(57)【要約】  ターゲット分子とプローブ分子との間の相互作用により特定バイオ物質を検出可能なバイオセンサ及びその製造方法が提供される。前記バイオセンサは、第１の導電性半導体基板と、前記半導体基板に形成された第２の導電性ドーピング層と、前記ドーピング層の両反対端の上部に形成された電極と、前記ドーピング層に固定されたプローブ分子とを含む。
2010511888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電性半導体基板と、
前記第１の導電性半導体基板上に形成された第２の導電性ドーピング層と、
前記ドーピング層の両反対端の上部に形成された電極と、
前記ドーピング層に固定されたプローブ分子と
を備えることを特徴とするバイオセンサ。
【請求項２】
前記半導体基板と前記ドーピング層とは、接合絶縁により互いに電気的に分離されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】
前記ドーピング層は、エピタキシャル層であることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項４】
前記ドーピング層は、イオン注入層または拡散層であることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項５】
前記ドーピング層は複数備えられ、各ドーピング層はその上に固定された異なるプローブ分子を有することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項６】
前記半導体基板及び前記ドーピング層は、それぞれ、Ｎ型とＰ型、またはＰ型とＮ型であり、互いに補完することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項７】
前記プローブ分子が固定されたドーピング層の領域に流体の通路を提供するための流体管をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項８】
前記半導体基板が、バルクシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項９】
前記ドーピング層と前記電極とは、オーム接触（ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ）を形成することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項１０】
前記プローブ分子は、抗原、抗体、ＤＮＡ、蛋白質、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるいずれか１つにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項１１】
第１の導電性半導体基板上に第２の導電性ドーピング層を形成するステップと、
前記ドーピング層の両反対端の上部に電極を形成するステップと、
前記ドーピング層にプローブ分子を固定するステップと
を備えることを特徴とするバイオセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記半導体基板及び前記ドーピング層は、接合絶縁により互いに電気的に分離されていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体基板及び前記ドーピング層は、それぞれ、Ｎ型とＰ型、またはＰ型とＮ型であり、互いに補完することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ドーピング層は、前記半導体基板の上部にエピタキシャル層を成長させること及びインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）な方法を通じて同時に不純物をドーピングすることにより形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドーピング層は、イオン注入法または熱拡散法を利用することにより、前記半導体基板の表面に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記イオン注入後に熱処理するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドーピング層をパターニングすることによりチャネル領域及びパッド領域を形成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記パターニングが、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、イオンビームリソグラフィ、及びＸ線リソグラフィのうちのいずれかの方法により形成されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記プローブ分子が固定された前記ドーピング層の領域に流体の通路を提供するための流体管を形成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記半導体基板は、バルクシリコン基板であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ドーピング層及び前記電極は、オーム接触を形成することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
