本發(fā)明涉及生物檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有納米腔(nanocavity)的集成生物感測器及其制作方法。

背景技術(shù)：

近年來，由于生物科技的進(jìn)步，不斷地研發(fā)出各種生物檢測方法，其中用來檢驗(yàn)特定基因中去氧核醣核酸(DNA)序列的技術(shù)更是蓬勃發(fā)展。所謂基因就是一段特定序列的DNA，以去氧核醣與磷酸酯為主要骨干，并含有四種堿基：腺嘌呤(A)、鳥糞嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)與胞嘧啶(C)。在兩條單股DNA之間，由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的相互吻合，可通過A與T，G與C之間形成特定的氫鍵而相互吸引，構(gòu)成雙股螺旋狀的DNA構(gòu)造。

已知，DNA定序可以通過基因工程的方法，將待定序的基因序列切成小片段，并接上轉(zhuǎn)接序列(adaptor)，可選擇加入微磁珠(micro-bead)并配合聚合酶鏈鎖反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)，以快速增幅待測基因片段，而后結(jié)合微制作工藝、光學(xué)偵測與自動控制技術(shù)以不同定序原理的方法，迅速解讀大量的DNA序列。

除了DNA定序，生物感應(yīng)器還可被應(yīng)用在各式生物檢測中，諸如細(xì)菌、病毒的檢測、基因突變、遺傳篩檢、防疫、環(huán)境檢測、污染控制、食品安全等等，也可用于基因缺陷的快速檢測，甚至能借著檢測的數(shù)據(jù)提供許多目前尚屬未知的解答，例如，核酸多型性差異與各種疾病、并發(fā)癥間的關(guān)系，進(jìn)而研發(fā)出診斷與預(yù)防的方法。

然而，目前該技術(shù)領(lǐng)域仍需要一種改良的生物感應(yīng)器，其需具備快速、準(zhǔn)確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，并具有耐酸堿、抗腐蝕的結(jié)構(gòu)，其制作工藝還要能夠與CMOS影像感測器(CIS)工藝相容，用于將信號處理電路單片集成，而達(dá)到降低成本、降低功耗、提高集成度的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為達(dá)上述目的，本發(fā)明特別提出了一種具有納米腔的集成生物感測器及其制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點(diǎn)。

本發(fā)明一實(shí)施例提供一種具有納米腔的集成生物感測器，包含有一基底，其上設(shè)有多個隔離結(jié)構(gòu)，區(qū)隔出多個像素區(qū)域；一光感測區(qū)，設(shè)于各該像素區(qū)域中；一第一介電層，設(shè)于該基底上；一擴(kuò)散阻擋層，設(shè)于該第一介電層上；一第二介電層，設(shè)于該擴(kuò)散阻擋層上；一溝槽凹陷結(jié)構(gòu)，設(shè)于該第二介電層中；一襯層，順形地設(shè)于該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)壁上；一濾光材料層，設(shè)于該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)的該襯層上；一上蓋層，直接接觸到該濾光材料層的上表面，并封蓋住該濾光材料層；一第一鈍化層，設(shè)于該上蓋層上；一納米腔結(jié)構(gòu)層，設(shè)于該第一鈍化層上，其中于該濾光材料層正上方的該納米腔結(jié)構(gòu)層中，設(shè)有一納米腔；以及一第二鈍化層，設(shè)于該納米腔的側(cè)壁及底部。該濾光材料層阻擋特定波長的光源并能過濾掉噪聲光線，僅讓特定波長的光線通過，而到達(dá)該光感測區(qū)。

本發(fā)明一實(shí)施例提供一種制作具有納米腔的集成生物感測器的方法，包含有提供一基底，其上設(shè)有多個隔離結(jié)構(gòu)，區(qū)隔出多個像素區(qū)域；在各該像素區(qū)域中形成一光感測區(qū)；在該基底上沉積一第一介電層；在該第一介電層上沉積一擴(kuò)散阻擋層；在該擴(kuò)散阻擋層上沉積一第二介電層；在該第二介電層中形成一溝槽凹陷結(jié)構(gòu)；順形地在該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)壁上沉積一襯層；在該襯層上形成一濾光材料層，填滿該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)；沉積一上蓋層，使該上蓋層直接接觸到該濾光材料層的上表面，并封蓋住該濾光材料層；在該上蓋層上形成一第一鈍化層；在該第一鈍化層上沉積一納米腔結(jié)構(gòu)層；在該濾光材料層正上方的該納米腔結(jié)構(gòu)層中，形成一納米腔；以及在該納米腔的側(cè)壁及底部形成一第二鈍化層。

