(57)【要約】【課題】作業効率の向上と検出装置の小型化および簡素化とを実現できると共に、検出感度を向上させることもできる有機分子検出用素子および有機分子検出装置を提供する。【解決手段】半導体基板１１の主面に一対の電極領域２１，２２を設け、半導体基板の主面に形成された絶縁膜１２，１３と、絶縁膜を介して電極領域の間の主面側の所定領１１ａ域を覆うように形成された金属膜１７と、金属膜の表面に配置された有機分子の固定領域１９とを含む。所定領域１１ａには、少なくとも固定領域１９に有機分子が固定されたとき、該固定された有機分子の帯電量に応じて電流経路が形成される。【選択図】　　　図１
2004144630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面に一対の電極領域を設け、
前記主面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜を介して前記電極領域の間の前記主面側の所定領域を覆うように形成された金属膜と、
前記金属膜の表面に配置された有機分子の固定領域とを含み、
前記所定領域には、少なくとも前記固定領域に前記有機分子が固定されたとき、該固定された有機分子の帯電量に応じて電流経路が形成される
ことを特徴とする有機分子検出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の有機分子検出素子において、
前記金属膜の表面の面積は、前記所定領域の前記主面内での面積より大きい
ことを特徴とする有機分子検出素子。
【請求項３】
半導体基板の主面に一対の電極領域を設け、
前記主面に形成された金属膜と、
前記金属膜の表面に配置された有機分子の固定領域とを含み、
前記半導体基板は、前記電極領域の間の前記主面側に制御電極領域を有し、
前記金属膜は、前記制御電極領域を覆うように形成され、かつ、前記金属膜の表面の面積が前記制御電極領域の前記主面内での面積より大きく、
前記電極領域の間で前記制御電極領域に隣接する所定領域には、少なくとも前記固定領域に前記有機分子が固定されたとき、該固定された有機分子の帯電量に応じて電流経路が形成される
ことを特徴とする有機分子検出素子。
【請求項４】
半導体基板の主面に一対の電極領域を設け、
前記主面に配置された有機分子の固定領域を含み、
前記半導体基板は、前記電極領域の間の前記主面側に制御電極領域を有し、かつ、前記制御電極領域の表面に内部へ向けてＶ字型の凹部を有し、
前記固定領域は、前記Ｖ字型の凹部に配置され、
前記電極領域の間で前記制御電極領域に隣接する所定領域には、少なくとも前記固定領域に前記有機分子が固定されたとき、該固定された有機分子の帯電量に応じて電流経路が形成される
ことを特徴とする有機分子検出素子。
【請求項５】
請求項４に記載の有機分子検出素子において、
前記電極領域は、前記半導体基板のうち、前記制御電極領域とは反対側の主面近傍に配置されている
ことを特徴とする有機分子検出素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の有機分子検出素子と、
前記半導体基板の前記所定領域に形成される前記電流経路の電気特性を測定する測定手段とを備えた
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な有機分子（例えば、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸や蛋白質を含めた塩基類）の検出に用いられる有機分子検出用素子および有機分子検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＤＮＡの塩基配列や特性を解析するために、ＤＮＡチップを用いたＤＮＡの検出が行われている。ＤＮＡチップは、ガラスプレート表面にプローブ（指標となるＤＮＡ）を固定したものである。ＤＮＡチップのプローブに対して、蛍光物質が付加されたターゲット（検出対象となるＤＮＡ）をハイブリダイズさせて、ＤＮＡの解析が行われる。
【０００３】
ここで、既知の塩基配列や特性を持つＤＮＡがプローブとして固定された場合には、未知の塩基配列や特性を持つＤＮＡがターゲットとしてプローブにハイブリダイズされる。逆に、塩基配列などが未知のＤＮＡをプローブ、既知のＤＮＡをターゲットとして用いることもある。
【０００４】
何れにしても、ハイブリダイゼーション処理の後、ＤＮＡチップは十分に洗浄され、プローブに固着したターゲット以外は除去される。その結果、１つのＤＮＡチップ上には、プローブとターゲットとが固着した箇所が点在することになる。プローブとターゲットとが固着した各々の箇所において、プローブまたはターゲットは、塩基配列などが既知のＤＮＡである。
【０００５】
ターゲットには予め蛍光物質が付加されているため、この蛍光物質を標識として、プローブとターゲットがハイブリダイズしたか否かやその固着位置などを検出することができる。
具体的には、ＤＮＡチップを用いたＤＮＡの解析に際して、ハイブリダイズした後のＤＮＡチップには紫外線などの励起光が照射され、この励起光によって励起された蛍光物質からの蛍光が目視や撮像素子により観察され、プローブとターゲットがハイブリダイズしたか否かやその固着位置などが検出される。
【０００６】
そして、プローブとターゲットとの固着位置などの情報が得られると、この情報に基づいてプローブ（またはターゲット）の既知の塩基配列や特性を特定することができ、特定された既知の塩基配列などに基づいてターゲット（またはプローブ）の未知の塩基配列や特性を解析することができる。
しかし、ＤＮＡチップを用いてＤＮＡの検出を行うためには、ガラスプレート表面に固定されたプローブに対してターゲットをハイブリダイズさせる前に、ターゲットに対して予め標識用の蛍光物質を付加しておかなければならないため、作業効率が悪かった。
【０００７】
また、プローブとターゲットがハイブリダイズしたか否かやその固着位置などを検出するためには、ターゲットに付加された蛍光物質を励起する光源や光学系が必要であり、蛍光物質からの蛍光を観察する光学系や撮像素子も必要である。蛍光を観察する光学系には、励起光を遮断して蛍光を透過する光学フィルタや顕微鏡が含まれる。つまり、検出装置が大きく複雑であった。
【０００８】
