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TWI869217B - 生物晶片及其製造方法 - Google Patents

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TWI869217B
TWI869217B TW113107268A TW113107268A TWI869217B TW I869217 B TWI869217 B TW I869217B TW 113107268 A TW113107268 A TW 113107268A TW 113107268 A TW113107268 A TW 113107268A TW I869217 B TWI869217 B TW I869217B
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許文廷
劉德權
李國瑜
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漢磊科技股份有限公司
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Abstract

一種生物晶片，用於檢測溶液中的生物材料且包括至少一檢測單元。檢測單元包括基板、第一絕緣層、半導體層、第二絕緣層、第一金屬層、第二金屬層以及保護層。第一絕緣層設置於基板上。半導體層設置於第一絕緣層上且包括多個反應區。第二絕緣層設置於半導體層上且包括第一部分、第二部分以及第一開口。第二部分環繞第一部分。第一開口分隔第一部分與第二部分且暴露出多個反應區。第一金屬層設置於第二部分上且包括彼此分離的源極、汲極、閘極以及第一圍牆結構。第二金屬層包括第二圍牆結構與生物電極。第二圍牆結構設置於第一圍牆結構上，且生物電極設置於第一部分上。保護層設置於第一金屬層與第二金屬層上。保護層具有第二開口、第三開口以及第四開口，且包括平坦部、第一突出部以及第二突出部。平坦部覆蓋被第一金屬層暴露出的第二部分且圍繞並定義第二開口。第一突出部覆蓋源極、汲極以及閘極且圍繞並定義第三開口。第二突出部覆蓋第二圍牆結構且圍繞並定義第四開口。在基板的法線方向上，第一開口、第二開口、第三開口以及第四開口重疊。

Description

生物晶片及其製造方法
本發明是有關於一種半導體晶片及其製造方法，且特別是有關於一種生物晶片及其製造方法。
在一般的生物晶片中，通常可容納溶液的空間會受限於反應區的大小，因此，一旦溶液較大量時或在添加溶液有誤差時，就容易會發生有溶液溢流的問題。
本發明提供一種生物晶片及其製造方法，其可以避免溶液有溢流的問題且可因應較大量的溶液，可以提高檢測的靈敏度，且可以同時檢測多種生物材料且不會互相干擾。
本發明的生物晶片用於檢測溶液中的生物材料且包括至少一檢測單元。檢測單元包括基板、第一絕緣層、半導體層、第二絕緣層、第一金屬層、第二金屬層以及保護層。第一絕緣層設置於基板上。半導體層設置於第一絕緣層上且包括多個反應區。第二絕緣層設置於半導體層上且包括第一部分、第二部分以及第一開口。第二部分環繞第一部分。第一開口分隔第一部分與第二部分且暴露出多個反應區。第一金屬層設置於第二部分上且包括彼此分離的源極、汲極、閘極以及第一圍牆結構。第二金屬層包括第二圍牆結構與生物電極。第二圍牆結構設置於第一圍牆結構上，且生物電極設置於第一部分上。保護層設置於第一金屬層與第二金屬層上。保護層具有第二開口、第三開口以及第四開口，且保護層包括平坦部、第一突出部以及第二突出部。平坦部覆蓋被第一金屬層暴露出的第二部分且圍繞並定義第二開口。第一突出部覆蓋源極、汲極以及閘極且圍繞並定義第三開口。第二突出部覆蓋第二圍牆結構且圍繞並定義第四開口。在基板的法線方向上，第一開口、第二開口、第三開口以及第四開口重疊。
