(57)【要約】  液体を分析するデバイスであって、ＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳ型の複数のセンサ（２）が設けられた層（ＩＩ）を含み、層（Ｉ）は、検出器を制御し、検出器（２）によって伝達される情報を処理する手段（４）を含み、制御及び処理手段（４）は、検出器（２）に電気的に接続され、層（ＩＶ）が、センサ（２）上に流体を空間的及び時間的に分配する手段を含むセンサ（２）を含む面の側にセンサが設けられた層（ＩＩ）上に位置する。
2013531234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境の１つまたは複数の特徴的な刺激に対して反応することが可能な少なくとも１つの可動部をそれぞれ含むＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳ型の複数のセンサ（２）が設けられた層（Ｉ）、
前記センサを制御し、前記センサ（２）によって伝達された情報を処理する手段（４）を含む層（ＩＩ）であって、前記制御及び処理手段（４）が電気的に前記センサ（２）に接続された層（ＩＩ）、及び
前記層（Ｉ）上であって前記センサ（２）を含む面の側部上に位置し、前記センサ（２）へ１つまたは複数の刺激を空間的に及び時間的に分配する手段を含む層（ＩＶ）を含む、環境を分析するデバイス。
【請求項２】
前記分配手段が、１つまたは複数の刺激を、同時にまたは準同時に全ての前記センサ（２）または前記センサ（２）のグループに分配する、請求項１に記載の分析デバイス。
【請求項３】
前記分配手段が、所定の前記センサに連続して時間をずらして１つまたは複数の刺激を分配する、請求項１に記載の分析デバイス。
【請求項４】
前記環境が流体であり、前記分配手段が少なくとも１つの流路を含み、その一端がいわゆる流入端であり、分析される流体の供給部に接続されるようになされる、請求項２または３に記載の分析デバイス。
【請求項５】
前記分配層（ＩＶ）が、前記流体に含まれる特定の組成物をフィルタリングする手段を含む、請求項２から４のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項６】
質量分析器を形成し、前記センサ（２）が共振器を形成し、前記分配手段が、前記センサ（２）上または前記センサ（２）のグループ上に前記流体を注入する手段及び／またはイオン化する手段を含み、少なくとも１つの前記流路が、前記注入手段及び／または前記イオン化手段に接続された第２の端部を含む、請求項４又は５に記載の分析デバイス。
【請求項７】
前記注入手段が、電子スプレーイオン化型である少なくとも１つのインジェクタによって形成される、請求項６に記載の分析デバイス。
【請求項８】
前記分配手段が、前記センサ（２）のそれぞれに、細胞を含む流体を運ぶようになされた複数の流路によって形成され、前記流路のそれぞれの前記第２のいわゆる流出端が、センサ（２）またはセンサのグループの上に開口し、前記センサ（２）が、前記センサ（２）の可動部上の細胞によって印加される力のセンサを形成する、請求項２から５のいずれか一項に記載の分析装置。
【請求項９】
前記環境が流体であり、前記分配手段が、ガスクロマトグラフィマイクロカラムを形成する流路を含む、請求項３に記載の分析デバイス。
【請求項１０】
前記分配手段の前記流路が、前記分配層（ＩＶ）に形成された少なくとも１つの溝（１４）を含み、前記溝（１４）の開口端が、前記連続した所定のセンサ（２）を覆い、前記溝（１４）内を循環する前記流体が、前記連続した所定のセンサ（２）に接触する、請求項９に記載の分析デバイス。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記溝（１４）が、少なくとも１つの固定相を含む、請求項１０に記載の分析デバイス。
【請求項１２】
前記センサ（２）が、分析される流体から分離される化学種に対して特定の親和性を備える少なくとも１つの材料を成膜することによって化学的に機能化される、請求項９から１１のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項１３】
前記センサ（２）間のギャップが、検出ピークの幅の半分よりも小さい、請求項９から１２のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項１４】
前記センサ（２）の前記層（Ｉ）と前記制御及び処理手段を含む前記層（ＩＩ）との間に、相互接続層（ＩＩＩ）を含み、前記相互接続層が、前記センサ（２）を前記制御及び処理手段（４）に電気的に接続する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項１５】
前記制御及び処理手段（４）が設けられた前記層（ＩＩ）が、相互接続された第１及び第２の副層に分割され、前記第１の副層が、各センサのアナログ事前処理のための画素に近い基本的な電子部品を含み、前記第２の副層が、前記情報のデジタル処理を実施することができる電子部品を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項１６】
前記センサ（２）が設けられた前記層（Ｉ）を形成する段階、
前記制御及び処理手段（４）が設けられた前記層（ＩＩ）を形成する段階、
前記層（Ｉ、ＩＩ）を重ね、前記制御及び処理手段（４）と前記センサ（２）とを相互接続する段階、
前記分配層（ＩＶ）を形成する段階、及び
前記分配層（ＩＶ）を前記センサ（２）が設けられた前記層（ＩＩ）の前面に移設する段階、を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のデバイスを３次元集積によって製造する方法。
【請求項１７】
前記制御及び処理手段と前記センサとの相互接続が、ワイヤーボンディング（３０）によって実施される、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記制御及び処理手段（４）と前記センサ（２）との相互接続が、前記制御及び処理手段（４）が設けられた前記層（Ｉ）と前記センサ（２）が設けられた前記層（ＩＩ）との間に介在された相互接続層（ＩＩＩ）によって実施される、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１９】
基板上にＭＯＳ型の少なくとも１つの電子回路及び／または電気的相互接続の少なくとも１つの階層を形成する段階、
ＳＯＩ基板の層の少なくとも一部分にドーパントを均一にインプラントする段階、
前記ＳＯＩ基板の前記層の前記部分にインプラントされた前記ドーパントを熱的に活性化させる段階、
前記ＳＯＩ基板層を、前記電子回路が設けられた前記基板上に移設する段階、
前記ＳＯＩ基板を、前記基板の前記ドープされた部分まで薄化する段階、
前記センサを前記ＳＯＩ基板の残りの部分に形成する段階、
前記センサと前記電子回路との間の前記相互接続を形成する段階、
及び前記センサの前記可動部をリリースする段階、を含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記ＳＯＩ基板及び前記電子回路が設けられた前記基板の前記移設が、冷間接着接合法によって実施される、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記センサが設けられた前記層（Ｉ）を形成する段階において、相互接続柱が、前記層（Ｉ）の表面の１つに形成され、前記柱が、ビアによって前記層の前記相互接続に接続され、前記制御及び処理層（ＩＩ）を形成する段階において、ビアによって前記層（ＩＩ）の相互接続に接続された相互接続パッドが、前記層の前記面の１つに形成される、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記相互接続柱が、前記センサ層（Ｉ）の前記前面に形成され、前記相互接続パッドが、前記制御及び処理層（ＩＩ）の前記前面に形成され、前記センサ層（Ｉ）を前記制御及び処理層（ＩＩ）上に組み立てる段階において、前記センサ層（Ｉ）が、対面技術によって前記制御及び処理層（ＩＩ）上に移設される、請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２３】
