专利名称：包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器的生物芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物芯片，尤其涉及一种包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器的生物芯片，该图像传感器收集来自晶片(wafer)的背面的光，从而提高对从生物芯片的反应区域发出的光进行感测的能力。
背景技术：
一般来说，将芯片制造成这样的型式其中，参考样本(由诸如DNA、蛋白质等的生物分子构成)规则地排列在由诸如玻璃、硅和尼龙的材料制成的基片上。根据待排列的参考样本的种类，将生物芯片分为DNA芯片、蛋白质芯片等等。基本上，生物芯片利用相对于基片是固定的参考样本和目标样本之间的生化反应。参考样本和目标样本之间的生化反应的典型例子包括DNA碱基的互补结合和抗原抗体反应。通常，利用图像传感器通过光学工序、通过检测生化反应进行的程度来实施生物芯片的诊断。光学工序一般利用荧光或发光现象。图1是示出包含具有前面照射光电二极管结构的图像传感器的传统生物芯片的视图。参考图1，包含具有前面照射光电二极管结构的图像传感器的传统生物芯片包括生物芯片层IOOa和图像传感器层100b。生物芯片层IOOa具有多个第一反应区域110a、第二反应区域IlOb和第三反应区域110c，这些区域均呈槽状。第一、第二和第三反应区域IlOaUlOb和IlOc分别在其上部具有目标样本IllaUllb和Illc且在其下部具有参考样本112a、lUb和112c。图像传感器层IlOb具有多个第一前面照射光电二极管151a(PDl)、第二前面照射光电二极管151b (P^)和第三前面照射光电二极管151c (PD3)，这些光电二极管均形成在晶片的外延层150中。多个堆叠的金属布线131和133形成在层间介质材料130中，层间介质材料130 形成在外延层150的上表面上。然而，在包含具有前面照射光电二极管结构的图像传感器的传统生物芯片100 中，根据多个第一、第二和第三反应区域IlOaUlOb和IlOc的目标样本111a、Illb和Illc 和参考样本112a、112b和112c之间的生化反应的程度，会发出光120。光120很可能被形成在多个第一、第二和第三前面照射光电二极管151a、151b和151c上方的金属布线131和 132所吸收，结果，多个第一、第二和第三前面照射光电二极管151a、151b和151c的感光度可能会下降。同时，在生物芯片层的制造中，表面处理技术被认为对于生物材料的附着是很重要的。这就是说，为了使生物材料可以很容易地附着到基片上，以提供亲水性或疏水性的方式执行表面处理。这种表面处理主要是使用等离子体来执行的。在采用前面照射(FSI)的传统结构中，由于在表面处理期间等离子体被投射在光电二极管上，所以光电二极管的暗电流可能会增加。此外，由于生物芯片层形成在层间介质材料上，因此在生物芯片的制造和反应工序中所采用的溶液可能会穿过层间介质材料而渗入到底层电路中。因此，可能会引起一些问题难以形成层间介质材料，并且在执行用于生物芯片层的表面处理和使用反应溶液等时可能存在限制。
发明内容
因此，提出了本发明，旨在努力解决现有技术中存在的这些问题，本发明的目的是提供一种生物芯片，其包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器，该图像传感器能够直接收集从生物芯片层发出的带有生化反应信息的光，以提高感光度，并且能够防止由于在生物芯片层的制造工序期间进行的表面处理和在生化反应工序期间发生的溶液渗入而造成的电路特性的恶化。为了实现上述目标，根据本发明的一个实施方式，提供了一种生物芯片，其包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器，包括生物芯片层；以及图像传感器层，图像传感器层附着到所述生物芯片层的一个表面上，并感测从所述生物芯片层发出的带生化反应信息的光，其中，所述图像传感器层包括接收指向晶片的背面的光的多个感光部分。
