(57)【要約】【課題】  ＣＭＯＳ回路のＡｌ合金配線の有無による段差やＡｌ合金残渣による突起の影響を受けることなく、平坦な表面の反応電極を形成して、均一かつ収率の高いＤＮＡの合成や検出等を促すことができるマイクロ反応チップと、その確実な製造方法を提供する。【解決手段】  ＣＭＯＳ回路の最終保護層６に形成されたコンタクトホール１３に接続電極２２が形成されてＣＭＯＳ回路の配線１２に接続されるとともに、最終保護層６上には、接続電極２２に達する孔部２３Ｂを備えた保護膜２３が形成され、さらにこの保護膜２３上には、孔部２３Ｂを介して接続電極２２に接続される反応電極２４が形成される。保護膜２３の表面２３Ａを研磨加工した後に反応電極２４を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＯＳ回路の最終保護層に形成されたコンタクトホールに接続電極が形成されて上記ＣＭＯＳ回路の配線に接続されるとともに、上記最終保護層上には、上記接続電極に達する孔部を備えた保護膜が形成され、さらにこの保護膜上には、上記孔部を介して上記接続電極に接続される反応電極が形成されていることを特徴とするマイクロ反応チップ。
【請求項２】
上記保護膜は、上記ＣＭＯＳ回路の最終保護層よりも薄い膜厚に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ反応チップ。
【請求項３】
上記孔部は、上記最終保護層に形成されたコンタクトホールよりも小径とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ反応チップ。
【請求項４】
ＣＭＯＳ回路の最終保護層に形成されたコンタクトホールに接続電極を形成して上記ＣＭＯＳ回路の配線に接続し、次いで上記最終保護層上に保護膜を形成して、その表面を研磨加工するとともに、上記接続電極に達する孔部を該保護膜に形成し、しかる後この保護膜上に、上記孔部を介して上記接続電極に接続される反応電極を形成することを特徴とするマイクロ反応チップの製造方法。
【請求項５】
上記保護膜の表面を、０．０５μｍ以下の表面粗さに研磨加工することを特徴とする請求項４に記載のマイクロ反応チップの製造方法。
【請求項６】
上記接続電極を、上記最終保護層の表面に突出するように形成し、次いでこの突出した上記接続電極の突出面を研磨加工した後に、上記最終保護層上に上記保護膜を形成することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のマイクロ反応チップの製造方法。
【請求項７】
上記接続電極の突出面を、０．０５μｍ以下の表面粗さに研磨加工することを特徴とする請求項６に記載のマイクロ反応チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な基板上でＤＮＡの電気化学的な合成や検出を行うＤＮＡチップのようなマイクロ反応チップおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のマイクロ反応チップとしては、例えば特許文献１に、所定の塩基配列を有するプローブが固定されたプローブ電極と、このプローブ電極上でのハイブリダイゼーションの有無を判定する検知手段とを具備してなるハイブリダイゼーション検出装置を、半導体などにより構成されたチップ上に形成した、インターカレーを用いた電気検出型のＤＮＡチップが提案されている。また、この特許文献１では、上記プローブ電極に流れる電流に基づく差動電圧をＣＭＯＳレベルのデジタルデータに変換して出力することも記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２７４９４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このようなマイクロ反応チップ、特にＤＮＡチップでは、限られた極小さな面積のチップ表面により多くの電極を形成することが要求されている。ところが、ＤＮＡの合成や検出等のマイクロ反応を行う反応電極と、この反応電極にＤＮＡ合成のための電流を送り、あるいはＤＮＡ検出の電流を処理するＣＭＯＳ回路とを、チップの同一平面上に形成したのでは、このような要求を満足することはできない。そこで、本発明の発明者は、このようなＣＭＯＳ回路の上に上記マイクロ反応を行う反応電極を積層した構造のマイクロ反応チップ（ＤＮＡチップ）を製造することを試みた。
