感測芯片制造技術

本發明專利技術公開一種感測芯片，包括：基板；以及多個納米結構，周期性地排列于基板上，其中每一納米結構包括：底金屬層，位于基板上；中間介電層，位于底金屬層上；以及頂金屬層，位于中間介電層上；其中底金屬層的面積大于頂金屬層的面積。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及感測芯片，特別是涉及其納米結構的形成方式。
技術介紹
在生醫檢測中，無論是食品安全或是癌癥篩檢，目前均以酵素免疫檢測法(Enzyme-linkedimmunosorbentassay,ELISA)為主。現行ELISA技術雖具有高靈敏度的優點，但其所用的試劑組(ELISAkits)昂貴、檢測步驟繁瑣耗時，且需將目標待測物接上生物標簽(如熒光分子)或接上酵素進行呈色反應，而熒光分子不但會干擾目標分子的活動，且大部分熒光分子會有光漂白(photobleaching)或熒光閃爍(blinking)的問題，造成ELISA法在低濃度量測時容易產生誤差。局部化表面等離子體共振(LSPR)原理的芯片可達到免標定與快速檢測的效果，其利用金屬納米結構的表面等離子體共振光譜。由于LSPR對于金屬界面折射率變化很靈敏，可用于偵測吸附在結構表面數十納米距離內的微量待測物(如抗原或抗體)。在LSPR中，金屬納米結構的表面等離子體共振光譜對環境折射率變化(即Δλ/Δn)是偵測靈敏度的關鍵因素。此外，當共振光譜的半高寬越窄，光譜的鑒別率(resolution)越高，也可提升偵測效果。式1為芯片質量因子的定義(FigureofMerit,FoM)。FigureofMerit(FoM)=ΔλΔn(nm/RIU)FWHM(nm)]]>(式1)與現有ELISA技術相比，LSPR技術是一種免熒光標定的檢測方式，可縮短檢測的流程與時間，也不會遇到二次抗體(含熒光分子)接枝的立體空間障礙問題。但目前LSPR芯片和ELISA法相比，其靈敏度尚嫌不足。主要原因除了一般表面等離子體共振光譜較寬外，對于待測物能否靠近納米結構上的熱點(hotspot)位置以產生有效的光譜偏移也是一大重點。
技術實現思路
目前亟需新的LSPR結構提升對待測物的靈敏度及提升光譜鑒別率(縮小共振波長的半高寬)，進而測得更低濃度的待測物。本專利技術一實施例提供感測芯片，包括：基板；以及多個納米結構，周期性地排列于基板上，其中每一納米結構包括：底金屬層，位于基板上；中間介電層，位于底金屬層上；以及頂金屬層，位于中間介電層上；其中底金屬層的面積大于頂金屬層的面積。上述感測芯片使熱點位置由基板處調高至待測物容易附著的頂金屬層。上述感測芯片上的納米結構周期，可使結構單元本身的共振模態(LSPRmode)與周期性結構提供的雷利異常模態(Rayleighanomaly)互相耦合產生菲諾共振模態(Fanoresonancemode)，以縮小共振峰的半高寬(FullWidthHalfMaximum,FWHM)，進而提升芯片的偵測極限。附圖說明圖1A至圖1D為本專利技術一實施例中，感測芯片的制作工藝剖視圖；圖1E至圖1G為本專利技術實施例中，納米結構的剖視圖；圖2A至圖2B為本專利技術實施例中，周期性排列的納米結構的上視圖；圖3A至圖3C為本專利技術實施例中，納米結構的上視圖；圖4為本專利技術實施例中，采用修飾劑使待測物鏈接至納米結構的頂金屬層的示意圖；圖5A與圖5B為本專利技術實施例中，納米結構的剖視圖；圖6A與圖6B為本專利技術實施例中，待測物于納米結構上的仿真光譜的示意圖；圖7A與圖7B為本專利技術實施例中，納米結構的仿真表面等離子體共振光譜的示意圖；圖8為本專利技術實施例中，相同納米結構于不同介質下的光譜變化的示意圖；圖9為本專利技術實施例中，相同介質中具有不同厚度的中間介電層的納米結構其光譜變化的示意圖；圖10A與圖10B為本專利技術實施例中，納米結構的剖視圖。符號說明P周期；1感測芯片；10基板；11光致抗蝕劑層；13開口；15底金屬層；17中間介電層；19頂金屬層；20納米結構；41修飾劑；43待測物；61熱點。具體實施方式圖1A至圖1D為本專利技術一實施例中，感測芯片1的制作工藝剖視圖。如圖1A所示，首先提供基板10，再形成光致抗蝕劑層11于基板10上。基板10可為介電材料如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Sapphire)、玻璃、或其他常見介電材料。基板10的折射率ns介于1.2至4.5之間。基板10的折射率ns與后述的納米結構20的表面等離子體共振波長有關。