[发明专利]用于生物实体的光学检测

说明书

技术领域

本申请总体上涉及半导体领域，更具体地，涉及用于生物实体的光学检测。

背景技术

在过去的几十年里，包括器件制造以及药物制造和生物制剂制造的医学技术工业经历了显著的商业增长和技术发展。多年以来，随着DNA的发现以及DNA测序技术的发展，我们对于生物信息的作用在生物的开发，操作和相互作用中的理解有了显著的提高。通过DNA测序检测技术的改进，科学家和医生对疾病获得了更深入的了解，以及可以根据病人的遗传倾向获得了更有效地治疗方法。因此，DNA测序的使用和作用在医疗保健方面具有显著地提高

DNA序列是一系列核苷酸碱基对（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、和胸腺嘧啶），其在生物系统中具有指定的蛋白质结构。通过DNA序列的分析，可以收集用于诊断目的和治疗目的重要信息。另外，其他生物实体（bio-entities），诸如蛋白质、小分子、和病菌的鉴别和分类推进了医疗认知从而造福人类。

封装测序仪采用电介质上电润湿技术（EWOD），用于控制使用扩大技术和标记技术，这类技术通过使用带有模拟到数字转变系统的荧光灯和外部光学系统进行光学检测，并允许电脑处理所需处理的大量产生数据。许多封装EWOD序列仪的实施具有玻璃衬底和透明电极，这可能存在问题。例如，光线可以照射穿过玻璃衬底并照射进入进行分析的液滴（在测序过程中）。在这个情况下，由于干涉图样具有折射的不同透明指数以及透明材料的不同厚度，因此传导是非高效的。此外，EWOD测序仪中的集成滤色器可能会减小光射入传感器阵列的效率。

因此，存在改进生物实体操作器件和加工技术的需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种集成半导体器件，用于操作和处理生物实体样本，所述器件包括：下衬底；至少一个光信号导管，设置在下衬底上；至少一个保护接合焊盘，设置在下衬底上和部分光信号导管的上方；保护件，包括上衬底且被配置以形成被保护区域，并且设置在至少一个保护接合焊盘上，其中，至少一个光信号导管从被保护区域的外侧延伸至被保护区域的内侧；微流体通道，微流体通道的第一侧形成在下衬底上，微流体通道的第二侧形成在保护件上，保护件连接至衬底以便为包含生物实体样本的液滴提供微流体通道，微流体通道连接至流体控制电路；光传感器阵列，连接至传感器控制电路；以及逻辑电路，连接至流体控制电路和传感器控制电路，其中，在下衬底上形成流体控制电路、传感器控制电路和逻辑电路。

其中，流体控制电路、传感器控制电路和逻辑电路嵌入层间介电（ILD）层中，并且ILD层上方进一步包括多个电极，多个电极连接至流体控制电路。

其中，微流体通道的第一侧包括：高k介电层；以及疏水涂层，覆盖高k介电层。

其中，疏水涂层是自组装单层或聚四氟乙烯层。

其中，微流体通道的第二侧包括：介电层，位于保护件的上方；以及疏水涂层，位于介电层的上方。

该集成半导体器件进一步包括表面处理区域，表面处理区域设置在微流体通道的第一侧的高k介电层上。

其中，微流体通道连接至微流体网格，微流体网格连接至多个容器且被配置为允许传输和混合多个容器中包含的流体，流体包括生物实体样本和试剂。

其中，光信号导管被配置为将光传导到目标分子上，并且光检测器被配置为检测来自目标分子的响应。

其中，保护件是不透明的。

该集成半导体器件进一步包括位于保护件上方和高k介电层下方的多个电极，其中，电极是不透明的。

此外，本发明还提供了一种集成半导体器件，用于操作和处理生物实体样本，所述器件包括：下衬底；至少一个光信号导管，设置在下衬底上并且被配置为将光传导到目标分子上；至少一个保护接合焊盘，设置在下衬底上和部分光信号导管的上方；保护件，包括上衬底且被配置以形成被保护区域，并且设置在至少一个保护接合焊盘上，其中，至少一个光信号导管从被保护区域的外侧延伸至被保护区域的内侧；具有受体的表面处理区域，设置在被保护区域内和下衬底上，并且被配置为与目标分子相互作用；微流体通道，微流体通道的底面形成在下衬底上，微流体通道的顶面形成在保护件上，保护件连接至衬底以便提供微流体通道；以及光检测器，设置在下衬底内且被配置为检测来自目标分子的响应。

其中，下衬底不包含滤色器。

其中，微流体通道的底面和顶面包括疏水涂层。

其中，微流体通道的底面和顶面还包括高k介电层。

其中，氧化物或抗反射涂层设置在光检测器和表面处理区域之间。