前記センサ層（Ｉ）が、ＳＯＩ基板上に形成され、前記シリコン基板が抑制され、フッ酸に対して耐性のある材料からなる層が、前記シリコン基板に代わって前記ＳＯＩ基板の絶縁材料上に成膜される、請求項２１または２２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部環境の１つまたは複数の特性を分析するためのデバイスに関する。この外部環境は、例えば、１つまたは複数の化学種を備える、分析される流体であり、特性は例えばその定性的及び定量的組成である。分析デバイスは、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）及び／またはナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）によって形成されたセンサのネットワークを採用する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の小型化を改善するために、これらの集積回路の一部である電子部品及び電気的接続の集積密度を増加させることが考えられている。
【０００３】
この集積密度を増加させるための方法の１つが、３次元集積回路、つまり、互いに重なり合ったいくつかの電気的階層を含み、階層の１つが制御トランジスタを含み、階層の１つがＭＥＭＳまたはＮＥＭＳシステムを含み、任意に前述した２つの階層の間に挿入される階層がＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳシステムを制御トランジスタに接続する導電の行及び列を含む。
【０００４】
３次元集積の例は、非特許文献１に記載されている。
【０００５】
この文献にはまた、表面に複数のＭＥＭＳまたはＮＥＭＳシステムを含む３次元デバイスが記載されている。しかしながらこのデバイスは、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳシステムのこのネットワークからどのような利点も引き出すことはない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊ．Ｑ．ＬＵ，３−Ｄ  Ｈｙｐｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏ−Ｎａｎｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．９７，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ  ２００９
【非特許文献２】Ｂｉｏｈ  Ｋｉｍ；Ｔｈｏｒｓｔｅｎ，  Ｍ．；Ｗｉｍｐｌｉｎｇｅｒ，  Ｍ．；Ｌｉｎｄｎｅｒ，  Ｐ；“Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｗａｆｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ＴＳＶ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｔｈｉｎ  Ｗａｆｅｒｓ”  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ３Ｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，  ２００９
【非特許文献３】Ｃｏｕｄｒａｉｎ，Ｐ．；Ｂａｔｕｄｅ，Ｐ．；Ｇａｇｎａｒｄ，Ｘ．；Ｌｅｙｒｉｓ，Ｃ．；Ｒｉｃｑ，Ｓ．；Ｖｉｎｅｔら、“Ｓｅｔｔｉｎｇ  ｕｐ  ３Ｄ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｂａｃｋ−ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ  ＣＭＯＳ  ｉｍａｇｅ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈｌｙ  ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  ｐｉｘｅｌｓ  ｗｉｔｈ  ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆｕｌｌｙ  ｄｅｐｌｅｔｅｄ  ＳＯＩ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，ＩＥＤＭ  ２００８．ｐｐ．１−４，１５−１７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、ＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳシステムのネットワークを含む小型化された電気デバイスを提供することであり、マイクロ及び／またはナノ電気機械システムのこのネットワークから利点を引き出すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的は、センサを形成する複数のＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳシステムを備える階層、前述のセンサを個別にまたはグループごとに制御し、センサから送られる情報を処理する手段を含む階層、及びセンサ上に位置し、センサによって分析される環境の少なくとも１つの刺激を分配する手段を含む追加的な階層を含む分析デバイスによって実施され、これらの手段は、時間的に及び空間的に所定の方法で各センサまたはセンサのグループに確実にこの刺激を分配する。
【０００９】
換言すれば、本発明によれば、センサへ前述の少なくとも１つの刺激を接触させる状態とすることは、これらの多数から利点を得るように制御下に置かれる。
【００１０】
このために、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳシステムを封止するための手段が、検出器によって分析される環境のこの少なくとも１つの刺激の制御された分配に寄与する。
【００１１】
全てのセンサに接触させる状態とすることは、同時または逐次的のいずれかであってもよい。
【００１２】
環境が流体である場合には、刺激は例えば分子によって形成され、その目的は、型及び／または濃度を判別するためのものである。
【００１３】
例えば、そして特に有利には、ガスクロマトグラフィカラムが、非常に小型化されてもよく、環境は空気のサンプルのような気体またはカラムに導入する際に蒸発させられる液体のいずれかであってもよく、分配手段は、流体をセンサの経路上に循環させるすくなくとも１つの流路を備える。この例において、流体は、互いの背後に位置するセンサ上を循環し、逐次的にセンサに接触する状態となる。
【００１４】
質量分析器の場合、分配手段は、センサ上への流体のインジェクタであってもよく、例えばタンパク質分子である。
【００１５】
インジェクタは可能な限りセンサに近接するように確実に導入し、分子の大きすぎる空間的分散を防ぐ。
【００１６】
細胞の種類を判別するデバイスの場合には、分配手段は例えば各センサ上に細胞を運び、センサが力の測定を行うようにされたものであってもよい。本発明によって、分子は全てのセンサ上に同時に運搬され、それによって分析のスループットを実質的に増加させることが可能になる。
【００１７】
本発明の対象は、従って、環境を分析するデバイスであって、刺激に対して反応することが可能な少なくとも１つの可動部をそれぞれ含むＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳ型の複数のセンサが設けられた層、前記センサを制御し、前記センサによって伝達された情報を扱う手段を含む層であって、前記制御及び処理手段が電気的に前記センサに接続された層、及び前記層上であって前記センサを含む面の側部上に位置し、前記センサへ１つまたは複数の刺激を空間的に及び時間的に分配する手段を含む層を含む。
