用于處理半導體裝置的方法
【專利說明】用于處理半導體裝置的方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年3月29日提交的美國臨時申請第61/806，603號的權益，其以全文引用的方式引入本文中。
[0003]本申請要求2013年4月30日提交的美國臨時申請第61/817，805號的權益，其以全文引用的方式引入本文中。
技術領域
[0004]總的來說，本發(fā)明涉及用于處理傳感器陣列(感測器陣列，sensor array)的方法、通過該方法形成的傳感器陣列和應用于該方法中的溶液。
【背景技術】
[0005]半導體襯底中形成的傳感器陣列越來越多地在例如分析化學和分子生物學領域中使用。舉例來說，當將分析物捕獲到傳感器陣列的傳感器墊(sensor pad)上或附近時，該分析物或者與該分析物有關的反應的副產(chǎn)物能夠被檢測并且用于示出關于該分析物的信息。尤其是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所述傳感器陣列在基因分析中的用途，例如基因測序或定量擴增。
[0006]在制造期間，各種半導體處理技術可改變傳感器陣列表面和傳感器陣列周圍的井結(jié)構(gòu)(well structure)表面的性質(zhì)。所述處理也可在表面上留下殘余物。改變的表面化學性質(zhì)或殘余物可阻止或限制捕捉傳感器附近的分析物。如此，降低了所述傳感器陣列的有效性，并且由所述傳感器陣列得到的信號可能包括錯誤數(shù)據(jù)或得不到數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一方面，可將傳感器裝置用洗滌溶液處理，所述傳感器裝置包括傳感器陣列以及任選的對應于該傳感器陣列的井陣列或者附著到該傳感器陣列之上的蓋子(cap)。該洗滌溶液可包括有機溶劑和酸(例如磺酸，如烷基苯磺酸)?？蓪⑺鰝鞲衅餮b置進一步用堿性溶液(例如NaOH溶液)處理，或可用低沸點有機溶劑或水沖洗。任選地，可干燥所述傳感器裝置。
[0008]附圖示出
[0009]通過參照附圖，可以更好地理解本發(fā)明，并且使其數(shù)量眾多特征和優(yōu)點對于所屬領域的技術人員而言是明顯的。
[0010]圖1包括示例性測量系統(tǒng)的圖示。
[0011]圖2包括示例性測量組件的圖示。
[0012]圖3包括示例性測量組件陣列的圖示。
[0013]圖4包括示例性井配置的圖示。
[0014]圖5包括示例性井和傳感器配置的圖示。
[0015]圖6和圖7包括示例性傳感器裝置的圖示。
[0016]圖8、圖9和圖10包括示出示例性方法的流程圖。
[0017]圖11包括用于制備測序裝置的示例性方法的圖示。
[0018]在不同圖中使用相同參考符號表示相似或相同的物件。
【具體實施方式】
[0019]在一示例性實施方式中，處理傳感器陣列的方法包括向傳感器陣列施加洗滌溶液并且將所述洗滌溶液從傳感器陣列上沖洗(掉)。具體來說，洗滌溶液包括有機溶劑和酸，例如磺酸?；撬峥砂ㄍ榛蛲榛蓟撬?。在一實例中，烷基或烷基芳基磺酸可具有9到18個碳的烷基。舉例來說，磺酸可包括十二烷基苯磺酸。有機溶劑可為非極性溶劑或非質(zhì)子極性溶劑。在一實例中，有機溶劑可具有65°C到275°C范圍內(nèi)的標準沸點。在一實例中，有機溶劑包括庚烷。在另一實例中，有機溶劑包括i^一烷。在又一實例中，有機溶劑包括二甲基甲酰胺、乙腈、二甲亞砜或其組合。在用洗滌溶液處理之后，傳感器陣列可用沖洗溶液沖洗。在一實例中，沖洗溶液包括低沸點有機溶劑，例如醇，例如乙醇或異丙醇。在另一實例中，沖洗溶液可包括水。所述方法可進一步包括在施加所述洗滌溶液之后并且在沖洗之前施加堿性溶液或弱酸溶液。堿性溶液可具有至少為7，例如至少為8的pH，并且可包括強堿，例如氫氧化鈉。在一實例中，洗滌溶液和堿性溶液可重復施加，例如2次或更多次、3次或更多次或甚至4次或更多次，但一般不超過10次。
[0020]在一【具體實施方式】中，將洗滌溶液施加于傳感器陣列的至少一傳感器墊。傳感器陣列可包括多個傳感器。傳感器陣列的傳感器可包括傳感器墊。任選地，可在傳感器陣列之上限定井結(jié)構(gòu)，并且該井結(jié)構(gòu)包括多個與傳感器陣列的傳感器墊對應的井。井陣列的井可使傳感器的傳感器墊暴露。任選地，包括至少一個流體端口的蓋子可設置或附著在傳感器陣列和井結(jié)構(gòu)之上?？蓪⒐┝黧w的空間限定在蓋子與井結(jié)構(gòu)或傳感器陣列之間并且與蓋子的流體端口流體連通。洗滌溶液可通過流體端口施加并且進入蓋子與井結(jié)構(gòu)之間的空間。任選地，在施加洗滌溶液之后，可將堿性溶液通過流體端口施加至蓋子與井結(jié)構(gòu)之間的空間?？芍貜停缰辽賰纱位蛏踔林辽?次，在(施加)堿性溶液之后的洗滌溶液的施加?？赏ㄟ^流體端口施加沖洗溶液，例如包括醇或水。任選地，可干燥所述系統(tǒng)。