ところで、トランジスタによるＤＮＡの検出装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。この検出装置では、ＭＯＳトランジスタのゲートにプローブ（指標となるＤＮＡ）を固定化し、これにターゲット（検出対象となるＤＮＡ）をハイブリダイズさせ、ソース・ドレイン間の電流量の変動を検出することにより、ＤＮＡの検出を行う。
【０００９】
このため、ターゲットに対する蛍光処理（標識用の蛍光物質の付加）や特殊な解析装置（励起用，蛍光観察用の光学系など）を必要とせず、簡便にＤＮＡを検出できる。
【特許文献１】
特表２００１−５１１２４５号公報（第６−７頁，第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された検査装置では、ＤＮＡチップを用いた場合と比較して、ＤＮＡの検出感度が低かった。このため、ＭＯＳトランジスタのゲート上のプローブやターゲットの数量が少ないと、良好な検出結果を得ることができなかった。
【００１１】
本発明の目的は、作業効率の向上と検出装置の小型化および簡素化とを実現できると共に、検出感度を向上させることもできる有機分子検出用素子および有機分子検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の有機分子検出素子は、半導体基板の主面に一対の電極領域を設け、前記主面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記電極領域の間の前記主面側の所定領域を覆うように形成された金属膜と、前記金属膜の表面に配置された有機分子の固定領域とを含み、前記所定領域には、少なくとも前記固定領域に前記有機分子が固定されたとき、該固定された有機分子の帯電量に応じて電流経路が形成されるものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有機分子検出素子において、前記金属膜の表面の面積は、前記所定領域の前記主面内での面積より大きいものである。
請求項３に記載の有機分子検出素子は、半導体基板の主面に一対の電極領域を設け、前記主面に形成された金属膜と、前記金属膜の表面に配置された有機分子の固定領域とを含み、前記半導体基板は、前記電極領域の間の前記主面側に制御電極領域を有し、前記金属膜は、前記制御電極領域を覆うように形成され、かつ、前記金属膜の表面の面積が前記制御電極領域の前記主面内での面積より大きく、前記電極領域の間で前記制御電極領域に隣接する所定領域には、少なくとも前記固定領域に前記有機分子が固定されたとき、該固定された有機分子の帯電量に応じて電流経路が形成されるものである。
【００１４】
請求項４に記載の有機分子検出素子は、半導体基板の主面に一対の電極領域を設け、前記主面に配置された有機分子の固定領域を含み、前記半導体基板は、前記電極領域の間の前記主面側に制御電極領域を有し、かつ、前記制御電極領域の表面に内部へ向けてＶ字型の凹部を有し、前記固定領域は、前記Ｖ字型の凹部に配置され、前記電極領域の間で前記制御電極領域に隣接する所定領域には、少なくとも前記固定領域に前記有機分子が固定されたとき、該固定された有機分子の帯電量に応じて電流経路が形成されるものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の有機分子検出素子において、前記電極領域は、前記半導体基板のうち、前記制御電極領域とは反対側の主面近傍に配置されているものである。
請求項６に記載の有機分子検出装置は、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の有機分子検出素子と、前記半導体基板の前記所定領域に形成される前記電流経路の電気特性を測定する測定手段とを備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態は、請求項１，請求項２，請求項６に対応する。ここでは、有機分子の１例であるＤＮＡの検出について説明する。第１実施形態の有機分子検出素子１０は、エンハンスメント（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）型のＭＯＳ−ＦＥＴと同様の動作特性を有し、ＤＮＡがマイナスに帯電していることを利用してＤＮＡを検出する半導体素子である。
【００１７】
有機分子検出素子１０の構成について説明する。この有機分子検出素子１０は、図１（断面図）に示すように、シリコン基板１１の主面に、シリコン酸化膜１２，１３と、配線用の金属膜１４，１５と、シリコン酸化膜１６と、ＤＮＡ固定用の金属薄膜１７とを順に形成したものである。そして、金属薄膜１７の表面に、指標ＤＮＡ１８を固定する領域（以下「ＤＮＡ固定領域１９」という）が配置される。各膜（１２〜１７）の形成は、周知の半導体プロセス技術を用いて行われる。
【００１８】
また、有機分子検出素子１０のシリコン基板１１（半導体基板）には、その主面側に、一対の電極領域２１，２２が形成されている。電極領域２１，２２は、ソース・ドレインに相当する。電極領域２１，２２の導電型は、シリコン基板１１の導電型とは逆である。
シリコン酸化膜１２，１３（絶縁膜）は、シリコン基板１１の電極領域２１，２２に挟まれた領域の膜厚Ｄが、１０Å〜１０００Å程度に薄膜化されている。また、シリコン酸化膜１２，１３の一部には、貫通孔１４ａ，１５ａが設けられている。貫通孔１４ａ，１５ａは、各々、配線用の金属膜１４，１５を電極領域２１，２２に電気的接続するためのコンタクトホールである。
【００１９】
シリコン酸化膜１６は、金属膜１４，１５を覆うように形成されている。ただし、後述の測定機器（４１，４２）を電気的に接続するため、金属膜１４，１５上の一部分には、シリコン酸化膜１６の無い露出部が確保されている。
【００２０】
さらに、ＤＮＡ固定用の金属薄膜１７（金属膜）は、シリコン酸化膜１２，１３の薄膜化された部分を介して、電極領域２１，２２の間の主面側の領域１１ａを覆うように形成されている。金属薄膜１７は、ＭＯＳのゲート部に相当する。この金属薄膜１７とシリコン基板１１の領域１１ａとは、薄膜化されたシリコン酸化膜１２，１３を介して絶縁されている。
【００２１】
また、金属薄膜１７は、シリコン酸化膜１２，１３，１６による凹部の中だけでなく、この凹部の周囲（シリコン酸化膜１６の上）まで延在して形成されている。このため、金属薄膜１７の表面の面積、つまり、ＤＮＡ固定領域１９の面積は、シリコン基板１１の領域１１ａの主面内での面積より大きく確保されたことになる。これは、検出感度を確実に向上させるためである。