【００１８】
一実施形態において、前記分配手段は、１つまたは複数の刺激を、同時にまたは準同時に全ての前記センサ（２）または前記センサ（２）のグループに分配する。わずかな時間のずれがネットワーク内のセンサの位置に依存して現れうるため、センサへの１つまたは複数の刺激の分配は、準同時であってもよい。
【００１９】
他の一実施形態において、前記分配手段は、所定の前記センサに連続して時間をずらして１つまたは複数の刺激を分配する。
【００２０】
前記環境は例えば流体であり、このとき前記分配手段は少なくとも１つの流路を含み、その一端はいわゆる流入端であり、分析される流体の供給部に接続されるようになされてもよい。このとき前記分配層は、前記流体に含まれる特定の組成物をフィルタリングする手段を含んでもよい。
【００２１】
本発明に従う分析デバイスは、質量分析器を形成するものであってもよく、前記センサが共振器を形成し、前記分配手段が、センサ上またはセンサのグループ上に前記流体を注入する手段及び／またはイオン化する手段を含み、少なくとも１つの前記流路が、前記注入手段及び／または前記イオン化手段に接続された第２の端部を含む。
【００２２】
前記注入手段は、例えば電子スプレーイオン化型である少なくとも１つのインジェクタによって形成される。
【００２３】
代替的には、前記分配手段は、前記センサのそれぞれに、細胞を含む流体を運ぶようになされた複数の流路によって形成され、前記流路のそれぞれの前記第２のいわゆる流出端は、センサまたはセンサのグループの上に開口し、前記センサは、前記センサの可動部上の細胞によって印加される力のセンサを形成する。
【００２４】
分配する手段が時間をずらして連続した所定のセンサに１つまたは複数の刺激を分配し、環境が流体である他の一実施形態において、前記分配手段が、流路を含み、ガスクロマトグラフィマイクロカラムを形成してもよい。
【００２５】
前記分配手段の前記流路は、例えば前記分配層に形成された少なくとも１つの溝を含み、前記溝の開口端が、前記連続した所定のセンサを覆い、前記溝内を循環する前記流体が、前記連続した所定のセンサに接触する。少なくとも１つの前記溝は、有利には、少なくとも１つの固定相を含む。前記センサはまた、好適には、分析される流体から分離される化学種に対して特定の親和性を備える少なくとも１つの材料を成膜することによって化学的に機能化される。
【００２６】
センサは異なる材料で機能化され、デバイスのネットワーク内で同一のまたは異なる形態を有するものであってもよい。
【００２７】
有利には、前記センサ間の間隔は、検出ピークの幅の半分よりも小さい。
【００２８】
本発明に従う分析デバイスは、前記センサの前記層と前記制御及び処理手段を含む前記層との間に、相互接続層を含んでもよく、前記相互接続層が、前記センサを前記制御及び処理手段に電気的に接続する。
【００２９】
例示的な実施形態において、前記制御及び処理手段が設けられた前記層は、相互接続された第１及び第２の副層に分割されてもよく、前記第１の副層が、各センサのアナログ事前処理のための画素に近い基本的な電子部品を含み、前記第２の副層が、前記情報のデジタル処理を実施することができる電子部品を含む。
【００３０】
本発明の対象はまた、前記センサが設けられた前記層を形成する段階、前記制御及び処理手段が設けられた前記層を形成する段階、前記層を重ね、前記制御及び処理手段と前記センサとを相互接続する段階、前記分配層を形成する段階、及び前記分配層を前記センサが設けられた前記層の前面に移設する段階、を含む、本発明に従うデバイスを３次元集積によって製造する方法である。
【００３１】
一実施形態において、前記制御及び処理手段並びに前記センサの相互接続は、ワイヤーボンディングによって実施される。
【００３２】
他の一実施形態において、前記制御及び処理手段並びに前記センサの相互接続は、前記制御及び処理手段が設けられた前記層と前記センサが設けられた前記層との間に介在された相互接続層によって実施される。
【００３３】
本発明に従う製造手段は、基板上にＭＯＳ型の少なくとも１つの電子回路及び／または電気的相互接続の少なくとも１つの階層を形成する段階、ＳＯＩ基板の層の少なくとも一部分にドーパントを均一にインプラントする段階、前記ＳＯＩ基板の前記層の前記部分にインプラントされたドーパントを熱的に活性化させる段階、前記ＳＯＩ基板層を、前記電子回路が設けられた前記基板上に移設する段階、前記ＳＯＩ基板を、前記基板の前記ドープされた部分まで薄化する段階、前記センサを前記ＳＯＩ基板の残りの部分に形成する段階、前記センサと前記電子回路との間の前記相互接続を形成する段階、及び前記センサの前記可動部をリリースする段階、を含んでもよい。
【００３４】
前記ＳＯＩ基板及び前記電子回路が設けられた前記基板の前記移設は、例えば冷間接着接合法によって実施される。
【００３５】
本発明に従う製造方法の他の一実施形態において、前記センサが設けられた前記層を形成する段階においては、相互接続柱が、前記層の表面の１つに形成され、前記柱が、ビアによって前記層の前記相互接続に接続され、前記制御及び処理層を形成する段階において、ビアによって前記層の相互接続に接続された相互接続パッドが、前記層の前記面の１つに形成される。
【００３６】
例示的な一実施形態において、前記相互接続柱は、前記センサ層の前記前面に形成され、前記相互接続パッドは、前記制御及び処理層の前記前面に形成され、前記センサ層を前記制御及び処理層上に組み立てる段階において、前記センサ層は、「対面」技術によって前記制御及び処理層上に移設される。
【００３７】
前記センサ層をＳＯＩ基板上に形成し、前記移設段階後に、前記シリコン基板を抑制し、フッ酸に対して耐性のある材料からなる層を、前記シリコン基板に代わって前記ＳＯＩ基板の絶縁材料上に成膜することを規定してもよい。
【００３８】
本発明は、以下の説明および添付された図面によって、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に従う分析デバイスの一例の分解立体図である。
【図２】本発明に従うセンサのネットワーク及びこのセンサを位置指定するための配線の概略図である。
【図３】図１のデバイスの横断面図である。
【図４】本発明において適用されうるマイクロ電気機械システムの概略上面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、２つの異なる視点に従う、本発明に従う分析デバイスの特に興味深い例の分解立体図である。
【図６】ワイヤーボンディングによって形成された、本発明に従う分析デバイスの概略斜視図である。
【図７Ａ】本発明に従う分析デバイスを形成するための例示的な方法の各段階の概略図である。
【図７Ｂ】本発明に従う分析デバイスを形成するための例示的な方法の各段階の概略図である。
【図７Ｃ】本発明に従う分析デバイスを形成するための例示的な方法の各段階の概略図である。
【図７Ｄ】本発明に従う分析デバイスを形成するための例示的な方法の各段階の概略図である。
【図７Ｅ】本発明に従う分析デバイスを形成するための例示的な方法の各段階の概略図である。
【図８】インジェクタを含む、本発明に従う実施形態のデバイスの、概略の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１及び３には、本発明に従う分析デバイスの例示的な一実施形態が示されている。本発明に従う分析デバイスは、流体、気体または液体の分析、より具体的にはガスクロマトグラフィカラムを形成することによってまたはその質量の測定によって化学種の検出をすることを可能にするものであってよい。また、液体媒質中の力、例えば細胞の力を測定することを可能にするものであってよい。
【００４１】
本発明に従う分析デバイスは、いくつかの重ねられた層を含む３次元統合された電子システムである。
