(57)【要約】支持基板の上にナノワイヤを含むセンサであって、第１半導体層が該支持基板上に配置されたセンサ、を形成する方法が開示されている。該方法は、第１半導体層からなり、かつ少なくとも２つの支持部と、該支持部の間に配置されるフィン部と、を含むフィン構造を形成する工程と；フィン構造の少なくともフィン部を酸化することにより第１酸化膜層によって取り囲まれるナノワイヤを形成する工程と；絶縁層を該支持部の上に形成する工程と、を含み、支持部及び第１絶縁層はマイクロ流体チャネルを構成する。ナノワイヤセンサも開示されている。ナノワイヤセンサは、支持基板と；支持基板の上に配置され、かつ少なくとも２つの半導体支持部と、該支持部の間に配置されるフィン部と、を含む半導体フィン構造と；支持部のコンタクト表面の上の第１絶縁層と、を備え、支持部及び第１絶縁層はマイクロ流体チャネルを構成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板の上にナノワイヤを含むセンサであって、第１半導体層が前記支持基板上に配置されたセンサ、を形成する方法であって：
前記第１半導体層からなるフィン構造であって、少なくとも２つの支持部と前記支持部の間に配置されるフィン部とを含むフィン構造、を形成する工程と；
前記フィン構造の少なくともフィン部を酸化することにより、第１酸化膜層によって取り囲まれるナノワイヤを形成する工程と；
第１絶縁層を前記支持部の上に形成する工程と、を含み、
前記支持部及び前記第１絶縁層はマイクロ流体チャネルを構成する、
方法。
【請求項２】
前記第１絶縁層を形成する前に、第２酸化膜層を前記支持部のコンタクト表面の上に形成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１絶縁層を形成する前に、第１導電層を前記第２酸化膜層のコンタクト表面の上に形成する工程を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１絶縁層を平坦化する工程を更に含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１絶縁層を平坦化する工程は、化学的機械平坦化、化学的研磨、機械的研磨、及びイオンミリングのうちの一つを含むプロセスによって行なわれる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１絶縁層の一部を除去して、マイクロ流体チャネルの一部を形成することにより、前記ナノワイヤを取り囲む前記第１酸化膜層のコンタクト表面に対する処理を可能にする工程を更に含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１絶縁層の一部の除去はドライエッチングにより行なわれる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノワイヤを取り囲む前記第１酸化膜層を除去してナノワイヤを露出させる工程を更に含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記ナノワイヤを取り囲む前記第１酸化膜層の除去はウェットエッチングにより行なわれる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記マイクロ流体チャネルをキャップ層で閉じる工程を更に含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記フィン部を少なくとも一つのドーパントでドーピングする工程を更に含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのドーパントはｐ型またはｎ型のいずれかである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ｐ型ドーパントは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、及びインジウムからなる群から選択される一つ以上の元素である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ｎ型ドーパントは、リン及び砒素からなる群から選択される一つ以上の元素である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノワイヤの一部を除去することにより該ナノワイヤにギャップを形成する工程を更に含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナノワイヤの一部の除去は選択エッチングにより行なわれる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ナノワイヤの一部を誘電体材料で被覆する工程を更に含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
シリサイド化プロセスを前記ナノワイヤに対して行なう工程を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリサイド化プロセスを行なう工程は：
第２導電層を前記ナノワイヤの上に形成する工程と；
第１熱処理を行なうことにより前記ナノワイヤと前記第２導電層との間で化学反応を起こして該ナノワイヤをシリサイド化する工程と；
残留する第２導電層を除去する工程と、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２導電層は金属または金属合金を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記支持基板と前記第１半導体層との間に第２絶縁層が配置される、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２絶縁層は、酸化シリコン、ポリマー及び誘電体材料からなる群から選択される材料を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記支持基板は、シリコン、サファイア、ポリシリコン、酸化シリコン及び窒化シリコンからなる群から選択される材料を含む、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１半導体層は、シリコン、砒化ガリウム及びシリコン−ゲルマニウムからなる群から選択される材料を含む、請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナノワイヤはシリコンを含むか、または該シリコンから作製される、請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記フィン構造の少なくともフィン部を酸化する工程は、自己制限酸化プロセスにより行なわれる、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１酸化膜層は前記第２酸化膜層と同じである、請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１酸化膜層は酸化シリコンである、請求項１乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記第２酸化膜層は酸化シリコンである、請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１導電層は金属または金属合金を含む、請求項１乃至２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１絶縁層は、酸化シリコン、ポリマー及び誘電体材料からなる群から選択される材料を含む、請求項１乃至３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記キャップ層は、シリコン、ガラス、シリカ、有機ポリマー及びポリジメチルシロキサンからなる群から選択される材料により形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項３３】
前記キャップ層に少なくとも２つの開口部を形成する工程を更に含む、請求項１０又は３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記キャップ層の各開口部は、各支持部から離間した所定の距離に位置する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
各開口部を前記第１導電層で充填することにより、各開口部から前記支持部のコンタクト表面に達する電気接続を形成する工程を更に含む、請求項３３又は３４に記載の方法。
【請求項３６】
フィン構造を酸化することにより、第１酸化膜層を前記支持部の周りに形成する工程を更に含む、請求項１乃至３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１半導体層を堆積させる前に前記支持基板の上に第２半導体層を堆積させる更に工程を含む、請求項１乃至３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２半導体層からなる電極を形成する工程を更に含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