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，形成該濾光材料層之后，另包含有：進(jìn)行一固化制作工藝，以固化該濾光材料層；以及進(jìn)行一研磨或者回蝕刻步驟，將該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)外的該濾光材料層去除。

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，該第一鈍化層以及該第二鈍化層是利用物理氣相沉積法沉積而成。

本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種具有納米腔的集成生物感測器，包含有一基底，其上設(shè)有多個隔離結(jié)構(gòu)，區(qū)隔出多個像素區(qū)域；一光感測區(qū)，設(shè)于各該 像素區(qū)域中；一第一介電層，設(shè)于該基底上；一擴(kuò)散阻擋層，設(shè)于該第一介電層上；一第二介電層，設(shè)于該擴(kuò)散阻擋層上；一溝槽凹陷結(jié)構(gòu)，設(shè)于該第二介電層中；一襯層，順形地設(shè)于該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)壁上；一濾光材料層，設(shè)于該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)的該襯層上，該濾光材料層具有一上表面，低于該第二介電層介電層的上表面一預(yù)定深度，如此形成一凹陷部；一上蓋層，順形地設(shè)于該濾光材料層以及該襯層上，該上蓋層直接接觸到該濾光材料層的該上表面，并封蓋住該濾光材料層；以及一鈍化層，順形地設(shè)于該上蓋層上，其中該鈍化層表面自動對準(zhǔn)該濾光材料層于該凹陷部上方構(gòu)成一納米腔。

本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種制作具有納米腔的集成生物感測器的方法，包含有提供一基底，其上設(shè)有多個隔離結(jié)構(gòu)，區(qū)隔出多個像素區(qū)域；在各該像素區(qū)域中形成一光感測區(qū)；在該基底上沉積一第一介電層；在該第一介電層上沉積一擴(kuò)散阻擋層；在該擴(kuò)散阻擋層上沉積一第二介電層；在該第二介電層中形成一溝槽凹陷結(jié)構(gòu)；順形地在該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)壁上沉積一襯層；在該襯層上形成一濾光材料層，填滿該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)；進(jìn)行一固化制作工藝，以固化該濾光材料層；進(jìn)行一研磨或者回蝕刻步驟，將該溝槽凹陷結(jié)構(gòu)外的該濾光材料層去除；進(jìn)行一回蝕刻步驟，使該濾光材料層的一上表面，低于該第二介電層介電層的上表面一預(yù)定深度，如此形成一凹陷部；在該凹陷部順形地沉積一上蓋層，該上蓋層直接接觸到該濾光材料層的上表面，并封蓋住該濾光材料層；在該上蓋層上順形地形成一鈍化層，其中該鈍化層表面自動對準(zhǔn)該濾光材料層于該凹陷部上方形成一納米腔。該鈍化層包含金屬氧化物，例如，氧化鉭。

無疑地，本發(fā)明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文以多種圖示與繪圖來描述的優(yōu)選實(shí)施例細(xì)節(jié)說明后將變得更為顯見。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的具有納米腔的集成生物感測器的剖面示意圖；

圖2至圖6為圖1中具有納米腔的集成生物感測器的方法的示意圖；

圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的具有自動對準(zhǔn)納米腔的集成生物感測器的剖面示意圖；

圖8至圖12為圖7中具有自動對準(zhǔn)納米腔的集成生物感測器的方法的 示意圖。

符號說明

1、1a 集成生物感測器

10 像素區(qū)域

100 基底

104 光感測區(qū)

106 浮置漏極區(qū)

112 隔離結(jié)構(gòu)

142 第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)

144 第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)

160 柵極結(jié)構(gòu)

200 溝槽凹陷結(jié)構(gòu)