【００４２】
Ｉとして示されている第１の層は、ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）型及び／またはＮＥＭＳ（ナノ電気機械システム）型のセンサ２のネットワークを含む。図示された例において、センサは行および列に配置されている。この説明において、以降は、センサはＭＥＭＳかＮＥＭＳかに関わらず「センサ」として示される。さらに、基本的な検出器が、いくつかのＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳマイクロセンサで形成されてもよいことは十分に理解されるであろう。
【００４３】
第２の層ＩＩ、いわゆる電子層は、制御及び処理手段４及びその相互接続を含む。これらの手段４は、例えばＣＭＯＳ、ＭＯＳ、バイＣＭＯＳ型などのトランジスタによって形成され、これらは、回路において従来から用いられる特定の部品（キャパシタ、ダイオード、抵抗など）が関連するものであってよい。層ＩＩの相互接続の階層はまた、キャパシタ、インダクタなどのような従来の受動部品を形成するために任意に用いられてもよい。これらの手段によって、センサ２を駆動し、センサ２によって伝達された情報を処理することが可能となる。
【００４４】
第３の層ＩＩＩは、センサ２と制御及び処理手段４との間の接続を確実に行う。これは、センサ２のネットワークを制御及び処理手段４に電気的に接続し、位置指定を行うために、相互接続６及びビア型またはＴＳＶ（貫通シリコンビア）型などの配線からなる。この第３の層ＩＩＩは、直接、センサ２の第１の層Ｉの背面に配置され、第１の層Ｉと第２の層ＩＩとの間に介在される。代替的に、センサの第１の層Ｉ内の相互接続の一部を形成することを規定してもよい。
【００４５】
他の一代替例において、図６に示されているように、中間層によってではなく、ワイヤーボンディングによって相互接続を形成することを規定してもよい。
【００４６】
本発明に従えば、分析デバイスは、センサの第１の層Ｉの前面に第４の層ＩＶを含む。この層ＩＶは、センサを封止するとともに特に外部環境に対するこの保護を確実に行う手段を形成し、センサによって分析される環境の１つまたは複数の刺激の制御された分配を確実にする。
【００４７】
層ＩＶは、以下で「分配層」と呼ぶことにするが、センサ２上に刺激を分配するための手段を含む。
【００４８】
環境が流体である場合には、分配手段は、センサ２上に所定の方法で流体を循環させるための１つの流路または各センサ２上に流体を運ぶ複数の流路を形成する流体型からなるものであってよい。
【００４９】
分配手段は、機械型からなるものであってもよく、例えば、分析される流体を所定のセンサまたは所定のセンサのグループ上で気化またはイオン化するためのインジェクタによって形成される。
【００５０】
これから、分析デバイスの各層を詳細に説明する。
【００５１】
第１の層Ｉは、複数のＮＥＭＳ及び／またはＭＥＭＳセンサを含む。
【００５２】
図示された例において、センサは、行および列のネットワークに沿って位置するが、この配置は、限定を意味するものでは全くなく、例えば円形または螺旋形の配置が、本発明の範囲から逸脱するものではない。
【００５３】
センサは同一である必要はないことに注意すべきである。さらに、センサはグループとして相互接続されるものであってもよい。
【００５４】
複数のセンサを適用することによって、有利には、所定の分析環境のイメージを得ることが可能となる。例えば、異なる質量の組み合わせ、異なるガスの組み合わせ、液体相の被検質の組み合わせ、放射型のイメージングなどである。
【００５５】
さらには、センサのネットワークによって、情報の処理を並列に行うことが可能となる。個別に位置指定されるセンサの場合、多数の測定が同時に実施されてもよい。そのため、単一のセンサを有する分析装置において得られる逐次的な型の情報の時間多重化を有する代わりに、本発明によれば情報の空間多重化が可能になる。
【００５６】
さらには、センサの機能が、センサのネットワークの作動全体に影響を与えない、またはほとんど影響を与えないため、分析デバイスの安定性が、単一のセンサを有するデバイスに対して改善される。
【００５７】
さらには、本発明に従う分析デバイスは、単一のセンサを有するデバイスに比べて改善された性能を有する。特に、同一の構造を有する部品の数Ｎを考慮し、各部品からの雑音が相関しないと仮定すると、システム全体の信号対雑音（出力）比は、Ｎ倍に改善される。
【００５８】
最後に、機械的に及び／または電気的にネットワークのセンサを結合することにより、受動的または能動的に、同一のまたは同期された、一貫した集合的な反応を確実に得ることができ、これによってばらつきの安定性を改善することが可能である。
【００５９】
センサは全て同一でも、そうでなくてもよい。なお、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳセンサは、固定部及び固定部に対して懸架された可動部を含み、固定部と可動部の相対的な変位によって、例えば外部環境の情報の異なる断片を得ることが可能となる。代替的に、ＭＥＭＳセンサ及びＮＥＭＳセンサの両方を含むネットワークを有することを規定してもよい。
【００６０】
図４において、静電駆動及びピエゾ抵抗検出を有する、平面内で動作する共振センサ４の一例が示されている。可動部８の変位のピエゾ抵抗検出は、例えばドープされたシリコンのゲージ１０によって実施される。
【００６１】
センサはまた、平面外の運動、例えば体積内の運動、回転運動を有するタイプからなるものであってもよいことは、よく理解されるものである。
【００６２】
異なる駆動手段、例えば熱弾性駆動、静電駆動または圧電駆動、及び異なる検出手段、例えば静電容量検出、例えば半導体または金属ゲージによるピエゾ抵抗検出、またはさらに圧電検出を規定してもよい。
【００６３】
図２において、相互接続層ＩＩＩに含まれるセンサ４及び位置指定配線１２の概略図が示されている。
【００６４】
センサは集合的に位置指定、つまり、全てのセンサに対して単一の入力信号及び各センサの信号の合計に対応する単一の出力信号であってもよく、または個別に位置指定、つまり、各センサの各出力信号が専用の経路で電子回路または電子回路の一部によって処理されるものであってもよい。サブネットワークもまた、センサが集合的に位置指定されるように形成されてもよい。
【００６５】
センサを個別に位置指定する場合において、例えばこれらを異なるようにバイアスすることにより、センサの周波数の変化が、バイアス電圧を調整することによって補償されるものであってもよい。
【００６６】
補償の直接読み出しによって、センサが共振する機械的構造として動作する場合、検出された情報をたどることが可能となる。
【００６７】
例えば、質量を測定したい場合には、共振センサへの質量の追加によって、システムの機械的振る舞いが変化し、共振器の周波数が変化する。周波数のずれを測定することにより、センサと相互作用した材料の量をたどることが可能である。
【００６８】
代替的に、センサは、非共振構造であってもよく、この場合には力センサを形成する。
【００６９】
これらのセンサは、「医薬スクリーニング」、医療有効性の測定または細菌性病原性もしくはがん細胞の浸潤性の測定などのような医療監視を実施することができるように、液体媒質中でリアルタイムに力、特に、可動部上の細胞によって働く力を測定することが可能であってよい。
【００７０】
力センサとして用いられるＭＥＭＳまたはＮＥＭＳセンサは、静的測定で数１０ピコＮ程度の分解能で力を測定するものであってよく、これは、数１００から数１０００Ｈｚの分析周波数では数ピコＮまで引き下げられるものであってよい。
【００７１】
このことは、続いて見られるように、分析デバイスの応用に従えば、測定される被検質に対して選択性を改善するために、化学層によってセンサを機能化することを規定してもよい。
【００７２】
第２の層ＩＩは、センサの駆動、制御及び電気機械的振る舞いを測定するための制御及び処理手段を含む。
【００７３】