フィン構造を形成する前に第３絶縁層を前記電極の上に堆積させる工程を更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記電極はナノワイヤの下に位置する、請求項３８又は３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１絶縁層を形成する前にパッシベーション層を前記第１導電層の上に形成する工程を更に含む、請求項３乃至４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記パッシベーション層は、窒化シリコン、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムからなる群から選択される材料を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第２半導体層は、シリコン、砒化ガリウム及びシリコン−ゲルマニウムからなる群から選択される材料を含む、請求項３７乃至４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記第３絶縁層は、酸化シリコン及び誘電体材料からなる群から選択される材料を含む、請求項３９乃至４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
支持基板と；
前記支持基板の上に配置される半導体フィン構造であって、少なくとも２つの半導体支持部と該支持部の間に配置されるナノワイヤとを含む、半導体フィン構造と；
前記支持部のコンタクト表面の上の第１絶縁層と、を備え、
前記支持部及び前記第１絶縁層はマイクロ流体チャネルを構成する、
ナノワイヤセンサ。
【請求項４６】
第１酸化膜層を、前記支持部のコンタクト表面の上であって該支持部のコンタクト表面と前記絶縁層との間に更に備える、請求項４５に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項４７】
第１導電層を、前記第１酸化膜層のコンタクト表面の上であって該第１酸化膜層のコンタクト表面と前記絶縁層との間に更に備える、請求項４６に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項４８】
前記ナノワイヤは前記支持基板の上に位置する、請求項４５乃至４７のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項４９】
前記ナノワイヤはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントにより構成される、請求項４５乃至４８のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５０】
前記ナノワイヤはＰ／Ｎダイオード接合として形成される、請求項４５乃至４８のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５１】
前記ナノワイヤはギャップを含む、請求項４５乃至５０のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５２】
前記ナノワイヤはシリサイド化される、請求項４５乃至５１のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５３】
前記ナノワイヤの少なくとも表面を生体高分子を拘束するように適合させる、請求項４５乃至５２のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５４】
前記マイクロ流体チャネルを閉じるキャップ層を前記絶縁層の上に更に備える、請求項４５乃至５３のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５５】
前記キャップ層は少なくとも２つの開口部を含み、各開口部は各支持部から離間した所定の距離に位置する、請求項５４に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５６】
前記支持基板と前記半導体フィン構造との間に配置される第２絶縁層を更に備える、請求項４５乃至５５のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５７】
パッシベーション層を、前記第１導電層の上であって、該第１導電層と前記第１絶縁層との間に更に備える、請求項４７乃至５６のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５８】
ナノワイヤの下であって、前記支持基板と該ナノワイヤとの間に位置する電極を更に備える、請求項４５乃至５７のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５９】
前記電極と前記ナノワイヤとの間に配置される第３絶縁層を更に備える、請求項５８に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項６０】
請求項４５乃至５９のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサを複数備え、
各ナノワイヤセンサは支持部を介して個々に指定することができる、
ナノワイヤセンサアレイ。
【請求項６１】
複数のマイクロ流体チャネルを更に備える、請求項６０に記載のナノワイヤセンサアレイ。
【請求項６２】
各ナノワイヤセンサを個々に指定する制御ユニットを更に備える、請求項６０又は６１に記載のナノワイヤセンサアレイ。
【請求項６３】
一つのナノワイヤセンサが基準として使用され、そして別のナノワイヤセンサが測定のために使用される、請求項６０乃至６２のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサアレイ。
【請求項６４】
請求項６０乃至６３のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサアレイを使用する検出方法であって、前記方法では、一つのナノワイヤセンサを基準として使用し、そして別のナノワイヤセンサを測定のために使用する、方法。
【請求項６５】
検体を検出する方法であって、前記方法は：
請求項４５乃至６３のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサの第１電気信号を測定する工程と；
前記ナノワイヤセンサを注目検体を含むと疑われるサンプルに接触させて前記検体を前記ナノワイヤに固定する工程と；
前記ナノワイヤの第２電気信号を測定し、測定した第１電気信号を第２電気信号と比較することにより、検体の有無を検出する工程と、
を含む、方法。
【請求項６６】
前記ナノワイヤの表面に、前記検体に結合する捕捉分子を設ける工程と；
次いで注目検体を含むと疑われるサンプルを前記捕捉分子に接触させて、前記検体と前記捕捉分子との間での複合体形成を可能にする工程と、を更に含む、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記第１電気信号と前記第２電気信号との差が閾値を超える場合、検体の存在が検出される、請求項６５又は６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記検体は生体高分子、生命体、または小型有機分子である、請求項６５乃至６７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサの分野に関し、特にナノワイヤを支持基板上に、かつ当該支持基板の上に半導体層が配置される状態で備えるセンサを形成する方法に関する。本発明は更に、ナノワイヤセンサ及びナノワイヤセンサアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノワイヤ及びカーボンナノチューブのような一次元ナノ構造は、非常に感度の高い超小型化された分子センサの有望な候補であると認識されている。詳細には、カーボンナノチューブ、シリコン（Ｓｉ）ナノワイヤ、酸化錫（ＳｎＯ２）ナノワイヤ、及び酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）ナノワイヤのような半導体ナノ構造を利用するセンサは、センサによる検出において、分子種が存在する状態の、または分子種が存在しない状態のナノ構造の表面電荷の変化の原理を利用するので特に有望である。
【０００３】
ナノワイヤの表面対容積比が大きいことによって、該ナノワイヤの導電性が表面付着種によって大きく変化するので、単一分子の検出が可能になる。しかしながら、「ボトムアップ」ナノ構造を利用する既存の研究のほとんどは、オーミックコンタクトの信頼性を高め、かつドーピング濃度の制御の信頼性を高める個々のナノ構造の移動及び位置決めを必要とする複雑な集積化によって制約を受けている。更に、検体の検出に使用することができる酵素、抗体、タンパク質、または生体高分子のような生物学的受容体の送達は、ナノ構造センサデバイスにおける困難な解決課題として残っている。同じ課題が、検出されるべく検体の送達に当てはまる。現在、送達は通常、シリンジポンプ、マイクロピペット、または原子間力顕微鏡（ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＦＭ）チップ先端（ディップペン）を使用することにより行なわれ、この操作は、ナノワイヤの位置を高精度で正確に特定する必要があるので、精度の悪い長時間を要する試行錯誤の作業になる。従って、このような送達方法は、研究所における実験にしか用いることができず、製品実現の観点からは有用ではない。
【０００４】
