[发明专利]具有一致传感器表面区域的化学传感器

说明书

在一个实施方式中，描述了化学传感器。化学传感器包括化学灵敏的场效应晶体管，其包括具有上表面的浮栅导体。材料限定延伸至所述浮栅导体的上表面的开孔。材料包括在第二电介质下方的第一电介质。导电元件接触所述浮栅导体的上表面并且沿着开孔的侧壁延伸一定的距离，所述距离由第一电介质的厚度限定。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月22日提交的美国临时申请号61/868,739、和2013年3月15日提交的61/790,866的优先权，其全部内容通过引用以它们的整体并入本文。

技术领域

本公开涉及用于化学分析的传感器，和涉及制造这样的传感器的方法。

背景技术

各种类型的化学传感器已经用于化学过程的检测。一种类型是化学灵敏的场效应晶体管(chemFET)。chemFET包括由通道区域分开的源极和漏极，和偶联至通道区域的化学灵敏区域。ChemFET的运转是基于通道电导的调制，其是由于附近发生的化学反应在灵敏区域的电荷的改变造成的。通道电导的调制改变chemFET的阈值电压，其可被测量，以检测和/或测定化学反应的特征。可例如通过施加适当的偏压电压至源极和漏极，和测量流过chemFET的所得电流测量阈值电压。作为另一实施例，可通过驱动已知电流通过chemFET，和测量在源极或漏极的所得电压。

离子灵敏的场效应晶体管(ISFET)是在灵敏区域包括离子灵敏的层的一类chemFET。分析物溶液中离子的存在改变离子灵敏的层和分析物溶液之间界面处的表面电位，其是由于分析物溶液中存在的离子造成的表面电荷基团的质子化或去质子化。ISFET的灵敏区域处表面电位的改变影响可测量的设备的阈值电压，以指示溶液中离子的存在和/或浓度。

ISFET阵列可用于监测化学反应，比如DNA测序反应，其基于反应期间存在、产生或使用的离子的检测。见，例如，Rothberg等的美国专利号7,948,015，其通过引用并入本文。更一般而言，大的chemFET阵列或其他类型的化学传感器可用于检测和测量各种过程中各种分析物(例如氢离子、其他离子、化合物等)的静态和/或动态量或浓度。过程可例如是生物或化学反应、细胞或组织培养或监测天然活性、核酸测序等。

操作大尺寸化学传感器阵列出现的问题是传感器输出信号容易遭受噪声的影响。具体而言，噪声影响用于测定通过传感器检测的化学和/或生物过程的特征的下游信号处理的精确性。另外，横跨阵列的化学传感器性能变化产生传感器输出信号的非期望的差异，其使下游信号处理更加复杂。

所以期望提供包括低噪声化学传感器的设备，和制造这样的设备的方法。

发明内容

在一个实施方式中，描述了化学传感器。化学传感器包括化学灵敏的场效应晶体管，其包括具有上表面的浮栅导体。材料限定延伸至所述浮栅导体的上表面的开孔，材料包括在第二电介质下方的第一电介质。导电元件接触所述浮栅导体的上表面并且沿着所述开孔的侧壁延伸一定的距离，所述距离由第一电介质的厚度限定。

在另一实施方式中，描述了制造化学传感器的方法。方法包括形成化学灵敏的场效应晶体管，其包括具有上表面的浮栅导体。方法进一步包括形成材料，其限定延伸至浮栅导体上表面的开孔，所述材料包括在第二电介质下方的第一电介质。方法进一步包括形成导电元件，其接触所述浮栅导体的上表面并且沿着所述开孔的侧壁延伸一定的距离，所述距离由第一电介质的厚度限定。

在本说明书中描述的主题的一个多个实施方式的具体方面阐释在附图和下面说明书中。主题的其他特征、方面和优势将从说明书、附图和权利要求中变得显而易见。

附图说明

图1根据示例性实施方式图解用于核酸测序的系统组件的方块图。

图2根据示例性实施方式图解一部分集成电路设备和流动池的横截面图。