Brevet FR2834383A1 — publié le 20030704

procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. PROCEDE DE DEPOT SELECTIF DE MATIERE SUR DES ELECTRODES DE BIOCAPTEURS OU DE PUCES REALISES A PARTIR D'UN MEME SUBSTRAT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L' invention se rapporte à un procédé de dépôt sélectif de matière sur des électrodes de biocapteurs ou de puces réalisés à partir d'un même substrat. Elle concerne en particulier des dispositifs de microélectronique comportant plusieurs éléments interaonnectés sur une même plaquette de départ ou substrat. L' invention trouve des applications notamment pour la réalisation de micro-systèmes qui, dans le domaine de l'analyse biologique ou biochimique ou plus généralement des tests en pharmacologie, permettent l'analyse d'un très grand nombre de points par des procédés de fixation collectifs de résatifs sur un plan multizone. Ces micro-systèmes peuvent être réalisés par des "biochips" qui sont des puces comportant une partie de cTrcuit électrique réalisée sur un substrat (un champ d'électrodes par exemple) et une partie bLologique réalisée à la surface des puces. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE L'une des techniques utilisoes pour fixer ces réactifs est l'électrodéposition sur sites polarisés électriquement d'un polymère conducteur porteur de l'espèce chimique ou biologique choisie B 13978.3 JL comme réactif. Le substrat est relié électriquement vers l'extérieur et est trempé dans une cuve contenant une solution porteuse de l'espèce chimique ou biologique à déposer. Le site choisi est polarisé et la copolymérisation s'effectue. On passe ensuite à une autre solution porteuse d'un autre réactif. Un autre site est polarisé pour une nouvelle copolymérisation. Le cycle reprend autant de fois qu'il y a de réactifs différents à fixer. Une amélioration intéressante consiste à intégrer l'électronique d'adressage des sites dans le substrat lui-même. Cette technique est séquentielle. Chaque site est polarisé successivement et le substrat est trempé dans la solution porteuse du réactif à chaque passe. L'une des principales limitations de ce procédé vient du temps nécessaire à la fonctionnalisation de milliers de puces traitées individuellement. Le document FR-A-2 741 476 (correspondant au brevet américain 5 776 791) divulgue l 'application du procédé à une plaquette (ou substrat) destince à fournir une pluralité de puces, ce qui est déjà un très grand progrès pour le temps de fonctionnalisation des sites. Ainsi, il est possible de traiter simultanément, sur une même plaquette semiconductrice, un grand nombre de puces pour déposer sélectivement une espèce chimique sur des électrodes déterminées de chaque puce, toutes les puces d'une plaquette étant alors traitées en parallèle. Le traitement d'une plaquette, pour obtenir une pluralité de puces, peut faire intervenir B 13978.3 JL différentes techniques. Par exemple, les puces peuvent être réalisées suivant un procédé de photorépétition, puis l' assemblage peut être réalisé suivant un procédé pleine tranche. I1 est possible également de tout réaliser par un procédé en pleine tranche. Cependant, quel que soit le procédé utilisé, les puces résultantes sont absolument identiques. I1 se pose alors le problème de l'obtention de puces différentes entre elles sur une même plaquette, sans modification du procédé de réalisation. I1 serait en effet très intéressant d'obtenir en fin de procédé des puces fonctionnalisées différentes mais obtenues par un procédé de réalisation et de fonctionnalisation collectif. EXPOSÉ DE L' INVENTION La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. Elle a pour objet un procédé de dépôt sélectif de matière sur des électrodes de biocapteurs ou de puces réalisés à partir d'un même substrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: a) réalisation sur ledit substrat d'une pluralité de biocapteurs ou de puces, chaque biocapteur ou chaque puce comprenant une pluralité d'électrodes sur lesquelles des dépôts sélectifs de matière doivent être réalisés, des plots d'adresse, une zone d'adresse contenant l'adresse programmée du blocapteur ou de la puce, connectée aux plots d'adresse et apte à