TW202213802A - 電容式生物感測器 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種電容式生物感測器。電容式生物感測器包括：電晶體、設置於電晶體上的內連線結構以及設置於內連線結構上的鈍化層。內連線結構包括電晶體上的第一金屬結構、第一金屬結構上的第二金屬結構以及第二金屬結構上的第三金屬結構。第三金屬結構包括依序堆疊的第一導電層、第二導電層與第三導電層。鈍化層具有開口，其露出部分的第三金屬結構。電容式生物感測器更包括設置於內連線結構上的感測區。感測區包括第一感測電極與第二感測電極，第一感測電極係由第三導電層形成，且第二感測電極係設置於鈍化層上。

Description

電容式生物感測器

本發明實施例是關於一種生物感測器，特別是關於一種電容式生物感測器。

生物感測器係用於感測及偵測生物分子且基於電子、電化學、光學及機械偵測原理操作之裝置。包含電晶體之生物感測器係電感測生物分子之電荷、光子及機械性質之感測器。可藉由偵測生物分子本身或透過指定反應劑與生物分子之間之相互作用及反應而執行偵測。這些生物感測器可使用半導體製程來製造，可快速轉換電訊號，且可容易應用於積體電路(integrated circuit, IC)與微機電系統(microelectromechanical systems, MEMS)。

本發明實施例提供一種電容式生物感測器。電容式生物感測器包括：電晶體；內連線結構，設置於電晶體上，內連線結構包括設置於電晶體上的第一金屬結構、設置於第一金屬結構上的第二金屬結構以及設置於第二金屬結構上的第三金屬結構，其中第三金屬結構包括依序堆疊的第一導電層、第二導電層與第三導電層，其中該第一導電層與該第三導電層分別包括一第一導電塗層以及位於該第一導電塗層上的一第二導電塗層；鈍化層，設置於內連線結構上，鈍化層具有開口，其露出部分的第三金屬結構；以及感測區，設置於內連線結構上，感測區包括第一感測電極與第二感測電極。

本發明實施例更提供一種電容式生物感測器的製造方法。電容式生物感測器的製造方法包括：提供電晶體；於電晶體上形成內連線結構，內連線結構包括設置於電晶體上的第一金屬結構、設置於第一金屬結構上的第二金屬結構以及設置於第二金屬結構上的第三金屬結構，其中第三金屬結構包括依序堆疊的第一導電層、第二導電層與第三導電層，該第一導電層與該第三導電層分別包括一第一導電塗層以及位於該第一導電塗層上的一第二導電塗層，且其中第三導電層形成感測電容的第一感測電極；於內連線結構上沉積鈍化層；於一部分的鈍化層上沉積感測電容的第二感測電極；以及於鈍化層中形成開口，其露出部分的第三金屬結構。

以下揭露提供了許多的實施例或範例，用於實施所提供的標的物之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本發明實施例之說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例而言，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。此外，本發明實施例可能在各種範例中重複元件符號以及∕或字母。如此重複是為了簡明和清楚之目的，而非用以表示所討論的不同實施例及∕或配置之間的關係。

再者，其中可能用到與空間相對用詞，例如「在……下方」、「下方」、「較低的」、「在……之上」、「上方」、「較高的」等類似用詞，是為了便於描述圖式中一個(些)部件或特徵與另一個(些)部件或特徵之間的關係。空間相對用詞用以包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。

在此，「約」、「大約」、「大抵」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，較佳是10%之內，且更佳是5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。應注意的是，說明書中所提供的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」之含義。

雖然所述的一些實施例中的步驟以特定順序進行，這些步驟亦可以其他合邏輯的順序進行。在不同實施例中，可替換或省略一些所述的步驟，亦可於本發明實施例所述的步驟之前、之中、及/或之後進行一些其他操作。本發明實施例中的高電子移動率電晶體可加入其他的特徵。在不同實施例中，可替換或省略一些特徵。

