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TW201916386A - 微流體晶片及其製作方法以及整合型微流體晶片系統 - Google Patents

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TW201916386A
TW201916386A TW106135218A TW106135218A TW201916386A TW 201916386 A TW201916386 A TW 201916386A TW 106135218 A TW106135218 A TW 106135218A TW 106135218 A TW106135218 A TW 106135218A TW 201916386 A TW201916386 A TW 201916386A
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范士岡
梁致遠
薛家倩
李元聖
賴郁凱
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國立臺灣大學
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Abstract

一種微流體晶片，適於檢測微液滴，包括第一組件、第二組件、流道層及半導體晶片。第一組件包括第一基板、第一電極層及第一介電層，其中第一電極層位於第一基板與第一介電層之間。第二組件與第一組件相對設置，包括第二基板、第二電極層以及第二介電層。流道層位於第一組件與第二組件之間。半導體晶片配置於第一基板的一側，並暴露於流道層，協助處理或檢測樣品或微液滴。利用進入流道層的微液滴與半導體晶片反應而產生訊號差異以檢測樣品，或是利用液滴中待測物含量不同而影響半導體晶片產生不同的訊號強度以檢測樣品。

Description

微流體晶片及其製作方法以及整合型微流體晶片系統
本發明是有關於一種微流體晶片及其製作方法以及整合型微流體晶片系統，且特別是有關於一種包括半導體晶片的微流體晶片及其製作方法以及整合型微流體晶片系統。
微流體技術具有所需樣品少、檢測晶片體積小、快速檢測以及能量消耗低的特性，所以廣泛被運用在各個領域，例如化學、工程實驗、生化等。近年來，隨著生物科技蓬勃發展及醫療上對預防醫學、早期診斷或定點照護等的需求提高的趨勢，利用微機電系統及微流體系統技術製作的微流體晶片深受矚目。
傳統的生物感測或生化分析所需樣品體積大、偵測所需試劑量多以及偵測所需時間久，不像微流體晶片系統可以在微小的晶片中進行，因此，將此微流體晶片系統應用於體外檢測市場具有相當優勢與潛力。然而，疾病的檢測往往需要同時檢測多種的生物標誌(biomarker)或生物訊號。因此，如何建立新型的微流體晶片及其系統，以整合微流體技術與生物感測技術，使能同時檢測多種化合物、生物標誌或生物訊號，進而達到檢體需求少、檢測快速且能平行檢測的目的，已成為目前亟待解決的問題之一。
本發明提供一種用於檢測或處理微液滴之微流體晶片以及一種微流體晶片的製作方法，可用來製作微流體晶片，其整合微流體晶片技術可搭配半導體晶片，以檢測微液滴中的化合物、生物標誌或生物訊號。
本發明另提供一種整合型微流體晶片系統，用以同時感測多種化合物、生物標誌或生物訊號，因此其具有檢體需求少、檢測快速且能平行檢測的優點。
本發明提供一種用於檢測或處理微液滴之微流體晶片。微流體晶片包括第一組件、第二組件、流道層及半導體晶片。第一組件包括第一基板、第一電極層及第一介電層，其中第一電極層位於第一基板與第一介電層之間。第二組件與第一組件相對設置，包括第二基板、第二電極層及第二介電層，其中第二電極層位於第二基板與第二介電層之間。流道層位於第一組件與第二組件之間，包括至少一流道。半導體晶片配置於第一基板的一側，並暴露於流道層。進入流道層的微液滴與半導體晶片反應。
本發明另提供一種微流體晶片，適於檢測微液滴。微流體晶片包括第一組件、第二組件、流道層及半導體晶片。第一組件包括第一基板、第一電極層及具有第一開口的第一介電層，其中第一電極層位於第一基板與第一介電層之間。第二組件與第一組件相對設置，包括第二基板、第二電極層以及第二介電層，其中第二電極層位於第二基板與第二介電層之間。流道層位於第一組件與第二組件之間，包括至少一流道。半導體晶片配置於第一基板的一側，並經由第一開口暴露於流道層。進入流道層的微液滴經由第一開口與半導體晶片反應。
在本發明的一實施例中，上述的第一組件更包括具有第二開口的第三介電層。第三介電層配置於第一電極層與第一基板之間，而半導體晶片配置於第二開口中並位於第一基板上。
在本發明的一實施例中，上述的第三介電層的高度與半導體晶片的高度實質上相同。
在本發明的一實施例中，上述的第一組件更包括具有第三開口的聚合物層。聚合物層配置於第一電極層與第三介電層之間並填入第三介電層與半導體晶片之間的間隙，且半導體晶片經由第三開口暴露於流道層。
在本發明的一實施例中，上述的第一基板包括一第一貫孔，其中半導體晶片配置於第一基板下方且經由第一貫孔暴露於流道層。
在本發明的一實施例中，上述的半導體晶片經由訊號導通層固定於第一基板下方且被聚合物層包圍。