【０００４】
図１０および図１１は、このように試作されたＤＮＡチップ１の概略を示す図であって、これらの図に符号２で示すのはＣＭＯＳ回路が形成された半導体ウェハ、符号３はこの半導体ウェハ２のＣＭＯＳ能動素子部、符号４はＣＭＯＳ回路のＡｌ合金（Ａｌを主成分として０〜２％のＳｉやＣｕを含むもの）よりなる配線層、符号５はこの配線層４に形成されたＡｌ合金電極、符号６はＳｉＯ２およびＳｉＮよりなるＣＭＯＳ回路の最終保護層、符号７はこの最終保護層６に形成された上記Ａｌ合金電極５に達する孔部である。そして、このＤＮＡチップ１では、こうして孔部７により露出した上記ＣＭＯＳ回路のＡｌ合金電極５上に、ＤＮＡの合成・検出用電極（反応電極）としてＰｔ電極８を形成し、さらにそのＰｔ電極開口部９を残して周囲にプラズマＣＶＤ等によりＳｉＯ２やＳｉＮの保護膜１０を形成している。
【０００５】
しかしながら、このような電極構成のＤＮＡチップ１を用いて、上記Ｐｔ電極開口部９上でＤＮＡを合成してＤＮＡプローブを作製し、蛍光標識をつけてハイブリダイゼーションさせたところ、均一に蛍光しないことが分かった。ここで、この蛍光しない部分を観察すると上記Ｐｔ電極８の表面に凹凸があり、このＰｔ電極８の表面状態に起因する問題であることが分かった。また、このようにＤＮＡプローブを作製する工程やハイブリダイゼーションの工程で上記Ｐｔ電極８の表面は酸性やアルカリ性の薬液に浸されることになるが、その際にＰｔ電極８にピンホールがあると、下地となるＡｌ合金電極５が酸やアルカリに腐食されて動作しなくなることも分かった。
【０００６】
また、図１２に示すＤＮＡチップ１１は、ＣＭＯＳ回路の上記最終保護層６の表面において、このＣＭＯＳ回路の配線層４の上記Ａｌ合金よりなる配線１２の上に位置するように、合成・検出を行うＰｔ電極８を形成した例である。この例のＤＮＡチップ１１では、まず上記最終保護層６に、ＣＭＯＳ回路のＡｌ合金電極５と上記Ｐｔ電極８とを接続するためのコンタクトホール（またはＶＩＡとも称される。）１３をＡｌ合金電極５まで形成し、その後、Ｐｔ電極８との下地の密着およびバリア層の役目のＴｉ等の金属を形成し、その上に合成・検出用のＰｔ電極８を形成しており、このＰｔ電極８と上記Ｔｉ等の金属とは上記コンタクトホール１３を介してＡｌ合金配線１２に接続されている。
【０００７】
ところが、このような構成のＤＮＡチップ１１を用いて、上記Ｐｔ電極８上でＤＮＡの合成を行った場合にも、このＰｔ電極８の表面に形成されるＤＮＡの合成収率は十分ではなく、また２０％以上のばらつきを生じる結果となった。ここで、Ｐｔ電極８の表面を観察すると、ＣＭＯＳ回路の最終保護層６の下の配線層４における上記Ａｌ合金配線１２（厚さ０．５〜１μｍ程度）の有無により最終保護層６（厚さ約２μｍ）の表面に段差が生じており、この段差の影響がＰｔ電極８（厚さ０．２〜０．５μｍ程度）の表面にも及んでいて、この段差部の凹凸の縁にエッチング残りが発生しやすくなってＤＮＡの合成が不十分となっていることが分かった。
【０００８】
さらに、ＣＭＯＳ回路のＡｌ合金配線１２は、各配線層４において一旦全面にＡｌ合金を形成し、配線１２を形成しない部分のＡｌ合金をエッチングによって除去することにより形成されるが、その際に除去しきれなかったＡｌ合金が残渣として残り、この残渣が原因で、０．１μｍ以下程度ではあるが最終保護層６の上に突起が形成されることも分かった。最終保護層６上にＰｔ電極８を形成したＤＮＡチップ１１では、このような突起によってもＰｔ電極８表面に凹凸が形成されて、均一なＤＮＡの合成・検出や合成収率を損なうことになる。また、上記ＤＮＡチップ１におけるＰｔ電極８表面の凹凸も、このようなＡｌ合金配線１２を形成する際の残渣や、Ａｌ合金電極５自体の表面の凹凸によるものと考えられる。