本發明實施例所提供的電容式生物感測器可相容於本發明所屬技術領域中所熟知的金屬氧化物半導體(metal-oxide-semiconductor, MOS)製程。在MOS後段(back end of line, BEOL)製程中，內連線結構中最上層金屬結構的導電塗層可直接作為電容式生物感測器的第一感測電極，而不需要額外沉積第一感測電極的膜層。由於現有的生物感測器使用白金作為第一、第二感測電極的材料，且需要搭配較大的導電柱以降低阻值，導致生產成本較高。相較之下，本發明實施例可減少電容式生物感測器的製程複雜度與成本，且可降低裝置整體的厚度。此外，本發明實施例更利用了側壁間隔物(sidewall spacer)來保護電容式生物感測器的第一、第二感測電極，以防止生物樣品中的酸性成分侵蝕第一、第二感測電極。電容式生物感測器的感測電極受損會影響生物樣品的附著度，且量測到的電容值也會因此受到影響，導致電容式生物感測器的敏感度下降。

第1圖是根據本發明的一些實施例，繪示出在製造電容式生物感測器10的過程中各個中間階段的剖面圖。詳細而論，第1圖是根據本發明的一些實施例的電晶體100的簡化示意圖。第1圖中，電晶體100係設置於基板1000上，且包括源極區1002、汲極區1004與閘極1006。源極區1002與汲極區1004形成於基板1000中，且閘極1006形成於基板1000上。第1圖所示的電晶體100僅為例示性的，本發明並非以此為限。電晶體100可為任何型態的電晶體，例如P型金屬氧化物半導體場效電晶體(P-type MOS field-effect transistor, PMOSFET)、N型金屬氧化物半導體場效電晶體(N-type MOSFET, NMOSFET)或互補式金屬氧化物半導體場效電晶體(complementary MOSFET, CMOSFET)。

第2-4與5A圖是根據本發明的一些實施例，繪示出在製造電容式生物感測器10的過程中各個中間階段的剖面圖。參照第2圖，電晶體100上更形成有介電層1007與接觸件(contact)1008。介電層1007係形成於基板1000上。介電層1007可包括由一或多種介電材料形成的多層結構，例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、磷矽酸鹽玻璃(phosphosilicate glass, PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass, BPSG)、低介電常數(low-k)介電材料、其他適合的介電材料或前述之組合。低介電常數介電材料可包括氟矽酸鹽玻璃(fluorinated silica glass, FSG)、碳摻雜氧化矽(carbon doped silicon oxide)、非晶質氟化碳(amorphous fluorinated carbon)、聚對二甲苯(parylene)、苯並環丁烯 (benzocyclobutenes, BCB)、聚亞醯胺(polyimide, PI)或前述之組合。

接觸件1008形成穿過介電層1007且各別接觸源極區1002、汲極區1004與閘極1006，以形成電晶體100與後續形成的內連線結構之間的電性連接。接觸件1008可包括任何合適的導電材料，例如鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、矽化鎳(NiSi)、矽化鈷(CoSi)、碳化鉭(TaC)、矽氮化鉭(TaSiN)、碳氮化鉭(TaCN)、鋁化鈦(TiAl)，鋁氮化鈦(TiAlN)、其他適合的導電材料或前述之組合。

再次參照第2圖，於電晶體100上形成內連線結構102中第一金屬結構102A的金屬層1023。例如，可先於電晶體100上沉積金屬層1023的材料，再利用合適的蝕刻製程移除部分的金屬層1023的材料，以形成第一金屬結構102A。金屬層1023可包括任何合適的導電材料，例如鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)、矽化鎳(NiSi)、矽化鈷(CoSi)、碳化鉭(TaC)、矽氮化鉭(TaSiN)、碳氮化鉭(TaCN)、鋁化鈦(TiAl)，鋁氮化鈦(TiAlN)、其他適合的導電材料或前述之組合。可利用物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)、金屬有機化學氣相沉積(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD)、其他合適的沉積技術或前述之組合沉積金屬層1023的材料。

在一些實施例中，如第2圖所示，第一金屬結構102A可更包括設置於金屬層1023之上與之下的其他膜層(例如，膜層1022與1026)，其他膜層將於後文詳細說明。在一些實施例中，可先沉積金屬層1023的材料，再利用合適的蝕刻製程移除金屬層1023一部分的材料，以形成第一金屬結構102A。

