TWI719590B - 形成離子感測器之方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於製造一感測器之方法，其包含：蝕刻安置在一基板上之一絕緣體層，以限定曝露安置在所述基板上的一感測器的一感測器表面的一開口，在所述感測器表面上形成一原生氧化物；用一惰性氣體濺射所述感測器表面，以至少部分地從所述感測器表面移除所述原生氧化物；及在一氫氣氛圍中對所述感測器表面進行退火。

Description

形成離子感測器之方法
相關申請案之交叉參考
本申請要求2018年8月17日提交的美國臨時申請第62/719,576號的權益，其以全文引用之方式併入本文中。
本發明一般係指形成離子感測器之方法及藉此形成的感測器。
在如環境監測及基因測序的多種工業中，越來越關注利用小規模感測器來偵測離子濃度的變化，諸如指示pH的氫或水合氫離子濃度的變化。對於環境監測，河流中離子濃度的變化可能指示上游的新採礦操作，或者可能指示湖泊的季節性變化或沿著沿海支流流入的微咸水。此外，小規模離子感測器可用於生物化學應用，諸如基因測序，其中氫或水合氫離子濃度的增加可指示核苷酸在延伸的聚核苷酸上的併入。在各情況下，從離子感測器發出的信號品質都會影響量測的準確性。
特別地，用於形成這種離子感測器的半導體處理影響與感測器相關聯的信雜比及偏移電位，或者相對於環境雜訊削弱信號或者產生使得難以量測或偵測信號的偏移。當使用與微井相關聯的感測器陣列時，這些問題尤其明顯。在感測器陣列中，陣列中的感測器之間的偏移可變性導致信號處理的困難。因此，用於形成感測器表面的半導體製程會不利地影響感測器的效能。
在實例實施例中，用於形成離子敏感感測器的製程包含蝕刻絕緣材料以形成井，曝露感測器墊並移除蝕刻製程中使用的光阻。製程進一步包含在含氫氣氛圍中使離子感測器墊退火並在含氧氣氛圍中進行退火。視情況，感測器墊安置在微井的底部。在替代實例中，導電層可在感測器墊及微井的側壁的至少一部分上延伸，以延伸感測器表面區域。
在實例中，離子感測器可用於基因測序。圖1說明了根據實例實施例的用於核酸測序的系統的組件的方塊圖。組件包含積體電路裝置100上的流槽101、參考電極108、用於測序的複數個試劑114、閥塊116、洗滌溶液110、閥112、流體學控制器118、管線120/122/126、通路104/109/111、廢物容器106、陣列控制器124及使用者介面128。積體電路裝置100包含上覆包含如本文中所描述的化學感測器的感測器陣列的微井陣列107。流槽101包含入口102、出口103及在微井陣列107上限定試劑114流動路徑的流動腔室105。參考電極108可為任何合適類型或形狀，包含具有嵌入通路111的內腔中的流體通路或接線的同心圓柱體。試劑114可藉由泵、氣體壓力、真空或其他合適的方法驅動通過流體通路、閥及流槽101，並且可以在離開流槽101的出口103之後被丟棄到廢物容器106中。流體學控制器118可以用合適的軟體控制試劑114的驅動力以及閥112與閥塊116的操作。
微井陣列107包含反應區，在本文中亦稱為微井（microwells），其在操作上與感測器陣列中的相應化學感測器相關聯。例如，各反應區可耦接至適合於偵測所述反應區內所關注的分析物或反應特性的化學感測器。微井陣列107可整合於積體電路裝置100中，使得微井陣列107及感測器陣列為單一裝置或晶片的一部分。流槽101可具有用於控制微井陣列107上的試劑114的路徑及流動速率的多種組態。陣列控制器124向積體電路裝置100提供偏壓電壓以及定時及控制信號，以讀取感測器陣列的化學感測器。陣列控制器124亦提供參考偏壓電壓至參考電極108以加偏壓於在微井陣列107上流動的試劑114。