【００２２】
金属薄膜１７の材料としては、例えば金を用いることが好ましい。しかし、金の他、耐薬品性の優れた金属であれば何でも用いることができる（例えばＰｔ，Ｗ，Ａｌ）。
上記構成の有機分子検出素子１０において、ＤＮＡ固定領域１９に指標ＤＮＡ１８が固定されると、シリコン基板１１の領域１１ａには、指標ＤＮＡ１８の帯電量に応じて電流経路が形成される。指標ＤＮＡ１８の帯電量は、固定化された数量にほぼ比例している。
【００２３】
また、指標ＤＮＡ１８に検出対象のＤＮＡ（不図示）が相補結合されると、シリコン基板１１の領域１１ａには、固定化された指標ＤＮＡ１８の数量（つまり帯電量）と、相補結合された検出対象のＤＮＡの数量（つまり帯電量）との総量に応じて、電流経路が形成される。
そして、シリコン基板１１の領域１１ａに形成される電流経路の幅が広いほど、電極領域２１，２２間には、多くの電流が流れる。したがって、電極領域２１，２２間の領域１１ａを流れる電流の量に基づいて、ＤＮＡ固定領域１９に指標ＤＮＡ１８が固定されたか否かや、指標ＤＮＡ１８に検出対象のＤＮＡが相補結合されたか否かを検出できる。
【００２４】
さらに、第１実施形態の有機分子検出素子１０では、ＤＮＡ固定領域１９の面積（金属薄膜１７の表面の面積）をシリコン基板１１の領域１１ａの面積より大きくしたので、ＤＮＡ固定領域１９と領域１１ａの面積が同程度の場合と比較して、検出感度が確実に向上する。
指標ＤＮＡ１８や検出対象のＤＮＡによって生ずる電位変化は、金属薄膜１７の表面の面積に比例するため、金属薄膜１７の面積を大きく確保することで、指標ＤＮＡ１８や検出対象のＤＮＡによって大きな電位変化を生じさせることができるからである。
【００２５】
ここで、上記の有機分子検出素子１０を用いて構成される有機分子検出装置４０には、図２に示すように、有機分子検出素子１０の他、電源４１および電流計４２（測定手段）が設けられる。電源４１は定電圧源である。電源４１，電流計４２は、有機分子検出素子１０の金属膜１４，１５の間に接続される。
この有機分子検出装置４０では、電源４１によって、有機分子検出素子１０の金属膜１４，１５間に所定の電圧が印加され、電流計４２によって、有機分子検出素子１０の金属膜１４，１５間を流れる電流量の測定が行われる。金属膜１４，１５間を流れる電流量とは、シリコン基板１１（図１）の電極領域２１，２２間を流れる電流量に対応する。
【００２６】
したがって、有機分子検出装置４０（図２）では、電流計４２によって測定された電流値に基づいて、有機分子検出素子１０のＤＮＡ固定領域１９に指標ＤＮＡ１８が固定されたか否かや、指標ＤＮＡ１８に検出対象のＤＮＡが相補結合されたか否かを高感度で検出することができる。
上記したように、第１実施形態では、ＤＮＡがマイナスに帯電していることを利用するため、検出対象のＤＮＡに対して予め標識（蛍光物質など）を付加しなくても、標識ＤＮＡ１８や検出対象のＤＮＡを容易に検出できる。
【００２７】
さらに、第１実施形態では、有機分子検出素子１０のＤＮＡ固定領域１９の面積（金属薄膜１７の表面の面積）をシリコン基板１１の領域１１ａの面積より大きくしたため、ＤＮＡ固定領域１９上の指標ＤＮＡ１８や検出対象のＤＮＡの帯電量が微少であっても、その帯電量によって、電極領域２１，２２間の電流経路の幅を効率良く制御でき、高感度な検出が行える。
【００２８】
また、第１実施形態では、検出対象のＤＮＡに標識を付加する必要がないため、作業効率が向上する。さらに、蛍光物質を標識としないため、蛍光物質を励起する光源や光学系、および蛍光物質からの蛍光を観察する光学系や撮像素子が不要となり、その代わりに必要となる構成が電流値を測定する手段（４１，４２）であるため、検出装置の小型化および簡素化が実現し、安価に構成できる。
【００２９】
なお、上記した第１実施形態では、エンハンスメント型のＭＯＳ−ＦＥＴと同様の動作特性を有する有機分子検出素子１０を例に説明したが、本発明は、ディプリッション（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）型のＭＯＳ−ＦＥＴと同様の動作特性を有する有機分子検出素子にも適用することができる。この場合、シリコン基板１１の電極領域２１，２２の間の主面側には、シリコン基板１１とは逆導電型のチャネル領域が形成される。
【００３０】
また、上記した第１実施形態では、シリコン基板１１の同一主面側にＤＮＡ固定領域１９と金属膜１４，１５とを形成したが、ＤＮＡ固定領域１９と金属膜１４，１５とをシリコン基板１１の反対側の主面に形成しても良い。この場合、電極領域２１，２２は、ＤＮＡ固定領域１９が形成される側の主面（表面）またはその近傍から反対側の主面（裏面）まで、連続的に深く形成される。また、領域１１ａの絶縁膜はシリコン窒化膜などでも良い。
【００３１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、請求項３，請求項６に対応する。ここでも、有機分子の１例であるＤＮＡの検出について説明する。第２実施形態の有機分子検出素子７０は、Ｊ−ＦＥＴと同様の動作特性を有し、ＤＮＡがマイナスに帯電していることを利用してＤＮＡを検出する半導体素子である。
【００３２】
有機分子検出素子７０の構成について説明する。この有機分子検出素子７０は、図３（断面図）に示すように、シリコン基板７１の主面に、図１の有機分子検出素子１０と同様のシリコン酸化膜１３と金属膜１４，１５とシリコン酸化膜１６とを形成し、さらにＤＮＡ固定用の金属薄膜７２を形成したものである。
ここでは各々の膜１３〜１６の説明を省略する。金属薄膜７２の材料についても、上記した金属薄膜１７と同様であるため、その説明を省略する。以下では、シリコン基板７１および金属薄膜７２について説明する。
【００３３】
有機分子検出素子７０のシリコン基板７１（半導体基板）は、シリコン層７４の上に逆導電型のシリコン層７５が形成され、このシリコン層７５の表面（シリコン基板７１の主面側）にソース領域７６とドレイン領域７７とゲート領域７８が形成されたものである。シリコン層７５は、エピタキシャル層である。