202、204、206、208 介電層

212、214、216、218 金屬層

217、219 金屬通孔

220 襯層

300、400 納米腔

310 濾光材料層

310a 上表面

320 上蓋層

330 第一鈍化層

340 納米腔結(jié)構(gòu)層

350 第二鈍化層

420 上蓋層

430 鈍化層

θ 夾角

具體實(shí)施方式

接下來的詳細(xì)敘述需參照相關(guān)附圖所示內(nèi)容，用來說明可依據(jù)本發(fā)明具體實(shí)行的實(shí)施例。這些實(shí)施例提供足夠的細(xì)節(jié)，可使此領(lǐng)域中的技術(shù)人員充分了解并具體實(shí)行本發(fā)明。在不悖離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可做結(jié)構(gòu)、邏輯和電 性上的修改應(yīng)用在其他實(shí)施例上。

因此，接下來的詳細(xì)描述并非用來對本發(fā)明加以限制。本發(fā)明涵蓋的范圍由其權(quán)利要求界定。與本發(fā)明權(quán)利要求具同等意義者，也應(yīng)屬本發(fā)明涵蓋的范圍。本發(fā)實(shí)施例所參照的附圖為示意圖，并未按比例繪制，且相同或類似的特征通常以相同的附圖標(biāo)記描述。

文中使用的「基底」一詞，其代表且包含了那些讓半導(dǎo)體元件等組成物形成在其上的基材或構(gòu)體。此基底可為一種半導(dǎo)體基底、一種形成在支撐結(jié)構(gòu)上的半導(dǎo)體基材、或是形成有一或多個材料、結(jié)構(gòu)、區(qū)域的半導(dǎo)體基底。此基底可為傳統(tǒng)的硅基底或是含有半導(dǎo)體材料的塊材?！富住挂辉~不只代表傳統(tǒng)硅晶片，其可包含絕緣層覆硅基底(silicon-on-insulator,SOI)，如硅藍(lán)寶石基底(silicon-on-sapphire,SOS)、硅玻璃基底(silicon-on-glass,SOG)、硅底材上的硅外延層，或是其他的半導(dǎo)體或光電材質(zhì)，如硅鍺(SiGe)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化銦(InP)等材料。

當(dāng)文中指出某元件位于另一元件「上」或「上方」時，其代表且包含了該元件直接位于該另一元件正上方、相鄰、之下、或是與該另一元件直接接觸等含意，其也包含了該元件并非直接位于該另一元件正上方、相鄰、之下、或是與該另一元件直接接觸等含意。相反地，當(dāng)某元件被描述成直接位于該另一元件上時，不會有任何其他元件介于其間。

除非文中有特別加以指出，不然文中所描述的材料都可以任何合適的技術(shù)來形成，如旋涂法、刮涂法、浸涂法、毯覆式刮涂法、化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積法(ALD)、以及物理氣相沉積法(PVD)等，但不限于此?；蛘撸牧峡梢栽诋?dāng)前制作工藝中(in-situ)直接生長。視所欲形成的特定材料而定，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人士可以選擇要用來沉積或成長這些材料的技術(shù)。

除非文中有特別加以指出，不然文中所述關(guān)于材料的移除動作都可以任何合適的技術(shù)來達(dá)成，如蝕刻或磨平等作法，但不限于此。

本發(fā)明提供一種集成生物感應(yīng)器，其上具有可以直接進(jìn)行生化反應(yīng)的納米腔(nanocavity)，具備快速、準(zhǔn)確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，具有耐酸堿、抗腐蝕的結(jié)構(gòu)，且制作工藝能夠與CMOS影像感測器(CIS)工藝相容，可以將信號處理電路單片集成，因此能具有降低成本、降低功耗、提高集成度。

請參閱圖1，其為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的具有納米腔的集成生物 感測器的剖面示意圖。如圖1所示，集成生物感測器1包含一基底100，其中形成有多個像素區(qū)域10，以陣列排列。為方便說明，圖中僅顯示出像素陣列中的兩個像素區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，基底100可以是硅基底，但不限于此。在基底100設(shè)有多個隔離結(jié)構(gòu)112，區(qū)隔出各個像素區(qū)10。

