玖、發明說明： 【發明戶斤屬之技術領域】 發明領域 本發明係有關於感測器，特別是以壓印微影術製備之 感測器。
【先前J 發明背景 習知的奈米級感測器使用於多種應用範圍，並經發現 在化學以及/或者生物感測及分析之領域上特別適用。此等 習知奈米級感測器通常是以非重複(也因此不具效率）之非 使用批次處理製造技術的方法單獨生產。習知奈米級感測 為在氣相色譜、離子耦合電漿原子分析(ICPAA)、濕式化學 分析、聚合連鎖反應(PCR)、利用雷射揮發之質量光譜、電 泳、以及螢光標記法等分析技術上具有應用。 化學以及/或者生物感測及分析一般需要耗時長久以 取得有意義的資料、牵涉遠端或笨重的設備、需要大樣本 尺寸要求使用者受過高度訓練、並牵涉相當大量的直接 和間接成本。直接成本係有關於各種分析所需要的勞工、 程序和㈣。間接成本部分孽生於可作用資料取得前的遲 滞時間，如醫藥分析或化學製程之監視顧。某些化學或 生物分析之間接成本可能高於直接成本。 有些生物以及/或者化學分析設備之實施例使用以一 雙:端組態量測電阻之鬆散的管料線或管子。“鬆散”一 叫的疋該導線或官子起初並未固定至該基板，因此隨後 需要加以固定。 鬆散管型構造之感測器的優點為簡單以及易於實驗示 範。微型導線亦可以一化學氣相沉積(CVD)製程直接沉積於 一基板上，但這既耗時且昂貴。然而，以重製性充足之方 法製造鬆散之奈米級導線或管子以供有益的感測應用使用 卻是既困難且昂貴。 有些分析技術需要使用感測器陣列，以在一二維或三 維組態下感測某一參數。大量製造鬆散之管子或導線陣列 並不容易，特別是當該管子或導線為奈米級時。通常，陣 列中之感測器的各個導線或管子是單獨生產的，而這既耗 時且昂貴。 因此，有需要發明一種使奈米級導線和管子可以以一 比現存技術所提出之方法更加便宜、且更具重製性及生產 友善性之方法製造的技術。 【發明内容3 本發明係為一種感測器之製造方法，包括··將一可壓 印層沉積於一基板上；將該可壓印層壓印成一壓印製作帶 狀物之圖案’以及將該可壓印層之該圖案被轉印至該基板 以製造該壓印製作帶狀物。 本發明係為一種方法，包括：以下列步驟製造一壓印 製作帶狀物··提供一具有一預設厚度之半導體主動層於一 基板上，將一可壓印層沉積於該半導體主動層上，將該可 壓印層壓印成一壓印製作帶狀物之圖案，以產生該可壓印 層之壓印部分和非壓印部分，將_保護層沉積於該可壓印
層之該壓印L 部分自談其。刀和非屢印部分，將該可麗印層之該非座印 積於該反移除，其中該非麼印部分包括該保護層之沉 該半導體屋印層之該非麼印部分上的沉積部分，以及钱刻 存續的誃::層’其中該半導體主動層之位在剝落後仍然 層之和呆制下方之部分沒有被餘刻，而該半導體主動 刻。 制落後仍然存續_賴層τ方之部分則被餘 明係為—種感測器’包括:一以壓印微影術形成 物，▲之圖案化半導體主動層圖案上的壓印製作帶狀 、雜印製作帶狀物之橫斷面可在一個橫斷面尺 上延伸成奈米級。 圖式簡單說明 圖不中，相同的數字被用以代表相同的特徵和零件·· 第1圖為-頂視圖，例示一壓印製作帶狀物之實施例； 第2圖為-頂視圖，例示一壓印製作帶狀物之另一實施 例； 第3圖為-透視圖，例示一絕緣層上覆石夕_成板， 該基板之上可以具有-或多個第1#口2圖所示之該壓印製作 帶狀物； 第4圖為一透視圖，顯示一以電子或穿孔形成之電流， 該電子或穿孔穿過第1和2圖所示之一該壓印製作帶狀物· 第5a至5f圖例示-可用以製造一或多個該壓印製作帶 狀物之技術的實施例； 第6圖例示一壓印製作帶狀物陣列之實施例； 200423828 第7圖例示一製程之實施例的流程圖，該製程可用以製 ♦ &第5a至5f圖所示之該壓印製作帶狀物； 第8圖顯示一電腦或控制器之一實施例的方塊圖，該電 月^或控制器可控制第7圖所示之該製程的操作；以及 5 第9圖顯示第2圖所示之該壓印製作帶狀物的另一實施 例。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 下文將說明一壓印製作感測器100之不同的實施例，其 10中該壓印製作感測器可以使用此處所述及之下稱壓印微影 術(IL)的壓印或標記方法生產。扎技術可以將該壓印製作感 測器100製成奈米級、中尺度、微尺度、巨尺度、其他尺度 以及/或者這些尺度的結合式。該壓印製作感測器之若干實 施例可在各種以電力監視其檢視作業之化學以及/或者生 15 物感測應用中做為平台使用。 本揭露書所述之該壓印製作感測器的化學以及/或者 生物感測應用中之一態樣與功能化有關。透過功能化，該 壓印製作感測器100之表面被處理、塗層、繪製輪廟、硬化 或以其他方式組態，以便一旦該壓印製作感測器之表面被 2〇曝光至一分析物後，若干物質可以被吸引、驅除以及/或者 附著至該壓印製作感測器之表面。以此，功能化可以將該 壓印製作感測器之表面加以處理以增進或抑制若干物質之 吸收。功能化之一實施例涉及以探測物質做成之分子級層 對該壓印製作感測器做化學以及/或者生化塗佈。該探測物 8 200423828 質增進特定目標分子之表面吸收或反應，使其高於其他物 質。由於該目標分子在功能化中被反應，該壓印製作感測 器100之電子或地磁特性會在目標物質出現或消失時改 變。此一電子或地磁特性之改變可以電子感測設備（通常以 5 電腦為基礎)感測出來，其操作及結構為一般已知故此處不 予贅述。在一實施例中，功能化係以製造一介電層如氧化 矽或氮化矽實現的，該介電層可質子化或去質子化以提供 質子在溶劑中的檢測。 