これらの問題を解決しようとする幾つかの試みが為されており、ナノワイヤを利用することによって流動環境における検出を可能にしようとしている。これらの試みの中でもとりわけ、種々の流体を供給して表面改質、固定化、検出、及び検査を行なう機能を搭載したバイオセンサがある。一つのアプローチが、特許文献１に記載されている。この出願には、サンプル露出領域と、そしてナノワイヤまたは官能化されたナノワイヤと、を有することにより、サンプルに含まれると疑われる検体の有無を検出するナノスケールデバイス、及び当該デバイスを使用する方法が開示されている。特許文献１では、ナノワイヤはセンサとして機能し、そしてナノワイヤが検体を含むと疑われるサンプルに接触すると特性変化を起こすことができる。この特許出願によれば、ナノワイヤは、金属被覆を触媒とする化学的気相成長（ＣＶＤ）及びレーザ蒸着による触媒薄膜成長により形成される。
【０００５】
特許文献１では、サンプル露出領域は、ナノワイヤに非常に近接するいずれの領域とすることもでき、この場合、サンプル露出領域のサンプルはナノワイヤの少なくとも一部に作用する。サンプル露出領域の一例が流体流動チャネルであり、そしてこの流体流動チャネルはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）溶液を鋳型に塗布することにより形成することができる。チャネルを作製し、そして表面に取り付けることができ、そして鋳型を取り外すことができる。別の構成として、チャネルは、マスターモデルをフォトリソグラフィを使用して製作し、そしてＰＤＭＳをマスターモデルに流し込むことにより形成することができる。ナノワイヤ及び流体チャネルは、上述の方法によって、同じデバイスに一緒に組み込まれる前に個別に形成される。
【０００６】
別のアプローチが、特許文献２に記載されている。この出願には、分子及び細胞を含む標的生体物質の検出に使用されるマイクロスケールのバイオセンサが開示されている。バイオセンサは、集積電子機能、流入−流出ポート、及び界面構造、病原体特異性の高感度検出機能を有するマイクロ流体システムであり、そして半導体界面での生体材料の処理を可能にする。詳細には、バイオセンサは検出チャンバを有し、検出チャンバは微小ウェルまたは微小キャビティであり、微小ウェルまたは微小キャビティは、マイクロ加工技術によってウェハ内に形成され、かつ微小ウェルまたは微小キャビティには標的微生物種の存在に起因するチャンバにおける電気特性または電気パラメータ（抵抗または位相のような）の変化を検出する電極のような検出素子が配設される。検出を行なうために、特許文献２では、集積化金属電極を利用し、これらの金属電極はインピーダンス測定の原理に基づいて動作する。センサを作製するために、特許文献２では、上面−側面処理を利用して、集積化金属電極を形成する。流体チャネルは、Ｓｉ内に、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用いた異方性エッチングを使用して形成される。センサは、約２マイクロメートルの寸法の病原性バクテリアの形態の微生物材料を検出するために効果的であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１１７６５９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００１／００５３５３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上に説明した先行技術によるデバイスの作製は、非常に面倒であり、かつ高コストである。従って、本発明の目的は、先行技術によるデバイスにおける上記した不具合の幾つかを有利に回避する、または軽減する、従来のセンサに取って代わるセンサを容易かつ低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ナノワイヤを支持基板の上に備えるセンサであって、第一の半導体層が支持基板上に配置されたセンサ、を形成する方法を提供する。本発明の方法は、第１半導体層からなり、かつ少なくとも２つの支持部と、そしてこれらの支持部の間に配置されるフィン部と、を含むフィン構造を形成する工程と；フィン構造の少なくともフィン部を酸化することにより、第１酸化膜層によって取り囲まれるナノワイヤを形成する工程と；そして第１絶縁層を支持部の上に形成する工程と、を含み；支持部及び第１絶縁層はマイクロ流体チャネルを構成する。本発明の方法は、センサを形成する簡単であり、かつコスト効率の高い方法となり得るが、これは、本発明の方法が従来のＳｉ（ＣＭＯＳ）技術に完全に対応することができ、かつ標準のＳｉ関連製造設備において実行することができるからである。これは、他のＣＭＯＳ回路を一緒に形成することにより信号処理を行なうことができるので、規模の縮小が可能になり、かつ生産コストの低減が可能であることを意味する。
【００１０】
ＣＭＯＳとの相性が良いこのタイプのナノワイヤは、ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｅｍｅｒｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ−Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓに掲載されたＡｊａｙ  Ａｇａｒｗａｌらによる「バルクシリコン及びＳＯＩウェハにおけるＳｉナノワイヤの輸送特性」と題する刊行物、及びＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｅｍｅｒｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ−Ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓに掲載されたＮ．  Ｓｉｎｇｈらによる「ゲートで完全に囲まれたシリコンナノワイヤｎ−ＭＯＳＦＥＴｓにおける室温クーロンブロッケード発振」と題する刊行物に開示されている。「バルクシリコン及びＳＯＩウェハにおけるＳｉナノワイヤの輸送特性」と題する刊行物には、ｎ型シリコンナノワイヤをバルク及びＳＯＩウェハ上に、標準のＣＭＯＳ対応技術を使用して形成する方法が開示され、そして当該刊行物は、ナノワイヤをマイクロ流体チャネルと一緒に集積化して、生体分子検出に適用することができることを示唆している。
【００１１】
ＣＭＯＳとの相性が良い別のタイプのナノワイヤが、「ゲートで完全に囲まれたシリコンナノワイヤｎ−ＭＯＳＦＥＴｓにおける室温クーロンブロッケード発振」と題する刊行物に開示されている。この刊行物には、ゲートで完全に囲まれたシリコンナノワイヤＮＭＯＳを半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハの上に形成するフルＣＭＯＳ対応製造方法が記載されている。
【００１２】
本発明の一の実施形態では、本発明の方法は更に、第１絶縁層を形成する前に、第２酸化膜層を支持部のコンタクト表面の上に形成する工程を含む。第２酸化膜層は通常、酸化シリコンであるが、酸化シリコンに制限されない。第２酸化膜層は約０．２ミクロン〜約１ミクロンの膜厚とすることができ、そしてナノワイヤを取り囲む第１酸化膜層よりも厚い。第２酸化膜層は、支持部を、後続の堆積工程を行なうために保護するように作用する。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、本発明の方法は更に、流体チャネルを含む第１絶縁層を形成する前に、第１導電層を第２酸化膜層のコンタクト表面の上に形成する工程を含む。
本発明の更に別の実施形態では、本発明の方法は更に、第１絶縁層を平坦化する工程と、そして第１絶縁層の一部を除去して、マイクロ流体チャネルの一部を形成することにより、ナノワイヤを取り囲む第１酸化膜層のコンタクト表面に対する処理を可能にする工程と、を含む。第１絶縁層の例として、これらには制限されないが、酸化シリコン、他のいずれかの誘電体材料、または例えばＳＵ８、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アセテート、Ｒｉｓｔｏｎ（リストン），Ｋａｐｔｏｎ（カプトン）、ポリイミド、及びポリエステルのようなポリマーを挙げることができる。第１絶縁層の一部を除去する工程では、例えば、これらには制限されないが、選択的にエッチングするか、または例えば現像液のような化学薬品の中で溶解させる。本発明の方法は更に、ナノワイヤを取り囲む第１酸化膜層を除去してナノワイヤを露出させる工程と、そしてマイクロ流体チャネルをキャップ層で閉じる工程と、を含む。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、本発明の方法は更に、フィン部に少なくとも一つのドーパントをドーピングする工程を含む。少なくとも一つのドーパントはｐ型またはｎ型のいずれかとすることができる。ｐ型ドーパントの例として、これらには制限されないが、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、及びインジウムを挙げることができ、そしてｎ型ドーパントの例として、これらには制限されないが、リン及び砒素を挙げることができる。フィン部にｎ型ドーパントをドーピングすることにより、ｎ型ナノワイヤが得られ、そしてフィン部にｐ型ドーパントをドーピングすることにより、ｐ型ナノワイヤを形成することができる。ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントからなる複合ドーパントをフィン部の個別部分にドーピングすることにより、Ｐ／Ｎダイオード接合を有するナノワイヤが得られる。ナノワイヤに異なるドーパントをドーピングした結果として得られる異なるナノワイヤセンサは異なる用途に使用することができる。