅導致程序失敗(如剝離隨後形成的膜)，而且導致離子電流通過絕緣膜之間隙的洩漏失敗。
藉此，在本實施例中，具有由矽基板10上的絕緣膜形成之牆和頂板的中空結構係作為流動通道而不是在矽基板10上的溝槽。換言之，藉由在流動通道圖案中形成犧牲層12，藉由絕緣膜來覆蓋犧牲層12的頂部表面和側表面，及移除犧牲層12，形成了隧道幾何形狀絕緣膜的流動通道。第17A至17F圖顯示製造步驟。
第17A至17F圖係繪示本實施例之半導體微分析晶片的製造步驟之剖面圖。在每個圖中，左側繪示第一流動通道21之支柱陣列形成部分的剖面，且右側繪示第二流動通道22的剖面。位於流動通道21和22之接觸部分的隔件31係類似於第9A-9G圖之右視圖所示地形成，且省略了其說明。另外，由於同樣也形成了電極13a和13b，因此亦省略了其說明。
在第17A圖中，參考數字10表示矽基板，且19表示藉由CVD來形成具有100nm的厚度之SiO2，且使 用光刻來圖案化膜所獲得的蝕刻遮罩。
如第17B圖所示，藉由使用蝕刻遮罩19作為遮罩之RIE以例如2μm的深度來蝕刻矽基板10的表面來形成基板雕刻區域10a。同時，蝕刻遮罩19的孔徑對應於用於流動通道、貯槽部分(入口和出口)、及微孔的區域，但用於流動通道之區域的剖面寬度被設成L，其足夠地大於流動通道的寬度。基板雕刻區域10a包括兩個流動通道，且每個流動通道的側部分應足夠寬。而且，在此步驟中形成了支柱陣列51和52。藉由在比流動通道寬度更寬的區域中形成支柱陣列51和52，能防止建立在支柱陣列與流動通道之間的圖案偏差所引起的間隙。
接下來，熱氧化的SiO2膜11在矽基板10的表面上形成，如第17C圖所示。此時，可能在熱氧化或保持原樣之前移除蝕刻遮罩19。熱氧化係藉由例如使用H2O蒸氣來進行，使得SiO2膜具有200nm的厚度。而且，支柱陣列51和52係藉由熱氧化來完全地形成為SiO2。
然後，形成了電極13a和13b(未示出)，且在流動通道圖案中形成了用於形成流動通道牆和頂板的犧牲層12，如第17D圖所示。藉由使用光敏聚醯亞胺樹脂作為犧牲層12，能藉由施加、曝光、和展開樹脂來直接地形成犧牲層圖案。
接著，用以當作流動通道牆和蓋的絕緣膜15(SiO2、SiNx、Al2O3等)藉由CVD和濺射來形成為具有 例如500nm的厚度，如第17E圖所示。然後，孔徑係形成在位於貯槽(入口和出口)部分和電極墊部分的絕緣膜15中。此外，在位於流動通道21和22上方的部分中，複數個灰化孔16在絕緣膜15中形成。
最後，藉由氧等離子體灰化等來選擇性地移除犧牲層12，如第17F圖所示。犧牲層12被灰化且從位於流動通道21和22之兩端的開口及藉由氧等離子體的灰化孔16移除。藉由移除犧牲層12來形成具有由絕緣膜包圍之上、下、右和左側的流動通道21和22。
由於本實施例不包含犧牲層12的回蝕刻程序或CMP程序，因此面內不均勻性(如犧牲層12的殘留物和膜厚度的減少)幾乎不會發生。因此，顯著地降低在犧牲層形成步驟中的程序失敗。藉此，不僅能獲得類似於第三實施例之優點的優點，也能提高製造產率。此外，藉助於灰化孔16，能減少和等化灰化程序所需的時間。另外，基本上難以建立將由犧牲層之殘留物引起的熱氧化膜11與蓋層15之間的間隙。基於此項原因，也實質上解決離子電流之洩漏失敗的問題。
本實施例之入口和出口(41a、41b、42a、和42b)能基本上類似於第8和11圖所示地形成，但貯槽的液體壩需要形成於在絕緣膜隧道型的流動通道與貯槽之間的連接部分。基於此項原因，Si階地可能形成在位於流動通道21和22之兩端的開口旁邊，如第16圖所示。另外，假流動通道可能形成於高達在位於流動通道之兩端的 開口旁邊的Si階地部分，且作為液體壩。
(第六實施例)
第18圖係顯示根據第六實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖。在本實施例中，流動通道21和流動通道22係在不同步驟中形成，且設置了兩個流動通道相互交叉的堆疊部分(接觸部分)。在本實施例中，設置了雙層流動通道，其中當作樣本供應流動通道的流動通道21係形成於下層，且當作樣本接收流動通道的流動通道22係形成於上層。在此，微孔30係設置於兩個流動通道的堆疊部分(接觸部分)。換言之，微孔30係藉由光刻來在當作第一流動通道21之上表面和第二流動通道22之下表面的隔件(即，第一流動通道21的蓋層15)形成。