接著，請參照第3圖，於介電層1007上形成金屬層間介電層(inter-metal dielectric, IMD)1028。金屬層間介電層1028的材料可與介電層1007相同或相似，於此不再重複說明。在一些其他的實施例中，除了前述形成第一金屬結構102A的方法外，亦可利用鑲嵌製程(damascene process)於金屬層間介電層1028中形成第一金屬結構102A。具體而言，先沉積金屬層間介電層1028，再於金屬層間介電層1028中形成用於第一金屬結構102A的開口。接著，於金屬層間介電層1028上分別沉積第一導電層1022、金屬層1023與第三導電層1026的材料並填充於開口中。進行平坦化製程移除過多的材料，以形成第一金屬結構102A。

形成金屬層間介電層1028後，利用圖案化製程於金屬層間介電層1028中形成多個開口(未繪示)，並透過合適的沉積製程於金屬層間介電層1028上沉積金屬材料，以填充上述開口而形成導電柱(conductive pillar)1027。形成導電柱1027的材料可與接觸件1008相同或相似，於此不再重複說明。圖案化製程包括光學微影(photolithography)製程與蝕刻製程。在一些實施例中，光學微影製程可包括光阻塗佈(photoresist coating)、軟烘烤(soft baking)、硬烘烤(hard baking)、遮罩對準(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光後烘烤、顯影(developing)光阻、潤洗(rinsing)、乾燥(drying)或其他合適的製程。在一些實施例中，蝕刻製程可包括乾式蝕刻製程、濕式蝕刻製程或前述之組合。例如，乾式蝕刻製程可包括反應離子蝕刻(reactive ion etch, RIE)製程或電漿蝕刻製程等。接著，可利用與上述相同的沉積製程與圖案化製程來形成更多的金屬結構(如第3圖所示的第二金屬結構102B與第三金屬結構102C)與金屬層間介電層1028以產生內連線結構102。

如第3圖所示，內連線結構102係由第一金屬結構102A、第二金屬結構102B、第三金屬結構102C、金屬層間介電層1028以及導電柱1027所形成的多層結構。然而，應注意的是，第3圖與後續圖式所示的內連線結構102中的金屬結構與導電柱的數目僅為例示性的，本發明並非以此為限。亦即，本發明實施例的內連線結構102可包括更多的金屬結構與導電柱。舉例而言，第三金屬結構102C(其投影面積與作為電容式生物感測器10的第一感測電極106相同)藉由至少二個導電柱1027與第二金屬結構102B電性連接。內連線結構102中第三金屬結構102C的金屬層於此稱作為最上層金屬層1029。

如第3圖所示，第三金屬結構102C更包括第一導電層1022與第三導電層1026，而最上層金屬層1029則是作為第三金屬結構102C的第二導電層。亦即，第三金屬結構102包括第一導電層1022與第二導電層1029以及第三導電層1026。

詳細而論，形成第二導電層1029之前，可先於內連線結構102上形成第一導電層1022，以加強金屬層1023與內連線結構102之間的黏著性。在一些實施例中，第一導電層1022可包括第一導電塗層1020與設置於第一導電塗層1020上的第二導電塗層1021。第一導電塗層1020的材料可包括鈦、鉭、釕等或前述之組合。在一特定實施例中，第一導電塗層1020的材料可為鈦。第二導電塗層1021的材料可包括氮化鈦、氧化鈦、氮化鉭、氧化鉭、氮化釕、氧化釕等或前述之組合。在一特定實施例中，第二導電塗層1021的材料可為氮化鈦。可利用合適的沉積製程如物理氣相沉積、原子層沉積、金屬有機化學氣相沉積、其他合適的沉積技術或前述之組合沉積第一導電塗層1020與第二導電塗層1021。在一些實施例中，第一導電塗層1020的厚度可介於約100Å至約300Å之間的範圍，例如約為200Å。在一些實施例中，第二導電塗層1021的厚度可介於約1000Å至約2000Å之間的範圍，例如約為1500Å。