在操作中，陣列控制器124經由總線127通過積體電路裝置100上的輸出埠收集及處理來自感測器陣列的化學感測器的輸出信號。陣列控制器124可為電腦或其他計算構件。陣列控制器124可包含用於儲存資料及軟體應用程式的記憶體，用於存取資料並執行應用程式的處理器，及促進與圖1中的系統的各種組件通信的組件。在所示實施例中，陣列控制器124在積體電路裝置100的外部。在一些替代實施例中，由陣列控制器124執行的一些或所有功能由積體電路裝置100上的控制器或其他資料處理器進行。來自化學感測器的輸出信號的值指示在微井陣列107中的相應反應區中發生的一個或多個反應的物理或化學參數。使用者介面128可顯示關於以下資訊：流槽101及在積體電路裝置100上從感測器陣列中的化學感測器接收的輸出信號。使用者介面128亦可顯示器具設定及控制並允許使用者鍵入或設定器具設定及控制。
在一些實施例中，流體學控制器118可控制個別試劑114以預定序列歷時預定持續時間，以預定流動速率至流槽101及積體電路裝置100的遞送。然後，陣列控制器124可收集並分析指示回應於遞送試劑114而發生的化學反應的化學感測器的輸出信號。在實驗期間，系統還可以監測及控制積體電路裝置100的溫度，使得在已知的預定溫度下發生反應並進行量測。
系統可經組態以使單一流體或試劑在操作期間在整個多步驟反應中接觸參考電極108。可關閉閥112以防止在試劑114流動時任何洗滌溶液110流動至通路109。儘管可停止洗滌溶液的流動，但在參考電極108、通路109與微井陣列107之間仍可存在不間斷的流體及電通信。參考電極108與通路109及111之間的接合點之間的距離可經選擇，使得流動於通路109中（且可能擴散至通路111中）的很少或沒有量的試劑到達參考電極108。在實例實施例中，可以將洗滌溶液110選擇為與參考電極108連續接觸，這對於使用頻繁洗滌步驟的多步驟反應尤其有用。
圖2示出了積體電路裝置100與流槽101的一部分的橫截面圖與展開圖。積體電路裝置100包含與感測器陣列205可操作地相關聯的反應區的微井陣列107。在操作期間，流槽101的流動腔室105橫跨微井陣列107中的反應區的開口端限制所遞送試劑的試劑流208。反應區的容積、形狀、縱橫比（諸如基底寬度與井深度之比）及其他維度特徵可基於發生的反應的本質以及所利用試劑、副產物或標記技術（若存在）進行選擇。感測器陣列205的化學感測器回應於（並產生相關於其的輸出信號）微井陣列107中的相關聯反應區內的化學反應以偵測所關注的分析物或反應特性。感測器陣列205的化學感測器可例如為化學敏感場效電晶體（chemFET），諸如離子敏感場效電晶體（ISFET）。
本文提供了用於偵測反應的裝置。反應可以位於反應區，並且相同類型的複數個反應可以在相同的反應區中發生。可能發生的反應可為導致反應副產物的偵測或指示反應的信號的偵測的化學反應。感測器可以位於反應區附近並且可以偵測反應副產物或信號。感測器可為CMOS類型的感測器。在一些實施例中，感測器可以偵測氫離子、水合氫離子、氫氧化物離子或焦磷酸鹽的釋放。在一些實施例中，感測器可偵測帶電探針分子的存在。
圖3示出了代表性反應區301與化學感測器314。反應區可為開口，諸如井、凹陷或通道。替代地，反應區可為其中發生任何合適反應之區域。感測器陣列可具有數百萬個此等化學感測器314及反應區301。化學感測器314可為化學敏感場效電晶體（chemFET），或者更具體地為離子敏感場效電晶體（ISFET）。化學感測器314包含浮動閘極結構318，其具有經由反應區301內的導電層耦接至反應區301的感測器盤320。浮動閘極結構318可以包含介電材料層內的複數個層導電材料，或者可以包含介電材料311單層內的單層導電材料。化學感測器可包含位於基板內的源極321及汲極322。源極321及汲極322包含摻雜半導體材料，其導電類型不同於基板的導電類型。例如，源極321及汲極322可包括摻雜P型半導體材料，且基板可包括摻雜N型半導體材料。通道323將源極321及汲極322分離。浮動閘極結構318上覆於通道區323且藉由閘極介電質352與基板分離。閘極介電質352可為例如二氧化矽。替代地，其他介電質可以用於閘極介電質352。