在第7至17圖所示之實施例中，微孔30需要形成於與矽基板10垂直的隔件，因為兩個流動通道係彼此橫向地相鄰，其中隔件係夾在它們之間。基於此項原因，狹縫狀的微孔30係藉由在與隔件厚度垂直的方向上圖案化來形成。此時，當流動通道的深度與微孔的寬度相同時，微孔的形狀是接近正方形的矩形。另外，當流動通道的深度大於微孔的寬度時，微孔是垂直的長狹縫。基於此項原因，當粒子通過微孔30時，微孔30的孔徑不能被粒子充分地屏蔽，且由此離子電流的變化相較於圓形微孔係小的。
對照之下，在第18圖所示之實施例中，能直接地圖案化微孔30，且能任意地判定微孔的孔徑形狀。於是，微孔30能被設計為具有圓形孔徑，離子傳導藉其能最有效地以粒子來屏蔽。此時，能最大化與通過將透過微孔30被偵測之粒子關聯之離子電流的變化，且能以比第7至17圖所示之實施例中的偵測高許多的敏感度來偵測粒子。
第19圖繪示雙層流動通道的具體實例。在本實例中，第一流動通道21係類似於第8圖所示之流動通道的藉由雕刻Si基板10所獲得的隧道流動通道，而第二流動通道22係類似於第16圖所示的流動通道之絕緣膜隧道型的流動通道。第一流動通道21係以與第9A至9G圖所示之步驟相同的方式來形成，且第二流動通道22係以除了雕刻矽基板10之步驟以外與第17A至17F圖所示之步驟相同的方式來形成。然而，執行第一流動通道21之形成，直到第9F圖所示之步驟為止。之後，在絕緣膜15的流動通道接觸部分形成微孔30。
隨後，第二流動通道22在第17D至17F圖所示之步驟中形成，且第一流動通道21的犧牲層12和第二流動通道22的犧牲層同時在第17F圖所示之步驟中整個被移除。電極13a係形成在第9D圖所示之步驟中，且若在第17D圖所示之步驟之後立即形成電極13b，則電極13b能位於第二流動通道22的上表面上。
因此，第一流動通道21係如第20A圖所示之 雕刻型的隧道流動通道，且第二流動通道22係絕緣膜隧道型的流動通道，即，由絕緣膜(蓋層)18製成的流動通道，如第20B圖所示。
另外，微孔30係形成在位於兩個流動通道21和22相互交叉之接觸部分的絕緣膜15中，如第20C圖所示，且能任意地判定微孔的孔徑形狀。用於觀察離子電流的電極係分別形成在第一流動通道21的上表面和第二流動通道22的上表面上。藉此，能藉由最佳化微孔的形狀來實現高靈敏度，同時繼承上述實施例的優點。此外，本實施例包含Si雕刻型的隧道流動通道21，且第二流動通道22係形成在絕緣膜15上。因此，本實施例也具有一項優點為即使由於犧牲層的殘留物而在絕緣膜11與絕緣膜15之間形成間隙，但在兩個流動通道之間沒有任何洩漏電流發生。
由於兩個流動通道被佈置為相互交叉，因此被引入入口41a中的樣本液體將被排出至出口42b中。然而，兩個流動通道的佈置並不限於交叉佈置。例如，兩個流動通道可能如第21圖之平面圖或第22圖之透視圖所示地佈置。換言之，兩個流動通道可能被佈置為堆疊的且接著返回至各別對應流動通道側(即，被引入入口41a中的樣本液體可能被排出至出口42a中)。
在第23A和23B圖中，佈置了支柱陣列52，使得支柱陣列52的支柱傾斜地跨流動通道21，且微孔30係設置接近於位於上游側的支柱陣列52之最下游側的部 分。第23A圖係平面圖，且第23B圖係透視圖。由此，能提高偵測效率，因為支柱陣列52所擷取的粒子被有效地引導至微孔30。
此外，在第23C和23D圖中，以「>」的形式相對於流動通道方向來佈置支柱陣列52的支柱。第23C圖係平面圖，且第23D圖係透視圖。就此而論，能藉由佈置支柱陣列來獲得與第23A和23B圖所示之佈置相同的優點。考慮到微孔30係以預定尺寸來形成，當以「>」的形式來佈置支柱時，微孔30係位於流動通道21的中央部分。藉此，第23C和23D圖所示之以「>」的形式之佈置能比第23A和23B圖所示之傾斜佈置更容易地形成。
第24圖示意地顯示本實施例之粒子偵測機制。支柱陣列51和52的功能係與第14圖所示之功能相同。在第24圖中，藉由在電極13a和13b之間施加電壓，支柱陣列52所收集的粒子62在電極13a和13b之間被電泳，且通過微孔30被移至流動通道22的側端。此時，由於在電極13a和13b之間流動的離子電流改變，因此能接著偵測到粒子62。
根據本實施例，由於微孔30被形成為藉由使第一流動通道21和第二流動通道22被堆疊而具有圓形孔徑，因此不僅能獲得與第三實施例相同的優點，而且能以較高靈敏度來偵測粒子。
(第七實施例)
第25圖係顯示第七實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖。本發明係在不同階段中形成流動通道21和流動通道22，且設置兩個通道之堆疊部分(接觸部分)的修改情況。
第一流動通道21(其係樣本供應流動通道)與第二流動通道22(其係樣本接收流動通道)兩者係絕緣膜隧道型的流動通道。兩個流動通道係在不同步驟中形成，且微孔30係藉由光刻來形成於兩個流動通道的堆疊部分。