Ｐ型ナノワイヤセンサ及びＮ型ナノワイヤセンサは互いに相補的である。特定の生物種がナノワイヤと接触してＰ型ナノワイヤの導電率を高めるように作用する場合、当該生物種はＮ型ナノワイヤの導電率を低くするように作用する。これは、信号が真正であり、ノイズではないことを示唆することになる。また、信号処理を容易にするためには、導電率の増加または減少が必要であり、この増減は、２つの導電型のナノワイヤセンサの内の一方の導電型のナノワイヤセンサを生物種または生物試料の特定の電荷に用いることにより実現する。更に、Ｐ／Ｎダイオード接合ナノワイヤセンサを使用して、温度変化を、生物活動または生物反応の位置で局部的に測定することができる。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、本発明の方法は更に、フィン部の一部を除去することによりギャップをフィン部に形成する工程を含む。本発明の別の実施形態では、本発明の方法は更に、フィン部の一部を誘電体材料で被覆する工程と、そしてシリサイド化プロセスをフィン部に対して行なう工程と、を含む。これらの工程を行なうことにより、本発明の方法によって、異なる導電型のナノワイヤをセンサに設けることができる。センサにおけるこれらナノワイヤの例として、ギャップを有するシリコンナノワイヤ及びギャップを有するシリサイド化ナノワイヤを挙げることができる。これらは、ナノギャップ型センサ（ｎａｎｏ−ｇａｐ  ｔｙｐｅｓ  ｏｆ  ｓｅｎｓｏｒ）とも呼ばれる。ナノワイヤセンサがギャップを有するシリコンナノワイヤを含む場合、これは、２つのシリコン電極の間にナノギャップを設けることができることを意味する。ナノワイヤセンサがギャップを有するシリサイド化ナノワイヤを含む場合、ギャップとして機能する半導体部分を２つの金属電極の間に設けることができる。ギャップよりも高い導電率を有する分子であればどのような分子でもこの場合、２つの電極を短絡させることにより検出することができる。この検出動作はオフモードまたはオンモードとして表現することができる。シリサイド化ナノギャップセンサは、センサが逆並列接続ダイオード構成になっているので、局部温度を記録または検出するために生物学的分析において使用することもできる。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、第２絶縁層は、支持基板と第１半導体層との間に配置される。これによって、ＳＯＩ構造が得られるが、これは、ＳＯＩ構造を、絶縁層が支持基板と第１半導体層との間に配置される構造により構成することができるからである。支持基板は、これらには制限されないが、シリコン、サファイア、ポリシリコン、酸化シリコン、及び窒化シリコンを含むことができる。第１半導体層は、これらには制限されないが、シリコン、砒化ガリウム及びシリコン−ゲルマニウムからなる群から選択される材料を含むことができる。第２絶縁層は、これらには制限されないが、酸化シリコン、ポリマー、及び誘電体材料を含むことができる。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、本発明の方法は更に、少なくとも２つの開口部をキャップ層に形成する工程を含み、キャップ層の各開口部は、各支持部から離れた或る距離に位置する。本発明の方法は更に、各開口部を第１導電層で充填することにより、各開口部から支持部のコンタクト表面に達する電気接続を形成する工程を含む。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、本発明の方法は更に、フィン構造全体を酸化する工程を含む。これにより、第１酸化膜層が支持部の周りに形成される。
本発明の別の実施形態では、本発明の方法は更に、第１半導体層を堆積させる前に第２半導体層を支持基板の上に堆積させる工程を含む。次に、第２半導体層からなる電極を形成し、そして電極はナノワイヤの下に位置する。本発明の方法は更に、フィン構造を形成する前に第３絶縁層を電極の上に堆積させる工程を含む。第２半導体層は、これらには制限されないが、シリコン、砒化ガリウム及びシリコン−ゲルマニウムを含むことができる。第３絶縁層は、これらには制限されないが、酸化シリコンまたは誘電体材料を含むことができる。
【００１９】
本発明の別の実施形態では、本発明の方法は更に、第１絶縁層を形成する前にパッシベーション層を第１導電層の上に形成する工程を含む。パッシベーション層は、これらには制限されないが、窒化シリコン、酸化シリコン、または酸化アルミニウムを含むことができる。
【００２０】
本発明は更に、ナノワイヤセンサを提供し、ナノワイヤセンサは、支持基板と、支持基板の上に配置される半導体フィン構造と、を備える。フィン構造は、少なくとも２つの半導体支持部と、そしてこれらの支持部の間に配置されるナノワイヤと；更に支持部のコンタクト表面の上の第１絶縁層と、を含む。支持部及び第１絶縁層はマイクロ流体チャネルを構成する。
【００２１】
ナノワイヤセンサの一実施形態では、ナノワイヤセンサは更に、第１酸化膜層を支持部のコンタクト表面の上であって該支持部のコンタクト表面と絶縁層との間に備える。
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤセンサは更に、第１導電層を第１酸化膜層のコンタクト表面の上であって該第１酸化膜層のコンタクト表面と絶縁層との間に備える。
【００２２】
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤは支持基板の上に位置し、これは、フィン部と支持基板との間に空間が存在するので、検体をナノワイヤ全体と全表面上で接触させることが可能であることを意味する。代替的に、ナノワイヤは支持基板の上に直接配置することができる。
【００２３】
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントにより構成される。ナノワイヤは、Ｐ／Ｎダイオード接合として形成することもできる。上述のように、ナノワイヤにｎ型ドーパントをドーピングすることによりｎ型ナノワイヤが得られ、そしてナノワイヤにｐ型ドーパントをドーピングすることによりｐ型ナノワイヤを形成することができる。ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントからなる複合ドーパントをナノワイヤの個別部分にドーピングすることにより、Ｐ／Ｎダイオード接合を有するナノワイヤが得られる。
【００２４】
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤはギャップを含む。
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤはシリサイド化される。
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤの少なくとも表面を、当該表面に捕捉分子を結合させるように適合させ、捕捉分子は、注目検体と結合可能となり、該注目検体とともに複合体を形成することができる。注目検体は、結合パートナー（ｂｉｎｄｉｎｇ  ｐａｒｔｎｅｒ）を含む、または生成することができるいずれかの化学化合物または生物化合物であり得る。ナノワイヤセンサを使用して（捕捉分子を使用して、または使用せずに）検出することができる生体高分子の例として、これらには制限されないが、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）分子、リボ核酸（ＲＮＡ）分子、ペプチド核酸（ＰＮＡ）、ｃＤＮＡ分子、または例えば１０〜５０個の塩基対（ｂｐ）を含む非常に短いオリゴヌクレオチドを挙げることができる。検出対象の核酸は２本鎖とすることができるが、１本鎖領域を少なくとも有することもできる、または、核酸が検出されるために、１本鎖として、例えば前の熱変性（鎖分離）の結果として存在する。この点に関して、検出対象の核酸の配列は、少なくとも部分的に、または全てを予め求めることができる、すなわち公知である。本発明のセンサを使用して検出することができる他の生体高分子は、タンパク質、ペプチド、または炭水化物分子である。タンパク質は、タンパク質中で通常の方法で観察される２０個のアミノ酸により構成することができるが、タンパク質は、非天然由来のアミノ酸を含むこともできるか、例えば糖残基（オリゴ糖）で修飾され得るものか、或いは翻訳後修飾体を含むことができる。更に、幾つかの異なる生体高分子ポリマーにより構成される複合体、例えば核酸及びタンパク質により構成される複合体を検出することもできる。タンパク質またはペプチドの例示的な例（本発明は勿論、この時点ではこれらの例に制限される）として、心筋梗塞の特定マーカである心筋トロポニンＩまたはＴのような生理学的状態を示唆するマーカータンパク質、または脳性ナトリウム利尿ペプチド（ｂｒａｉｎ  ｎａｔｒｉｕｒｅｔｉｃ  ｐｅｐｔｉｄｅ：ＢＮＰ）のようなナトリウム利尿ペプチドを挙げることができ、ナトリウム利尿ペプチドは、急性冠不全症候群または急性脳卒中を診断するためのマーカとして使用することができる。検体の他の例として、ヒト免疫不全ウィルス、肝炎ウィルス（例えば、Ａ型肝炎ウィルス，Ｂ型肝炎ウィルス，またはＣ型肝炎ウィルス）、デング熱ウィルスのようなウィルス類、または任意の生命系の細胞（例えば、哺乳類細胞、バクテリア細胞）といった生命体、または薬剤候補のような小型有機分子、或いはダイオキシンまたはＤＤＴのような環境毒素を、多数の注目検体の内のほんの幾つかの例として挙げることができる。適切な捕捉分子は、検体に応じて選択され、検体の有無、または状態が検査されることになる。例えば、検体が核酸である場合、捕捉分子は核酸分子とすることができ、核酸分子として、例えばこれらには制限されないが、約１０〜５０個の塩基対（ｂｐ）を含む短いオリゴヌクレオチドを挙げることができ、このオリゴヌクレオチドは、検出されるべき核酸の大部分相補的な、または該核酸と完全に相補的な配列部分を含む。検体がタンパク質、生命体、または小型有機分子である場合、捕捉分子は、（モノクロナールまたはポリクロナール）抗体のような免疫グロブリン、または所定の検体自体との特異的な結合親和性を有するそのフラグメントであり得る。代替的に、捕捉分子は、検体に付着されている標識物質と特異的結合親和性を有し得る。例えば、タンパク質のような検体を、通常に使用される、ジゴキシゲニンまたはビオチンのような標識基で標識することができ、そして捕捉分子は、ジゴキシゲニンと特異的な結合をする抗体、またはストレプトアビジン、或いはビオチンと特異的な結合をするアビジン、のようなタンパク質とすることができる。対応する捕捉分子の選択は、この技術分野において通常の技量を備える当業者の知識の範囲内で行なわれる。
