(57)【要約】  本発明は、上／下／左／右の４面において、バイオ感知が可能なバイオセンサ及びその製造方法と、このようなバイオセンサが複数に層状で配列されたバイオ感知装置が開示される。具体的に、本発明に係るバイオセンサは、バイオ物質を含む流体が流れる流体通路が形成された支持手段と、該支持手段に形成された前記流体通路において、３次元的に露出するよう前記支持手段の上部に配置され、前記流体通路を介して流入する前記バイオ物質と反応する反応物質が表面処理された感知手段とを備える。また、本発明に係るバイオ感知装置は、複数のバイオセンサを流体通路の方向に配列し、各々のバイオセンサは、相異なる反応物質を利用した化学的な表面処理を介して相異なるバイオ物質を吸着する。このようなバイオセンサ及び感知装置を介して高いバイオ物質に対する高い感知度及び選択性を獲得することができる。
2010505112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオ物質を含む流体が流れる流体通路の形成された支持手段と、
該支持手段の前記流体通路において３次元的に露出するよう前記支持手段の上部に配置され、前記流体通路を介して流入する前記バイオ物質と反応する反応物質が表面処理された感知手段と、
を備えたバイオセンサ。
【請求項２】
前記支持手段が、
基板と、
該基板と前記感知手段との間に形成された絶縁層と、
を備えた請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項３】
前記基板が、単結晶シリコン、ガラス、及びプラスチックのうちの選択されたいずれか１つからなる請求項２に記載のバイオセンサ。
【請求項４】
前記支持手段が、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板からなる請求項２に記載のバイオセンサ。
【請求項５】
前記支持手段が、前記感知手段の形成される上部面が平坦な板状を有する請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項６】
前記感知手段が、前記流体通路と重畳する部位が重畳しない部位よりも小さな幅を有する請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項７】
前記感知手段が、電気的に外部電場により電気的な特性が変化する物質からなる請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項８】
前記感知手段が、結晶質シリコン、非晶質シリコン、及びドープシリコンのうちの選択されたいずれか１つからなる請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項９】
前記感知手段が、複数が前記流体通路を横切るように配置された請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項１０】
前記支持手段には、前記流体通路が複数で形成された請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項１１】
前記複数の流体通路には、各々少なくとも１つの前記感知手段が横切るように配置された請求項１０に記載のバイオセンサ。
【請求項１２】
前記感知手段と外部装置とを接続するための複数の電極をさらに備えた請求項１に記載のバイオセンサ。
【請求項１３】
前記電極が、前記流体通路と重畳しないように前記感知手段上に形成された請求項１２に記載のバイオセンサ。
【請求項１４】
バイオ物質を含む流体が流入して排出するよう流入口及び排出口が形成されたチャンバと、
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の構成を有し、前記チャンバ内に挿入固定された複数のバイオセンサと、
を備えたバイオ感知装置。
【請求項１５】
前記複数のバイオセンサのうち隣接するもの同士が互いに締結する締結手段をさらに備えた請求項１４に記載のバイオ感知装置。
【請求項１６】
前記締結手段が、外周面が前記バイオセンサの外周面と同じ形態に形成された請求項１５に記載のバイオ感知装置。
【請求項１７】
前記締結手段が、前記流入口及び前記排出口と対向する部位に貫通ホールが形成された請求項１５に記載のバイオ感知装置。
【請求項１８】
前記締結手段が、接着機能を有する物質からなるか、表面に前記接着機能を有する物質が表面処理された構造体からなる請求項１５に記載のバイオ感知装置。
【請求項１９】
前記流入口及び前記排出口が、互いに対向する方向に形成された請求項１４に記載のバイオ感知装置。
【請求項２０】
前記流入口及び前記排出口が、前記バイオセンサの前記流体通路と対向する方向に形成された請求項１４に記載のバイオ感知装置。
【請求項２１】
前記複数のバイオセンサ各々の前記感知部には、相異なる反応物質が表面処理された請求項１４に記載のバイオ感知装置。
【請求項２２】
基板の上面に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層上に感知部用の物質を蒸着するステップと、