前記プローブ分子は、抗原、抗体、ＤＮＡ、蛋白質、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるいずれか１つにより形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセンサ及びその製造方法に関し、より詳細には、ターゲット分子とプローブ分子との間の相互作用により特定バイオ物質を検出可能なバイオセンサ、及びその製造方法に関する。
【０００２】
本研究は、情報通信部及び情報通信研究振興院（ＭＩＣ／ＩＩＴＡ）の研究開発プログラムによってサポートされた［２００６−Ｓ−００７−０１、「ユビキタス健康監視用モジュール及びシステム開発」］。
【背景技術】
【０００３】
近年、バイオ技術（ＢＴ：Ｂｉｏｌｏｇｙ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）をベースとして、これまで独自に発展してきたＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）及びＮＴ（Ｎａｎｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技術を変化させることで新たな技術的基礎を開発するための努力が急速に行われている。特に研究者達は、ナノバイオ（ＮＴ−ＢＴ）融合技術の一つであるナノバイオチップ分野において、血液内の蛋白質の検出を目的とするバイオセンサを研究してきた。
【０００４】
ナノバイオチップ分野において、特定バイオ物質の検出、分析及び定量化のための多様な方法が開発されている。この中には、特定バイオ物質を蛍光標識法（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｌａｂｅｌｉｎｇ）によって検出する方法がある。蛍光標識法は、現在利用可能なＤＮＡチップに頻繁に適用されている。
【０００５】
しかしながら、蛍光標識法は、特定バイオ物質を検出するために、血液、唾液のような測定試料を準備するという追加の生化学的な準備段階を必要とする。このことは、多様な物質の適用を困難にする。例えば、蛋白質のラベリングの場合、機能性蛋白質の約５０％は、非特異的ラベリングの手順で不活性化する可能性がある。そのため、極めて少量の検体（ａｎａｌｙｔｅ）しか目的のために利用できないという欠点がある。
【０００６】
その結果、感度や再現性を向上しながら、半導体工程を用いたシリコンベースのバイオセンサが提案され、これは大量生産に適している。一例として、シリコンナノワイヤを用いることにより特定バイオ物質を検出可能なバイオセンサが提案された。
【０００７】
シリコンナノワイヤを用いたバイオセンサは、ターゲット分子とプローブ分子との間の相互反応により引き起こされる変化、例えば、伝導度（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）の変化を高い感度で感知できるので、大きな感度を提供する。しかしながら、ナノワイヤを合成することは容易でなく、バイオセンサ内の所望する位置にナノワイヤを整列させることは困難である。このことは、ナノワイヤを用いたバイオセンサの作製を困難にする。
【０００８】
この問題を解決するため、最近、ＳＯＩ（Ｓｉｌｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板をベースとし、通常の半導体処理技術を用いてトップダウン方式でナノワイヤをパターニングする、特定バイオ物質を検出するための高感度なナノ構造を有するバイオセンサを作製する技術が提案されている。
【０００９】
しかしながら、ＳＯＩのような基板を用いたバイオセンサは、ＳＯＩ基板のナノワイヤが形成される上部シリコン層に接する埋め込み酸化層（ＢＯＸ：Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｌａｙｅｒ）の界面上または界面近傍におけるトラップ（ｔｒａｐ）により、バイオセンサの感度が低下するという問題を有する。さらに、高価なＳＯＩ基板を用いるセンサは、とても高い製造コストという固有の大きな問題を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、低コストで作製可能なバイオセンサ及びその製造方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、向上した感度を有するバイオセンサ及びその製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、１つのバイオセンサ内で複数の特定バイオ物質を検出可能なバイオセンサ及びその製造方法を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的及び利点は、以下の説明により理解することができ、本発明の実施形態を参照して、明らかになるだろう。また、本発明の目的及び利点が、特許請求の範囲及びその組み合わせを通じて認識できることは、本発明の当業者にとって明白である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の態様に従って、第１の導電性半導体基板と、前記半導体基板に形成された第２の導電性ドーピング層と、前記ドーピング層の両反対端の上部に形成された電極と、前記ドーピング層に固定されたプローブ分子とを含む、バイオセンサが提供される。前記半導体基板及び前記ドーピング層を、接合絶縁により互いに電気的に分離することができる。
【００１５】