【００２５】
ナノワイヤの表面は、例えば国際特許出願第ＷＯ２００５／０６６３４３号に記載されているプラズマエッチングによって修飾して、当該表面を結合に適する表面とすることができる。核酸分子の場合、検出されるべき核酸分子または捕捉分子のいずれかを、プラズマエッチングの後に固定することができる（国際特許出願第ＷＯ２００５／０６６３４３号を参照）。第１の事例では、捕捉分子は全く必要ではない。ナノワイヤの表面を修飾する他のアプローチでは、このような修飾が捕捉分子の固定に必要である場合には、当該表面を、エポキシ基またはアミン基のような反応基を有するシラン化合物によりシラン化し、この反応基を介して、対応する基（例えば、活性化カルボキシル基、ヒドロキシル基、またはチオール基）との共有結合が誘起され得る。適切なシラン分子は、一般化学式Ｘ−（ＣＨ２）ｐ−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３（Ｉ）で表わされるアルキルシリル化合物であることが好ましく、化学式（Ｉ）では、ｐは１〜２０の整数を表わし、そして１〜１０であることが好ましく、ＸはＮＨ２またはエポキシドのような反応性結合基であり、そしてシラン分子はナノワイヤの表面に、残基Ｒ１，Ｒ２，及びＲ３の内の少なくとも一つの残基によって固定され、これらの残基は、それぞれ独立して水素、ハロゲン、ＯＲ’，ＮＨＲ’，ＮＲ’Ｒ”とすることができ、Ｒ’及びＲ”はアルキルである（通常、メチル、エチル、プロピル、ブチルなどであり、ｎ＝０〜５であることが好ましく、ｎ＝０〜２であることが特に好ましい）。これらのような化合物は、例えばＡＢＣＲ／Ｇｅｌｅｓｔから市販されている（もっと簡単な化合物もＦｌｕｋａまたはＡｌｄｒｉｃｈから市販されている）。これらの化合物は、シリコンに基づくナノワイヤを使用する場合に特に有利である。この場合、共有結合がシラン分子群の間にナノワイヤの表面のフリーのヒドロキシ基を介して形成される。適切なシラン化合物の他の例示的な例として、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン−テトラメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）または（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン−テトラメトキシシランをほんのわずかな例として挙げることができる。ＡＰＴＭＳシラン化を使用する対応するアプローチは、Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ，Ｏｃｔ  １，２００５に掲載されたＤｉ  Ｐｉｅｔｒｏらによる「シリコン表面へのオリゴヌクレオチドの固定」と題する論文に記載されている。ナノワイヤ表面をこのようなシラン化合物によって修飾する手法は、抗体のような捕捉分子を抗体上のビオチンのような小さいリガンドに固定する方法にも適している。例えば、エポキシド基を有するシラン化合物が最初にＮ−ヒドロキシスクシニミド（ＮＨＳ）活性化二官能性エステルと反応し、次にこのエステルが、従来の結合を介して（例えば、カーボジイミドを用いて）、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カーボジイミド（ＥＤＣ）により、所望の検体の捕捉分子として機能する抗体と反応し得る。これらの結合方法は当該技術分野では公知であり、かつ当該技術分野において通常の技量を備える当業者の能力の範囲に含まれる。ナノワイヤの表面はまた生体親和性を有する結合層によって被覆することができ、生体親和性を有する結合層は、捕捉分子をナノワイヤの表面に結合させることが可能である。使用することができ、かつ生体親和性を有する層の例として、コラーゲン（タイプＩ、ＩＩＩまたはＶ）、キトサン、ヘパリンだけでなく、フィブロネクチン、デコリン、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパラン硫酸、及び成長因子（ＴＧＦβ，ｂＦＧＦ）のような更に別の成分を挙げることができる。生体親和性を有する結合層の別の例としてアミノシラン膜を挙げることができ、アミノシラン膜には、捕捉分子として機能するチオール修飾されたデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）オリゴマーを、例えばチオール反応性成分及びアミノ反応性成分の両方を含むヘテロ二官能性架橋分子を介して固定することができる。
【００２６】
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤセンサは更に、マイクロ流体チャネルを閉じるキャップ層を絶縁層の上に備える。
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、キャップ層は少なくとも２つの開口部を含み、各開口部は各支持部から離れた或る距離に位置する。
【００２７】
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤセンサは更に、支持基板と半導体フィン構造との間に配置される第２絶縁層を備える。
ナノワイヤセンサの更に別の実施形態では、ナノワイヤセンサは、第１導電層の上であって該第１導電層と第１絶縁層との間にパッシベーション層を備える。
【００２８】
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤセンサは更に電極を備える。当該電極は、ナノワイヤの下であって支持基板と該ナノワイヤとの間に位置する。
ナノワイヤセンサの別の実施形態では、ナノワイヤセンサは更に、電極とナノワイヤとの間に配置される第３絶縁層を備える。
【００２９】
本発明は更に、ナノワイヤセンサを複数備えるナノワイヤセンサアレイを提供し、各ナノワイヤセンサは支持部を介して個々に指定することができる。
ナノワイヤセンサアレイの一実施形態では、アレイは複数のマイクロ流体チャネルを備える。
【００３０】
ナノワイヤセンサアレイの別の実施形態では、アレイは、各ナノワイヤセンサを個々に指定する制御ユニットを備える。
ナノワイヤセンサアレイの更に別の実施形態においては、アレイでは、一つのナノワイヤセンサが基準として使用され、そして別のナノワイヤセンサが測定のために使用される。
【００３１】
本発明は更に、ナノワイヤセンサアレイを使用する検出方法を提供する。当該方法では、一つのナノワイヤセンサを基準として使用し、そして別のナノワイヤセンサを測定のために使用する。
【００３２】
本発明は更に、検体を検出する方法を提供する。当該方法は、ナノワイヤセンサの第１電気信号を測定する工程と、ナノワイヤセンサを、注目検体を含むと疑われるサンプルに接触させて検体をナノワイヤに固定する工程と、ナノワイヤの第２電気信号を測定し、そして測定した第１電気信号を第２電気信号と比較することにより、検体の有無を検出する工程と、を含む。
【００３３】
検体を検出する方法の別の実施形態では、当該方法は更に、ナノワイヤの表面に、検体を結合する捕捉分子を設ける工程と；そして次に、注目検体を含むと疑われるサンプルを捕捉分子に接触させて、検体と捕捉分子との間での複合体形成を可能にする工程と、を含む。
【００３４】
検体を検出する方法の別の実施形態では、第１電気信号と第２電気信号との差が閾値を超える場合、検体の存在が検出される。
検体を検出する方法の別の実施形態では、検体は生体高分子、生命体、または小型有機分子である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるナノワイヤセンサの上面図を示す。
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図２Ｂ】２Ｂ−１及び２Ｂ−２は、本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図２Ｃ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図２Ｄ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図２Ｅ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図２Ｆ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図２Ｇ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図２Ｈ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図２Ｉ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態による、支持基板上に配置される第１半導体層を有する支持基板の上にナノワイヤを備えるセンサを形成する方法のフローチャートを示す。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態による貫通ビアをキャップ層の上に有するナノワイヤセンサの上面図を示す。