如圖3所示，反應區301在通過介電材料310延伸到感測器盤320的上表面的開口內。介電材料310可包括一層或多層材料，諸如二氧化矽或氮化矽。開口亦包含介電材料310內的上部315，並從化學感測器314延伸到介電材料310的上表面。在一些實施例中，開口的上部的寬度與反應區的下部的寬度實質上相同。替代地，取決於用於形成開口的材料或蝕刻製程，開口的上部的寬度可以大於開口的下部的寬度，或反之亦然。開口可以例如具有圓形橫截面。替代地，開口可為非圓形的。例如，橫截面可為正方形、矩形、六邊形或不規則形狀。開口的尺寸及其間距可在實施例至實施例之間變化。在一些實施例中，開口可具有不大於5微米的定義為平面圖橫截面積（A）的4倍除以Pi的平方根（例如，sqrt(4*A/π)）的特徵直徑，諸如不大於3.5微米、不大於2.0微米、不大於1.6微米、不大於1.0微米、不大於0.8微米、不大於0.6微米、不大於0.4微米、不大於0.2微米或甚至不大於0.1微米，但視情況至少0.001微米，諸如至少0.01微米。
在一些實施例中，在裝置之製造或操作期間，導電材料形成為感測器的一部分，並且可以生長或沈積導電材料的材料的薄氧化物，其充當用於化學感測器的感測材料（例如，離子敏感感測材料）。是否形成氧化物取決於導電材料，所執行之製造製程以及操作裝置下的條件。例如，在一些實施例中，導電元件可為氮化鈦，並且氧化鈦或氮氧化鈦可以在製造期間或在使用期間曝露於溶液期間生長在導電材料之內表面上。導電元件可包括一層或多層各種導電材料，諸如金屬或陶瓷。導電材料可為例如金屬材料或其合金，或者可為陶瓷材料，或其組合。實例金屬材料包含以下之一：鋁、銅、鎳、鈦、銀、金、鉑、鉿、鑭、鉭、鎢、銥、鋯、鈀或其組合。實例陶瓷材料包含以下之一：氮化鈦、氮化鈦鋁、氮氧化鈦、氮化鉭或其組合。在一些替代實施例中，另外的保形感測材料沈積在導電元件上及開口內。感測材料可包括用以促進對特定離子的敏感性的多種不同材料中的一種或多種。例如，金屬氧化物諸如氧化鋅、氧化鋁或氧化鉭通常提供對氫離子的敏感性，而包括含有纈氨黴素的聚氯乙烯的感測材料提供對鉀離子的敏感性。根據實施例，亦可以使用對其他離子（諸如鈉、銀、鐵、溴、碘、鈣及硝酸鹽）敏感之材料。
在操作中，反應物、洗滌溶液及其他試劑可由擴散機構340移動入及移動出反應區301。化學感測器314回應於（並產生與其相關之輸出信號）感測器板320附近的電荷324的量。分析物溶液中電荷324的存在改變了感測器盤320與反應區301內的分析物溶液之間的介面處的表面電位。電荷324的變化引起浮動閘極結構318上之電壓的變化，這反過來改變晶體管的臨限值電壓。可藉由量測源極321及汲極322之間的通道區323中的電流來量測臨限值電壓的此變化。結果，化學感測器314可以直接用於在連接到源321或汲極322的陣列管線上提供基於電流的輸出信號，或者間接地用另外電路提供基於電壓的輸出信號。
在一些實施例中，反應區301中進行的反應可為用以識別或測定所關注分析物的特徵或性質的分析型反應。這種反應可以直接或間接產生影響感測器盤320附近的電荷的量的副產物或可以放置在感測器盤上以增加敏感性的任何其他材料或塗層。若此類副產物少量產生或快速衰變或與其他組分反應，則可同時在反應區301中分析相同分析物的複數個複製品以便增加所產生輸出信號。在一些實施例中，可在沈積至反應區301之前或之後將分析物的複數個複製品附接至固相載體312，如圖3中所示。固相載體312可為顆粒、微粒、奈米顆粒或珠粒。固相載體可為固體或多孔的，或者可為凝膠，或其組合。固體載體可為位於反應區中間之結構。替代地，固體載體可位於反應區之底部。對於核酸分析物，可以藉由滾環擴增（RCA）、指數RCA、重組酶聚合酶擴增（RPA）、聚合酶鏈反應擴增（PCR）、乳液PCR擴增等技術製得複數個連接的複製品，以產生不需要固體載體的擴增子。