在本發明的一實施例中，上述的半導體層更包括源極區與汲極區，源極圍繞第一開口且電性連接至源極區，汲極圍繞源極且電性連接至汲極區，閘極圍繞汲極且電性連接至基板，且第一圍牆結構圍繞閘極。
在本發明的一實施例中，上述的源極、汲極、閘極以及第一圍牆結構為同一層，且第一圍牆結構電性絕緣源極、汲極以及閘極。
在本發明的一實施例中，上述的溶液至少設置於第一開口、第二開口以及第三開口內。溶液接觸生物電極以及半導體層的多個反應區。
在本發明的一實施例中，上述的生物電極與第二圍牆結構為同一層，生物電極與第二圍牆結構彼此分離，且第二圍牆結構電性絕緣生物電極。
在本發明的一實施例中，上述的第一突出部完全環繞第三開口，且第二突出部完全環繞第四開口。
在本發明的一實施例中，在上述的法線方向上，第二突出部的上表面高於第一突出部的上表面，且第一突出部的上表面高於平坦部的上表面。
在本發明的一實施例中，上述的第三開口大於第二開口，且第四開口大於第三開口。
在本發明的一實施例中，上述的第三開口包括添加區以及多個檢測區。添加區對應於第一部分設置。多個檢測區連接添加區且對應於多個反應區設置。
本發明的生物晶片的製造方法包括以下步驟：提供基板；形成第一絕緣層於基板上；形成半導體層於第一絕緣層上，其中半導體層包括多個反應區；形成第二絕緣層於半導體層上，其中第二絕緣層包括第一部分、第二部分以及第一開口，第二部分環繞第一部分，且第一開口分隔第一部分與第二部分且暴露出多個反應區；形成第一金屬層於第二部分上，其中第一金屬層包括彼此分離的源極、汲極、閘極以及第一圍牆結構；形成第二金屬層，其中第二金屬層包括第二圍牆結構與生物電極，第二圍牆結構設置於第一圍牆結構上，且生物電極設置於第一部分上；形成保護層於第一金屬層與第二金屬層上，其中保護層具有第二開口、第三開口以及第四開口，且保護層包括平坦部、第一突出部以及第二突出部。平坦部覆蓋被第一金屬層暴露出的第二部分且圍繞並定義第二開口。第一突出部覆蓋源極、汲極以及閘極且圍繞並定義第三開口。第二突出部覆蓋第二圍牆結構且圍繞並定義第四開口。在基板的法線方向上，第一開口、第二開口、第三開口以及第四開口重疊。
基於上述，在本發明一實施例的生物晶片及其製造方法中，藉由在一個檢測單元中設置多個反應區來檢測同一種的生物材料的方式，可以透過累積多個反應區所檢測到的訊號來提高檢測的靈敏度。相較於一般的生物晶片，本實施例的生物晶片可藉由第四開口的設置來增加生物晶片可容納溶液的體積，以因應較大量的溶液，且不需擔心會有溶液溢流而造成交叉汙染的問題，進而可以提高生物晶片的操作裕度與便利性。此外，由於本實施例的生物晶片中的多個檢測單元可分別用來檢測不同種的生物材料，且不需擔心不同的檢測單元之間會有因溶液溢流而造成交叉汙染的問題，進而使得生物晶片具有可同時檢測多種生物材料且不會互相干擾的效果。
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。
圖1繪示為本揭露一實施例的生物晶片的上視示意圖。圖2A至圖2C繪示為圖1的生物晶片中的檢測單元的製造方法的上視示意圖。圖3A至圖3E繪示為2C的生物晶片中的區域R的製造方法的立體示意圖。圖4繪示為圖2C的生物晶片沿剖面線I-I’的剖面示意圖。圖5繪示為圖2C的生物晶片沿剖面線II-II’的剖面示意圖。為了附圖清楚及方便說明，圖2A至圖2C省略繪示生物晶片10中的基板110、第一絕緣層IL1、第二絕緣層130、絕緣層IL2以及保護層160。