各個像素區(qū)的基底100上可以形成有柵極結(jié)構(gòu)160。然后，于柵極結(jié)構(gòu)160兩側(cè)的基底100中形成光感測區(qū)104與浮置漏極區(qū)106。柵極結(jié)構(gòu)160可以包括一介電層與一導(dǎo)體層，其中介電層可以是氧化硅，導(dǎo)體層可以是單晶硅、未摻雜多晶硅、摻雜多晶硅、非晶硅、金屬硅化物或其組合。柵極結(jié)構(gòu)160的側(cè)壁上可以形成有間隙壁，例如是氧化硅或氮化硅或兩者的組合。

光感測區(qū)104可以是一光二極管(photodiode)，包括第一導(dǎo)電型(first conductivity type)摻雜區(qū)142與第二導(dǎo)電型(second conductivity type)摻雜區(qū)144，其中第一導(dǎo)電型與第二導(dǎo)電型為相反導(dǎo)電型。以基底100為p型為例，第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142例如是n型摻雜區(qū)，第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144例如是p型摻雜區(qū)，浮置漏極區(qū)106例如是n型摻雜區(qū)，反之亦然。其中，第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142例如是淺摻雜區(qū)(lightly doped region)，第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144、浮置漏極區(qū)106例如是重?fù)诫s區(qū)(heavily doped region)。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在基底100上可以形成有多層介電層202、204、206、208。例如，介電層202及介電層206可以包含二氧化硅，但不限于此。介于介電層202及介電層206中間的介電層204可以包含氮化硅，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，介電層204做為一擴(kuò)散阻擋(diffusion barrier)層。介電層208，做為一鈍化層或保護(hù)層，其可以包含氮化硅、氮氧化硅、氧化硅，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在介電層202內(nèi)可以形成有一金屬層212，在介電層206內(nèi)可以形成有金屬層214、216、218以及金屬通孔217。需注意圖中介電層內(nèi)的金屬層結(jié)構(gòu)僅為例示說明。在其它實(shí)施例中，在介電層內(nèi)也可以形成更多層的金屬層。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在相對應(yīng)于各個像素區(qū)域10的光感測區(qū)104上的介電層206、208中，形成有一溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的底部為介電層204的一上表面，換言之，溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的深度即約略等同于介電層206、208的厚度總和。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的底部及側(cè)壁上，順形地形成有至少一襯層(liner layer)220，例如，氮化硅層，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，襯層220還可以 形成在介電層208的上表面，構(gòu)成一連續(xù)的襯層。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200內(nèi)可以填入有至少一濾光(light filter)材料層310。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，濾光材料層310能夠阻擋特定波長的光源(例如，綠光激光)并能過濾掉噪聲光線，僅僅讓特定波長的光線(例如，特定生化反應(yīng)產(chǎn)生的熒光)通過，而到達(dá)下方的像素區(qū)域10，并通過在像素區(qū)域10內(nèi)的光電反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號，再被光感測區(qū)104接收。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，濾光材料層310可以含有高濃度的金屬離子，例如鈉離子(Na⁺)。為了避免金屬離子向外擴(kuò)散至介電層，進(jìn)而造成金屬層腐蝕或變質(zhì)，本發(fā)明于是將濾光材料層310的周圍及底部以襯層220包覆住，避免其與周圍的介電層直接接觸。此外，介電層204可做為擴(kuò)散阻擋層，確保濾光材料層310不會向下擴(kuò)散至基底100表面，影響到元件的特性及效能。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在濾光材料層310上以及襯層220上，疊設(shè)有一上蓋層320，例如，氮化硅層，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，上蓋層320直接接觸到濾光材料層310的上表面，并封蓋住濾光材料層310。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過上蓋層320、襯層220以及介電層204，可以完整阻隔濾光材料層310中的金屬離子外擴(kuò)。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在上蓋層320上形成有一第一鈍化層330。第一鈍化層330可以是金屬氧化物，例如，氧化鉭(TaO)，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一鈍化層330必須透光、抗酸堿、并且相對于納米腔結(jié)構(gòu)層340，例如氮化硅層，具有高蝕刻選擇比。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一鈍化層330可以做為一蝕刻停止層。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一鈍化層330可以是以物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)法形成，但不限于此。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在第一鈍化層330上形成有一納米腔結(jié)構(gòu)層340，例如，氮化硅層，但不限于此。在相對于各濾光材料層310正上方的納米腔結(jié)構(gòu)層340中，形成有一納米腔300，其深度約略等于納米腔結(jié)構(gòu)層340的厚度。且具有傾斜的(bevel)側(cè)壁，其與水平面的夾角為θ，例如，夾角θ可介于60°至80°，但不限于此。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在納米腔300的側(cè)壁及底部，以及納米腔結(jié)構(gòu)層340上形成有一順形地第二鈍化層350。第二鈍化層350可以是金屬氧化物，例如，氧化鉭(TaO)，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第二鈍化層350必須透光、抗酸堿，能夠避免受到生化反應(yīng)的腐蝕。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第二 鈍化層350可以是以物理氣相沉積(PVD)法形成，但不限于此。前述的納米腔300具有傾斜的側(cè)壁，故在沉積第二鈍化層350時能夠具有優(yōu)選的階梯覆蓋特性(step coverage)。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，例如，可以在納米腔300中設(shè)置一參考樣品(reference sample)，再于各個納米腔300中注予以一目標(biāo)樣品(target sample)，經(jīng)特定激光光源照射后，目標(biāo)樣品與參考樣品發(fā)生生化反應(yīng)，產(chǎn)生特定波長的熒光，上述特定波長的熒光可以通過濾光材料層310，到達(dá)光感測區(qū)104而被偵測。上述激光光源的激光光線則會被濾光材料層310濾掉。

