專利名稱：生物傳感器芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物傳感器芯片。進一步，本發(fā)明涉及生物傳感器芯片的制造方法。
背景技術(shù)：
生物傳感器可以是指可以將生物部件與物理化學(xué)或物理檢測器部件結(jié)合并用于檢測分析物的器件。例如，生物傳感器可以基于這樣的現(xiàn)象例如當(dāng)作為俘獲分子的抗體的抗體結(jié)合片段或單鏈DNA序列配合到目標(biāo)分子的對應(yīng)序列或結(jié)構(gòu)時，固定在生物傳感器表面上的俘獲分子可以選擇性的與流體樣品中的目標(biāo)分子雜交。當(dāng)在傳感器表面發(fā)生這種雜交或感應(yīng)事件時，可以改變表面的電氣特性，因此，可以通過檢測這種電氣特性來檢測這種感應(yīng)事件。WO 2005/106478披露了一種對生物傳感器，特別是基于在加工處理后晶片上裝配的半導(dǎo)體芯片的生物傳感器，進行功能化的方法，在晶片上設(shè)有傳感器區(qū)域，這些區(qū)域可以布置為陣列方式，以便例如利用有機分子，例如DNA、RNA和PNA之類的核酸或它們的衍生物、蛋白質(zhì)、糖類分子或抗體等來執(zhí)行功能化。WO 2008/132656披露了一種生物傳感器，其中傳感器活化區(qū)形成為用于形成生物傳感器芯片的半導(dǎo)體晶片的后端處理的一部分。該后端處理包括觸點、絕緣體、金屬層以及鍵合位置以便進行芯片與封裝連接。這些層通常不與處理過的半導(dǎo)體襯底直接接觸。前端處理涉及集成電路的處理，其中在半導(dǎo)體中構(gòu)圖出各個器件(晶體管、電阻器等)，并通常包括直到(但不包括)金屬層淀積之前的所有處理。本發(fā)明特別涉及到用于形成傳感器電極以及鍵合焊盤的后端處理步驟，其中傳感器電極和鍵合焊盤用于使得電接觸深入到在之前的前端處理步驟中形成的下層器件。當(dāng)前已知的容性生物傳感器芯片采用拋光的銅填充通孔作為納米電極。但是，銅容易在儲存、后處理或檢測步驟中腐蝕。因此，最好使用替代的抗腐蝕金屬材料來制造納米電極。但是，對不同電接觸組合使用不同材料會使工藝變得復(fù)雜。例如，納米電極材料應(yīng)該自對準(zhǔn)到通孔，以能夠使得納米電極在芯片表面具有必需的較小圓周直徑。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種形成生物傳感器芯片的方法，包括在半導(dǎo)體晶片中形成半導(dǎo)體部件；在覆蓋半導(dǎo)體部件的電介質(zhì)層中形成填充導(dǎo)電連接區(qū)域，填充導(dǎo)電連接區(qū)域與半導(dǎo)體部件電接觸，并至少包括鍵合焊盤連接區(qū)域和檢測電極連接區(qū)域；在電介質(zhì)層上形成第一覆層，以及在第一覆層中形成至少一個與檢測電極連接區(qū)域接觸的填充導(dǎo)電連接區(qū)域，其中在所述至少一個鍵合焊盤連接區(qū)域上不形成連接區(qū)域；在第一覆層上形成第二覆層；在第二覆層中形成至少一個通孔，所述通孔與第一覆層中的所述至少一個填充導(dǎo)電連接區(qū)域?qū)?zhǔn)；在第二覆層中形成鍵合焊盤開口，該開口在鍵合焊盤連接區(qū)域上方并向下延伸到電介質(zhì)層；在所得結(jié)構(gòu)的頂部上方形成擴散阻擋層，擴散阻擋層完全填滿第二覆層中的所述至少一個通孔；在所得結(jié)構(gòu)的頂部上方設(shè)置鍵合焊盤連接層，該連接層填滿襯有擴散阻擋層的鍵合焊盤開口 ；以及對所得結(jié)構(gòu)向下平坦化到第二覆層。