CN110841729B - 一种检测装置制备方法及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及生物领域，公开了一种检测装置制备方法及检测装置。本发明中提供的检测装置制备方法，包括：提供检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列；井阵列由多个井组成；通过自对准工艺在井的侧壁形成第一膜层，第一膜层的材料与井的下表面材料不同，且第一膜层的材料与井阵列的上表面材料不同；第一膜层用于在井的侧壁修饰特定物质，特定物质用于吸附或结合待测分子。本发明的实施方式能够实现对井侧壁的精准修饰，并且在生物检测时可以不依赖微球直接将待测分子直接修饰在井的侧壁，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及生物领域，特别涉及一种检测装置制备方法及检测装置。
背景技术
目前，大规模的微纳米级阵列被应用在片上实验室领域，其可大规模批量制作、生物化学反应的高效性以及环境的高度可控性得到了化学、生物专家的青睐。基因测序就是大规模阵列的典型应用。在基因测序中，需要对阵列进行表面修饰以便吸附可捕获待测核酸分子的接头，现有技术中，通常采用光刻或打印技术实现对目标区域的修饰；常规测序方法是将接头、引物及DNA片段附着在微球上，再将修饰过的微球加载至微传感器井阵列中进行检测。
然而，本发明的发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
基于光刻或者打印技术等表面修饰方法由于精度、工艺复杂性等因素很难做到对目标区域的精准修饰。同时，常规测序技术需要依赖微球将接头和引物加载至井阵列中，但微球的尺寸限制了阵列的密度及规模，并且微球的制作、文库制备、微球加载至阵列中的步骤繁琐，成本昂贵。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种检测装置制备方法及检测装置，能够实现对井侧壁的精准修饰，并且在生物检测时可以不依赖微球直接将待测分子直接修饰在井的侧壁，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种检测装置制备方法，包括：提供检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列；井阵列由多个井组成；通过自对准工艺在井的侧壁形成第一膜层，第一膜层的材料与井的下表面材料不同，且第一膜层的材料与井阵列的上表面材料不同；第一膜层用于在井的侧壁修饰特定物质，特定物质用于吸附或结合待测分子。
本发明的实施方式还提供了一种检测装置，包括：检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列；井阵列由多个井组成；井的侧壁覆盖有第一膜层，第一膜层的材料与井的下表面材料不同，且第一膜层的材料与井阵列的上表面材料不同；第一膜层用于在所述井的侧壁修饰特定物质，特定物质用于吸附或结合待测分子。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过自对准工艺仅在检测芯片上的井阵列井的侧壁形成第一膜层，通过第一膜层可以在井的侧壁修饰能吸附或结合待测分子的物质，能够实现对井侧壁的精准修饰，并且在生物检测时可以不依赖微球直接将待测分子直接修饰在井的侧壁，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。
另外，通过自对准工艺在所述井的侧壁形成第一膜层之后，还包括：利用第一膜层在井的侧壁修饰特定物质。
另外，第一膜层表面含有第一基团，第一基团用于吸附第二基团；利用第一膜层在井的侧壁修饰特定物质，包括：利用第一基团在第一膜层表面修饰第二基团；通过第二基团在第一膜层表面修饰特定物质。
另外，通过自对准工艺在井的侧壁形成第一膜层，包括：在井的侧壁、下表面以及井阵列的上表面形成第一初始膜层；采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面和井阵列的上表面的第一初始膜层，位于井的侧壁的第一初始膜层作为第一膜层。采用干法刻蚀能够实现自对准刻蚀，避免光刻等工艺步骤，减少工艺复杂度。
另外，在通过自对准工艺在井的侧壁形成第一膜层之前，还包括：在井的侧壁、下表面以及井阵列的上表面形成至少一层第二初始膜层；第二初始膜层的材料与第一膜层的材料不同。第二初始膜层在第一膜层和井侧壁之间起粘结作用。