ソース領域７６，ドレイン領域７７（一対の電極領域）は、シリコン層７５と同じ導電型であり、各々、シリコン酸化膜１３の貫通孔１４ａ，１５ａを介して金属膜１４，１５に接続されている。ゲート領域７８（制御電極領域）は、ソース領域７６，ドレイン領域７７の間に配置され、シリコン層７４と同じ導電型であり、不図示の配線用の金属膜に接続されている。
【００３４】
また、シリコン層７５のソース領域７６とドレイン領域７７とに挟まれ、かつ、シリコン層７５のゲート領域７８とシリコン層７４とに挟まれた領域７１ａ（所定領域）は、シリコン基板７１の内部の領域であり、電流経路（チャネル）の形成領域である。
さらに、シリコン層７５のゲート領域７８とシリコン層７４とは、領域７１ａを電流経路の幅方向に挟んで対向配置されている。ゲート領域７８と同様、シリコン層７４も不図示の配線用の金属膜に接続されている。このシリコン層７４は、バックゲートとして機能する。
【００３５】
また、有機分子検出素子７０では、上述した有機分子検出素子１０のような薄いシリコン酸化膜１２が存在していない。このため、有機分子検出素子７０の金属薄膜７２は、シリコン基板７１のゲート領域７８を覆うように形成される。つまり、金属薄膜７２とゲート領域７８とは電気的に接続される。そして、金属薄膜７２の表面に、指標ＤＮＡ１８を固定する領域（以下「ＤＮＡ固定領域７３」という）が配置される。
【００３６】
さらに、金属薄膜７２は、シリコン酸化膜１３，１６，ゲート領域７８による凹部の中だけでなく、この凹部の周囲（シリコン酸化膜１６の上）まで延在して形成されている。このため、金属薄膜７２の表面の面積、つまり、ＤＮＡ固定領域７３の面積は、シリコン基板７１のゲート領域７８の主面内での面積より大きく確保されている。これは、検出感度を確実に向上させるためである。
【００３７】
上記構成の有機分子検出素子７０において、ＤＮＡ固定領域７３に指標ＤＮＡ１８が固定されると、シリコン基板７１のゲート領域７８に隣接する領域７１ａには、指標ＤＮＡ１８の帯電量（∝数量）に応じて電流経路が形成される。また、指標ＤＮＡ１８に検出対象のＤＮＡが相補結合されると、領域７１ａには、指標ＤＮＡ１８と検出対象のＤＮＡとの帯電量（∝数量）の総量に応じて、電流経路が形成される。
【００３８】
したがって、ソース領域７６，ドレイン領域７７の間の領域７１ａを流れる電流の量に基づいて、ＤＮＡ固定領域７３に指標ＤＮＡ１８が固定されたか否かや、指標ＤＮＡ１８に検出対象のＤＮＡが相補結合されたか否かを検出できる。
さらに、ＤＮＡ固定領域７３の面積（金属薄膜７２の表面の面積）をシリコン基板７１のゲート領域７８の面積より大きくしたので、ＤＮＡ固定領域７３とゲート領域７８の面積が同程度の場合と比較して、検出感度が確実に向上する。
【００３９】
有機分子検出素子７０を用いてＤＮＡを検出する場合、有機分子検出素子７０には、電源４１と電流計４２（図２）が接続される。そして、有機分子検出素子７０のソース領域７６，ドレイン領域７７の間に所定の電圧が印加され、シリコン層７５の領域７１ａに流れる電流量の測定が電流計４２を用いて行われる。このとき、ゲート領域７８は、電圧の印加が遮断された状態に保たれる（フローティング）。また、ゲート領域７８に対向配置されたシリコン層７４には、逆バイアスの電圧（シリコン層７５より高い電圧）が印加される。
【００４０】
したがって、有機分子検出素子７０によれば、検出対象のＤＮＡに対して予め標識（蛍光物質など）を付加しなくても、電流計４２によって測定された電流値に基づいて、上記した指標ＤＮＡ１８や検出対象のＤＮＡを容易に検出することができる。
さらに、有機分子検出素子７０のＤＮＡ固定領域７３の面積（金属薄膜７２の表面の面積）をゲート領域７８の面積より大きくしたため、ＤＮＡ固定領域７３上の指標ＤＮＡ１８や検出対象のＤＮＡの帯電量が微少であっても、その帯電量によって、ソース領域７６，ドレイン領域７７の間の電流経路の幅を効率良く制御でき、高感度な検出が行える。
【００４１】
また、有機分子検出素子７０では、ＤＮＡ固定領域７３に何も固定されていない場合でも、ソース領域７６，ドレイン領域７７の間の領域７１ａに電流経路が形成されるため、この状態で、有機分子検出素子７０の製造時のバラツキを調査することもできる。指標ＤＮＡ１８をＤＮＡ固定領域７３に固定させた後で、検出対象のＤＮＡを相補結合させる前に、固定された指標ＤＮＡ１８を定量的に確認することもできる。
【００４２】
なお、第２実施形態でも、検出対象のＤＮＡに対して予め標識を付加する必要がないため、作業効率が向上する。さらに、検出装置の小型化および簡素化が実現し、安価に構成できる。
さらに、有機分子検出素子７０では、ＤＮＡ固定領域７３へ指標ＤＮＡ１８を固定する際、ゲート領域７８に対してプラスの電圧（例えば５Ｖ）を印加しておくことが好ましい。これにより、ＤＮＡ固定領域７３に指標ＤＮＡ１８を引き寄せることができ、指標ＤＮＡ１８が微量であっても有効にＤＮＡ固定領域７３へ固定化できる。このとき、シリコン基板７１の電位を調節し、順方向に電流が流れないようにすることは言うまでもない。
【００４３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、請求項４，請求項６に対応する。ここでも、有機分子の１例であるＤＮＡの検出について説明する。第３実施形態の有機分子検出素子８０は、上述した有機分子検出素子７０と同様、Ｊ−ＦＥＴと同様の動作特性を有している。
【００４４】
有機分子検出素子８０の構成について説明する。この有機分子検出素子８０は、図４（断面図）に示すように、シリコン基板８１の主面に、図３の有機分子検出素子７０と同様のシリコン酸化膜１３と金属膜１４，１５とシリコン酸化膜１６とを形成し、その上にシリコン窒化膜８２を形成したものである。
また、有機分子検出素子８０のシリコン基板８１（半導体基板）は、有機分子検出素子７０（図３）のシリコン基板７１のゲート領域７８に代えて、ゲート領域８３（制御電極領域）を設け、かつ、このゲート領域８３の表面に、内部へ向けてＶ字型の凹部８４を設けたものである。
【００４５】
そして、Ｖ字型の凹部８４の表面（シリコン基板８１の主面の一部）に、指標ＤＮＡ１８を固定する領域（以下「ＤＮＡ固定領域８５」という）が配置されている。このように、ゲート領域８３の表面にＶ字型の凹部８４を設け、そこにＤＮＡ固定領域８５を配置したのは、検出感度を確実に向上させるためである。