請先同時參照圖1、圖2C、圖3E、圖4以及圖5，本實施例的生物晶片10可包括至少一檢測單元100 (圖1示意地繪示3個檢測單元100，但不限於此)。檢測單元100包括基板110、第一絕緣層IL1、半導體層120、第二絕緣層130、第一金屬層140、第二金屬層150以及保護層160。第一絕緣層IL1設置於基板110上。半導體層120設置於第一絕緣層IL1上且包括多個反應區121。第二絕緣層130設置於半導體層120上，且第二絕緣層130包括第一部分131、第二部分132以及第一開口O1。第二部分132環繞第一部分131。第一開口O1分隔第一部分131與第二部分132，且第一開口O1暴露出多個反應區121。第一金屬層140設置於第二部分132上，且第一金屬層140包括彼此分離的源極141、汲極142、閘極143以及第一圍牆結構144。第二金屬層150包括第二圍牆結構152與生物電極151。第二圍牆結構152設置於第一圍牆結構144上，且生物電極151設置於第一部分131上。保護層160設置於第一金屬層140與第二金屬層150上。保護層160具有第二開口O2、第三開口O3以及第四開口O4，且保護層160包括第一突出部161、第二突出部162以及平坦部163。平坦部163覆蓋被第一金屬層140暴露出的第二部分132，且平坦部163圍繞並定義第二開口O2。第一突出部161覆蓋源極141、汲極142以及閘極143，且第一突出部161圍繞並定義第三開口O3。第二突出部162覆蓋第二圍牆結構152，且第二突出部162圍繞並定義第四開口O4。在基板110的法線方向Z上，第一開口O1、第二開口O2、第三開口O3以及第四開口O4重疊。此外，本實施例的生物晶片10可用於檢測溶液200中的生物材料210。
以下將針對本實施例的生物晶片10的製造方法進行說明。本實施例的生物晶片10的製造方法可包括以下步驟：
首先，請同時參照圖2A、圖3A、圖4以及圖5，提供基板110，形成第一絕緣層IL1於基板110上，並形成半導體層120於第一絕緣層IL1上。在本實施例中，基板110可以為矽基板或矽晶圓，舉例來說，基板110可例如是P型矽基板，但不限於此。在本實施例中，第一絕緣層IL1可例如是閘極氧化層，但不限於此。
在本實施例中，半導體層120包括多個反應區121、多個源極區122、多個汲極區123以及中心開口124。源極區122與汲極區123彼此分離。反應區121位於相鄰的源極區122與汲極區123之間，且反應區121可連接源極區122與汲極區123。每個反應區121可包括至少一反應單元1211 (圖2A示意地繪示5個反應單元1211，但不限於此)。中心開口124可被多個反應區121、多個源極區122以及多個汲極區123環繞。在本實施例中，半導體層120的材料可包括多晶矽(polysilicon)或其他合適的半導體材料，但不限於此。在一些實施例中，反應區121中的反應單元1211可視為是電晶體結構中的通道，因此，當通道(反應單元1211)的閥值電壓(threshold voltage)被突破時，可使通道(反應單元1211)被開啟，並可使來自汲極142的電流通過通道(反應單元1211)而傳遞至源極141。
在本實施例中，在圖2A的上視圖中，半導體層120可示意地包括8個反應區121、4個源極區122、4個汲極區123以及1個中心開口124，其中半導體層120的8個反應區121、4個源極區122、4個汲極區123以及1個中心開口124可以排列成空心的圓形結構，每一對相鄰的源極區122與汲極區123可大約占整個360度的圓形結構中的90度，且每一個源極區122 (或汲極區123)可大約占整個360度的圓形結構中的45度，但不限於此。也就是說，本發明並不對反應區、源極區、汲極區以及中心開口的數量以及所排列的形狀加以限制，且本發明不對每一對相鄰的源極區與汲極區以及每一個源極區(或汲極區)占整個圓形的比例加以限制。
此外，在本實施例中，還可以在半導體層120的反應區121的反應單元1211上設置辨識單元(未繪示)，以用於專一性地(specificity)辨識並結合至溶液200中的生物材料210。具體來說，辨識單元的一端可連接並固定於反應區121，且辨識單元的另一端可用於辨識並結合至生物材料210。辨識單元可以為化學分子或生物分子，舉例來說，辨識單元可例如是抗體、抗原、核酸、醣類或其組合，但不限於此，只要辨識單元可專一性地辨識並結合至生物材料210即可。