再者，進一步於第二導電層1029上形成第三導電層1026。第三金屬結構102C的第三導電層1026將作為電容式生物感測器10的第一感測電極，於此亦以元件符號106表示。在一些實施例中，第三導電層1026可包括第一導電塗層1024與設置於第一導電塗層1024上的第二導電塗層1025。第一導電塗層1024的材料可包括鈦、鉭、釕等或前述之組合。在一特定實施例中，第一導電塗層1024的材料可為鈦。第二導電塗層1025的材料可包括氮化鈦、氧化鈦、氮化鉭、氧化鉭、氮化釕、氧化釕等或前述之組合。在一特定實施例中，第二導電塗層1025的材料可為氮化鈦。可利用合適的沉積製程如物理氣相沉積、原子層沉積、金屬有機化學氣相沉積、其他合適的沉積技術或前述之組合沉積第一導電塗層1024與第二導電塗層1025。在一些實施例中，第一導電塗層1024的厚度可介於約100Å至約300Å之間的範圍，例如約為200Å。在一些實施例中，第二導電塗層1025的厚度可介於約1000Å至約2000Å之間的範圍，例如約為1500Å。

如同上述，在一些實施例中，第一金屬結構102A與第二金屬結構102B可更包括第一導電層1022與第三導電層1026。在此些實施例中，第一導電層1022可包括第一導電塗層1020與第二導電塗層1021，且第三導電層1026可包括第一導電塗層1024與第二導電塗層1025。

應注意的是，在第2、3圖以及後續圖式中，雖然內連線結構102的第一金屬結構102A與第二金屬結構102B係繪示為可具有相同的層數，但本發明並非以此為限。在其他實施例中，第一金屬結構102A與第二金屬結構102B也可各自包括相同或不同的2至6層的導電層。在更一些實施例中，第一金屬結構102A與第二金屬結構102B除了金屬層1023也可不包括其餘膜層。

以內連線結構102中第三金屬結構102C的第三導電層1026作為第一感測電極106，可使得後續製程可相容於本發明所屬技術領域中所熟知的金屬氧化物半導體後段製程。不需要利用額外的製程形成第一感測電極的膜層。如此一來，不僅可減少製程複雜度與成本，更可降低裝置整體的厚度。

接著，參照第4圖，於內連線結構102中最上層的金屬層間介電層1028上順應地(conformally)形成鈍化層104。鈍化層104的材料可包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、磷矽酸鹽玻璃、硼磷矽酸鹽玻璃、低介電常數介電材料、其他適合的介電材料或前述之組合。低介電常數介電材料包括氟矽酸鹽玻璃、碳摻雜氧化矽、非晶質氟化碳、聚對二甲苯、苯並環丁烯、聚亞醯胺或前述之組合。在一特定實施例中，鈍化層104的材料可為氮氧化矽。

在一些實施例中，鈍化層104的厚度可介於約5000Å至約7000Å之間的範圍，例如約為6000Å。在一些實施例中，鈍化層104的折射率可介於約1.6至約2.6之間的範圍，例如約為2.0。在一些實施例中，鈍化層104的介電常數可介於約5至約10之間的範圍，例如約為7.5。鈍化層104具有上述範圍內的折射率與介電常數，可使得生物樣品中的生物分子對於鈍化層104具有較高的貼附性，進而增加電容式生物感測器10的偵測準確度。

再次參照第4圖，於鈍化層104上形成第二感測電極108。可先順應地沉積第二感測電極108的材料，再利用合適的蝕刻製程移除部分的第二感測電極108的材料，以形成第二感測電極108。在一些實施例中，如第4圖所示，第二感測電極108於剖面圖中具有U形輪廓。在一些實施例中，第二感測電極108可包括第一電極層1082與設置於第一電極層1082上的第二電極層1084。第一電極層1082的材料可包括鈦、鉭、釕等或前述之組合。在一特定實施例中，第一電極層1082的材料可為鈦。第二電極層1084的材料可包括氮化鈦、氧化鈦、氮化鉭、氧化鉭、氮化釕、氧化釕等或前述之組合。在一特定實施例中，第二電極層1084的材料可為氮化鈦。可利用合適的沉積製程如物理氣相沉積、原子層沉積、金屬有機化學氣相沉積、其他合適的沉積技術或前述之組合沉積第一電極層1082與第二電極層1084。在一些實施例中，第一電極層1082的厚度可介於約100Å至約300Å之間的範圍，例如約為200Å。在一些實施例中，第二電極層1084的厚度可介於約1000Å至約2000Å之間的範圍，例如約為1500Å。第二電極層1084具有介於上述範圍內之厚度可於分析生樣品的過程中，為下方的第一電極層1082提供足夠的保護，以使裝置具有較高的穩定度。

