TWM674423U - 生物晶片 - Google Patents

Abstract

一種生物晶片，用於檢測生物材料且包括基板、半導體層、絕緣層、金屬層、第一保護層以及第二保護層。半導體層設置於基板上且具有反應區。絕緣層設置於半導體層上且具有暴露出反應區的第一開口。金屬層設置於絕緣層上且包括源極、汲極以及圍牆結構。源極與汲極分別電性連接至半導體層。圍牆結構圍繞第一開口、源極以及汲極。第一保護層設置於金屬層上且具有第二開口。第二保護層設置於第一保護層上且具有第三開口與第四開口。第二保護層包括第一突出部、第二突出部以及第三突出部。第一突出部對應於源極設置。第二突出部對應於汲極設置。第三突出部對應於圍牆結構設置且圍繞並定義第四開口。在基板的法線方向上，第三開口重疊於第二開口與第一開口。第四開口暴露出第一保護層。

Description

生物晶片

本新型創作是有關於一種半導體晶片，且特別是有關於一種生物晶片。

在一般的生物晶片中，通常可容納溶液(例如是高分子點印溶液或樣品溶液)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。

本新型創作提供一種生物晶片，其可以避免溶液(例如是高分子點印溶液或樣品溶液)有溢流的問題，可以容納較大量的溶液體積，且可以同時檢測多種生物材料而不會互相干擾。

本新型創作的生物晶片用於檢測生物材料且包括基板、半導體層、絕緣層、金屬層、第一保護層以及第二保護層。半導體層設置於基板上且具有反應區。絕緣層設置於半導體層上且具有暴露出反應區的第一開口。金屬層設置於絕緣層上且包括源極、汲極以及圍牆結構。源極與汲極分別電性連接至半導體層。圍牆結構圍繞第一開口、源極以及汲極。第一保護層設置於金屬層上且具有第二開口。第二保護層設置於第一保護層上且具有第三開口與第四開口。第二保護層包括第一突出部、第二突出部以及第三突出部。第一突出部對應於源極設置。第二突出部對應於汲極設置。第三突出部對應於圍牆結構設置且圍繞並定義第四開口。在基板的法線方向上，第三開口重疊於第二開口與第一開口。第四開口暴露出第一保護層。

在本新型創作的一實施例中，上述的源極、汲極以及圍牆結構為同一層且彼此分離，且源極與汲極電性絕緣圍牆結構。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一保護層為疏水性材料。

在本新型創作的一實施例中，上述的第二保護層為親水性材料。

在本新型創作的一實施例中，上述的第一突出部、第二突出部以及第三突出部彼此分離。

在本新型創作的一實施例中，上述的第三突出部完全圍繞第四開口。

在本新型創作的一實施例中，上述的第三開口設置於第一突出部與第二突出部之間，且第四開口設置於第二突出部與第三突出部之間。

在本新型創作的一實施例中，上述的第四開口的尺寸大於第三開口的尺寸。

在本新型創作的一實施例中，上述的生物晶片更包括溶液。溶液接觸第四開口暴露出的第一保護層的上表面，且溶液包括生物探針。

基於上述，在本新型創作一實施例的生物晶片中，由於設置在圍牆結構上方的第三突出部為完全圍繞第四開口的封閉圖形，因而可以避免溶液(例如是高分子點印溶液或樣品溶液)溢流至第四開口外，可以容納較大量的溶液體積，且可以同時檢測多種生物材料而不會互相干擾。

為讓本新型創作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繪示為本新型創作一實施例的生物晶片的上視示意圖。圖2至圖6繪示為圖1的生物晶片的製造方法的立體示意圖。圖7繪示為圖6的生物晶片沿剖面線I-I’的剖面示意圖。圖8繪示為圖6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5和圖6省略繪示生物晶片10中的半導體層120、金屬層140以及溶液200。