然後，請同時參照圖2A、圖3B、圖4以及圖5，形成第二絕緣層130於半導體層120上。具體來說，第二絕緣層130可覆蓋半導體層120與部分的第一絕緣層IL1。第二絕緣層130包括第一部分131、第二部分132、第一開口O1、開孔133、開孔134以及開孔135。第一部分131對應於中心開口124設置。第二部分132與第一部分131彼此分離，且第二部分132環繞第一部分131。第一開口O1分隔第一部分131與第二部分132。第一開口O1可暴露出多個反應區121與部分的第一絕緣層IL1。開孔133可貫穿第二部分132而暴露出部分的源極區122，開孔134可貫穿第二部分132而暴露出部分的汲極區123，開孔135可貫穿第二部分132與第一絕緣層IL1而暴露出部分的基板110。
然後，請同時參照圖2B、圖3C、圖4以及圖5，形成第一金屬層140於第二絕緣層130的第二部分132上。具體來說，第一金屬層140可暴露出第一部分131以及部分的第二部分132。第一金屬層140包括彼此分離的源極141、汲極142、閘極143以及第一圍牆結構144。在基板110的法線方向Z上，源極141可重疊並對應源極區122設置，且汲極142可重疊並對應汲極區123設置。源極141可設置於第二部分132上以及開孔133內而電性連接至源極區122，汲極142可設置於第二部分132上以及開孔134內而電性連接至汲極區123，且閘極143可設置於第二部分132上以及開孔135內而接觸並電性連接至具有導電特性的基板110。
在本實施例中，源極141、汲極142、閘極143以及第一圍牆結構144可以為同一層。其中，如圖2B所示，源極141可大致上為環狀結構而圍繞第一開口O1，汲極142可大致上為環狀結構而圍繞源極141與第一開口O1，閘極143可大致上為環狀結構而圍繞汲極142、源極141以及第一開口O1，且第一圍牆結構144可大致上為環狀結構而圍繞閘極143、汲極142、源極141以及第一開口O1。第一圍牆結構144可電性絕緣源極141、汲極142以及閘極143。
然後，請同時參照圖2C、圖3D、圖4以及圖5，形成絕緣層IL2於第一部分131與第一圍牆結構144上，並形成第二金屬層150於第一部分131、第一圍牆結構144以及絕緣層IL2上。具體來說，第二金屬層150包括生物電極151與第二圍牆結構152。生物電極151設置於第一部分131上。第二圍牆結構152設置於第一圍牆結構144上。生物電極151與第二圍牆結構152可以為同一層，且生物電極151與第二圍牆結構152彼此分離。如圖2C所示，第二圍牆結構152可大致上為環狀結構而圍繞閘極143、汲極142、源極141以及第一開口O1。第二圍牆結構152電性絕緣生物電極151。
然後，請同時參照圖2C、圖3E、圖4以及圖5，形成保護層160於第一金屬層140與第二金屬層150上。具體來說，保護層160具有第二開口O2、第三開口O3以及第四開口O4，且保護層160包括平坦部163、第一突出部161以及第二突出部162。其中，平坦部163可覆蓋被第一金屬層140暴露出的第二部分132，且平坦部163可圍繞並定義出第二開口O2。第一突出部161可覆蓋源極141、汲極142以及閘極143，且第一突出部161可圍繞並定義出第三開口O3。第二突出部162可覆蓋第二圍牆結構152，且第二突出部162可圍繞並定義第四開口O4。
在本實施例中，平坦部163具有遠離第二絕緣層130的上表面163a、第一突出部161具有遠離第二絕緣層130的上表面161a，第二突出部162具有遠離第二絕緣層130的上表面162a。在基板110的法線方向Z上，第一突出部161的上表面161a高於平坦部163的上表面163a，且第二突出部162的上表面162a高於第一突出部161的上表面161a。