該壓印製作感測器100之若干實施例（特別是以奈米級 10 製成者)可提供相當高的敏感度。舉例來說，以奈米級製成 之壓印製作感測器的敏感度甚至足以檢測出單一分子之效 應。此等壓印製作感測器1〇〇(比方說那些用於生物或化學 領域如功能化之感測器）可提供更快速的數據取得時間、從 更小的樣本尺寸獲得更有意義的資料、簡化之用法、以及/ 15或者更低的整體成本。由於其高表面面積對容積比例，今 生物或化學壓印製作感測器100顯示其對高敏感度應用具 有特別的適用性。然而，敏感度需求較低之應用亦可以使 用相關IL技術製造之該壓印製作感測器1〇〇充分滿足。壓印 製作感測器之屬性之一為同時製造奈米級與更大尺寸裝置 2〇之能力，以便在整體效果上，最終的裝置具有相似的特性 與敏感度，且可有效比較。 IL可利用壓印步驟在一基板之表面上提供可區別戈圖 案化之線條。此等可區別或圖案化之線條可以壓印成奈米 級、微尺度、巨尺度、或者這些尺度的結合式。在此一揭 9 u^3828 露書中，“壓印，，或“標記，，線條一詞指的是以IL製程製造之線 條。接下來的處理通常在經壓印或標記之基板上執行，以 製造壓印之線條。此等壓印之線條亦可做為電力轉換器使 用以提供化學吸收。一改良式化學以及/或者生物感測器 5 範例可將化學表面吸收轉換成電力回應，如電阻。 此一揭露書說明壓印製作帶狀物101之探索未銜接‘‘自 由”奈米導線感測技術之高敏感度、選擇性與解析度的各種 實施例。提供一系統化方法，以利用IL使該壓印製作帶狀 物101之陣列圖案化並加以組織。再者，所述之方法提供一 10 技術，以裁剪並微調該壓印製作帶狀物101之電性及化學特 性，進而改良其性能並實現一更具控制性及生產友善性之 方法。該壓印製作感測器1 〇 〇之許多實施例所提供的優點促 成好用之可製造的壓印製作感測器陣列。 以電力為基礎之元件，包括該壓印製作帶狀物101，可 15以物理方式繪製輪廓以特別吸引一圖案化以使特定目標物 質在分析物中受支撐以為功能化之表面的特定及預設區 域。適合的功能群組包括，但不限於相關的化學/生物群 組，如硫醇、胺、矽醇基、酒精、糖、路易士酸及基、偶 極、核酸、縮氨酸等（也許以各種組合式出現）。該壓印製作 20 V狀物101特別適合透過將目標物質吸引至一曝光外表面 之方式執行化學以及/或者生物功能化。 該壓印製作帶狀物101可以圖案化以提供功能化。功能 化之敘述揭露於Lieber等人於2002年8月29日所提申之美國 專利申请案第US 2002/0117659號（以參照方式納入本文）。 10 200423828 與該壓印製作帶狀物101有關之化學以及/或者生物改變（隨 該壓印製作帶狀物之組態增強或阻滯）可用以調節通過= 壓印製作帶狀物101之電流。該分析物之存在可以透過與= 壓印製作帶狀物101之一黏合劑做電子耦合來改變該壓= 5製作帶狀物101之電力特性。該壓印製作帶狀物101可塗佈 一依其對特定分析物之化學或生物特性選出的特定反應 體，黏合夥伴抑《是特定黏合夥#。該反應體在相辦於該 壓印製作帶狀物ιοί之外表面的相對距離（最好在奈米或數 十奈米之内）上之定位會使該壓印製作帶狀物1〇1產生一可 1〇 檢測之改變。 該壓印製作感測器100之兩個實施例示於第丨和2圖。本 揭露書說明各種製造該壓印製作帶狀物101以供該壓印製 作感測器100使用之相關技術。因此，利用如本揭露書所述 之IL技術大置製造咼敏感度生物、化學或生化感測器之方 15法可用以生產許多該壓印製作帶狀物101之實施例。 本揭露書適用於具有各種組態之壓印製作帶狀物 101。該壓印製作帶狀物1〇1可被視為一帶狀條，該帶狀條 在一或兩個大致成直角之尺寸上具有任何期待之橫斷面長 寬比’且係以一半導體材料、導體材料或複合材料做成。 20该壓印製作帶狀物可以在一第三直角方向上延伸以提供該 帶狀物之路徑。如有需要，可設計一厚度大於寬度之矩形 才兴斷面壓印製作帶狀物。帶狀物之長寬比為該帶狀物之高 度除以寬度之所得。然而，其他組態亦可行，且被視為本 揭露書之一部分。 11 200423828 示於第1和2圖中之該壓印製作帶狀物的實施例在橫斷 面組態上大致成矩形，如“帶狀物，，一詞所隱含之音。此一 大致成矩形之組態與許多習知感測器組態之圓形或橢圓形 橫斷面相當。該壓印製作帶狀物之該大致成矩形的組態可 5以更廣泛地做成不規則四邊形，其中侧邊從其與基部之直 角角度向内或向外傾斜。此一角度傾斜可能在製造該壓印 製作帶狀物，特別是奈米級壓印製作帶狀物時發生。因此， 該壓印製作帶狀物可能脫離嚴格的矩形橫斷面形狀。我們 理解，黏合表面在某一程度上具有不規則部，甚至是缺陷， 10如粗糙、閉塞、併入、隆起、琢面等。該壓印製作帶狀物 與大致成矩形之橫斷面組態的差異依所使用之製程和材料 的細節而定。大致成矩形之寬度大於厚度的壓印製作帶狀 物101(具有較低的長寬比)相較於橫斷面大致成正方形之壓 印製作帶狀物（具有大約1的長寬比），可提供該分析物一較 15大的可反應表面面積。該壓印製作帶狀物101特別適用於某 些應用。對某些應用如壓印製作感應器而言，該壓印製作 帶狀物提供重要程度之帶狀物高度、寬度及長度的獨立控 制’以及同時製造各種寬度、高度、長度、表面特徵、以 及/或者其他方面之帶狀物的能力。選擇性地，帶狀物材料 20組合物本身之幾何形式與比例可以透過改變摻質種類和摻 質濃度等方式加以變化。此種設計上的控制與彈性是受歡 迎的’且由本揭露書之若干觀念支持。 