另外，在通过自对准工艺在井的侧壁形成第一膜层之后，在利用第一膜层在井的侧壁修饰特定物质之前，还包括：采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面和井阵列的上表面的第二初始膜层，位于井的侧壁的第二初始膜层作为第二膜层。避免第二初始膜层对井的下表面和井阵列的上表面的功能造成影响。
另外，在通过自对准工艺在井的侧壁形成第一膜层之后，在利用第一膜层在井的侧壁修饰特定物质之前，还包括：在井的下表面和井阵列的上表面形成至少一层第三膜层；第三膜层的材料与第一膜层的材料不同。第三膜层用于保护井阵列的上表面和井的下表面不被修饰。
另外，在利用第一膜层在井的侧壁修饰特定物质之后，还包括：刻蚀去除第三膜层。避免第三膜层对井的下表面和井阵列的上表面的功能造成影响。
另外，通过化学气相沉积的方法形成第一初始膜层或第二初始膜层。化学气相沉积方法可以在各个表面都生长上薄膜材料。
另外，井阵列的材料为Al2O3；第三膜层材料为聚乙烯基磷酸。聚乙烯基磷酸可以通过化学反应直接在Al2O3材料上生长成膜，可以避免采用镀膜、刻蚀等复杂的工艺步骤仅在井阵列的上表面和传感膜层上形成第三膜层，工艺更简单。
另外，特定物质为生物大分子；所述待测分子为待测核酸分子。特定物质可以是待测核酸分子的接头，可以在基因测序时进一步修饰上待测基因序列。
另外，第一膜层表面修饰有特定物质。
另外，井的侧壁与井的下表面的位置关系包括以下任意一种或多种：侧壁垂直于井的下表面、侧壁与井的下表面呈大于90°的夹角、侧壁与井的下表面呈小于90°的夹角。井的形状不受限制，减轻了制作井阵列的工艺难度。
另外，井的下表面材料对预定物质敏感，检测芯片用于检测井中预定物质的物理量变化。可以用于检测井中的预定物质，进一步检测井内物质的信息。
另外，井的下表面材料为Al2O3、Si3N4、SiO2、Ta2O5中的一种；检测芯片用于检测井中氢离子的浓度变化。基因测序时可以对氢离子敏感，检测是否有缩合反应释放的氢离子，进一步检测出基因序列。
另外，检测芯片包括离子敏感场效应晶体管(ISFET)传感器阵列；每个ISFET传感器与井阵列中对应的一个井组成一个检测单元；井的下表面材料构成传感器的离子敏感层。
另外，井的宽度范围为100nm-100μm；井阵列的厚度范围为10nm-10μm。此尺寸范围大小适用于后续进行生物检测，也可以实现生物检测装置的集成化、小型化。
另外，第一膜层的厚度范围为10nm-10μm。
另外，井的下表面材料的厚度范围为1nm-10μm。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施方式中的检测装置制备方法流程图；
图2是根据本发明第一实施方式中的井阵列的俯视结构示意图；
图3是根据本发明第一实施方式中的另一种井阵列剖面结构示意图；
图4是根据本发明第一实施方式中的第一膜层形成过程示意图；
图5是根据本发明第二实施方式中的检测装置制备方法流程图；
图6是根据本发明第二实施方式中的各膜层形成过程示意图；
图7是根据本发明第三实施方式中的检测装置制备方法流程图；
图8是根据本发明第三实施方式中的各膜层形成过程示意图；
图9是根据本发明第四实施方式中的检测装置制备方法流程图；
图10是根据本发明第四实施方式中的各膜层形成过程示意图；
图11是根据本发明第五实施方式中的检测装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明的第一实施方式涉及一种检测装置制备方法。本实施方式在于提供检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列；井阵列由多个井组成；通过自对准工艺在井的侧壁形成第一膜层，第一膜层的材料与井的下表面材料不同，且第一膜层的材料与井阵列的上表面材料不同；第一膜层用于在井的侧壁修饰特定物质，特定物质用于吸附或结合待测分子。通过自对准工艺仅在检测芯片上的井阵列井的侧壁形成第一膜层，通过第一膜层可以在井的侧壁修饰能吸附或结合待测分子的物质，能够实现对井侧壁的精准修饰，并且在生物检测时可以不依赖微球直接将待测分子直接修饰在井的侧壁，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。下面对本实施方式的检测装置制备方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
本实施方式中的检测装置制备方法流程如图1所示，具体包括：
步骤101，提供检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列；井阵列由多个井组成。
