[发明专利]集成微流道的薄膜体声波谐振生化传感器

说明书

技术领域

本发明涉及生化传感器技术领域，具体的说，是涉及一种集成微流道的薄膜体声波谐振生化传感器。

背景技术

基于生化传感器高灵敏、微型化和阵列化的要求，将生化分析中的流道、反应池等微纳组件和传感器阵列、信号处理模块集成在单个芯片中形成高集成的传感芯片是传感器技术的发展趋势。薄膜体声波谐振生化传感器是近年来受到广泛关注的可集成微纳传感器之一，它基于吸附质量的敏感原理，以压电薄膜产生高频电声谐振，其谐振频率、相位或振幅随检测物质的变化作为传感器的响应。这种传感器灵敏度非常高，并且可以在硅片上采用现有半导体工艺进行制造，器件体积小，适合大规模集成形成传感器阵列。该类传感器有希望应用于化学物质分析以及生物基因检测、蛋白质分析等方面。

薄膜体声波谐振生化传感器与其他微纳组件以及检测信号处理电路的集成是获得高集成传感芯片的关键技术，例如：

美国专利US 5,260,596公开了一种单片集成方法，将信号处理集成电路和薄膜体声波谐振单元先后制作在一个硅片上并通过金属布线连接。

专利文献WO 2008/101646A1提出另一种了单片集成技术，是将薄膜体声波谐振单元倒置，用金属层支撑实现CMOS电路的电气接触，并形成一个空气隙结构

中国专利CN 101630946A公开了一种集成方法，所采用的技术方案是在集成电路芯片上沉积钝化层并抛光，然后在钝化层上制作薄膜体声波谐振单元，通过互连通孔实现电气连接。

上述技术都是在同一硅片上采用两套不同工艺分别制作薄膜体声波谐振单元和信号处理集成电路，工艺复杂，成本较高。所获得的器件不适合在生化分析所需的复杂液体环境进行工作，而且没有将传感器芯片的其他微纳组件集成在芯片中。

为了获得集成的高性能传感器芯片，希望将薄膜体声波谐振生化传感器、信号处理集成电路以及微流道等微纳组件集成在同一芯片中，并且要求得到的器件性能可靠，成本较低。因此上述缺点和不足需要得到很好的解决。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种集成微流道的薄膜体声波谐振生化传感器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种集成微流道的薄膜体声波谐振生化传感器，包括微流道、压电堆栈和信号处理集成电路，其特征在于，所述的微流道和压电堆栈设置在上层硅片上，所述的信号处理集成电路设置在下层硅片上，所述的压电堆栈与信号处理集成电路之间具有空隙。

所述的微流道设置在上层硅片的上边，其宽度大于压电堆栈的宽度。

所述的压电堆栈设置在上层硅片的下边一侧向内的沟道内。

所述的信号处理集成电路设置在压电堆栈的正下方，其宽度小于沟道的宽度。

所述的空隙的优选高度为10微米至50微米。

所述的上层硅片的下边与下层硅片的上边在排除沟道以外的区域紧密结合。

在本发明中，薄膜体声波谐振结构与信号处理集成电路分别制作在两个硅片上，然后将两个硅片通过键合等工艺进行结合，形成一个整体。在薄膜体声波谐振结构所在的硅片上方，通过向下刻蚀硅层形成微流道，可以进行生化样品的输运。在该硅片的另一侧，向内刻蚀形成一个较浅的沟道，在浅沟道内制作压电堆栈，这样压电堆栈的顶部实际上陷入到硅片表面以下。为了获得较好的敏感性能，在保证薄膜体声波谐振结构机械可靠性的前提下，微流道和该浅沟道之间残余的硅层应尽可能的薄。本发明所采用浅沟道内设置压电堆栈的目的在于，两个硅片进行紧密结合后，在压电堆栈与信号处理集成电路之间仍能够存在一定的空隙。这样，在压电堆栈的一侧是微流道内的生化样品，另一侧是与信号处理集成电路之间的空隙，就可以形成体声波谐振所需的边界条件。另外，压电堆栈的电极沿浅沟道向其所在硅片的外侧进行布线，信号处理集成电路沿其所在的硅片表面进行布线，两个硅片进行结合时即可在结合面上实现电路的连接。

与以往的技术相比，本发明的有益效果是：(1)将微流道、薄膜体声波谐振结构和信号处理电路同时集成在器件中，体积小，适合面向多分析物的高密度传感器阵列芯片。(2)制作薄膜体声波谐振结构的工艺、制作信号处理集成电路的工艺、两片硅片的键合工艺都比较成熟，从而使所获得的器件成本较低，适合大批量制造。(3)两片硅片所组成的结构机械牢度强，适合比较复杂的生化分析环境。

附图说明

附图1为本发明的器件结构。

附图2为本发明实施例1的测试结果。

附图3为本发明实施例2的测试结果。

具体实施方式