接著，參照第5A圖，於第二感測電極108的側壁上形成側壁間隔物116。在一些實施例中，側壁間隔物116可由氮化物所形成，例如氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、碳氮化矽、類似材料或前述之組合。在一特定實施例中，側壁間隔物116的材料可為氮氧化矽。在一些實施例中，側壁間隔物116的折射率可介於約1.6至約2.6之間的範圍，例如約為2.0。在一些實施例中，側壁間隔物116的介電常數可介於約5至約10之間的範圍，例如約為7.5。側壁間隔物116具有上述範圍內的折射率與介電常數，可使得生物樣品中的生物分子較易貼附於感測區110中，特別是第二感測電極108的周圍，進而增加電容式生物感測器的偵測準確度。

可利用合適的沉積製程如化學氣相沉積、物理氣相沉積、原子層沉積、其他合適的技術或前述之組合，先於鈍化層104上沉積側壁間隔物116的材料。接著，利用非等向性(anisotropic)蝕刻製程移除部分的沉積側壁間隔物116的材料，以於上電極108的側壁上形成側壁間隔物116。側壁間隔物116可保護第二感測電極108的底部不受生物樣品的酸性成分侵蝕，進而防止電容式生物感測器10的性能受到影響。

再次參照第5A圖，蝕刻鈍化層104而形成開口114以露出第一感測電極106(亦即，最上層金屬層1029上的第三導電層1026)。露出的第一感測電極106可與生物樣品接觸並與第二感測電極108形成感測電容。露出的第一感測電極106與第二感測電極108所在的區域於此稱作為「感測區110」。感測區110係用以容置欲偵測的生物樣品。本發明實施例的電容式生物感測器10是藉由第一感測電極106與第二感測電極108所形成的感測電容，來偵測不同生物樣品間的電容差異，進而判斷生物樣品中的組成成分。

如第5A圖所示，本發明實施例的電容式生物感測器10包括電晶體100、設置於電晶體100上的內連線結構102以及設置於內連線結構102上的鈍化層104。內連線結構102包括第一金屬結構102A、第一金屬結構102A上的第二金屬結構102B以及第二金屬結構102B上的第三金屬結構102C。第三金屬結構102C包括第一導電層1022、第二導電層1029(亦為最上層金屬層1029)以及第三導電層1026依序堆疊而成。鈍化層104具有開口114，其露出部分的第三金屬結構102C。電容式生物感測器10更包括感測區110，其係設置於內連線結構102上。感測區110包括第一感測電極106與第二感測電極108，第一感測電極106係由第三金屬結構102C的第三導電層所形成，且第二感測電極108係設置於鈍化層104上。電容式生物感測器10更包括設置於第二感測電極108的側壁上的側壁間隔物116。在一些實施例中，第二感測電極108包括第一電極層1082以及設置於第一電極層1082上的第二電極層1084。

在第1-4與5A圖所示的實施例中，電容式生物感測器的形成製程可相容於常規的MOS後段製程。以內連線結構中最上層金屬結構的導電塗層作為電容式生物感測器的第一感測電極，不需要額外沉積第一感測電極的膜層，可使得裝置整體的形貌(topography)較為一致。相較於使用非常規的MOS後段製程，例如白金作為電極材料的生物感測器，以最上層金屬結構的導電塗層作為電容式生物感測器的第一感測電極不僅可減少製程複雜度與成本，更可降低裝置整體的厚度並提供較佳的結構穩定性。此外，利用側壁間隔物來保護電容式生物感測器的第二感測電極，可防止生物樣品中的酸性成分侵蝕第二感測電極而影響電容式生物感測器的性能。再者，電容式生物感測器中的鈍化層與側壁間隔物包括具有特定性質(例如，特定範圍內的厚度、折射率與介電常數等)的材料，可使得生物樣品中的生物分子較易於貼附在第一、第二感測電極所形成的感測區，以增強偵測準確度。

第5B圖是根據本發明的其他實施例，繪示出電容式生物感測器10的剖面圖。第5B圖所示的實施例與第1-4與5A圖的實施例的差異在於先在鈍化層104中形成開口114，再形成側壁間隔物116。因此，側壁間隔物116除了形成於第二感測電極108的側壁上，亦可形成於開口114的側壁上。換言之，可於同一製程中同時形成位於第二感測電極108的側壁上以及開口114的側壁上的側壁間隔物116。如此一來，側壁間隔物116不僅可保護感測區110中的第二感測電極108，也可進一步地保護第一感測電極106不受生物樣品中的酸性成分侵蝕。