前記ドーピング層は、イオン注入層または拡散層である、エピタキシャル層であってよい。前記ドーピング層は複数個備えることができ、各ドーピング層はその上に固定された異なるプローブ分子を有する。
【００１６】
本バイオセンサは、前記プローブ分子が固定されたドーピング層の領域に流体の通路を提供するための流体管をさらに含むことができる。前記プローブ分子は、抗原、抗体、ＤＮＡ、蛋白質、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるいずれか１つにより形成することができる。
【００１７】
本発明の別の態様に従って、第１の導電性半導体基板に第２の導電性ドーピング層を形成するステップと、前記ドーピング層の両反対端の上部に電極を形成するステップと、前記ドーピング層にプローブ分子を固定するステップとを含む、バイオセンサを製造する方法が提供される。前記半導体基板及び前記ドーピング層はそれぞれ、Ｎ型及びＰ型またはＰ型及びＮ型であって、互いに補完し、接合絶縁により互いに電気的に分離することができる。
【００１８】
前記ドーピング層は、前記半導体層の上部にエピタキシャル層を成長させること及びインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）な方法を通じて同時に不純物をドーピングすることにより形成することができる。前記ドーピング層は、イオン注入法または熱拡散法を利用することにより、前記半導体基板の表面に形成することができる。前記方法は、前記ドーピング層をパターニングすることによりチャネル領域及びパッド領域を形成するステップをさらに含むことができる。
【００１９】
前記方法は、前記プローブ分子が固定された前記ドーピング層の領域に流体の通路を提供するための流体管を形成するステップをさらに含むことができる。前記プローブ分子は、抗原、抗体、ＤＮＡ、蛋白質、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるいずれか１つにより形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
上記及び以下で説明するように、本発明は、接合絶縁（ｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）により、高価なＳＯＩ基板の代わりに、安価なバルクシリコン基板を用いてバイオセンサを作製することにより、低コストでバイオセンサを生産することができる。
【００２１】
加えて、本発明は、接合絶縁により基板と感知領域とを電気的に分離することによって、ＳＯＩ基板におけるトラップにより引き起こされる感度の低下を根本的に防止することで、バイオセンサの感度を向上することができる。
【００２２】
さらに、本発明は、ドーピング層を、垂直及び水平方向に均一なドーピングプロファイルを有するように形成することにより、バイオセンサの測定値の定量化及びバイオセンサの再現性の確保を容易にする。
【００２３】
その上、本発明は、チャネル領域の形状を自由に調整することにより、バイオセンサの感知特性を向上させることができる。
【００２４】
さらに、本発明は、上に固定された異なるプローブ分子を有する複数のドーピング層を用いることにより、１つのバイオセンサ内で複数の特定バイオ物質を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るバイオセンサを示す斜視図である。
【図２】図１の線Ｘ−Ｘ’に沿った断面図である。
【図３】本発明による半導体基板とドーピング層との間の接合絶縁を説明する概略図である。
【図４】図３で説明されるようなＩtop及びＩsubを示す電流−電圧特性グラフである。
【図５】本発明の実施形態に係るバイオセンサの動作原理を説明する概略図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係るバイオセンサの製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係るバイオセンサの製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係るバイオセンサの製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態に係るバイオセンサの製造方法を説明する断面図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に係るバイオセンサの製造方法を説明する断面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係るバイオセンサの製造方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の利点、特徴及び態様が、以下で説明される、添付図面に関する実施形態についての以下の説明から明らかになるであろう。
【００２７】
以下、当業者によって本発明を容易に実施できるようにするため、本発明の実施形態が添付図面を参照して詳細に説明されるであろう。
【００２８】
図面において、層及び領域の厚さは、明確化のために誇張される。層が別の層または基板上にあると言及された場合、層は別の層もしくは基板上に直接形成することができるか、またはそれらの間に第３の層を置くことができる。本明細書全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素に対して表される。
【００２９】