在本實施例中，藉由第一金屬層140與第二金屬層150的設置，可以在形成保護層160的步驟中同時形成第一突出部161與第二突出部162，因此可不需要有額外的製程步驟(例如增加光罩數量或增加疊層等)來製造可用來形成第三開口O3的第一突出部161以及可用來形成第四開口O4的第二突出部162，具有簡化製程的效果。
在本實施例中，在基板110的法線方向Z上，第一開口O1、第二開口O2、第三開口O3以及第四開口O4可重疊。第二開口O2可連接第一開口O1與第三開口O3，且第三開口O3可連接第二開口O2與第四開口O4。第二開口O2的尺寸可大致上相似於第一開口O1的尺寸。第三開口O3的尺寸可大於第二開口O2的尺寸。第四開口O4的尺寸可大於第三開口O3的尺寸。
在本實施例中，第三開口O3可包括添加區O31以及多個檢測區O32。添加區O31可以為溶液200添加至生物晶片10的區域，且檢測區O32可以為用來導流與儲存溶液200的區域，以避免溶液200溢流。具體來說，添加區O31可對應於中心開口124、第一部分131以及生物電極151設置。多個檢測區O32可對應於多個反應區121設置。多個檢測區O32可連接添加區O31，且多個檢測區O32可以放射狀的方式排列在添加區O31的周圍，藉此可以縮短溶液200流入檢測區O32的時間，且可以使溶液200的分布更均勻。
在本實施例中，由於溶液200可例如是先以液珠的形態滴入至添加區O31，接著再從添加區O31流入至多個放射狀排列的檢測區O32，因此，藉由使添加區O31的直徑(或寬度)可大於液珠的直徑的方式可以避免溶液200在添加時因添加位置偏移(或沒對準)而外溢，且藉由將添加區O31的輪廓形狀設計為圓形來符合液珠的形態的方式可以在溶液200的液體量過多而接近溢滿時利用液體的表面張力來避免溶液200溢流；也就是說，本實施例利用生物晶片自身的接線形成的「自侷限結構」可以增加對準容錯空間並能容納較多的溶液200。在本實施例中，添加區O31的直徑(或寬度)例如是約為10微米(μm)至100微米，且檢測區O32的寬度例如是約為3微米，但不限於此。在一些實施例中，添加區O31的直徑(或寬度)也可視液珠的直徑來做調整，且檢測區O32的長度也可視反應單元1211的數量來做調整。
然後，請同時參照圖4與圖5，在本實施例中，溶液200可至少設置於第一開口O1、第二開口O2以及第三開口O3內，且溶液200可至少覆蓋平坦部163的上表面163a，以使溶液200可同時接觸生物電極151以及多個反應區121中的反應單元1211。在一些實施例中，當溶液200的量較多時，也可使溶液200設置於第一開口O1、第二開口O2、第三開口O3以及第四開口O4內，而使溶液200可覆蓋平坦部163的上表面163a以及第一突出部161的上表面161a。
相較於一般的生物晶片會搭配使用外接式的探針電極(例如銀/氯化銀電極)來檢測生物材料的方式，本實施例藉由將生物電極151整合在生物晶片10中的方式可以大幅降低生物晶片10的整體體積，且可以減少後製程的繁複步驟與成本(例如是不需額外製作外接式的探針電極)。
在本實施例中，溶液200可例如是包括血清等體液，生物材料210可例如是包括微生物或生物分子，但不限於此。舉例來說，微生物可例如是包括細菌、病毒或其組合，生物分子可例如是包括核酸(包括去氧核醣核酸、核醣核酸或其組合)、核甘酸、蛋白質、碳水化合物、脂質或其組合，但不限於此。