センサが共振器を形成するような応用では、電子層ＩＩの手段で、センサを共振状態にセットし、動的追跡、つまりリアルタイムで時間依存のセンサの周波数の変化の追跡を達成することができる。
【００７４】
例えば、電子層ＩＩは、主に振動子及び／または位相同期回路またはＰＬＬ型のアプローチに基づく測定アーキテクチャを含むものであってよい。
【００７５】
静的または準静的な低周波数応用に関しては、電子層ＩＩの制御及び処理手段４は、センサＩＩの機械的変位のリアルタイム測定を実施する。
【００７６】
例示的な一実施形態において、電子層ＩＩを例えばビアまたはシリコンを貫通するビアもしくはＴＳＶ（貫通シリコンビア）などによって２つの相互接続された副層に分割することを規定してもよい。
【００７７】
例えば、第１の副層は、各センサのアナログ事前処理のための画素に近い基本的な電子部品（特にアナログ／デジタル変換、変換前のアナログ圧縮など）を含む。第２の副層は、例えばデジタルプロセッサによって情報のデジタル処理全体（出力信号をＰＣＩ、ＵＳＢ型などの標準的な通信プロトコルに整形するなど）を実行する電子部品を含む。
【００７８】
さらに、電子層の制御及び処理手段は、プログラム可能であってもよく、そのため必要に応じて、例えば分散に対抗する、最適な方法で稼働する環境に対して調整を実行する、温度補償などのような他の追加的な機能を実行するなどのために再設定されるものであってよい。
【００７９】
相互接続層ＩＩＩは、前述したように、センサ２と制御及び処理手段４との間の電気的インターフェースを達成する機能を有する。この層ＩＩＩによって、ネットワークのセンサの数を限定するような、ワイヤーボンディング型の接続技術に頼らないようにすることができる。
【００８０】
層ＩＩＩは例えばビア、シリコンを貫通するビアまたはＴＳＶを含み、「酸化物接合」、つまり２つの酸化物層または分子接合を可能とする他の材料間の分子接合及びコンタクトの回復によって形成されるものであってよい。相互接続層ＩＩＩは、このとき、その大きさと比較して大きな統合レベルを有するように形成され、センサのネットワークの密度を増大させることができるものであってよい。
【００８１】
さらに、層ＩＩＩはまた、センサ層Ｉと電子層ＩＩとの間の大きさを、組み立て及びコストを最適化するように調整することが可能である。層Ｉ及びＩＩを、コストに依存する異なる方法によって形成し、それらを「ワイヤーボンディング」及びＴＳＶによってそれらをインターフェース化させることを規定してもよい。
【００８２】
第４の層ＩＶは、分析される環境の１つまたは複数の刺激に関して封止及び分配の両方を行う層を形成する。この層は、センサを含む第１の層Ｉ上に追加される。
【００８３】
本発明に従う層ＩＶは、分析デバイスに関して求められる応用に応じて様々な型からなるものであってよい。
【００８４】
環境が流体である場合には、この分配層は、選択された応用に応じて化学的に機能化されたものであってよい。
【００８５】
さらに、分配層は、電気的に制御可能であってよい。例えば流体を通過させまたは通過させず、それによって制御された方法でそれらを好適に導入することができるように制御されたバルブを含む関連のある層を有するように規定されてもよい。
【００８６】
分配層ＩＶはまた、例えば溶液中の化学種を選別するためのフィルタリング手段を含んでもよい。これらの手段は、例えばグリッド型からなるものであってよい。例えば、フィルタリング手段は、所定の最大寸法で分子のみを通過させる調整可能な大きさの穴を含む。
【００８７】
第１の応用において、本発明に従う分析デバイスは、質量分析器を形成するものであってよい。分配層ＩＶは、このとき分析される物質の混合物、例えばセンサのネットワーク上へのタンパク質の射出を可能とする注入及びイオン化手段を含む。注入手段は、例えばインジェクタ型の機械的部品またはスプレーを形成できる手段である。
【００８８】
インジェクタは、液体を帯電された液滴として確実に分散させることができる電子スプレーイオン化（ＥＳＩ）型からなるものであってよい。
【００８９】
インジェクタはインクジェット印刷のノズルに類似した機械的なものであってよい。この場合、これらは適切な量の分子、例えばタンパク質を含む液滴の分散を可能とする一方でそれらを分解させることなく分子の空間的分離を行うことができる大きさである。
【００９０】
図８において、そのようなデバイスの例示的な実施形態が概略的に示されている。この例示的な実施形態において、分配手段は、穴によって貫通されたバイアスを印加されたティップ２４のネットワークによって形成されたインジェクタ２２を含み、バイアスを印加された対向電極２６は、穴を含み、対向電極２６は、ティップ２４のネットワークとセンサ層Ｉとの間に位置する。インジェクタは、層Ｉのセンサにほぼ位置合わせされている。センサ上に導入される気体のための分散円錐２８もまた図示されている。ガスの流入は、矢印３０によって表される。
【００９１】
センサの直上にインジェクタが配置されることにより、分子がイオン化されているか否かに関わらず、分子の過大な空間分散を避けることができ、関心のある化学種により焦点を合わせることができ、検出収率を改善する。
【００９２】
センサのネットワークと注入システムを近接させることにより、オンライン損失を減少させることが可能となり、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳセンサの高い質量感度によって、他のセンサのこれらと同等な電気的信号を有することが可能となる。
【００９３】
従って、イオン化収率は、より感度が低くより多くの遠隔検出器と比較して低いものであってよく、このことは、特に分析される分子をイオン化するときに、インジェクタの収率における制約を減少させる。
【００９４】
分析時間も減少する。
【００９５】
質量分析器の場合には、分配層とセンサとの間が真空にされる。
【００９６】
他の一実施形態において、センサはまた、例えば細胞におけるタンパク質のような液体中に含まれる分子を検出することができるように、力を測定するために用いられるものであってもよい。前述したように、ＮＥＭＳセンサは１００ｐＮ（ピコニュートン）程度の力の測定が可能である。
【００９７】
この場合、分配層は、例えばそれぞれの細胞を適切に生存できる環境と共に、ネットワークの各マイクロ電気機械検出器に直接送る流路を含む。各細胞によってセンサ内の可動部に印加される力をリアルタイムで測定することにより、この細胞内に導入された分子の型／量に依存する各細胞の機械的振る舞いの特性及び変化を判別することが可能となる。そのため、このことにより、例えばがん細胞の特性化／区別、浸潤性及び転移能力の評価が可能となる。このことはまた潜在的に、細胞における特定の薬理学的分子の毒性の測定または「り患した」細胞への治療法の有効性（及びありうる作用機構）の評価を可能にする。同時に全てのセンサに力測定を実施することができるので、このとき分析収率は向上する。例えば、分配層ＩＶは、流体供給部に接続された複数の流路を含み、各流路はセンサに対向した位置に到達する。
【００９８】
本発明に従う分析デバイスは、特に有利には、図５Ａ及び５Ｂに示されたガスクロマトグラフィＧＣマイクロカラムを形成するものであってよい。このとき分配層ＩＶは、１つまたは複数の溝１４を含む。溝１４の配置は、センサ２の配置に従い、カラムは、流体の流れる方向に沿ってカラム内に均一に分布されたセンサ２が設けられた１つの面を利用できる。
【００９９】
例えば、溝は数１０μｍから数１００μｍの深さであり、数１０μｍから数１００μｍの幅で測定する。例えばこれらはシリコン基板に、フォトリソグラフィ及び深掘りエッチング段階と関連する従来の微小電気技術によってエッチングされる。この基板は、センサ層Ｉ上に例えば分子封止または陽極封止によって移設されるものであってよい。スクリーン印刷によって堆積された接着剤による両層の堅固な接着もまた考えることができる。
【０１００】