【０００９】
本発明は、このような背景の下になされたもので、ＣＭＯＳ回路の上にマイクロ反応を行う反応電極を積層した構造を採るのに際し、ＣＭＯＳ回路のＡｌ合金配線の有無による段差やＡｌ合金残渣による突起の影響を受けることなく、平坦な表面の反応電極を形成することができて、均一かつ収率の高いＤＮＡの合成や検出等のマイクロ反応を促すことが可能なマイクロ反応チップを提供し、またこのようなマイクロ反応チップを確実に製造することが可能なマイクロ反応チップの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のマイクロ反応チップは、ＣＭＯＳ回路の最終保護層に形成されたコンタクトホールに接続電極が形成されて上記ＣＭＯＳ回路の配線に接続されるとともに、上記最終保護層上には、上記接続電極に達する孔部を備えた保護膜が形成され、さらにこの保護膜上には、上記孔部を介して上記接続電極に接続される反応電極が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のマイクロ反応チップの製造方法は、ＣＭＯＳ回路の最終保護層に形成されたコンタクトホールに接続電極を形成して上記ＣＭＯＳ回路の配線に接続し、次いで上記最終保護層上に保護膜を形成して、その表面を研磨加工するとともに、上記接続電極に達する孔部を該保護膜に形成し、しかる後この保護膜上に、上記孔部を介して上記接続電極に接続される反応電極を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のマイクロ反応チップでは、ＣＭＯＳ回路の最終保護層上にさらに保護膜が形成され、この保護膜上に、ＤＮＡチップにおいてはＤＮＡの合成や検出等のマイクロ反応を行う反応電極が形成されていて、この保護膜に形成された上記孔部を介して反応電極が最終保護層に形成された接続電極に接続され、さらにこの接続電極が最終保護層に形成されたコンタクトホールを介してＣＭＯＳ回路の配線に接続されている。従って、ＣＭＯＳ回路の最終保護層表面にＡｌ合金配線による段差やＡｌ合金のエッチング残渣による突起のような凹凸が形成されていても、この凹凸に相対する部分で上記保護膜が逆に凸凹するような形状となるようにすることにより、この保護膜の表面を平坦とすることができる。
【００１３】
このため、この保護膜表面に形成されてマイクロ反応を行うＰｔ電極等の反応電極も、その表面を平坦にすることができて、例えばＤＮＡの合成によるプローブの作製やこのプローブによるＤＮＡの検出を均一に行うことができ、さらには合成収率の向上を図ることができる。そして、このような反応電極がＣＭＯＳ回路と積層構造をなしてチップ表面に形成されるため、このＣＭＯＳ回路の配線や電極に関わりなく、限られた大きさのチップ表面により多くの反応電極を配設することが可能となり、このようなマイクロ反応チップに対する反応電極の高密度化の要求を満足させることが可能となる。
【００１４】
ここで、本発明のマイクロ反応チップにおいて、上記保護膜は、上記ＣＭＯＳ回路の最終保護層よりも薄い膜厚に形成されるのが望ましく、これにより、この保護膜に形成される上記孔部の深さ、すなわち反応電極から接続電極への接続距離を短く抑えてその抵抗の低減を図ることができる。また、特にこのように保護膜の膜厚を最終保護層よりも薄くした場合には、この保護膜に形成される上記孔部は、上記最終保護層に形成されたコンタクトホールよりも小径とされるのが望ましく、こうして孔部を小径として、反応電極から接続電極への接続部の断面積が小さくされても、上述のように保護膜の膜厚が薄くされていれば十分低い電気抵抗で接続することができ、その一方で保護膜表面においては孔部が占める開口面積を小さくして、さらに多くの反応電極を配設することが可能となる。