本揭露書說明壓可以在奈米級、微尺度、巨尺度、中 尺度或其他尺度範圍内製造之印製作感測器以及/或者特 12 200423828 徵的各種不同實施例。尺寸名詞如“奈米級”、“微尺度”、“巨 尺又及中尺度”意指電子電路與電子裝置，其中至少一 個電子裝置具有至少—個尺寸在分別之“奈米級，，、“微尺 度”、巨尺度”、或“中尺度，，範圍内。然而，並非所有的電 5子電路‘件都需要在相同的尺度内製作。舉例來說，感測 ^ 身了以製成奈米級，而供電電路則可以在較大範 圍内製作。 該壓印製作感測器100可以利肌技術以各種橫斷面 長寬氣成，這十分重要，因為改變該壓印製作帶狀物之 10長寬比可改變其感測特性。舉例來說，具有增加之表面面 積的壓印製作帶狀物1G1可在分析時使更多電子以及或者 穿孔穿過該帶狀物。改變該壓印製作感·之長寬比亦可 改變感/則動作中曝光至該分析物之表面面積。該壓印製作 帶狀物1G1之接觸該分析物的表面面積㈣化學反應之面 15積，也因此決定功能化動作。因此，該分析物之尺寸與該 壓印製作帶狀物101之尺寸之間的關係非常重要。 、在某些實施财，該壓㈣作感測器_感測最接近感 測表面且可以被吸收該表面吸收之帶電粒子。該帶電粒子 透過-電子電荷或偶極，或一電荷改變，被吸引至該壓印 20製作帶狀物101之表面。透過正確感測該帶電粒子，該壓印 製作感測器100可精準指出任何化學或生物分析物或樣本 内之粒子，無論該分析物或樣本為氣態、液態或乾式。 第1和2圖例示該遷印製作帶狀物101之兩個實施例，其 中該兩個實施例被偏移以感測最近的帶電粒子。一在一四 13 200423828 點電阻量測或一兩點電阻量測中偏移該壓印製作帶狀物 101之電路115示於第1和2圖中。 第1圖例示該壓印製作帶狀物1〇1之四點電阻量測，其 中一存在於兩個外部電力觸點1〇4、1〇6中之電壓或電流源 5 1〇2的輸出在兩個内部電力觸點108、110上被量測。該電壓 或電流源102可以在該兩個外部電力觸點1〇4、1〇6上做ac 或DC偏壓。一電位計如電壓計107被應用至該兩個内部電 力觸點108、110。 如此，該壓印製作感測器100可以被視為在該兩個外部 10電力觸點104、上具有該電流源1〇2之該壓印製作帶狀物 101，以使一電流通過該壓印製作帶狀物101。該兩個内部 電力觸點108、110位在該兩個外部電力觸點1〇4、ι〇6之間 某處。該電壓計107之導線112、114以一由該兩個内部電力 觸點108、110之間之距離決定的已知距離l，在該壓印製作 15帶狀物101上隔開。該電壓計107在感測過程中於該兩個内 部觸點感測電壓或電流。 藉由確認該壓印製作帶狀物101之電流與所量測之電 壓，其電阻可以歐姆定律準確地粹取出來。確認電流在該 兩個外部電力觸點104、106之間維持不變後，歐姆定律可 20用以計算該兩個内部觸點之間的電阻。在—實施例中，各 該内部電力觸點108、110與各該外部電力觸點1〇4、1〇6十 分靠近。 透過以一已知低頻交流電使該壓印製作帶狀物101偏 斜，在電子噪音效應從整體量測被移除時，亦可以執行鎖 14 423828 相檢測。如此，噪音效應可以從感測動作之整體接收信號 中抽出。降低噪音效應可改善分析的準確度。 該壓印製作感測器100之電路的另一實施例示於第2 圖，該實施例包括兩個電力觸點12〇、122。第2圖之實施例 為一兩點電阻量測，其中一通過一對電力觸點120、122之 電流在一連接至同一對電力觸點12〇、122的電壓計1〇7上被 感測。第1圖之實施例中的該内部電力觸點1〇8和該外部電 力觸點1G4可以在結構上被做成，且在功能上被視為，第2 圖f之該單一電力觸點12〇。再者，第丨圖之實施例中的該 内^電力觸點110和該外部電力觸點1〇6可以被當作構成第 、圖中之為單-電力觸點122。在第2圖所示之該兩點電阻量 中由於違電力觸點和該壓印製作帶狀物仙本身之間的 妾口點而存在_些電阻。此—接觸電阻被納人整體信號 中’並使感測信號與噪音之間的隔離更具挑戰性。使用幻 圖所示之四點電阻技術可以降低該接觸電阻之效應。 第1和2圖所示之組態只包括一單一壓印製作帶狀物 ⑻。然而’更精密或複雜的壓印製作帶狀物驗車列亦在 本揭路書之期待範圍内，如第6圖所示。 20
丨㈣感測器100之該壓印製作帶狀物101包 導電材料。此等導電材料包括—或多種金屬，如白金、 鋁鈀，金屬合金，陶竟，如氧化鋼錫、氧化飢、或 記一氧化銅；導電半導體材料，_、鑽石、鍺、抑 碲她、氧化鋅、碳切、氧蝴、氧化銦錫；以及/ 其他兀素、二元以及多組分材料。®此，事實上任何 15 形成於該料製作帶狀物之導電_皆在職印製作感測 1§ 100之期待範圍之内。 當該壓印製作帶狀物101被以電力偏斜(透過電壓或電 位梯度)時’電荷不平衡之情形會在任何帶電粒子被攜近該 壓印製作帶狀物1G1之表面時發生。㈣此_電荷不平衡會 修飾流經該壓印製作帶狀物101之電流，且此一修飾在感測 動作中被用以檢測帶電粒子之存在、週邊、以及/或者數量。 各個陣列之不同實施例中的每一該壓印製作帶狀物 101可具有近似或不同的橫斷面尺寸，以便以更好方式檢測 不同的化學以及/或者生物物質。在一實施例中，該壓印製 作帶狀物101之陣列包括不同的寬度、厚度等。該壓印製作 帶狀物陣列可具有不同的尺寸，以將一物質與另一可能造 成背景噪音信號之類似物質做一區別。選擇性地，可製造 夕重壓印製作帶狀物以具有相同的橫斷面組態，如比方說 第ό圖所示之陣列。該壓印製作帶狀物中有些可具有不同的 摻質、表面製備、或功能化技術。