如图2所示，为本实施方式提供的一种井阵列1的俯视结构示意图。本实施方式中，井阵列1由井阵列的上表面2及多个井3组成，每个井3包括井的侧壁31、井的下表面32。井的下表面32即井的底部。本实施例中，井3俯视图的形状是正方形，其他实施例中井3俯视图也可以是其他形状，如长方形、圆形、多边形或者其他不规则图形，并且每个井3的形状也可以不同。
进一步的，本实施例中所有井的侧壁31都垂直于井的下表面32，其他实施例中，井的侧壁31与井的下表面32的位置关系还可以是：井的侧壁31与井的下表面32呈大于90°的夹角、侧壁31与井的下表面32呈小于90°的夹角。井的侧壁31也可以是其他不规则的非直线形状，如图3所示，给出了几种不同井形状的对应的井阵列剖面图。
本实施方式中井3的宽度约为10μm左右；井阵列1的厚度约为1μm左右。井3的宽度为100nm-100μm；井阵列1的厚度为10nm-10μm的尺寸范围大小适用于后续进行生物检测，也可以实现生物检测装置的集成化、小型化。在其他实施例中，井3的尺寸也可是其他范围，本发明不做限制。
进一步地，井的下表面32材料对预定物质敏感，检测芯片用于检测井3中预定物质的物理量变化。在一个例子中，井的下表面32材料为Al2O3、Si3N4、SiO2、Ta2O5中的一种；检测芯片用于检测井3中氢离子的浓度变化。本实施方式中，整个井阵列1的材料相同，都对预定物质敏感，例如对氢离子敏感，用于感应基因测序时缩合反应释放的氢离子。在其他实施方式中，井的下表面32材料可以与井3的上半部分材料不同，本实施方式不作限制。
进一步地，井阵列1可以由多种材料层层覆盖制成，只要最终包括井3、井阵列上表面2，每个井3包括井的侧壁31、井的下表面32即可，本实施方式不做限制。
井阵列1的下方设置有检测芯片，在一个例子中，检测芯片包括离子敏感场效应晶体管(ISFET)传感器阵列；每个ISFET传感器与井阵列1的一个井3组成一个检测单元；井的下表面32材料构成传感器的离子敏感层。具体地，检测芯片还包括信号读取电路，以及芯片封装部分。检测芯片将从井阵列1的每个井3中获取的敏感信号通过信号读取电路用既定的顺序依次输出，并进行处理。
进一步地，井阵列1的上方还可以设置有反应腔室及反应腔室上的盖板，用于在生物检测时形成密闭的环境，防止干扰。检测芯片、井阵列1、反应腔室及反应腔室上的盖板各部分配合使用使整个装置可以应用于生物检测。
步骤102，在井的侧壁31、下表面32以及井阵列1的上表面形成第一初始膜层。
具体地，如图4所示，为本实施方式中第一膜层7形成过程示意图。可以在井的侧壁31、下表面32以及井阵列的上表面2形成第一初始膜层。
在一个例子中，可以采用化学气相沉积在井的侧壁31、下表面32以及井阵列的上表面2形成第一初始膜层，或采用物理气相沉积、水热法等其他物理、化学方法形成第一初始膜层。
步骤103，采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面32和井阵列的上表面2的第一初始膜层，位于井的侧壁31的第一初始膜层作为第一膜层7。
具体地说，去除多余部分的第一初始膜层采用干法刻蚀工艺，能够在不依赖光刻的前提下实现精准去除，但实际应用中也可以通过光刻和湿法刻蚀工艺去除第一初始膜层位于井的下表面32和井阵列的上表面2的部分，本发明不做限制。本实施方式采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除第一初始膜层位于井的下表面32和井阵列的上表面2的部分。从而在井的侧壁31形成第一膜层7。
步骤104，利用第一膜层7在井的侧壁修饰特定物质10，特定物质10用于吸附或结合待测分子。
具体地说，第一膜层7的材料与井的下表面32材料不同，且第一膜层7的材料与井阵列的上表面2材料不同；第一膜层7表面含有第一基团，第一基团用于吸附第二基团；利用第一基团在第一膜层7表面修饰第二基团；通过第二基团在第一膜层7表面修饰特定物质10。
在一个例子中，第一膜层7的材料可以是Al2O3、SiO2或其它在水溶液中会产生游离的羟基的材料。第一基团为游离的羟基，第二基团为硅烷偶联剂，特定物质10为生物大分子，待测分子为待测核酸分子。例如生物大分子为核酸接头，核酸接头用于吸附待测核酸分子。即利用游离的羟基将硅烷偶联剂的硅烷氧基修饰在第一膜层7表面，硅烷偶联剂可以利用有机官能基进一步修饰核酸接头。这里的硅烷偶联剂可以有多种选择，如APTES(3-氨丙基三氧基硅烷)、A-151(乙烯基三乙氧基硅烷)等。