前記基板の背面にエッチング障壁層を形成するステップと、
前記基板の背面の一部が露出するよう前記エッチング障壁層をエッチングするステップと、
前記エッチング障壁層をエッチングマスクとして前記基板及び前記絶縁層をエッチングし、前記感知部用の物質のうちの一部が露出する流体通路を形成するステップと、
前記感知部用の物質をエッチングして前記流体通路を横切る感知部を形成するステップと、
を含むバイオセンサの製造方法。
【請求項２３】
前記感知部を形成するステップの後、前記流体通路と対応しない前記感知部上に電極を形成するステップをさらに含む請求項２２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項２４】
前記電極を形成するステップの後、前記流体通路を介して反応物質を流し、前記感知部に前記反応物質を吸着させるステップをさらに含む請求項２３に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項２５】
前記基板が、単結晶シリコン、ガラス、及びプラスチックのうちの選択されたいずれか１つで形成される請求項２２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項２６】
前記感知部が、前記流体通路と重畳する部位が重畳しない部位よりも小さな幅を有するよう形成される請求項２２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項２７】
前記感知部が、電気的に外部電場によって電気的な特性が変化する物質で形成される請求項２２に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項２８】
前記感知部が、結晶質シリコン、非晶質シリコン、及びドープシリコンのうちの選択されたいずれか１つで形成される請求項２２に記載のバイオセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオセンサ（ｂｉｏ−ｓｅｎｓｏｒ）に関し、さらに詳細には、３次元及び多層構造を有するバイオセンサ及びその製造方法、並びにそれを備えたバイオ感知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、バイオセンサは、生化学的な反応を用いて生体内に存在する生化学的な物質の濃度を電気化学的、光学的、または熱的などのような物理的な変数に変換する測定器を意味する。このようなバイオセンサは、臨床学的に価値のある生化学的な物質の濃度を測定する分野に幅広く応用され、多様なバイオセンサのうち、酵素と測定しようとする生化学的な物質間の反応を電気化学的な方法で検出する電気化学的なバイオセンサが最も広く使用されている。特に、人体内に挿入されて長期間人体内の血糖、コレステロール（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌ）、乳酸塩（ｌａｃｔａｔｅ）などの物質を連続的に定量測定するセンサシステムには、現在の技術的レベルからみると、酵素の電気化学的な反応を利用したバイオセンサが最も適したものであると評価されている。
【０００３】
バイオセンサに幅広く使用される電気化学的な方法としては、バイオセンサに吸着されるバイオ物質によってバイオセンサの電場が変化し、このように変化した電場に対応して変化するバイオセンサの電流を測定してバイオ物質を感知する方法と、ナノメートル（ｎａｎｏｍｅｔｅｒ、ｎｍ）サイズのギャップ（ｇａｐ）を製造し、そのギャップの間にバイオ物質が吸着されることによって発生するバイオセンサの電流の変化量を測定する方法などがある。
【０００４】
図１は、従来技術に係るバイオセンサの構造を説明するために示す斜視図である。  
同図に示すように、従来技術に係るバイオセンサは、支持部１０と、支持部１０上の中央を横切るように形成され、流入するバイオ物質と反応する反応物質が表面処理された感知部１３と、感知部１３を覆って感知部１３と交差するよう水平方向に感知部１３の中央部１３Ａにバイオ物質をガイドする蓋１５とを備える。
【０００５】
支持部１０の上には感知部１３が形成され、感知部１３を保護するように蓋１５がその上部に位置づけられる。このような支持部１０は、単結晶シリコンからなる基板１１からなり、その上面には感知部１３との電気的な絶縁のために絶縁層１２が形成されている。また、基板１１の背面にも別途の絶縁層１４が形成されている。
【０００６】
蓋１５は、感知部１３と交差する方向に、中央部にバイオ物質をガイドするための流体通路１５Ａが形成されている。このような流体通路１５Ａはバイオ物質が流れる通路として機能し、流入されるバイオ物質を感知部１３の中央部１３Ａにガイドする。
【０００７】
感知部１３には、蓋１５に形成された流体通路１５Ａを介して流入されるバイオ物質を感知するためにバイオ物質と反応する反応物質が表面処理されており、その構造は普遍的に「ダンベル」状を有する。すなわち、左／右側部１３Ｂは大きな幅を有し、相対的に感知領域の中央部１３Ａは狭い幅を有するよう形成される。このような感知部１３は前述したように、流体通路１５Ａと交差する方向に支持部１０の上部に形成される。