這種方法使得能夠以不同材料形成鍵合焊盤和檢測電極(其中之一由例如銅的連接層形成，另一個由例如氮化鉭的擴散阻擋層形成)。對鍵合焊盤和檢測電極均使用單一表面處理操作(平坦化)。通過使用相同的處理，可以避免在已平坦化的表面上進行抗蝕劑構(gòu)圖，并且可以確保鍵合焊盤和檢測電極的清潔度。平坦化步驟可以導(dǎo)致對鍵合焊盤和檢測電極進行構(gòu)圖。通過去除向下直到第二覆層的材料，檢測電極和鍵合焊盤可以與之前的檢測電極區(qū)域和鍵合焊盤開口自動對準(zhǔn)，從而可以將最終的鍵合焊盤和檢測電極視為自對準(zhǔn)，因為不需要使用光刻工藝來限定鍵合焊盤和檢測電極的形狀和位置。這意味著在限定鍵合焊盤和檢測電極的形狀時不再需要提供覆蓋容差。鍵合焊盤開口可以限定為穿過兩個覆層，使得其深度比用于檢測電極的通孔深度大。通過這種方式，鍵合焊盤開口不會完全被擴散阻擋層填充?？梢允褂孟嗤难谀Ｔ诘谝桓矊又行纬伤鲋辽僖粋€填充導(dǎo)電連接通孔以及在第二覆層中形成所述至少一個通孔。形成第一覆層的操作可以進一步包括在第一覆層下方形成刻蝕停止層，以及形成第二覆層的操作可以進一步包括在第二覆層下方形成刻蝕停止層。這些刻蝕停止層用于停止對檢測電極通孔和鍵合焊盤開口的刻蝕。形成擴散阻擋層的操作可以包括形成氮化鉭層以及在氮化鉭層上形成鉭層，該氮化鉭層完全填充第二覆層中的所述至少一個通孔，其中，氮化鉭層比鉭層厚。通過這種方式，可以用氮化鉭擴散阻擋堆疊填充檢測電極區(qū)域，所述氮化鉭擴散阻擋堆疊具有足夠厚以完全填充通孔的氮化鉭層。更寬且更深的鍵合焊盤開口僅部分地由氮化鉭/鉭擴散阻擋層填充。平坦化操作從檢測電極區(qū)域中去除鍵合焊盤連接層、鉭層以及過多的氮化鉭，以使得只有氮化鉭保留在檢測電極通孔中，并填充該通孔直到第二覆層的表面。所述(或每個)刻蝕停止層可以包括氮化硅，第一和第二覆層可以包括氧化硅層 或氧化硅和氮化硅層的結(jié)合。電介質(zhì)層中的填充導(dǎo)電連接區(qū)域和第一覆層中的填充導(dǎo)電連接區(qū)域可以分別用銅填充。鍵合焊盤連接層優(yōu)選的也包括銅。為了這個目的，可以淀積銅晶種層，并且可以電鍍銅?？梢圆捎勉~化學(xué)機械拋光工藝來平坦化鍵合焊盤開口中的銅，并且去除芯片表面處的氮化鉭/Ta阻擋層。這會在檢測電極通孔中保留平坦化的氮化鉭插塞。這些氮化鉭插塞構(gòu)成了生物傳感器的納米電極。在氮化鉭表面上會形成薄的天然氧化鉭。這可以防止表面被腐蝕。為生物傳感器提供需要特異性所需的生物探針分子可以容易的附著到氧化鉭層。通過常規(guī)的防蝕劑，例如BTA，或者通過硫羥基自組裝單層，可以防止銅鍵合焊盤被腐蝕?？梢圆捎娩X鍵合線，對鍵合焊盤進行電連接。本發(fā)明還涉及一種生物傳感器芯片，包括形成在半導(dǎo)體晶片中的半導(dǎo)體部件；覆蓋半導(dǎo)體部件的電介質(zhì)層中的填充導(dǎo)電連接區(qū)域，填充導(dǎo)電連接區(qū)域與半導(dǎo)體部件電接觸，并至少包括鍵合焊盤連接區(qū)域和檢測電極連接區(qū)域； 電介質(zhì)層上的第一覆層，該第一覆層中具有至少一個與檢測電極連接區(qū)域接觸的填充導(dǎo)電連接通孔；第一覆層上的第二覆層，該第二覆層具有至少一個通孔，所述至少一個通孔與第一覆層中所述至少一個填充導(dǎo)電連接通孔對準(zhǔn)，以及該第二覆層具有在鍵合焊盤連接區(qū)域上方并向下延伸到電介質(zhì)層的鍵合焊盤開口；其中，鍵合焊盤開口襯有擴散阻擋層，并且在擴散阻擋層上填充有導(dǎo)體，所述擴散阻擋層包括氮化鉭層以及在該氮化鉭層上的鉭層，其中，所述氮化鉭層比鉭層厚，以及其中第二覆層的所述至少一個通孔完全被氮化鉭填充。