reconnaître l'adresse dudit biocapteur ou de ladite puce pour le/la placer dans un état dit activé si l'adresse du biocapteur ou de la puce contenue dans un B 13978.3 JL mot de commande requ sur les plots d'adresse est exacte, le substrat comportant également des moyens de liaisons électriques permettant de connecter les plots d'adresse et la pluralité d'électrodes de chaque 5. biocapteur ou de chaque puce vers des moyens d'adressage permettant l 'activation des biocapteurs ou des puces et la polarisation des électrodes, b) adressage des biocapteurs ou des puces et des électrodes sur lesquelles le dépôt d'une première matière doit être réalisé comprenant: - l'envoi successif sur les plots d'adresse des biocapteurs ou des puces à activer de mots de commande appropriés pour les activer successivement, la reconnaissance par lesdits biocapteurs ou lesdites puces des mots de commande appropriés déterminant leur placement à l'état activé, - la connexion des électrodes devant recevoir le dépôt de ladite première matière à des moyens de polarisation par adressage de ces électrodes, c) le dépôt de ladite première matière simultanément sur les électrodes concernées par électrodéposition, d) le renouvellement des étapes b) et c) autant de fois que nécessaire pour effectuer des dépôts de matière sur les autres électrodes. Les moyens de liaisons électriques du substrat permettant de connecter les plots d'adresse peuvent comprendre des répéteurs. La matière déposoe peut être constituée d'espèces chimiques, biochimiques ou biologiques. B 13978.3 JL BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L' invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 montre un certain nombre de puces réalisées sur un substrat semiconducteur conformément à l'invention, - la figure 2 illustre l'opération de programmation d'une puce à une adresse donnée par la méthode de connexion directe, - la figure 3 illustre l'opération de programmation d'un biocapteur ou d'une puce à une adresse donnée par la méthode par comparaison. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L' INVENTION L' invention permet l'adressage individuel de chacun des biocapteurs ou des puces réalisés sur une plaquette semiconductrice afin d'obtenir une plus grande souplesse d'utilisation lors de la fonctionnalisation, allant du traitement de tous les biocapteurs ou de toutes les puces de la plaquette en parallèle au traitement individuel de chaque biocapteur ou de chaque puce. Plus précisément, l' invention consiste à utiliser le principe du dépôt électrochimique à l'échelle de la plaquette, avec adressage individuel de chacun des biocapteurs ou de chacune des puces de la plaquette par programmation de l'adresse de chaque biocapteur ou de chaque puce et B 13978.3 JL décodage des adresses à l'intérieur du mot de commande transmis en parallèle sur tous les biocapteurs ou sur toutes les puces de la plaquette. La programmation de l'adresse peut aussi être réalisée en plusieurs niveaux. Dans le cas o les biocapteurs ou les puces sont assemblés dans un champ de photorépétition, il est possible d'avoir une programmation à l'intérieur du champ, par des niveaux classiques, des bits de poids faibles de l'adresse et programmation des bits de poids forts au niveau de la plaquette en niveau pleine tranche. Il est possible aussi de programmer tous les bits d'adresse en un seul niveau pleine tranche par le dernier niveau de métallisation pleine tranche par exemple. Un seul niveau suffit alors à programmer l'adresse du biocapteur ou de la puce et cette programmation peut être lisible visuellement à la manière d'un code barre, sur le biocapteur ou sur la puce fonctionnalisée. Lors de la fonctionnalisation, chaque biocapteur ou chaque puce peut être activé individuellement et demeurer actif pendant l 'activation d'autres biocapteurs ou d'autres puces. Ensuite, à l'intérieur de chaque biocapteur ou puce activé, chacune des électrodes peut être individuellement connectée à la source extérieure (potentiostat) et donc étre déterminée comme site d'accrochage du réactif. Le traitement d'un substrat pour y former des blocapteurs ou des puces, incluant leur adressage, est identique au traitement divulgué dans le