專利名稱：包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的生物芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物芯片，尤其涉及一種包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的生物芯片，該圖像傳感器收集來自晶片(wafer)的背面的光，從而提高對(duì)從生物芯片的反應(yīng)區(qū)域發(fā)出的光進(jìn)行感測(cè)的能力。
背景技術(shù)：
一般來說，將芯片制造成這樣的型式其中，參考樣本(由諸如DNA、蛋白質(zhì)等的生物分子構(gòu)成)規(guī)則地排列在由諸如玻璃、硅和尼龍的材料制成的基片上。根據(jù)待排列的參考樣本的種類，將生物芯片分為DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片等等?；旧?，生物芯片利用相對(duì)于基片是固定的參考樣本和目標(biāo)樣本之間的生化反應(yīng)。參考樣本和目標(biāo)樣本之間的生化反應(yīng)的典型例子包括DNA堿基的互補(bǔ)結(jié)合和抗原抗體反應(yīng)。通常，利用圖像傳感器通過光學(xué)工序、通過檢測(cè)生化反應(yīng)進(jìn)行的程度來實(shí)施生物芯片的診斷。光學(xué)工序一般利用熒光或發(fā)光現(xiàn)象。圖1是示出包含具有前面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的傳統(tǒng)生物芯片的視圖。參考圖1，包含具有前面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的傳統(tǒng)生物芯片包括生物芯片層IOOa和圖像傳感器層100b。生物芯片層IOOa具有多個(gè)第一反應(yīng)區(qū)域110a、第二反應(yīng)區(qū)域IlOb和第三反應(yīng)區(qū)域110c，這些區(qū)域均呈槽狀。第一、第二和第三反應(yīng)區(qū)域IlOaUlOb和IlOc分別在其上部具有目標(biāo)樣本IllaUllb和Illc且在其下部具有參考樣本112a、lUb和112c。圖像傳感器層IlOb具有多個(gè)第一前面照射光電二極管151a(PDl)、第二前面照射光電二極管151b (P^)和第三前面照射光電二極管151c (PD3)，這些光電二極管均形成在晶片的外延層150中。多個(gè)堆疊的金屬布線131和133形成在層間介質(zhì)材料130中，層間介質(zhì)材料130 形成在外延層150的上表面上。然而，在包含具有前面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的傳統(tǒng)生物芯片100 中，根據(jù)多個(gè)第一、第二和第三反應(yīng)區(qū)域IlOaUlOb和IlOc的目標(biāo)樣本111a、Illb和Illc 和參考樣本112a、112b和112c之間的生化反應(yīng)的程度，會(huì)發(fā)出光120。光120很可能被形成在多個(gè)第一、第二和第三前面照射光電二極管151a、151b和151c上方的金屬布線131和 132所吸收，結(jié)果，多個(gè)第一、第二和第三前面照射光電二極管151a、151b和151c的感光度可能會(huì)下降。同時(shí)，在生物芯片層的制造中，表面處理技術(shù)被認(rèn)為對(duì)于生物材料的附著是很重要的。這就是說，為了使生物材料可以很容易地附著到基片上，以提供親水性或疏水性的方式執(zhí)行表面處理。這種表面處理主要是使用等離子體來執(zhí)行的。在采用前面照射(FSI)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，由于在表面處理期間等離子體被投射在光電二極管上，所以光電二極管的暗電流可能會(huì)增加。此外，由于生物芯片層形成在層間介質(zhì)材料上，因此在生物芯片的制造和反應(yīng)工序中所采用的溶液可能會(huì)穿過層間介質(zhì)材料而滲入到底層電路中。因此，可能會(huì)引起一些問題難以形成層間介質(zhì)材料，并且在執(zhí)行用于生物芯片層的表面處理和使用反應(yīng)溶液等時(shí)可能存在限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提出了本發(fā)明，旨在努力解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的這些問題，本發(fā)明的目的是提供一種生物芯片，其包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器，該圖像傳感器能夠直接收集從生物芯片層發(fā)出的帶有生化反應(yīng)信息的光，以提高感光度，并且能夠防止由于在生物芯片層的制造工序期間進(jìn)行的表面處理和在生化反應(yīng)工序期間發(fā)生的溶液滲入而造成的電路特性的惡化。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種生物芯片，其包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器，包括生物芯片層；以及圖像傳感器層，圖像傳感器層附著到所述生物芯片層的一個(gè)表面上，并感測(cè)從所述生物芯片層發(fā)出的帶生化反應(yīng)信息的光，其中，所述圖像傳感器層包括接收指向晶片的背面的光的多個(gè)感光部分。