在本實施例中，生物晶片10的工作原理可包括在溶液200添加之前的測試以及在溶液200添加之後的檢測。具體來說，在溶液200添加之前的測試為：先開啟閘極143，使閘極143提供的電壓可以透過具有導電特性的基板110並隔著第一絕緣層IL1來控制(開啟或關閉)反應區121中的反應單元1211，接著，測量汲極142的電流量(即，第一電流量)，以藉此測試反應單元1211是否能正常導通而使得來自源極141的電流可以通過。在溶液200添加之後的檢測為：當溶液200可同時接觸生物電極151以及多個反應區121中的反應單元1211時，先開啟生物電極151，使生物電極151提供的電壓可以隔著溶液200來控制(開啟或關閉)反應區121中的反應單元1211，接著，測量汲極142的電流量(即，第二電流量)，並比較第一電流量與第二電流量，以藉此來檢測溶液200中生物材料210。此外，在本實施例中，在溶液200添加之後的檢測時，閘極143可以為關閉或開啟的狀態，其中當閘極143為開啟的狀態時，閘極143提供的電壓可例如是可用來強化生物材料210與反應單元1211的反應。
在本實施例中，生物晶片10的其中一個檢測單元100中的多個反應區121可用來檢測同一種的生物材料210，藉此可以透過累積多個反應區121所檢測到的訊號來提高檢測的靈敏度。
在本實施例中，第一突出部161可完全環繞第三開口O3，且第二突出部162可完全環繞第四開口O4。詳細來說，由於源極141、汲極142以及閘極143大致上為環狀結構而可圍繞第一開口O1，因而使得設置在源極141、汲極142以及閘極143上方的第一突出部161可以為完全環繞第一開口O1、第二開口O2以及第三開口O3的封閉圖形，以將溶液200侷限在第三開口O3內並避免溶液200溢流至第三開口O3外。此外，由於第二圍牆結構152設置於第一圍牆結構144上，且第二圍牆結構152大致上為環狀結構而可圍繞第一開口O1，因而使得設置在第二圍牆結構152上方的第二突出部162可以為完全環繞第一開口O1、第二開口O2、第三開口O3以及第四開口O4的封閉圖形，以將溶液200侷限在第四開口O4內並避免溶液200溢流至第四開口O4外，如圖4與圖5所示。
舉例來說，當添加至第三開口O3內的溶液200溢滿時，第二突出部162的設置可以將溶液200侷限在第四開口O4內並避免溶液200溢流，藉此，可以避免因溶液溢流至鄰近的另一個檢測單元100內而干擾另一個生物材料的檢測結果。因此，相較於一般的生物晶片，本實施例的生物晶片10可藉由第四開口O4的設置來增加生物晶片10可容納溶液200的體積，以因應較大量的溶液200，並提高生物晶片10的操作裕度與便利性。藉此，使得本實施例的生物晶片10中的多個檢測單元100可同時分別用來檢測不同種的生物材料，且不需擔心不同的檢測單元100之間會有因溶液溢流而造成交叉汙染的問題，進而使得生物晶片10具有可同時檢測多種生物材料的效果。
以下將列舉其他實施例以作為說明。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6繪示為本揭露另一實施例的生物晶片中的檢測單元的上視示意圖。請同時參照圖6與圖2C，本實施例的生物晶片10a與圖2C中的生物晶片10相似，惟二者主要差異之處在於：在本實施例的生物晶片10a的檢測單元100a中，半導體層120a包括更多的反應區121a、源極區122a以及汲極區123a。
具體來說，請參照圖6，半導體層120a可包括12個反應區121a、6個源極區122a、6個汲極區123a以及1個中心開口124。其中，每一對相鄰的源極區122a與汲極區123a可大約占整個360度的圓形結構中的60度，且每一個源極區122a(或汲極區123a)可大約占整個360度的圓形結構中的30度。藉此，使得檢測單元100a可以透過累積更多個反應區121a(或反應單元1211)所檢測到的訊號來更加地提高檢測的靈敏度。
在一些實施例中，也可透過調整檢測單元中的反應區的長度(檢測區的長度)來增加更多個反應單元，藉此，使得檢測單元可以透過累積更多個反應單元所檢測到的訊號來更加地提高檢測的靈敏度。