在本發明的一實施例中，上述的第一電極層為圖案化電極，圖案化電極包括多個電極，其中位於半導體晶片上方之電極與位於該半導體晶片上方以外的其他位置之電極具有不同尺寸。
本發明提供一種微流體晶片的製作方法，其包括以下步驟。提供第一組件，其中第一組件包括第一基板、第一電極層以及具有第一開口的第一介電層，且第一電極層位於第一基板與第一介電層之間。提供第二組件，第二組件包括第二基板、第二電極層以及第二介電層，且第二電極層位於第二基板與第二介電層之間。使第一組件與第二組件相對設置，以及流道層形成於第一組件與第二組件之間。將半導體晶片配置於第一基板的一側，其中半導體晶片經由第一開口暴露於流道層。
在本發明的一實施例中，上述提供第一組件與配置半導體晶片的步驟包括以下步驟。於第一基板上形成具有第二開口的第三介電層。將半導體晶片配置於第一基板上的第二開口中。於第三介電層上形成具有第三開口的聚合物層，其中聚合物層填入第三介電層與半導體晶片之間的間隙，第三開口暴露出半導體晶片。於聚合物層上形成第一電極層。於第一電極層上形成第一介電層，其中第一開口暴露半導體晶片。
在本發明的一實施例中，上述提供第一組件與配置半導體晶片的步驟包括以下步驟。於第一基板上形成具有第二開口以及多個凹槽的第三介電層。於凹槽中形成第一電極層。於第三介電層上形成具有第一開口的第一介電層，以覆蓋第一電極層。於第一介電層上形成具有第四開口的保護層，保護層覆蓋第一介電層且第四開口暴露出第三開口。將半導體晶片配置於第一基板上的第一開口中。於半導體晶片的表面形成表面修飾層並在表面修飾後移除保護層。
在本發明的一實施例中，上述將半導體晶片配置於第一基板上的第一開口中的方法包括藉由訊號導通層使第一基板附著於第三介電層上。
在本發明的一實施例中，上述將半導體晶片配置於第一基板上的第一開口中的方法包括藉由一可硬化膠體作為第一基板，將半導體晶片固定於第一開口中。
在本發明的一實施例中，上述提供第一組件與配置半導體晶片的步驟包括以下步驟。提供具有第一貫孔的第一基板。經由訊號導通層將半導體晶片固定於第一基板的第一貫孔下方，半導體晶片半導體晶片經由第一貫孔暴露。於第一基板上形成第一電極層。於第一基板上形成第一介電層，其中第一開口暴露出半導體晶片。
在本發明的一實施例中，上述的微流體晶片的製作方法，更包括以聚合物層包圍半導體晶片。
本發明另提供一種用於檢測或處理微液滴之微流體晶片。微流體晶片包括第一組件、第二組件、流道層、半導體晶片、訊號導通層、聚合物層及阻擋層。第一組件包括第一基板、第一電極層及第一介電層，其中第一電極層位於第一基板與第一介電層之間。第二組件與第一組件相對設置，包括第二基板、第二電極層及第二介電層，其中第二電極層位於第二基板與第二介電層之間。流道層位於第一組件與第二組件之間，包括至少一流道。半導體晶片配置於第一基板的一側，並暴露於流道層。進入流道層的微液滴與半導體晶片反應。訊號導通層具電性傳導功能且為半導體晶片與第一組件之電性傳導層。聚合物層具備將半導體晶片固定在第一組件上之功能。阻擋層位於半導體晶片之一側，具有阻擋訊號導通層或是聚合物層等物質汙染半導體晶片的偵測位置之功能。聚合物層與訊號導通層位於阻擋層之同一側。
在本發明的一實施例中，上述的第一組件包括軟性電路板或由一般電路板、ITO導電玻璃所組合的構件。
在本發明的一實施例中，上述的第一組件更包括載板以及配置於載板上的軟性電路層。
本發明提供一種整合型微流體晶片系統，具有至少一儲存區、流道區及檢測區，儲存區用以儲存檢體或試劑，流道區位於儲存區與檢測區之間。整合型微流體晶片系統包括第一組件、第二組件、流道層、半導體晶片及廢液區。第一組件包括第一基板、第一電極層及具有第一開口的第一介電層，其中第一電極層位於第一基板與第一介電層之間。第二組件與第一組件相對設置，包括第二基板、第二電極層以及第二介電層，其中第二電極層位於第二基板與第二介電層之間。流道層位於流道區且位於第一組件與第二組件之間，使得儲存區中的檢體或試劑通過流道區進入檢測區。半導體晶片位於檢測區且配置於第一基板的一側，並經由第一開口暴露於流道層。進入流道層的微液滴經由第一開口與半導體晶片反應。廢液區與檢測區相鄰，用以收集半導體晶片檢測後的檢體或試劑。
在本發明的一實施例中，上述整合型微流體晶片系統更包括緩衝區，緩衝區位於儲存區與流道區之間，用以混合檢體與試劑。
基於上述，本發明將微流體晶片技術與半導體晶片整合在一起，使得微液滴可以通過第一電極層的驅動而朝向半導體晶片流動，以藉由半導體晶片檢測微液滴的化合物、生物標誌或生物訊號。此外，本發明另提供整合型微流體晶片系統，其包括多個微流道及至少一個半導體晶片，以同時檢測多個化合物、生物標誌或生物訊號，進而達到檢體需求少、檢測快速且能平行檢測的效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下，將詳細描述本發明的實施例。然而，這些實施例為例示性，且本發明揭露不限於此。
圖1A繪示為本發明一實施例中省略了第二組件等其他構件的一種微流體晶片的俯視示意圖，圖1B繪示為圖1A中I-I’的剖面示意圖以及圖1C繪示為圖1A中Ⅱ-Ⅱ’的剖面示意圖。其中，圖1B及圖1C繪示了第一電極層與訊號導通層的圖案設計，於圖1A中省略了如第二組件120等其他構件。