【００１５】
一方、本発明のマイクロ反応チップの製造方法は、上記コンタクトホールに接続電極が形成されたＣＭＯＳ回路の最終保護層上に保護膜を形成し、その表面を研磨加工した後にこの保護膜上に反応電極を形成するものであるから、上記本発明のマイクロ反応チップを製造するのに際して、最終保護層の表面に段差や突起による凹凸が形成されていても、これに相対する部分で保護膜が逆の凸凹となるようにし、その表面は確実に平坦に形成することができる。なお、こうして研磨加工された上記保護膜の表面は、その表面粗さが０．０５μｍ以下とされるのが望ましく、これよりも表面粗さが粗いと、反応電極表面において均一なＤＮＡ合成等を行うことが困難となるおそれが生じる。
【００１６】
また、本発明の製造方法において、ＣＭＯＳ回路の最終保護層に形成されたコンタクトホールに接続電極を形成してＣＭＯＳ回路の配線に接続する際には、この接続電極を、上記最終保護層の表面に突出するように形成し、次いでこの突出した上記接続電極の突出面を研磨加工した後に、上記最終保護層上に上記保護膜を形成するのが望ましく、これにより、この接続電極の突出面における凹凸に起因する保護膜表面の凹凸を抑えることができるとともに、この保護膜表面の研磨加工の際の研磨代が徒に大きくなるのを防ぐことができる。なお、こうして接続電極の突出面を研磨加工する場合でも、その表面粗さは０．０５μｍ以下とされるのが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明のマイクロ反応チップの一実施形態であるＤＮＡチップ２１の部分断面図であり、図２〜図９はこの実施形態のＤＮＡチップ２１を製造する場合の本発明の製造方法の一実施形態を説明する部分断面図であって、図１０〜図１２に示したＤＮＡチップ１，１１と共通する要素については同一の符号を配してある。
【００１８】
まず、この製造方向の実施形態について説明すると、図２はＣＭＯＳ回路が形成された半導体ウェハ２のＡｌ合金配線層４におけるＡｌ合金電極（入出力電極パッド）５周辺のＣＭＯＳ回路上がりの断面図であって、この配線層４の図中下方にはＣＭＯＳポリ層や注入層等のデバイスを形成するＣＭＯＳ能動素子部３が形成されるとともに、配線層４上にはＣＭＯＳ最終保護層６が形成されている。さらに、この最終保護層６には、その表面から、上記配線層４において該最終保護層６側に位置して最終配線となる上記Ａｌ合金電極５に達するように、コンタクトホール（またはＶＩＡ）１３が形成されている。
【００１９】
ここで、上記最終保護層６はＳｉＮ／ＳｉＯ２積層構造をなすものであって、その厚さは２μｍ程度必要とされ、従ってコンタクトホール１３も２μｍ程度の深さとされる。そこで、本実施形態ではまず図３に示すように、このコンタクトホール１３が十分埋まる程度の、例えば約３μｍ程度の厚さで該コンタクトホール１３にＡｌ合金よりなる接続電極２２を形成し、さらに最終保護層６上にパターニングする。従って、このようにコンタクトホール１３に形成された接続電極２２は、その下端がＣＭＯＳ回路の上記Ａｌ合金電極５に接続されるとともに、上端部は最終保護層６の表面から約１μｍ程度突出してコンタクトホール１３周辺にパターニングによる広がりをもつ突出部２２Ａとされ、その突出面２２Ｂはコンタクトホール１３上に位置する部分が凹んだ形状とされる。
【００２０】
次に、本実施形態の製造方法では、図４に示すようにこの接続電極２２の突出面２２Ｂを研磨加工して平坦化する。この研磨加工には、例えばＣＭＰが好適である。ただし、本実施形態では上記突出部２２Ａが完全に無くなるまで研磨は行わず、図４に示すように最終保護層６の表面に突出部２２Ａが僅かな厚さで残って接続電極２２が断面略Ｔ字状を呈するようにしている。ここで、こうして研磨加工された接続電極２２の突出部２２Ａの最終保護層６からの突出量は０．５μｍ以下とされ、また突出面２２Ｂの表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１における最大高さＲｚにおいて０．０５μｍ以下とされる。