硅烷偶联剂是一种同时含有有机官能基和硅烷氧基的化合物。硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。基于以上原理，Al2O3、SiO2等无机材料通过游离的羟基，将硅烷偶联剂修饰在无机材料表面。进一步地，基于硅烷偶联剂与有机基体间的反应性，可以进一步的将DNA接头修饰在硅烷偶联剂上，以在后续基因测序时将待测基因序列修饰在接头上。
实际应用中，特定物质10和待测分子也可以是其他搭配方案，以实现不同的用途，本发明不做限制。例如，待测分子也可为抗原、抗体等生物大分子。通过第一膜层7表面的修饰的生物大分子与待测的抗原或抗体分子结合，使待测的抗原或抗体分子修饰在井的侧壁31，进一步通过在井3内反应进行测试。
进一步地，第一膜层7可以是一层薄膜或者多层薄膜构成，第一膜层7的厚度不受限制，一般范围可以在10nm-10μm之间。本实施方式中，第一膜层7由一层SiO2薄膜构成，厚度约为100nm。
本实施方式通过自对准工艺仅在检测芯片上的井阵列1井的侧壁31形成第一膜层7，通过第一膜层7在井的侧壁31修饰可以吸附或结合待测分子的物质，能够实现对井的侧壁31的精准修饰，并且在生物检测时可以不依赖微球直接将待测分子直接修饰在井的侧壁32，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。
本发明的第二实施方式涉及一种检测装置制备方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一膜层7与井的侧壁31之间先形成第二膜层。本实施方式中的检测装置制备方法流程如图5所示，具体包括：
步骤201，提供检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列1；井阵列1由多个井3组成。
步骤202，在井的侧壁31、下表面32以及井阵列的上表面2形成至少一层第二初始膜层；第二初始膜层的材料与第一膜层的材料不同。
步骤203，在井的侧壁31、下表面32以及井阵列的上表面2形成第一初始膜层；
步骤204，采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面32和井阵列的上表面2的第一初始膜层，位于井的侧壁31的第一初始膜层作为第一膜层7。
步骤205，采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面32和井阵列的上表面2的第二初始膜层，位于井的侧壁31的第二初始膜层作为第二膜层。
步骤206，利用第一膜层7在井的侧壁修饰特定物质10，特定物质10用于吸附或结合待测分子。
本实施例中的步骤201、203、204、206与第一实施方式中的步骤101、102、103、104相同，在此不再赘述。以下对本实施方式的不同进行说明。
如图6所示，为本实施方式中各膜层形成过程示意图。
步骤202，具体地，可以采用化学气相沉积在井的侧壁31、下表面32以及井阵列的上表面2形成至少一层第二初始膜层，或采用物理气相沉积、水热法等其他物理、化学方法形成第二初始膜层。第二初始膜层材料与第一膜层7材料不同。在一个例子中，如果井阵列1的材料是SiO2，第一膜层7的材料是Si3N4，则第二初始膜层的材料可以是Al2O3、多晶硅、TiO2、SiGe等，其中第二初始膜层主要用于粘结第一膜层7与井的侧壁31。在实际应用中，根据各个部分的材料不同，第二初始膜层可以选择不同的材料起到不同的作用。进一步地，第一膜层7和第二初始膜层都可以有一层或者多层，各个膜层的厚度不受限制，第一膜层7和第二初始膜层的厚度之和可以在10nm-10μm之间，本实施例中，第一膜层7和第二初始膜层的厚度均为100nm左右。
步骤205，采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面32和井阵列的上表面2的第二初始膜层，位于井的侧壁31的第二初始膜层作为第二膜层8。
本实施方式中，第二膜层8的作用是粘结第一膜层7与井阵列侧壁31，所以第二初始膜层在井阵列上表面2与井下表面32的部分存在的意义不大，实际应用中为了避免对井阵列的上表面2和井下表面32的其他功能造成影响，可以去除。本实施例中采用干法刻蚀工艺去除多余部分的第二初始膜层，实际应用中也可以采用其他方式去除，如通过光刻和湿法刻蚀工艺等方法。
需要说明的是，若第二初始膜层在井阵列的上表面2和井下表面32的部分对其他部位功能以及后续工艺无影响，也可以不去除。
本实施方式通过在井阵列1的井的侧壁31形成第二膜层8，之后在第二膜层上形成第一膜层7，通过第一膜层7在井的侧壁31修饰可以吸附或结合待测分子的物质，能够实现对井的侧壁31的精准修饰，并且在生物检测时可以不依赖微球直接将待测分子直接修饰在井的侧壁32，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。