請同時參照圖1A、圖1B及圖1C，本實施例的微流體晶片100a適於檢測微液滴132，其包括第一組件110、第二組件120、流道層130及半導體晶片140。第一組件110包括第一基板112、第一電極層114、訊號導通層134以及具有第一開口116a的第一介電層116，其中第一電極層114與訊號導通層134位於第一基板112與第一介電層116之間。
第二組件120與第一組件110相對設置。第二組件120包括第二基板122、第二電極層124以及第二介電層126，其中第二電極層124位於第二基板122與第二介電層126之間。流道層130位於第一組件110與第二組件120之間。半導體晶片140配置於第一基板112的一側，並經由第一開口116a暴露於流道層130。具體而言，半導體晶片140具有偵測區140a，其經由第一介電層116的第一開口116a暴露於流道層130，以與微液滴132接觸。微液滴132可由第二組件120的第二貫孔128進入流道層130，並經由第一開口116a與半導體晶片140反應，進而產生訊號差異以檢測樣品，或是利用微液滴132中待測物含量不同而影響半導體晶片140產生不同的訊號強度以檢測樣品。在本實施例中，第二貫孔128例如是貫穿第二組件120的第二基板122、第二電極層124以及第二介電層126，以與流道層130連通。
在本實施例中，如圖1B及圖1C所示，第一組件110例如是更包括具有第二開口118a的第三介電層118。第三介電層118例如是配置於第一電極層114與第一基板112之間，且半導體晶片140例如是配置於第一基板112一側的第二開口118a中。第三介電層118例如是配置於訊號導通層134與第一基板112之間，且半導體晶片140例如是配置於第一基板112一側的第二開口118a中。也就是說，半導體晶片140配置於第一組件110中。在本實施例中，第二開口118a的尺寸例如是大於或等於半導體晶片140。第三介電層118的高度與半導體晶片140的高度例如是實質上相同。
在本實施例中，第一組件110例如是更包括具有第三開口111a的聚合物層111。聚合物層111配置於第一電極層114與第三介電層118之間並例如是填入第三介電層118與半導體晶片140之間的間隙。其中，第三開口111a暴露出半導體晶片140，使得半導體晶片140暴露於流道層130。在本實施例中，聚合物層111的材質例如是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基矽氧烷（PDMS）、環氧樹脂 (epoxy) 或其他合適的封裝材料，其厚度例如為5mm至20mm。
請同時參照圖1A、圖1B及圖1C，流道層130形成於第一電極層114與第二電極層124之間，流道層130包括多個或至少一流道131。在本實施例中，第一電極層114例如是圖案化電極層，其包括單數或複數之電極114a，其材質例如是導體材料，諸如鉻、銀、金、銅等金屬或諸如銦錫氧化物等金屬氧化物，但本發明並不以此為限。在本實施例中，訊號導通層134可包括複數個電極134a，其與半導體晶片140電性連接並具有電性傳導功能，詳細而言，電極134a可為連接線或連接墊，用以連接半導體晶片140與外部電訊號、控制電路、光感測電路、電感測電路或訊號輸出端，以使半導體晶片140對外訊號導通，但本發明不以此為限。在本實施例中，示意性地繪示2個電極134a為例，但本發明不以此為限，也就是說在其他實施例中，訊號導通層134包括1個或2個以上的電極134a。在本實施例中，訊號導通層134的材質例如是導體材料，諸如鉻、銀、金、銅等金屬或諸如銦錫氧化物等金屬氧化物，但本發明並不以此為限。
在本實施例中，電極114a的排列方式定義流道層130的流道131的路徑，以控制微液滴132的流動及流向。在本實施例中，第一電極層114例如是進一步延伸配置於第三開口111a的經暴露側表面上，如此一來有利於微液滴132流向半導體晶片140。特別說明的是，雖然在本實施例中是以第一電極層114的各電極114a具有不相同尺寸且彼此之間具有非固定間距為例，但本發明不以此為限。也就是說，在其他實施例中，第一電極層114的電極114a可以具有其他排列方式與尺寸。在一實施例中，第一電極層為圖案化電極層，其由操控液滴之複數電極以及一中間或邊緣具開口進而暴露出半導體晶片之電極所組成。
在本實施例中，第一介電層116例如是覆蓋第一電極層114並填入第一電極層114的電極114a之間的間隙。在本實施例中，第一介電層116例如是覆蓋訊號導通層134並填入訊號導通層134的電極134a周圍的間隙，以及覆蓋第一電極層114與訊號導通層134間的區域。此外，第一介電層116可進一步延伸配置於位於第三開口111a的側壁上的第一電極層114上以及訊號導通層134上，如此可完全避免第一電極層114與訊號導通層134暴露於外，進而避免電解反應的發生。
在本實施例中，半導體晶片140可為矽光電倍增器、光電二極體、雪崩光電二極體(APD)、互補式金氧半影像感測器、CCD影像感測器、阻抗感測器、電容感測器、電流感測器、電壓感測器、磁場感測器、霍爾感測器或其他合適的感測器。在本實施例中，半導體晶片140的表面可具有表面修飾層（未繪示）。
在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。
圖2A繪示為本發明另一實施例的一種微流體晶片的剖面示意圖。本實施例的微流體晶片的構件與上述圖1B的微流體晶片的構件相似，惟二者主要差異之處在於：將半導體晶片固定於第一基板的另一側。