【００２１】
次に、この接続電極２２の突出部２２Ａも含めた最終保護層６上に、図５に示すように保護膜２３を形成する。この保護膜２３は、絶縁性を有する例えばＳｉＮまたはＳｉＯ２被膜であって、３００〜４００℃でプラズマＣＶＤ法により形成され、その膜厚は０．７〜１．０μｍと、上記突出部２２Ａの突出量よりも大きく、ただし最終保護層６の厚さよりは薄くされている。従って、この保護膜２３の表面２３Ａにおいては、上記突出部２２Ａが形成された部分が一段突出するように形成される。
【００２２】
そして、本実施形態ではこうして形成された保護膜２３の表面２３Ａを、図６に示すようにさらに研磨加工して平坦化する。この保護膜２３の研磨加工にもＣＭＰが好適であって、標準のプロセスで平坦化してもよい。この研磨加工により、保護膜２３は、その厚さが０．５μｍとされるとともに、表面２３Ａの表面粗さがＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１における最大高さＲｚにおいてやはり０．０５μｍ以下とされ、ばらつきも０．０１５μｍ以下とされる。ただし、本実施形態では、接続電極２２の上記突出部２２Ａの突出面２２Ｂ上に保護膜２３が残るようにされている。
【００２３】
次いで、こうして表面２３Ａが平坦化された保護膜２３に、図７に示すようにこの表面２３Ａに開口して接続電極２２に達する孔部（保護膜２３におけるコンタクトホールまたはＶＩＡ）２３Ｂを形成する。この孔部２３Ｂは、接続電極２２の上記突出面２２Ｂにおいて上記コンタクトホール１３の直上から離れた位置に達し、この突出面２２Ｂ側から保護膜２３の表面２３Ａ側に向かうに従い漸次内径が大きくなるテーパー状に形成されている。ただし、こうしてテーパー状に形成された孔部２３Ｂの内径は、上記表面２３Ａ側の最も大径となる部分でも、上記コンタクトホール１３の内径よりは小径とされる。
【００２４】
なお、このような孔部２３Ｂは、例えばドライエッチング装置のプラズマエッチング装置により形成される。あるいは、ドライエッチング装置のＲＩＥモードで、エッチングガスとして酸素を入れて、レジストもエッチングされる条件でエッチングを行えば、レジストが端面から後退してゆくので、上述のようなテーパー形状の孔部２３Ｂが形成されるように保護膜２３をエッチングすることが可能となる。
【００２５】
次いで、この保護膜２３上に、ＤＮＡの合成や検出等のマイクロ反応を行う反応電極２４として、Ｐｔ電極を形成する。このＰｔ反応電極２４は、例えばスパッタリング法によって０．２〜０．３μｍの厚さに形成されて、図８に示すように上記コンタクトホール１３の外周側に拡がるようにパターニングされるとともに、その一部は上記孔部２３Ｂに沿ってテーパー状に延びて上記突出部２２Ａの突出面２２Ｂに達し、接続電極２２に接続される接続部２４Ａとされる。なお、Ｐｔ反応電極２４は、上記の範囲よりも厚いと剥離し易くなるとともにコスト高ともなる一方、薄いと電気抵抗が増大するおそれがある。
【００２６】
ここで、Ｐｔのパターニングは、ネガパターンでレジストを形成し、その後にスパッタしてＰｔを加工するリフトオフ法で行う場合や、Ｐｔスパッタ形成後にレジストを形成し、Ｐｔのウェットエッチングを行う場合がある。実際には、この反応電極２４としてのＰｔ電極と保護膜２３を形成するＳｉＮ膜等との密着性を良くするために、保護膜２３上にまずＴｉまたはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ等の積層膜よりなる密着層（図示略）を形成し、その上にＰｔ層を形成する。このＴｉまたはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉ等は、Ａｌ合金よりなる接続電極２２上ではバリア層として機能し、このＡｌ合金接続電極２２とＰｔ反応電極２４との接続の間の層として形成される。このバリア層がないと、ＡｌやＰｔ金属が後工程のＳｉＮ膜形成時のプラズマＣＶＤ等の熱処理によって相互の膜中に拡散し、固まりとなって成長するため、好ましくない。