数平方センチメートルの表面上に、カラムがエッチング深さ及びエッチング幅によって決定される部分によって形成されてもよい。これらの大きさのそれぞれは、数１０から数１００ミクロンまで変更してもよく、長さは数１０センチメートルから１メートルまたはそれより長く、例えば２メートルの範囲であってもよい。
【０１０１】
図５Ａ及び５Ｂにおいて、溝１０は、基板１６にエッチングされた並列な外部境界１４．１及び内部境界１４．２の部分を含む。流路は、分析される流体の供給部のための端部１８及びこの流体を排出するための端部２０を含む。
【０１０２】
マイクロカラムの流入部において、マイクロカラムに、微小予濃縮部（図示されない）を結合することを規定してもよい。
【０１０３】
代替的に、クロマトグラフィカラムは、それ自体に巻きついて例えば互いに入れ子となった２つの螺旋を形成するものであってもよい。
【０１０４】
さらに、この分配層は、化学的に機能かれてもよく、シリコンにエッチングされた溝は、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、シラン系またはその他のポリマーで形成された固定相で覆われてもよい。
【０１０５】
さらに、センサは有利には吸収材料、例えば分析される混合物の組成物と化学的な親和性を有する感受性ポリマーで機能化される。化学的組成物の存在において、この組成物の特定の量が、感受性層上に吸収され、センサに信号を発生させる。吸収材料は、固定相と同一でもよく、異なるものでもよい。
【０１０６】
層Ｉのセンサのネットワークは、均等に間隔をあけた少なくとも十分な数の検出器を含み、この間隔はピークの幅の半分よりも小さい。所定のカラムについて、ピークの平均幅は、「理論段相当高さ」によって推測されてもよい。実際には、約１ミリメートルの間隔の検出器、つまり１メートルのカラムに対して約１０００の検出器を有することが有利である。
【０１０７】
本発明に従うクロマトグラフィカラムによって、２つの連続した検出器の間の各組成物の平均速度、カラム内の組成物の位置によって可変でありうる速度を判別することができる。従って、カラム内の組成物の濃度の、２次元空間―時間マップを再構築することが可能である。
【０１０８】
さらには、本発明に従うクロマトグラフィカラムによって、第１のサンプルの全ての成分が排出される前に、第２のサンプルが導入されてもよい。成分の数によって特徴づけられ、カラム内のピークに対応するサンプルの複雑さに依存して、十分な数の検出器が各成分を追跡し、第２のサンプルの成分を検出できるものであってよく、その速度は第１のサンプルの成分よりも大きく、もはや不正確さは存在しない。任意の複雑さのサンプルに関して、その間隔がピークの幅の半分よりも小さいような密度で検出器を有することは十分である。
【０１０９】
本発明に従ういくつかのカラムを直列に接続し、分析システムの分離能力を向上させることが可能である。
【０１１０】
ここで、本発明に従う分析デバイスを製造する例示的な方法を説明する。
【０１１１】
本発明に従う分析デバイスは、非常な小型化を確実に行う、３次元集積回路型からなる。
【０１１２】
第１の実施形態の方法に従えば、分配層は、シリコンのような半導体材料の基板に、基板をエッチングして作られ、ガスクロマトグラフィマイクロカラムの場合には、微小流路を形成する。さらに、センサ層Ｉ及び電子層ＩＩが作られる。
【０１１３】
この方法によって得られる本発明に従う分析デバイスが、図６に示される。
【０１１４】
分配層ＩＶは、センサ層Ｉ上に接着して接合され、その一方でセンサに接続されるパッド２６の領域は開けたままとされる。
【０１１５】
次いで、それによって形成された組立体が、電子層ＩＩの上または横に接着接合される。
【０１１６】
次いで、ワイヤーボンディング２８が、センサ層Ｉのパッド２６の、電子層ＩＩのパッド３０への接続が実施される。
【０１１７】
この方法は、センサの数が限られている、例えば１００より小さいような場合に特に興味深い。
【０１１８】
図７Ａから７Ｅに図示される他の一実施形態の方法に従えば、ＴＳＶ（「貫通シリコンビア」）の原理が用いられ、これは、貫通ビアによって２つの電子回路を接続することからなる。以下において、ＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳ並びにその相互接続を含む層Ｉを上部回路と呼び、ＣＭＯＳ制御回路を形成する電子回路ＩＩを下部回路と呼ぶこととする。
【０１１９】
本方法は、以下の、上部回路Ｉを形成する段階、上部回路上に相互接続柱を形成する段階、下部回路ＩＩ及びその相互接続を形成する段階、上部回路Ｉを下部回路ＩＩ上に移設する段階、ＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳセンサをリリースする段階を含む。
【０１２０】
ここで、上述のこれらそれぞれの段階を詳細に説明する。
【０１２１】
上部回路Ｉを形成するために、シリコン基板１０１上に成膜されたＳＯＩ基板１００が例えば用いられる。ＳＯＩ基板は、絶縁材料、例えばＳｉＯ２層１００．１及び絶縁材料層１００．１上に成膜されたシリコンまたは半導体材料の層１００．２を含む。ＳＯＩ基板１００の例えばＰ型のドーピングが行われる。次いで、パターン１０２を形成するための層１００．２のリソグラフィ及びエッチングの段階が行われる。
【０１２２】
次いで、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯまたはバックエンドのためにマイクロエレクトロニクスで従来用いられるその他どのような絶縁材料からもなる絶縁材料層１０４が、パターン１０２上に成膜される。
【０１２３】
次いで、層１０４の平坦化の段階が、例えば機械的化学的研磨、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）または蒸気相研磨によって行われる。
【０１２４】
次いで、ＮＥＭＳ及び／またはＭＥＭＳセンサのリリースにおいて伴う停止層１０６が成膜される。ＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳのリリースは例えばフッ酸によって実施される。従って、この停止層については、層１０４として用いられる相互接続絶縁体と比較してＨＦによって全くまたはほとんど損傷されないどのような材料が選択されてもよい。これは、例えば窒化物層（Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮなど）またはＨｆＯ２であってよい。
【０１２５】
次いで、絶縁層１０８が、停止層１０６上に成膜される。
【０１２６】
次いで、ビア１１０が、絶縁層１０４及び１０８並びに停止層１０６を貫通してパターン１０２まで形成される。
【０１２７】
可能なドーピング及びコンタクト底部のシリサイド化の段階の後、ビア１１０が例えばタングステン及び／または銅及び／またはＴｉＮなどで充填される。
【０１２８】
充填の平坦化の段階が行われる。次いで、１つまたは複数の相互接続階層１１２が、絶縁層１０８上のビアの上に形成される。
【０１２９】
以下の段階において、相互接続柱１１４が、上部回路Ｉと下部回路ＩＩとの間の上部回路上に形成され、シリコン基板１０１の薄化の段階が実施される。
【０１３０】
下部回路は、図７Ａに示されている。
【０１３１】
次に、ＳＯＩ１００のシリコン層の薄化の段階が実施される。
【０１３２】
下部回路ＩＩは、標準的な方法に従って形成される。
【０１３３】
次いで、銅のパッド１１６が、上部回路ＩＩの表面に、相互接続のために銅の相互接続柱１１４と共に形成される。パッド１１６が設けられた下部回路が、図７Ｂに示されている。
【０１３４】
以下の段階において、相互接続柱１０８と相互接続パッド１１６とを位置合わせしつつ、上部回路Ｉが、下部回路ＩＩ上に移設される（図７Ｃ）。両方の回路が、接着接合される。図示された例において、上部回路Ｉは、下部回路ＩＩ上に、対面技術によって移設され、このため、下部回路は裏返しにされる。代替的に、背面対前面技術によって移設されてもよい。
【０１３５】