図１及び図２は、本発明の実施形態によるバイオセンサを示す図である。図１は、斜視図であり、図２は、図１の線Ｘ−Ｘ’に沿った断面図である。
【００３０】
図１及び図２に示すように、本発明のバイオセンサは、第１の導電性半導体基板１００と、半導体基板１００に形成された第２の導電性ドーピング層１１０と、ドーピング層１１０の両反対端の上部に形成された電極１２０と、ドーピング層１１０に固定されたプローブ分子１３０と、プローブ分子１３０が固定されたドーピング層１１０の領域に流体の通路を提供するための流体管１４０とを含む。この半導体基板１００は、安価なバルクシリコン基板であってよい。
【００３１】
ドーピング層１１０をＮ型またはＰ型で形成して、半導体基板１００と相補的にすることができる。具体的には、半導体基板１００がＰ型不純物であるホウ素（Ｂ）でドーピングされたＰ型導電性基板である場合、ドーピング層１１０は、Ｎ型不純物であるリン（Ｐ）でドーピングされたＮ型導電性層として形成される。そうすることにより、半導体１００とドーピング層１１０とは、接合絶縁により電気的に分離することができる。これは図３及び図４を参照して説明されるであろう。
【００３２】
図３は、本発明による半導体基板とドーピング層との間の接合絶縁を説明するための概略図であり、図４は、図３に示されるようなＩtop及びＩsubを示す電流−電圧特性グラフである。
【００３３】
まず、図３に示すように、シリコン基板３００の上部にシリコン基板３００と異なるタイプの不純物でドーピングされたドーピング層３１０が形成され、ドーピング層３１０の両反対端の上部に電極３２０が形成されている。ドーピング層３１０は、５０ｎｍの高さ、１００ｎｍの幅、１０μｍの長さを概略で有する。このシリコン基板３００は、Ｎ型不純物、例えば、１×１０15／ｃｍ3のリン（Ｐ）でドーピングされ、ドーピング層３１０は、Ｐ型不純物、例えば、１×１０18／ｃｍ3のホウ素（Ｂ）でドーピングされる。
【００３４】
ここで、シリコン基板３００とドーピング層３１０とがＰＮ接合を形成するので、シリコン基板３００とドーピング層３１０との間に空乏層３６０が形成される。ドーピング濃度の差により、空乏層３６０のほとんどは、シリコン基板３００側に形成される。結果として、シリコン基板３００とドーピング層３１０とは、空乏層３６０により接合絶縁されるので、電気的に分離される。
【００３５】
次に、図４に示すように、ドーピング層３１０は、シリコン基板３００と電気的に分離されるため、ドーピング層３１０を介して流れる電流、即ち、Ｉtopは、シリコン基板３００に流れる電流、即ち、Ｉsubに比べて１０００倍程度の大きな値を示している。そのような結果は、ドーピング層３１０が、接合絶縁によりシリコン基板３００と電気的によく分離されることを意味する。従って、これは、埋め込み酸化層（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｌａｙｅｒ：ＢＯＸ）による下部基板層からの、ＳＯＩ基板の上部シリコン層の分離と電気的に等価な効果をもたらすことができる。
【００３６】
このように、本発明のバイオセンサは、半導体基板１００とドーピング層１１０とを接合絶縁により電気的に分離することにより、高価なＳＯＩ基板の代わりに、安価なバルクシリコン基板を使用することができる。結果として、バイオセンサを低コストで作製することができる。
【００３７】
さらに、本発明は、半導体基板１００とドーピング層１１０との間を接合絶縁により電気的に分離することにより、半導体基板１００とドーピング層１１０との間のトラップによって引き起こされるバイオセンサの感度の低下を根本的に防止することができる。
【００３８】
ドーピング層１１０は、半導体基板１００に不純物の拡散により形成された拡散層、不純物イオン注入により形成されたイオン注入層、またはエピタキシャル成長（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒｏｗｔｈ）により形成されたエピタキシャル層のいずれかであってよい。特に、エピタキシャル層は、垂直及び水平方向に均一なドーピングプロファイルを有するので、バイオセンサの測定値の定量化及び再現性の確保を容易にする。
【００３９】
加えて、ドーピング層１１０を、チャネル領域１１０Ａとパッド領域１１０Ｂとに分けることができる。特定バイオ物質、即ち、ターゲット分子を検出するためのプローブ分子１３０が、チャネル領域１１０Ａに固定され、電極１２０がパッド領域１１０Ｂ上に形成される。このとき、ドーピング層１１０のチャネル領域１１０Ａは、プローブ分子１３０とターゲット分子との間の相互作用により引き起こされる伝導度の変化を感知するための領域であり、感知効率を向上させるために、多様な形状に作製可能である。
【００４０】
従って、チャネル領域１１０Ａの幅は、数ｎｍから数百μｍに及ぶ可能性がある。しかしながら、チャネル領域１１０Ａの幅が広くなると、相対的に感度が低下する可能性がある。そのため、優れた感知特性を確保するために、シリコンナノワイヤのような狭い幅を有するようにチャネル領域１１０Ａを形成することが好ましい。さらに、チャネル領域１１０Ａの長さを調整することにより全体の抵抗を調整することができ、これにより、電流の量を制御することができる。
【００４１】
電極１２０は、ドーピングされたポリシリコン膜、金属膜、導電性金属窒化膜、及び金属シリサイド膜からなる群より選択されるいずれか１つで形成することができ、ドーピング層１１０のパッド領域１１０Ｂとオーム接触を形成可能な物質であれば、任意の物質を使用することができる。
【００４２】
