[发明专利]深微阱设计及其制造方法

说明书

一种装置，所述装置包括基板；栅极结构，其布置于所述基板之上并具有上表面；阱结构，其布置于所述基板之上，并且在所述栅极结构的所述上表面之上限定阱；导电层，其布置于所述栅极结构的上表面上并且至少部分地沿着所述阱结构中所述阱的壁延伸；以及介电结构，其布置于所述阱结构之上并限定到所述阱的开口。

相关申请的交叉引用

本申请主张2015年8月25日提交的第62/209，370号美国临时申请的权益，所述美国临时申请之全部内容以引用形式完整并入本文。

技术领域

本公开总体涉及用于化学或生物分析的传感器，以及制造此类传感器的方法。

背景技术

化学过程检测当中已用到多种类型的化学装置。其中一类是化学敏感的场效应晶体管(chemFET)。chemFET包括由沟道区分隔的源极和漏极，以及耦合至所述沟道区的化学敏感区。所述chemFET的操作基于敏感区内电荷变化所引起的沟道电导的调制，所述变化之致因在于附近发生的化学反应。所述沟道电导的调制改变chemFET的阈值电压，其可以得到测量以检测或确定所述化学反应之特征。例如，阈值电压可以通过对源极和漏极施加适当的偏置电压，并测量流经chemFET的所得电流来测量。另例如，阈值电压可以通过驱动已知电流通过chemFET，并测量源极或漏极处的所得电压来测量。

离子敏感场效应晶体管(ISFET)是一种在敏感区包含离子敏感层的chemFET。在分析物溶液中，离子的存在会改变离子敏感层与分析物溶液之间界面处的表面电位，这是由于所述分析物溶液中存在的离子引起表面电荷基团质子化或去质子化所致。ISFET敏感区表面电位的变化会影响装置的阈值电压，其可以得到测量以指示溶液中离子的存在或浓度。ISFET阵列可用于根据反应期间存在、生成或使用之离子检测结果，监测化学反应，如DNA测序反应。实例请参阅Rothberg等人提交的7,948,015号美国专利，该专利的全部内容完整并入本文作为参考。更一般地说，可使用chemFET或其他类型化学装置的大型阵列，以检测及测量各类过程中多种分析物(例如，氢离子、其他离子、化合物等)的静态或动态量或浓度。例如，该过程可以是生物或化学反应、细胞或组织培养，或者监测神经活性、核酸测序等。

在大型化学装置阵列之操作中所出现的问题是传感器输出信号对噪音的敏感性。具体而言，噪音影响下游信号处理的准确度，所述下游信号处理用以确定由所述传感器测得的化学或生物过程之特征。因此理想情况是提供包括低噪音化学装置之装置，以及制造此类装置之方法。

附图说明

图1示出根据一个示例性实施例，用于核酸测序的系统组件框图。

图2示出根据一个示例性实施例作出的集成电路装置和流通池的局部截面图。

图3示出根据一个示例性实施例作出的代表性化学装置和对应的反应区之截面。

图4至图25示出根据一个示例性实施例，用于形成化学装置阵列和对应的阱结构之制造工艺中的阶段。

图26至图30包括制造工艺中不同阶段的工件图像。

具体实施方式

本公开描述了包括低噪音化学装置(如化学敏感的场效应晶体管(chemFET))的化学装置，用于检测上覆的、操作上相关联的反应区内之化学反应。化学装置的传感器可以包含多个浮动栅极导体，其中感测层沉积于所述多个浮动栅极导体之最上浮动导体上。申请人发现，在专用于感测的所述多个浮动栅极导体之最上浮动导体之上增加附加层，具有克服技术挑战并降低所述附加层成本的优点。例如，申请人已经发现本文所述化学装置中的优点包括：提供增强的光刻工艺余量；(例如，防止开口对偏或烧坏)；并且在介电质中提供可能比直接位于最上浮动栅极导体顶部上之感测区更大的开口(例如，更大的开口可容纳更多信号)。而且，产品的阱至阱扩散会产生集落(复制品)并增加多克隆性。申请人发现较深阱可以减弱阱至阱扩散，并使得靶DNA拥有更多时间以进行固定和扩增。