[发明专利]具有传感器的集成电路和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路(IC)，所述IC包括在IC的金属化叠层中多个离子敏感电极。

本发明还涉及一种制造这种IC的方法。

背景技术

IC功能的不断发展的多样性已经导致了许多技术的微型化，即实现了在IC上可用的许多技术。这种微型化的示例包括(医学)实验室技术，例如体液样品的分析物分析以及DNA测序技术。

在US2010/0137143A1中公开了用于DNA测序监测的芯片上实验室装置的示例。该文件公开了一种CMOS IC，其中多个pH-敏感电极(即多个化学FET或ISFET的pH-敏感栅电极)位于IC的金属化叠层的上部金属层中。钝化层形成于金属化叠层上方，在相应pH-敏感栅电极上方的钝化叠层上形成多个二氧化硅反应腔室。每一个反应腔室包含珠子，诸如测序引物或自测序核酸模板之类的核酸与所述珠子共价束缚，FET检测由当扩展DNA序列时释放的无机焦磷酸盐的水解释放的H⁺离子产生的pH变化。

通过监测pH变化这种DNA测序的间接检测是特别有前途的，因为与其中监测由于这种扩展导致的电容性变化的直接检测方法相比，它允许单独扩展到DNA串的更方便的检测。

然而，在US2010/0137143A1中公开的IC具有多种值得注意的缺点。首先，它要求相对较大数量的附加工艺步骤来制造，增加了IC的成本。例如，本质上众所周知的是对于扩展栅极FET和ISFET，信噪比由于传感器电极的表面积降低而降低。

将钝化层用作金属化叠层中的场效应晶体管(FET)的扩展栅电极上的pH敏感材料的事实是另外的关注点，因为其限制了可以用于pH-敏感材料的钝化层的材料，并且此外由于要求钝化层具有最小的厚度以便有效地保护IC的下面结构免受外部影响，限制了FET的灵敏度。

发明内容

本发明试图提供一种具有改进灵敏度的IC，所述IC包括在IC的金属化叠层中的多个电极。

本发明还试图提供一种以减小的成本制造这种IC的方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种集成电路，包括：衬底，承载多个电路元件；所述衬底上的多个感测电极，每一个感测电极电连接至至少一个所述电路元件；以及多个阱，用于容纳样品，每一个感测电极限定了所述阱之一的底部，其中每一个感测电极具有从所述电极的表面向上延伸到所述阱中的至少一个部分。本发明是基于以下实现：将电极的面积向上延伸至阱中，例如作为与样品阱的内壁上或实质上相邻的一部分，可以显著地增加电极的面积。因此，由于较大的电极改进了由电极产生的感测信号的信噪比，这允许样品阱的进一步微型化，从而促进了阱的维度减小到亚微米尺寸，例如横截面或直径，允许单一IC上更高密度的感测电极。

在实施例中，每一个感测电极包括离子敏感层，例如pH敏感层。特别合适的pH敏感材料包括Ta₂O₅，因为这也是特别湿气难以渗透的，此外在较大pH范围内具有电学响应的非常好的线性度。

优选地，所述IC还包括所述衬底上的金属化叠层，用于提供与至少一些所述电路元件的互连，所述金属化叠层包括通过相应的电绝缘层彼此空间分离的多个已构图金属层，至少一些所述电绝缘层包括导电部分，用于电学互连相邻金属层的部分，其中已构图金属化层的至少之一包括多个感测电极，其中所述导电部分中的一些导电部分限定了所述向上延伸感测电极部分；并且其中所述阱延伸进入到所述金属化叠层中，每一个阱终止于所述感测电极之一处。

将采样体积设置到金属化叠层中具有这样的优势：在更少的处理步骤中制造IC，同时提供了采样体积(sample volumne)，保持所述采样体积小到足以允许在IC上集成较大个数的采样体积，例如10⁶或以上。此外，通过间层连接部分(例如通孔)形成样品电极的侧壁延伸意味着在传统制造工艺(例如CMOS工艺)中不要求附加的步骤就可以形成具有延伸面积感测电极的IC，因为可以通过更改现有的通孔形成步骤而不是要求附加的工艺步骤来增加侧壁延伸。

所述IC还可以包括已构图的钝化层，所述已构图的钝化层包括多个所述孔隙，每一个孔隙形成了相应采样体积的部分以提供对于IC的附加保护。