下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例，其中圖I示出了已知的生物傳感器設(shè)計；圖2示出了在W02008/132656描述的實施例中通常怎樣布置鍵合焊盤和檢測電極；以及圖3-圖9示出了在形成本發(fā)明的生物傳感器的本發(fā)明方法示例中的連續(xù)步驟。
具體實施例方式圖I來自于W02008/132656，并用于說明本發(fā)明能夠適用的生物傳感器芯片的類型。生物傳感器芯片100用于檢測生物微粒(例如抗原，圖中未示出)并包括傳感器活化區(qū)101，該活化區(qū)對生物微粒敏感并布置在生物傳感器芯片100的后端處理部分102的頂部。更具體地，傳感器活化區(qū)101布置在生物傳感器芯片100的區(qū)域102的上表面103。多個中間金屬結(jié)構(gòu)104-106形成為后端處理部分102的一部分，并設(shè)置為使得傳感器活化區(qū)101通過該多個中間金屬結(jié)構(gòu)104-106電耦合到生物傳感器芯片100的前端處理部分107。更具體地，納米電極108形成為傳感器活化區(qū)101的一部分，并通過多個中間金屬結(jié)構(gòu)104-106電耦合到集成到部分107中的場效應(yīng)晶體管113。電容器結(jié)構(gòu)部分地形成在后端處理部分102中，并布置為使得傳感器活化區(qū)101處的檢測事件(由于抗原(未示出)結(jié)合到固定在傳感器活化區(qū)101的表面103上的抗體112而造成)可以影響電容器的電容值，這是由于檢測事件可能影響傳感器袋區(qū)(pocket) 117的介電常數(shù)值。更具體地，該電容器的第一電極由銅層108形成，電容器的第二電極由對電極109連接的電解質(zhì)150形成，本實施例中，對電極109與單片集成層序列100遠離設(shè)置?？蛇x地，可以在該層堆疊中集成電導(dǎo)結(jié)構(gòu)以形成電容器的第二電極。
更具體地，生物傳感器100中的實際電容器是電解電容器。這種情況下，傳感器100在測量過程中浸入到電解質(zhì)150中。電解質(zhì)150可以是分析物本身，或者是在通過SAM表面上的固定俘獲探針112俘獲到抗原之后取代分析物的其它導(dǎo)電流體。銅納米電極108是一個電容器極板，導(dǎo)電流體150是另一個電容器極板。兩個極板108、150通過用作電容器電介質(zhì)的自組裝單層(SAM, self-assembled monolayer) 115分開。當(dāng)生物分子附著到SAMl 15上(例如由俘獲探針112固定到SAM表面115上導(dǎo)致的結(jié)果)或者被俘獲探針112俘獲(例如由俘獲探針112俘獲抗原導(dǎo)致的結(jié)果)時，電容器電介質(zhì)的介電特性會改變，結(jié)果也改變了電容器的電容。電解質(zhì)150連接到對電極109。如圖I示意性所示，晶體管結(jié)構(gòu)113形成在前端部分107中，并通過多個金屬結(jié)構(gòu)104到106、108電耦合到傳感器活化區(qū)101。示出了該晶體管113的柵極區(qū)110以及溝道區(qū)111。源區(qū)/漏區(qū)分別位于附圖平面的前方和后方，因此沒有在圖I中明確示出。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，它們可以形成為電耦合到溝道區(qū)111兩側(cè)的摻雜區(qū)。