本實施例具有解決由於第二流動通道22與在第24圖所示之實施例中的第二流動通道22與入口/出口(即，開口部分)之間接口的高度不同，而有時不能成功地執行以樣本液體或電解質填滿第二流動通道之不便的特徵。在本實施例中，絕緣膜隧道型的第一流動通道21係形成在形成於基板上的流動通道部分10a中，且絕緣膜隧道型的第二流動通道22係同樣在已形成第一流動通道21之後形成。藉此，第一流動通道21和第二流動通道22在其貯槽部分(入口41a和入口41b)能實質上位於相同高度。
在兩個通道的堆疊部分(即，在第25圖中的接觸部分)中，能如第24圖所示地保護第二流動通道22的空間，因為在形成第二流動通道的程序中，用於第二流動通道的犧牲層自動地爬過第一流動通道21。在以樣本 液體(或電解質)來填滿第一流動通道21和第二流動通道22的情況下，能由此解決在流動通道之任一者中發生填充失敗的問題。
於是，除了第六實施例之優點之外，本實施例還具有一項優點為能夠防止以樣本液體或電解質來填滿流動通道的失敗。
(第八實施例)
第26圖係顯示第八實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖。本發明係在不同步驟中形成流動通道21和流動通道22，且設置兩個通道之堆疊部分(接觸部分)的修改情況。第27A圖係流動通道的剖面圖，且第27B圖係流動通道之接觸部分的剖面圖。
類似於第25圖所示之實施例，第一流動通道21(其係樣本供應流動通道)與第二流動通道22(其係樣本接收流動通道)兩者係絕緣膜隧道型的流動通道。兩個流動通道係在不同步驟中形成，且微孔30係藉由光刻來形成於兩個流動通道的堆疊部分。另外，第二流動通道22被形成為高於第一流動通道21，如第27A和27B圖所示。
能在流動通道21和22的堆疊部分(第26圖之接觸部分)以確定性來保護在第一流動通道上方的空間(其當作第二流動通道22)。因此，能解決第二流動通道22在流動通道21和22的堆疊部分被壓毀的問題(這 可能有時發生在第25圖所示之實施例中)。在第25圖所示之實施例中，在期望第二犧牲層將自然地爬過第一流動通道下形成了第二流動通道22。然而，由於在犧牲層材料中的產品變化和在處理環境中之溫度或濕度的波動，因此難以在一定再現性下形成流動通道。在第26圖所示之實施例中，不需要期望第二流動通道的上表面自然地爬過第一流動通道，因為能在用於塗覆犧牲層之不同條件(即，自旋速度、等等)下或使用不同黏度之犧牲層材料的確定性下形成具有不同高度的流動通道。
此時，期望第一流動通道21和第二流動通道22被形成為具有相同的剖面區域以等化填充至流動通道21和22中的樣本液體(或電解質)量，其導致在流動通道21和22中實質上相等的毛細管作用。例如，在第一流動通道21具有50μm之寬度和2μm之高度，且第二流動通道具有20μm之寬度和5μm之高度的情況下，流動通道21和22具有相同的剖面區域且在堆疊部分能保護在第一流動通道與第二流動通道之間的3μm高空間。
因此，本實施例具有一項優點為能夠解決流動通道21和22之堆疊部分被壓毀的問題，且除了第七實施例之優點之外，還實作較高可靠度的微分析晶片。
在如在本實施例中形成堆疊的雙層型流動通道之例子中，若未設置灰化孔16，則第一層的灰化率和第二層的灰化率相差甚大，如第28圖所示。基於此項原因，用於移除犧牲層的灰化花費太多的時間，且在一些地 方中可能因不必要的過度灰化而引起損壞。在本實施例中，由於設置了灰化孔16，因此能減少在第一層與第二層之間的速度差異。藉此，變得有可能減少和等化藉由移除犧牲層來形成流動通道之步驟所需的時間。
請注意如在第25圖之實施例中形成電極13a和13b，雖然它們未繪示於第26圖中。此外，在流動通道21和22相互交叉的堆疊部分27中，未形成灰化孔16，因為它們可能損壞電極13b。然而，灰化孔16可能遠離電極13b地形成。
(第九實施例)
第29圖係顯示第九實施例之半導體微分析晶片的示意結構之透視圖。
本實施例之基本結構係類似於先前所述之第八實施例的基本結構。本實施例與第八實施例之間的不同處在於用於形成灰化孔的通道部分係設置於流動通道的側壁上且灰化孔係設置於這些通道部分上而沒有在流動通道上設置灰化孔。
亦即，在流動通道21和22的數個部分中，與流動通道高度相同的通道部分25係設置於側壁上，且灰化孔16係形成於通道部分25的上表面上。另外，未顯示之支柱陣列係形成於流動通道21中。