綜上所述，在本發明一實施例的生物晶片及其製造方法中，藉由使添加區的直徑(或寬度)可大於液珠的直徑的方式可以避免溶液在添加時因添加位置偏移(或沒對準)而外溢，且藉由將添加區的輪廓形狀設計為圓形來符合液珠的形態的方式可以在溶液的液體量過多而接近溢滿時利用液體的表面張力來避免溶液溢流；也就是說，本實施例利用生物晶片自身的接線形成的「自侷限結構」可以增加對準容錯空間並能容納較多的溶液。藉由在一個檢測單元中設置多個反應區來檢測同一種的生物材料的方式，可以透過累積多個反應區所檢測到的訊號來提高檢測的靈敏度。相較於一般的生物晶片，本實施例的生物晶片可藉由第四開口的設置來增加生物晶片可容納溶液的體積，以因應較大量的溶液，且不需擔心會有溶液溢流而造成交叉汙染的問題，進而可以提高生物晶片的操作裕度與便利性。此外，由於本實施例的生物晶片中的多個檢測單元可分別用來檢測不同種的生物材料，且不需擔心不同的檢測單元之間會有因溶液溢流而造成交叉汙染的問題，進而使得生物晶片具有可同時檢測多種生物材料且不會互相干擾的效果。另外，在一些實施例中，透過增加檢測單元中的反應區的數量或調整檢測單元中的反應區的長度(檢測區的長度)來增加反應單元的數量的方式，可使得檢測單元可以透過累積更多個反應單元所檢測到的訊號來更加地提高檢測的靈敏度。
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、10a:生物晶片 100、100a:檢測單元 110:基板 120、120a:半導體層 121、121a:反應區 1211:反應單元 122、122a:源極區 123、123a:汲極區 124:中心開口 130:第二絕緣層 131:第一部分 132:第二部分 133、134、135:開孔 140:第一金屬層 141:源極 142:汲極 143:閘極 144:第一圍牆結構 150:第二金屬層 151:生物電極 152:第二圍牆結構 160:保護層 161:第一突出部 161a、162a、163a:上表面 162:第二突出部 163:平坦部 200:溶液 210:生物材料 IL1:第一絕緣層 IL2:絕緣層 O1:第一開口 O2:第二開口 O3:第三開口 O31:添加區 O32:檢測區 O4:第四開口 R:區域 Z:法線方向
圖1繪示為本揭露一實施例的生物晶片的上視示意圖。 圖2A至圖2C繪示為圖1的生物晶片中的檢測單元的製造方法的上視示意圖。 圖3A至圖3E繪示為2C的生物晶片中的區域R的製造方法的立體示意圖。 圖4繪示為圖2C的生物晶片沿剖面線I-I’的剖面示意圖。 圖5繪示為圖2C的生物晶片沿剖面線II-II’的剖面示意圖。 圖6繪示為本揭露另一實施例的生物晶片中的檢測單元的上視示意圖。
100:檢測單元
110:基板
120:半導體層
121:反應區
122:源極區
123:汲極區
130:第二絕緣層
131:第一部分
132:第二部分
140:第一金屬層
141:源極
142:汲極
143:閘極
144:第一圍牆結構
150:第二金屬層
151:生物電極
152:第二圍牆結構
160:保護層
161:第一突出部
161a、162a、163a:上表面
162:第二突出部
163:平坦部
200:溶液
210:生物材料
IL1:第一絕緣層
IL2:絕緣層
O1:第一開口
O2:第二開口
O3:第三開口
O31:添加區
O4:第四開口
Z:法線方向

Claims (10)