在該示例中，銅插塞105形成在第一金屬層中，銅填充通孔104形成在第一通孔形成工藝(通孔掩模I)中，銅插塞108形成在第二金屬層中，以及傳感器袋區(qū)凹部117形成在第二通孔形成工藝(通孔掩模2)中。 還可以有與晶體管集成設(shè)置的其他的電路部件。通常，在本申請中是指半導(dǎo)體部件。本發(fā)明不涉及晶體管設(shè)計或由晶體管構(gòu)成的電路。因此，這些方面沒有提供進一步的描述。如圖I所示，至少一個抗體分子112固定在傳感器活化區(qū)101的表面103處，并用于與生物微粒相互作用。特別地，抗體112用于與對應(yīng)的抗原相互作用。銅金屬結(jié)構(gòu)108在表面103處的尺寸可以為250nm，并因此形成納米電極，在該納米電極處可能發(fā)生檢測事件。納米電極108由襯有氮化鉭層114的銅材料形成。從圖I中可以進一步得到，SAM層115(自組裝單層)橋接銅結(jié)構(gòu)108和抗體112。在最終的化學(xué)機械拋光(CMP)步驟之后，剩余的裸露銅表面可以在空氣或水中迅速氧化。因此，在該CMP步驟中(或者在后續(xù)的清洗步驟中，或者在電絕緣層116中形成凹部117的開口之后)，通常淀積BTA(防蝕劑)以抑制這種氧化。通過這種方式，可以在淀積SAM112之前保存晶片一段時間(幾天或者甚至幾周)。在SAM淀積之前，可以從銅表面去除BTA。在實驗中發(fā)現(xiàn)，有些濕化學(xué)SAM淀積的配方實際上會去除BTA本身。這種情況下，由于BTA去除會自動發(fā)生，無須嚴(yán)格要求在SAM淀積之前去除BTA。在SAM淀積之后，由于BTA會污染SAM表面，因而不能再淀積BTA。作為替換，適當(dāng)?shù)腟AM自身應(yīng)該用作防蝕劑。可選地，可以在SAM淀積之后將傳感器芯片保存在非氧化環(huán)境中。生物傳感器芯片100包括形成為生物傳感器芯片100頂面一部分并具有凹部117的電絕緣層116，其中傳感器活化區(qū)101的暴露表面103設(shè)置為凹部117中的感應(yīng)袋區(qū)空間。生物傳感器芯片100可以從硅襯底118開始利用CMOS技術(shù)制造，圖I示出了硅襯底118的表面，并且該襯底可以具有P阱或N阱。可以設(shè)置用于電接觸生物傳感器芯片100的鍵合焊盤，但是在圖I中沒有示出。CMOS工藝使用電介質(zhì)層121、123、126、128 (典型的是氧化層)以及刻蝕停止層120、122、124、127。 鍵合焊盤典型地采用與傳感器電極相同的工藝步驟制造。
圖2示出了形成鍵合焊盤以及多個檢測器納米電極的已知生物傳感器結(jié)構(gòu)的頂層。目前，256x256納米電極陣列是已知的并且已經(jīng)商業(yè)化，但是在未來需要更大的納米電極陣列。如上所述，采用直到并包括頂部金屬層(可以是圖I中所示的第2金屬層，或者在不同傳感器結(jié)構(gòu)中可以是更高的金屬層，例如第4金屬層)的標(biāo)準(zhǔn)CMOS流程，來處理半導(dǎo)體晶片。
圖2示出了 CMOS結(jié)構(gòu)中的頂部金屬層200，該頂部金屬層是用于形成納米電極的金屬層。因此，層200可以認為是與圖I中的層114，128對應(yīng)。在可選實施方式中，在納米電極下方的結(jié)構(gòu)可以不同，并具有金屬層和通孔掩模的不同布置。例如，頂部金屬層可以是第4金屬層。該頂層包括低介電常數(shù)氧化層202，例如碳摻雜Si02，其中具有第2金屬層的銅格柵204a和島204b。格柵204a設(shè)置為使得鍵合焊盤連接到下面的集成電路部件。鍵合焊盤例如設(shè)置為讀出端子，和/或用于對芯片提供電源或時鐘。島204b設(shè)置為使得檢測信號連接到下面的晶體管。