請參照圖2A，微流體晶片100b包括相對設置的第一組件110與第二組件120、位於第一組件110與第二組件120之間的流道層130以及半導體晶片140。在本實施例中，第一組件110包括第一基板112、第一電極層114及第一介電層116。第一基板112例如是包括第一貫孔112a，此第一貫孔112a與流道層130連通。第一電極層114配置於第一基板112上。在本實施例中，半導體晶片140例如是經由訊號導通層134固定於第一基板112的下表面上且經由第一貫孔112a暴露於流道層130，此訊號導通層134更可進一步具有電性傳導功能，其材質例如是金、銀、銅、錫、鉻等金屬、導電之高分子或常用之導電膠等，但本發明不以此為限。在本實施例中，第一組件110可更包括聚合物層111b，其包圍半導體晶片140。在本實施例中，第一介電層116例如是覆蓋第一電極層114且延伸配置於第一基板112的第一貫孔112a的側壁上，且第一介電層116的第一開口116a暴露出半導體晶片140。在本實施例中，微液滴132可由第二組件120的第二貫孔128進入流道層130，並經由第一開口116a與半導體晶片140反應，進而產生訊號差異以檢測樣品，或是利用微液滴132中待測物含量不同而影響半導體晶片140產生不同的訊號強度以檢測樣品。
圖2B繪示為本發明另一實施例的一種半導體晶片的俯視示意圖。請參照圖2B，在本實施例中，半導體晶片140訊號導通層134以及一阻擋層119，其中訊號導通層134可包括一個或複數個電極134a。半導體晶片140例如是可經由訊號導通層134的電極134a固定於第一組件110中第一基板112的一側(如圖2A所示)或是固定於電路板、軟性電路版或是其它高分子材質之載板上，此訊號導通層134更可進一步具有電性傳導功能，其材質例如是金屬金、銀、銅、錫、鉻等或是導電之高分子或常用之導電膠等，但本發明不以此為限。
圖2C為圖2B中A-A’的剖面示意圖，在本實施例中，阻擋層119之高度相等或高於訊號導通層134之高度，其功能為在整合晶片過程中阻擋半導體晶片140表面被汙染或覆蓋而影響樣品之檢測。在本實施例中，阻擋層119可以在包覆半導體晶片140的製程中，阻擋聚合物層111b在未固化前流動至半導體晶片140表面，進而避免汙染或覆蓋將來微液滴132與半導體晶片140表面接觸之偵測位置。在本實施例中，阻擋層119的材質例如是光阻、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基矽氧烷（PDMS）、環氧樹脂 (epoxy)、UV膠或其它可硬化而圖形化之材料等。
圖2D繪示為本發明另一實施例中一種微流體晶片與半導體晶片的整合系統的剖面示意圖。請參照圖2D，在本實施例中，微流體晶片進一步包含第一組件110與第二組件(未繪示)，其中第一組件110與半導體晶片140的整合例如是經由訊號導通層134固定於第一組件110的一側。在本實施例中，第一組件110例如是軟性電路板或由一般電路板、ITO導電玻璃所組合的構件。詳細地說，第一組件110例如是軟性電路層121b或是包括載板121a以及配置於載板121a上的軟性電路層121b。在本實施例中，訊號導通層134更可進一步具有電性傳導功能，其材質例如是金屬金、銀、銅、錫、鉻等或是導電之高分子或常用之導電膠等，但本發明不以此為限。在本實施例中，第一組件110可更包括一阻擋層119，其環繞包圍在半導體晶片140之一側，且位於訊號導通層134內側而不影響半導體晶片140經由訊號導通層134或是聚合物層111b而固定於第一組件110的一側、電路板或是其它高分子材質之載板上。在本實施例中，半導體晶片140例如是配置於載板121a的開口中且與軟性電路層121b連接，其中半導體晶片140經由訊號導通層134與軟性電路層121b訊號導通。在本實施例中，半導體晶片140除了經由訊號導通層134固定外，也可以將半導體晶片140與第一組件110接合後，在載板121a與晶片的間隙123注入一聚合物層111b而將半導體晶片140經由訊號導通層134或是前面敘述產生聚合物層111之方法固定於或熱壓於第一組件110的一側、電路板或是其它高分子材質之載板上。在本實施例中，載板121a的材質可以是玻璃、硬式電路板、軟式電路板、塑膠高分子等，但本發明不以此為限。在本實施例中，載板121a的功能可以是當支撐載材，以增加第一組件110的表面平坦度。在本實施例中，聚合物層111b的形成方法可以是由分子或聚合物聚合而生成，其聚合過程可以是藉由光聚合反應、熱聚合反應、化學反應聚合或是其它可以形成固態聚合物層111b而固定半導體晶片140之方法。在本實施例中，聚合物層111b的材質例如是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基矽氧烷（PDMS）、環氧樹脂 (epoxy) 、UV膠、可硬化之膠體或其它合適的封裝材料等，但本發明不以此為限。
在上述的實施例中，是將電極技術應用於流道層設計中，如此可藉由第一電極層的圖案與配置來控制微液滴在流道層中的流動及流向，使得微液滴到達半導體晶片表面，以檢測微液滴中的化合物、生物標誌或生物訊號。此外，由於將電極技術與微流體晶片技術整合在一起，因此本實施例的微流體晶片亦具有檢體需求少與檢測快速等優點。