請參閱圖2至圖6，其例示制作圖1中具有納米腔的集成生物感測器的方法。首先，如圖2所示，提供一基底100，其中形成有多個像素區(qū)域10，以陣列排列。為方便說明，圖中僅顯示出像素陣列中的兩個像素區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，基底100可以是硅基底，但不限于此。在基底100設(shè)有多個隔離結(jié)構(gòu)112，區(qū)隔出各個像素區(qū)10。

在各個像素區(qū)的基底100上形成有柵極結(jié)構(gòu)160。然后，在柵極結(jié)構(gòu)160兩側(cè)的基底100中形成光感測區(qū)104與浮置漏極區(qū)106。柵極結(jié)構(gòu)160可以包括一介電層與一導(dǎo)體層，其中介電層可以是氧化硅，導(dǎo)體層可以是單晶硅、未摻雜多晶硅、摻雜多晶硅、非晶硅、金屬硅化物或其組合。柵極結(jié)構(gòu)160的側(cè)壁上可以形成有間隙壁，例如是氧化硅或氮化硅或兩者的組合。

光感測區(qū)104可以是一光二極管，包括第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142與第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144，其中第一導(dǎo)電型與第二導(dǎo)電型為相反導(dǎo)電型。以基底100為p型為例，第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142例如是n型摻雜區(qū)，第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144例如是p型摻雜區(qū)，浮置漏極區(qū)106例如是n型摻雜區(qū)，反之也然。其中，第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142例如是淺摻雜區(qū)，第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144、浮置漏極區(qū)106例如是重?fù)诫s區(qū)。

如圖3所示，接著在基底100上沉積多層介電層202、204、206、208以及金屬層212、214、216、218。例如，介電層202及介電層206可以包含二氧化硅，但不限于此。介電層202及介電層206可以是由多層介電層所構(gòu)成。介于介電層202及介電層206中間的介電層204可以包含氮化硅，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，介電層204做為一擴(kuò)散阻擋層。介電層208，做為一鈍化層或保護(hù)層，其可以包含氮化硅、氮氧化硅、氧化硅，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，金屬層212可以形成在介電層202內(nèi)，金屬層214、 216、218以及金屬通孔217可以形成在介電層206內(nèi)。需注意圖中介電層內(nèi)的金屬層結(jié)構(gòu)僅為例示說明。在其它實(shí)施例中，在介電層內(nèi)也可以形成更多層的金屬層。