頂層206包括氧化覆層207，例如Si02，其具有形成納米電極的銅嵌入件208，此外也具有銅鍵合焊盤210。在CMOS工藝的頂部金屬層200上面，附加的生物傳感器具體工藝包括(i)淀積氮化硅(SiN)刻蝕停止層212和氧化覆層207。(ii)構(gòu)圖用于納米電極208的納米電極開孔，例如利用CMOS工藝的通孔掩模4來進行；(iii)用進一步的“焊盤開口”掩模，構(gòu)圖鍵合焊盤開孔；(iv)淀積氮化鉭/鉭擴散阻擋層(未示出)和厚銅(Cu)層；(V)銅CMP (化學(xué)機械拋光)和從頂面去除氮化鉭/鉭擴散阻擋層。這些工藝得到圖2所示的結(jié)構(gòu)。在該工藝中，采用相同的工藝對銅納米電極和銅鍵合焊盤進行拋光。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的工藝流程示例的第一步驟，該工藝流程實現(xiàn)自對準(zhǔn)的氮化鉭納米電極和銅鍵合焊盤。氮化鉭(TaN)納米電極表面具有比銅好得多的抗蝕性。所得到的功能化納米電極相比于傳統(tǒng)的基于銅或金的納米電極(利用中間硫羥基SAM功能化)具有優(yōu)良的整體穩(wěn)定性。在先進CMOS工藝中，TaN層用于附著到電介質(zhì)層(例如202和207)，以避免銅沿著擴散阻擋層中的晶粒邊界擴散。采用Ta是因為它不會與銅混合。因此，可以在標(biāo)準(zhǔn)的先進CMOS工藝中結(jié)合使用TaN和Ta。本發(fā)明采用了這些在CMOS工藝中使用的現(xiàn)有材料，使得附加的生物傳感器工藝能夠集成到標(biāo)準(zhǔn)的先進CMOS工藝中。由于單獨的Ta不會良好的附著到電介質(zhì)層上，因此不太適于用作鍵合焊盤。工藝開始是缺省流程的改良，其中跳過了銅鍵合焊盤的構(gòu)圖步驟。如圖3所示，按照圖2中所示相同的方式形成納米電極208，其中例如利用標(biāo)準(zhǔn)的通孔掩模(例如通孔掩模4)來形成納米電極開孔，但是，在要形成鍵合焊盤的區(qū)域中沒有對覆層206 (包括電介質(zhì)207和金屬插塞208)進行構(gòu)圖。初始拋光的銅納米電極現(xiàn)在用作互連通孔以用于后面的氮化鉭納米電極，如下文所述。如圖4所示，淀積第二 SiN刻蝕停止層220和較薄的氧化覆層222。這兩層的總厚度應(yīng)該與后面的納米電極開孔(如圖5所示)的寬度相當(dāng)，以使得這些開孔的縱橫比(深度寬度)小于I. 5，并且，更優(yōu)選的小于1，以避免填充氮化鉭時出現(xiàn)問題。氮化硅層(未示出)可以淀積在薄氧化層222的頂部。這種組合更容易進行構(gòu)圖。如圖5所示，可以采用與用于形成圖3的初始納米電極208相同的掩模(通孔掩膜4)，在頂部電介質(zhì)層222中對淺納米電極開孔230進行構(gòu)圖。然后，利用限定鍵合焊盤的掩模，在整個電介質(zhì)堆疊(兩個電介質(zhì)層207、222和兩 個刻蝕停止層212、220)中對深鍵合焊盤開孔進行構(gòu)圖。這種掩模同樣是例如如圖2所示形成已知結(jié)構(gòu)的鍵合焊盤所需要的“焊盤開口”掩模。這種鍵合焊盤刻蝕在圖6中示出，并形成鍵合焊盤開口 232。最后的抗蝕劑剝離工藝同時刻穿深鍵合焊盤開孔中的底部SiN層212和淺通孔230。但是，可以采用可選的方案作為替換，例如，在圖5的淺通孔構(gòu)圖步驟中已經(jīng)部分甚至全部刻蝕了淺通孔中的底部SiN層。然后，涂覆擴散阻擋層。擴散阻擋層可以是改良設(shè)計，包括比正常更厚的氮化鉭層240以及常規(guī)Ta層242，如圖7所示。