圖3A至圖3D繪示為本發明一實施例的一種微流體晶片的製作方法的剖面示意圖。圖4A繪示為圖3A省略聚合物層117的俯視示意圖。圖4B繪示為省略聚合物層之圖3B的俯視示意圖。
請參照圖3A、圖3B、圖4A及圖4B，提供第一組件110。在本實施例中，如圖3A及圖4A所示，其中圖4A繪示為圖3A中省略聚合物層117的俯視示意圖，首先，於第一基板112上形成具有第二開口118a的第三介電層118。接著，將半導體晶片140配置於第一基板112上的第二開口118a中。然後，於第三介電層118上形成聚合物層117，聚合物層117具有暴露出部份半導體晶片140的開口117a。而後，如圖3B及4B所示，對聚合物層117進行熱壓成型等製程，使得聚合物層117填入第三介電層118與半導體晶片140之間的間隙118b，以形成聚合物層111。在本實施例中，聚合物材料例如是液態或固態分子，且此聚合物材料在進行光、熱或其它化學催化等處理後會聚合成固態；此聚合物材料也可以是例如是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基矽氧烷（PDMS）、環氧樹脂 (epoxy) 或其他合適的封裝材料固態聚合物，進行熱處理後熱壓成型以填入第三介電層118與半導體晶片140之間的間隙。
請參照圖3C，接著，於聚合物層111上形成第一電極層114與訊號導通層134。在本實施例中，第一電極層114與訊號導通層134的形成方法例如是電鍍、蒸鍍、濺鍍、塗佈、打線接合或其他合適的製程。在本實施例中，第一電極層114的形成方法更包括對所形成的電極層進行圖案化，使得第一電極層114包括具有所需排列的多個電極。在本實施例中，訊號導通層134的形成方法更包括對所形成的電極層進行圖案化，使得訊號導通層134具有半導體晶片140訊號導通所需的電極134a。
請參照圖3D，然後，於第一電極層114上形成第一介電層116。在本實施例中，第一介電層116的材質例如是鐵氟龍(Telfon)、聚對二甲苯 (Parylene)、光阻、或其它高分子材料等。在本實施例中，第一介電層116的形成方法例如是熱壓成型、化學氣相沉積、物理氣相沉積、旋轉塗佈等方法，其厚度與高度會隨形成方法而有所差異，圖3D為示意圖，但本發明不以此為限。在本實施例中，可更包括對半導體晶片140的表面進行表面修飾的步驟，以形成表面修飾層（未繪示）。
而後，提供第二組件120，並使第一組件110與第二組件120相對設置，以於第一組件110與第二組120件之間形成流道層130，進而形成如圖1B所示的微流體晶片100a。
圖5A繪示為本發明另一實施例的一種微流體晶片的俯視示意圖，且圖5B至圖5G繪示為沿圖5A中I-I’的微流體晶片的製作方法的剖面示意圖。
請參照圖5B，首先，形成第三介電層118及第一電極層114。在本實施例中，第三介電層118例如是包括第二開口118a以及多個凹槽118c，其中第一電極層114形成於凹槽118c中。在本實施例中，第一電極層114例如是部分內埋於第三介電層118中且突出於第三介電層118的一側在其他實施例中，第一電極層114的一側也可以實質上與第三介電層118的一側共平面。在本實施例中，例如是先在第三介電層118中形成多個凹槽118c，接著在凹槽118c中形成第一電極層114，而後再移除部分第三介電層118與第一電極層114，以形成第二開口118a，但本發明不以此為限。
請參照圖5C，接著，於第一電極層114上形成具有第一開口116a的第一介電層116。在本實施例中，第一介電層116的材料例如是鐵氟龍(teflon)等疏水性材料，第一介電層116的形成方法例如是旋轉塗佈法(spin coating)、浸漬塗佈法(dip coating)或是噴塗法(spray coating)，但本發明不限於此。在本實施例中，第一介電層116例如是填入第一電極層114之一側、第三介電層118之一側或是第一電極層114與第三介電層118之間的間隙中曝露出來的第一電極層114與第三介電層118之一側。
請參照圖5D，然後，於第一介電層116上形成具有第四開口115a的保護層115，保護層115覆蓋第一介電層116且第四開口115a暴露出第一開口116a。在本實施例中，保護層115的材質例如是聚對二甲苯(parylene)，保護層115的形成方法例如是塗佈法或化學氣相沉積法等，但本發明不限於此。
請參照圖5E，而後，使半導體晶片140與圖5D所示的結構組合，其中半導體晶片140配置於第一開口116a中。在本實施例中，是藉由具有訊號導通層134的第一基板112使半導體晶片140與圖5C所示的結構組合，並使訊號導通層134填入半導體晶片140與第一開口116a之間的間隙，此處，由於阻擋層119位於半導體晶片140表面外側，以使訊號導通層134不會汙染或覆蓋在半導體晶片140的表面上，但本發明不限於此。舉例來說，在其他實施例中，可以直接以可硬化膠體或聚合物作為第一基板112來使半導體晶片140與圖5C所示的結構組合，或者是以可硬化導電膠體或導電聚合物同時作為訊號導通層134與第一基板112來使半導體晶片140與圖5C所示的結構組合，而將半導體晶片140固定於第一介電層116的第一開口116a中。在本實施例中，半導體晶片140藉由其底部與訊號導通層134結合，且半導體晶片140也可以藉由填入半導體晶片140與第一介電層116之間的間隙的訊號導通層134與圖5C所示的結構組合結合。