document FR-A-2 741 476 cité plus haut, la programmation étant réalisée lors de la formation du réscau de biocapteurs B 13978.3 JL ou de puces. On réalise d'abord sur un substrat un ou plusieurs ensembles de biocapteurs ou de puces identiques, comportant chacun ou chacune une pluralité d' électrodes et ayant des plots d' adresses non connectés. Cette réalisation est faite suivant n'importe quel procédé classique de fabrication de dispositifs de micro-électronique. On forme ensuite un réseau électrique connectant tous les biocapteurs ou toutes les puces ensemble soit directement, soit à travers un circuit répéteur. Dans le même niveau, chaque bit d'adresse est connecté pour chaque biocapteur ou puce selon un code constituant la programmation de l'adresse du biocapteur ou de la puce. Le cTrcuit répéteur est un cTrcuit supplémentaire qui permet la redistribution des commandes distribuées sur tous les biocapteurs ou sur toutes les puces et la concentration d'une sortie par biocapteur ou par puce en une seule sortie commune. Dans le cas d'une réalisation des biocapteurs ou des puces par photorépétition, il est possible de prévoir un répéteur par champ de photorépétition. La figure 1 montre une partie d'un substrat semiconducteur 1 sur lequel quelques blocapteurs ou puces 20, 30, 40, 50, 60 et 70 sont visibles. Chaque biocapteur ou puce est équipé d'une pluralité d'électrodes, par exemple les électrodes 21 pour le bLocapteur ou la puce 20. Chaque biocapteur ou puce est pourvu d'une zone d'adresse, par exemple la zone d'adresse 22 pour le biocapteur ou pour la puce 20, contenant l'adresse programmée du biocapteur ou de la puce. Chaque biocapteur ou chaque puce est aussi pourvu B 13978.3 JL de plots d'interconnexions, par exemple les plots d'interconnexions 23 pour le biocapteur ou la puce 20. Des réalisations différentes de la zone d'adresse 22 sont illustrées à titre d'exemple par les figures 2 et 3. Sous la référence 100, on a représenté les connexions électriques permettant de connecter les entrées communes à tous les biocapteurs ou à toutes les puces en parallèle. Un répéteur 110 a également été représenté. Par souci de simplification, les connexions électriques internes à chaque biocapteur ou puce n'ont pas été représentées. La fonctionnalisation des biocapteurs ou des puces peut utiliser n'importe quel procédé d'électrodéposition. L'adressage des biocapteurs ou des puces et des électrodes à greffer se fait de la manière suivante. Lors de la fonctionnalisation, on envoie sur tous les biocapteurs ou sur toutes les puces d'une plaquette une commande d' activation contenant l'adresse du blocapteur ou de la puce choisi. Le décodage des mots de commande se fait au niveau de chaque biocapteur ou de chaque puce, chaque blocapteur ou chaque puce ne reconnaissant que sa propre adresse et mémorise son état activé. On active ainsi le nombre de blocapteurs ou de puces désiré. On procède ensuite à la connexion des électrodes à greffer sur tous les biocapteurs ou sur toutes les puces activés, par adressage de chaque électrode visée. On effectue ensuite l'opération d'électrodéposition sur les électrodes connectées des B 13978.3 JL biocapteurs ou des puces activés, par une méthode de l'art connu. L'adresse du biocapteur ou de la puce à activer est contenue dans la commande dactivation. Cette commande est envoyée à l'ensemble des biocapteurs ou des puces de la plaquette et l'adresse est décodée par chacun des biocapteurs ou chacune des puces. Le nombre de bits nocessaire à l'adressage d'un biocapteur ou d'une puce dans toutes la plaquette dépend de la 1O taille du biocapteur ou de la puce et de la plaquette utilisoe. Par exemple, 7 bits d'adresse permettent d'adresser 128 biocapteurs ou puces. Plusieurs techniques sont utilisables pour la programmation de l'adresse d'un biocapteur ou d'une puce. La figure 2 illustre l'opération de programmation d'un biocapteur ou d'une puce à une adresse donnée par la méthode de connexion directe. Le circuit de décodage 2 reçoit en entrée un mot de commande M et délivre en sortie l'adresse décodée sur des plots 3 (de AO à A6b). Chacun des plots d'adresse 4 du biocapteur ou de la puce (de aO à a6) est-connecté au plot correspondant