  1. 一種生物晶片，用於檢測溶液中的生物材料，包括至少一檢測單元，其中所述至少一檢測單元包括： 基板； 第一絕緣層，設置於所述基板上； 半導體層，設置於所述第一絕緣層上且包括多個反應區； 第二絕緣層，設置於所述半導體層上且包括： 第一部分； 第二部分，環繞所述第一部分；以及 第一開口，分隔所述第一部分與所述第二部分，且暴露出所述多個反應區； 第一金屬層，設置於所述第二部分上，且包括彼此分離的源極、汲極、閘極以及第一圍牆結構； 第二金屬層，包括： 第二圍牆結構，設置於所述第一圍牆結構上；以及 生物電極，設置於所述第一部分上；以及 保護層，設置於所述第一金屬層與所述第二金屬層上，具有第二開口、第三開口以及第四開口，且包括： 平坦部，覆蓋被所述第一金屬層暴露出的所述第二部分，且圍繞並定義所述第二開口； 第一突出部，覆蓋所述源極、所述汲極以及所述閘極，且圍繞並定義所述第三開口；以及 第二突出部，覆蓋所述第二圍牆結構，且圍繞並定義所述第四開口； 其中，在所述基板的法線方向上，所述第一開口、所述第二開口、所述第三開口以及所述第四開口重疊。
  2. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述半導體層更包括源極區與汲極區，所述源極圍繞所述第一開口且電性連接至所述源極區，所述汲極圍繞所述源極且電性連接至所述汲極區，所述閘極圍繞所述汲極且電性連接至所述基板，且所述第一圍牆結構圍繞所述閘極。
  3. 如請求項2所述的生物晶片，其中所述源極、所述汲極、所述閘極以及所述第一圍牆結構為同一層，且所述第一圍牆結構電性絕緣所述源極、所述汲極以及所述閘極。
  4. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述溶液至少設置於所述第一開口、所述第二開口以及所述第三開口內，且所述溶液接觸所述生物電極以及所述半導體層的所述多個反應區。
  5. 如請求項4所述的生物晶片，其中所述生物電極與所述第二圍牆結構為同一層，所述生物電極與所述第二圍牆結構彼此分離，且所述第二圍牆結構電性絕緣所述生物電極。
  6. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第一突出部完全環繞所述第三開口，且所述第二突出部完全環繞所述第四開口。
  7. 如請求項1所述的生物晶片，其中在所述法線方向上，所述第二突出部的上表面高於所述第一突出部的上表面，且所述第一突出部的所述上表面高於所述平坦部的上表面。
  8. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第三開口大於所述第二開口，且所述第四開口大於所述第三開口。
  9. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第三開口包括： 添加區，對應於所述第一部分設置；以及 多個檢測區，連接所述添加區且對應於所述多個反應區設置。
  10. 一種生物晶片的製造方法，包括： 提供基板； 形成第一絕緣層於所述基板上； 形成半導體層於所述第一絕緣層上，其中所述半導體層包括多個反應區； 形成第二絕緣層於所述半導體層上，其中所述第二絕緣層包括： 第一部分； 第二部分，環繞所述第一部分；以及 第一開口，分隔所述第一部分與所述第二部分，且暴露出所述多個反應區； 形成第一金屬層於所述第二部分上，其中所述第一金屬層包括彼此分離的源極、汲極、閘極以及第一圍牆結構； 形成第二金屬層，其中所述第二金屬層包括： 第二圍牆結構，設置於所述第一圍牆結構上；以及 生物電極，設置於所述第一部分上；以及 形成保護層於所述第一金屬層與所述第二金屬層上，其中所述保護層具有第二開口、第三開口以及第四開口，且包括： 平坦部，覆蓋被所述第一金屬層暴露出的所述第二部分，且圍繞並定義所述第二開口； 第一突出部，覆蓋所述源極、所述汲極以及所述閘極，且圍繞並定義所述第三開口；以及 第二突出部，覆蓋所述第二圍牆結構，且圍繞並定義所述第四開口； 其中，在所述基板的法線方向上，所述第一開口、所述第二開口、所述第三開口以及所述第四開口重疊。
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