【図４Ｂ】本発明の第２の実施形態によるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図５Ａ】本発明の第３の実施形態によるボンディングパッド開口部をキャップ層の上に有するナノワイヤセンサの上面図を示す。
【図５Ｂ】本発明の第３の実施形態によるナノワイヤセンサの断面図を示す。
【図６Ａ】配置が構造的に異なるナノワイヤを示す。
【図６Ｂ】配置が構造的に異なるナノワイヤを示す。
【図６Ｃ】配置が構造的に異なるナノワイヤを示す。
【図６Ｄ】配置が構造的に異なるナノワイヤを示す。
【図６Ｅ】配置が構造的に異なるナノワイヤを示す。
【図６Ｆ】配置が構造的に異なるナノワイヤを示す。
【図７Ａ】異なる機能タイプのナノワイヤを示す。
【図７Ｂ】異なる機能タイプのナノワイヤを示す。
【図７Ｃ】異なる機能タイプのナノワイヤを示す。
【図７Ｄ】異なる機能タイプのナノワイヤを示す。
【図８】ナノワイヤセンサアレイを模式的に示す。
【図９Ａ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｂ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｃ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｄ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｅ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｆ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｇ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｈ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｉ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｊ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｋ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｌ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｍ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図９Ｎ】本発明の第１の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイのそれぞれの上面図及び断面図を示す。
【図１０】流体チャネル形成の異なるプロトタイプを示す。
【図１１】キャップ層で覆われる流体チャネルの上面図を示す。
【図１２Ａ】基準ナノワイヤアレイ及び流体チャネルを有する異なる多重化ナノワイヤセンサアレイ方式を示す。
【図１２Ｂ】基準ナノワイヤアレイ及び流体チャネルを有する異なる多重化ナノワイヤセンサアレイ方式を示す。
【図１３Ａ】４つの異なる表面修飾法を異なる流体チャネルに適用する多重化ナノワイヤアレイ、及び単一の基準ナノワイヤアレイを示す。
【図１３Ｂ】４つの異なる表面修飾法を単一の流体チャネルに適用する多重化ナノワイヤアレイ、及び多重化基準ナノワイヤアレイを示す。
【図１４Ａ】ナノワイヤセンサアレイ方式の他の実施形態を示す。
【図１４Ｂ】ナノワイヤセンサアレイ方式の他の実施形態を示す。
【図１５】本発明の第１の実施形態に従って形成される解放された単一のナノワイヤセンサを示す。
【図１６Ａ】三角形断面を示すＳｉナノワイヤの高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）像を示す。
【図１６Ｂ】円形断面を示すＳｉナノワイヤのＨＲＴＥＭ像を示す。
【図１７】１００本のナノワイヤを有するシリコンナノワイヤアレイの全体図を示す。
【図１８】流体チャネルを形成する前のシリコンナノワイヤアレイの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。
【図１９Ａ】垂直方向及び水平方向に配置されるＳｉナノワイヤのアレイの異なる図を示す。
【図１９Ｂ】垂直方向及び水平方向に配置されるＳｉナノワイヤのアレイの異なる図を示す。
【図２０】ナノワイヤセンサアレイのナノワイヤの電気特性を示す。
【図２１Ａ】異なる寸法を有し、かつ流体チャネルに一体化される形成済みのシリコンナノワイヤアレイを示す。
【図２１Ｂ】異なる寸法を有し、かつ流体チャネルに一体化される形成済みのシリコンナノワイヤアレイを示す。
【図２１Ｃ】異なる寸法を有し、かつ流体チャネルに一体化される形成済みのシリコンナノワイヤアレイを示す。
【図２１Ｄ】異なる寸法を有し、かつ流体チャネルに一体化される形成済みのシリコンナノワイヤアレイを示す。
【図２２Ａ】ＳｉＯ２に埋め込まれたｎ型シリコンナノワイヤを示す。
【図２２Ｂ】ＳｉＯ２に埋め込まれたｎ型シリコンナノワイヤに関して測定される導電率変化対ｐＨのグラフを示す。
【図２３】導電率変化対シリコンナノワイヤ幅のグラフを示す。
【図２４Ａ】別のＳｉＯ２層によって被覆されるＳｉＯ２に埋め込まれたｎ型シリコンナノワイヤを示す。
【図２４Ｂ】別のＳｉＯ２層によって被覆されるＳｉＯ２に埋め込まれたｎ型シリコンナノワイヤに関して測定される、異なるｐＨの緩衝溶液の有無の状態でのナノワイヤの導電率対ゲート電圧（Ｖｇ）の変化のグラフを示す。
【図２５】ＤＮＡ付着前後のナノワイヤセンサに関して測定される電流（Ａ）−電圧（Ｖ）のグラフを示す。
【図２６Ａ】プローブＤＮＡの官能化及びＤＮＡハイブリダイゼーションを図式的に示す。
【図２６Ｂ】ｓｓＤＮＡとハイブリダイズするＤＮＡプローブがｐ型及びｎ型シリコンナノワイヤアレイに固定されるときの導電率変化のボックスプロットを示す。
【図２７】ｎ型シリコンナノワイヤアレイに付着するプローブＤＮＡの異なる濃度に対応する導電率変化のボックスプロットを示し；差し込み図は、１ｐＭの濃度を有する相補的なＤＮＡがハイブリダイズするときの導電率変化のボックスプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下の図は、本発明の種々の例示的な実施形態を示している。しかしながら、本発明は、次の図に示される例示的な実施形態に制限されず、そして以下の記述において更に説明されることに留意されたい。
【００３７】
ナノワイヤを支持基板の上に備えるセンサであって半導体層が該支持基板上に配置されたセンサの例示的な実施形態について、添付の図を参照しながら以下に詳細に記載する。更に、以下に記載される例示的な実施形態は種々の態様において、本発明の趣旨を変えない限り変更することができる。
【００３８】
図１は、本発明の第１の実施形態にしたがって、半導体材料から作製され、かつ流体チャネル１０６に一体化される単一のナノワイヤ１０４を備えるナノワイヤセンサ１０２の上面図を示す。ナノワイヤセンサ１０２は、スタンドアローン型デバイス用の、または他のラブオンチップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ：ＬＯＣ）アプリケーション用のブロックソリューション（ｂｌｏｃｋ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）として機能することができる。図１によれば、ナノワイヤ１０４は流体チャネル１０６を跨いで配置され、かつ２つの対応する端部を有する。ナノワイヤ１０４の各端部は、半導体材料により作製される対応する支持部（図示せず）に接続され、かつ支持部によって支持される。ナノワイヤ１０４の各端部は更に、対応する電気コンタクトパッド１１０に支持部を介して接続される。流体チャネル１０６は流入ポート１１２及び流出ポート１１４を有し、これらのポートのいずれか、または両方は、ＬＯＣの他のブロックとの接続を行ない、そして他のブロックからの接続を行なうことができる。
【００３９】
次に、種々の形成工程におけるセンサ１０２の図１に示すラインＸ−Ｘに沿った断面を図２Ａ〜２Ｉに示す。図１に関して既に説明した特徴をここで再度説明することはしない。再度説明はしないが、同じ参照記号は同じ構成要素を指す。
【００４０】
図２Ａは、開始構造であるＳＯＩ構造１１６を示している。ＳＯＩ構造１１６は、支持基板１２２から垂直方向に絶縁層または埋め込み酸化膜（ｂｕｒｉｅｄ  ｏｘｉｄｅ：ＢＯＸ）層１２０によって離間される半導体素子層１１８を含む。ＢＯＸ層１２０は素子層１１８を支持基板１２２から電気的に絶縁する。ＳＯＩ構造１１６は、ウェハ接合法、または酸素イオン注入分離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｘｙｇｅｎ：ＳＩＭＯＸ）法のようないずれかの標準的な方法により形成することができる。
【００４１】