プローブ分子１３０は、検出しようとするターゲット分子によって決まる、ＤＮＡ、抗原、抗体、及び蛋白質からなる群より選択されるいずれか１つまたはそれらの組み合わせにより形成することができる。
【００４３】
さらに、本発明のバイオセンサでは、１つのバイオセンサ内に複数のドーピング層１１０を備えることができ、各ドーピング層１１０に異なるプローブ分子１３０を固定することができる。言い換えれば、本発明のバイオセンサは、１つのバイオセンサ内に、各々がその上に固定された異なるプローブ分子１３０を有する、複数のドーピング層１１０を形成することにより、複数のターゲット分子が同時に検出される多重検出（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）を可能にする。
【００４４】
ドーピング層１１０のチャネル領域１１０Ａにプローブ分子１３０を固定する過程において、半導体基板１００とドーピング層１１０のチャネル領域１１０Ａとの間に逆バイアスを印加するとき、半導体基板１００は溶液内のプローブ分子１３０と同じ電化を有するようになるので、斥力を生じさせる。これは、反応を一時停止し、逆バイアスで荷電されたチャネルだけが電気化学反応にかかわることができる。
【００４５】
図５は、本発明の実施形態によるバイオセンサの動作原理を説明するための概略図である。
【００４６】
図５に示すように、本発明のバイオセンサの流体管１４０の内部に測定試料２００を注入する。この測定試料２００は、気体または液体状態であってよく、前もってドーピング層１１０に固定されたプローブ分子１３０と反応するターゲット分子１５０及びプローブ分子１３０と反応しない非特異的分子２１０を含む。
【００４７】
注入された測定試料２００内のターゲット分子１５０がドーピング層１１０のチャネル領域１１０Ａに固定されたプローブ分子１３０と結合するとき、チャネル領域１１０Ａの表面電位を変化させ、続けて、この表面電位の変化はバンド構造の変化を引き起こす。
【００４８】
これは、チャネル領域１１０Ａ内の電荷分布を変化させ、従って、チャネル領域１１０Ａの伝導度を変化させる。そのような伝導度の変化は、電極１２０を通して伝導度の変化を観察可能な特定のプロセッサと結び付くので、測定試料２００内のターゲット分子１５０を検出することができる。
【００４９】
以下、本発明によるバイオセンサの製造方法に関する実施形態が、添付図面を参照して詳細に説明されるであろう。以下の方法の説明において、半導体素子の製造方法またはこれに関する膜形成方法関連の技術内容のうち周知技術については説明されておらず、これは、そのような周知の技術により本発明の技術的範囲が限定されないことを意味する。
【００５０】
図６乃至図１１は、本発明の実施形態によるバイオセンサの製造過程を示す一連の断面図である。
【００５１】
図６に示すように、半導体基板１００上にドーピング層１１０を形成する。この半導体基板１００は、安価なバルクシリコン基板であってよく、ドーピング層１１０は、半導体基板１００と相補的なＮ型またはＰ型を有する層である。例えば、半導体基板１００がＰ型不純物でドーピングされた場合、ドーピング層１１０は、Ｎ型不純物でドーピングされた層であり、２０ｎｍから５００ｎｍの範囲の厚さを有する。
【００５２】
ここで、ドーピング層１１０を、従来の公知の半導体製造技術を用いることにより多様な方法で形成することができる。例えば、これらの方法は、半導体基板１００の表面に不純物をイオン注入した後、熱処理によりドーピング層を形成する方法、及び半導体基板１００の表面で不純物の熱拡散によりドーピング層を形成する方法を含む。
【００５３】
垂直及び水平方向に均一なドーピングプロファイルを有するように、半導体基板１００上にドーピング層１１０をエピタキシャルに成長させる間に、インサイチュで不純物をドーピングする方法で、ドーピング層１１０を形成する。これは、ドーピング層１１０が垂直及び水平方向に均一なドーピングプロファイルを有する場合、プローブ分子１３０とターゲット分子１５０との結合により引き起こされる伝導度の変化を感知するときに、測定値をより正確に定量化することを可能にし、バイオセンサの再現性の確保をより容易にすることができるからである。
【００５４】
次に、図７に示すように、ドーピング層１１０を、ナノパターン及びマイクロパターンの形成を用いるマスク工程を通じてチャネル領域１１０Ａとパッド領域１１０Ｂとから形成する（図１参照）。このとき、チャネル領域１１０Ａは、後続の工程により固定されたプローブ分子を有する領域であり、プローブ分子とターゲット分子との間の相互作用により引き起こされる伝導度の変化を感知するための領域である。
【００５５】
従って、チャネル領域１１０Ａを、プローブ分子とターゲット分子との間の相互反応により引き起こされる伝導度の変化を高感度で感知するために、多様な形状に作製することができる。これにより、チャネル領域１１０Ａの幅は、数ｎｍから数百μｍまでの範囲に及ぶ可能性がある。
【００５６】
しかしながら、チャネル領域１１０Ａの幅が大きくなる場合、相対的に感度が低下する可能性がある。そのため、優れた感知特性を確保するために、シリコンナノワイヤのような狭い幅を有するようにチャネル領域１１０Ａを形成することが好ましい。さらに、チャネル領域１１０Ａの長さを調整することにより全体の抵抗を調整することができるので、電流の量を制御することができる。
【００５７】
ナノパターンを有するそのようなチャネル領域１１０Ａは、フォトリソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、イオンビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、及び特定のマイクロパターン形成技術のいずれか一つの方法を用いることにより形成することができる。