請先同時參照圖1、圖6、圖7以及圖8，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、絕緣層IL1、絕緣層IL2、半導體層120、絕緣層130、金屬層140、第一保護層150以及第二保護層160。半導體層120設置於基板110上且具有反應區121。絕緣層130設置於半導體層120上且具有暴露出反應區121的第一開口O1。金屬層140設置於絕緣層130上，且金屬層140包括源極141、汲極142以及圍牆結構143。源極141與汲極142分別電性連接至半導體層120。圍牆結構143可圍繞第一開口O1、源極141以及汲極142。第一保護層150設置於金屬層140上且具有第二開口O2。第二保護層160設置於第一保護層150上，且第二保護層160具有第三開口O3與第四開口O4。第二保護層160包括第一突出部161、第二突出部162以及第三突出部163。第一突出部161對應於源極141設置。第二突出部162對應於汲極142設置。第三突出部163對應於圍牆結構143設置，且第三突出部163可圍繞並定義第四開口O4。在基板110的法線方向Z上，第三開口O3可重疊於第二開口O2與第一開口O1。第四開口O4可暴露出部分的第一保護層150。

本實施例的生物晶片10可用於檢測生物材料。生物材料可例如是樣品溶液中的微生物或生物分子，但不限於此。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。

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，請參照圖2、圖7以及圖8，提供基板110，形成絕緣層IL1於基板110上、形成絕緣層IL2於絕緣層IL1上，並形成半導體層120於基板110以及絕緣層IL2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，半導體層120具有反應區121、源極區122以及汲極區123。反應區121位於源極區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。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可視為是電晶體結構中的通道，因此，當反應區121 (通道)的閥值電壓(threshold voltage)被突破時，可使反應區121 (通道)被開啟，並可使來自汲極142的電流通過反應區121 (通道)而傳遞至源極141。

然後，請參照圖3、圖7以及圖8，形成絕緣層130於半導體層120上。具體來說，絕緣層130具有第一開口O1、開口131以及開口132。其中，第一開口O1可暴露出部分的反應區121以及部分的絕緣層130，開口131可暴露出部分的源極區122，且開口132可暴露出部分的汲極區123。

然後，請參照圖4、圖7以及圖8，形成金屬層140於絕緣層130上。具體來說，金屬層140可暴露出部分的絕緣層130。金屬層140包括源極141、汲極142以及圍牆結構143。源極141設置於絕緣層130上以及開口131內，且汲極142設置於絕緣層130上以及開口132內。在基板110的法線方向Z上，源極141可重疊並對應於源極區122設置，且汲極142可重疊並對應於汲極區123設置。圍牆結構143設置於絕緣層130上，且圍牆結構143可圍繞源極141與汲極142。在本實施例中，源極141、汲極142以及圍牆結構143可以為同一層；源極141、汲極142以及圍牆結構143可彼此物理性分離；且源極141與汲極142可電性絕緣圍牆結構143。

然後，請參照圖5、圖7以及圖8，形成第一保護層150於金屬層140上。具體來說，第一保護層150具有第二開口O2與開口151，且第一保護層150包括平坦部152與突出部153。平坦部152可覆蓋被金屬層140暴露出的絕緣層130，且平坦部152可圍繞並定義出第二開口O2。突出部153可覆蓋金屬層140，且突出部153可完全圍繞並定義出開口151。在基板110的法線方向Z上，突出部153可重疊並對應於源極141、汲極142以及圍牆結構143設置，且第二開口O2可重疊並對應於第一開口O1而暴露出部分的反應區121。

在如圖5所示的生物晶片10的立體圖中，突出部153可以為封閉且沒有缺口的圖形，開口151可連接第二開口O2，且開口151的尺寸可大於第二開口O2的尺寸。

在本實施例中，第一保護層150的材料可以為疏水性材料且不是親水性材料。舉例來說，第一保護層150的材料可包括氮化矽(SiN)、電漿增強矽氮化物(plasma enhancement Silicon nitride，PESIN)、氧氮化物(oxynitrides，SION)、其它合適的疏水性材料、或前述的組合，但不限於此。

