一种场效应细胞培养皿的制备流程制造技术

一种场效应细胞培养皿制备工艺流程由清洗、源极光刻、源极扩散、漏极光刻、漏极扩散、栅极光刻、栅极外延、硅化光刻、金属硅化、热氧化、切割、合体、除菌组成。通过这个流程可以制备出由皿壁和皿底组成的场效应细胞培养皿。皿底由10×10～700×700个场效应传感器组成的传感器阵列。场效应传感器的结构是在一个n型半导体衬底上，制备两个不同掺杂浓度p型半导体的源极和漏极，栅极在源极和漏极之间，细胞在皿底场效应传感器的栅极培养，并控制栅极电位。该细胞培养皿制备流程有益之处在于流程简单，易于实现，可降低制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种场效应细胞培养皿的制备流程
本专利技术属生物传感器领域，涉及一种细胞膜电位检测传感器的制备流程，具体地说，涉及一种依靠场效应管检测细胞膜电位的细胞培养皿的制备流程。
技术介绍
中国专利技术专利ZL201210282543.8描述了一种场效应细胞培养皿结构，这种细胞培养皿是在皿底制作了一个场效应管阵列。细胞在培养皿中培养时，细胞有机会与该阵列中的一个场效应管贴壁生长，细胞膜电位可控制该场效应管的栅极。当细胞膜电位变化，该场效应管栅极电位发生变化，由此可控制场效应管漏源之间导电沟道的电阻变化。通过测量该场效应管的漏源电流，即可检测到细胞膜电位的变化。在这种场效应细胞培养皿专利技术之前已经出现了神经元-场效应管传感器(包家立，生物化学与生物物理进展，2018，45(5)：529-535)。这种传感器结构是n基底p-沟道场效应管，神经元贴敷在栅极隔离层上，细胞外液接地，基底、源极、漏极接正电压，漏源电流被栅极电压所调制。微电极刺入神经元，并用电流刺激细胞，膜电位在栅极变化并被检测(FromherzP，A等，Science，1991，252：1290-1293)。这种传感器的制备主要有清洗、匀胶、曝光、显影、坚膜、电极制作、刻蚀、切割等工艺，其中硅片工艺和神经芯片装配工艺是细胞-场效应管的关键技术(A等，PhysicalReviewLetters，1995，75(8)：1671-1673和2004，92(3)：038102；PhysicalReviewE，1997，55(2)：1779-1782)。硅片工艺：从表面(100)、电阻5-10Ω/cm的n型硅片上切割一块30×10mm2芯片，在掩膜氧化物用氟化铵溶液在1000℃腐蚀开16个径向道生长湿氧气，道2.5mm长(芯片中心从0.5到3mm)，第一个毫米宽60μm，向外逐步扩大到700μm，这些p型道用硼，直流电阻400Ω。场氧化物(1μm)在1000℃生长，刺激点(直径20-50μm)被蚀刻在道内末端，覆盖一层薄氧化物(大约10nm)，在1100℃干氧气快速热处理炉中生长。打开后连接道周边的点，用钢丝粘合。最后，树脂玻璃室(半径1.5mm)用硅酮胶粘结。从导电通道末端分离的刺激点区域连接到外部的电极。神经芯片装配：从欧洲医蛭(hirudomedicinalis)中分离的Retzius细胞，并保存在具有培养基(L-15)的塑料培养皿，培养基具有2％胎牛血清(Gibco)、5mg/ml葡萄糖和50μg/ml硫酸庆大霉素培养三天以上。细胞被胞外基质包被，胞外基质用分散酶/胶原酶处理30分钟后移去。用基本过氧化氢(30％过氧化氢，30％氨/水＝1∶1.5)热(80℃)清除芯片。用赖氨酸滴(1mg/ml水，分子量(MW)15000-30000)作为粘合剂滴到刺激点并干燥2-3h。然后，玻璃室用水冲洗3h并充满无血清培养基。用玻璃吸管(齿顶圆直径约100μm)吸进一个神经元，转移到玻璃室，在立体显微镜下观察控制转移一个刺激点。CMOS细胞电信号传感芯片是一种以CMOS传感器为电极，它测量细胞电信号的要求是后续电路具备高输入阻抗，以补偿电极特性和溶液界面态带来的影响。这种传感器直接与MOS管的栅极相连，以满足高输入阻抗的要求(朱大中等，固体电子学研究与进展，2005，25(4)：507-512)。该传感器采用lift-off工艺制作Au/Cr/Al电极。电极顶层金属为Au，有较好的生物兼容性和抗蚀能力。Cr层作为Au和Al的黏附层，Au和Cr采用交流溅射方法生长。芯片在电解液环境中测试细胞电信号需要充分保护芯片电路和管脚。其制作方法是在电极制备完成后，芯片表面用聚酰亚胺层处理，以保护芯片上电路和芯片管脚。芯片用陶瓷封装，并将直径20mm、底部边长1.5mm方孔玻璃容器粘合在芯片座上，作为细胞培养的腔体。标准CMOS工艺是微电子工业的主流工艺。多晶Si自对准工艺限制了MOS传感单元及其电路的单片集成。要想与CMOS工艺兼容，必须考虑以下几个方面：(1)新结构传感单元的设计；(2)相关电路的设计；(3)压焊区的绝缘封装(施朝霞、朱大中，半导体学报，2007，28(8)：1272-1277)。多层浮栅电极场效应管结构可与CMOS工艺兼容(Bausells等，SensorsandActuatorsB，1999，57：56)。片上集成的电路通过反馈或保持漏源电压和漏源电流恒定的方法使传感器输出与阈值电压呈线性(Morgenshtein等，SensorsandActuatorsB，2004，97：122)。芯片封装可采用裸露传感区倒装(flip-chipbonding)技术(Sudakov等，ICECSConference，Israel，2004)。一种光寻址单细胞传感器(LAPS)的制备工艺是采用1000℃热氧化法在n-型硅片上表面氧化一层30mn厚的SiO2，用金刚砂将硅片厚度磨减至100μm，并用聚二甲基硅氧烷(polydimethysiloxane，PDMS)在芯片表面做培养测量腔，腔体上表面用光学增透玻璃密封，玻璃表面镀金电极作为参考电极(王平等，浙江大学学报(工学版)，2005，39(9)：1404-1408)。用多聚鸟胺酸和层纤维蛋白的混合液(polyornithine+laminine，PLOL)在LAPS表面做培养前处理。场效应细胞传感器表面处理也是一项关键技术。影响细胞与硅表面耦合因素有化学因素和物理因素。化学因素包括表面官能团和表面电荷。物理因素包括表面粗糙度、表面张力等。表面处理方法有涂布法、制作特殊“形貌”法、表面亲水性改变法(包括离子注入法、氨基硅烷处理法)等(王平等，传感技术学报，2004，(2)：342-348)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种场效应细胞培养皿的制备流程。这个流程由清洗1、源极光刻2、源极扩散3、漏极光刻4、漏极扩散5、栅极光刻6、栅极外延7、硅化光刻8、金属硅化9、热氧化10、切割11、合体12、除菌13组成。在该制备流程中，把原始晶圆片作为工件，进行清洗1。用设计好的皿底15源极32暴露的掩膜版对衬底31工件进行源极光刻2和源极扩散3，在工件上制备出场效应传感器22的源极32。用设计好的皿底15漏极35暴露的掩膜版对该工件进行漏极光刻4和漏极扩散5，制备出场效应传感器22的漏极35。用设计好的皿底15栅极34暴露的掩膜版对该工件进行栅极光刻6和栅极外延7，制备出场效应传感器22的删极34。用设计好的皿底15源极连接线33、漏极连接线25、参考接件23、信号接件24暴露的掩膜版对该工件进行硅化光刻8和金属硅化9，制备出场效应传感器22的漏极连接线25和源极连接线33，其中所有场效应传感器的源极连接线33并接，并与参考接件23连接，各个场效应传感器22的漏极连接线25分别与信号接件24连接。把该工件进行热氧化10，使场效应传感器22一侧的工件表面制备出SiO2绝缘层36。将工件上多个皿底15切割出来，分成单个的皿底15。将皿壁与皿底合体12，成为一个完整的场效应细胞培养皿。把完整的场效应细胞培养皿进行除菌13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种场效应细胞培养皿的制备流程，由清洗、源极光刻、源极扩散、漏极光刻、漏极扩散、栅极光刻、栅极外延、硅化光刻、金属硅化、热氧化、切割、合体、除菌组成，把原始晶圆片作为工件，进行清洗；用设计好的皿底源极暴露的掩膜版对工件进行源极光刻和源极扩散；用设计好的皿底漏极暴露的掩膜版对工件进行漏极光刻和漏极扩散；用设计好的皿底栅极暴露的掩膜版对工件进行栅极光刻和栅极外延；用设计好的皿底源极连接线、漏极连接线、参考接件、信号接件暴露的掩膜版对工件进行硅化光刻和金属硅化，所有场效应传感器的源极连接线并接，并与参考接件连接，各个场效应传感器的漏极连接线分别与信号接件连接；该工件进行热氧化，在场效应传感器一侧的工件表面制备SiO