應(yīng)該調(diào)整氮化鉭層240的厚度，使得其能夠完全填充淺納米電極開孔230，以及使得殘余縫隙或尖突的下部終止于頂部覆層222的頂部上方從而它們能夠在后面的CMP步驟中被去除。對于90nm CMOS節(jié)點，典型的尺寸是-覆層222的厚度為150nm；-開孔230的寬度為130nm；-TaN層240的厚度為100_150nm (在CMP之前在表面處測得);-Ta層的厚度為2_5nm。如圖8所示，用標(biāo)準(zhǔn)工藝在經(jīng)改良的氮化鉭/鉭擴散阻擋層上電鍍銅層250，例如從銅晶種層開始。該銅層應(yīng)該足夠厚以便能夠良好的過量填滿深鍵合焊盤開孔。隨后，執(zhí)行退火/燒結(jié)工藝，例如利用10-20%的氫與氮混合物的400-430°C混合氣氛退火，以修補在前端處理階段中在MOS晶體管中產(chǎn)生的等離子體損傷。最后，用銅CMP步驟平坦化晶片，得到如圖9所示的結(jié)構(gòu)?？梢栽阢~CMP工藝模塊最后的擴散阻擋層去除步驟中平坦化納米電極中的氮化鉭?？梢詫@種阻擋層去除步驟進行調(diào)整，以產(chǎn)生具有極小凹部的平坦且平滑氮化鉭納米電極表面?？蛇x地，可以采用疏水硫羥基自組裝單層(SAM)，例如Cu-S-(CH2) 17_CH3，或者通過可選擇地淀積在暴露銅區(qū)域上的防蝕劑，來防止銅鍵合焊盤被腐蝕。最后，可以通過在氮化鉭表面上首先淀積硅烷基SAM，然后將生物分子耦合到該SAM上，來生物功能化氮化鉭納米電極。這種硅烷基SAM比硫羥基SAM具有好得多的穩(wěn)定性。由于氮化鉭納米電極表面具有比銅好得多的抗蝕性，所得到的功能化納米電極相比于由中間硫羥基SAM功能化的基于銅或金的納米電極具有優(yōu)異的整體穩(wěn)定性。
生物探針分子可以容易的附著到氧化的鉭表面層上?？梢岳绮捎面I合線，對鍵合焊盤進行電連接。所有的材料、工藝步驟以及它們在所闡述的工藝流程中的順序都可以在標(biāo)準(zhǔn)的先進CMOS工藝流程中使用。在本發(fā)明中，它們可以出乎意料超出常規(guī)范圍使用，特別是淺納米電極開孔的深度以及擴散阻擋層中氮化鉭層的厚度相結(jié)合，但是仍然在標(biāo)準(zhǔn)工藝設(shè)備可很好實現(xiàn)的范圍內(nèi)。雖然存在電遷移問題，Ta和TaN的結(jié)合特別有利于實現(xiàn)器件壽命的延長。該結(jié)構(gòu)還使得Ta與鍵合焊盤中的銅接觸以提供良好的銅粘著性能，并且使得TaN與下面的電介質(zhì)層同樣以良好的粘著性能相接觸。但是，本發(fā)明可以應(yīng)用于只用Ta而非Ta/TaN堆疊作為納米電極材料的結(jié)構(gòu)。特別地，檢測電極不能通過高電流密度，并且生物傳感器件不能用于連續(xù)工作。結(jié)果，較少的 涉及電遷移問題。結(jié)果，可以使用僅有Ta的厚層作為納米電極材料，并且，在CMOS技術(shù)中過去實際上只使用Ta作為擴散阻擋層。在其它示例中，阻擋層也可以是三層堆疊。本發(fā)明允許在標(biāo)準(zhǔn)CMOS制造工廠中制造直到最終銅CMP的整個結(jié)構(gòu)，并且可選地包括淀積銅防蝕劑。本發(fā)明可用于生物傳感器芯片，這意味著生物傳感器可以用半導(dǎo)體技術(shù)形成為集成電路，例如采用硅半導(dǎo)體技術(shù)，以及優(yōu)選的采用CMOS技術(shù)。歸因于使用微處理技術(shù)，單片集成生物傳感器芯片具有非常小尺寸的特性，并且，因而特別是當(dāng)生物傳感器芯片的部件尺寸接近或達到生物分子尺寸量級時，可以具有較大的空間分辨率和較高的信噪比。