然後，請參照圖6、圖7以及圖8，形成第二保護層160於第一保護層150上，並加入含有生物探針210的溶液200。具體來說，第二保護層160具有第三開口O3與第四開口O4，且第二保護層160包括第一突出部161、第二突出部162以及第三突出部163。在基板110的法線方向Z上，第一突出部161可重疊並對應於源極141設置，第二突出部162可重疊並對應於汲極142設置，且第三突出部163可重疊並對應於圍牆結構143設置。第一突出部161、第二突出部162以及第三突出部163可以彼此分離。第三突出部163可完全圍繞並定義出第四開口O4。

在本實施例中，第三開口O3設置於第一突出部161與第二突出部162之間，且第四開口O4設置於第二突出部162與第三突出部163之間。在基板110的法線方向Z上，第三開口O3可重疊並對應於第二開口O2與第一開口O1而暴露出部分的反應區121。第四開口O4可暴露出部分的第一保護層150，例如是暴露出部分的平坦部152的上表面S1。其中，上表面S1背向基板110。

在如圖6所示的生物晶片10的立體圖中，第三突出部163可以為封閉且沒有缺口的圖形，第四開口O4可連接第三開口O3，且第四開口O4的尺寸可大於第三開口O3的尺寸、第二開口O2的尺寸以及第一開口O1的尺寸。

在本實施例中，第二保護層160可以為親水性材料且不是疏水性材料。舉例來說，第二保護層160的材料可包括氧化物、氧化矽(SiO₂)、電漿增強矽氧化物(plasma enhancement silicon oxide， PEOX)、低壓四乙氧基矽烷(low pressure tetraethoxysilane，LPTEOS)、電漿增強四乙氧基矽烷(plasma enhancement tetraethoxysilane，PETEOS)、磷矽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPSG)、旋塗玻璃(spin on glass，SOG)、其它合適的親水性材料、或前述的組合，但不限於此。

然後，請繼續參照圖7與圖8，溶液200可設置於第一開口O1、第二開口O2、第三開口O3、開口151以及第四開口O4內。溶液200的一部分可接觸半導體層120的反應區121，且溶液200的另一部分可接觸由第四開口O4暴露出的部分的第一保護層150的上表面S1。

在本實施例中，溶液200可包括生物探針210與液體220。生物探針210可結合至半導體層120的反應區121上，以用於專一性地(specificity)辨識並結合至樣品溶液中的生物材料。具體來說，在加入含有生物探針210的溶液200之後，生物探針210的一端可連接並固定於反應區121，且生物探針210的另一端可用於辨識並結合至生物材料。生物探針210可以為化學分子或生物分子，舉例來說，生物探針210可例如是抗體、抗原、核酸、醣類或其組合，但不限於此，只要生物探針210可專一性地辨識並結合至生物材料即可。在本實施例中，含有生物探針210的溶液200可以為高分子點印溶液，但不限於此。

在本實施例中，由於設置在圍牆結構143上方的突出部153與第三突出部163分別為完全圍繞開口151與第四開口O4的封閉圖形，因而可以將溶液200侷限在開口151或第四開口O4內，並可以避免溶液200溢流至第四開口O4外，如圖7與圖8所示。舉例來說，當添加至生物晶片10的其中一個檢測單元100的第一開口O1或第二開口O2內的溶液200滿出第二開口O2時，突出部153與第三突出部163的設置可以分別地將溶液200侷限在開口151與第四開口O4內，藉此可以避免溶液因溢流而干擾鄰近的另一個檢測單元100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可藉由開口151與第四開口O4的設置來增加生物晶片10可容納溶液200的體積，並可以提高生物晶片10的操作裕度與便利性。如此一來，使得本實施例的生物晶片10可以同時在不同的檢測單元100中檢測不同的生物材料，且可以不需擔心溶液會有溢流而造成相鄰的檢測單元之間有交叉汙染的風險，進而可以達到同時檢測多種生物材料的效果。

