微电子细胞分析电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微电子细胞分析电极的制备方法，包括：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上生长多层介质层；刻蚀所述多层介质层以在其中形成电极图形凹槽；在所述多层介质层上沉积扩散阻挡层和金属铜；去除所述多层介质层表面上方的扩散阻挡层和金属铜以形成微电子细胞分析电极；以及将所述微电子细胞分析电极整合到细胞检测板的底部。本发明专利技术制作工艺简单，成本低廉，适于大规模制造。

Microelectronic cell analysis electrode and preparation method thereof

The invention discloses a micro cell analysis method, preparation of electrode includes providing a semiconductor substrate, growth of multilayer dielectric layer on the semiconductor substrate; etching the dielectric layer in which electrodes formed a pattern groove; in the deposition and diffusion barrier layer and a metal copper on the multilayer dielectric layer; removing diffusion the multilayer dielectric layer above the surface of the barrier layer and the copper electrode to form a micro cell analysis; and the micro cell analysis electrode integrated into the cell at the bottom of the detection board. The invention has the advantages of simple manufacturing process and low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物检测
，特别涉及一种微电子细胞分析电极及其制备方法。
技术介绍
细胞是生命体结构和功能的基本单位，任何生命现象的本质都要从细胞水平上来阐述。为了掌握生命过程的规律，必须以研究细胞为基础，深入探索细胞的行为。传统的细胞培养消耗培养基多，培养器皿多为一次性使用，消耗资源多；不能精确控制细胞的微环境，很难模拟细胞在体内的真实情况，只能对细胞群体进行分析获得细胞中的化学信息。而通过细胞群体分析获得的统计平均结果，掩盖了单个细胞之间的差异，并且不能无间断的记录细胞的生长情况，难以真实反应生理状态下细胞的生物学特征性。通过将基于先进制造技术和组织工程科学的细胞三维打印技术与基于微加工技术和传感器技术的细胞芯片技术相结合，为组织工程、药物筛选等研究领域拓展了新的理论和技术空间。生物芯片是一种测试仪器，它能够将活性生化物(酶，抗体，活细胞等)连接到能把这些活性生化物转变为电信号的电子系统上。生物传感器的出现不仅可使珍贵的生物试样与试剂消耗大大降低到微升甚至纳升级，而且使分析速度成十倍百倍地提高，费用成十倍百倍地下降。目前生物芯片电极的制作材料主要有聚甲基丙烯酸甲酯聚二甲基硅氧烷(PDMS)，聚碳酸酯(PC)等高分子聚合物。常用的加工聚合物生物芯片的气体激光器，如CO2激光器和准分子激光器等。准分子激光波长短，光子具有很高的能量，所需要的设备昂贵，精密磨具制备困难，所以应用较少；而CO2激光器价格相对更低，但是由于CO2激光器是基于热熔效应的直写法，所以加工的微通道平整度差，微结构粗糙，工艺改良空间不大。这些方法在一定程度上限制了生物芯片在细胞培养等方面的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种新型的微电子细胞分析电极制备方法，以电镀铜工艺形成微电子细胞分析电极并将其整合到细胞检测板的底部，以实时地监控细胞的贴壁、伸展、增殖、变形、凋亡及死亡等。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种微电子细胞分析电极的制备方法，包括：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上生长多层介质层；刻蚀所述多层介质层以在其中形成电极图形凹槽；在所述多层介质层上沉积扩散阻挡层和金属铜；去除所述多层介质层表面上方的扩散阻挡层和金属铜以形成所述微电子细胞分析电极；以及将所述微电子细胞分析电极整合到细胞检测板的底部。优选的，所述半导体衬底为<100>或<110>晶向的单晶硅衬底。优选的，所述多层介质层从下至上依次为二氧化硅缓冲层、氮化硅蚀刻停止层、FSG介质绝缘层以及氮氧化硅抗反射层。优选的，所述多层介质层通过等离子增强化学气相淀积工艺生成。优选的，所述扩散阻挡层由TaN层和Ta层构成，所述扩散阻挡层的沉积采用物理气相淀积工艺。优选的，所述金属铜的沉积采用电化学沉积工艺。本专利技术还提供了一种微电子细胞分析电极，其整合于细胞检测板的底部。所述微电子细胞分析电极包括：半导体衬底；多层介质层，形成于所述半导体衬底上；电极图形凹槽，形成于所述多层介质层中；以及扩散阻挡层和金属铜，形成于所述电极图形凹槽内。优选的，所述半导体衬底为<100>或<110>晶向的单晶硅衬底。