dans les adresses décodées ou à son complément. Les plots 4 fournissent alors (dans le cas de la figure 2) l'adresse OlOO110 au circuit d'utilisation 5. La figure 3 illustre l'opération de programmation d'un biocapteur ou d'une puce à une adresse donnée par la méthode par comparaison. Le circuit de décodage 12 reçoit en entree un mot de commande M et délivre en sortie l'adresse décodee à des B 13978.3 JL premières entrées d'un eircuit de comparaison 16. Chacun des plots d'adresse 14 du biocapteur ou de la puce (de aO à a6) est eonneeté à des seeondes entrces du circuit de comparaison 16. Les plots d'adresse 14 sont à un potentiel haut ou bas selon le codage. Dans le cas de la figure 3, le bioeapteur ou la puce est programmé à l'adresse 0100110. L'adresse du bioeapteur ou de la puce est eomparée à l'adresse décodée dans le mot de eommande. La sortie du circuit de comparaison 16 est branchée au cTrcuit d'utilisation 15. Tout en permettant un gain de temps important par la parallélisation de la fonctionnalisation des électrodes en pleine tranche, l' invention laisse la possibilité de limiter à volonté le nombre de biocapteurs ou de puces activés à chaque passage. Ceci procure une souplesse extrême quant à la configuration finale des différents sites de la plaquette. Selon l'utilisation, un biocapteur ou une puce seul peut être adressé et activé pour la connexion de ses électrodes. De même, un certain nombre de biocapteurs ou de puces peuvent être activés l'un ou l'une après l'autre, voire tous les biocapteurs ou toutes les puces du substrat et l'opération d'électrodéposition peut être réalisoe sur tous les biocapteurs ou sur toutes les puces activés. L'invention autorise toutes les configurations possibles, entre une parallélisation complète pour un traitement de tous les biocapteurs ou de toutes les puces du substrat et un traitement individuel de chaque biocapteur ou de chaque puce. B 13978.3 JL REVENDICATIONS 1. Procédé de dépôt sélectif de matière sur des électrodes (21) de blocapteurs ou de puces (20) réalisés à partir d'un même substrat (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: a) réalisation sur ledit substrat (1) d'une pluralité de biocapteur ou de puces (20, 30, 40, 50, , 70), chaque biocapteur ou chaque puce comprenant une pluralité d'électrodes (21) sur lesquelles des dépôts sélectifs de matière doivent être réalisés, des plots d'adresse (23), une zone dadresse (22) contenant l'adresse programmée du biocapteur ou de la puce, connoctée aux plots d'adresse et apte à reconnaître l'adresse dudit biocapteur ou de ladite puce pour le/la placer dans un état dit activé si l'adresse du biocapteur ou de la puce contenue dans un mot de commande requ sur les plots d'adresse est exacte, le substrat comportant également des moyens de liaisons électriques (100) permettant de connocter les plots d'adresse (23) et la pluralité d'électrodes (21) de chaque biocapteur ou de chaque puce vers des moyens d'adressage permettant l' activation des biocapteurs ou des puces et la polarisation des électrodes, b) adressage des biocapteurs ou des puces et des électrodes sur lesquelles le dépôt d'une première matière doit être réalisé comprenant: - l'envoi successif sur les plots d'adresse (23) des biocapteurs ou des puces (20) à activer de mots de commande appropriés pour les activer successivement, la reconnaissance par lesdits B 13978.3 JL blocapteurs ou le sdi tes puce s des mot s de commande appropriés déterminant leur placement à l'état activé, - la connexion des électrodes devant recevoir le dépôt de ladite première matière à des moyens de polarisation par adressage de ces électrodes, c) le dépôt de ladite première matière simultanément sur les électrodes concernées par électrodéposition, d) le renouvellement des étapes b) et c) autant de fois que nécessaire pour effectuer des dépôts de matière sur les autres électrodes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaisons électriques du substrat permettant de connecter les plots d'adresse comprennent des répéteurs (110). 3. Procédé selon l'une quelcouque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière déposée est constituce d'espèces chimiques, blochimiques ou biologiques.