在各種實例實施例中，本文描述的方法與系統可有利地用於處理或分析從電子或基於電荷的核酸測序獲得的資料及信號。在電子或基於電荷之測序（諸如，基於pH之測序）中，可藉由偵測產生為聚合酶催化的核苷酸延伸反應的天然副產物的離子（例如，氫離子）測定核苷酸併入事件。此偵測方法可以用於對樣品或模板核酸進行測序，所述樣品或模板核酸可以為例如所關注之核酸序列的片段，並且可以作為純系群體直接或間接附接至固體載體，諸如顆粒、微粒、珠粒等樣品。樣品或模板核酸可以以可操作方式相關聯至引子及聚合酶，且可經受去氧核苷酸三磷酸（「dNTP」）添加（在本文中可被稱作核苷酸併入可自其產生的「核苷酸流」）及洗滌的重複循環或「流」。引子可經退火至樣品或模板，使得當添加與模板中的下一基底互補的dNTP時，引子的3'端可藉由聚合酶延伸。然後，基於已知的核苷酸流序列及在各核苷酸流動期間指示離子濃度的化學感測器的量測輸出信號，可確定與耦接至化學感測器的反應區中存在的樣品核酸相關聯的核苷酸的類型、序列及數量的同一性。
圖4示出了用於形成離子感測器之實例方法400。方法400包含在基板上沈積一個或多個絕緣體層以及在基板上或基板中形成之電子的感測器墊，如方塊402所示。可以例如使用化學氣相沈積諸如電漿增強型化學氣相沈積來沈積或生長一個或多個絕緣體層。在實例中，絕緣體層可以包含二氧化矽、氮化矽或由例如TEOS形成之低溫氧化物。在進一步實例中，層可以由氧化矽形成，接著為安置在氧化矽層上的氮化矽層，及視情況選用之由安置在氮化矽層上的TEOS形成的低溫氧化物層。
如方塊404所示，可以沈積並圖案化光阻層，以允許在延伸穿過絕緣體材料之感測器墊上形成開口。例如，如圖5所示，感測器墊504可以安置在基板502上或基板502中。在實例中，基板502可以包含基於矽之基板。在另一實例中，基板可包含砷化鎵基板或藍寶石基板。感測器墊可由以下形成：鋅、銅、鋁、鉭、鈦、鎢、金、銀、其氧化物、其氮化物或其組合。在實例中，感測器墊可包含鈦。在另一實例中，感測器墊可以包含導電陶瓷，諸如氮化鈦。可以在基板502及感測器墊504上沈積一個或多個絕緣體層506，並且可以在一個或多個絕緣體層506上塗覆光阻層508。特別地，可以藉由化學氣相沈積形成一個或多個絕緣體層506。視情況，可藉由旋塗形成光阻層508。
回到圖4，可以蝕刻絕緣體層與抗蝕劑，如方塊406所示。製程可包含濕式蝕刻、電漿蝕刻或其組合。特別地，製程可包含電漿蝕刻，諸如含氟電漿蝕刻。在另一實例中，濕式蝕刻可包含溴蝕刻或氟化氫蝕刻。在特定實例中，電漿蝕刻之後可為濕式蝕刻及洗滌。蝕刻之後，可以諸如經由灰化移除光阻，如方塊408所示。通常，由於蝕刻及灰化製程而形成原生氧化物。例如，如圖6所示，穿過絕緣體材料506形成微井610以曝露感測器墊504。在感測器墊504的表面上，可形成原生氧化物612。通常，這種氧化物為非均一的，並且在感測器墊504的表面上之厚度及品質都不同。
回到圖4，感測器墊可以在含氫氣氛圍中退火，如方塊410所示。退火可在300℃至500℃範圍內（諸如400℃至450℃範圍內）之溫度下執行。如圖7所示，感測器墊504之表面714不含原生氧化物，並且厚度及組成可以相對均一。
視情況，可以進一步蝕刻表面以移除感測器墊表面上的貧氧區域，如412所示。例如，經由視情況選用之表面蝕刻移除表面內的表面氧化物及視情況之貧氧區域。在實例中，表面蝕刻包含蒸氣氟化氫蝕刻（VHF蝕刻）。
另外，感測器墊可在小於400℃的溫度下的含氧氣氛圍內進行退火，如方塊414所示。例如，感測器墊可曝露於290℃至380℃之範圍內之溫度，諸如300℃至370℃之範圍、330℃至360℃之範圍，或345℃至355℃之範圍。已經發現溫度之選擇影響感測器的效能。在實例中，感測器墊可曝露於含氧氣氛圍5分鐘至120分鐘之範圍內之時段，諸如10分鐘至80分鐘之範圍內、15分鐘至60分鐘之範圍內或15分鐘至45分鐘之範圍內。如圖8所示，均一氧化物層814安置在感測器墊514上。這種均一氧化物層814提供了感測器陣列或感測器陣列上的一致效能。