【０００８】
一方、感知部１３の左／右側部１３Ｂには各々電極１６が形成され、このような電極１６は、外部の装置と接続して感知部１３を介して感知された感知信号を前記外部装置に伝達する。
【０００９】
このような構造を有する従来技術に係るバイオセンサの動作特性を説明すると次の通りである。
【００１０】
同図に示すように、感知したいバイオ物質が蓋１５に水平方向に形成された流体通路１５Ａの一側部に流入すると、バイオ物質は流体通路１５Ａを介して水平方向に流入し、中央部１３Ａにおいて感知部１３と交差してから他側部に排出される。このとき、バイオ物質が感知部１３と交差する過程において、バイオ物質は感知部１３の３面に吸着される。すなわち、感知部１３の背面は支持部１０の上面により覆われているため、バイオ物質は実質的に中央部１３Ａの上面及び左右側の面にのみ吸着される。このような吸着過程において、バイオ物質は感知部１３に表面処理された反応物質と反応し、このような反応によって感知部１３を介して流れる電流は変わるようになる。このような電流の変化を電極１６を介して測定することによってバイオ物質が感知される。
【００１１】
しかし、同図に示された従来技術に係るバイオセンサは、次のような問題がある。  
第１に、従来技術に係るバイオセンサでは、感知部１３が流体通路１５Ａを介して流入するバイオ物質と水平方向に交差するように形成されることで、実質的にバイオ物質と接触する面が３面に制限される。このために感知部１３に吸着されるバイオ物質の量がその分だけ減少する問題が発生する。その理由は、感知部１３の背面が支持部１０の上面と接触して、実質的にバイオ物質が感知部１３の背面とは接触しないためである。すなわち、感知部１３の背面は感知機能を行なうことができない。さらに、バイオ物質は、流体通路１５Ａ内で中央部が底部に比べて流速が速いことから、その分だけバイオ物質が感知部１３に吸着される確率はさらに小さくなる。
【００１２】
第２に、従来技術に係るバイオセンサでは、流体通路１５Ａを介して流入するバイオ物質の流れ方向に対向する感知部１３の面が他の面よりも面積（横の長さ×縦の長さ）が相対的に小さな左右側面となっているため、感知部１３に吸着されるバイオ物質の量がその分だけ減少する問題が発生する。具体的に、流体通路１５Ａは、幅及び高さが数十から数百マイクロ（ｍｉｃｒｏ、μ）で製造される一方、感知部１３の高さ（Ｈ）は数十ナノミリメータであり、幅（Ｗ）は数十ナノミリメータから数百ナノミリメータのサイズを有するよう製造されているため、バイオ物質が感知部１３に吸着される確率はきわめて低い。
【００１３】
第３に、従来技術に係るバイオセンサでは、感知部１３が単一構造で形成されているため、感知したいバイオ物質が変更された場合、変更されたバイオ物質と反応する反応物質を再度感知部１３に表面処理しなければならないためその工程が複雑になり、別途の表面処理のための時間が要求されることで全体の工程時間が増加してしまう問題が発生する。
【００１４】
上記の通りに、従来技術に係るバイオセンサ構造のように２次元的な構造を有するバイオセンサにおいて発生する問題、すなわち低いバイオ物質の吸着率、バイオ物質によって別途に実施される選択的な表面処理の困難さなどを克服するためには、３次元構造を有するバイオセンサ及び多層構造のバイオセンサの開発が切実に必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、本発明は、前述した従来技術の問題を解決するために提案されたものであって、次のような目的がある。  
第１に、本発明はバイオ物質の吸着率を向上させることのできるバイオセンサを提供することにその目的がある。  
第２に、本発明は多様なバイオ物質を含んだ流体内において多様なバイオ物質を同時に感知することのできるバイオセンサを提供することに他の目的がある。
第３に、本発明は多様なバイオ物質を含んだ流体内において多様なバイオ物質を同時に感知することができるように、複数のバイオセンサを備えたバイオ感知装置を提供することに更なる目的がある。  
第４に、本発明は前述したバイオセンサの製造方法を提供することに更なる目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述した目的を達成するための一側面に係る本発明は、バイオ物質を含む流体が流れる流体通路の形成された支持手段と、該支持手段の前記流体通路において３次元的に露出するよう前記支持手段の上部に配置され、前記流体通路を介して流入する前記バイオ物質と反応する反応物質が表面処理された感知手段と、を備えたバイオセンサを提供する。
【００１７】
また、前述した目的を達成するための他の側面に係る本発明は、バイオ物質を含む流体が流入して排出するよう流入口及び排出口が形成されたチャンバと、複数のバイオセンサ（バイオ物質を含む流体が流れる流体通路の形成された支持手段と、該支持手段の前記流体通路を横切るよう前記支持手段の上部に配置され、前記流体通路を介して流入される前記バイオ物質と反応する反応物質が表面処理された感知手段と、を備えた複数のバイオセンサ）を備えたバイオ感知装置を提供する。