本发明的第三实施方式涉及一种检测装置制备方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在井阵列的上表面2和井的下表面32形成有第三膜层9。本实施方式中的检测装置制备方法流程如图7所示，具体包括：
步骤301，提供检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列1；井阵列1由多个井3组成。
步骤302，在井的侧壁31、下表面32以及井阵列的上表面2形成第一初始膜层。
步骤303，采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面32和井阵列的上表面2的第一初始膜层，位于井的侧壁31的第一初始膜层作为第一膜层7。
步骤304，在井的下表面32和井阵列的上表面2形成至少一层第三膜层；第三膜层的材料与第一膜层7的材料不同。
步骤305，利用第一膜层7在井的侧壁修饰特定物质10，特定物质10用于吸附或结合待测分子。
本实施方式中的步骤301、302、303、305与第一实施方式中的步骤101、102、103、104相同，在此不再赘述。以下对本实施方式的不同进行说明。如图8所示，为本实施方式中各膜层形成过程示意图。
步骤304，具体地，本实施方式中井阵列1的材料与第一膜层7材料均含有第一基团，为了避免在后续检测时各个井内的基因序列发生串扰，使每个井3内的基因信息均是独立存在的，需要保护井阵列的上表面2不被修饰上第二基团，可以对井阵列的上表面2采用覆膜保护。因此在井阵列的上表面2形成至少一层第三膜层9；第三膜层9材料与第一膜层7材料不同；第三膜层9用于保护井阵列的上表面2不被修饰上特定物质10。
进一步地，井的下表面32材料对预定物质敏感，例如对氢离子敏感，用于基因测序中检测基团缩合反应释放的氢离子，从而检测出基因序列。进一步地，整个井阵列的材料一样，都对氢离子敏感，整个井阵列的材料可以是Al2O3、Si3N4、SiO2、Ta2O5等，离子敏感材料如果被修饰上其他物质可能会影响其敏感性，为了保护离子敏感材料在修饰过程中不被修饰上特定物质10，需要对井的下表面32采用覆膜保护。所以，在井阵列的上表面2和井的下表面32均形成第三膜层9，实现对井阵列的上表面2和井的下表面32的保护。
具体地，可以采用化学气相沉积在井的侧壁31上的第一膜层7以及井阵列的上表面2、井的下表面32形成第三初始膜层，或采用物理气相沉积、水热法等其他物理、化学方法形成第三初始膜层。
然后采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面32和井阵列的上表面2的第三初始膜层，从而在井的侧壁31形成第三膜层9。本实施例中采用干法刻蚀工艺去除第三膜层初始层的多余部分，实际应用中也可以采用其他方式去除，如通过光刻和湿法刻蚀工艺、物理去除等方法。
第一膜层7和第三膜层9都可以有一层或者多层，各个膜层的厚度不受限制，第一膜层7和第三膜层9的厚度分别可以在10nm-10μm范围之间。本实施例中，第一膜层7和第三膜层9的厚度均为100nm左右。
本实施例中对第三膜层9的材料不做限制，只要是不能被修饰上第二基团或特定物质10的材料即可。在一个例子中，若井阵列1的材料为Al2O3；第三膜层9材料可以为聚乙烯基磷酸，由于聚乙烯基磷酸可以通过化学反应直接在Al2O3材料上生长成膜，可以避免采用镀膜、刻蚀等复杂的工艺步骤仅在井阵列的上表面2和井的下表面32上形成第三膜层9，工艺更简单。
进一步地，本实施方式在步骤305之后，还包括：步骤306，刻蚀去除第三膜层9。
具体地，第三膜层9用于保护井阵列的上表面2和井的下表面32不被修饰上特定物质10，当修饰完成后，为了避免第三膜层9对井阵列的上表面2和井的下表面32的功能影响可以去除，在一个例子中可以选择干法刻蚀或湿法刻蚀去除第三膜层9。进一步地，在其他实施方式中，如果第三膜层9对井阵列的上表面2和井的下表面32的功能没有影响也可以不去除，本发明不做限制。
本实施方式通过在井阵列1的井的侧壁31形成第一膜层7，在井阵列的上表面2及井的下表面32上形成第三膜层9，通过第一膜层7在井的侧壁31修饰可以吸附或结合待测分子的物质，能够实现对井的侧壁31的精准修饰，以及对井阵列的上表面2及井的下表面32的保护，并且在生物检测时可以不依赖微球直接将待测分子直接修饰在井的侧壁32，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。