また、シリコン層７５のソース領域７６とドレイン領域７７とに挟まれ、かつ、シリコン層７５のゲート領域８３とシリコン層７４とに挟まれた領域８１ａ（所定領域）は、シリコン基板８１の内部の領域であり、電流経路（チャネル）の形成領域である。
【００４６】
次に、第３実施形態の有機分子検出素子８０を製造する工程について、図５〜図７を用いて説明する。ここでは、シリコン層７４がＰ型、シリコン層７５がＮ型の例で説明を行う。
まず初めに、図５（ａ）に示すように、単結晶のシリコン層７４の上に単結晶のシリコン層７５をエピタキシャル成長させて、シリコン基板８１を形成する。そして、シリコン基板８１の主面（シリコン層７５の表面）に、熱酸化法などを用いてシリコン酸化膜１０１（図５（ｂ））を薄く形成し、その上にレジストパターン１０２を形成する。
【００４７】
次いで、レジストパターン１０２をマスクとして、Ｎ型不純物１０３をイオン注入法により高濃度に導入する。その後、レジストパターン１０２を除去して清浄化し、アニール処理を施すことで、シリコン基板８１のシリコン層７５には、不純物濃度の高いＮ型のソース領域７６，ドレイン領域７７が形成される。
図５（ｂ）のように、薄いシリコン酸化膜１０１を介してイオン注入するため、シリコン基板８１の主面（シリコン層７５の表面）を保護し、高精度な状態に保つことができる。なお、ソース領域７６，ドレイン領域７７の形成には、厚いシリコン酸化膜をパターニングし、これをマスクとして熱による気相拡散法を用いてもよい。
【００４８】
さらに、シリコン酸化膜１０１の上に別のレジストパターン１０４を形成し（図５（ｃ））、このレジストパターン１０４をマスクとして、シリコン酸化膜１０１をエッチングする。
次に、レジストパターン１０４除去して清浄化した後、シリコン酸化膜１０１をマスクとして、シリコン基板８１の主面（シリコン層７５の表面）をエッチングする（図５（ｄ））。
【００４９】
この場合のエッチングは、ＴＭＡＨ溶液（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液）などの異方性エッチング液を用いて行われる。その結果、シリコン基板８１の主面（シリコン層７５の表面）には、内部へ向けてＶ字型の凹部８４が形成される。
【００５０】
そして次に、シリコン酸化膜１０１の上に別のレジストパターン１０５を形成して（図６（ａ））、このレジストパターン１０５をマスクとして、Ｐ型不純物１０６をイオン注入法により高濃度に導入する。その後のアニール処理により、シリコン基板８１のシリコン層７５（ソース領域７６，ドレイン領域７７の間のＶ字型の凹部８４）には、不純物濃度の高いＰ型のゲート領域８３が形成される。
【００５１】
なお、イオン注入の前に、凹部８４の表面に薄いシリコン酸化膜を形成しておくことが好ましい。薄いシリコン酸化膜を介してイオン注入すれば、シリコン基板８１の主面（シリコン層７５の表面）を保護し、高精度な状態に保つことができるからである。なお、ゲート領域８３の形成には、パターニングした厚いシリコン酸化膜をマスクとして熱による気相拡散法を用いてもよい。
【００５２】
次に、レジストパターン１０５を除去して清浄化した後、熱酸化法などを用いてシリコン酸化膜１０１をさらに成長させ、図６（ｂ）に示すように、厚いシリコン酸化膜１３を形成する。このとき、シリコン酸化膜１３は、ゲート領域８３の表面にも形成される。
その後、シリコン酸化膜１３の上にレジストパターン１０７を形成し（図６（ｃ））、これをマスクとしてシリコン酸化膜１３の一部をエッチングする。このエッチングにより、シリコン酸化膜１３には貫通孔１４ａ，１５ａが形成され、上記のソース領域７６，ドレイン領域７７が露出することになる。
【００５３】
次いで、レジストパターン１０７を除去して清浄化した後、スパッタ装置などを用いて配線用の金属膜を全面に形成する。そして、不図示のレジストパターンをマスクとして金属膜の一部をエッチングし、図７（ａ）に示す金属膜１４，１５を形成する。金属膜１４，１５は、貫通孔１４ａ，１５ａを介してソース領域７６，ドレイン領域７７に電気的に接続されている。
【００５４】
その後、金属膜１４，１５上のレジストパターン（不図示）の除去と清浄化を行った後、シリコン酸化膜１６を全面に形成し（図７（ｂ））、その上にシリコン窒化膜８２を全面に形成する。そして、シリコン窒化膜８２の上にレジストパターン１０８を形成し（図７（ｃ））、これをマスクとしてシリコン窒化膜８２，シリコン酸化膜１３，１６の一部をエッチングする。シリコン酸化膜１６は、ＰＳＧなどによる保護膜である。
【００５５】
このエッチングにより、シリコン窒化膜８２，シリコン酸化膜１３，１６には貫通孔１０９が形成され、上記のゲート領域８３が露出することになる。そして、レジストパターン１０８の除去と清浄化を行った後、ゲート領域８３の表面とシリコン窒化膜８２とシリコン酸化膜１３，１６とにより凹部が形成される。この凹部の底面はＶ字型であり、ＤＮＡ固定領域８５（図４）となる。
【００５６】
そして最後に、Ｖ字型の凹部８４の表面（ＤＮＡ固定領域８５）に対してプラズマ処理などを施すことにより、第３実施形態の有機分子検出素子８０が完成する。ちなみに、ＤＮＡ固定領域８５の周囲は、シリコン窒化膜８２，シリコン酸化膜１３，１６で覆われている。
シリコン窒化膜８２は、シリコン酸化膜に比べて膜構造が密で、アルカリ金属（例えばナトリウム）の原子を取り込み難く、耐薬品性に優れているため、保護膜として確実に機能する。このシリコン窒化膜８２により、金属膜１４，１５の劣化を確実に防止できる。
【００５７】
また、シリコン窒化膜８２には、シリコン酸化膜に比べてＤＮＡが付着し難いという特徴がある。したがって、ＤＮＡ固定領域８５の周囲にＤＮＡが無駄に付着することを防止でき、ＤＮＡ固定領域８５のみにＤＮＡを効率良く付着させることができる。
上記構成の有機分子検出素子８０において、ＤＮＡ固定領域８５に指標ＤＮＡが固定されると、シリコン基板８１のゲート領域８３に隣接する領域８１ａには、指標ＤＮＡの帯電量（∝数量）に応じて電流経路が形成される。また、指標ＤＮＡに検出対象のＤＮＡが相補結合されると、領域８１ａには、指標ＤＮＡと検出対象のＤＮＡとの帯電量（∝数量）の総量に応じて、電流経路が形成される。
【００５８】
したがって、ソース領域７６，ドレイン領域７７の間の領域８１ａを流れる電流の量に基づいて、ＤＮＡ固定領域８５に指標ＤＮＡが固定されたか否かや、指標ＤＮＡに検出対象のＤＮＡが相補結合されたか否かを検出できる。