优选的，所述多层介质层从下至上依次为二氧化硅缓冲层、氮化硅蚀刻停止层、FSG介质绝缘层以及氮氧化硅抗反射层。本专利技术的有益效果在于，采用电镀铜工艺在半导体衬底上制作微电子细胞分析电极，用于实时地监控细胞的贴壁、伸展、增殖、变形、凋亡及死亡等情况。利用该方法制作的微电子细胞分析电极微加工精度高，此外本专利技术还具有制作工艺简单，成本低廉，易于大规模制造的优点。附图说明图1是本专利技术微电子细胞分析电极一实施例的结构示意图；图2A-2F是本专利技术微电子细胞分析电极加工工艺各步骤的示意图。具体实施方式为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。本专利技术所公开的微电子细胞分析电极，其贴附于细胞检测板的底部，与细胞检测板共同放入细胞溶液中进行细胞分析。如图1所示，微电子细胞分析电极包括半导体衬底1和多层介质层，其中多层介质层从下而上依次包括缓冲层2、蚀刻停止层3、介质绝缘层4以及抗反射层5。电极图形凹槽6形成于多层介质层内，其中填充有扩散阻挡层7和金属铜8。金属铜作为微电子细胞分析电极的核心，与细胞检测板的底部接触而实现细胞分析。在本专利技术的一个较佳实施例中，该微电子细胞分析电极的半导体衬底1选用<100>或<110>晶向的P型或N型硅单晶抛光片材料。缓冲层2采用二氧化硅材料，其厚度为蚀刻停止层3采用氮化硅材料，其厚度为介质绝缘层4采用FSG材料，其厚度为抗反射层5采用氮氧化硅材料，其厚度为扩散阻挡层7由TaN和Ta构成，其厚度分别为为电极图形凹槽6的深度为1.6μm。图2A-2F显示了本专利技术的微电子细胞分析电极的制备方法，其包括以下步骤：首先，请参照图2A，提供一半导体衬底1，该半导体衬底是<100>或<110>晶向的硅单晶抛光片衬底，该衬底可以是P型或N型。接着，如图2B所示，在半导体衬底1上形成多层介质层。本实施例中，多层介质层包括缓冲层2、蚀刻停止层3、介质绝缘层4以及抗反射层5。其中，缓冲层2和抗反射层5由等离子增强化学气相淀积(PECVD)工艺生成，工艺条件为温度400度，反应气体为硅烷(SiH4)，笑气(N2O)。刻蚀停止层3由等离子增强化学气相淀积(PECVD)工艺生成，工艺条件为温度400度，反应气体是硅烷(SiH4)，氨气(NH3)。绝缘层4由等离子增强化学气相淀积(PECVD)工艺生成，工艺条件为温度400度，反应气体是硅酸乙酯(TEOS)，四氟化硅(SiF4)。接着，如图2C所示，采用光刻刻蚀工艺在多层介质层中形成电极图形凹槽6。具体地，先在多层介质层上涂覆光刻胶，通过曝光显影定义电极图形。接着以光刻胶为掩膜刻蚀抗反射层5，介质绝缘层4，停留在蚀刻停止层3上。之后，继续刻蚀蚀刻停止层以暴露出二氧化硅缓冲层2。请参照图2D，在图2C所形成的结构上沉积扩散阻挡层7。本实施例中，通过物理气相淀积(PVD)工艺沉积扩散阻挡层。请继续参照图2E，在扩散阻挡层上沉积金属铜8，填满电极图形凹槽6。本实施例中，通过电化学沉积(ECP)工艺沉积金属铜。最后，如图2F所示，进行平坦化工艺，去除多层介质层表面多余的扩散阻挡层7和金属铜8，使得多层介质层表面与扩散阻挡层7和金属铜8基本平齐。本实施例中平坦化工艺为化学机械研磨(CMP)工艺。综上所述，本专利技术采用电镀铜工艺在半导体衬底上制作微电子细胞分析电极，用于实时地监控细胞的贴壁、伸展、增殖、变形、凋亡及死亡等情况。利用该方法制作的微电子细胞分析电极微加工精度高，此外本专利技术还具有制作工艺简单，成本低廉，易于大规模制造的优点。虽然本专利技术已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本专利技术，本领域的技术人员在不脱离本专利技术精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本专利技术所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电子细胞分析电极的制备方法，其特征在于，包括：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上生长多层介质层；刻蚀所述多层介质层以在其中形成电极图形凹槽；在所述多层介质层上沉积扩散阻挡层和金属铜；去除所述多层介质层表面上方的扩散阻挡层和金属铜以形成所述微电子细胞分析电极；以及将所述微电子细胞分析电极整合到细胞检测板的底部。

【技术特征摘要】
1.一种微电子细胞分析电极的制备方法，其特征在于，包括：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上生长多层介质层；刻蚀所述多层介质层以在其中形成电极图形凹槽；在所述多层介质层上沉积扩散阻挡层和金属铜；去除所述多层介质层表面上方的扩散阻挡层和金属铜以形成所述微电子细胞分析电极；以及将所述微电子细胞分析电极整合到细胞检测板的底部。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述半导体衬底为<100>或<110>晶向的单晶硅衬底。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多层介质层从下至上依次为二氧化硅缓冲层、氮化硅蚀刻停止层、FSG介质绝缘层以及氮氧化硅抗反射层。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述多层介质层通过等离子增强化学气相淀积工艺生成。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾绍海，左青云，朱建军，李铭，易春艳，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31