在另一實例中，另外導電層可以安置在感測器墊上，並且視情況，沿著微井壁延伸至少一部分。例如，圖9包含用於形成另外導電層之方法900。在用於在感測器墊上形成微井之蝕刻及灰化製程之後，視情況使用諸如氬氣之惰性氣體濺射感測器墊的表面，如方塊902所示。這種視情況選用之濺射可以製備用於與導電層接觸之感測器墊的表面。例如，可以從感測器墊的表面實質上移除原生氧化物。在實例中，濺射可以以100 W至400 W之範圍內（諸如250 W至350 W之範圍內）之功率執行。特別地，濺射足以移除1-10奈米之氧化物。
在氬氣濺射之後，可以在感測器墊及絕緣體層上沈積保形層，如方塊904所示。例如，可以使用濺射技術沈積保形層。保形導電層可以例如由以下形成：鈦、鉭、鉿、鎢、鋁、銅、金、銀或其任何組合。在實例中，保形層由鈦形成。在另一實例中，保形層為鉭。
沈積保形層之後，可以沈積並圖案化光阻層，如方塊906所示。例如，可以在保形導電層上旋塗光阻層，在井內及基板表面上形成光阻。例如，如圖10中所示，在絕緣層506及感測器墊504上沈積保形層1016。光阻層1018沈積在保形層1016上並進入微井610。
回到圖9，可以將光阻蝕刻到端點，如方塊908所示。在實例中，製程可以使用端點偵測來偵測保形層1016之曝露。例如，如圖11中所示，蝕刻光阻1018以曝露安置在絕緣層506頂部上之保形導電層1016的部分，同時保護安置在井610內之保形層1016的部分。蝕刻可為濕式蝕刻、電漿蝕刻或化學機械平坦化製程。
如方塊910所示，可以蝕刻保形層。例如，可以使用濕式蝕刻製程、電漿蝕刻製程或化學機械拋光製程來蝕刻保形層。在特定實例中，使用電漿製程來蝕刻保形層。此外，可諸如經由灰化來移除光阻，如方塊912所示。如圖12中所示，蝕刻及灰化製程可在由保形導電層1016形成的導電層1216的表面上留下非均一的原生氧化物層1220。
如方塊914所示，感測器表面可以在含氫氣氛圍中退火。這種退火可以從感測器墊或保形層的區域消耗氧氣，包含薄的原生氧化物。視情況，可以蝕刻表面以移除貧氧區域，如方塊916所示，在導電層1216上提供均一表面。特別地，蝕刻足以移除1-10奈米。例如，如圖13中所示，在導電層1216上形成均一表面1322。
回到圖9，表面可以在含氧氣氛圍中進一步退火，如方塊918所示。例如，感測器墊可曝露於小於400℃之溫度，諸如290℃至380℃之範圍、300℃至370℃之範圍、330℃至360℃之範圍或345℃至355℃之範圍。如圖14中所示，均一氧化物層1424可以形成在導電層1216上，延伸感測器墊504的感測器表面區域。
在第一實施例中，一種用於製造感測器之方法包含蝕刻安置在基板上的絕緣體層，以限定曝露安置在基板上的感測器的感測器表面的開口。在感測器表面上形成原生氧化物。方法進一步包含在含氫氣氛圍中對感測器表面進行退火，並在不大於400℃的溫度下在氧氣氛圍中對感測器表面進行退火。
在第一實施例之實例中，在含氧氣氛圍中對感測器表面進行退火包含在290℃至380℃之範圍內之溫度下的退火。例如，溫度在300℃至370℃之範圍內，諸如在330℃至360℃之範圍內。
在第一實施例及上述實例之另一實例中，在含氧氣氛圍中對感測器表面進行退火包含在5分鐘至120分鐘之範圍內之時段的退火。例如，所述時段在10分鐘至80分鐘之範圍內，諸如在15分鐘至60分鐘之範圍內。
在第一實施例及上述實例之進一步實例中，在含氫氣氛圍中的退火包含在350℃至500℃之範圍內之溫度下的退火。例如，在含氫氣氛圍中的退火包含在400℃至450℃之範圍內之溫度下的退火。
在第一實施例及上述實例之另外實例中，方法進一步包含在含氫氣氛圍中退火之後以及在含氧氣氛圍中退火之前蝕刻感測器表面。例如，在含氫氣氛圍中退火之後蝕刻感測器表面包含在蒸氣氟化氫氛圍中蝕刻。
在第一實施例及上述實例之另一實例中，蝕刻包含電漿蝕刻、濕式蝕刻或其組合。例如，電漿蝕刻包含含氟電漿蝕刻。
在第一實施例及上述實例之進一步實例中，方法進一步包含藉由化學氣相沈積來沈積絕緣體層。例如，絕緣體層包含二氧化矽、氮化矽、由原矽酸四乙酯形成之氧化矽或其組合。
在第一實施例及上述實例之另外實例中，感測器由以下形成：鋅、銅、鋁、鉭、鈦、鎢、金、銀、其氧化物、其氮化物或其組合。