在結(jié)合附圖閱讀了以下詳細(xì)說明后，本發(fā)明的上述目的以及其他特征和優(yōu)勢(shì)將變得更明顯。附圖中圖1是示出包含具有前面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的傳統(tǒng)生物芯片的構(gòu)造的視圖；以及圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的生物芯片的構(gòu)造的視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖示出了該實(shí)施例的示例。盡可能地，在附圖和說明書中，使用相同的附圖標(biāo)記來指代相同或相似的部件。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的生物芯片的構(gòu)造的視圖。參考圖2，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的生物芯片200包括生物芯片層200a和圖像傳感器層200b。生物芯片層200a具有多個(gè)第一反應(yīng)區(qū)域210a、第二反應(yīng)區(qū)域210b和第三反應(yīng)區(qū)域210c，這些區(qū)域均呈槽狀。第一反應(yīng)區(qū)域210a在其上部具有目標(biāo)樣本211a且在其下部具有參考樣本212a。 類似地，第二反應(yīng)區(qū)域210b在其上部具有目標(biāo)樣本21 Ib且在其下部具有參考樣本212b，并且第三反應(yīng)區(qū)域210c在其上部具有目標(biāo)樣本211c且在其下部具有參考樣本212c。以下，將主要詳細(xì)描述第一反應(yīng)區(qū)域210a的目標(biāo)樣本211a和參考樣本21 的功能。目標(biāo)樣本211a可包括發(fā)光材料，當(dāng)外部照射被阻斷時(shí)該發(fā)光材料自身發(fā)出光。該發(fā)光材料的一個(gè)典型例子是熒光素。當(dāng)熒光素被ATP (三磷酸腺苷)激活時(shí)變成活化的螢光素。隨著活化的螢光素在熒光素酶的作用下被氧化而成為氧化螢光素，化學(xué)能被轉(zhuǎn)換成光能，從而產(chǎn)生了光。而且，目標(biāo)樣本211a可包括熒光材料，該熒光材料通過外部照射(未顯示)能夠產(chǎn)生具有特定波段的光。作為參考樣本21 和目標(biāo)樣本211a之間反應(yīng)的結(jié)果，熒光材料可以在第一反應(yīng)區(qū)域210a中生成；或者熒光材料可以以這種方式生成在參考樣本21 和目標(biāo)樣本211a之間發(fā)生了指定的生化反應(yīng)后，通過將可選熒光材料與目標(biāo)樣本211a結(jié)合，使得諸如GFP(綠色熒光蛋白)的可選熒光材料留在第一反應(yīng)區(qū)域210a中。取決于所感測(cè)的生化反應(yīng)是什么，參考樣本21 可以包括不同的材料。例如，如果生化反應(yīng)是抗原抗體反應(yīng)，則參考樣本21 可以是抗原；以及如果生化反應(yīng)是DNA堿基的互補(bǔ)結(jié)合，則參考樣本21 可以是經(jīng)基因工程改造能夠互補(bǔ)結(jié)合的基因。目標(biāo)樣本211a是根據(jù)按生化反應(yīng)的種類所確定的參考樣本21 來選擇的。例如， 如果參考樣本21 是抗原，則目標(biāo)樣本211a可以是血液等；以及如果參考樣本21 是基因工程改造基因，則目標(biāo)樣本211a可以是用戶的基因等。圖像傳感器層200b具有如下的構(gòu)造圖像傳感器層200b被放置在生物芯片層 200a的底表面上，并且形成背面照射(BSI)圖像傳感器。背面照射(BSI)圖像傳感器是通過執(zhí)行以下過程形成的執(zhí)行與傳統(tǒng)的前面照射 (FSI)圖像傳感器相同的處理，最后翻轉(zhuǎn)處理后的晶片以使得最終獲得的圖像傳感器能夠直接收集光。這就是說，當(dāng)從傳統(tǒng)的前面照射(FSI)圖像傳感器的角度觀察時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的背面照射(BSI)圖像傳感器收集來自光電二極管的底部，即晶片的底表面的光。圖像傳感器層200b具有形成在晶片的外延層250中的多個(gè)第一背面照射光電二極管251a(PDl)、第二背面照射光電二極管251b(PD》和第三背面照射光電二極管 251c (PD3)。第一背面照射光電二極管251a(PDl)感測(cè)根據(jù)在第一反應(yīng)區(qū)域210a中目標(biāo)樣本 211a和參考樣本21 之間的生化反應(yīng)的程度而從第一反應(yīng)區(qū)域210a發(fā)出的光220。類似地，第二背面照射光電二極管251b(PD》感測(cè)根據(jù)在第二反應(yīng)區(qū)域210b中目標(biāo)樣本211b 和參考樣本212b之間的生化反應(yīng)的程度而從第二反應(yīng)區(qū)域210b發(fā)出的光220，以及第三背面照射光電二極管251c (PD!3)感測(cè)根據(jù)在第三反應(yīng)區(qū)域210c中目標(biāo)樣本211c和參考樣本 212c之間的生化反應(yīng)的程度而從第三反應(yīng)區(qū)域210c發(fā)出的光220。分別從第一反應(yīng)區(qū)域210a、第二反應(yīng)區(qū)域210b和第三反應(yīng)區(qū)域210c發(fā)出的光 220直接到達(dá)第一背面照射光電二極管251a(PDl)、第二背面照射光電二極管251b(PD2)和第三背面照射光電二極管251c(PD3)并被吸收，而沒有經(jīng)過在傳統(tǒng)前面照射(FSI)光電二極管的成形中會(huì)堆疊在光電二極管上方的金屬布線，因而根據(jù)本發(fā)明可以顯著地提高感光度。由第一背面照射光電二極管251a(PDl)、第二背面照射光電二極管251b(PD2)和第三背面照射光電二極管251c (PD3)感測(cè)到的光被輸出為電信號(hào)。該電信號(hào)由信號(hào)處理單元、諸如設(shè)置在圖像傳感器層200b中的ISP(圖像信號(hào)處理器)255處理。