【００５８】
次に、図８に示すように、ドーピング層１１０のパッド領域１１０Ｂの上部に電極１２０を形成する。この電極１２０は、ドーピングされたポリシリコン膜、金属膜、導電性金属窒化膜、及び金属シリサイド膜から成る群から選択されるいずれか１つにより形成することができ、パッド領域１１０Ｂとオーム接触を形成可能であれば、任意の物質を使用することができる。
【００５９】
その後、図９に示すように、パッド領域１１０Ｂ及び電極１２０の上部に絶縁膜１４０Ａを形成する。この絶縁膜１４０Ａは、後続の工程を通じて形成される流体管の支持体としての役割、及び電極１２０とドーピング層１１０のチャネル領域１１０Ａとを電気的に絶縁する役割を果たし、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）から形成することができる。
【００６０】
次に、図１０に示すように、ドーピング層１１０のチャネル領域１１０Ａに特定バイオ物質、即ち、ターゲット分子を検出可能なプローブ分子１３０を固定する。このプローブ分子１３０は、抗原、抗体、ＤＮＡ、及び蛋白質からなる群より選択されるいずれか１つまたはそれらの組み合わせにより形成することができる。
【００６１】
以下、チャネル領域１１０Ａにプローブ分子１３０を固定する方法が、プローブ分子１３０の拡大図を参照して詳細に説明されるであろう。ここでは、前立腺特異抗原（Ｐｒｏｓｔａｔｅ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ａｎｔｉｇｅｎ：ＰＳＡ）を検出するためのａｎｔｉ−ＰＳＡを固定する方法が例として説明されるであろう。
【００６２】
まず、チャネル領域１１０Ａに酸素プラズマ灰化（Ｏ２  ｐｌａｓｍａ  ａｓｈｉｎｇ）によりヒドロキシ官能基（−ＯＨ）を形成する。次に、１％のアミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ：ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙ  ｓｉｌａｎｅ）が分散されたエタノール溶液を撹拌し、チャネル領域１１０Ａをその中に浸した後、洗浄及び乾燥させる。次に、２５ｗｔ％グルタルアルデヒド（ｇｌｕｔａｒａｌｄｅｈｙｄｅ）溶液を用いることによりアルデヒド官能基（−ＣＨＯ）を形成する。最後に、ａｎｔｉ−ＰＳＡ溶液を用いることにより、アルデヒド官能基とａｎｔｉ−ＰＳＡは結合するので、チャネル領域１１０Ａにａｎｔｉ−ＰＳＡを固定する。
【００６３】
最終的に、図１１に示すように、流体の通路を提供するための流体管１４０が、ドーピング層１１０のチャネル領域１１０Ａに形成される。流体管１４０は、公知の技術を用いることにより多様な方法で形成することができる。例えば、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏａｎｅ）を用いることによりＰ形（Ｐ−Ｓｈａｐｅ）（下部が露出した形状）を有するＰＤＭＳパターン１４０Ｂを形成し、次いで、これを半導体基板１００の上部に位置させる。このとき、このＰ形ＰＤＭＳパターン１４０Ｂは、その下面が絶縁膜１４０Ａの上面と一致するように整列させられ、次いで、半導体基板１００及びＰＤＭＳパターン１４０Ｂは強く連結されるので、流体管１４０を形成する。
【００６４】
上で述べたように、上記の工程ステップを通じて１つの特定ターゲット分子を検出可能なバイオセンサを作製することができる。さらに、本発明のバイオセンサは、１つのバイオセンサ内に固定された異なるプローブ分子を有する複数のドーピング層を形成することにより、複数のターゲット分子を検出することができる。即ち、本発明のバイオセンサは、１つのバイオセンサ内部で、各々が異なるプローブ分子を有する複数のドーピング層を形成することにより、多重検出を可能にする。
【００６５】
ドーピング層を形成する過程で複数のドーピング層を形成した後、ドーピング層のチャネル領域にプローブ分子を固定する過程において、半導体基板１００とドーピング層１１０のチャネル領域１１０Ａとの間に逆バイアスが印加されるとき、半導体基板１００は溶液内のプローブ分子１３０と同じ電化を有するようになるので、斥力を生じさせる。これは、反応を一時停止し、逆バイアスで荷電されたチャネルだけが電気化学反応にかかわることができる。このことは、各ドーピング層のチャネル領域に異なるプローブ分子を固定する。
【００６６】
本願は、それぞれ２００６年１２月４日及び２００７年７月２日に韓国特許庁に出願された、韓国特許出願第２００６−０１２１６２４号及び第２００７−００６６１２５号に関する主題を含み、それらの全ての内容は参照により本願に組み込まれる。
【００６７】
本発明は特定の実施形態に関して説明されてきたが、以下の特許請求の範囲で定義されるように、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなしに、様々な変化及び変更を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。
【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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【国際調査報告】
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