[发明专利]传感器器件和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器器件，所述传感器器件包括承载感测元件的基板以及在所述基板上用于为所述感测元件提供互连的金属化堆叠。

本发明还涉及一种制造这种传感器器件的方法。

背景技术

由于半导体技术的发展，在集成于单片电路中的传感器的感测表面上检测单个捕获事件变得可行。在PCT专利申请WO2009/047703中公开了这种传感器的示例，其中，捕获分子形成电容器的绝缘层，电容器的基板分别由导电感测表面和流体样品(sample)形成。捕获事件引起绝缘层的介电常数的变化，介电常数的变化影响电容器的电容，其中，所述绝缘层包括传感器表面正上方的发生捕获事件的部分。例如，如在本申请中的情况下一样，可以作为通过晶体管的电流的偏置来测量电容的变化。

在PCT专利申请WO2008/132656中公开了一种备选方案，其中，公开了一种外延栅极(extended-gate)场效应晶体管，所述外延栅极场效应晶体管在外延栅极的表面上具有捕获分子，使得晶体管的栅极电位可以被捕获事件改变。

可以利用生物受体(bioreceptor)来功能化(functionalized)这种传感器的传感器电极，所述生物受体即是能够结合(接收(receive))感兴趣的特定分析物以检测感兴趣的特定分析物的单分子结合事件的分子或成分，通常是一些生物受体。此外，由于可以使电极小型化到nm量级这一事实，所以可以为单个集成电路(IC)提供这种传感器电极的阵列，从而例如通过在相同时间测量不同样品来便于并行读取的大量传感器的性能。

为了实现有意义的读取，这种传感器器件典型地包括反电极(counter electrode)，所述反电极用于提供基准电位，相对于该基准电位来校准从传感器结合事件得到的信号。在PCT专利申请WO2009/074926中，公开了一种传感器结构，其中，测量电极集成在线后端(BEOL，back end of line)金属化堆叠(metallization stack)的顶部金属层中，反电极设置在BEOL金属化堆叠的外部。例如，在WO2009/047703中，在芯片封装工艺期间安装反电极。然而这需要附加的工艺步骤，并且使封装过程复杂化。此外，在封装中提供单个反电极严重地限制了并行执行多个独立捕获事件的可能性。

在WO2009/074926中，提出将反电极集成在BEOL金属化堆叠的顶部金属化层中。然而这意味着必须在与基板中的感测元件相连的工作电极与反电极之间共享该顶部金属化中的可用空间量，从而将传感器器件的最大可能数目(multiplicity)减小大约因子2。

发明内容

本发明旨在提供一种传感器器件，该传感器器件克服了上述缺陷中的至少一些。

本发明还旨在提供一种制造这种传感器器件的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种传感器器件，包括承载感测元件的基板以及在所述基板上用于为所述感测元件提供互连的金属化堆叠，所述金属化堆叠包括被绝缘层分离的多个图案化金属层，其中，第一金属层包括与感测元件导电地连接的电极部分，面对第一金属层的另一金属层包括基准电极部分，从金属化堆叠的顶部可访问的流体沟道将电极部分和基准电极部分分离。

因此，提供了一种传感器器件，其中，传感器电极和反电极都集成在BEOL金属化堆叠中，其中，流体沟道用于在传感器电极与反电极之间引导样品，从而将这些电极分离。因此，得到了一种传感器器件，其中，由于不必在两个电极之间共享单个金属层的面积，所以可以使并联电极的密度最大化，即，由于样品室也集成在BEOL金属化堆叠中，并且可以以诸如CMOS工艺之类的半导体工艺技术来制造BEOL金属化堆叠，所以比现有器件更紧凑。

优选地，还从基板去除所述另一金属层而不是第一金属层，因为这意味着使电极部分到感测器件的距离最小化，这使得器件的制造复杂度最小化。更优选地，所述另一金属层是上部金属层。

在实施例中，面对流体沟道的电极部分的表面承载至少一个生物受体分子。这具有的优点是，传感器器件可以检测感兴趣的特定分析物的单分子结合事件，例如，参与到特定“锁和键(lock and key)型”结合事件中的分析物。

在另一实施例中，基板承载多个感测元件，每个感测元件导电地连接至第一金属层中相应的电极部分。这具有的优点是，可以并行地执行多个感测事件。优选地，所述相应的电极部分中的至少一些位于分离的流体沟道中，使得可以对不同的样品并行地执行多个感测事件。为此，每个分离的流体沟道可以包括面对电极部分的反电极部分。