本发明的第四实施方式涉及一种检测装置制备方法。第四实施方式是第二实施方式与第三实施方式的结合。本实施方式中的检测装置制备方法流程如图9所示，具体包括：
步骤401，提供检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列1；井阵列1由多个井3组成。
步骤402，在井的侧壁31、下表面32以及井阵列的上表面2形成至少一层第二初始膜层；第二初始膜层的材料与第一膜层7的材料不同。
步骤403，在井的侧壁31、下表面32以及井阵列的上表面2形成第一初始膜层。
步骤404，采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面32和井阵列的上表面2的第一初始膜层，位于井的侧壁31的第一初始膜层作为第一膜层7。
步骤405，采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于井的下表面32和井阵列的上表面2的第二初始膜层，位于井的侧壁31的第二初始膜层作为第二膜层8。
步骤406，在井的下表面32和井阵列的上表面2形成至少一层第三膜层9；第三膜层9的材料与第一膜层7的材料不同。
步骤407，利用第一膜层7在井的侧壁修饰特定物质10，特定物质10用于吸附或结合待测分子。
步骤408，刻蚀去除第三膜层9。
本实施方式中的步骤401、403、404、407与第一实施方式中的步骤101、102、103、104相同；本实施方式中的步骤402、405与第二实施方式中的步骤202、205相同；本实施方式中的步骤406、408与第三实施方式中的步骤304、306相同；在此不再赘述。如图10所示，为本实施方式中各膜层形成过程示意图。
本实施方式通过在井阵列1的井的侧壁31形成第二膜层8，之后在第二膜层8上形成第一膜层7，在井阵列的上表面2及井下表面32上形成第三膜层9，通过第一膜层7在井的侧壁31修饰可以吸附或结合待测分子的物质，能够实现对井的侧壁31的精准修饰，以及对井阵列的上表面2及井的下表面32的保护，并且在生物检测时可以不依赖微球直接将待测分子直接修饰在井的侧壁32，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内。
本发明第五实施方式涉及一种检测装置，包括：检测芯片以及位于检测芯片上的井阵列1；井阵列1由多个井3组成；井的侧壁31覆盖有第一膜层7，第一膜层7的材料与井的下表面32材料不同；第一膜层7用于在井的侧壁31修饰特定物质10，特定物质10用于吸附或结合待测分子。
如图11所示，为本实施方式提供的检测装置的剖面结构示意图。本实施方式中，井阵列1由井阵列上表面2及多个井3组成，每个井3包括井的侧壁31、井的下表面32。本实施例中，井3俯视图的形状是正方形，其他实施例中井3俯视图也可以是其他形状，如长方形、圆形、多边形或者其他不规则图形，并且每个井3的形状也可以不同。
进一步的，本实施例中所有井的侧壁31都垂直于井的下表面32，其他实施例中，井的侧壁31与井的下表面32的位置关系还可以是：井的侧壁31与井的下表面32呈大于90°的夹角、井的侧壁31与井的下表面32呈小于90°的夹角。井的侧壁31也可以是其他不规则的非直线形状。
本实施方式中井的宽度范围为100nm-100μm；井阵列的厚度范围为10nm-10μm。此尺寸范围大小适用于后续进行生物检测，也可以实现生物检测装置的集成化、小型化。在其他实施例中，井3的尺寸也可是其他范围，本发明不做限制。
进一步地，井的下表面32材料对预定物质敏感，检测芯片4用于检测井3中预定物质的物理量变化。在一个例子中，井的下表面32材料为Al2O3、Si3N4、SiO2、Ta2O5中的一种；检测芯片4用于检测井3中氢离子的浓度变化。本实施方式中，整个井阵列1的材料相同，均为Si3N4，对氢离子敏感，用于感应基因测序时缩合反应释放的氢离子。在其他实施方式中，井的下表面32材料可以与井的上半部分材料不同，本实施方式不作限制。
进一步地，井阵列1可以由多种材料层层覆盖制成，只要最终包括井3、井阵列上表面2，每个井3包括井的侧壁31、井的下表面32即可，本实施方式不做限制。
如图11所示，井阵列1的下方设置有检测芯片4，在一个例子中，检测芯片4为离子敏感场效应晶体管(ISFET)传感器阵列；每个ISFET传感器与井阵列1的一个井3组成一个检测单元；井的下表面32材料构成传感器的离子敏感层。具体地，检测芯片4还包括信号读取电路，以及芯片封装部分。检测芯片4将从井阵列1的每个井3中获取的敏感信号通过信号读取电路用既定的顺序依次输出，并进行处理。