在结合附图阅读了以下详细说明后，本发明的上述目的以及其他特征和优势将变得更明显。附图中图1是示出包含具有前面照射光电二极管结构的图像传感器的传统生物芯片的构造的视图；以及图2是示出根据本发明的实施例的包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器的生物芯片的构造的视图。
具体实施例方式现在将更详细地描述本发明的优选实施例，附图示出了该实施例的示例。尽可能地，在附图和说明书中，使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。图2是示出根据本发明的实施例的包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器的生物芯片的构造的视图。参考图2，根据本发明实施例的包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器的生物芯片200包括生物芯片层200a和图像传感器层200b。生物芯片层200a具有多个第一反应区域210a、第二反应区域210b和第三反应区域210c，这些区域均呈槽状。第一反应区域210a在其上部具有目标样本211a且在其下部具有参考样本212a。 类似地，第二反应区域210b在其上部具有目标样本21 Ib且在其下部具有参考样本212b，并且第三反应区域210c在其上部具有目标样本211c且在其下部具有参考样本212c。以下，将主要详细描述第一反应区域210a的目标样本211a和参考样本21 的功能。目标样本211a可包括发光材料，当外部照射被阻断时该发光材料自身发出光。该发光材料的一个典型例子是荧光素。当荧光素被ATP (三磷酸腺苷)激活时变成活化的萤光素。随着活化的萤光素在荧光素酶的作用下被氧化而成为氧化萤光素，化学能被转换成光能，从而产生了光。而且，目标样本211a可包括荧光材料，该荧光材料通过外部照射(未显示)能够产生具有特定波段的光。作为参考样本21 和目标样本211a之间反应的结果，荧光材料可以在第一反应区域210a中生成；或者荧光材料可以以这种方式生成在参考样本21 和目标样本211a之间发生了指定的生化反应后，通过将可选荧光材料与目标样本211a结合，使得诸如GFP(绿色荧光蛋白)的可选荧光材料留在第一反应区域210a中。取决于所感测的生化反应是什么，参考样本21 可以包括不同的材料。例如，如果生化反应是抗原抗体反应，则参考样本21 可以是抗原；以及如果生化反应是DNA碱基的互补结合，则参考样本21 可以是经基因工程改造能够互补结合的基因。目标样本211a是根据按生化反应的种类所确定的参考样本21 来选择的。例如， 如果参考样本21 是抗原，则目标样本211a可以是血液等；以及如果参考样本21 是基因工程改造基因，则目标样本211a可以是用户的基因等。图像传感器层200b具有如下的构造图像传感器层200b被放置在生物芯片层 200a的底表面上，并且形成背面照射(BSI)图像传感器。背面照射(BSI)图像传感器是通过执行以下过程形成的执行与传统的前面照射 (FSI)图像传感器相同的处理，最后翻转处理后的晶片以使得最终获得的图像传感器能够直接收集光。这就是说，当从传统的前面照射(FSI)图像传感器的角度观察时，根据本发明的背面照射(BSI)图像传感器收集来自光电二极管的底部，即晶片的底表面的光。图像传感器层200b具有形成在晶片的外延层250中的多个第一背面照射光电二极管251a(PDl)、第二背面照射光电二极管251b(PD》和第三背面照射光电二极管 251c (PD3)。第一背面照射光电二极管251a(PDl)感测根据在第一反应区域210a中目标样本 211a和参考样本21 之间的生化反应的程度而从第一反应区域210a发出的光220。类似地，第二背面照射光电二极管251b(PD》感测根据在第二反应区域210b中目标样本211b 和参考样本212b之间的生化反应的程度而从第二反应区域210b发出的光220，以及第三背面照射光电二极管251c (PD!3)感测根据在第三反应区域210c中目标样本211c和参考样本 212c之间的生化反应的程度而从第三反应区域210c发出的光220。分别从第一反应区域210a、第二反应区域210b和第三反应区域210c发出的光 220直接到达第一背面照射光电二极管251a(PDl)、第二背面照射光电二极管251b(PD2)和第三背面照射光电二极管251c(PD3)并被吸收，而没有经过在传统前面照射(FSI)光电二极管的成形中会堆叠在光电二极管上方的金属布线，因而根据本发明可以显著地提高感光度。