さらに、ＤＮＡ固定領域８５の形状（ゲート領域８３の表面の形状）を内部に向けてＶ字型としたので、ＤＮＡ固定領域８５（ゲート領域８３の表面）が平坦形状の場合と比較して、検出感度が確実に向上する。電界の集中により、僅かな電位変化でもゲート領域８３のチャネルが変化し、ソース領域７６，ドレイン領域７７の間の領域８１ａを流れる電流の量が大きく変化するからである。
【００５９】
有機分子検出素子８０を用いてＤＮＡを検出する場合、有機分子検出素子８０には、電源４１と電流計４２（図２）が接続される。そして、有機分子検出素子８０のソース領域７６，ドレイン領域７７の間に所定の電圧が印加され、シリコン層７５の領域８１ａに流れる電流量の測定が電流計４２を用いて行われる。このとき、ゲート領域８３は、電圧の印加が遮断された状態に保たれる（フローティング）。シリコン層７４には、逆バイアスの電圧（シリコン層７５より低い電圧（シリコン層７５がＮ型でシリコン層７４がＰ型の場合））が印加される。
【００６０】
したがって、有機分子検出素子８０によれば、検出対象のＤＮＡに対して予め標識（蛍光物質など）を付加しなくても、電流計４２によって測定された電流値に基づいて、上記した指標ＤＮＡや検出対象のＤＮＡを容易に検出することができる。
さらに、有機分子検出素子８０のＤＮＡ固定領域８５の形状（ゲート領域８３の表面の形状）を内部に向けてＶ字型としたため、ＤＮＡ固定領域８５上の指標ＤＮＡや検出対象のＤＮＡの帯電量が微少であっても、その帯電量によって、ソース領域７６，ドレイン領域７７の間の電流経路の幅を効率良く制御でき、高感度な検出が行える。
【００６１】
また、有機分子検出素子８０では、ＤＮＡ固定領域８５に何も固定されていない場合でも、ソース領域７６，ドレイン領域７７の間の領域８１ａに電流経路が形成されるため、この状態で、有機分子検出素子８０の製造時のバラツキを調査できる。指標ＤＮＡをＤＮＡ固定領域８５に固定させた後で、検出対象のＤＮＡを相補結合させる前に、固定された指標ＤＮＡの定量的な確認もできる。
【００６２】
なお、第３実施形態でも、検出対象のＤＮＡに対して予め標識を付加する必要がないため、作業効率が向上する。さらに、検出装置の小型化および簡素化が実現し、安価に構成できる。
さらに、有機分子検出素子８０では、ＤＮＡ固定領域８５へ指標ＤＮＡを固定する際、ゲート領域８３に対してプラスの電圧（例えば５Ｖ）を印加しておくことが好ましい。これにより、ＤＮＡ固定領域８５に指標ＤＮＡを引き寄せることができ、指標ＤＮＡが微量であっても有効にＤＮＡ固定領域８５へ固定化できる。このとき、シリコン基板８１の電位を調節し、順方向に電流が流れないようにすることは言うまでもない。
【００６３】
また、有機分子検出素子８０では、シリコン基板８１の内部（つまりバルク内部）の領域８１ａに電流経路が形成されるため、素子表面の影響などを受けて電流経路にノイズが発生するようなことはない。その結果、上記のＤＮＡ検出を正確に行うことが可能となる。
さらに、ＤＮＡ固定領域８５（ゲート領域８３の表面）がハイブリダイゼーションなどの薬品処理などにより汚染されても、バルク内部の領域８１ａ（電流経路の形成領域）が変質により劣化する可能性はほとんどなく、常に正確なＤＮＡ検出を行うことができる。
【００６４】
なお、上記した第３実施形態では、図５（ｄ），図６（ａ）に示すように、シリコン層７５をエッチングしてＶ字型の凹部８４を形成した後で、その凹部８４にゲート領域８３を形成したが、この手順は逆でも構わない。
【００６５】
また、上述した第２実施形態の有機分子検出素子７０と同様、ＤＮＡ固定領域８５の上にＤＮＡ固定用の金属薄膜を形成しても良い。この場合、ＤＮＡ固定領域８５は金属薄膜の表面に配置される。その結果、検出感度がさらに向上する。（第４実施形態）
本発明の第４実施形態は、請求項４〜請求項６に対応する。ここでも、有機分子の１例であるＤＮＡの検出について説明する。第４実施形態の有機分子検出素子９０は、上述した有機分子検出素子７０，８０と同様、Ｊ−ＦＥＴと同様の動作特性を有している。
【００６６】
有機分子検出素子９０の構成について説明する。有機分子検出素子９０は、図８（断面図）に示すように、シリコン基板９１の主面（ここではシリコン層７４の表面）に、図４の有機分子検出素子８０の凹部８４と同様の凹部９２を設け、かつ、この主面とは反対側に、図３の有機分子検出素子７０と同様のシリコン酸化膜１３と金属膜１４，１５とシリコン酸化膜１６とを形成したものである。
【００６７】
シリコン層７４（制御電極領域）の表面のうち、凹部９２の位置は、シリコン層７５のゲート領域７８と対向する位置である。有機分子検出素子９０の凹部９２も、内部へ向けてＶ字型となっている。そして、シリコン層７４の表面（Ｖ字型の凹部９２の表面も含む）に、指標ＤＮＡを固定する領域（以下「ＤＮＡ固定領域９３」という）が配置される。
【００６８】
このため、第４実施形態の有機分子検出素子９０では、シリコン基板９１のシリコン層７５に形成されたソース領域７６，ドレイン領域７７，ゲート領域７８（トランジスタ部）が、ＤＮＡ固定領域９３とは反対側の主面近傍に配置されたことになる。
また、シリコン基板９１の主面（シリコン層７４の表面）のうちゲート領域７８と対向する位置にＶ字型の凹部９２を設け、この凹部９２の表面を含むシリコン層７４の表面にＤＮＡ固定領域９３を配置したのは、検出感度を確実に向上させるためである。
【００６９】
さらに、シリコン基板９１の主面（シリコン層７４の表面）のうち、ＤＮＡ固定領域９３の周囲には、シリコン酸化膜９４とシリコン窒化膜９５とが形成され、広いＤＮＡ固定領域９３が確保されている。
シリコン層７５のソース領域７６とドレイン領域７７とに挟まれ、かつ、シリコン層７５のゲート領域７８とシリコン層７４とに挟まれた領域９１ａ（所定領域）は、シリコン基板９１の内部の領域であり、電流経路（チャネル）の形成領域である。
【００７０】
また、有機分子検出素子９０のソース領域７６，ドレイン領域７７，ゲート領域７８に接続された配線用の金属膜１４，１５，９６は、何れもシリコン酸化膜１６によって全体的に覆われている。さらに、シリコン酸化膜１６の上には、不図示の厚い保護基板（例えばシリコンウエハやガラス基板など）が接合されている。さらに、有機分子検出素子９０のシリコン基板９１の内部には、ＤＮＡ固定領域９３側の主面（表面）から反対側の主面（裏面）まで連続的に、誘電体分離層９７が形成されている。この誘電体分離層９７は、熱酸化膜などであり、シリコン層９１（７４と７５）（制御電極領域）を電気的に分離させるための層である。