【００１８】
また、前述した目的を達成するための更なる側面に係る本発明は、基板の上面に絶縁層を形成するステップと、前記絶縁層上に感知部用の物質を蒸着するステップと、前記基板の背面にエッチング障壁層を形成するステップと、前記基板の背面の一部が露出するよう前記エッチング障壁層をエッチングするステップと、前記エッチング障壁層をエッチングマスクで前記基板及び前記絶縁層をエッチングし、前記感知部用の物質のうちの一部が露出する流体通路を形成するステップと、前記感知部用の物質をエッチングして前記流体通路を横切る感知部を形成するステップと、を含むバイオセンサの製造方法を提供する。
【００１９】
前述したように、既存ではバイオセンサの流体の流れ通路がバイオ物質を感知する感知部と交差している方向に形成されていたが、感知部の１面が支持部に覆われている２次元的な構造を有することから、実際にはバイオ物質が吸着される面が３面に制限される。
【００２０】
これによって、本発明では、バイオ物質が吸着される面が４面になるよう３次元の構造を有するバイオセンサ及びその製造方法を提供する。その具現手段としては、支持部の中央部に流体の流れ通路を上下方向（または左右方向）に形成し、感知部の４面のうちの少なくともいずれか１面にも支持部に覆われないよう、前記流体の流れ通路の上部に前記流体の流れ通路を横切る方向に前記感知部を配置し、前記流体の流れ通路を介して流入されるバイオ物質が前記感知部の４面に吸着されるようにする。
【００２１】
前記感知部には、バイオ物質と反応を起こす反応物質が表面処理されており、このとき、バイオ物質は核酸及びたんぱく質を含んでいる抗原に該当し、反応物質は前記抗原と反応する抗体を意味する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、次のような効果を得ることができる。  
第１に、本発明によると、支持部の中央部に流体通路を上下方向（または左右方向）に形成し、感知部の４面のうちの少なくともいずれか一面が支持部に覆われないように前記流体通路の上部に前記流体通路を横切る方向に前記感知部を配置することによって、前記流体通路を介して流入するバイオ物質が前記感知部の全面、すなわち４面のすべてに吸着されるようにして、バイオ物質の感知特性をさらに向上させることができる。
【００２３】
第２に、本発明によると、相異なる多様な反応物質が各々の感知部に表面処理されている複数のバイオセンサを１つのチャンバ内に直列に挿入固定させることで、多様なバイオ物質を含んだ流体の流れを介して多様なバイオ物質を同時に感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術に係るバイオセンサ（ｂｉｏ−ｓｅｎｓｏｒ）を説明するために示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るバイオセンサを説明するために示す斜視図である。
【図３】図２に示されたバイオセンサの動作特性を説明するために示す概念図である。
【図４】図２に示されたバイオセンサの製造方法を説明するために示す工程斜視図である。
【図５】図２に示されたバイオセンサの製造方法を説明するために示す工程斜視図である。
【図６】図２に示されたバイオセンサの製造方法を説明するために示す工程斜視図である。
【図７】図２に示されたバイオセンサの製造方法を説明するために示す工程斜視図である。
【図８】図２に示されたバイオセンサの製造方法を説明するために示す工程斜視図である。
【図９】図２に示されたバイオセンサの製造方法を説明するために示す工程斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係るバイオセンサを説明するために示す概念図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係るバイオセンサを説明するために示す斜視図である。
【図１２】図１１に示されたバイオセンサ及び締結部材を説明するために示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的な思想を容易に実施できる程度で詳説するために、本発明の最も好ましい実施形態を添付した図面を参照して説明する。また、明細書の全体にわたって同じ図面符号（または参照符号）で表示された部分は同じ要素を示す。
【００２６】
［実施形態１］
図２は、本発明の実施形態１に係るバイオセンサを説明するために示す斜視図である。
同図に示すように、本発明の実施形態１に係るバイオセンサ１００は、中央部が上下方向に貫通し、バイオ物質が流れる流体通路１１５Ａの形成された支持部１１０と、支持部１１０の流体通路１１５Ａを横切るように形成され、流体通路１１５Ａを介して流入するバイオ物質と反応する反応物質が表面処理された感知部１１３とを備える。
【００２７】
支持部１１０は、基板１１１と、基板１１１の背面に形成されたエッチング障壁層１１４と、基板１１１の上面に形成された絶縁層１１２とからなる。基板１１１、エッチング障壁層１１４、及び絶縁層１１２の中央部には、各々互いに対応するように流体通路１１５Ａが形成される。
