在芯片上制備多個測量區(qū)域的方法以及具有測量區(qū)域的芯片的制作方法
【專利說明】在芯片上制備多個測量區(qū)域的方法以及具有測量區(qū)域的芯 片
[0001] 本發(fā)明涉及用于在芯片上制備多個測量區(qū)域的方法，其中在所述芯片上于各測量 區(qū)域中使可電接觸的電極對結構化，并且其中該測量區(qū)域通過形成使所述測量區(qū)域相互分 開的隔室結構（CompartmentStruktur)而形成。
[0002] 此外，本發(fā)明涉及具有多個可電尋址的（elektrischadressierbar)測量區(qū)域的 芯片，其中在該芯片表面上設有使測量區(qū)域相互分開的隔室結構。
[0003] 上述類型的芯片及其制造方法例如由US2009/0131278A1而已知。所述芯片是一 種硅基芯片，在其表面通過金屬化和結構化布置有多個電極對。這些電極對呈二維陣列，優(yōu) 選地呈棋盤狀的排列。所述電極裝置包括叉指電極條帶，該電極條帶使得所述電極裝置的 兩個電極在長距離上彼此相鄰。所述測量范圍被設成以某些生物活性物質官能化。在此， 其可以是對特異性抗原起化學反應的抗體，其中該化學反應可通過所述電極裝置進行電檢 測。所述官能化通過所謂的點樣方法（Spotting-Verfahren)來實現(xiàn)，其中對各測量區(qū)域均 使用其它例如水基的溶液來施加作用。在此，負責官能化的分子被固定在相應的測量區(qū)域。 這種情況下極為重要的是，各測量區(qū)域的不同液體不相互混合，從而在每個測量區(qū)域上僅 存在一種類型的相關分子。
[0004] 為了避免相鄰點樣（Spots)的液體混合，根據US2009/0131278A1提出，在單個 測量區(qū)域之間可提供小壁形式的機械屏障。因此，芯片的表面可以說被劃分成一個箱體的 不同隔間（Fgcher)，其中所述液體在點樣方法的過程中分別被"填充"進隔間之一。然而， 應考慮的是，所述隔間以ym的數量級在芯片表面延伸。因此，機械限制的效果有其局限 性。由于溶劑（例如水）的表面張力，從而盡管有機械限制但仍可導致相鄰測量區(qū)域的液 體被合并，并由此發(fā)生相關官能性分子的互混。
[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供用于在芯片上制備多個測量區(qū)域的方法以及能夠特別是 用這種方法制造的芯片，其中可至少在很大程度上排除在點樣方法的過程中液體的混合。
[0006] 上述目的由根據權利要求1的方法或根據權利要求20的芯片得以實現(xiàn)。有利的 改進和設計是從屬權利要求的主題。
[0007] 不言而喻的是，下文為避免重復而僅針對本發(fā)明的一個方面列出的設計、實施方 式、優(yōu)勢等當然亦比照適用于本發(fā)明的其它方面。
[0008] 此外，不言而喻的是，對于下文的值、數量和范圍的說明，所規(guī)定的值或范圍不應 理解為限制性的；本領域技術人員應理解，個別情況或相關應用下可以偏離所規(guī)定的范圍 和說明，而不脫離本發(fā)明的范圍。
[0009] 另外，原則上可使用標準化的或明確規(guī)定的測定方法或本領域技術人員熟知的測 定方法來確定或計算所有在下文中列出的值或參數等。以此為該前提，下文中將對本發(fā)明 進行詳述。
[0010] 根據本發(fā)明的一個方面，優(yōu)選用以下工藝步驟來實現(xiàn)所述隔室結構的構建。首先， 在測量區(qū)域產生親水性。這是允許該測量區(qū)域能夠用親水性液體潤濕的必要前提。一般情 況下，官能性分子溶解在水中，因而最為重要的是所述測量區(qū)域的親水性。此外，本發(fā)明的 方法包括在所述測量區(qū)域以外的芯片表面上通過施加自組裝單層來產生疏水潤濕性，所述 自組裝單層由氟硅烷化合物構成?？赡艿姆柰榛衔锟煽紤]例如特氟龍（聚四氟乙烯或 PTFE)?？墒褂美纾ㄊ?1，1，2, 2,-四氫辛基）三氯硅烷C8H4C13F13Si。有利的是， 這種單層的疏水性能遠比機械屏障有效。由于所述測量區(qū)域之間的芯片表面幾乎不可能被 親水性液體潤濕，從而在官能性液體的各個點樣之間產生了安全距離，該距離有效地防止 了混合。由此，能夠有利地使用本發(fā)明的方法可靠制造官能化芯片。
[0011] 根據本發(fā)明的另一方面，特別提供一種芯片，其中隔室結構由自組裝（英語self assembling)單層構成，該自組裝單層由氟硅烷化合物組成并且覆蓋了除測量區(qū)域以外的 芯片表面。