如圖4所示，接著進(jìn)行一光刻制作工藝以及一蝕刻制作工藝，在相對應(yīng)于各個像素區(qū)域10的光感測區(qū)104上的介電層206、208中，形成一溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200。在上述形成溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的蝕刻制作工藝中，可以利用介電層204作為蝕刻停止層。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的底部為介電層204的一上表面，換言之，溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的深度即約略等同于介電層206、208的厚度總和。隨后，在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的底部及側(cè)壁上，順形地沉積至少一襯層220，例如，氮化硅層，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，襯層220還可以形成在介電層208的上表面，構(gòu)成一連續(xù)的襯層。

如圖5所示，接著在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200內(nèi)填入至少一濾光材料層310。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，形成濾光材料層310之后，可以再進(jìn)行一固化制作工藝，以固化濾光材料層310。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以再進(jìn)行一研磨或者回蝕刻步驟，將溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200外的濾光材料層310去除。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，濾光材料層310能夠阻擋特定波長的光源并能過濾掉噪聲光線，僅僅讓特定波長的光線通過，而到達(dá)下方的像素區(qū)域10。

接著，在濾光材料層310上以及襯層220上，沉積一上蓋層320，例如，氮化硅層，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，上蓋層320直接接觸到濾光材料層310的上表面，并封蓋住濾光材料層310。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，通過上蓋層320、襯層220以及介電層204，可以完整阻隔濾光材料層310中的金屬離子外擴(kuò)。接著，在上蓋層320上以物理氣相沉積(PVD)法沉積一第一鈍化層330。第一鈍化層330可以是金屬氧化物，例如，氧化鉭(TaO)，但不限于此。然后，在第一鈍化層330上沉積一納米腔結(jié)構(gòu)層340，例如，氮化硅層，但不限于此。

如圖6所示，接著進(jìn)行一光刻制作工藝以及一蝕刻制作工藝，在相對于各濾光材料層310正上方的納米腔結(jié)構(gòu)層340中，形成一納米腔300，其深度約略等于納米腔結(jié)構(gòu)層340的厚度。且具有傾斜的側(cè)壁，其與水平面的夾角為θ，例如，夾角θ可介于60°至80°，但不限于此。最后，在納米腔300的側(cè)壁及底部，以及納米腔結(jié)構(gòu)層340上，順形地以物理氣相沉積(PVD)法沉積一第二鈍化層350。第二鈍化層350可以是金屬氧化物，例如，氧化 鉭(TaO)，但不限于此。如此即完成本發(fā)明具有納米腔的集成生物感測器的制作。

請參閱圖7。圖7為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的具有自動對準(zhǔn)(self-aligned)納米腔的集成生物感測器的剖面示意圖。如圖7所示，集成生物感測器1a同樣包含一基底100，其中形成有多個像素區(qū)域10，以陣列排列。為方便說明，圖中僅顯示出像素陣列中的兩個像素區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，基底100可以是硅基底，但不限于此。在基底100設(shè)有多個隔離結(jié)構(gòu)112，區(qū)隔出各個像素區(qū)10。

各個像素區(qū)的基底100上可以形成有柵極結(jié)構(gòu)160。然后，在柵極結(jié)構(gòu)160兩側(cè)的基底100中形成光感測區(qū)104與浮置漏極區(qū)106。柵極結(jié)構(gòu)160可以包括一介電層與一導(dǎo)體層，其中介電層可以是氧化硅，導(dǎo)體層可以是單晶硅、未摻雜多晶硅、摻雜多晶硅、非晶硅、金屬硅化物或其組合。柵極結(jié)構(gòu)160的側(cè)壁上可以形成有間隙壁，例如是氧化硅或氮化硅或兩者的組合。