进一步地，井阵列1的上方还可以设置有反应腔室5及反应腔室5上的盖板6，用于在生物检测时形成密闭的环境，防止干扰。检测芯片4、井阵列1、反应腔室5及反应腔室5上的盖板6各部分配合使用使整个装置可以应用于生物检测。
具体地，第一膜层7表面含有第一基团(图未示)，第一基团用于吸附第二基团(图未示)；第二基团用于在第一膜层7表面修饰特定物质10。
在一个例子中，第一基团为游离的羟基，第二基团为硅烷偶联剂，特定物质10为生物大分子，待测分子为待测核酸分子。例如生物大分子为核酸接头，核酸接头用于吸附待测核酸分子。实际应用中，特定物质10和待测分子也可以是其他搭配方案，以实现不同的用途，本发明不做限制。例如，待测分子也可为抗原、抗体等生物大分子。通过第一膜层7表面的修饰的生物大分子与待测的抗原或抗体分子结合，使待测的抗原或抗体分子修饰在井的侧壁31，进一步通过在井3内反应进行测试。
第一膜层7的材料可以是Al2O3、SiO2或其它在水溶液中会产生游离的羟基的材料。本实施方式中，第一膜层表面已修饰有特定物质10，特定物质10为核酸分子的接头。
进一步地，第一膜层7可以是一层薄膜或者多层薄膜构成，第一膜层7的厚度不受限制，一般范围可以在10nm-10μm之间。本实施方式中，第一膜层7由一层SiO2薄膜构成，厚度约为100nm。
进一步地，本实施方式中的检测装置还包括第二膜层8，第二膜层8位于井的侧壁31与第一膜层7之间；第二膜层8的材料与第一膜层7的材料不同。在一个例子中，如果井阵列1的材料是Si3N4，第一膜层7的材料是SiO2，则第二膜层8的材料可以是Al2O3、多晶硅、TiO2、SiGe等，其中第二膜层8主要用于粘结第一膜层7与井阵列侧壁31。在实际应用中，根据各个部分的材料不同，第二膜层8可以选择不同的材料起到不同的作用。
更进一步地，本实施方式中的检测装置还包括井阵列的上表面2和井的下表面32的第三膜层9，第三膜层9的材料与第一膜层7的材料不同。第三膜层9用于保护井阵列的上表面2和井的下表面32不被修饰上特定物质10。
本实施例中对第三膜层9的材料不做限制，只要是不含有第一基团的材料即可。在一个例子中，若井阵列1的材料为Al2O3；第三膜层9材料可以为聚乙烯基磷酸。
需要说明的是第二膜层8和第三膜层9都可以有一层或者多层，各个膜层的厚度不受限制，第一膜层7和第二膜层8叠加后膜层的最终厚度一般在10nm-10μm之间。本实施方式中，第一膜层7、第二膜层8和第三膜层9的厚度均为100nm左右。
本实施方式的检测装置能够用于生物检测，使在生物检测中不依赖微球，直接在井3内修饰待测分子，解决微球制作工艺复杂、半导体生物芯片集成度低等问题。
不难发现，本实施方式为与上述方法实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与上述方法实施方式互相配合实施。上述方法实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在上述方法实施方式中。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (19)
1.一种检测装置制备方法，其特征在于，包括：
提供检测芯片以及位于所述检测芯片上的井阵列；所述井阵列由多个井组成；
通过自对准工艺在所述井的侧壁形成第一膜层，所述第一膜层的材料与所述井的下表面材料不同，且所述第一膜层的材料与所述井阵列的上表面材料不同；
所述第一膜层用于在所述井的侧壁修饰特定物质，所述特定物质用于吸附或结合待测分子，其中，所述第一膜层表面修饰有所述特定物质，所述特定物质为生物大分子，所述待测分子为待测核酸分子。
2.根据权利要求1所述的检测装置制备方法，其特征在于，所述通过自对准工艺在所述井的侧壁形成第一膜层之后，还包括：利用所述第一膜层在所述井的侧壁修饰所述特定物质。
3.根据权利要求2所述的检测装置制备方法，其特征在于，所述第一膜层表面含有第一基团，所述第一基团用于吸附第二基团；
所述利用所述第一膜层在所述井的侧壁修饰所述特定物质，包括：利用所述第一基团在所述第一膜层表面修饰第二基团；通过所述第二基团在所述第一膜层表面修饰所述特定物质。
4.根据权利要求1所述的检测装置制备方法，其特征在于，所述通过自对准工艺在所述井的侧壁形成第一膜层，包括：
在所述井的侧壁、下表面以及所述井阵列的上表面形成第一初始膜层；
采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除所述位于所述井的下表面和所述井阵列的上表面的所述第一初始膜层，位于所述井的侧壁的所述第一初始膜层作为所述第一膜层。