在第二實施例中，一種用於製造感測器的方法包含：在絕緣體層上及在曝露安置在基板上的感測器的感測器表面的開口中施加保形導電層以及從絕緣體的上表面移除保形導電層以形成安置在開口中並接觸感測器表面的導電杯結構。在導電杯結構上形成原生氧化物。方法進一步包含在含氫氣氛圍中對導電杯結構進行退火，並在不大於400℃的溫度下在氧氣氛圍中對導電杯結構進行退火。
在第二實施例之實例中，施加保形導電層包含濺射導電材料。例如，導電材料包括鈦、鉭、鉿、鎢、鋁、銅、金、銀或其任何組合。
在第二實施例及上述實例之另一實例中，移除保形導電層包含用光阻層塗覆保形導電層。在實例中，方法進一步包含蝕刻光阻及保形導電層，以從絕緣體的上表面移除導電層及移除光阻。在進一步實例中，方法包含平坦化以從絕緣體的上表面移除保形導電層及移除光阻。
在第二實施例及上述實例之進一步實例中，方法進一步包含在施加保形導電塗層之前用惰性氣體支撐感測器表面。例如，用惰性氣體濺射包含用氬氣濺射。在實例中，濺射包含以100 W至400 W之範圍內之功率濺射。
在第二實施例及上述實例之另外實例中，在含氧氣氛圍中對導電杯結構進行退火包含在290℃至380℃之範圍內之溫度下的退火。例如，溫度在300℃至370℃之範圍內，諸如在330℃至360℃之範圍內。
在第二實施例及上述實例之另一實例中，在含氧氣氛圍中對導電杯結構進行退火包含在5分鐘至120分鐘之範圍內之時段的退火。例如，所述時段在10分鐘至80分鐘之範圍內，諸如在15分鐘至60分鐘之範圍內。
在第二實施例及上述實例之進一步實例中，在含氫氣氛圍中的退火包含在350℃至500℃之範圍內之溫度下的退火。例如，在含氫氣氛圍中的退火包含在400℃至450℃之範圍內之溫度下的退火。
在第二實施例及上述實例之另外實例中，方法進一步包含在含氫氣氛圍中退火之後以及在含氧氣氛圍中退火之前蝕刻導電杯結構。
在第二實施例及上述實例之另一實例中，在含氫氣氛圍中退火之後蝕刻導電杯結構包含在蒸氣氟化氫氛圍中蝕刻。
在第二實施例及上述實例之進一步實例中，感測器由以下形成：鋅、銅、鋁、鉭、鈦、鎢、金、銀、其氧化物、其氮化物或其組合。
在第三實施例中，一種設備包含基板，所述基板包含形成在所述基板上或所述基板中之電路，所述電路包含感測器陣列，各感測器具有與開口相關聯的感測器表面，並且藉由如上述實施例及實例中任一項之方法形成。
應注意，並非所有在以上一般描述或實例中描述的活動皆需要，特定活動的一部分可能不需要，且除所描述的彼等活動外，亦可執行一個或多個其他活動。再另外，列出活動的次序未必為其被執行之次序。
在前文說明書中，所述概念已參考特定實施例來描述。然而，本領域一般熟習此項技術者應瞭解，可在不背離如以下申請專利範圍中所闡述之本發明之範疇的情況下進行各種修改及變化。因此，本說明書及圖應以說明性而非限制性意義來看待，且所有這些修改意欲包含在本發明範疇內。
如本文所使用，術語「包括（comprises/comprising）」、「包含（includes/including）」、「具有（has/having）」或其任何其他變體意欲涵蓋非排他性的包含。例如，包括一列特徵的製程、方法、製品或設備未必僅限於彼等特徵，但可包含未明確列出或所述製程、方法、製品或設備所固有的其他特徵。此外，除非明確相反地陳述，否則「或」係指包含性或而非排他性或。例如，條件A或條件B由以下中的任一者滿足：A為真（或存在）且B為假（或不存在）、A為假（或不存在）且B為真（或存在）以及A與B皆為真（或存在）。
此外，使用「一個（種）（a/an）」來描述本文所描述的元素及組分。如此做僅為方便起見且給出本發明範疇的一般意義。除非明顯意指其他情況，否則此描述應理解為包含一個或至少一個，且單數亦包含複數。
已在上文中關於特定實施例描述益處、其他優勢及問題之解決方案。然而，益處、優勢、問題的解決方案以及可使任何益處、優勢或解決方案出現或變得更明顯的任何特徵不應被解釋為任何或所有申請專利範圍的關鍵、必需或基本特徵。