光感測區(qū)104可以是一光二極管，包括第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142與第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144，其中第一導(dǎo)電型與第二導(dǎo)電型為相反導(dǎo)電型。以基底100為p型為例，第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142例如是n型摻雜區(qū)，第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144例如是p型摻雜區(qū)，浮置漏極區(qū)106例如是n型摻雜區(qū)，反之也然。其中，第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142例如是淺摻雜區(qū)，第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144、浮置漏極區(qū)106例如是重?fù)诫s區(qū)。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在基底100上形成有多層介電層202、204、206、208。例如，介電層202及介電層206可以包含二氧化硅，但不限于此。介于介電層202及介電層206中間的介電層204可以包含氮化硅，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，介電層204做為一擴(kuò)散阻擋層。介電層208，做為一鈍化層或保護(hù)層，其可以包含氮化硅、氮氧化硅、氧化硅，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在介電層202內(nèi)可以形成有一金屬層212，在介電層206內(nèi)可以形成有金屬層214、215、216、218以及金屬通孔217、219。需注意圖中介電層內(nèi)的金屬層結(jié)構(gòu)僅為例示說明。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在相對應(yīng)于各個像素區(qū)域10的光感測區(qū)104上的介電層206、208中，形成有一溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的底部為介電層204的一上表面，換言之，溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的深度即約略等同于介電層206、208的厚度總和。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在 溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的底部及側(cè)壁上，順形地形成有至少一襯層220，例如，氮化硅層，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，襯層220還可以形成在介電層208的上表面，構(gòu)成一連續(xù)的襯層。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200內(nèi)可以填入有至少一濾光材料層310。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，濾光材料層310能夠阻擋特定波長的光源(例如，綠光激光)并能過濾掉噪聲光線，僅僅讓特定波長的光線(例如，特定生化反應(yīng)產(chǎn)生的熒光)通過，而到達(dá)下方的像素區(qū)域10，并通過在像素區(qū)域10內(nèi)的光電反應(yīng)，產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號，再被光感測區(qū)104接收。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，濾光材料層310可以含有高濃度的金屬離子，例如鈉離子。為了避免金屬離子向外擴(kuò)散至介電層，進(jìn)而造成金屬層腐蝕或變質(zhì)，本發(fā)明于是將濾光材料層310的周圍及底部以襯層220包覆住，避免其與周圍的介電層直接接觸。此外，介電層204可做為擴(kuò)散阻擋層，確保濾光材料層310不會向下擴(kuò)散至基底100表面，影響到元件的特性及效能。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，濾光材料層310具有一上表面310a，其低于介電層208的上表面一預(yù)定深度，如此在形成濾光材料層310之后，仍會在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200上端形成一凹陷部。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在濾光材料層310上以及襯層220上，順形地形成有一上蓋層420，例如，氮化硅層，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，上蓋層420直接接觸到濾光材料層310的上表面，并封蓋住濾光材料層310。

依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在上蓋層320上順形地形成有一鈍化層430。鈍化層430可以是金屬氧化物，例如，氧化鉭，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，鈍化層430必須透光、抗酸堿。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，鈍化層430可以是以物理氣相沉積法形成，但不限于此。由于濾光材料層310上表面310a低于介電層208的上表面一預(yù)定深度，形成凹陷部的緣故，上蓋層320與鈍化層430會自動對準(zhǔn)濾光材料層310形成納米腔400。

此外，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，金屬層214、216、218以及金屬通孔217、219可以環(huán)繞在納米腔400周圍，除了能夠?qū)⑸磻?yīng)所產(chǎn)生特定波長的熒光反射至光感測區(qū)104，還能夠避免鄰近的納米腔400產(chǎn)生的光線干擾。

請參閱圖8至圖12，其例示制作圖7中具有自動對準(zhǔn)納米腔的集成生物感測器的方法。首先，如圖8所示，同樣提供一基底100，其中形成有多個像素區(qū)域10，以陣列排列。為方便說明，圖中僅顯示出像素陣列中的兩個像 素區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，基底100可以是硅基底，但不限于此。在基底100設(shè)有多個隔離結(jié)構(gòu)112，區(qū)隔出各個像素區(qū)10。

在各個像素區(qū)的基底100上形成有柵極結(jié)構(gòu)160。然后，在柵極結(jié)構(gòu)160兩側(cè)的基底100中形成光感測區(qū)104與浮置漏極區(qū)106。柵極結(jié)構(gòu)160可以包括一介電層與一導(dǎo)體層，其中介電層可以是氧化硅，導(dǎo)體層可以是單晶硅、未摻雜多晶硅、摻雜多晶硅、非晶硅、金屬硅化物或其組合。柵極結(jié)構(gòu)160的側(cè)壁上可以形成有間隙壁，例如是氧化硅或氮化硅或兩者的組合。