図２Ａの本発明の例示的な実施形態では、素子層１１８は通常Ｓｉ（シリコン）であるが、いずれかの適切な半導体材料により形成することができ、適切な半導体材料として、これらには制限されないが、ポリシリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、ゲルマニウムまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を挙げることができる。素子層１１８に最初にｎ型ドーパントをドーピングして、当該素子層をｎ型層にする、またはｐ型ドーパントをドーピングして、当該素子層をｐ型層にすることができる。素子層１１８の膜厚は通常、約２ナノメートル〜約１マイクロメートルの範囲である。支持基板１２２はいずれかの適切な半導体材料により形成することができ、適切な半導体材料として、これらには制限されないが、Ｓｉ、サファイア、多結晶シリコン（ポリシリコン）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を挙げることができる。ＢＯＸ層１２０は通常、絶縁層である。ＢＯＸ層１２０として通常、約２ナノメートル〜約数マイクロメートルの範囲の膜厚を有するＳｉＯ２系のテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）、シラン（ＳｉＨ４）、またはＳｉ熱酸化物、ガラス、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、或いはシリコンカーバイドを挙げることができるが、これらの材料に制限されない。
【００４２】
Ｓｉ素子層１１８を含むＳＯＩウェハ１１６を開始材料として提供した後の中間工程では、フォトレジスト層（図示せず）をＳｉ素子層１１８の上面に塗布する、またはコーティングする。次に、フォトレジスト層をパターニングして、２つの支持部の間に配置されるＦＩＮ部を標準のフォトリソグラフィ法により形成する。次に、パターニング済みのフォトレジスト層をマスクとして使用して、Ｓｉ素子層１１８の内、マスクによって被覆されない部分を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のような異方性エッチングプロセスによりエッチング除去する。
【００４３】
図２Ｂ−１では、対応するＳｉ支持部１０８の間に配置され、かつ対応するＳｉ支持部１０８に各端部で接続されるシリコン（Ｓｉ）ＦＩＮ部１２６により構成されるシリコンＦＩＮ構造１２８がＢＯＸ層１２０の上に形成されている。シリコンＦＩＮ部１２６は、対応するＳｉ支持部１０８を連結するブリッジとして機能する。図２Ｂ−２は、ＦＩＮ構造の上面図を示している。Ｓｉ支持部１０８は通常、シリコンＦＩＮ部１２６と比較すると、相対的に広い幅寸法のブロックである。図２Ｂ−２は、シリコンＦＩＮ部１２６が２つのＳｉ支持部１０８の間の中央に配置される様子を示している。別の構成として、シリコンＦＩＮ部１２６は、２つのＳｉ支持部１０８のいずれかの側に偏って配置することもできる。結果として得られるＦＩＮ構造１２８は、ＦＩＮＦＥＴ構造におけるソース領域とドレイン領域とを接続するＦＩＮ部に類似する。この種類のＦＩＮＦＥＴ構造は、例えば米国特許第６，７６４，８８４号明細書及び米国特許第６，８８５，０５５号明細書に記載されている。ＦＩＮＦＥＴ構造１２８を形成した後、フォトレジスト層をフォトレジスト剥離装置（ＰＲＳ）によって除去するか、または剥離する。フォトレジスト剥離または単に「レジスト剥離」とは、ウェハからの不要なフォトレジスト層の除去である。フォトレジスト剥離の目的は、使用する化学物質によりフォトレジスト下の表面材料が攻撃を受けないように、当該フォトレジスト材料をウェハから出来る限り迅速に除去することにある。この点に関して、他のいずれかの適切な技術またはプロセスを使用することにより、ＢＯＸ層１２０上の２つのＳｉ支持部１０８の間に配置されるシリコンＦＩＮ部１２６を含むＦＩＮ構造１２８の形成に関する柔軟性を高めることもできる。
【００４４】
次に、２つのＳｉ支持部１０８の間に配置されるシリコンＦＩＮ部１２６を含む構造１２８に、自己制限酸化処理（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を施す。Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ  １５（６），Ｎｏｖ／Ｄｅｃ  １９９７に掲載されたＪａｋｕｂ  Ｋｅｄｚｉｅｒｓｋｉ及びＪｅｆｆｅｒｙ  Ｂｏｋｏｒによって説明されているように、自己制限酸化は、これらに制限されないが、Ｓｉ、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、多結晶シリコン、及び多結晶ゲルマニウムのような半導体材料を乾燥酸素（Ｏ２）雰囲気中で約８００℃〜約１２００℃の概略温度範囲で、かつ約２時間〜約１０時間の処理時間に亘って酸化して、ＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜によって取り囲まれるＳｉコアを形成する処理である。自己制限酸化処理の間、Ｓｉが酸化されてＳｉＯ２となる。ＳｉＯ２はＳｉよりも大きい容積を占有するので、酸化が進行するにつれて、新たに形成される内側酸化膜層が、既に形成されている酸化膜層を外側に押し出すようになる。ＳｉＯ２の粘性が高いことによって、外側酸化膜層の半径方向の塑性変形が起こり難くなり、その結果、大きな法線応力がＳｉ−ＳｉＯ２界面に戻る方向に発生する。Ｓｉ界面での法線応力は、ＳｉからＳｉＯ２への遷移がエネルギー的に有利ではなくなることにより酸化速度を遅くするように作用する。最終的に、所定の半径では、酸化が非常に遅い速度で行なわれるようになって、ＳｉＯ２膜またはＳｉＯ２部によって取り囲まれる一つ以上の薄いＳｉコアにより構成される酸化を受けた構造が得られる。Ｓｉコアの数及び寸法は、酸化の温度及び時間によって変わり、そして対応する実験条件及び初期構造のアスペクト比を設定することにより制御することができる。
【００４５】
図２Ｃでは、別のＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３８によって取り囲まれる２つの厚いＳｉコア１３４の間に配置されるＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３６によって取り囲まれる薄いＳｉコア１３２により構成される酸化済み構造１３０が、自己制限酸化処理が構造１２８全体に施された後に形成される。この処理によって、２つのＳｉ支持部１０８の間に配置されるシリコンＦＩＮ部１２６を含む構造１２８を、別のＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３８によって取り囲まれる２つの厚いＳｉコア１３４の間に配置されるＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３６によって取り囲まれる薄いＳｉコア１３２により構成される酸化済み構造１３０に変化させる。ＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３６によって取り囲まれるＳｉコア１３２は、シリコンＦＩＮ部１２６を酸化した結果として形成される。ＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３８によって取り囲まれる２つの厚いＳｉコア１３４は、２つのＳｉ支持部１０８を酸化した結果として形成される。
【００４６】
しかしながら、酸化はシリコンＦＩＮ部１２６のみに限定することもできる（図２Ｃには示されない）。シリコンＦＩＮ部１２６のみに酸化を施すことにより、ＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３６によって取り囲まれる薄いＳｉコア１３２の寸法が小さくなる。薄いＳｉコア１３２は対応する端部で、酸化されない２つのＳｉ支持部１０８によって支持される。これらの実施形態のいずれも、要求条件に依存して実現され得る。
【００４７】
自己制限酸化処理が行なわれる上述の両実施形態では、薄いＳｉコア１３２は、ｂｏｘ層１２０の上に、または上方に、かつ未酸化Ｓｉ支持部１０８の間の、またはＳｉ支持部１０８の結果として得られるＳｉコア１３４の間のいずれかの高さに位置させることができる。薄いＳｉコア１３２は最終的に、本発明におけるナノワイヤ１０４を構成する。
【００４８】
自己制限酸化処理の後、ＳｉＯ２層１２４が、図２Ｄに示されるように、酸化済み構造１３０の上に堆積している。このＳｉＯ２層１２４は、薄いＳｉコア１３２を取り囲むＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３６、及び厚いＳｉコア１３４を取り囲むＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３８と同じとすることができる。しかしながら、ＳｉＯ２層１２４は、対応するＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３６，１３８と比較して相対的に厚く、かつ２つの厚いＳｉコア１３４を、後続の金属堆積またはエッチングプロセスの影響を受けないように保護するべく機能する。ＳｉＯ２層１２４及びそれぞれのＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３６，１３８は、これらのＳｉＯ２が同じ材料により構成される場合には融合させることができる。
【００４９】