優(yōu)選地，外延層250的上部可包括濾光器(未顯示)和微透鏡(未顯示)，濾光器傳送預(yù)定波段的光，微透鏡將光聚集于濾光器上。層間介質(zhì)材料230設(shè)置在外延層250的下方，并且多個(gè)堆疊的金屬布線231和233 形成在層間介質(zhì)材料230中。這種結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的前面照射(FSI)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)， 在傳統(tǒng)的前面照射(FSI)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)中，層間介質(zhì)材料130布置在外延層150上并且金屬布線131和133形成在層間介質(zhì)材料130中。在利用前面照射(FSI)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，由于生物芯片層形成在層間介質(zhì)材料上， 因此在制造生物芯片層的工序期間所實(shí)施的表面處理會(huì)導(dǎo)致光電二極管的特性很可能發(fā)生改變，并且反應(yīng)溶液會(huì)穿過層間介質(zhì)材料而影響底層電路。然而，在利用背面照射(BSI)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)樯镄酒瑢有纬稍谂c電路形成的區(qū)域相背的背面上，所以在制造生物芯片層的工序期間所實(shí)施的表面處理不會(huì)影響光電二極管的特性，而且可以防止由于在反應(yīng)工序中所使用的溶液的滲入而導(dǎo)致的電路誤操作。正如從上面的描述可知的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于從生物芯片層發(fā)出的帶有生化反應(yīng)信息的光被直接收集在背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的底部即晶片的底表面上，因此能夠提高感光度。而且，在本發(fā)明的實(shí)施例中，能夠防止由于在生物芯片層的制造工序期間進(jìn)行表面處理和在生化反應(yīng)工序期間發(fā)生的溶液滲入而造成的電路特性的惡化。盡管出于示意目的描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不超出附隨的權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可進(jìn)行各種修改、補(bǔ)充和替代。
權(quán)利要求
1.一種包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的生物芯片，包括生物芯片層；以及圖像傳感器層，附著在所述生物芯片層的一個(gè)表面上，并感測(cè)從所述生物芯片層發(fā)出的具有生化反應(yīng)信息的光；其中，所述圖像傳感器層包括接收指向晶片的背面的光的多個(gè)感光部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片，其中，所述生物芯片層包括多個(gè)槽狀的反應(yīng)區(qū)域，并且其中，每個(gè)所述反應(yīng)區(qū)域都具有位于其上部的目標(biāo)樣本和位于其下部的參考樣本。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物芯片，其中，所述目標(biāo)樣本包括發(fā)光材料或熒光材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物芯片，其中，當(dāng)生化反應(yīng)是抗原抗體反應(yīng)時(shí)所述參考樣本使用抗原材料，并且當(dāng)生化反應(yīng)是DNA堿基的互補(bǔ)結(jié)合時(shí)所述參考樣本使用經(jīng)基因工程改造能夠互補(bǔ)結(jié)合的基因。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片，其中，所述感光部分包括形成在所述晶片的外延層中的多個(gè)背面照射光電二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物芯片，其中，由所述背面照射光電二極管感測(cè)到的光被輸出為電信號(hào)，并且所述電信號(hào)由信號(hào)處理單元處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物芯片，其中，所述信號(hào)處理單元包括設(shè)置在所述圖像傳感器層中的圖像信號(hào)處理器(ISP)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物芯片，其中，在所述外延層下方形成有層間介質(zhì)材料，并且在所述層間介質(zhì)材料中形成有多根金屬布線。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物芯片，其中，所述外延層的上部包括濾光器和形成在所述濾光器上方的微透鏡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包含具有背面照射光電二極管結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的生物芯片，包括生物芯片層；以及圖像傳感器層，所述圖像傳感器層附著到所述生物芯片層的一個(gè)表面上，并感測(cè)從所述生物芯片層發(fā)出的帶生化反應(yīng)信息的光，其中所述圖像傳感器層包括接收指向晶片的背面的光的多個(gè)感光部分。
文檔編號(hào)G01N21/76GK102183511SQ20101062385
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者李炳洙, 李道永 申請(qǐng)人:(株)賽麗康