第6圖是根據本發明的一些實施例，繪示出電容式生物感測器10的上視圖。感測區110包括露出的第一感測電極106以及第二感測電極108。在一些實施例中，如第6圖所示，開口114於上視圖中具有環狀結構。在開口114於上視圖中具有環狀結構的實施例中，第二感測電極108係設置於開口114環狀結構的中心。在一些實施例中，電容式生物感測器10更包括附接墊112(attachment pad)。如第6圖所示，開口114亦可形成於感測區110以外的鈍化層104中，以露出感測區110以外第三金屬結構102C的第三導電層1026作為附接墊112，而用以對外部的元件形成電性連接或提供第一感測電極106一外部訊號。雖然第6圖中僅繪示出兩個附接墊112，但本發明並非以此為限。在其他的實施例中，電容式生物感測器10可包括更多或更少的附接墊112。

第7圖是利用本發明實施例的電容式生物感測器10偵測生物樣品118的示意圖。如第7圖所示，將生物樣品118置於電容式生物感測器10的感測區110中。在一些實施例中，生物樣品118可包括去氧核醣核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)或核醣核酸(ribonucleic acid, RNA)。生物樣品118所形成的液珠可覆蓋感測區110的第二感測電極108以及透過開口118所露出的第一感測電極106。電容式生物感測器10可利用第一感測電極106與第二感測電極108所形成的感測電容，來偵測不同生物樣品118的電容差異，進而判斷生物樣品118中的組成成分。具體而言，例如，在生物樣品118包括去氧核醣核酸(DNA)的實施例中，電容式生物感測器10可利用感測區110中的第一感測電極106與第二感測電極108所形成的感測電容，偵測不同生物樣品118之間的電容差異，而判斷生物樣品118中的去氧核醣核酸的鹼基(例如，腺嘌呤(adenine, A)、鳥嘌呤(guanine, G)、胞嘧啶(cytosine, C)、胸腺嘧啶(thymine, T))組成。

根據本發明的一些實施例，由於鈍化層104與側壁間隔物116具有特定的折射率以及介電常數，生物樣品118中的去氧核醣核酸較易於貼附於感測區110。如此一來，可提升電容式生物感測器10的偵測準確度。

綜上所述，本發明實施例所提供的電容式生物感測器係利用常規的MOS後段製程，以內連線結構中最上層金屬結構的導電塗層作為電容式生物感測器的第一感測電極，不需要額外沉積第一感測電極的膜層，可使得裝置整體的形貌較為一致。相較於現有使用白金作為電極材料的生物感測器，可減少製程複雜度與成本，也可降低裝置整體的厚度並提供較佳的結構穩定性。此外，利用側壁間隔物來保護電容式生物感測器的第一、第二感測電極，可防止生物樣品中的酸性成分侵蝕第一、第二感測電極而影響電容式生物感測器的性能。再者，電容式生物感測器中的鈍化層與側壁間隔物包括具有特定性質(例如，特定範圍內的厚度、折射率與介電常數等)的材料，可使得生物樣品中的生物分子較易於貼附在上下電極所形成的感測區，以增強偵測準確度。

以上概述本發明數個實施例的特徵，以便在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可更易理解本發明實施例的觀點。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解，他們能以本發明實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及∕或優勢。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者也應理解到，此類等效的製程和結構並無悖離本發明的精神與範圍，且他們能在不違背本發明之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。

10:電容式生物感測器 100:電晶體 1000:基板 1002:源極區 1004:汲極區 1006:閘極 1007:介電層 1008:接觸件 102:內連線結構 102A:第一金屬結構 102B:第二金屬結構 102C:第三金屬結構 1022:第一導電層 1023:金屬層 1020,1024:第一導電塗層 1021,1025:第二導電塗層 1026:第三導電層 1027:導電柱 1028:金屬層間介電層 1029:最上層金屬層/第二導電層 104:鈍化層 106:第一感測電極 108:第二感測電極 1082:第一電極層 1084:第二電極層 110:感測區 112:附接墊 114:開口 116:側壁間隔物 118:生物樣品