【００２７】
最後に、図９に示すように、接続電極２２上部分を除いたＰｔ反応電極２４上に開口部２５Ａが形成されるようにしてＳｉＮ保護膜２５を形成する。このようなＳｉＮ保護膜２５を形成するには、まずプラズマＣＶＤ装置によって保護膜２３上の全面にＳｉＮを０．７〜０．９μｍの厚さで被覆し、次いでＲＩＥ耐性のあるレジストでエッチングしたい部分（上記開口部２５Ａとなる部分）以外の部分を覆い、その後ＲＩＥドライエッチング装置で、フッ素系のエッチングガスを用い、標準エッチング条件でＰｔ反応電極２４部分に開口部２５Ａを形成すればよい。このとき、反応電極２４を形成するＰｔ金属は、上記ＲＩＥのドライエッチングではエッチングされず、ストッパーとして機能する。
【００２８】
ただし、このような場合には、条件によってはＰｔ反応電極２４上にＲＩＥのガス由来のポリマーが堆積するおそれがあるため、条件設定には注意を要する。具体的には、ＳｉＮ保護膜２５をレジスト寸法に忠実に加工しようとして、ＳｉＮのエッチング側壁にはポリマーが堆積するように水素を添加した条件次第では、Ｐｔ反応電極２４表面への堆積も注意する必要があり、その加減を調整して、ＳｉＮのエッチング条件とする。さらに、ある種のポリマー除去に酸素プラズマで洗浄するのが望ましい。すなわち、Ｐｔ反応電極２４表面にＳｉＮやポリマーが堆積して残ると、合成するＤＮＡの固定に問題が生じてＤＮＡの合成ムラが起きるおそれがある。
【００２９】
このような製造方法により製造された実施形態のＤＮＡチップ２１では、図１に示すようにＣＭＯＳ回路が形成された半導体ウェハ２とＤＮＡの合成や検出を行う反応電極２４とが、保護膜２３を介して積層された構造とされているので、チップ２１の表面における反応電極２４の配置が、ＣＭＯＳ回路の配線層４における電極５や配線１２の配置などに拘束されるのを避けることができる。すなわち、反応電極２４の１つ当たりに要するチップ表面の面積は、反応電極２４自体の面積と、ＣＭＯＳ回路のうち個々の反応電極２４用に接続される回路部分の面積との、いずれか大きな方のみの面積となるため、限られた面積のＤＮＡチップ２１の表面に、より多くの反応電極２４を高密度に形成することが可能となって、多岐にわたるＤＮＡの合成・検出を図ることが可能な効率的なＤＮＡチップ２１を提供することができる。
【００３０】
そして、このようなＤＮＡチップ２１を製造するに際して、上記実施形態の製造方法では、ＣＭＯＳ回路の最終保護層６上に上記保護膜２３を形成した上で、この保護膜２３の表面２３Ａを研磨加工し、この研磨加工によって平坦化された表面２３Ａに上記反応電極２４を形成している。従って、例えば図１に示すようにＣＭＯＳ回路の配線層４にＡｌ合金のエッチング残渣Ｐがあって、これにより最終保護層６の表面に突起Ｑが形成されていたり、あるいは配線層４のＡｌ合金配線１２の有無によって最終保護層６の表面が凹凸していたりしていても、反応電極２４自体は保護膜２３の平坦な表面２３Ａ上に形成することが可能となる。
【００３１】
すなわち、このような製造方法による上記実施形態のＤＮＡチップ２１では、最終保護層６表面の凹凸や突起Ｑに相対する部分が逆に凸凹するような形状の保護膜２３とされて、その表面２３Ａが平坦とされ、従って反応電極２４の表面も平坦に形成することができるので、上記開口部２５Ａ内の反応電極２４表面全体で、均一なＤＮＡの合成によるプローブの作製や該プローブによる均一なＤＮＡの検出を図ることが可能となる。そして、こうして反応電極２４の表面全体で均一なＤＮＡの合成・検出等を図ることができることにより、例えばＤＮＡの合成収率の向上を促すことも可能となることから、本発明によれば特にＤＮＡチップ２１として用いて好適なマイクロ反応チップを提供することができる。
【００３２】