請參照圖5F，接著，對半導體晶片140的表面進行表面修飾，以形成表面修飾層142。當進入流道層130的微液滴132與半導體晶片140上的表面修飾層142直接反應後，半導體晶片140產生的訊號會改變，而依據訊號的差異量便可檢測樣品中的待測物含量，例如在半導體晶片140上形成一特定蛋白質的抗體層，如果待測樣品中含有此特定蛋白質時，當微液滴132流經半導體晶片140上時，蛋白質與抗體結合後會導致表面修飾層142的厚度、重量、電特性、磁性或是光學訊號產生改變等等，然後偵測便可依據訊號變化與待測物含量具有相關性而達到樣品檢測之目的。
在本發明的一實施例中，進入流道層130的微液滴132與半導體晶片140上的表面也可以間接反應，而僅影響半導體晶片140上的訊號，例如以收集光訊號為例（未繪示），微液滴132中含有可以吸收或放射光線之分子化合物時，當微液滴132進入流道層130到達半導體晶片140的表面時，半導體晶片140接收到的光訊號強度會改變，且其改變量與微液滴132中待測物含量不同有關，藉此訊號強度的改變便可以檢測樣品中的待測物含量。
請繼續參照圖5F，在本實施例中，由於保護層115覆蓋第一介電層116，因此可以避免第一介電層116與表面修飾步驟中所使用的諸如抗體等物質發生沾黏等現象。也就是說，保護層115至少能使第一介電層116的一側保持其原有的表面特性。
請參照圖5G，然後，移除保護層115。而後，提供第二組件120，並使第一組件110與第二組件120相對設置，以於第一組件110與第二組件120之間形成流道層130，進而形成微流體晶片100c。特別一提的是，雖然在本實施例中是以對半導體晶片的表面進行表面修飾為例，但在其他實施例中，也可以是在將半導體晶片放置於基板上之前就預先對半導體晶片進行表面修飾，或者是省略表面修飾的步驟。
圖6A與圖6B繪示為本發明另一實施例的一種微流體晶片的製作方法的剖面示意圖。
請參照圖6A，首先，提供具有第一貫孔112a的第一基板112。接著，經由訊號導通層134將半導體晶片140固定於第一基板112的第一貫孔112a下方，使得半導體晶片140經由第一貫孔112a暴露。然後，於第一基板112上形成第一電極層114。特別說明的是，本實施例未對放置半導體晶片140與形成第一電極層114的步驟順序加以限制。
請參照圖6B，於第一基板112上形成第一介電層116，其中第一開口116a暴露出半導體晶片140。在本實施例中，第一介電層116會延伸配置於第一貫孔112a的側壁，並與半導體晶片140的表面接觸，但本發明不以此為限。在本實施例中，更包括於第一基板112的一側形成聚合物層111b，使聚合物層111b包圍半導體晶片140。
而後，提供第二組件120，並使第一組件110與第二組件120相對設置，以於於第一組件110與第二組120件之間形成流道層130，進而形成如圖2A所示的微流體晶片100b。特別說明的是，在本實施例中，由於半導體晶片是以貼附的方式與第一組件結合，如此增加了微流體晶片製作上的簡便性，進而達到製程容易與提昇良率的目的。
圖7繪示為本發明一實施例的一種整合型微流體晶片系統的俯視圖。特別說明的是，為了清楚繪示電極層114的電極114a的圖案設計，於圖7中省略電極層上下的其他構件。請參照圖7，本實施例的整合型微流體晶片系統10的基本架構與前文所述的微流體晶片大致相同，以下就不同處進行說明。整合型微流體晶片系統10具有儲存區R1、流道區R2及檢測區R3。儲存區R1用以放置檢體或試劑。在本實施例中，整合型微流體晶片系統10的儲存區R1例如是包括用於放置檢體的儲存區R1a以及分別用於儲存不同試劑的多個儲存區R1b，但本發明不限於此。流道層130位於儲存區R1、流道區R2及檢測區R3，使得儲存區R1中的檢體或試劑經由流道區R2進入檢測區R3。半導體晶片140位於檢測區R3。
在本實施例中，整合型微流體晶片系統10例如是更包括緩衝區R4與廢液區R5。緩衝區R4位於儲存區R1與流道區R2之間，此區的電極114a的尺寸可以與操控液滴的電極114a一樣或是數倍大小可用以混合來自於多個儲存區R1a、R1b的檢體與試劑。廢液區R5與檢測區R3相鄰，用以收集來自於半導體晶片140的檢測後的檢體或試劑。
接下來將說明使用整合型微流體晶片系統10來對檢體進行檢測的操作流程。首先，將檢體滴入儲存區R1a，以及將試劑滴入儲存區R1b。接著，檢體與試劑會經由流道131進入緩衝區R4，而形成混合微液滴。在本實施例中，檢體與試劑會由多個不同流道匯合至流向緩衝區R4的單一流道中。然後，混合微液滴再經由流道區R2的多個流道131，分別進入檢測區R3的不同半導體晶片140中，以進行多種不同檢測或數次相同檢測。而後，檢測後的檢體與試劑會直接或經由流道131進入廢液區。在本實施例中，藉由多流道的設計，能同時檢測多個化合物、生物標誌或生物訊號，進而達到檢體需求少、檢測快速且能平行檢測的效果。
綜上所述，本發明將微流體晶片技術與半導體晶片整合在一起，使得欲檢測的微液滴可通過由電極層與電極層所定義的流道層流向半導體晶片，以對微液滴進行所需檢測。此外，藉由設計流道層中的流道路徑，能同時對單一檢體檢測多個化合物、生物標誌或生物訊號，以達到檢體需求少、檢測快速且能平行檢測的效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧整合型微流體晶片系統