該壓印製作帶狀物101可 做成，最好在至少一個橫斷面奈米級尺寸上，微微尺度或 一些其他較大尺寸。這可提供更精準的感測，因為單一帶 電粒子之效應可一更精準地被感測。然而，不具備奈米級 尺寸並不排除此一製造方法之實用性或其對壓印製作感測 器之應用。再者，即使是相對小的壓印製作帶狀物101也可 提供大的表面面積對容積比例，而這可進一步加強單一帶 電粒子之敏感度。透過使用具有至少一個奈米尺寸之該壓 印製作帶狀物101，相較於具有較大尺寸之壓印製作帶狀 200423828 物，前所未有的選擇性與敏感度可以被達成。 該壓印製作帶狀物101之觀念可以產出大量的實用裝 置與陣列。一般而言，積體電路技術觀念在過去業已產出 大量的極小尺寸裝置。若干針對積體電路製造所開發之技 術（如IL基板標記技術以及絕緣層上覆矽（s〇i)基板之使 用），亦可在該壓印製作感測器1〇〇之製造期間加以使用。 選擇性地，固態半導體基板可使用於本揭露書之若干實施 例中。 10 15 20 ^江為一相對近期開發之微影製程，隸屬軟微影術之範 在過去幾年，人們已看過IL之創造奈米級特徵的能力。 IL為-標記或壓印製程，透過它，—鑄模或樣板中之圖案 被標記至—沉積於-基板上的材料（比方說聚合物）。以財 式，期望的形狀或地理特徵被迅速形成於該沉積材料中。 金屬等材料被沉積至基板3G6以形成-導電電路。以江形成 此等導電電路式有需要的，因為它以重複標記方式創造以 或者重製半導體或導體材料中的這些奈米級結構。l 己或壓印可促成具有高解析度、敏感度與選擇性之壓印 製作感測器的全尺度生產數量製造。感測器之江可以 地應用於積體電路組態中之若干基板。 " 雖然其他技術可用以創造奈米級特徵（比方說透尚 =電子束扑此等技術紐做為大量生錢造技術，=為 它們十分耗時，岐備也非常昂貴。IL技術允許細微特徵 被重製與生產。SOI技術使足_的半導體主動層可以被製 造，以便相㈣的裝置可以置放於該基板3〇6上，如第3圖
17 200423828 所示。 一個、多個或一陣列之壓印製作帶狀物101的IL包括以 諸如SOI等技術將一極薄之導體或半導體主動層302沉積在 一基板306上。在一替代實施例（圖未示）中，該基板306為一 5固態半導體基板。一電絕緣層304在該導體或半導體主動層 302和該基板306之間設有間隙。該元件3〇2、304和306之相 對厚度在第3圖中並未按照比例纟會製。該導體或半導體主動 層302可以各種不同厚度沉積，該厚度可擴張至一或數個原 子之厚度。在一示範實施例中，該半導體主動層3〇2為5〇奈 10米（nm)厚或更薄，而該電絕緣層3〇4則為35〇奈米厚。製造 時，可將複數個該層沉積於該基板之上方。該層沉積於該 基板之後，該基板被切割（或鋸開）成複數個晶片，如半導體 工業所已知者。在此一揭露書中，“基板，，一詞指的是初始 基板，或者每一切割自該基板之晶片。 15 該導體或半導體主動層302被圖案化(透過適當的壓印/ 標記、沉積、以及/或者蝕刻），以將該壓印製作帶狀物1〇1 形成預期的組態。之後一或多個該沉積層被蝕刻以製作該 壓印製作帶狀物101之期望形狀。在該S0I基板3〇6上，處理 機317(亦即厚矽層）構成該基板之基部。該處理機317支撐該 20絕緣體和該主動矽層。SOI晶圓之基板包括一氧絕緣層（亦 稱埋氧層）以及一沉積於該基板之上方的超薄矽層。 雖然該導體或半導體主動層302在第3圖中呈連續狀， 該導體或半導體主動層3〇2之若干部分可以在圖案製作步 驟中剝落。在一實施例中，該導體或半導體主動層3〇2在製 18 造之後所餘留下來的部分(如第化至分圖所 壓印製作帶狀物1()1有_部分。 該導體或半導體主動層302可以製造成具有單一、或小 許原子或晶體之厚度。因此，該基板上方之上石夕層的3 5厚度可蚊該壓印製作帶狀物謝之奈米級厚度。該壓印製 作帶狀物101之奈米級寬度可以IL技術製作，如針對第化至 糊所做之說明所示。因此，IL可用以控制追蹤氣之寬度。 是故’該壓印製作帶狀物1G1可在二個尺寸上做成奈^級 (厚度及寬度）。 10 _於該基板上之半導體或導體層可以依需要變薄。 藉由使用一塗佈該半導體或導體層（比方說具有一奈米級 厚度)之基板，該_半導魏導體狀厚度可控制該壓印 製作帶狀物之最終厚度。因此，該壓印製作帶狀物ι〇ι之厚 度（高度）可以透過製程或材料之選擇降低至奈米級。是以， 15該壓印製作帶狀物而可以在二維上做成奈米級(厚度及寬 度）〇 有效之薄基板的另一個範例為淺佈植或淺摻雜基板。 淺表面層提供實質上比淺摻雜底層材料為高的電傳導性。 在此’摻質濃度之厚度提供有效的奈米級厚度。 IL亦使該壓印製作帶狀物1〇1可以在傳統半導體基板 如矽、砷化鎵、絕緣層上覆矽等基本上結構堅硬的基板上 製造。選擇性地，基板的另一實施例包括一根據基板材料 之特定性質（如彈性、尺寸、成本、耐久性等）選擇之非以半 導體為基礎的基板。支撐半導體裝置之基板可包括各種彈 19 性以及/或者保角基板，其中該基板可彎曲以迎合特定的應 用。彈性基板306之範例包括若干塑膠、金屬薄片、紙類以 及織物。堅硬基板之範例包括若干塑膠、玻璃、金屬等。 是以，許多基板皆被視為屬於本揭露書的範疇。 裝置和電路可以沉積於該彈性基板上，以比方說準確 地緣複合幾何，如人類頭骨、其他身體部位、或其他不規 則形狀物件，塑造一裝置、電路、或陣列。透過在彈性基 板上製造此等裝置，我們可以更精準地在特別的位置及形 狀，如病患的頭部、臂部、口部、或其他身體部位，塑造 比方說密集之感測器陣列，以提供一更徹底且敏感的感測。 