若基板10的折射率ns過大，則表面等離子體共振波長紅移到紅外光范圍，會導致光譜儀設備成本增加。接著如圖1B所示，通過光掩模選擇性地曝光光致抗蝕劑11，經過顯影后形成圖案化光致抗蝕劑層11形成周期性排列的開口13。光致抗蝕劑層11可為正光致抗蝕劑或負光致抗蝕劑，并采用對應的光掩模。調整制作工藝參數可讓圖案化后的光致抗蝕劑層11其開口13具有下寬上窄(底切)的形狀，且開口13的側壁可為曲面(見圖1B)或平面(未圖示)。接著如圖1C所示，依序沉積底金屬層15、中間介電層17、與頂金屬層19于開口13中及光致抗蝕劑層11上。底金屬層15可為金、銀、鋁、鉻、銅、鈦、或上述的合金。在本專利技術一實施例中，底金屬層15與頂金屬層19可為相同組成。在本專利技術一實施例中，底金屬層15的厚度介于1nm至40nm之間。若底金屬層15的厚度過薄，則不容易形成均勻的薄膜。若底金屬層15的厚度過厚，則無法用剝離法(lift-offmethod)制作微結構。中間介電層17可為氧化鋁、氧化硅、氮化硅、或上述的組合。在本專利技術一實施例中，中間介電層17的厚度介于1nm至10nm之間。若中間介電層17的厚度過薄，則不容易形成均勻的薄膜。若中間介電層17的厚度過厚，則底金屬層與頂金屬層的表面等離子體共振模態耦合效果差，而減損結構光譜的調控性。頂金屬層19可為金、銀、鋁、鉻、銅、鈦、或上述的合金。在本專利技術一實施例中，頂金屬層15的厚度介于2nm至40nm之間。若頂金屬層15的厚度過薄，則不容易形成均勻的薄膜。若頂金屬層15的厚度過厚，則無法用剝離法(lift-offmethod)制作微結構。接著如圖1D所示，剝除光致抗蝕劑層11與沉積其上的材料，保留開口13中底金屬層15、中間介電層17、與頂金屬層19堆棧的納米結構20。在本專利技術一實施例中，納米結構20的寬度介于50nm至1000nm之間。若納米結構20的寬度過小，則結構尺寸均勻性不易控制。若納米結構20的寬度過大，則共振光譜落在紅外光波長，造成光譜儀成本提升。在本專利技術一實施例中，納米結構20的寬度大于或等于納米結構20的高度(底金屬層15、中間介電層17、與頂金屬層19的總厚度)。若納米結構20的高度大于納米結構20的寬度，則高寬比過大造成制作工藝困難。由于光致抗蝕劑層11的開口13呈周期性排列，對應的納米結構20也呈周期性排列，且周期P介于100nm至2000nm之間。若周期P過大，則對應的Rayleighananomy發生位置落在紅外光范圍。若周期P過小，則對應的Rayleighananomy發生位置落在紫外光范圍且尺寸過小不容易制作。上述納米結構20的周期性排列的上視圖可為六角形排列如圖2A所示，矩形排列如圖2B所示、或其他合適的排列方式。此外，納米結構20的上視形狀可為圓形如圖3A所示、方形如圖3B所示、三角形如圖3C所示、或其他合適的上視形狀。周期性排列的納米結構20的表面等離子體共振波長λLSP介于0.85ns×P至1.15本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種感測芯片，包括：基板；以及多個納米結構，周期性地排列于該基板上，其中每一該些納米結構包括：底金屬層，位于該基板上；中間介電層，位于該底金屬層上；以及頂金屬層，位于該中間介電層上；其中該頂金屬層的面積小于該底金屬層的面積。

【技術特征摘要】
1.一種感測芯片，包括：基板；以及多個納米結構，周期性地排列于該基板上，其中每一該些納米結構包括：底金屬層，位于該基板上；中間介電層，位于該底金屬層上；以及頂金屬層，位于該中間介電層上；其中該頂金屬層的面積小于該底金屬層的面積。2.如權利要求1所述的感測芯片，其中該些納米結構具有一表面等離子體共振波長λLSP與排列的周期P，該基板具有一折射率ns，周期P介于100nm至2000nm之間，折射率ns介于1.2至4.5之間，且λLSP介于0.85ns×P至1.15ns×P之間。3.如權利要求1所述的感測芯片，其中該基板包括一介電材料。4.如權利要求1所述的感測芯片，其中該些納米結構的周期性排列包括矩形排列或六邊形排列。5.如權利要求1所述的感測芯片，其中該些納米結構的上視形狀包括圓形、方形、或三角形。6.如權利要求1所述的感測芯片，其中該些納米結構的側視...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林鼎晸，陳怡萍，陳品誠，
申請(專利權)人：財團法人工業技術研究院，
類型：發明
國別省市：中國臺灣;71