在閱讀本說明書之後，熟習此項技術者應瞭解，出於清楚之目的在獨立實施例的上下文中於本文中所描述之某些特徵亦可在單個實施例中以組合形式提供。相反地，為簡潔起見，在單個實施例的上下文中所描述的各種特徵可單獨地或以任何子組合形式提供。另外，對按範圍敍述的值的提及包含彼範圍內的每一個值。
100:裝置 101:流槽 102:入口 103:出口 104:通路 105:流動腔室 106:廢物容器 107:微井陣列 108:參考電極 109:通路 110:洗滌溶液 111:通路 112:閥 114:試劑 116:閥塊 118:流體學控制器 120:管線 122:管線 124:陣列控制器 126:管線 127:總線 128:使用者介面 205:感測器陣列 208:試劑流 301:反應區 310:介電材料 311:介電材料 312:固相載體 314:化學感測器 315:上部 318:浮動閘極結構 320:感測器盤 321:源極 322:汲極 323:通道 324:電荷 340:擴散機構 352:閘極介電質 400:方法 402:方塊 404:方塊 406:方塊 408:方塊 410:方塊 412:方塊 414:方塊 502:基板 504:感測器墊 506:絕緣體層 508:光阻層 610:微井 612:原生氧化物 814:氧化物層 900:方法 902:方塊 904:方塊 906:方塊 908:方塊 910:方塊 912:方塊 914:方塊 916:方塊 918:方塊 1018:光阻層 1016:保形層 1216:導電層 1220:原生氧化物層 1322:表面 1424:氧化物層
藉由參考附圖，本發明可得到更好理解，且其許多特徵及優點對本領域中熟習此項技術者而言變得顯而易見。
圖1包含利用離子感測器陣列進行基因測序的實例系統的圖示。
圖2包含實例感測器與流槽的圖示。
圖3包含實例感測器的圖示。
圖4包含示出用於形成離子感測器的實例方法的方塊流程圖。
圖5、圖6、圖7及圖8包含工件的圖示及形成離子感測器的製程。
圖9包含示出用於形成離子感測器的實例方法的方塊流程圖。
圖10、圖11、圖12、圖13及圖14包含在形成離子感測器的製程期間的工件的圖示。
在不同圖式中使用相同參考符號指示類似或相同物件。
100:裝置
101:流槽
102:入口
103:出口
104:通路
105:流動腔室
106:廢物容器
107:微井陣列
108:參考電極
109:通路
110:洗滌溶液
111:通路
112:閥
114:試劑
116:閥塊
118:流體學控制器
120:管線
122:管線
124:陣列控制器
126:管線
127:總線
128:使用者介面

Claims (37)

  1. 一種用於製造感測器之方法，該方法包括：蝕刻安置在基板上之絕緣體層，以限定曝露安置在該基板上的感測器的感測器表面的開口，在該感測器表面上形成原生氧化物；在含氫氣氛圍中對該感測器表面進行退火；及在含氫氣氛圍中對該感測器表面進行退火之後，在不大於400℃之溫度下在氧氣氛圍中對該傳感器表面進行退火。
  2. 如請求項1之方法，其中在含氧氣氛圍中對該傳感器表面進行退火包含在290℃至380℃之範圍內之溫度下的退火。
  3. 如請求項2之方法，其中該溫度在300℃至370℃之範圍內。
  4. 如請求項2之方法，其中該溫度在330℃至360℃之範圍內。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中在含氧氣氛圍中對該傳感器表面進行退火包含在5分鐘至120分鐘之範圍內之一時段的退火。
  6. 如請求項5之方法，其中該時段在10分鐘至80分鐘之範圍內。
  7. 如請求項5之方法，其中該時段在15分鐘至60分鐘之範圍內。
  8. 如請求項1至4中任一項之方法，其中在含氫氣氛圍中的退火包含在350℃至500℃之範圍內之溫度下的退火。
  9. 如請求項8之方法，其中在該含氫氣氛圍中的退火包含在400℃至450℃之範圍內之溫度下的退火。