利用1L為該壓印製作帶狀物101製作圖案可提供一有 系統、精準且預先定義之方式，❹有可精準控制之橫斷 面尺寸的該壓印製作帶狀物1(Π得以各種材料製作。 使用具有期望尺寸、電性特性及材料之該壓印製作帶 狀物101可促成改良之敏感度、選擇性、解析度及回應。舉 例來說，電感測器之不同實施例可用以感測電阻、電容、 或電阻抗。 該壓印製作帶狀物ΗΠ之窄線條寬度提供_高表面對 容積比例，這對快速、敏感之變換氣動作以及小裝置尺寸 和低功率雜有益。高表面對容積比例可加強含有該壓印 製作帶狀物之感測器的敏感度，特別是當該壓印製作帶狀 物被做成奈米級尺寸時。透過IL之使用，次光學寬产之線 條可以-可製衫纽產祕有2〇奈料者更小^斷^ 尺寸。其他現有的製造技術無法生產具有這些小尺寸之化 200423828 學感測器架構。 該壓印製作帶狀物101之長度與橫斷面為該壓印製作 帶狀物之電阻的要素之一。該壓印製作帶狀物101之電阻與 其承載電流之能力有關。 5 舉例來說，如第4圖所示，當該壓印製作帶狀物101之 橫斷面尺寸中有一者或兩者被按比例縮小時，該壓印製作 帶狀物之尺寸會接近單獨原子的尺寸。然後，電子以及/或 者穿孔402被侷限以朝箭頭410所指方向，連續穿過該壓印 製作帶狀物1〇1(每一電子以及/或者穿孔以鎖步方式尾隨前 10 一個帶電粒子）。當一和帶電粒子404相關聯之外部電場貼 近此一電子以及/或者穿孔4〇2之連續流時，一電子以及/或 者穿孔可能被擾動或局部化（困在某一地點此一單一的被 擾動電子以及/或者穿孔4〇2可能影響（亦即阻斷）整個在該 方向410上流經該壓印製作帶狀物1〇1之該電子以及/或者 15穿孔402的連續流。因此，此一組態提供一相當敏感的技術 以調整該壓印製作帶狀物1〇1之電阻俾做為周圍樣本内所 含之該帶電粒子404中之輕微擾動的函數。 該壓印製作帶狀物i 〇丨之一或兩個尺寸的橫斷面亦可 從第4圖所示之尺寸按比例放大。在此一情況下，極少量的 20電子以及/或者穿孔（而非連續之電子以及/或者穿孔）以連 續及平行之方式穿過該壓印製作帶狀物101。唯，該壓印製 作帶狀物101對於改善敏感度之觀念維持類似，這是因為即 使是極少量之電子以及/或者穿孔的擾動都可能將該帶狀 物中之整體電子流以及/或者穿孔流的效果放大。 21 200423828 该壓印製作感測器100可利用一單一的壓印製作帶狀 物101來感測各種液體、大氣飄塵、或氣體。待檢侧之該帶 電粒子的尺寸與該帶電粒子的電荷之間存在一些詳細關 係。 5 在一基板表面上，可製造具有大約10奈米之最小寬度 的壓印製作帶狀物101。500,000奈米可能是該壓印製作帶 狀物之寬度的實際上限。最終的奈米級線條寬度結構特別 適用於轉換器元件，該轉換器元件必須以各種組態製造以 符合具有些許不同的應用，如生物或化學感測器。 10 現在參考第5a至5f圖，說明IL之製程流程的實施例之 一。第5a圖例示一典型基板3〇6(如該SOI基板306)，該主動 層302和該絕緣層304被沉積於該基板上，如第3圖所示。該 導體或半導體主動層302實際上可以做成極薄，因為該層之 深度決定該壓印製作帶狀物101之最終厚度。該基板306提 15 供支撐予脆弱之該層302和304。雖然302、304和306包含於 該SOI組態中，任何其他組態皆可使用，只要它可以給予以 電半導體或電導體做成之該導體或半導體主動層302適當 的支撐即可。 在第5b圖中，一壓印層502被附加在該導體或半導體主 20 動層302上方。在一實施例中，該壓印層為一聚合物。之後 該壓印層502以IL技術被壓印（或標記），以在該壓印層502 中形成期望的溝槽507。藉由IL技術，該壓印層502以一壓 印樣板或鑄模305(如第5b圖所示)被壓印或標記。該壓印樣 板或鑄模之輪廓被複製至該壓印層。圖案輪廓507緊緊追隨 22 200423828 該壓印製作感測器100之組態所需要的電路圖案。因此，該 壓印層502之標記區域對應該導體或半導體主動層302之最 終將構成該壓印製作帶狀物101及其相關電路的區域。 洛入本揭露書所述之壓印微影術範圍的兩個壓印微景〈 5 術實施例分別為“熱壓印微影術”及“步進快閃式壓印微影 術’’。在“步進快閃式壓印微影術’’中，該壓印層5〇2被選擇 以具備光化學特性（譬如包括一光阻），且該壓印樣板為光學 透明，以便光線可以被施加至該壓印層。反逆地形圖案（亦 即，可以具有奈米級寬度之溝槽或溝渠507)可以在實質上 10 較低之溫度以及/或者壓力下，透過“步進快閃式壓印微影 術”，而非“熱壓印微影術”，利用產生於相對低溫度下之光 化學轉化以及該壓印層502之固化，形成於該壓印層中。 熱壓印微影術與步進快閃式壓印微影術仰賴不同的機 制以形成該地形圖案507於該壓印層502中，而該不同的機 15 制則建立在形成於該壓印樣板305中之該地形圖案507的基 礎之上。本揭露書所述之任何IL類型皆可使用熱il或步進 快閃式IL。 熱IL主要仰賴於· a)施加於該壓印層502之熱氣；以及 b)該壓印樣板305施加至該壓印層502之壓力。為提供壓印 20製程，該壓印樣板3〇5(具有最終物件所須之該溝槽或溝渠 507的反逆圖案）被強行推入該壓印層502並在其中形成對 應圖案。該壓印樣板305可以電子束微影技術形成，每一主 壓印樣板僅使用該技術一次。