[发明专利]一种用于硅纳米线生物检测芯片的结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物芯片的制造领域，尤其涉及一种应用于生物芯片中硅纳米线阵列表面的钝化层结构及工艺方法。

背景技术

目前，糖尿病、心血管类疾病、呼吸道疾病、肝病、癌症是威胁人类健康的重大疾病。虽然医学及相关学科不断发展进步，但人们在这些疾病的快速诊治上仍然进展缓慢。疾病不能得以及早发现的原因在于，其－，早期时相关病发特征不明显，其分泌的相关蛋白因子数量相对较少，用目前的检测手段不容易检测出来；其二，即使能检测出相关的疾病因子，其所需的费用和时间也是比较多的；因此，具有高灵敏度、快速的、低成本的检测相关疾病的传感器，对危害人类健康的重大疾病的诊治具有深远意义。

业界所用的传感器通常是基于电化学原理，或者基于光学原理，也存在－些基于纳米技术的场效应ＦＥＴ传感器，还有将这几种方式结合起来形成的传感器。电化学传感器的技术比较成熟，但其对溶液环境要求较高，体积大。而且，目前的传感器主要是针对一种单一的目标分子进行检测，由于与任何－种疾病相关的分子很多，并且他们可能是相互独立的；要更准确的检测一种疾病的存在，必须要对多种疾病因子进行联合检测。比较而言，以硅纳米线阵列（SiNW）结构为核心，采用场效应晶体管实现信号采集和放大，能够更有效的检测目标信号。

例如，中国专利申请号CN200910030342.7的专利，揭示了一种多通道高灵敏生物传感器的制作集成方法。相对于传统的检测设备，基于纳米线阵列的场效应ＦＥＴ传感器具有以下的优势：

1）、灵敏度高：首先，场效应晶体管本身就具有信号放大的作用，可以把作用上去的少量的电荷信号进行放大；其次，由于纳米线本身所具有的大的比表面积和量子限域效应等，使得基于纳米线阵列的场效应ＦＥＴ传感器具有很高的灵敏度；

2）、检测速度快：基于硅纳米线阵列的场效应ＦＥＴ传感器速度可以达到ＧＨＺ的频率，与传统的检测设备相比，其检测速度是非常快的；

3）、易于集成与高通量检测：与传统传感器和检测设备相比，基于纳米线阵列的场效应传感器具有易集成以及低成本的优势，由于器件的制作过程与半导体工艺想兼容，因此，容易与成熟的半导体工业以及新兴的ＭＥＭＳ等行业兼容，从而可以得到功能丰富、性能优越的传感。

然而，对于硅纳米线阵列的结构，在工艺技术及应用研究的过程中，还存在几个需要解决的问题：

1）、保存使用中容易受污染：硅纳米线阵列线表面活性很高，单纯采用SiO2钝化（如：上述提到的CN200910030342.7中采用该技术），很难解决Na和K等离子的扩散污染，以及PH值和湿度等环境因素的影响；这使得芯片受环境盐分、PH值和温湿度等因素的影响太大，保存运输难度大；

2）、使用中存在的性能不稳定等问题：在生物检测中，待测组份本体液的多样性，也同样使芯片需面对Na、K、Fe、Cu和Ca等离子的扩散污染，以及PH值等多种化学因素的影响，从试验研究来看，表现为检测的不稳定。

发明内容

鉴于现有技术方法中所采用的硅纳米线生物检测芯片所存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种硅纳米线生物检测芯片的结构及其制造方法，通过改进硅纳米线阵列表面的钝化层结构及工艺方法，使硅纳米线生物检测芯片在保存使用中不容易受污染和保持了其使用中性能的稳定性。

为达成上述目的，本发明提供一种硅纳米线生物检测芯片的结构，其包括半导体衬底、生长在所述半导体衬底上的二氧化硅隔离层、生长在二氧化硅隔离层上的多晶硅层和生长在所述多晶硅层上结构层；其中，多晶硅层中包括图形化形成的硅纳米线阵列；结构层的结构为从下至上依次包括SiON层、TaN层和/或Ta₂O₅层，其中，所述TaN和/或Ta₂O₅层仅覆盖于所述硅纳米线阵列中各硅纳米线的表面。

根据本发明的硅纳米线生物检测芯片的结构，所述二氧化硅隔离层的厚度为1000 ?~ 5000 ?。

根据本发明的硅纳米线生物检测芯片的结构，所述多晶硅层厚度为50 ?~1000 ?。

根据本发明的硅纳米线生物检测芯片的结构，所述硅纳米线的线宽范围为5nm~130nm；其厚度为5nm~100nm。

根据本发明的硅纳米线生物检测芯片的结构，所述SiON层的厚度为10 ?~ 50 ?；所述TaN层的厚度为10 ?~50 ?；所述Ta₂O₅层的厚度为10 ?~ 50 ?。