【００２８】
基板１１１は、感知部１１３を安定的に支持できるように上部面が平坦な板状の構造を有し、例えば、単結晶シリコン、ガラスまたはプラスチックを使用し得る。
【００２９】
エッチング障壁層１１４は、基板１１１に流体通路１１５Ａを形成するためのエッチング工程時に流体通路１１５Ａが形成される部位を除外した他の部位が損傷することを防止するためのハードマスク（ｈａｒｄ  ｍａｓｋ）として機能し、好ましくは基板１１１を構成している物質及びエッチングの選択比の高い物質で形成することが好ましい。例えば、基板１１１が単結晶シリコンからなる場合、窒化膜系、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の物質で形成される。その以外に、エッチング障壁層１１４は、酸化膜系、例えばシリコン酸化膜ＳｉＯ2の物質で形成する。
【００３０】
絶縁層１１２は、基板１１１及び感知部１１３が電気的に短絡することを遮断するために酸化膜系の物質で形成することができ、好ましくはシリコン酸化膜で形成する。また、絶縁層１１２は、導電性のない窒化膜系、例えばシリコン窒化膜で形成することもできる。
【００３１】
感知部１１３は、支持部１１０の流体通路１１５Ａを介して流入されるバイオ物質を感知するためにバイオ物質と反応する反応物質が表面処理され、その構造は、一例として「ダンベル」状を有する。「ダンベル」状の感知部１１３で比較的小さな幅を有する中央部１１３Ａは実際にバイオ物質を感知する役割を行ない、中央部に比べて相対的に大幅を有する左右側部１１３Ｂは、中央部１１３Ａで感知された感知信号を電極１１６に伝達するチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）の役割を行なう。このような感知部１１３は、流体通路１１５Ａと交差する方向に支持部１１０上の中央に位置づけられる。
【００３２】
一方、感知部１１３の左／右側部１１３Ｂには、各々電極１１６が形成され、このような電極１１６は外部の装置と連結して感知部１１３を介して感知された感知信号を前記した外部装置に伝達する。
【００３３】
以下、本発明の実施形態１に係るバイオセンサ１００の動作特性を図３を結びつけて説明すると次の通りである。同図は、図２に示されたバイオセンサ１００を簡略化して図示したものである。
【００３４】
図３に示すように、まず、表面処理を介して感知部１１３の表面に感知したいバイオ物質と反応する反応物質１２０を吸着させる。このように、表面に反応物質１２０が吸着された状態で、支持部１１０の上下方向に貫通する流体通路１１５Ａの一方にバイオ物質を含む物質が流入されると、バイオ物質は、流体通路１１５Ａを介して上下方向に流入して感知部１１３の中央部１１３Ａと交差した後、他側部に排出される。このとき、バイオ物質１３０が感知部１１３と交差する過程において、バイオ物質１３０は、感知部１１３の４面（＋Ｚ軸方向、−Ｚ軸方向、−Ｘ軸方向、＋Ｘ軸方向）に吸着される。このような吸着過程において、バイオ物質は、感知部１１３に表面処理された反応物質１２０と化学反応し、このような反応によって感知部１１３を介して流れる電流は変わる。かかる電流の変化を、電極１１６を介して測定することによってバイオ物質が感知される。
【００３５】
図２及び図３を介して説明したように、本発明の実施形態１に係るバイオセンサ１００は、バイオ物質が４面に吸着されるようにバイオセンサを３次元構造に製造することによって、図１に示された従来技術に係る２次元構造を有するバイオセンサに比べてバイオ物質が吸着される面積を大きく増加させることができる。また、バイオ物質を含んでいる流体が感知部１１３の中央部１１３Ａを通過させることによって、バイオ物質と感知部１１３との間の接触頻度数が増加し、バイオ物質の感知能力を向上させることができる。
【００３６】
以下、図２に示された本発明の実施形態１に係るバイオセンサ１００の製造方法を、図４ないし図９を結び付けて具体的に説明する。ここで、図４ないし図９は、バイオセンサ１００の製造方法を説明するために示す工程斜視図である。
【００３７】
まず、図４に示すように、基板１１１を備える。このとき、基板１１１は、半導体製造工程において幅広く使用される単結晶シリコン、ガラスまたはプラスチックを使用する。
【００３８】
次に、基板１１１の上面に絶縁層１１２を蒸着する。このとき、絶縁層１１２は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式により蒸着し得る。また、スピンコート（ｓｐｉｎ−ｃｏａｔｉｎｇ）方式を用いて塗布し得る。ここで、絶縁層１１２は、基板１１１と後続する工程を介して形成される感知部１１３（図２参照）とを電気的に遮断させるために、酸化膜系または非伝導性の窒化膜系の断層膜、またはそれらが少なくとも２種類以上積層された構造を有する積層膜で形成され得る。
【００３９】