藉由上述結構，在為了流動通道形成而移除犧牲層的程序中，氧等離子體能從流動通道21和22的兩 端及通道部分25的灰化孔16被引入流動通道21和22中。藉此，能迅速地執行犧牲層移除。
由此，根據本實施例，能獲得類似於第八實施例之優點的優點。而且，由於孔16係形成在設置於流動通道21和22之側壁上的通道部分25中而不是將孔直接地形成在通道21和22中，因此能獲得類似於先前所述之第二實施例之優點的優點。
(第十實施例)
第30圖係顯示第十實施例之半導體微分析晶片的示意結構之平面圖。在本實施例中，樣本液體被引入流動通道21和流動通道22兩者中，但電解質而不是樣本液體可能被引入任一個流動通道中。
能吸收樣本液體的吸收器71a係佈置於入口41a上，且能吸收樣本液體或電解質的吸收器71b係佈置於入口41b上。此外，能吸收樣本液體的吸收器72a係佈置於出口42a上，且能吸收樣本液體或電解質的吸收器72b係佈置於出口42b上。作為吸收器，能使用如非織造織物的濾紙和纖維組件。每個吸收器可能佈置以覆蓋整個對應貯槽或佈置以部分地覆蓋對應貯槽。然而，相鄰貯槽的吸收器必須彼此分開。
如以上在第三實施例中所述，樣本液體被供應給入口41a且樣本液體和電解質之任一者可能被供應給入口41b。之後將說明對入口41b供應樣本液體的實例。
在這種結構中，從吸收器71a和71b滲出的包括將被偵測之粒子的樣本液體滴在吸收器71a和71b上且被引導至入口41a和41b中。被引導至入口41a和41b中的樣本液體分別通過流動通道21和22來到達出口42a和42b。流過流動通道21和22的樣本液體被吸收至佈置於出口42a和42b上的吸收器72a和72b中。一旦吸收器72a和72b開始吸收在出口42a和42b中的液體，連續地流入出口42a和42b中的樣本液體就被吸收至吸收器72a和72b中。由此，在流動通道21和22中的樣本液體連續地流動。
亦即，藉由使用吸收器72a和72b來吸收樣本液體，能在不使用電泳或外部泵下使在流動通道21和22中的樣本液體流動，且能使包括在樣本液體中的粒子在樣本液體流中移動。基於此項原因，能省略在入口41a和41b之側上的吸收器71a和71b。
另外，藉由在樣本液體入口側上佈置吸收器71a和71b，能對流動通道21和22供應足夠的樣本液體量而不增加半導體微分析晶片的尺寸。一般而言，將樣本液體引入微分析晶片中係藉由使用微量吸管等來執行，且樣本液體的滴入量約為10至10,000μl。為了包含此樣本液體量，例如，約100mm2的面積需要有100μm的深度。整合上述大容納區域，半導體微分析晶片需要比用於整合功能部件更大的面積，這導致顯著地增加製造成本。此外，在樣本液體中的粒子濃度通常是低的。若需要偵測 一些微粒，則大量的樣本液體需要被引入晶片中，且由此樣本液體容納區域必須是廣大的。
在本實施例之半導體微分析晶片中，足夠大的吸收器71a和71b係設置於分析晶片外部，而不是整合極大的樣本液體容納區域。接著，樣本液體被滴入吸收器71a和71b中且分別被引入流動通道21和22中。從樣本出口側排出的樣本液體能被吸收至吸收器72a和72b中。於是，能引入和排出比包含在在分析晶片中之樣本液體量更大的樣本液體量。
期望具有大於上述粒子尺寸過濾器間隔之間隔的支柱陣列形成於入口和出口41a、41b、42a、和42b的區域中，且吸收器係佈置以接觸支柱陣列。以此方式，藉由支柱陣列的表面張力來平穩地執行在吸收器71a、71b、72a和72b與對應入口和出口之間傳送樣本液體或電解質。另外，樣本液體或電解質能容易地且平穩地從吸收器被引入流動通道中。
因此，根據本實施例，不僅能獲得類似於第三實施例之優點的優點，而且能因在入口和出口41a、41b、42a、和42b上設置吸收器71a、71b、72a、和72b而獲得下述優點。
亦即，藉由在樣本液體出口42a和42b之側上設置吸收器72a和72b，能在不使用電泳或外部泵下使在流動通道21和22中的樣本液體流動。另外，藉由在樣本液體入口41a和41b之側上設置吸收器71a和71b，能 對流動通道21和22供應足夠的樣本液體量而不增加半導體微分析晶片的尺寸。因此，大量的樣本液體能藉由極小的分析晶片來處理。換言之，能藉由在最小區域中整合半導體分析晶片的功能部件來顯著地降低成本。
(第十一實施例)
第31和32圖顯示第十一實施例之半導體微分析晶片90的示意結構。第31圖係平面圖且第32圖係透視圖。
在本實施例中，樣本液體入口埠81係設置於配置以包含第29圖所示之半導體微分析晶片的封裝80上。樣本液體入口埠81係藉由在位於封裝80之吸收器71a和71b上方的頂部表面形成孔徑，且設置配置以將樣本液體引導至吸收器71a和71b之隧道形的溶液引導來形成。樣本液體入口埠81係足夠大以分散於吸收器71a和71b兩者。配置以分離用於吸收器71a和吸收器71b之樣本液體的隔板82係設置於樣本液體入口埠81中。