為執行壓印，該壓印樣板3〇5 通常以某一壓力在稍高於室溫之溫度下，被推進該壓印層 23 502 〇 步進快閃式IL在該壓印樣板305接觸該壓印層502時， 需仰賴經由該壓印樣板305傳送至該壓印層之光線(如紫外 線）。將光線施加至壓印層材料如聚合物可使該聚合物硬化 5或固化成其期望的組態。在步進快閃式IL中，充足的壓力 從。亥壓印樣板3〇5被施予，以在施加光線之前塑造該壓印層 之材料。經由該壓印樣板3〇5傳送至該壓印層5〇2之光線(如 若干壓印層材料之紫外線）的頻率可以修飾形成該壓印層 之光阻聚合物材料（比方說透過交互連結）。 φ 1〇 因此，步進快閃式IL所使用之該壓印樣板305為光線透 月式，以便光線可以透過該壓印樣板3〇5被導入形成該壓印 層502之材料。在一實施例中，步進快閃式IL所使用之該壓 印樣板305係以石英製成，該石英可以比方說電子束微影術 予以蝕刻。熱IL中之該壓印樣板不需要對光線透明。 15 在熱1[中，該壓印樣板305可以抵抗軟化形成該壓印層 502之材料所需的上升溫度。它們可以，比方說，半導體如 石夕做成。在步進快閃式几中，該壓印樣板3〇5不需要抵抗此 · 等上升溫度，因為上升溫度並未使用。在非上升溫度下執 行步進快閃式几對多層式結構之製造有利，因為將一最上 20層之溫度提昇至使該最上層可以變形之溫度還具有讓最下 層之溫度到達使該最下層可以變形或接近可以變形之程度 的效果。如果該最下層處於使其可以或接近可以變形之溫 度下’那麼壓印微影術之標記或壓印動作施加於該最上層 (以形成該反逆地形圖案之溝槽和溝渠）的壓力可作用以使 24 200423828 被埋藏之該最下層的特徵變形。 故’在熱IL期間，該基板和該壓印層之溫度必須密切 監控。在步進快閃式比中，該最下層在固化後會維持於一 相對低之溫度，以便該多重沉積層可以保持固態。再者， 5步進快閃式11不需要使該壓印層在每一週期中加熱然後再 冷卻的時間。因此，使用步進快閃式IL通常可以建構比以 其他微影術建構之結構為高的結構（因為先前之沉積層沒 有被提南至足以使該先前之沉積層扭曲的溫度）。 該壓印層502在熱IL中之溫度高至足以使該壓印層5〇2 10之材料稍微可變形並符合形成於該壓印樣本305中之形狀 與圖案。驅使該壓印樣本之地形圖案512進入該壓印層5〇2 之材料所需的力量隨該壓印層中之選用材料（亦即聚合物 或非聚合物）以及該壓印樣板中之組態而定。對熱IL而言， 該壓印層被冷卻至一溫度，一旦該壓印樣板3〇5被向下推入 15該壓印層之材料中以形成該溝槽或溝渠後，該壓印層便不 再具有變形特性。對步進快閃式IL來說，光線透過該壓印 樣板305被導入，直到該壓印層502被固化為止。 在第5c圖中，一或多個金屬層504在第5b圖所示之壓印 步驟後，被沉積於該壓印層502以及/或者該導體或半導體 20主動層3〇2之上表面（包括壓印與非壓印部分）。在一實施例 中’該金屬層504包括複數個層（如5奈米之鈦及1〇奈米之 紹）。在第5d圖中，該壓印層502以及該壓印層502上方之該 金屬層504的存續部分被“剝落”以與該導體或半導體主動 層302分離。 25 200423828 剝落之後，位在第5c圖所示之該壓印層502的剝落部分 下方之該主動層302的該部分被曝光，如第5d圖所示。在第 5c圖中與該導體或半導體主動層302直接接觸之該金屬層 504的那些接觸部分在第5(1圖之步驟之後維持其與該導體 5 或半導體主動層302之接觸。 在第5e圖中，該基板接受反應離子蝕刻（RIE)。該導體 或半導體主動層302之位在該金屬層504的該存續部分下方 之部分在RIE之後維持其原位。該導體或半導體主動層3〇2 之被曝光部分（亦即非位於該金屬層下方者）在RIE之後被 10 蝕刻。RIE並不對該絕緣層304之可估計厚度（深度)蝕刻。 其他的蝕刻技術(如濕式化學蝕刻）亦屬於本揭露書之範疇 並可加以使用。 在第5f圖中，該基板接受化學餘刻以移除該金屬層504 之該存續部分。因此，此一蝕刻可使該導體或半導體主動 15層302曝光。在第5f圖之步驟之後存續之該導體或半導體主 動層302的部分在IL之後形成該壓印製作帶狀物ι〇ι(及其 相關導體或半導體部分）。 依循第5a至5f圖所示之方式使用IL可獲致許多優點，包 括界定與生產該壓印製作帶狀物101之陣列的能力。IL可同 2〇 時製造奈米結構、微尺度結構、巨尺度結構、甚至數倍大 之巨尺度結構。IL可在具有不同尺寸之該壓印製作帶狀物 101之間有效且及時地執行整合。奈米結構、微尺度結構、 以及巨尺度結構之同時製造的另一主要優點在於，零件之 技術性能可隨尺寸變化；不同的應用可能具有不同的最佳 26 200423828 尺寸。IL之運用使特徵具有一二維格局，任一維皆可延伸 成奈米級。第三維可依所需調整大小，因為該尺寸為該壓 印製作帶狀物101之“長度”。 以IL透過其他處理方法在一 s〇I基板3〇6上製造一壓印 5感測器（如化學以及/或者生物感測器）的技術將於下文說 明。該上方導體或半導體主動層3〇2亦可包括摻質（例如以 離子佈植方式為之）。 該基板306被覆以該壓印層5〇2,包括一薄層電阻如聚 合物。在IL期間，印記507被標記於該壓印層5〇2上，如第 10 5b圖所示。該印記在該金屬層504中的圖案對應構成該延長 壓印製作帶狀物101之該導體或半導體主動層3〇2的最終圖 案，如第5f圖所示。該壓印製作帶狀物之最終圖案理想地 包括别述之该接觸點1〇4、1〇6、108、110、120和122。 在第5c圖中，該金屬層5〇4，如鈦或鋁，被沉積於該薄 15壓印層502上。