【００７１】
ここで、第４実施形態の有機分子検出素子９０を製造する工程について、簡単に説明する。ここでも、シリコン層７４がＰ型、シリコン層７５がＮ型の例で説明を行う。
（１）　　通常のＪ−ＦＥＴを形成した後の状態（つまり、シリコン基板９１にソース領域７６，ドレイン領域７７，ゲート領域７８，誘電体分離層９７を形成し、さらに、シリコン酸化膜１３と金属膜１４，１５とシリコン酸化膜１６とを形成した後の状態）で、シリコン酸化膜１６の上に保護基板（不図示）を接合し、この状態でシリコン基板８１のシリコン層７４を研磨して薄くする。
【００７２】
（２）　　そして次に、研磨後のシリコン層７４の表面にシリコン酸化膜９４を全面に形成し、その上にシリコン窒化膜９５を全面に形成する。さらに、シリコン窒化膜９５の上にレジストパターンを形成し、これをマスクとしてシリコン酸化膜９４とシリコン窒化膜９５の一部をエッチングする。
その結果、シリコン酸化膜９４とシリコン窒化膜９５には小さな貫通孔が形成され、シリコン層７４の一部が露出することになる。このときの露出部分は、シリコン層７５のゲート領域７８のみと対向するような狭い領域であり、Ｖ字型の凹部９２の形成に用いられる。
【００７３】
（３）　　その後、レジストパターンの除去と清浄化を行い、シリコン窒化膜９５をマスクとして、シリコン基板９１の主面（シリコン層７４の表面）をエッチングする。この場合のエッチングは、ＴＭＡＨ溶液などの異方性エッチング液を用いて行われる。その結果、シリコン基板９１の主面（シリコン層７４の表面）には、内部へ向けてＶ字型の凹部９２が形成される。
【００７４】
（４）　　次いで、凹部９２の表面に薄いシリコン酸化膜を形成し、シリコン窒化膜９５の上に別のレジストパターンを形成し、これをマスクとして、Ｐ型不純物をイオン注入法により高濃度に導入する。その後のアニール処理により、シリコン基板９１のシリコン層７４の凹部９２には、不純物濃度の高いＰ型の領域が形成される。
【００７５】
（５）　　その後、イオン注入時のレジストパターンの除去と清浄化を行い、シリコン窒化膜９５の上に別のレジストパターンを形成して、これをマスクとしてシリコン酸化膜９４とシリコン窒化膜９５の一部をエッチングする。
その結果、シリコン酸化膜９４とシリコン窒化膜９５には大きな貫通孔が形成され、シリコン層７４の一部がさらに露出することになる。そして、レジストパターンの除去と清浄化を行った後、シリコン層７４の表面とシリコン酸化膜９４とシリコン窒化膜９５とにより凹部が形成される。この凹部の底面にはＶ字型の凹部９２も含まれ、このときの露出部分の全体がＤＮＡ固定領域９３として利用される。
【００７６】
（６）　　そして最後に、ＤＮＡ固定領域９３（Ｖ字型の凹部９２の表面を含むシリコン層７４の表面）に対してプラズマ処理などを施すことにより、第４実施形態の有機分子検出素子９０が完成する。ちなみに、ＤＮＡ固定領域９３の周囲は、シリコン窒化膜９５，シリコン酸化膜９４で覆われている。
有機分子検出素子９０の製造工程で、シリコン層７４を研磨により薄くする理由は、ＤＮＡ固定領域９３と領域９１ａ（電流経路の形成領域）との距離を小さくすることにより、ＤＮＡ検出感度を向上させるためである。
【００７７】
この有機分子検出素子９０では、シリコン層７４がゲートとして機能し、ゲート領域７８がバックゲートとして機能することになる。このため、有機分子検出素子９０を用いたＤＮＡ検出時、シリコン層７４は、電圧の印加が遮断された状態に保たれる（フローティング）。ゲート領域７８には、逆バイアスの電圧（シリコン層７５より低い電圧）が印加される。
【００７８】
したがって、有機分子検出素子９０でも、Ｊ−ＦＥＴと同様の動作特性により、ＤＮＡ固定領域９３に適量の指標ＤＮＡが固定されたか否かを確認したり、検出対象のＤＮＡが相補結合されたか否かを検出することができる。
さらに、ＤＮＡ固定領域９３のうちゲート領域７８と対向する部分の形状（シリコン層７４の表面の形状）を内部に向けてＶ字型としたので、ＤＮＡ固定領域９３（シリコン層７４の表面）が平坦形状の場合と比較して、検出感度が確実に向上する。
【００７９】
すなわち、ＤＮＡ固定領域９３上の指標ＤＮＡや検出対象のＤＮＡの帯電量が微少であっても、電界の集中によって、ソース領域７６，ドレイン領域７７間（領域９１ａ）の電流経路の幅を効率良く制御でき、高感度な検出が行える。
また、ＤＮＡ固定領域９３に何も固定されない状態で、有機分子検出素子９０の製造時のバラツキを調査することもできる。指標ＤＮＡをＤＮＡ固定領域９３に固定させた状態で（検出対象のＤＮＡの相補結合前）、指標ＤＮＡを定量的に確認することもできる。
【００８０】
なお、第４実施形態でも、検出対象のＤＮＡに対して予め標識を付加する必要がないため、作業効率が向上する。さらに、検出装置の小型化および簡素化が実現し、安価に構成できる。
さらに、有機分子検出素子９０では、ＤＮＡ固定領域９３へ指標ＤＮＡを固定する際、不図示の配線回路を用いて、シリコン層７４に対してプラスの電圧（例えば５Ｖ）を印加しておくことが好ましい。これにより、ＤＮＡ固定領域９３に指標ＤＮＡを引き寄せることができ、指標ＤＮＡが微量であっても有効にＤＮＡ固定領域９３へ固定化できる。このとき、順方向に電流が流れないように、シリコン層７５に印加するバイアス電圧に注意することは言うまでもない。
【００８１】
また、有機分子検出素子９０でも、シリコン基板９１の内部（つまりバルク内部）の領域９１ａに電流経路が形成されるため、素子表面の影響などを受けて電流経路にノイズが発生するようなことはなく、上記のＤＮＡ検出を正確に行うことができる。
さらに、ＤＮＡ固定領域９３（シリコン層７４の表面）がハイブリダイゼーションなどの薬品処理などにより汚染されても、バルク内部の領域９１ａ（電流経路の形成領域）が変質により劣化することはなく、常に正確なＤＮＡ検出を行うことができる。
【００８２】
また、有機分子検出素子９０のトランジスタ部（７６〜７８）側の主面が保護基板（不図示）で封止され、ハイブリダイゼーションなどの薬品処理によって汚染されることはない。したがって、有機分子検出素子９０の薬品に対する耐久性が格段に向上する。
さらに、ＤＮＡ固定領域９３の周囲にシリコン窒化膜９５を形成したため、ＤＮＡ固定領域９３の周囲にＤＮＡが無駄に付着することを防止でき、ＤＮＡ固定領域９３のみにＤＮＡを効率良く付着させることができる。