100a、100b、100c‧‧‧微流體晶片
110‧‧‧第一組件
111、111b、117‧‧‧聚合物層
111a‧‧‧第三開口
112‧‧‧第一基板
112a‧‧‧第一貫孔
114‧‧‧第一電極層
114a‧‧‧電極
115‧‧‧保護層
115a‧‧‧第四開口
116‧‧‧第一介電層
116a‧‧‧第一開口
118‧‧‧第三介電層
118a‧‧‧第二開口
118b、123‧‧‧間隙
118c‧‧‧凹槽
119‧‧‧阻擋層
120‧‧‧第二組件
121a‧‧‧載板
121b‧‧‧軟性電路層
122‧‧‧第二基板
124‧‧‧第二電極層
126‧‧‧第二介電層
128‧‧‧第二貫孔
130‧‧‧流道層
131‧‧‧流道
132‧‧‧微液滴
134‧‧‧訊號導通層
134a‧‧‧電極
140‧‧‧半導體晶片
140a‧‧‧偵測區
142‧‧‧表面修飾層
R1‧‧‧儲存區
R2‧‧‧流道區
R3‧‧‧檢測區
R4‧‧‧緩衝區
R5‧‧‧廢液區
圖1A繪示為本發明一實施例中省略了第二組件等其他構件的一種微流體晶片的俯視示意圖。 圖1B繪示為圖1A中I-I’的剖面示意圖。 圖1C繪示為圖1A中Ⅱ-Ⅱ’的剖面示意圖。 圖2A繪示為本發明另一實施例的一種微流體晶片的剖面示意圖。 圖2B繪示為本發明另一實施例的一種半導體晶片的俯視示意圖。 圖2C繪示為圖2B中A-A’的剖面示意圖。 圖2D繪示為本發明另一實施例的一種微流體晶片與半導體晶片整合系統的剖面示意圖。 圖3A至圖3D繪示為本發明一實施例的一種微流體晶片的製作方法的剖面示意圖。 圖4A繪示為省略聚合物層之圖3A的俯視示意圖。 圖4B繪示為省略聚合物層之圖3B的俯視示意圖。 圖5A繪示為本發明另一實施例的一種微流體晶片的俯視示意圖。 圖5B至圖5G繪示為沿圖5A中I-I’的微流體晶片的製作方法的剖面示意圖。 圖6A與圖6B繪示為本發明另一實施例的一種微流體晶片的製作方法的剖面示意圖。 圖7繪示為本發明一實施例的一種整合型微流體晶片系統的俯視圖。

Claims (20)

  1. 一種用於檢測或處理微液滴之微流體晶片，包括： 一第一組件，包括一第一基板、一第一電極層以及一第一介電層，其中該第一電極層位於該第一基板與該第一介電層之間； 一第二組件，與該第一組件相對設置，包括一第二基板、一第二電極層以及一第二介電層，其中該第二電極層位於該第二基板與該第二介電層之間； 一流道層，位於該第一組件與該第二組件之間，包括至少一流道；以及 一半導體晶片，配置於該第一基板的一側，其中該半導體晶片暴露於該流道層，且進入該流道層的該微液滴與該半導體晶片反應。
  2. 一種微流體晶片，適於檢測一微液滴，包括： 一第一組件，包括一第一基板、一第一電極層以及具有一第一開口的一第一介電層，其中該第一電極層位於該第一基板與該第一介電層之間； 一第二組件，與該第一組件相對設置，包括一第二基板、一第二電極層以及一第二介電層，其中該第二電極層位於該第二基板與該第二介電層之間； 一流道層，位於該第一組件與該第二組件之間，包括至少一流道；以及 一半導體晶片，配置於該第一基板的一側，其中該半導體晶片經由該第一開口暴露於該流道層，且進入該流道層的該微液滴經由該第一開口而與該半導體晶片反應。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的微流體晶片，其中該第一組件更包括具有一第二開口的一第三介電層，該第三介電層配置於該第一電極層與該第一基板之間，且該半導體晶片配置於該第二開口中並位於該第一基板上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的微流體晶片，其中該第三介電層的高度與該半導體晶片的高度實質上相同。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的微流體晶片，其中該第一組件更包括具有一第三開口的一聚合物層，該聚合物層配置於該第一電極層與該第三介電層之間並填入該第三介電層與該半導體晶片之間的間隙，且該半導體晶片經由該第三開口暴露於該流道層。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的微流體晶片，其中該第一基板包括一第一貫孔，該半導體晶片經由該第一貫孔暴露於該流道層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的微流體晶片，其中該半導體晶片經由一訊號導通層固定於該第一基板下方且被一聚合物層包圍。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的微流體晶片，其中該第一電極層為一圖案化電極，該圖案化電極包括多個電極，其中位於該半導體晶片上方之電極與位於該半導體晶片上方以外的其他位置之電極具有不同尺寸。