第32圖不繪示在樣本液體出口側上的吸收器72a和72b，但當然，可能設置吸收器72a和72b。另外，半導體微分析晶片90之結構並不限於第31圖所示之實例，但能任意地類似於上述實施例而修改。
在這種結構中，樣本液體能僅藉由將樣本液體滴至樣本液體入口埠81的中央部分，以一定間隔被吸收至吸收器71a和71b中。然後，樣本液體能分別被引導 至對應於吸收器71a和71b的入口41a和41b，且能使其進一步流動至流動通道21和22中。由此，樣本液體不需要個別地被引入入口41a和41b中，且能藉由簡單操作來引導。此外，微分析晶片的尺寸(特別是貯槽部分的尺寸)能被最小化至足以重疊吸收器，且能超最小化微分析晶片。於是，能降低微分析晶片的成本。
(修改實施例)
半導體微分析晶片並不限於上述實施例。
在實施例中主要係使用Si基板。然而，基板之材料並不限於Si，且能使用其他半導體基板材料，只要能在一般半導體製程中處理半導體基板即可。另外，絕緣膜主要係表示為介電質(SiO2、SiNx、Al2O3)，但能任意地選擇膜的類型、組合物等。除了上述以外，例如，也能使用有機絕緣膜。此外，根據規範能任意地改變蓋層的材料、設置於蓋層之灰化孔的尺寸和數量、應佈置灰化孔的地方、等等。
儘管已說明了某些實施例，但僅是以舉例來提出這些實施例，且並不打算用以限制本發明之範圍。事實上，可能以各種其他形式來實作本文所述之新穎實施例；再者，在不脫離本發明之精神下便可能以本文所述之實施例的形式來進行各種省略、替代及改變。所附之申請專利範圍及其等效範圍打算用以涵蓋如落在本發明之精神和範圍內的上述這類形式或修改。
10‧‧‧Si基板
20‧‧‧流動通道
41‧‧‧開口部分
42‧‧‧開口部分
50a‧‧‧支柱
16‧‧‧灰化孔

Claims (19)

  1. 一種用於偵測在一樣本液體中的粒子的半導體微分析晶片，包含：一半導體基板；一流動通道，設置於該半導體基板的一表面部分上以使該樣本液體流動於其中，該流動通道的至少一上部分係由一蓋層覆蓋；一微孔，設置於該流動通道的一部分以使在該樣本液體中的該些粒子經此通過；及複數個孔，設置於該蓋層中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶片，其中該流動通道係一槽形隧道狀的流動通道，其係藉由雕刻該半導體基板且設置一上蓋來形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之晶片，更包含通道部分，其與位於該流動通道的側上之複數個位置的該流動通道連通，其中該些孔係分別形成於在該些通道部分上的該蓋層中。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之晶片，其中該蓋層的該些孔係灰化孔，用於進行灰化程序。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之晶片，其中該流動通道係一疊層隧道狀的流動通道，其係藉由設置流動通道牆以在該半導體基板上形成一空心結構來形成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之晶片，更包含設置於該流動通道的一末端上之一樣本液體入口，及設置於該 流動通道的另一末端上之一樣本液體出口。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之晶片，更包含複數個柱狀結構，其在該流動通道的內部分散，且從該流動通道的一下表面延伸至一上表面。
  8. 一種用於偵測在一樣本液體中的粒子的半導體微分析晶片，包含：一半導體基板；一第一流動通道，設置於該半導體基板的一表面部分上以使該樣本液體流動於其中，該第一流動通道的至少一上部分係由一蓋層覆蓋，複數個孔係形成在該蓋層中；一第二流動通道，其係不同於該第一流動通道地佈置於該半導體基板的該表面部分上，以使該樣本液體或一電解質流動於其中，該第二流動通道的至少一上部分係由一蓋層覆蓋，複數個孔係形成在該蓋層中；一接觸部分，其中該第一流動通道的一部分和該第二流動通道的一部分係彼此相鄰或相互交叉，其中一隔件佈置於該些流動通道之間；及一微孔，其係設置於該隔件中，且使該些粒子能經此通過。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，其中該些蓋層的該些孔係灰化孔，用於進行灰化程序。