また、本実施形態のＤＮＡチップ２１では、上記保護膜２３が最終保護層６の厚さよりも薄い膜厚とされており、この保護膜２３の表面２３Ａから最終保護層６上面の接続電極２２までの距離を短くして、この接続電極２２の突出面２２Ｂに至る上記孔部２３Ｂを浅くすることができ、この孔部２３Ｂに形成される反応電極２４の接続部２４Ａも短くすることができる。しかも、孔部２３Ｂはテーパー状とされているので、例えば接続部２４Ａが図１に示す断面において直角に曲折していたりするのと比べても、その長さを短くすることができる。
【００３３】
このため、本実施形態によれば、電気抵抗の比較的大きいＰｔによって反応電極２４と接続電極２２との接続部２４Ａを形成しても、これら反応電極２４と接続電極２２との間での電気抵抗の増大を抑制することができる。従って、反応電極２４にはＤＮＡ合成のための電流を効率的に供給することが可能となり、また反応電極２４からはＤＮＡ検出の電流をばらつきなく確実にＣＭＯＳ回路に送ることができて、より少ないエネルギーで高精度のＤＮＡ合成・検出を図ることが可能となる。なお、このように保護膜２３の膜厚を最終保護層６の厚さより薄くしても、配線を絶縁するのに必要な膜厚が保護膜２３に確保されていればデバイスの信頼性には問題はなく、本実施形態のように保護膜２３の膜厚は最終保護層６の厚さの数分の１程度であれば十分である。
【００３４】
その一方で、この保護膜２３の膜厚よりも厚さが大きい最終保護層６のコンタクトホール１３には、Ａｌ合金よりなる接続電極２２が形成されてＣＭＯＳ回路の電極５（配線１２）に接続されている。ここで、このＡｌ合金は、上記ＣＭＯＳ回路の配線１２としても使われているもので、２μｍ程度の深いコンタクトホール１３にも容易に形成することができ、さらに突出部２２Ａが形成されるように３μｍ程度まで形成するにしても、実用レベルで支障のない形成速度で形成することができる。
【００３５】
そして、さらにこの接続電極２２を形成するＡｌ合金は、反応電極２４や接続部２４Ａを形成するＰｔに比較して電気抵抗が低い上、コンタクトホール１３自体が上記孔部２３Ｂよりも大径で接続電極２２に大きな断面積を確保できるので、この接続電極２２についても低抵抗で、しかも抵抗のばらつきの小さいものとすることができる。また、このＡｌ合金は、反応電極２４を形成するＰｔよりも低廉であるので、そのようなＡｌ合金を、大径で深いコンタクトホール１３に接続電極２２を形成するのに用いることで、低コストのＤＮＡチップ２１を提供することができるという経済的効果も得られる。
【００３６】
さらに、特に本実施形態では上述のように保護膜２３の膜厚を薄くすることで反応電極２４の接続部２４Ａが短くされているので、この接続部２４Ａが形成される保護膜２３の孔部２３Ｂを最終保護層６のコンタクトホール１３よりも小径のものとして、上記接続部２４Ａの断面積を小さくしても、その電気抵抗が増大するのを抑えることができる。そして、このように孔部２３Ｂが小径とされることにより、ＤＮＡチップ２１の表面では孔部２３Ｂの占める開口面積が低減されて、さらに多くの反応電極２４を配設することが可能となるので、一層効率的なＤＮＡの合成・検出を図ることができる。また、こうして孔部２３Ｂや接続部２４Ａの大きさが小さいので、反応電極２４や接続部２４Ａあるいは接続電極２２を対称に形成する場合は勿論、複雑な形状の反応電極２４を形成することも容易である。
【００３７】
一方、本実施形態のＤＮＡチップ２１の製造方法では、上記保護膜２３の表面２３Ａを表面粗さ０．０５μｍ以下に平滑化して反応電極２４を形成しており、さらに確実にこの反応電極２４の表面を平坦にして、より均一なＤＮＡの合成や検出あるいは合成収率の一層の向上を図ることができる。すなわち、この表面２３Ａに０．０５μｍよりも大きな突起や段差が残されていると、反応電極２４の表面にも突起や段差が生じてこのような効果が損なわれるおそれがある。
【００３８】