傳感器可以用于檢測在生物學(xué)或生物過程或生化過程中作為重要角色的微粒，例如基因、DNA、RNA、蛋白質(zhì)、酶、細胞、細菌、病毒等。傳感器典型地用于感測流體樣品。這種流體可以包括液體、氣體、等離子體，以及在某種程度上包括固體，以及它們的混合物。流體樣品的示例可以是包含DNA的流體、血液、皮下組織中的組織間隙液、肌肉或腦組織、尿液或其他體液。例如，流體樣品可以是生物物質(zhì)。這種物質(zhì)可以包括蛋白質(zhì)、多肽、核酸、DNA鏈等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解本發(fā)明的多種其他變化。
權(quán)利要求
1.ー種形成生物傳感器芯片的方法，包括 在半導(dǎo)體晶片中形成半導(dǎo)體部件； 在覆蓋所述半導(dǎo)體部件的電介質(zhì)層(200)中形成填充導(dǎo)電連接區(qū)域(204a，204b)，所述填充導(dǎo)電連接區(qū)域(204a，204b)與所述半導(dǎo)體部件電接觸，并至少包括鍵合焊盤連接區(qū)域(204a)和檢測電極連接區(qū)域(204b)； 在所述電介質(zhì)層上形成第一覆層(206)，以及在所述第一覆層中形成至少ー個與檢測電極連接區(qū)域(204b)接觸的填充導(dǎo)電連接通孔(208)，其中在所述至少一個鍵合焊盤連接區(qū)域(204a)上不形成連接通孔； 在第一覆層(206)上形成第二覆層(222)； 在第二覆層中形成至少ー個通孔(203)，所述通孔與所述第一覆層(206)中的所述至少ー個填充導(dǎo)電連接通孔(208)對準(zhǔn)； 在第二覆層中形成鍵合焊盤開ロ(232)，該開ロ在鍵合焊盤連接區(qū)域(204a)上方井向下延伸到電介質(zhì)層(200)； 在所得結(jié)構(gòu)的頂部上方形成擴散阻擋層(240，242)，所述擴散阻擋層完全填滿所述第ニ覆層中的所述至少一個通孔(230)； 在所得結(jié)構(gòu)的頂部上方設(shè)置鍵合焊盤連接層(250)，所述連接層填滿村有所述擴散阻擋層的鍵合焊盤開ロ(232);以及 對所得結(jié)構(gòu)向下平坦化到第二覆層(222)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中使用相同的掩模在第一覆層中形成所述至少ー個填充導(dǎo)電連接通孔(208)以及在第二覆層中形成所述至少一個通孔(230)。
3.如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中形成第一覆層(206)進ー步包括在第一覆層(206)下方形成刻蝕停止層(212)，以及形成第二覆層(222)進ー步包括在第二覆層(222)下方形成刻蝕停止層(220)。
4.如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中形成擴散阻擋層包括形成氮化鉭層，該氮化鉭層填充第二覆層中的所述至少一個通孔(230)，以及在氮化鉭層上形成鉭層，其中氮化鉭層比鉭層厚。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中平坦化操作從檢測電極連接區(qū)域上去除鍵合焊盤連接層和鉭層。
6.如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中所述刻蝕停止層或每個刻蝕停止層(212，220)包括氮化硅、碳化硅或二者的結(jié)合。
7.如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中所述第一和第二覆層(207，222)包括氧化層。