[0021]在另一示例性實施方式中，傳感器陣列包括多個傳感器。多個傳感器的傳感器包括傳感器墊。井結(jié)構(gòu)設置于傳感器陣列上并且包括與傳感器陣列可操作地(operatively)對應的井陣列。井陣列的井暴露傳感器的傳感器墊。可將包括酸(例如磺酸)的洗滌溶液和有機溶劑施加至傳感器陣列，持續(xù)30秒到30分鐘的時間段。傳感器陣列可用沖洗溶液沖洗。在一實例中，沖洗溶液可包括低沸點有機溶劑，例如醇。傳感器陣列可用低沸點有機溶劑沖洗一次或多次。在另一實例中或另外地，傳感器陣列可用水(例如去離子水)沖洗?？筛稍飩鞲衅麝嚵胁⑶铱蓪⑸w子附著到井結(jié)構(gòu)和傳感器陣列之上。蓋子可包括至少一個流體端口。在蓋子與傳感器陣列或井結(jié)構(gòu)之間限定空間，并且該空間與流體端口流體連通。
[0022]在一【具體實施方式】中，傳感器系統(tǒng)包括其中設置傳感陣列的流槽，包括與傳感陣列電子連通的通信電路，并且包括與流槽流體連通的容器和流體控制器。在一實例中，圖1示出了流槽100的放大的橫截面圖，并且示出了流室106的一部分。試劑流108流過井陣列102的表面，其中試劑流108流經(jīng)井陣列102的井的開口端。井陣列102和傳感器陣列105—起可形成整合單元，其形成流槽100的下壁(或底層)。參考電極104可流體地耦接到流室106。另外，流槽罩130包封流室106以將試劑流108包含于限定區(qū)域內(nèi)。
[0023]圖2示出了如圖1的110處所示的井201和傳感器214的放大圖。井的體積、形狀、寬高比(例如，底部寬度對井深度的比率)以及其它維度特征可基于發(fā)生的反應性質(zhì)以及采用的試劑、副產(chǎn)物或標記技術(如果存在)來選擇。傳感器214可為具有浮動柵極218的化學場效應晶體管(chemFET)，更特別地離子敏感FET (ISFET)，所述浮動柵極218具有任選地通過材料層216與井內(nèi)部隔開的傳感器板220。另外，導電層(未示出)可設置在傳感器板220之上。在一實例中，材料層216包括離子敏感材料層。材料層216可為陶瓷層，尤其例如鋯、鉿、鉭、鋁或鈦的氧化物，或鈦的氮化物。在一實例中，材料層216的厚度可在5nm到10nm范圍內(nèi)，例如1nm到70nm范圍內(nèi)，15nm到65nm范圍內(nèi)或甚至20nm到50nm范圍內(nèi)?？傊?，傳感器板220和材料層216形成傳感器墊。
[0024]盡管材料層216以延伸超出所示FET組件的界限示出，但材料層216可沿井201的底部延伸以及任選地沿井201的壁延伸。傳感器214可對與傳感器板220相對的材料層216上存在的電荷224量響應(并且產(chǎn)生與之相關的輸出信號)。電荷224的變化可引起chemFET的源極221和漏極222之間的電流變化。繼而，chemFET可直接用于提供基于電流的輸出信號或與額外電路一起間接用于提供基于電壓的輸出信號。反應物、洗滌溶液以及其它試劑可以通過擴散機制240進入和離開井。
[0025]在一實施方式中，在井201中進行的反應可為鑒別或測定所關注的分析物的特征或特性的分析反應。這樣的反應可直接或間接產(chǎn)生影響傳感器板220附近的電荷量的副產(chǎn)物。如果該副產(chǎn)物少量產(chǎn)生或快速衰變或與其它成分反應，那么可同時在井201中分析相同分析物的多個拷貝(復制物，copies)以增加產(chǎn)生的輸出信號。在一實施方式中，分析物的多個拷貝可在沉積到井201中之前或之后附著于固相支撐物212。在一實例中，固相支撐物212可為粒子，例如聚合物粒子或無機粒子。在另一實例中，固相支撐物212可為聚合物基質(zhì)，例如親水性聚合物基質(zhì)，例如水凝膠基質(zhì)等。
[0026]井201可以通過壁結(jié)構(gòu)限定，所述壁結(jié)構(gòu)可以由一層或多層材料形成。在一實例中，壁結(jié)構(gòu)可具有0.01 μ m至Ij ΙΟμπι范圍，例如0.05μπι至Ij 1ym范圍、0.1ym到1ym范圍、0.3 μ m到10 μ m范圍或0.5 μ m到6 μ m范圍的從井的下表面延伸到上表面的厚度。具體來說，厚度可在0.01 μ m至丨J I μ m范圍內(nèi)，例如0.05 μ m到0.5 μ m范圍或0.05 μ m到0.3 μ m范圍。井201可具有定義為4乘以截面面積(A)除以的平方根(例如Sqrt(4*A/3i))的特征直徑，其不超過5 μπι，例如不超過3.5 μπι，不超過2.0 μπι，不超過L 6 μπι，不超過
1.0 μ m，不超過0.8 μ m或甚至不超過0.6 μ m。在一實例中，井201可具有至少0.01 μ m的特征直徑。
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