さらに、本実施形態では、最終保護層６のコンタクトホール１３に接続電極２２を形成する際に、最終保護層６の厚さ（コンタクトホール１３の深さ）よりも大きな厚さで接続電極２２を形成して最終保護層６上に突出部２２Ａを突出させ、しかる後この突出部２２Ａの突出面２２Ｂを研磨加工してから、保護膜２３を形成している。しかも、この突出面２２Ｂは、保護膜２３の表面２３Ａと同様に０．０５μｍ以下の表面粗さに研磨されるので、本実施形態によれば、例えば図３に示した接続電極２２の突出面２２Ｂにおける凹凸がそのまま保護膜２３の表面２３Ａに現れたりするのを防ぐことができ、後工程でこの表面２３Ａを平坦化する際の研磨加工の研磨代が大きくなるのを抑えることができる。
【００３９】
さらにまた、こうして突出面２２Ｂを研磨加工した後でも、上記突出部２２Ａは最終保護層６の表面から０．５μｍ以下の突出量で突出しており、次工程で保護膜２３が被覆された上でその表面２３Ａが研磨加工された状態で、この突出部２２Ａの突出面２２Ｂは図６に示すように保護膜２３の表面２３Ａに近接するように配置されることになる。そして、この表面２３Ａから孔部２３Ｂが形成された上で、反応電極２４が形成されてその接続部２４Ａが突出面２２Ｂに接続されるので、本実施形態によれば、突出部２２Ａの突出量分だけこの接続部２４Ａの長さをさらに短くすることができ、一層の電気抵抗の低減を図ることが可能となる。
【００４０】
なお、本実施形態では上述のように本発明のマイクロ反応チップおよびその製造方法をＤＮＡチップに適用した場合について説明したが、本発明はＤＮＡチップ以外の化学物質等の合成や検出、あるいは分析等を行うマイクロ反応システム用のチップおよびその製造方法に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のマイクロ反応チップの一実施形態を適用したＤＮＡチップ２１の部分断面図である。
【図２】本発明のマイクロ反応チップの製造方法の一実施形態を説明する図であって、ＣＭＯＳ回路上がりの電極５周辺の部分断面図である。
【図３】本発明のマイクロ反応チップの製造方法の一実施形態を説明する図であって、コンタクトホール１３に接続電極２２を形成した状態を示す部分断面図である。
【図４】本発明のマイクロ反応チップの製造方法の一実施形態を説明する図であって、接続電極２２の突出部２２Ａの突出面２２Ｂを研磨加工した状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明のマイクロ反応チップの製造方法の一実施形態を説明する図であって、保護膜２３を被覆した状態を示す部分断面図である。
【図６】本発明のマイクロ反応チップの製造方法の一実施形態を説明する図であって、保護膜２３の表面２３Ａを研磨加工した状態を示す部分断面図である。
【図７】本発明のマイクロ反応チップの製造方法の一実施形態を説明する図であって、孔部２３Ｂを形成した状態を示す部分断面図である。
【図８】本発明のマイクロ反応チップの製造方法の一実施形態を説明する図であって、反応電極２４を形成した状態を示す部分断面図である。
【図９】本発明のマイクロ反応チップの製造方法の一実施形態を説明する図であって、ＳｉＮ保護膜２５を形成した状態を示す部分断面図である。
【図１０】本発明の発明者が試作したＤＮＡチップ１の部分断面図である。
【図１１】図１０に示すＤＮＡチップ１の平面図である。
【図１２】本発明の発明者が試作したＤＮＡチップ１１の平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１，１１，２１  ＤＮＡチップ
２  半導体ウェハ
４  配線層
５  電極
６  最終保護層
１２  配線
１３  コンタクトホール
２２  接続電極
２２Ａ  接続電極２２の突出部
２２Ｂ  突出部２２Ａの突出面
２３  保護膜
２３Ａ  保護膜２３の表面
２３Ｂ  孔部
２４  反応電極
２４Ａ  接続部
２５  ＳｉＮ保護膜
２５Ａ  ＳｉＮ保護膜の開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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