有利には、上部回路Ｉと下部回路ＩＩとの間に材料が設けられ、空いた空間が抑制されて良好な接着が確保されてもよい。この材料は例えばスピンオフ技術によって成膜されたレジンまたはポリマー、あるいは成膜され次いでＣＭＰによって平坦化された酸化物であり、これは例えば非特許文献２に記載されている。
【０１３６】
次いで、上部回路のシリコン層におけるキャビティ１１８のリソグラフィ及びエッチングの段階が、この方法の初めにおける上部回路の背面に行われる。このエッチングは、例えば異方性プラズマエッチングまたはＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）での化学的エッチングによって行われてもよい。シリコンのエッチングは、絶縁層１００．１において停止する。これらのキャビティ１１８は、リリースすることを意図するＮＥＭＳまたはＭＥＭＳの部分の上に形成される（図７Ｄ）。
【０１３７】
以下の段階において、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳの可動部１１９が、絶縁層１００．１及びＮＥＭＳの相互接続絶縁層１０４の、フッ酸蒸気を用いたエッチングによってリリースされる（図７Ｅ）。
【０１３８】
次いで、分配層ＩＶ（図示せず）が、層Ｉ上に、例えば接着接合によって移設される。
【０１３９】
代替的に、対面構成における下部回路上への上部回路の移設の後、シリコン基板１０１を、ＴＭＡＨによる化学的エッチングまたはプラズマによって完全に除去することが規定されてもよく、このエッチングは絶縁層１００．１で停止する。次いで、例えば窒化物またはアモルファスシリコンのフッ酸に耐性のある材料の層の絶縁層１００．１の成膜が実施される。この層は約５０ｎｍの厚さを有してもよい。
【０１４０】
次いで、この層がエッチングされ、ＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳセンサがフッ酸でリリースされる。
【０１４１】
この代替例は、この方法の最後において、抑制されていたシリコン基板１０１よりも薄い層を有するという利点があり、このことにより、例えば生物学的応用において、ＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳセンサに向かうガスの進行を混乱させることがより少ない。
【０１４２】
ＮＥＭＳ及び／またはＭＥＭＳ制御は、平面の電極１２０またはＭＥＭＳまたはＮＥＭＳの可動部の下に位置する相互接続１２１のいずれかによって達成されてもよい（図７Ｅ）。
【０１４３】
代替的に、下部回路ＩＩは、インターポーザ、つまり上部回路Ｉと他の回路との間で、下部回路の下に位置し、下部回路ＩＩと相互接続された中間回路を形成するものであってもよい。
【０１４４】
本発明に従う分析デバイスは、非常に高い集積密度を得られうる第３の実施形態の方法によって得られるものであってもよい。
【０１４５】
この方法は、次の各段階を含む。
―基板上に相互接続とともにＣＭＯＳ、ＭＯＳ，ｂｉＣＭＯＳ回路などを形成する段階。
―薄いＳＯＩ基板にドーピングを行う段階であって、好ましくは、Ｐ型であり、ドーパントを例えば９００℃から１０５０℃の間で熱的に活性化するドーピングを行う段階。ＳＯＩ基板もまたエピタキシー成長されたＳｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉ基板に置き換えられてもよい。このとき、ＳｉＧｅは犠牲層としてＳｉＯ２絶縁体を置き換える。
―ＳｉＯなどの接着接合を促進させる層で覆われた、例えばＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４またはＨｆＯ２などのような、フッ酸に対して停止する層をＳＯＩ基板上に成膜する段階。
―両基板を対面して、例えば非特許文献３に記載されたような冷間接着接合法によって接着接合する段階。実施される接着接合は、例えば酸化物／酸化物親水性接合である。例えば高密度プラズマ（ＨＤＰ）型の酸化シリコンが、支持ウェハ上及び移送されたウェハ上に成膜される。２つの平坦な表面を対面して位置できるように、支持ウェハ上の誘電体の表面形状が抑制される。接着接合は、室温で実施される。界面を固体化するためのアニーリング（例えば、２００℃１時間）により、両酸化膜間に共有結合が生成される。ＳＯＩ基板の薄化は、機械的アブレーション及びそれに続けて停止層における選択的エッチングによって得られる。例えば、これは、埋め込み酸化膜で停止する化学エッチング（ＴＭＡＨ：テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）であってもよい。この酸化物は、Ｓｉと比較して選択的に除去され、より低いトランジスタの上部に接着接合された薄いシリコン層を残す。
この場合、ＳＯＩ基板の絶縁体は、ＳｉＯ２の代わりにＳｉＧｅであり、ＴＭＡＨによる化学的エッチングの段階は、ＳｉＧｅ層で停止するプラズマエッチングに置き換えられてもよい。次いで、ＳｉＧｅ層がＳｉ層と比べて選択的に、例えば装置外で、ＳＦ４に基づく等方性プラズマによって除去される。
―当業者によって知られた方法で、リソグラフィ及びエッチングによってＮＥＭＳセンサを形成する段階、
―ＮＥＭＳセンサ層と下の回路のパッドとの間に相互接続を形成する段階。ＮＥＭＳにおいて知られた方法で用いられるように、突出したＡｌＳｉパッドが形成されてもよい。
―ＳＯＩ基板上に成膜された停止層で停止する、蒸気としてのフッ酸でのＮＥＭＳまたはＭＥＭＳセンサのリリース段階。
―ガスクロマトグラフィカラムの場合には微小流路をエッチングすることによって予め形成された分配層を接着接合する段階。
【０１４６】
本発明によって、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳセンサのネットワークが設けられ、非常に小型化し、一定の数の利点を備える分析デバイスが形成された。
【０１４７】
例えば質量分析器または分子分析のための力センサのような特定の応用において、多数の測定を同時に実行することが可能になるため、分析収率は実質的に増大する。
【０１４８】
さらに、ガスクロマトグラフィマイクロカラムを、非常に小型化するように形成することが可能となり、このカラムを用いると、各化学種の平均速度を知ることができ、信頼できる方法で、これを分離することができる。
【符号の説明】
【０１４９】
Ｉ  第１の層
ＩＩ  第２の層
ＩＩＩ  第３の層
ＩＶ  第４の層
２  センサ
４  制御及び処理手段
６  相互接続
８  可動部
１０  ゲージ
１２  位置指定配線
１４  溝
１４．１  外部境界
１４．２  内部境界
１８、２０  端部
２４  インジェクタ
２６  対向電極
２８  分散円錐
３０  ガスの流入
１００  ＳＯＩ基板
１００．１  ＳｉＯ２層
１００．２  半導体材料層
１０１  シリコン基板
１０２  パターン
１０４  絶縁材料層
１０６  停止層
１０８  絶縁層
１１０  ビア
１１２  相互接続階層
１１４  相互接続柱
１１６  パッド
１１８  キャビティ
１１９  可動部
１２１  相互接続
【図１】
2013531234.tif 000003
【図２】
2013531234.tif 000004
【図３】
2013531234.tif 000005
【図４】
2013531234.tif 000006
【図５Ａ】
2013531234.tif 000007
【図５Ｂ】
2013531234.tif 000008
【図６】
2013531234.tif 000009
【図７Ａ】
2013531234.tif 000010
【図７Ｂ】
2013531234.tif 000011
【図７Ｃ】
2013531234.tif 000012
【図７Ｄ】
2013531234.tif 000013
【図７Ｅ】
2013531234.tif 000014
【図８】