  9. 一種微流體晶片的製作方法，包括： 提供一第一組件，其中所述第一組件包括一第一基板、一第一電極層以及具有一第一開口的一第一介電層，該第一電極層位於該第一基板與該第一介電層之間： 提供一第二組件，其中所述第二組件包括一第二基板、一電極層以及一第二介電層，該電極層位於該第二基板與該第二介電層之間； 使該第一組件與該第二組件相對設置，以及一流道層形成於該第一組件與該第二組件之間；以及 將一半導體晶片配置於該第一基板的一側，其中該半導體晶片經由該第一開口暴露於該流道層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的微流體晶片的製作方法，其中提供該第一組件與配置該半導體晶片的步驟包括： 於該第一基板上形成具有一第二開口的一第三介電層； 將該半導體晶片配置於該第一基板上的該第二開口中； 於該第三介電層上形成具有一第三開口的一聚合物層，其中該聚合物層填入該第三介電層與該半導體晶片之間的間隙，該第三開口暴露出該半導體晶片； 於該聚合物層上形成該第一電極層； 於該半導體晶片上形成一訊號導通層；以及 於該第一電極層及該訊號導通層上形成該第一介電層，其中該第一開口暴露該半導體晶片。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的微流體晶片的製作方法，其中提供該第一組件與配置該半導體晶片的步驟包括： 形成具有一第二開口以及多個凹槽的一第三介電層； 於該些凹槽中形成該第一電極層； 於該第三介電層上形成具有該第一開口的該第一介電層，以覆蓋該第一電極層； 於該第一介電層上形成具有一第四開口的一保護層，該保護層覆蓋該第一介電層且該第四開口暴露出該第三開口； 令其上配置有該半導體晶片的該第一基板與該第一介電層組合，使得該半導體晶片位於該第一開口中； 於該半導體晶片的表面形成一表面修飾層；以及 移除該保護層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的微流體晶片的製作方法，其中令其上配置有該半導體晶片的該第一基板與該第一介電層組合的方法包括藉由一訊號導通層使該第一基板附著於該第三介電層上。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的微流體晶片的製作方法，其中令其上配置有該半導體晶片的該第一基板與該第一介電層組合的方法包括藉由一可硬化膠體作為該第一基板，將該半導體晶片固定於該第一開口中。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的微流體晶片的製作方法，其中提供該第一組件與配置該半導體晶片的步驟包括： 提供具有一第一貫孔的該第一基板； 經由一訊號導通層將該半導體晶片固定於該第一基板的該第一貫孔下方，該半導體晶片經由該第一貫孔暴露； 於該第一基板上形成該第一電極層；以及 於該第一基板上形成該第一介電層，其中該第一開口暴露出該半導體晶片。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的微流體晶片的製作方法，更包括以一聚合物層包圍該半導體晶片。
  16. 一種用於檢測或處理微液滴之微流體晶片，包括： 一第一組件，包括一第一基板、一第一電極層以及一第一介電層，其中該第一電極層位於該第一基板與該第一介電層之間； 一第二組件，與該第一組件相對設置，包括一第二基板、一第二電極層以及一第二介電層，其中該第二電極層位於該第二基板與該第二介電層之間； 一流道層，位於該第一組件與該第二組件之間，包括至少一流道； 一半導體晶片，配置於該第一組件的一側，其中該半導體晶片暴露於該流道層，且進入該流道層的該微液滴與該半導體晶片反應； 一訊號導通層，具電性傳導功能且為該半導體晶片與該第一組件之電性傳導層； 一聚合物層，具備將該半導體晶片固定在該第一組件上之功能；以及 一阻擋層，位於該半導體晶片之一側，具有阻擋該訊號導通層或是該聚合物層中物質汙染該半導體晶片的偵測位置之功能，其中該聚合物層與該訊號導通層位於該阻擋層之同一側。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的微流體晶片，其中該第一組件包括軟性電路板或由電路板、ITO導電玻璃所組合的構件。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的微流體晶片，其中該第一組件更包括一載板以及配置於該載板上的一軟性電路層。
  19. 一種整合型微流體晶片系統，具有至少一儲存區、一流道區及一檢測區，該儲存區用以放置一檢體或一試劑，該流道區位於該儲存區與該檢測區之間，該整合型微流體晶片系統包括： 一第一組件，包括一第一基板、一第一電極層以及具有一第一開口的一第一介電層，其中該第一電極層位於該第一基板與該第一介電層之間； 一第二組件，與該第一組件相對設置，包括一第二基板、一電極層以及一第二介電層，其中該電極層位於該第二基板與該第二介電層之間； 一流道層，位於該第一組件與該第二組件之間，使得該儲存區中的該檢體或該試劑通過該流道區進入該檢測區； 一半導體晶片，位於該檢測區且配置於該第一基板的一側，其中該半導體晶片經由該第一開口暴露於該流道層，且進入該流道層的該微液滴經由該第一開口而與該半導體晶片反應；以及 一廢液區，其中該廢液區與該檢測區相鄰，用以收集該半導體晶片檢測後的該檢體或該試劑。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的整合型微流體晶片系統，更包括一緩衝區，該緩衝區位於該儲存區與該流道區之間，用以混合該檢體與該試劑。
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