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，更包含至少部分暴露於該第一流動通道中的一第一電極，及至少部分暴露於該第二流動通道中的一第二電極。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之晶片，其中該第一電極和該第二電極面向彼此，其中該微孔佈置於其間。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，其中該第一流動通道係一槽形隧道狀的流動通道，其係藉由雕刻該半導體基板且設置一上蓋來形成，且該第二流動通道係一疊層隧道狀的流動通道，其係藉由設置流動通道牆以在該半導體基板上形成一空心結構來形成，且在該接觸部分中的該隔件之至少一部分係該第一流動通道的一上表面和該第二流動通道的一下表面。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，其中形成了該第一流動通道和該第二流動通道，使得在該第一流動通道之下表面的高度與該第二流動通道之下表面的高度之間的差大於或等於覆蓋該第一流動通道之該蓋層的厚度，該第一流動通道的上表面和該第二流動通道的上表面係形成於不同高度處，且在該接觸部分中的該隔件之至少一部分係該第一流動通道的上表面和該第二流動通道的下表面。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，更包含一粒子大小過濾器，佈置於在該第一流動通道和該第二流動通道之一者中的該微孔之一下游側，該粒子大小過濾器使該樣本液體經此通過且配置以收集該些粒子，其中該些粒子從該流動通道之具有該粒子大小過濾器的一側上，通過該微孔到該流動通道之另一側。
  15. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，更包含： 一樣本液體出口，設置於該第一流動通道的末端上；一樣本液體或電解質出口，設置於該第二流動通道的末端上；一第一吸收器，設置於該第一流動通道的該出口上方且配置以吸收該樣本液體；及一第二吸收器，設置於該第二流動通道的該出口上方且配置以吸收該樣本液體或電解質。
  16. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，更包含通道部分，其與設置於該些流動通道的每側部分上之複數個位置的該第一和第二流動通道連通，其中該些孔係分別形成在該些通道部分上的該些蓋層中。
  17. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，更包含在該第一流動通道和該第二流動通道之至少一者內部的複數個柱狀結構，該柱狀結構從該些流動通道之至少一者的一下表面延伸至一上表面。
  18. 如申請專利範圍第8項所述之晶片，更包含：一封裝，配置以包含該晶片；一第一樣本液體入口，設置於該第一流動通道的末端上；一第二樣本液體入口，設置於該第二流動通道的末端上；一第一吸收器，設置於該第一樣本液體入口上方且配置以吸收該樣本液體；一第二吸收器，設置於該第二樣本液體入口上方且配 置以吸收該樣本液體；一樣本液體入口埠，設置於該封裝的該第一和第二吸收器上方；及一隔板，設置於該樣本液體入口埠中，且配置以分離被引入該樣本液體入口埠中的該樣本液體且對該第一和第二吸收器供應分離之該樣本液體。
  19. 一種製造一半導體微分析晶片的方法，該半導體微分析晶片包含一流動通道，其係設置於一半導體基板的一表面部分上以使一樣本液體流動於其中、及用於在該流動通道中間偵測在該樣本液體中的粒子的一微孔，該方法包含：形成一犧牲層在該流動通道的一樣式中以形成該流動通道；形成一蓋層以覆蓋該犧牲層；形成灰化孔在該蓋層的一上表面上；及透過該些灰化孔來對該犧牲層供應灰化氣體，藉此移除該犧牲層。
TW103127610A 2013-11-18 2014-08-12 半導體微分析晶片及其製造方法 TW201527749A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013237768A JP2015099031A (ja) 2013-11-18 2013-11-18 半導体マイクロ分析チップ及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201527749A true TW201527749A (zh) 2015-07-16