例えば、酸化膜系の膜としては、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）、ＰＥＴＥＯＳ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌｅ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）、ＵＳＧ（Ｕｎ−ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）、ＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）、ＣＤＯ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｄｏｐｅｄ  Ｏｘｉｄｅ）及びＯＳＧ（Ｏｒｇａｎｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜などがある。また、窒化膜系の膜としてはシリコン窒化膜などがある。
【００４０】
次に、絶縁層１１２上に感知部用の物質１１３（説明の便宜のために感知部を指示する図面符号と同じ図面符号を使用する）を蒸着する。このとき、感知部用の物質１１３としては、電気的に外部電場によって電気的な特性が変化する物質のすべてを使用し得る。例えば、結晶質シリコン、非晶質シリコン、ドープ（ｄｏｐｅｄ）シリコンなどを使用する。このとき、ドープシリコンは、ｐ型またはｎ型不純物イオンを介してドーピング処理される。
【００４１】
次に、図５に示すように、基板１１１を１８０°回転させて基板１１１の背面が上部に向かうよう基板１１１を位置づけてから、基板１１１の背面にエッチング障壁層１１４を蒸着する。このとき、エッチング障壁層１１４は、絶縁層１１２とのエッチング選択比を考慮して、絶縁層１１２が酸化膜系の膜で形成された場合は窒化膜系の膜で形成し、その反対に窒化膜系の膜で形成された場合は酸化膜系の膜で形成し得る。
【００４２】
一方、示されていないが、エッチング障壁層１１４は、基板１１１の上面にも蒸着され得る。その理由は、後続するエッチング障壁層１１４のエッチング工程をウェットエッチング工程で進行する場合、基板１１１の上面に蒸着された絶縁層１１２がエッチング溶液によって損傷することを防止するためである。例えば、ウェットエッチング工程は、普遍的に基板１１１の全面がエッチング溶液を入れた器にすべてが浸るよう工程が進行することによって、基板１１１の背面のみならず、上面に蒸着された絶縁層１１２もエッチング溶液にさらされて損傷する。これを防止するために、後続するエッチング工程をウェットエッチング工程として採択した場合、基板１１１の上面にもエッチング障壁層１１４を形成する必要がある。これに対して、ドライエッチング工程の場合、エッチングガスを利用するため実質的に基板１１１にのみエッチング障壁層１１４が蒸着されても構わない。
【００４３】
次に、エッチング障壁層１１４の上部に感光膜（図示せず）を塗布した後、フォトマスク（ｐｈｏｔｏｍａｓｋ）を利用した露光及び現像工程を実施することで感光膜パターン（図示せず）を形成する。
【００４４】
次に、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして利用したエッチング工程を実施してエッチング障壁層１１４をエッチングする。このとき、エッチング工程は、ドライエッチング工程で実施することが好ましく、ドライエッチング工程のとき、基板１１１とエッチング障壁層１１４との間のエッチング選択比を考慮したエッチング条件で工程を行い、選択的にエッチング障壁層１１４をエッチングする。これによって、エッチング障壁層１１４の中央部には基板１１１の背面のうちの一部が露出するホール１１５が形成される。
【００４５】
次に、図７に示すように、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして利用したエッチング工程を実施し、ホール１１５を介して露出する基板１１１及び絶縁層１１２を順次エッチングする。これによって、感知部用の物質１１３が露出する流体通路１１５Ａが形成される。
【００４６】
一方、同図に示すように、前記エッチング工程を進行する前に、前記感光膜パターンを除去した後、エッチング障壁層１１４をエッチングマスクとして用いて基板１１１及び絶縁層１１２を順次エッチングすることができる。この場合、エッチング工程はエッチング障壁層１１４と基板１１１との間のエッチング選択比を高くすることで、選択的に基板１１１及び絶縁層１１２のみをエッチングすることが好ましい。
【００４７】
次に、図８に示すように、基板１１１を１８０゜回転させて基板１１１の上面が上部に向かうよう基板１１１を位置づけてから、感知部用の物質１１３上に感光膜の塗布、露光及び現像工程を順次に実施することで感光膜パターン（図示せず）を形成する。
【００４８】
次に、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして利用したエッチング工程を実施し、感知部用の物質１１３をエッチングする。これによって、感知部１１３が形成される。感知部１１３は、一例として「ダンベル」状を有する。すなわち、感知部１１３は、流体通路１１５Ａを横切る中央部１１３Ａが絶縁層１１２の上部と重畳する左／右側部１１３Ｂの幅よりも狭く形成される。