2013531234.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月7日(2013.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境の１つまたは複数の特徴的な刺激に対して反応することが可能な少なくとも１つの可動部をそれぞれ含むＭＥＭＳ及び／またはＮＥＭＳ型の複数のセンサ（２）が設けられた層（Ｉ）であって、前記可動部が、固定部に対して懸架され、前記可動部がそれぞれ、他の前記可動部から独立して動作することが可能である層（Ｉ）、
前記センサを制御し、前記センサ（２）によって伝達された情報を処理する手段（４）を含む層（ＩＩ）であって、前記制御及び処理手段（４）が電気的に前記センサ（２）に接続された層（ＩＩ）、及び
前記層（Ｉ）上であって前記センサ（２）を含む面の側部上に位置し、前記センサ（２）へ１つまたは複数の刺激を空間的に及び時間的に分配する手段を含む層（ＩＶ）であって、前記分配手段が、それぞれの前記センサまたは前記センサのグループ上に１つもしくは複数の刺激を独立に、同時にもしくは準同時に送る複数の流路、またはそれぞれの前記センサまたは前記センサのグループ上に１つまたは複数の刺激を連続的に送る１つの流路を備える層（ＩＶ）を含む、環境を分析するデバイス。
【請求項２】
前記環境が流体であり、前記分配手段が複数の流路を含み、その一端がいわゆる流入端であり、分析される流体の供給部に接続されるようになされる、請求項１に記載の分析デバイス。
【請求項３】
前記分配層（ＩＶ）が、前記流体に含まれる特定の組成物をフィルタリングする手段を含む、請求項１または２に記載の分析デバイス。
【請求項４】
質量分析器を形成し、前記センサ（２）が共振器を形成し、前記分配手段が、それぞれの前記センサ（２）上または前記センサ（２）のグループ上に前記流体を注入する手段及び／またはイオン化する手段を含み、複数の前記流路が、前記注入手段及び／または前記イオン化手段に接続された第２の端部を含む、請求項２から４のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項５】
前記注入手段が、電子スプレーイオン化型である少なくとも１つのインジェクタによって形成される、請求項４に記載の分析デバイス。
【請求項６】
前記分配手段が、前記センサ（２）のそれぞれに、細胞を含む流体を運ぶようになされた複数の流路によって形成され、前記流路のそれぞれの前記第２のいわゆる流出端が、センサ（２）またはセンサのグループの上に開口し、前記センサ（２）が、前記センサ（２）の可動部上の細胞によって印加される力のセンサを形成する、請求項１または２に記載の分析装置。
【請求項７】
前記環境が流体であり、前記分配手段が、ガスクロマトグラフィマイクロカラムを形成する流路を含む、請求項１に記載の分析デバイス。
【請求項８】
前記分配手段の前記流路が、前記分配層（ＩＶ）に形成された少なくとも１つの溝（１４）を含み、前記溝（１４）の開口端が、前記連続した所定のセンサ（２）を覆い、前記溝（１４）内を循環する前記流体が、前記連続した所定のセンサ（２）に接触する、請求項７に記載の分析デバイス。
【請求項９】
少なくとも１つの前記溝（１４）が、少なくとも１つの固定相を含む、請求項８に記載の分析デバイス。
【請求項１０】
前記センサ（２）が、分析される流体から分離される化学種に対して特定の親和性を備える少なくとも１つの材料を成膜することによって化学的に機能化される、請求項７から９のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項１１】
前記センサ（２）間のギャップが、検出ピークの幅の半分よりも小さい、請求項７から１０のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項１２】
前記センサ（２）の前記層（Ｉ）と前記制御及び処理手段を含む前記層（ＩＩ）との間に、相互接続層（ＩＩＩ）を含み、前記相互接続層が、前記センサ（２）を前記制御及び処理手段（４）に電気的に接続する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項１３】
前記制御及び処理手段（４）が設けられた前記層（ＩＩ）が、相互接続された第１及び第２の副層に分割され、前記第１の副層が、各センサのアナログ事前処理のための画素に近い基本的な電子部品を含み、前記第２の副層が、前記情報のデジタル処理を実施することができる電子部品を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の分析デバイス。
【請求項１４】
前記センサ（２）が設けられた前記層（Ｉ）を形成する段階、
前記制御及び処理手段（４）が設けられた前記層（ＩＩ）を形成する段階、
前記層（Ｉ、ＩＩ）を重ね、前記制御及び処理手段（４）と前記センサ（２）とを相互接続する段階、
前記分配層（ＩＶ）を形成する段階、及び
前記分配層（ＩＶ）を前記センサ（２）が設けられた前記層（ＩＩ）の前面に移設する段階、を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のデバイスを３次元集積によって製造する方法。
【請求項１５】
前記制御及び処理手段と前記センサとの相互接続が、ワイヤーボンディング（３０）によって実施される、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記制御及び処理手段（４）と前記センサ（２）との相互接続が、前記制御及び処理手段（４）が設けられた前記層（Ｉ）と前記センサ（２）が設けられた前記層（ＩＩ）との間に介在された相互接続層（ＩＩＩ）によって実施される、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１７】
基板上にＭＯＳ型の少なくとも１つの電子回路及び／または電気的相互接続の少なくとも１つの階層を形成する段階、
ＳＯＩ基板の層の少なくとも一部分にドーパントを均一にインプラントする段階、
前記ＳＯＩ基板の前記層の前記部分にインプラントされた前記ドーパントを熱的に活性化させる段階、
前記ＳＯＩ基板層を、前記電子回路が設けられた前記基板上に移設する段階、
前記ＳＯＩ基板を、前記基板の前記ドープされた部分まで薄化する段階、
前記センサを前記ＳＯＩ基板の残りの部分に形成する段階、
前記センサと前記電子回路との間の前記相互接続を形成する段階、
及びそれぞれの前記センサの前記可動部をリリースする段階、を含む、請求項１４から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記ＳＯＩ基板及び前記電子回路が設けられた前記基板の前記移設が、冷間接着接合法によって実施される、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記センサが設けられた前記層（Ｉ）を形成する段階において、相互接続柱が、前記層（Ｉ）の表面の１つに形成され、前記柱が、ビアによって前記層の前記相互接続に接続され、前記制御及び処理層（ＩＩ）を形成する段階において、ビアによって前記層（ＩＩ）の相互接続に接続された相互接続パッドが、前記層の前記面の１つに形成される、請求項１４に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記相互接続柱が、前記センサ層（Ｉ）の前記前面に形成され、前記相互接続パッドが、前記制御及び処理層（ＩＩ）の前記前面に形成され、前記センサ層（Ｉ）を前記制御及び処理層（ＩＩ）上に組み立てる段階において、前記センサ層（Ｉ）が、対面技術によって前記制御及び処理層（ＩＩ）上に移設される、請求項１９に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記センサ層（Ｉ）が、ＳＯＩ基板上に形成され、前記シリコン基板が抑制され、フッ酸に対して耐性のある材料からなる層が、前記シリコン基板に代わって前記ＳＯＩ基板の絶縁材料上に成膜される、請求項１９または２０に記載の製造方法。
【国際調査報告】
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