5.根据权利要求2所述的检测装置制备方法，其特征在于，在所述通过自对准工艺在所述井的侧壁形成第一膜层之前，还包括：
在所述井的侧壁、下表面以及所述井阵列的上表面形成至少一层第二初始膜层；所述第二初始膜层的材料与所述第一膜层的材料不同。
6.根据权利要求5所述的检测装置制备方法，其特征在于，在所述通过自对准工艺在所述井的侧壁形成第一膜层之后，在所述利用所述第一膜层在所述井的侧壁修饰所述特定物质之前，还包括：
采用干法刻蚀工艺，刻蚀去除位于所述井的下表面和所述井阵列的上表面的所述第二初始膜层，位于所述井的侧壁的所述第二初始膜层作为第二膜层。
7.根据权利要求2所述的检测装置制备方法，其特征在于，在所述通过自对准工艺在所述井的侧壁形成第一膜层之后，在所述利用所述第一膜层在所述井的侧壁修饰所述特定物质之前，还包括：
在所述井的下表面和井阵列的上表面形成至少一层第三膜层；所述第三膜层的材料与所述第一膜层的材料不同。
8.根据权利要求7所述的检测装置制备方法，其特征在于，在所述利用所述第一膜层在所述井的侧壁修饰所述特定物质之后，还包括：刻蚀去除所述第三膜层。
9.根据权利要求4所述的检测装置制备方法，其特征在于，通过化学气相沉积的方法形成所述第一初始膜层。
10.根据权利要求5所述的检测装置制备方法，其特征在于，通过化学气相沉积的方法形成所述第二初始膜层。
11.根据权利要求7或8所述的检测装置制备方法，其特征在于，所述井阵列的材料为Al2O3；所述第三膜层材料为聚乙烯基磷酸。
12.一种检测装置，其特征在于，包括：检测芯片以及位于所述检测芯片上的井阵列；所述井阵列由多个井组成；
所述井的侧壁覆盖有第一膜层，所述第一膜层的材料与所述井的下表面材料不同，且所述第一膜层的材料与所述井阵列的上表面材料不同；
所述第一膜层用于在所述井的侧壁修饰特定物质，所述特定物质用于吸附或结合待测分子，其中，所述第一膜层表面修饰有所述特定物质，所述特定物质为生物大分子，所述待测分子为待测核酸分子。
13.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，所述井的侧壁与所述井的下表面的位置关系包括以下任意一种或多种：所述侧壁垂直于所述井的下表面、所述侧壁与所述井的下表面呈大于90°的夹角、所述侧壁与所述井的下表面呈小于90°的夹角。
14.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，所述井的下表面材料对预定物质敏感，所述检测芯片用于检测所述井中预定物质的物理量变化。
15.根据权利要求14所述的检测装置，其特征在于，所述井的下表面材料为Al2O3、Si3N4、SiO2、Ta2O5中的一种；所述检测芯片用于检测所述井中氢离子的浓度变化。
16.根据权利要求14所述的检测装置，其特征在于，所述检测芯片包括离子敏感场效应晶体管传感器阵列；每个离子敏感场效应晶体管传感器与所述井阵列中对应的一个井组成一个检测单元；所述井的下表面材料构成所述离子敏感场效应晶体管传感器的离子敏感层。
17.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，所述井的宽度范围为100nm-100μm；所述井阵列的厚度范围为10nm-10μm。
18.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，所述第一膜层的厚度范围为10nm-10μm。
19.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，所述井的下表面材料的厚度范围为1nm-10μm。
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Denomination of invention: A method for preparing a detection device and a detection device Effective date of registration: 20230626 Granted publication date: 20211119 Pledgee: Fengxian Branch of Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: SHANGHAI TURTLE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000297 |
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