[发明专利]核苷酸定序元件、芯片及定序分析方法

说明书

提供一种核苷酸定序元件，包含半导体基板、晶体管、介电层、环状电极组以及导体。另提供一种核苷酸定序芯片，包含前述核苷酸定序元件与感测放大器。另提供一种定序分析的方法，包含提供如前述核苷酸定序芯片，将待测核苷酸序列片段与已知核苷酸序列片段分别置于孔槽内进行聚合反应与电化学反应，将反应所产生的电信号进行分析以获得定序结果。

技术领域

本发明是有关于一种定序元件、芯片及定序分析方法，且特别是有关于一种核苷酸定序元件、芯片及定序分析方法。

背景技术

去氧核醣核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)的定序是指分析特定DNA片段的碱基序列，也就是分析腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤的(G)的排列方式。DNA定序已被广泛运用，范围大致分为六大项目：基础研究(基因结构，基因功能)、基因体研究、生命的起源、人种或物种的差异、特定基因变异与疾病、以及检验试剂与新药开发。

目前DNA定序已经改良至次世代定序，其中一种为以Ion Torrent公司为主的定序方法，采用集成电路芯片直接将化学信号转换为数字信号。Ion Torrent公司的设计是以累积电荷对场效晶体管(field-effect transistor，FET)截止电压(threshold voltage)变化为基础的感测。然而，因定序过程中产生电荷(氢离子)，纵使定时以缓冲液清洗芯片孔槽仍无法完全清除。由于芯片孔槽电荷累积造成噪声升高，最终使得DNA序列仅能读取约为200碱基对(base pair，bp)的长度。再者，当技术上面临当芯片制程微缩时，芯片孔槽若残留有电荷将更易产生噪声的影响。

有鉴于此，如何提供更快速且精准的DNA定序芯片与方法，现有技术实有待改善的必要。

发明内容

本揭示内容的目的在于提供一种核苷酸定序元件、芯片及定序分析方法，以清除定序时产生的电荷，避免电荷累积造成噪声升高。

本揭示内容提供了一种核苷酸定序元件，包含半导体基板、晶体管、介电层、环状电极组、以及导体。晶体管设于半导体基板上。介电层覆盖晶体管。环状电极组位于介电层上方，并具有开口露出介电层，且环状电极组与介电层形成孔槽。环状电极组包含至少一第一环状电极、第二环状电极以及第三环状电极。第二环状电极位于第一环状电极之上，第三环状电极位于第二环状电极之上。导体配置于介电层中，导体的一端连接晶体管的源极或漏极，导体的另一端连接环状电极组的第一环状电极或第二环状电极。

在一些实施方式中，各第一环状电极、第二环状电极及第三环状电极具有环形轮廓，且第一、第二及第三环状电极彼此对准。

在一些实施方式中，各第一环状电极、第二环状电极及第三环状电极具有多边形轮廓，且第一、第二及及第三环状电极彼此对准。

在一些实施方式中，环状电极组还包含至少一第一环状间隔层、第二环状间隔层及第三环状间隔层。第一环状间隔层位于介电层与第一环状电极之间，第二环状间隔层位于第一环状电极与第二环状电极之间，第三环状间隔层位于第二环状电极与第三环状电极之间。

在一些实施方式中，至少一第一环状电极包含复数个第一环状电极，至少一第一环状间隔层包含复数个第一环状间隔层，其中这些第一环状电极与这些第一环状间隔层彼此交错堆叠，且这些第一环状电极电性连接导体。

在一些实施方式中，核苷酸定序元件还包含至少一凸电极位于孔槽中，且凸电极具有凸出部凸出介电层，且电性连接导体。

在一些实施方式中，凸出部具有高宽比为约0.125至约7.5。

在一些实施方式中，凸出部凸出介电层的上表面约0.01微米至约0.5微米。

在一些实施方式中，至少一凸电极的数量为2-20个。

本揭示内容另提供了一种核苷酸定序芯片，包含多个如上所述的核苷酸定序元件以及感测放大器。感测放大器连接各晶体管的源极或漏极。