光感測區(qū)104可以是一光二極管，包括第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142與第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144，其中第一導(dǎo)電型與第二導(dǎo)電型為相反導(dǎo)電型。以基底100為p型為例，第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142例如是n型摻雜區(qū)，第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144例如是p型摻雜區(qū)，浮置漏極區(qū)106例如是n型摻雜區(qū)，反之也然。其中，第一導(dǎo)電型摻雜區(qū)142例如是淺摻雜區(qū)，第二導(dǎo)電型摻雜區(qū)144、浮置漏極區(qū)106例如是重?fù)诫s區(qū)。

如圖9所示，接著在基底100上沉積多層介電層202、204、206、208、金屬層212、214、216、218，以及金屬通孔217、219。例如，介電層202及介電層206可以包含二氧化硅，但不限于此。介電層202及介電層206可以是由多層介電層所構(gòu)成。介于介電層202及介電層206中間的介電層204可以包含氮化硅，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，介電層204做為一擴(kuò)散阻擋層。介電層208，做為一鈍化層或保護(hù)層，其可以包含氮化硅、氮氧化硅、氧化硅，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，金屬層212可以形成在介電層202內(nèi)，金屬層214、216、218以及金屬通孔217、219可以形成在介電層206、208內(nèi)。

如圖10所示，接著進(jìn)行一光刻制作工藝以及一蝕刻制作工藝，在相對應(yīng)于各個像素區(qū)域10的光感測區(qū)104上的介電層206、208中，形成一溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200。在上述形成溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的蝕刻制作工藝中，可以利用介電層204作為蝕刻停止層。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的底部為介電層204的一上表面，換言之，溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的深度即約略等同于介電層206、208的厚度總和。隨后，在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200的底部及側(cè)壁上，順形地沉積至少一襯層220，例如，氮化硅層，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，襯層220還可以形成在介電層208的上表面，構(gòu)成一連續(xù)的襯層。

如圖11所示，接著在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200內(nèi)填入至少一濾光材料層310。 依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，形成濾光材料層310之后，可以再進(jìn)行一固化制作工藝，以固化濾光材料層310。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以再進(jìn)行一研磨制作工藝，將溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200外的濾光材料層310去除，再進(jìn)行一回蝕刻步驟，使濾光材料層310的上表面310a，低于介電層208的上表面一預(yù)定深度，如此在溝槽凹陷結(jié)構(gòu)200上端形成一凹陷部。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，濾光材料層310能夠阻擋特定波長的光源并能過濾掉噪聲光線，僅僅讓特定波長的光線通過，而到達(dá)下方的像素區(qū)域10。

如圖12所示，繼續(xù)在濾光材料層310上以及襯層220上，順形地形成一上蓋層420，例如，氮化硅層，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，上蓋層420直接接觸到濾光材料層310的上表面，并封蓋住濾光材料層310。然后在上蓋層420上順形地形成一鈍化層430。鈍化層430可以是金屬氧化物，例如，氧化鉭，但不限于此。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，鈍化層430必須透光、抗酸堿。依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，鈍化層430可以是以物理氣相沉積法形成，但不限于此。由于凹陷部的緣故，上蓋層420與鈍化層430會自動對準(zhǔn)濾光材料層310形成納米腔400。

本發(fā)明利用CMOS影像感測器相容制作工藝制作出具有納米腔的集成生物感測器，可以直接在相對應(yīng)于各個像素區(qū)域10的光感測區(qū)104上方形成濾光材料層310以及對準(zhǔn)的納米腔300/400。本發(fā)明集成生物感測器具有耐酸堿、抗腐蝕的結(jié)構(gòu)，且能夠防止濾光材料層310中的金屬離子向外擴(kuò)散。各納米腔300/400的體積能獲得精確控制。由此可知，本發(fā)明改良的生物感應(yīng)器，具備了快速、準(zhǔn)確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)已具備非常高的產(chǎn)業(yè)利用性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，都應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。