由第一背面照射光电二极管251a(PDl)、第二背面照射光电二极管251b(PD2)和第三背面照射光电二极管251c (PD3)感测到的光被输出为电信号。该电信号由信号处理单元、诸如设置在图像传感器层200b中的ISP(图像信号处理器)255处理。优选地，外延层250的上部可包括滤光器(未显示)和微透镜(未显示)，滤光器传送预定波段的光，微透镜将光聚集于滤光器上。层间介质材料230设置在外延层250的下方，并且多个堆叠的金属布线231和233 形成在层间介质材料230中。这种结构有别于传统的前面照射(FSI)图像传感器的结构， 在传统的前面照射(FSI)图像传感器的结构中，层间介质材料130布置在外延层150上并且金属布线131和133形成在层间介质材料130中。在利用前面照射(FSI)的传统结构中，由于生物芯片层形成在层间介质材料上， 因此在制造生物芯片层的工序期间所实施的表面处理会导致光电二极管的特性很可能发生改变，并且反应溶液会穿过层间介质材料而影响底层电路。然而，在利用背面照射(BSI)的本发明的结构中，因为生物芯片层形成在与电路形成的区域相背的背面上，所以在制造生物芯片层的工序期间所实施的表面处理不会影响光电二极管的特性，而且可以防止由于在反应工序中所使用的溶液的渗入而导致的电路误操作。正如从上面的描述可知的，在本发明的实施例中，由于从生物芯片层发出的带有生化反应信息的光被直接收集在背面照射光电二极管结构的底部即晶片的底表面上，因此能够提高感光度。而且，在本发明的实施例中，能够防止由于在生物芯片层的制造工序期间进行表面处理和在生化反应工序期间发生的溶液渗入而造成的电路特性的恶化。尽管出于示意目的描述了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将认识到在不超出附随的权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，可进行各种修改、补充和替代。
权利要求
1.一种包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器的生物芯片，包括生物芯片层；以及图像传感器层，附着在所述生物芯片层的一个表面上，并感测从所述生物芯片层发出的具有生化反应信息的光；其中，所述图像传感器层包括接收指向晶片的背面的光的多个感光部分。
2.根据权利要求1所述的生物芯片，其中，所述生物芯片层包括多个槽状的反应区域，并且其中，每个所述反应区域都具有位于其上部的目标样本和位于其下部的参考样本。
3.根据权利要求2所述的生物芯片，其中，所述目标样本包括发光材料或荧光材料。
4.根据权利要求2所述的生物芯片，其中，当生化反应是抗原抗体反应时所述参考样本使用抗原材料，并且当生化反应是DNA碱基的互补结合时所述参考样本使用经基因工程改造能够互补结合的基因。
5.根据权利要求1所述的生物芯片，其中，所述感光部分包括形成在所述晶片的外延层中的多个背面照射光电二极管。
6.根据权利要求5所述的生物芯片，其中，由所述背面照射光电二极管感测到的光被输出为电信号，并且所述电信号由信号处理单元处理。
7.根据权利要求6所述的生物芯片，其中，所述信号处理单元包括设置在所述图像传感器层中的图像信号处理器(ISP)。
8.根据权利要求5所述的生物芯片，其中，在所述外延层下方形成有层间介质材料，并且在所述层间介质材料中形成有多根金属布线。
9.根据权利要求5所述的生物芯片，其中，所述外延层的上部包括滤光器和形成在所述滤光器上方的微透镜。
全文摘要
本发明公开了一种包含具有背面照射光电二极管结构的图像传感器的生物芯片，包括生物芯片层；以及图像传感器层，所述图像传感器层附着到所述生物芯片层的一个表面上，并感测从所述生物芯片层发出的带生化反应信息的光，其中所述图像传感器层包括接收指向晶片的背面的光的多个感光部分。
文档编号G01N21/76GK102183511SQ20101062385
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年1月14日
发明者李炳洙, 李道永 申请人:(株)赛丽康