【００８３】
なお、配線用の金属膜１４，１５，９６および保護基板の接合剤としては、有機分子検出素子９０の製造工程のうち、アニールや酸化などの高温工程にも耐え得るような高融点の材料を選択することが好ましい。例えば、金属膜１４，１５，９６には、Ｔｉ（チタン）やＷ（タングステン）などを用い、接合剤には、無機系の接着剤を用いることが好ましい。また、保護基板の接合は、陽極接合法を用いて行ってもよい。さらに、保護基板に代えて、トランジスタ部（７６〜７８）側の主面を熱工程後に樹脂で覆ってもよい。
【００８４】
また、上記した実施形態ではシリコン窒化膜を用いたが、シリコン窒化膜の他に、ＤＮＡをはじくような性質の膜（ＤＮＡ分離膜）があれば、このＤＮＡ分離膜をシリコン窒化膜の代わりに形成しても、同様の効果を得ることができる。
さらに、上述した有機分子検出素子７０と同様、ＤＮＡ固定領域９３の上にＤＮＡ固定用の金属薄膜を形成しても良い。この場合、ＤＮＡ固定領域９３は金属薄膜の表面に配置される。その結果、検出感度がさらに向上する。
【００８５】
（変形例）
上記した実施形態では、ＤＮＡ固定領域（例えば１９）と、これに対応する電流経路の形成領域（例えば１１ａ）と、トランジスタ部（例えば２１，２２）と、配線用の金属膜（例えば１４，１５）を備えたセルが、１個だけ配された有機分子検出素子（例えば１０）を例に説明したが、複数のセルを２次元的にマトリクス配置しても良い。
【００８６】
ただし、この場合には、シリコン基板上で個々のセルを電気的に分離させるため、シリコン基板の内部に熱酸化膜などなど誘電体分離層（例えば図８の９７参照）を設けることが好ましい。
複数のセルを備えた有機分子検出素子によれば、同時に複数のＤＮＡを検出することができ、作業時間の短縮やコストの低減を図ることができる。この場合、複数のセルには、同じ種類のＤＮＡを付けても、異なる種類のＤＮＡを付けてもよい。
【００８７】
異なる種類のＤＮＡを複数のセルに付ける場合には、１種類ずつ順に付けていくことになるため、ある種類のＤＮＡを付けたい特定セルのＤＮＡ固定領域に対してプラスの電圧を印加すると共に、その他のセルのＤＮＡ固定領域にはマイナスの電圧を印加しておくことが好ましい。これにより、プラスの電圧が印加されたＤＮＡ固定領域のみにＤＮＡを引き寄せることができ、微量のＤＮＡを特定セルに選択的に固定化できる。
【００８８】
また、複数のセルを備えた有機分子検出素子において、各々のセルのＤＮＡ固定領域に何も付けない状態で、電流経路の形成領域（例えば１１ａ）を流れる電流量を測定することにより、セル間の個体差（バラツキ）を確認することができる。そして、バックゲートとして機能する領域に対し、セル間の個体差を考慮した所望の電圧をそれぞれ印加することにより、その個体差を補正することもできる。この補正により、電流経路の幅を予め適切に（例えば均一に）制御することができる。なお、セル間の個体差を考慮して適切なバックゲートへの印加電圧値（例えば平均値）を求め、これを全体的に印加するようにしてもよい。
【００８９】
さらに、上記した第２〜第４実施形態では、電流経路の形成領域を挟んで、２つのゲート領域（例えばシリコン層７４，ゲート領域７８）を対向配置させたが、３つ以上のゲート領域を同様に対向配置させてもよい。また、ゲート領域を筒状に構成してもよい。
また、上記した全ての実施形態では、シリコン基板を用いた有機分子検出素子を説明したが、シリコン基板に代えて各種の半導体基板を用いることができる（例えばＧａＡｓ）。
【００９０】
さらに、検出対象のＤＮＡを指標ＤＮＡに相補結合させる前に、検出対象のＤＮＡに対して何らかの標識（蛍光物質や放射性同位体など）を付加すると、上記した電気的測定と同時または別のタイミングで、他の装置（蛍光顕微鏡，蛍光計測装置や放射性同位体検出装置など）を用い、標識の付加状態を光学的に測定することができ、ＤＮＡの検出精度が向上する。
【００９１】
また、上記した全ての実施形態では、電源４１，電流計４２を用いて測定を行ったが、電源４１（定電圧源）に代えて定電流源を用いると共に、電流計４２に代えて電圧計を用い、配線用の金属膜１４，１５間の電圧を測定した場合でも、同様の解析を行うことができる。
さらに、上記した全ての実施形態では、ＤＮＡを検出する例を説明したが、その他のＲＮＡやたんぱく質や核酸や塩基類などの帯電している有機分子について、同様の検査を行える。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、作業効率の向上と検出装置の小型化および簡素化とを実現できると共に、検出感度を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機分子検出素子１０の断面図である。
【図２】有機分子検出装置４０の構成を示す図である。
【図３】有機分子検出素子７０の断面図である。
【図４】有機分子検出素子８０の断面図である。
【図５】有機分子検出素子８０の製造工程を示す断面図である。
【図６】有機分子検出素子８０の製造工程を示す断面図である。
【図７】有機分子検出素子８０の製造工程を示す断面図である。
【図８】有機分子検出素子９０の断面図である。
【符号の説明】
１０，７０，８０，９０　有機分子検出素子
１１，７１，８１，９１　シリコン基板
１１ａ，７１ａ，８１ａ，９１ａ　領域（電流経路の形成領域）
１２，１３，１６，９４　シリコン酸化膜
１４，１５，９６　配線用の金属膜
１７，７２　ＤＮＡ固定用の金属薄膜
１８　指標ＤＮＡ
１９，７３，８５，９３　ＤＮＡ固定領域
２１，２２　電極領域
４０　有機分子検出装置
４１　電源
４２　電流計
７４，７５　シリコン層
７６　ソース領域
７７　ドレイン領域
７８，８３　ゲート領域
８２，９５　シリコン窒化膜
８４，９２　Ｖ字型の凹部
９７　誘電体分離層
【図１】
2004144630.tif 000003
【図２】
2004144630.tif 000004
【図３】
2004144630.tif 000005
【図４】
2004144630.tif 000006
【図５】
2004144630.tif 000007
【図６】
2004144630.tif 000008
【図７】
2004144630.tif 000009
【図８】
2004144630.tif 000010