[0012] 當僅有一層分子形成在芯片表面上時，產生單層。該單層的自組裝由所使用的氟 硅烷化合物的結構而產生。氟硅烷分子具有三氯硅烷基團，其相對于硅是極其親和的，出于 該原因這些基團在芯片表面上排列。然后，所述分子的其余部分從表面伸出并形成相對疏 水的表面。有利地，所述表面的這種疏水化是極其有效的。
[0013] 根據本發(fā)明方法的一種實施方式，該方法通過以下按指定順序的工藝步驟實施以 形成所述隔室結構。首先，將氟硅烷化合物作為單層沉積至芯片表面上。這發(fā)生在真空氛 圍中?？墒褂肅VD或PVD工藝。接著進行的是，將可光致結構化（photostrukturierbar) 的層施加至芯片表面上。該層首先覆蓋整個芯片表面。接下來，通過合適的掩膜使測量區(qū) 域曝光。通過使所述可光致結構化的層顯影來產生經光致結構化的層，其中可使測量區(qū)域 暴露。在如此暴露的測量區(qū)域獲得了親水性能，由此可在此處點樣水性的溶液。最后除去 所述可光致結構化的層。
[0014] 根據本發(fā)明的一種可替代的實施方式，該方法還可通過以下按指定順序的工藝步 驟實施以形成所述隔室結構。首先，在整個芯片表面上形成親水性能。接著，將可光致結構 化的層施加在芯片表面上。通過使測量區(qū)域以外的芯片表面曝光而將所述層光致結構化。 通過所述可光致結構化的層的顯影產生了經光致結構化的層，其中所述測量區(qū)域被所述經 光致結構化的層覆蓋。然后，在芯片表面上蒸鍍氟硅烷化合物作為單層，即以上述已被實施 的方式。最后除去所述經光致結構化的層。
[0015] 所述兩種可替代的實施方式均具有以下巨大優(yōu)勢，各個生產步驟本身是眾所周知 的，因此能夠以較大的加工可靠性來實施。由于工藝安全性的提高從而有利地實現(xiàn)了高品 質的結果。
[0016] 根據所述方法的另一實施方式設置，親水性能的產生是在氧等離子體中或利用干 法蝕刻來實現(xiàn)的。這些對于晶片的處理來說常見的方法同樣也能夠以高的工藝安全性有利 地使用。
[0017] 根據本發(fā)明的另一實施方式設置，在如上所述的工藝步驟完成后，對處理過的芯 片表面進行清洗。以這種方式，可使芯片表面為接下來的點樣過程做好準備。污染物被有 利地去除，從而在點樣后不會出現(xiàn)因測量區(qū)域的不潔表面而導致的測量誤差。處理過的芯 片表面的清洗可形成芯片準備的完結。然后，這樣來封裝所述芯片，使得沒有必要重新清潔 芯片表面。使用者在立即實施點樣方法之前才去除封裝。可替代地，當然也可以由使用者 盡可能及時地在點樣方法前實施清洗。
[0018] 優(yōu)選以濕化學法來進行清洗。對此，提供piranha溶液的應用。該溶液由過氧化 氫和硫酸的混合物組成并為表面的清洗提供了極為有效的化合物。有利的是，氟硅烷化合 物的單層是化學足夠穩(wěn)定的，以經受這種清洗步驟。
[0019] 根據本發(fā)明的另一實施方式還設置，在進行清洗后立即用點樣法進行測量區(qū)域的 官能化。在這種情況下，使用者獲取了已官能化的芯片以供使用。這之所以對于作為標準 經常采用的分析方法來說是有利的，是因為大量件數的芯片能在制造后被立即官能化。以 這種方式，可以很好地避免污染。
[0020] 根據本發(fā)明的另一方面，提供一種用于制造具有多個可電尋址的測量區(qū)域的芯 片、或用于在芯片上制備多個測量區(qū)域的方法，其中于該芯片表面上在各個測量區(qū)域中可 電接觸的電極對被結構化，并且其中通過形成使所述測量區(qū)域相互分開的隔室結構而形成 所述測量區(qū)域。
[0021] 這種情況下，所述隔室結構的形成包括在除所述測量區(qū)域以外的芯片表面上產生 疏水的潤濕性能。此外，所述隔室結構的形成可包括在測量區(qū)域產生親水性能。
[0022] 此外，根據本發(fā)明的可獨立實現(xiàn)的一個方面設置，所述測量區(qū)域至少基本上直至 安裝芯片至電組件中時都設有保護層。這種情況下，對"直至安裝芯片"的確定應被理解為 在芯片制造過程中的各個加工階段，其中保護層的去除是有意義的。這可以在點樣過程之 前即時地進行，但例如也可以緊隨在分割晶片（由其制成芯片）之后或在（單個）芯片的 電接觸（接合）之后。
[0023] 至少基本上覆蓋所述測量區(qū)域的保護層的使用使簡化對芯片的深加工成為可能。 所述芯片或所述晶片（由其制備芯片）例如可被分割或電接通、或在外部被鈍化處理或被 澆鑄就位，而不用擔心敏感的測量區(qū)域或蒸鍍有金屬如金的芯片表面被暴露在機械、熱或 化學負荷中并被損