  10. 如請求項1至4中任一項之方法，其進一步包括在含氫氣氛圍中退火之後以及在含氧氣氛圍中退火之前蝕刻該感測器表面。
  11. 如請求項10之方法，其中在該含氫氣氛圍中退火之後蝕刻該感測器表面包含在蒸氣氟化氫氛圍中蝕刻。
  12. 如請求項1至4中任一項之方法，其中蝕刻包含電漿蝕刻、濕式蝕刻或其組合。
  13. 如請求項12之方法，其中該電漿蝕刻包含含氟電漿蝕刻。
  14. 如請求項1至4中任一項之方法，其進一步包括藉由化學氣相沈積來沈積該絕緣體層。
  15. 如請求項14之方法，其中該絕緣體層包含二氧化矽、氮化矽、由原矽酸四乙酯形成之氧化矽或其組合。
  16. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該感測器由以下形成：鋅、銅、鋁、鉭、鈦、鎢、金、銀、其氧化物、其氮化物或其組合。
  17. 一種用於製造感測器之方法，該方法包括：在絕緣體層上及在曝露安置在基板上的感測器的感測器表面的開口中施加保形導電層；從該絕緣體的上表面移除該保形導電層以形成安置在該開口中並接觸該感測器表面的導電杯結構，在該導電杯結構上形成原生氧化物；在含氫氣氛圍中對該導電杯結構進行退火；及在含氫氣氛圍中對該導電杯結構進行退火之後，在不大於400℃之溫度下在氧氣氛圍中對該導電杯結構進行退火。
  18. 如請求項17之方法，其中施加該保形導電層包含濺射一導電材料。
  19. 如請求項18之方法，其中該導電材料包括鈦、鉭、鉿、鎢、鋁、銅、金、銀或其任何組合。
  20. 如請求項17至19中任一項之方法，其中移除該保形導電層包含用光阻層塗覆該保形導電層。
  21. 如請求項20之方法，其進一步包括：蝕刻該光阻及保形導電層，以從該絕緣體之該上表面移除該導電層；及移除該光阻。
  22. 如請求項20之方法，其進一步包括：平坦化以從該絕緣體之該上表面移除該保形導電層；及移除該光阻。
  23. 如請求項17至19中任一項之方法，其進一步包括在施加該保形導電塗層之前用一惰性氣體支撐該感測器表面。
  24. 如請求項23之方法，其中用惰性氣體濺射包含用氬氣濺射。
  25. 如請求項24之方法，其中濺射包含以100W至400W之範圍內之功率濺射。
  26. 如請求項17至19中任一項之方法，其中在含氧氣氛圍中對該導電杯結構進行退火包含在290℃至380℃之範圍內之溫度下的退火。
  27. 如請求項26之方法，其中該溫度在300℃至370℃之範圍內。
  28. 如請求項26之方法，其中該溫度在330℃至360℃之範圍內。
  29. 如請求項17至19中任一項之方法，其中在含氧氣氛圍中對該導電杯結構進行退火包括在5分鐘至120分鐘之範圍內之時段的退火。
  30. 如請求項29之方法，其中該時段在10分鐘至80分鐘之範圍內。
  31. 如請求項29之方法，其中該時段在15分鐘至60分鐘之範圍內。
  32. 如請求項17至19中任一項之方法，其中在含氫氣氛圍中的退火包含在350℃至500℃之範圍內之溫度下的退火。
  33. 如請求項32之方法，其中在該含氫氣氛圍中的退火包含在400℃至450℃之範圍內之溫度下的退火。
  34. 如請求項17至19中任一項之方法，其進一步包含在含氫氣氛圍中退火之後以及在含氧氣氛圍中退火之前蝕刻該導電杯結構。
  35. 如請求項34之方法，其中在該含氫氣氛圍中退火之後蝕刻該導電杯結構包含在氟化氫氛圍中蝕刻。
  36. 如請求項17至19中任一項之方法，其中該感測器由以下形成：鋅、銅、鋁、鉭、鈦、鎢、金、銀、其氧化物、其氮化物或其組合。
  37. 一種積體電路裝置，其包括：基板，其包含形成在該基板上或該基板中之電路，該電路包含感測器陣列，各感測器具有與開口相關聯的感測器表面，並且藉由如請求項1至32中任一項之方法形成。
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