該金屬層被沉積於執行第5b圖所示之標記/ 壓印製程的該壓印層之印記部分。在一稱為“剝落，，(該薄壓 印層5〇2之該存續部分）的步驟後，該薄壓印層观連同被連 接之該金屬層-起被移除。在第5損所示之剝落過程後存 續於該標記/壓印層5〇2中的沉積材料做為一硬罩幕材料， 2〇以抵硬罩幕材料下之材料_。反應離子侧(副)或 〃他乾式似彳被執行，如第5e圖所示，該步驟透過在對應 至4金屬層5G4之该硬罩幕以剝落方式被移除的區域處，將 該導體或半導體主動層302_驅離的方式，使該基板3〇6 變薄。該印記507之先前圖案(透過該薄壓印層502之標記， 27 200423828 如第5b圖所示)產生突出部，該突出部被配置成該導體或半 導體主動層302之形成於該基板3〇6的上表面之最終圖案， 如第5f圖所示。 該乾式蝕刻之厚度（亦即第5e圖所示之Rm所導致者)對 5應至形成該導體或半導體主動層302之該突出部的垂直厚 度，如第5f圖所示。透過選擇該壓印製作帶狀物1〇1之厚度 以配合原有之主動矽(如矽或801)層的厚度，該壓印製作帶 狀物101可製成具有預設之線條高度。此一厚度之決定主要 來自該導體或半導體主動層302在晶圓或該基板306上的沉 10積厚度。在一實施例中，該壓印製作帶狀物ιοί形成一轉換 器元件。為了在該轉換器元件具有最佳使用狀態，該壓印 製作帶狀物101之上表面被設計或建造以提供強化的化學 敏感度。 該絕緣層304被形成，比方說，以二氧化石夕做成之薄表 15面層。在某些情況下，該二氧化石夕提供一化學以及/或者生 物功能化表面。該二氧化矽層亦可提供鈍態以防化學襲 擊。此一表面功能化可以透過比方說無機或有機材料，包 括生化製品、抗原執行之。化學以及/或者生物吸收會干擾 該壓印製作帶狀物101之電傳導性，且可透過電阻量測被感 2〇測。為加速電阻量測，該壓印製作帶狀物在兩末端具有傳 導電性接觸點，該傳導電性接觸點以一兩點電阻量測組態 或四點電阻量測組態配置。 量測之操作模式亦可包括一前閘（圖未示)和一後閘。該 後閘透過另一終端比方說位在該基板3〇6之底部者，如 28 200423828 第3圖所示)使該基板3〇6 斜该後閘之偏斜具有修飾該帶 狀物中可用之電子密度的 政果，效果通常十分類似修 •晶體之場效應。壓印微影術之用以製造壓印製 作π狀物的用途亦可提供非帶狀之壓印製作結構的同時製 5造，這賴供額外功能，如後閑接觸而言，是受歡迎的。 在一實施例中，該壓印製作帶狀物1〇1與該基板緊密接 觸，且其橫斷面主要為正方形、矩形、或不規則四邊形。 橫斷面組態取決於幾個因素，如該壓印製作帶狀物ι〇ι之寬 度、該導體或半導體主動層搬之厚度、甚至該乾式(RIE) 1〇蚀刻製觀若干可缺科體或半導魅㈣302之側壁 成垂直或斜坡的態樣。該矩形壓印製作帶狀物ι〇ι之較長的 尺寸可以水平或垂直延伸，視製造組態和製程而定。形成 該壓印製作帶狀物1〇1之該導體或半導體主動層3〇2不大可 能具有圓形或橢圓形之橫斷面（比方說，若干習知鬆散管狀 15導線），因為此一橫斷面組態並非IL可能產出的形狀。提供 大致呈矩形以及/或者不規則四邊形之該壓印製作帶狀物 101使該壓印製作帶狀物之尺寸和電阻的計算相對容易。雖 然橢圓形、圓形、或其他組態難以以IL技術實現，我們可 以提供各種非矩形或不規則四邊形組態。任何大致呈矩 20形、不規則四邊形、或其他形狀之組態皆在本揭露書之該 壓印製作帶狀物的期待範圍中，只要IL被用以製造該壓印 製作帶狀物。 該IL製程具有許多變化式，可用以形成該壓印製作帶 狀物101。該IL製程之一實施例為，以另一本身為具化學吸 29 收之電轉換器的材料填充該電阻壓印層502中之該IL印 圮。可用以形成該壓印製作帶狀物1〇1之材料的範例包括 把’可用以檢測氫；非晶矽或多晶矽，可用做類似上述s〇I 矽範例之場效應裝置；以及氧化金屬，如氧化錫、氧化鈦、 5或氧化釩。該氧化金屬壓印製作帶狀物101可以上述製造技 術做為化學感測器元件。 該壓印製作帶狀物提供許多應用機會。舉例來說，第6 圖例示一感測器結構陣列6〇〇之製作，該陣列可視其如何功 旎化來提供序列或平行用途。形成該壓印製作感測器1〇〇之 10該壓印製作帶狀物101的該陣列600可以互聯。事實上，互 聯陣列感測器在牵涉到電位供應之控制與感測的應用上存 在許多已知的實施例。 具備該壓印製作帶狀物之該壓印製作感測器可有利地 使用於許多需要對非固態材料或樣本做高敏感分析之應用 15中。在本揭露書中，該壓印製作帶狀物利用習知之奈米級 導線方法的技術優點（高敏感度、選擇性及解析度），但提供 一系統化方法，以利用IL使該壓印製作帶狀物1〇1之陣列圖 案化並加以組織。再者，此處所述及之方法提供一技術， 以裁剪或微調該壓印製作帶狀物1〇1之電性及化學特性，進 20而使其性能最佳化並製造出更具“生產能力，，的物件。本發 明所提供之優點可促成好用且可製造之壓印製作帶狀物 101陣列，如第6圖所示。需強調的是，應用至電子裝置如 感測器夕工器、解多工器等之陣列的電子控制電路為一 般已知，且在本揭露書之期待範圍之内。 30 200423828 第7圖例示一用以形成第5@5f圖所示之_印 帶狀物m的製程之-實施例。該製程7⑼包括7〇2 I 中-具有-預設厚度之半導體主動層被定位，如第 示。通常，料導齡動層錢過_半_主動層 於-基板上的方式做成的。該製程在7G4中使—壓印曰層如 沉積於該半導體主動層上（如第5b圖所示）。在7〇6中/ ίο 15