在本實施例中，由於設置在圍牆結構143上方的第二保護層160的第三突出部163可以為親水性材料且不是疏水性材料，因而可以降低此處與第三突出部163接觸的溶液200的流動性，進而可以降低溶液200爬過第三突出部163的機率，並更加地降低溶液溢流的機率。

在本實施例中，由於第四開口O4可暴露出部分的第一保護層150，且第一保護層150可以為疏水性材料且不是親水性材料，因而可以增加此處與第一保護層150接觸的溶液200的流動性，進而可以將此處的溶液200快速地引流至第三開口O3內而在反應區121進行檢測。

綜上所述，在本新型創作一實施例的生物晶片中，由於設置在圍牆結構上方的第三突出部為完全圍繞第四開口的封閉圖形，因而可以避免溶液溢流至第四開口外，可以容納較大量的溶液體積，且可以同時檢測多種生物材料而不會互相干擾。由於第三突出部可以為親水性材料且不是疏水性材料，因而可以降低此處與第三突出部接觸的溶液的流動性，進而可以降低溶液爬過第三突出部的機率，並更加地降低溶液溢流的機率。由於第四開口暴露出的第一保護層可以為疏水性材料且不是親水性材料，因而可以增加此處與第一保護層接觸的溶液的流動性，進而可以將此處的溶液快速地引流至第三開口內來進行檢測。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:生物晶片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、IL1、IL2:絕緣層131、132、151:開口140:金屬層141:源極142:汲極143:圍牆結構150:第一保護層152:平坦部153:突出部160:第二保護層161:第一突出部162:第二突出部163:第三突出部200:溶液210:生物探針220:液體O1:第一開口O2:第二開口O3:第三開口O4:第四開口S1:上表面Z:法線方向

圖1繪示為本新型創作一實施例的生物晶片的上視示意圖。圖2至圖6繪示為圖1的生物晶片的製造方法的立體示意圖。圖7繪示為圖6的生物晶片沿剖面線I-I’的剖面示意圖。圖8繪示為圖6的生物晶片沿剖面線II-II’的剖面示意圖。

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、IL1、IL2:絕緣層

140:金屬層

141:源極

142:汲極

143:圍牆結構

150:第一保護層

152:平坦部

153:突出部

160:第二保護層

161:第一突出部

162:第二突出部

163:第三突出部

200:溶液

210:生物探針

220:液體

O1:第一開口

O2:第二開口

O3:第三開口

O4:第四開口

S1:上表面

Z:法線方向

Claims (9)

1. 一種生物晶片，用於檢測生物材料，包括：基板；半導體層，設置於所述基板上，且具有反應區；絕緣層，設置於所述半導體層上，且具有暴露出所述反應區的第一開口；金屬層，設置於所述絕緣層上，且包括：源極與汲極，分別電性連接至所述半導體層；以及圍牆結構，圍繞所述第一開口、所述源極以及所述汲極；第一保護層，設置於所述金屬層上，且具有第二開口；以及第二保護層，設置於所述第一保護層上，具有第三開口與第四開口，且包括：第一突出部，對應於所述源極設置；第二突出部，對應於所述汲極設置；以及第三突出部，對應於所述圍牆結構設置，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，所述第三開口重疊於所述第二開口與所述第一開口，且所述第四開口暴露出所述第一保護層。
2. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述源極、所述汲極以及所述圍牆結構為同一層且彼此分離，且所述源極與所述汲極電性絕緣所述圍牆結構。
3. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第一保護層為疏水性材料。
4. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第二保護層為親水性材料。
5. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第一突出部、所述第二突出部以及所述第三突出部彼此分離。
6. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第三突出部完全圍繞所述第四開口。
7. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第三開口設置於所述第一突出部與所述第二突出部之間，且所述第四開口設置於所述第二突出部與所述第三突出部之間。
8. 如請求項1所述的生物晶片，其中所述第四開口的尺寸大於所述第三開口的尺寸。
9. 如請求項1所述的生物晶片，更包括：溶液，接觸所述第四開口暴露出的所述第一保護層的上表面，且包括生物探針。