【００４９】
次に、図９に示すように、感知部１１３が形成された全体の構造上に電極用物質１１６（説明の便宜のために電極を指示する図面符号と同じ図面符号を使用する）を蒸着する。このとき、電極用物質１１６は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、チタニウム（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）のような一群の金属電極のうちの選択されたいずれか１つの金属電極を使用するか、チタニウム窒化膜（ＴｉＮ）、タンタル窒化膜（ＴａＮ）、タングステン窒化膜（ＷＮ）、ハフニウム窒化膜（ＨｆＮ）、ジルコニウム窒化膜（ＺｒＮ）のような一群の窒化物電極のうちの選択されたいずれか１つの窒化物電極を使用し得る。また、ルテニウム／ルテニウム酸化膜（Ｒｕ／ＲｕＯ2）、イリジウム／イリジウム酸化膜（Ｉｒ／ＩｒＯ2）などのように金属電極及び酸化物電極の積層された構造に形成するか、ストロンチウムルテニウム酸化膜（ＳｒＲｕＯ3）のように酸化物の電極に形成することができる。また、金属にシリコンが結合された金属シリサイド、例えばコバルトシリサイド（ＣｏＳｉ2）、チタニウムシリサイド（ＴｉＳｉ2）などに形成し得る。
【００５０】
次に、エッチングマスクの形成工程及び前記エッチングマスクを利用したエッチング工程を実施し、電極用物質１１６をエッチングする。これによって、感知部１１３の左／右側部１１３Ｂ上に電極１１６が形成される。
【００５１】
次に、流体通路１１５Ａを介して感知したいバイオ物質と反応することのできる反応物質１２０（図３参照）を流し、感知部１１３の中央部１１３Ａに吸着させる。
前記のような工程ステップを介してバイオセンサを完成する。
【００５２】
［実施形態２］
図１０は、本発明の実施形態２に係るバイオセンサを説明するために示す概念図である。  
同図に示すように、本発明の実施形態２に係るバイオセンサは、実施形態１に係るバイオセンサと同じ方法で製造される。ただ、実施形態１では、１つの流体通路１１５Ａに１つの感知部１１３が横切るよう製造されるが、実施形態２では、１つの流体通路２１０Ａに複数の感知部２１１が横切るように製造される。これによって、流体通路１１５Ａを介して流れるバイオ物質が吸着される全体感知部２１１の面積を増大させることで、本発明の実施形態１よりもさらに高いバイオ物質の感知特性を得ることができる。
【００５３】
また、本発明の実施形態２では、複数の感知部２１１の表面に各々相異なる多様な反応物質が吸着されるよう製造することができる。これを介して、多様なバイオ物質を含む流体が流体通路１１５Ａを介して流入する場合にも各々相異なる反応物質が吸着された感知部２１１を介して多様なバイオ物質を同時に感知することができる。
【００５４】
一方、同図において説明のない「２１０」は支持部であり、「２１２」は電極、「２１１Ａ」は感知部２１１の中央部であって、実際にバイオ物質が吸着される領域であり、「２１１Ｂ」は感知部２１１の中央部２１１Ａを介して感知された感知信号を電極２１２に伝達する領域である。
【００５５】
［実施形態３］
図１１は、本発明の実施形態３に係る複数のバイオセンサを備えたバイオ感知装置を説明するために示す斜視図である。同図において、図２に示された図面符号と同じ図面符号は同じ構成要素を意味する。これによって、同じ構成要素に対する具体的な説明は省略する。
【００５６】
同図に示すように、本発明の実施形態３に係るバイオセンサを備えたバイオ感知装置は、バイオ物質を含む流体が一側部に流入して他側部に排出するよう、互いに対向している方向に流入口３００Ａ及び排出口３００Ｂを備えたチャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）３００と、流体通路１１５Ａ（図２参照）が流入口３００Ａ及び排出口３００Ｂと互いに対向している方向に位置されるようチャンバ３００内に直列に挿入固定された複数のバイオセンサ１００と、流体通路１１５Ａと対応している部位に貫通ホール４００Ａが穿孔されており、隣接のバイオセンサ１００を互いに接着締結するための締結部材４００とを備える。
【００５７】
チャンバ３００は長方形の構造を有し、長軸方向に一側部には流入口３００Ａが備えられ、他側部には排出口３００Ｂが備えられている。流入口３００Ａと排出口３００Ｂとの間には複数のバイオセンサ１００が挿入固定されている。ここで、チャンバ３００の構造は長方形の構造に限定されず、バイオセンサ１００の形状に応じて三角形、正四角形、六角形、八角形または円形などのように様々な形態に変えられ得る。
【００５８】
締結部材４００は、バイオセンサ１００と共にチャンバ３００内に挿入固定されるように外周面がバイオセンサ１００と同じ形態を有する。また、チャンバ３００の流入口３００Ａ及び排出口３００Ｂと対向している部位に貫通ホール４００Ａが穿孔されており、チャンバ３００の挿入後に流入口３００Ａ及び排出口３００Ｂと貫通ホール４００Ａとは同じ線上に位置づけられる。