8.如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中第二覆層(222)包括氧化硅和氮化硅的堆疊。
9.如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中電介質(zhì)層(200)中的填充導(dǎo)電連接區(qū)域(204a, 204b)和第一覆層中的填充導(dǎo)電連接通孔(208)分別用銅填充。
10.如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中第二覆層(222)比第一覆層(207)薄，以及形成在第二覆層中的通孔(230)具有小于I. 5的深度寬度縱橫比。
11.如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其中平坦化操作包括銅化學(xué)機械拋光エ藝，并且該エ藝用于去除向下直到第二覆層(222)表面的阻擋層材料。
12.—種生物傳感器芯片,包括 形成在半導(dǎo)體晶片中的半導(dǎo)體部件； 覆蓋所述半導(dǎo)體部件的電介質(zhì)層(200)中的填充導(dǎo)電連接區(qū)域(204a，204b)，所述填充導(dǎo)電連接區(qū)域(204a，204b)與所述半導(dǎo)體部件電接觸，并至少包括鍵合焊盤連接區(qū)域(204a)和檢測電極連接區(qū)域(204b)； 電介質(zhì)層上的第一覆層(206)，該第一覆層中具有至少ー個與檢測電極連接區(qū)域(204b)接觸的填充導(dǎo)電連接通孔(208)； 第一覆層(206)上的第二覆層(222)，該第二覆層具有至少ー個通孔(230)，所述至少一個通孔(230)與第一覆層(206)中所述至少一個填充導(dǎo)電連接通孔(208)對準(zhǔn)，以及該第二覆層具有在鍵合焊盤連接區(qū)域(204a)上方井向下延伸到電介質(zhì)層(200)的鍵合焊盤開ロ (232)； 其中，鍵合焊盤開ロ(232)襯有擴散阻擋層(204，242)，并且在擴散阻擋層上填充有導(dǎo)體，所述擴散阻擋層包括氮化鉭層以及在該氮化鉭層上的鉭層，其中，所述氮化鉭層比鉭層厚，以及其中第二覆層(222)的所述至少一個通孔(230)完全被氮化鉭填充。
13.如權(quán)利要求12所述的芯片，包括在第一和第二覆層下方的刻蝕停止層(212，220)。
14.如權(quán)利要求12或13所述的芯片，其中第二覆層(222)比第一覆層(207)薄，以及形成在第二覆層中的通孔(230)具有小于I. 5的深度寬度縱橫比。
15.如權(quán)利要求12到14任一項所述的芯片，其中電介質(zhì)層(200)中的填充導(dǎo)電連接區(qū)域(204a，204b)和第一覆層中的填充導(dǎo)電連接通孔(208)分別用銅填充，以及填充鍵合焊盤開ロ的所述導(dǎo)體是銅。
全文摘要
一種形成生物傳感器芯片的方法，使得能夠以不同材料形成鍵合焊盤和檢測電極(其中之一由例如銅的連接層形成，另一個由例如鉭或氮化鉭的擴散阻擋層形成)。對鍵合焊盤和檢測電極均使用單一平坦化操作。通過使用相同的處理，可以避免在已平坦化的表面上進行抗蝕劑構(gòu)圖，并且可以確保鍵合焊盤和檢測電極的清潔度。獲得了自對準(zhǔn)的納米電極和鍵合焊盤。
文檔編號G01N27/00GK102651335SQ20121004517
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者弗朗斯·韋德肖翁 申請人:Nxp股份有限公司