以下將配合所附圖式詳述本發明實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，可任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本發明實施例的特徵。 第1-4與5A圖是根據本發明的一些實施例，繪示出在製造電容式生物感測器的過程中各個中間階段的剖面圖。 第5B圖是根據本發明的其他實施例，繪示出電容式生物感測器的剖面圖。 第6圖是根據本發明的一些實施例，繪示出電容式生物感測器的上視圖。 第7圖是利用本發明實施例的電容式生物感測器偵測生物樣品的使用狀態示意圖。

10:電容式生物感測器

100:電晶體

1000:基板

1002:源極區

1004:汲極區

1006:閘極

1007:介電層

1008:接觸件

102:內連線結構

102A:第一金屬結構

102B:第二金屬結構

102C:第三金屬結構

1022:第一導電層

1020,1024:第一導電塗層

1021,1025:第二導電塗層

1026:第三導電層

1027:導電柱

1028:金屬層間介電層

1029:最上層金屬層/第二導電層

104:鈍化層

106:第一感測電極

108:第二感測電極

1082:第一電極層

1084:第二電極層

110:感測區

114:開口

116:側壁間隔物

Claims (12)

1. 一種電容式生物感測器，包括： 一電晶體； 一內連線結構，設置於該電晶體上，該內連線結構包括： 一第一金屬結構，設置於該電晶體上； 一第二金屬結構，設置於該第一金屬結構上；以及 一第三金屬結構，設置於該第二金屬結構上，其中該第三金屬結構層包括一第一導電層、一第二導電層與一第三導電層依序堆疊，其中該第一導電層與該第三導電層分別包括一第一導電塗層以及位於該第一導電塗層上的一第二導電塗層； 一鈍化層，設置於該內連線結構上，其中該鈍化層具有一開口，該開口露出部分的該第三金屬結構；以及 一感測區，設置於該內連線結構上，該感測區包括： 一第一感測電極，係由該第三導電層形成；以及 一第二感測電極，設置於該鈍化層上。
2. 如請求項1之電容式生物感測器，其中該開口在上視圖中具有一環狀結構，且該第二感測電極係設置於該環狀結構中。
3. 如請求項1之電容式生物感測器，更包括： 一介電層，設置於該電晶體與該第一金屬結構之間； 一第一金屬層間介電層，設置於該第一金屬結構與該第二金屬結構之間；以及 一第二金屬層間介電層，設置於該第二金屬結構與該第三金屬結構之間，其中該第三金屬結構藉由至少二個導電柱與該第二金屬結構電性連接。
4. 如請求項1之電容式生物感測器，其中該第二感測電極在剖面圖中具有一U形輪廓。
5. 如請求項1之電容式生物感測器，更包括一側壁間隔物，設置於該開口的側壁上。
6. 如請求項1之電容式生物感測器，更包括一側壁間隔物，設置於該第二感測電極的側壁上。
7. 如請求項1之電容式生物感測器，其中該鈍化層的折射率介於1.6至2.6之間的範圍。
8. 如請求項1之電容式生物感測器，其中該鈍化層的介電常數介於5至10之間的範圍。
9. 如請求項1之電容式生物感測器，其中該鈍化層包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、磷矽酸鹽玻璃、硼磷矽酸鹽玻璃、氟矽酸鹽玻璃、碳摻雜氧化矽、非晶質氟化碳、聚對二甲苯、苯並環丁烯、聚亞醯胺或上述之組合。
10. 如請求項1之電容式生物感測器，其中該第一導電塗層包括鈦、鉭、釕或前述之組合，且該第二導電塗層包括氮化鈦、氧化鈦、氮化鉭、氧化鉭、氮化釕、氧化釕或前述之組合。
11. 如請求項1之電容式生物感測器，其中該第二感測電極包括一第一電極層以及設置於該第一電極層上的一第二電極層，且其中該第一電極層包括鈦、鉭、釕或前述之組合，且該第二電極層包括氮化鈦、氧化鈦、氮化鉭、氧化鉭、氮化釕、氧化釕或前述之組合。
12. 如請求項1之電容式生物感測器，更包括一偵測生物樣品，其中該偵測生物樣品覆蓋該第一感測電極與該第二感測電極。

Images