【技术特征摘要】
1.一种场效应细胞培养皿的制备流程，由清洗、源极光刻、源极扩散、漏极光刻、漏极扩散、栅极光刻、栅极外延、硅化光刻、金属硅化、热氧化、切割、合体、除菌组成，把原始晶圆片作为工件，进行清洗；用设计好的皿底源极暴露的掩膜版对工件进行源极光刻和源极扩散；用设计好的皿底漏极暴露的掩膜版对工件进行漏极光刻和漏极扩散；用设计好的皿底栅极暴露的掩膜版对工件进行栅极光刻和栅极外延；用设计好的皿底源极连接线、漏极连接线、参考接件、信号接件暴露的掩膜版对工件进行硅化光刻和金属硅化，所有场效应传感器的源极连接线并接，并与参考接件连接，各个场效应传感器的漏极连接线分别与信号接件连接；该工件进行热氧化，在场效应传感器一侧的工件表面制备SiO2绝缘层；将工件上多个皿底切割出来，分成单个的皿底；将皿壁与皿底合体，成为一个完整的场效应细胞培养皿；把完整的场效应细胞培养皿进行除菌。


2.根据权利要求1所述的一种场效应细胞培养皿的制备流程，其特征在于，所述的光刻流程包括涂胶、前烘、掩膜、曝光、去掩膜、去氧化层、去胶，涂胶是在衬底工件表面涂一层光刻胶，采用负性胶；前烘将胶膜中的溶剂全部挥发；掩膜是把设计好的皿底掩膜版覆盖在工件表面，掩膜版的图案覆盖在涂有光刻胶的工件上；曝光采用紫外线光照...

【专利技术属性】
技术研发人员：包家立，李宇波，朱朝阳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33