印層502被壓印或標記’以產生該壓印層如之壓印和=壓 印部分(亦示於第5b圖）。在中，—保護層（亦即金屬 被沉積於該壓印層502之該壓印和非壓印部分，如第允圖9戶 示。該保制形成-硬罩幕以保能硬轉下之材料以^ 止進-频刻。該壓印層502之該非壓印部分（包括該保護 層之沉積於該壓印層的非壓印部分之部分)在71〇被剝落， 如第5d圖所不。該半導體主動層在712中被蚀刻，如第^圖 所示，其中該半導體主動層之位在剝落後仍然存續的該保 濩層下方之部分沒有被钱刻，而那些非位在該下方的部分 則被蝕刻。在714中，該保護層（如金屬層）之在7〇8中被沉積 之剝落步驟之後的存續部分被蝕刻，以產生該壓印製作帶 狀物101，如第5f圖所示。 第9圖例示一有別於第1圖之該壓印製作帶狀物101的 20 變化實施例。該壓印製作帶狀物101之第9圖實施例包括一 降壓區域902，其比該壓印製作帶狀物之其餘部分為窄。在 若干實施例中，該降壓區域可以在奈米或數十奈米之間。 相較於沒有該降壓區域之該壓印製作帶狀物101的電阻，使 用該降壓區域902可促成明顯增加之電阻。事實上，由於該 31 200423828 帶狀物之其餘部分遠大於該降壓區域9〇2,以致它與該降壓 區域比較之下所具有的電阻幾乎無足輕重。該降壓區域902 之使用允許該壓印製作帶狀物101之一相對小的部分被組 態以提供整體零件之期望的電性特性。因此，該壓印製作 5帶狀物可以非常多種可以輕鬆、正確且經濟之方式產出之 組態及應用生產與使用。 第8圖例示一控制器或電腦800之一實施例，該控制器 或電腦可利用第5a至5f圖所示之技術執行該方法700，以在 第3圖所示之該基板306上製造該壓印製作帶狀物1〇1。一處 10理部分或“fab”以802表示。該處理部分802可包括複數個處 理室811 ’該基板3〇6通常透過一機器控制機制812在該處理 室811之間轉移。處理流程之細節隨沉積且钱刻之材料的深 度、以及以IL壓印且蝕刻之圖案改變，甚至因不同的供應 商而異。化學氣相沉積、物理氣相沉積、電化學沉積以及 15反應離子蝕刻（RIE)等為已知之使特定材料在該處理部分 802中沉積以及/或者钱刻的製程。 该控制器或電腦800包括一中央處理單元(cpxj)852、一 記憶體858、支撐電路856、以及輸入/輸出（1/〇)電路854。 該CPU 852為一普通用途電腦，該電腦在透過執行該記憶體 2〇 858中所含之軟體859以程式化之後，會轉變成一特殊應用 電腦以控制該處理部分8〇2之硬體零件。該記憶體858可包 括唯讀記憶體、隨機存取記憶體、可移動儲存裝置、硬碟 機、或任何形式之數位記憶體裝置。該1/〇電路包括習知的 顯示裝置，以供資料以及鍵盤、滑鼠、追蹤球之輸出，或 32 200423828 者資料之輸入，以使該控制器或電腦800程式化俾決定該产 理部分繼（包括該處理部份中所含之相關機器控制動疋作= 執行的製程。該支援電路856為此項技藝中已知的，且包括 緩衝記憶體、時鐘、電力供應部分等電路。 匕
5 該記憶體858包含控制軟體，該控制軟體在被該CPU 852執行時’使該控制器或電腦8〇〇以數位方式 部分802之各種零件。以該控制軟體執行之該製程的=說 明係參考第6圖做成，如第域分圖所示。在另一實施例 中’該控制器或電腦800可以是類比的。舉例來說，特二應 · 10用積體電路可以控制該處理部分802中所產生的製程。 雖然本發明已經以結構特徵和方法步驟之特定語言說 明如上’吾人應該明白’界定於隨附申請專利範圍中之本 發明並不-定僅限於所述之特定特徵或步驟。相反地，被 揭示之該等特定特徵和步驟代表實現本發明之較佳形式。 15 【圓式簡單說^明】 第1圖為-頂視圖，例示一壓印製作帶狀物之實施例； 第2圖為-頂視圖，例示一壓印製作帶狀物之另一實施 · 例； 第3圖為一透視圖，例示一絕緣層上覆矽（s〇i)基板， 20該基板之上可以具有一或多個第㈣圖所示之該壓印製作 帶狀物； 第4圖為-透視圖，顯示—以電子或穿孔形成之電流， 該電子或穿孔穿過第冰2圖所示之一該壓印製作帶狀物； 第5a至5fil例示一可用以製造一或多個該壓印製作帶 33 200423828 狀物之技術的實施例； 第6圖例示一壓印製作帶狀物陣列之實施例； 第7圖例示一製程之實施例的流程圖，該製程可用以製 造如第5a至5f圖所示之該壓印製作帶狀物； 第8圖顯示一電腦或控制器之一實施例的方塊圖，該電 月包或控制器可控制第7圖所示之該製程的操作；以及 第9圖顯示第2圖所示之該壓印製作帶狀物的另一實施 例0 圓式之主要元件代表符號表
502···壓印層 5〇4···金屬層 507…溝槽 507···印記 512…地形圖案 600···陣列 700···製程 8〇〇···控制器或電腦 802…處理部分 811···處理室 812···機器控制機制 852···中央處理單元 854···輸入/輪出電路 856···支援電路 858···記憶體 859…軟體 902···降壓區域 L···距離
1〇〇···壓印製作感測器 101···壓印製作帶狀物 102···電壓或電流源 104、106···外部電力觸點 107···電壓計 108、110···内部電力觸點 112、114···導線 115…電路 120、122···電力觸點 302.. .主動層 304…電絕緣層 305…樣板或鑄模 306.. .基板 308.. .終端 317.. .處理機 402…電子、穿孔 404.. .帶電粒子 410.. .箭頭 34