Family

ID=53057132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103127610A TW201527749A (zh) 2013-11-18 2014-08-12 半導體微分析晶片及其製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20160187295A1 (zh)
JP (1) JP2015099031A (zh)
CN (1) CN105473995A (zh)
TW (1) TW201527749A (zh)
WO (1) WO2015072186A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6382699B2 (ja) 2014-11-28 2018-08-29 株式会社東芝 マイクロ分析チップ
WO2017007427A1 (en) * 2015-07-06 2017-01-12 Nanyang Technological University Chemical sensor for heavy metal detection
JP2017053808A (ja) 2015-09-11 2017-03-16 株式会社東芝 半導体分析チップ及び微粒子検査方法
US20170191912A1 (en) 2016-01-06 2017-07-06 International Business Machines Corporation Semiconductor manufactured nano-structures for microbe or virus trapping or destruction
NL2017227B1 (en) * 2016-07-25 2018-01-31 Univ Delft Tech Versatile 3D Stretchable Micro-Environment for Organ-on-Chip Devices Fabricated with Standard Silicon Technology
WO2019069900A1 (ja) * 2017-10-03 2019-04-11 Nok株式会社 細胞捕捉装置
JP6640403B1 (ja) * 2018-08-31 2020-02-05 旭化成エレクトロニクス株式会社 光導波路及び光学式濃度測定装置
CN111215159B (zh) * 2018-11-26 2024-10-25 上海欣戈赛生物科技有限公司 微流控芯片及基于该芯片融合样本的方法
US11699634B2 (en) * 2019-05-03 2023-07-11 Applied Materials, Inc. Water cooled plate for heat management in power amplifiers
CN111122398A (zh) * 2019-12-20 2020-05-08 瑞芯智造(深圳)科技有限公司 一种微纳颗粒的检测装置及方法
KR102253404B1 (ko) * 2019-12-26 2021-05-18 연세대학교 산학협력단 입자 계수기
EP4133262A4 (en) 2020-04-08 2024-05-22 The State of Israel - Ministry of Agriculture & Rural Development, Agricultural Research Organization (ARO) (Volcani Center) SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING THE PREVALENCE OF SARS-COV-2 IN A POPULATION

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001088096A (ja) * 1999-09-14 2001-04-03 Kawamura Inst Of Chem Res 吸収式送液機構を有する微小ケミカルデバイス
WO2004051231A1 (ja) * 2002-11-29 2004-06-17 Nec Corporation 分離装置および分離方法
JP2005098818A (ja) * 2003-09-24 2005-04-14 Matsushita Electric Works Ltd イオン検出装置