【００５９】
このような締結部材４００として、隣接するバイオセンサ１００を互いに容易かつ簡単に接着締結するために、接着機能を有する物質を単独で使用したり、前述した接着機能を有する物質が表面処理された構造体を使用し得る。このとき、前記構造体は半導体材料として形成され得る。また、接着機能のない構造体の使用もあり得る。
【００６０】
締結部材４００は、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ  Ｓｉｌｏｘａｎｅ）のような軟らかい物質を使用し、素子の流動性及び安定性を高めることができる。
【００６１】
例えば、接着剤の機能を有する物質としては、分子を含む親水性（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ）を高める物質であって、ＡＰＴＥＳ（Ａｍｉｎｏ  Ｐｒｏｐｙｌ  ＴｒｉＥｔｈｏｘｙ  Ｓｉｌａｎｅ）、ＡＰＴＭＳ（（３−Ａｍｉｎｏ  Ｐｒｏｐｙｌ）ＴｒｉＭｅｔｈｏｘｙ  Ｓｉｌａｎｅ）を含むシラン（ｓｉｌａｎｅ）基を有する全ての化学物質を使用し得る。
【００６２】
複数の単位バイオセンサ１００は、図２及び図１０に示すような単位バイオセンサであって、相異なる反応物質を表面処理することができ、これを介してバイオ感知装置を介して流入される多様なバイオ物質を同時に感知することができる。
【００６３】
一方、図１１に示すように、本発明の実施形態３に係るバイオセンサを備えたバイオ感知装置は、複数のバイオセンサ１００から各々出力される感知信号を測定するための測定部５００をさらに備える。ここで、感知信号とは、バイオ物質がバイオセンサ１００の感知部１１３（図２参照）に吸着された反応物質１２０（図３参照）と化学反応し、このような反応に起因した感知部１１３を介して流れる電流の変化量を意味する。
【００６４】
以下、本発明の実施形態３に係るバイオ感知装置の動作特性を説明すれば、次の通りである。  
図１１に示すように、多様なバイオ物質を含む流体（または１種類のバイオ物質を含む流体）がチャンバ３００の流入口３００Ａを介して流入されると、流体は互いに交番に締結された複数の締結部材４００の貫通ホール４００Ａとバイオセンサ１００の流体通路１１５Ａ（図２参照）とを経由して後端のチャンバ３００の排出口３００Ｂに排出される。このとき、複数のバイオセンサ１００の各々の感知部１１３（図２参照）には、多様なバイオ物質と各々の化学反応を起こす反応物質とが表面処理されているため、流体通路１１５Ａを介して流れる流体に含まれたバイオ物質は、自体と化学的な反応を起こす反応物質が表面処理されたバイオセンサ１００の感知部１１３（図２参照）に吸着される。このような吸着（化学反応）の過程に起因して感知部１１３を介して流れる電流の量は変化し、かかる電流の変化量は測定部４００を介して測定される。
【００６５】
このように、本発明の実施形態３に係るバイオ感知装置は、相異なる多様な反応物質が各々の感知部１１３に表面処理されている複数のバイオセンサ１００を１つのチャンバ３００内で直列に挿入固定させることによって、多様なバイオ物質を含んだ流体の流れを介して多様なバイオ物質を同時に感知できる効果が得られる。
【００６６】
一方、図１２は、図１１に示された本発明の実施形態３に係るバイオ感知装置において、バイオセンサ１００と締結部材４００とが互いに締結された状態を示す斜視図である。
【００６７】
一方、前述したように、本発明の実施形態では、単一の半導体基板（Ｓｉ基板、Ｇｅ基板など）に対してのみ説明されているが、これは一例であって、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板も可能である。ＳＯＩ基板は、埋め立て酸化シリコン層を有しているため、別途の絶縁層を形成する必要がなく、素子をＳＯＩの基板上に形成されたときに基板に対する素子の孤立を確実に行なうことができる。そのため、素子間の漏れ電流が少なくなり、動作特性を改善させ得る。このようなＳＯＩ基板の製造方法として、ＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ）法、またはＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＩＭｐｌａｎｔｅｄ  ＯＸｙｇｅｎ）法などが挙げられる。
【００６８】
前記で説明したように、本発明の技術的な思想は好ましい実施形態のように具体的に記述したが、前記した実施形態はその説明のためのものであって、その制限のためのものでないことを注意すべきである。また、本発明は、この技術分野の通常の専門家ならば本発明の技術思想の範囲内で多様な実施形態が可能であることを理解することができるである。
【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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【国際調査報告】
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