JP4529431B2 (ja) * 2003-12-05 2010-08-25 株式会社豊田中央研究所 マイクロ構造体の製造方法
JP2005321266A (ja) * 2004-05-07 2005-11-17 Nippon Sheet Glass Co Ltd マイクロ化学システム用チップ
CN101506647B (zh) * 2005-01-25 2013-06-12 麻省理工学院 电动浓缩设备及其使用方法
JP2006223118A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Yamaha Corp マイクロチップ
JP2007170840A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Asahi Kasei Corp 分析装置
JP5328319B2 (ja) * 2008-01-29 2013-10-30 キヤノン株式会社 テラヘルツ波を用いた検査装置及び検査方法
US8182635B2 (en) * 2008-04-07 2012-05-22 E I Spectra, LLC Method for manufacturing a microfluidic sensor
JP5579537B2 (ja) * 2010-08-23 2014-08-27 株式会社堀場製作所 細胞分析用カートリッジ
EP2442092A3 (en) * 2010-08-23 2013-05-29 HORIBA, Ltd. Cell analysis cartridge with impedance measurement channel
JP5670278B2 (ja) * 2011-08-09 2015-02-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ ナノポア式分析装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20160187295A1 (en) 2016-06-30
WO2015072186A1 (en) 2015-05-21
CN105473995A (zh) 2016-04-06
JP2015099031A (ja) 2015-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201527749A (zh) 半導體微分析晶片及其製造方法
JP6151128B2 (ja) 半導体マイクロ分析チップ及びその製造方法
JP6189231B2 (ja) 微粒子検査装置と微粒子検査システム及び微粒子検査方法
US9448153B2 (en) Semiconductor analysis microchip and method of manufacturing the same
US10533934B2 (en) Particle inspection system and driving method employed therein
JP6258144B2 (ja) 半導体マイクロ分析チップ
US20140256028A1 (en) Semiconductor micro-analysis chip and manufacturing method thereof
US10113947B2 (en) Semiconductor analysis chip and particle inspection method
US10337976B2 (en) Microanalysis chip
CN107293464A (zh) 样本收集组件及其制作方法
TWI637174B (zh) 過濾輔助微流道晶片模組，及過濾輔助微流道晶片的製作方法
US20210096099A1 (en) Analysis chip
JP6579466B2 (ja) サンプル検出デバイス用のサンプル捕集装置、及び該サンプル捕集装置を含むサンプル検出デバイス
JP2014173937A (ja) 半導体マイクロ分析チップ及び検体流動方法
JP2019082485A (ja) 分析チップ
KR102196089B1 (ko) 피펫 형태의 패치 클램프, 패치 클램프를 포함하는 측정 장치 및 패치 클램프의 제작 방법
JP2020153996A (ja) 分析チップ
JP2016145764A (ja) マイクロ分析パッケージ