中間工程では、ＳｉＯ２層１２４を堆積させた後、フォトレジスト層（図示せず）をＳｉＯ２層１２４上に堆積させる。標準のフォトリソグラフィ法により、コンタクト開口部またはコンタクト凹部をフォトレジスト層に形成して、Ｓｉ支持部１０８の対応する上面を覆うＳｉＯ２層１２４に対する処理、または２つの厚いＳｉコア１３４を取り囲むＳｉＯ２１３８を覆うＳｉＯ２層１２４に対する処理を可能にする。ＳｉＯ２層１２４の一部、及び２つの厚いＳｉコア１３４を取り囲むＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜１３８を更にエッチングして、２つの厚いＳｉコア１３４の一部を露出させる。
【００５０】
次に、図２Ｅでは、約１０００〜１５０００オングストロームの導電層１４０をコンタクト開口部に入り込むように堆積させ、導電層１４０の一部を２つの厚いＳｉコア１３４と接触させる。例示的な実施形態では、導電層１４０の内、厚いＳｉコア１３４と接触する部分の各々は、０．１８μｍ（ミクロン）のビアまたはホールとすることができる。導電層１４０は通常、金属または金属合金である。金属としては、これらには制限されないが、例えばアルミニウム、種々の比率のＳｉ、銅（Ｃｕ）で合金化されたアルミニウム、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、またはこれらの金属の組み合わせを挙げることができる。導電層１４０を堆積させた後、コンタクトライン（図２Ｅには示さず）が更に、コンタクト開口部から電気コンタクトパッド１１０（図１に示す）に達するように、標準のフォトリソグラフィ法及び金属エッチング法を使用して画定される。次に、フォトレジスト層をフォトレジスト剥離装置によって除去するか、または剥離する。
【００５１】
導電層１４０をコンタクト開口部の中に入り込むように堆積させた後、パッシベーション層１４１を導電層１４０の上に図２Ｅに示すように堆積させる。パッシベーション層１４１は、いずれかの適切な半導体材料により形成することができ、適切な半導体材料として、Ｓｉ、サファイア、多結晶シリコン（ポリシリコン）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）または窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）を挙げることができる。パッシベーション層は、金属ラインとテスト溶液とが、いかなる反応をも起こらないように保護し、更に薄いＳｉコアまたはナノワイヤ以外の領域における検体または分子の非特異的な結合の低減を助ける。
【００５２】
次に、図２Ｆでは、約１マイクロメートル〜約数百マイクロメートルの範囲の膜厚の絶縁層１４２をパッシベーション層１４１の上であって、かつ薄いＳｉＯ２コア１３２を取り囲むＳｉＯ２部１３６の上面を覆うＳｉＯ２層１２４の上に堆積させる。絶縁層１４２は、例えば酸化膜層（ＳｉＯ２のような）、ＳＵ８、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アセテート、Ｒｉｓｔｏｎ（リストン），Ｋａｐｔｏｎ（カプトン）、ポリイミド、及びポリエステルのようなポリマー、または他の誘電体材料とすることができる。絶縁層１４２の膜厚は、この工程の後にチャネルを形成するためのいくらかの深さを提供する。堆積後、絶縁層１４２は、研磨プロセスを使用して更に平坦化することができ、研磨プロセスとしては、化学的機械研磨（ＣＭＰ）、化学的研磨、機械的研磨、またはイオンミリングを挙げることができる。研磨プロセスによって平坦な表面が得られるのでキャップ層を更に堆積させることができる。しかしながら、ＳＵ８のようなポリマーの場合、平坦化は必要ではない。
【００５３】
別の中間工程では、更なるフォトレジスト層（図示せず）を絶縁層１４２の上に堆積させる。フォトレジスト層を標準のフォトリソグラフィ法によりパターニングさせ、チャネル１０６が絶縁層１４２内に形成される予定の領域の上に開口部を形成する。図２Ｇでは、フォトレジスト層をマスクとして使用して、絶縁層１４２の一部を、ドライエッチングのようなエッチングプロセスによってエッチング除去してチャネル１０６を形成することにより、薄いＳｉコア１３２を取り囲むＳｉＯ２部１３６の上面に対する処理が可能になるが、ＳｉＯ２部１３６は薄いＳｉコア１３２の位置に残る。ドライエッチングは、いずれの液体化学物質またはエッチャントも利用することなく材料をウェハから除去して、揮発性の副生成物のみが処理において生成されるようなエッチングプロセスである。ドライエッチングは、次の処理のいずれの処理によっても行なうことができる：１）材料を化学反応ガスまたはプラズマを用いて除去する化学反応を利用する処理；２）材料を通常、運動量伝達によって物理的に除去する処理；または３）物理的除去及び化学反応の両方を組み合わせた処理。例示的な実施形態では、絶縁層１４２が、例えばＳＵ８のようなポリマーの場合、別のフォトレジスト層を堆積させることにより、またはコーティングすることにより、開口部を形成した後の工程でチャネル１０６を形成するという必要はなくなるが、これは、ＳＵ８がある種のフォトレジストであるという理由による。紫外（ＵＶ）光または電子ビームを、マスクを介して照射することができ、そして現像及び焼き締め後、チャネル１０６を絶縁層１４２内に形成することができる。
【００５４】
ドライエッチング工程の後、フォトレジスト層（フォトレジスト層が前の時点で堆積している場合）を次に、フォトレジスト剥離装置によって全て除去する、または剥離する。薄いＳｉコア１３２を周囲のＳｉＯ２部１３６から解放するために、ウェットエッチングのようなエッチングプロセスを使用する。ドライエッチングとは異なり、ウェットエッチングは、化学エッチャントを入れた液槽にウェハを浸すことによる材料の除去である。化学エッチャントは、例えば希フッ酸、緩衝酸化物エッチャント（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｔｃｈ：ＢＯＥ）のような緩衝フッ酸、（ＨＦ）、及びフッ酸蒸気を含むフッ化水素酸（ＨＦ）とすることができるが、ＳｉＯ２を除去する他のいずれかの適切なエッチャントを使用することができる。しかしながら、薄いＳｉコア１３２の周りのＳｉＯ２部１３６はエッチングプロセスによって完全に除去しなくてもよいことに注目されたい。ＳｉＯ２部１３６は、薄いＳｉコア１３２の上で数ナノメートルに薄くすることができる、または薄いＳｉコア１３２の表面から、例えば上面から、薄いＳｉコア１３２の底面がＳｉＯ２部１３６と接触したままの状態で部分的に除去することができる。この構造は、物理的強度を薄いＳｉコア１３２に付与するように作用することができる。エッチング工程の後、図２Ｈから、結果として得られる構造が薄いＳｉコア１３２（このコアがナノワイヤ１０４を構成する）を含み、薄いＳｉコア１３２はチャネル１０６に収容されるＳｉＯ２部１３６によって被覆することができる、または被覆しなくてもよいことが分かる。
【００５５】
図２Ｉでは、薄いＳｉコア１３２またはナノワイヤ１０４を解放した後に更に、キャップ層１４４を絶縁層１４２の上面に堆積させる。キャップ層１４４はいずれかの適切な材料により形成することができ、適切な材料としては、これらには制限されないが、シリコン、ガラス、シリカ、有機ポリマー、またはＰＤＭＳを挙げることができる。キャップ層１４４は、流体入力ポート及び出力ポートを含むことができ、かつ薄いＳｉコア１３２またはナノワイヤ１０４を収容するチャネル１０６を閉じ込めるように機能することができる。別の実施形態では、キャップ層１４４は、絶縁層１４２内の流体チャネル１０６を補完する開口部またはチャネルを有することにより、相対的に大きなチャネルを実現して、相対的に多くの量の流体がチャネルを流れることができるようにすることもできる。この工程によって、薄いＳｉコア１３２またはナノワイヤ１０４、及び流体チャネル１０６を含む集積センサデバイスが完成する。
【００５６】
支持基板上にナノワイヤを含むセンサであって、半導体層が図２Ａ〜２Ｉに示す支持基板の上に配置された状態で備えるセンサを形成する方法３００のフローチャートを図３に示す。方法３００は、ＳＯＩ構造１１６を開始材料として提供する工程３０２から始まり、ＳＯＩ構造１１６はＳｉ素子層１１８を含み、Ｓｉ素子層１１８は、支持基板１２２から埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層１２０によって垂直方向に分離される。次に、工程３０４では、フォトレジスト層を素子層１１８の上面にコーティングする。次に、フォトレジスト層をパターニングして、２つの支持部の間に配置されるＦＩＮ部を標準のフォトリソグラフィ法により形成する。ＦＩＮパターンフォトレジスト層をマスクとして使用して、Ｓｉ素子層１１８の内、マスクによって被覆されない部分をエッチング除去することにより、ＢＯＸ層１２０上の２つのＳｉ支持部１０８の間に配置されるシリコンＦＩＮ１２６により構成される構造１２８が実現する。工程３０６では、シリコンＦＩＮ１２６を２つのＳｉ支持部２２０の間に含む構造１２８に更なる自己制限酸化処理を施すことにより、２つの厚いＳｉコア１３４を、これらのコアの間に薄いＳｉコア１３２が配置された状態で含む酸化済み構造１３０が得られ、この場合、全てのコアがＳｉＯ２部１３６，１３８によって取り囲まれる。次に、工程３０８では、酸化膜層１２４を酸化済み構造１３０の上に堆積させる。次に、工程３１０では、コンタクト開口部を形成して、金属層１４０を、２つの厚いＳｉコア１３４を取り囲むＳｉＯ２部１３８の対応する上面を覆うＳｉＯ２層１２４の上に更に堆積させ、この場合、金属層１４０の一部が２つの厚いＳｉコア１３４と接触する。更に別のパッシベーション層１４１を金属層１４０の上に堆積させる。次に、工程３１２では、絶縁層１４２をパッシベーション層１４１の上に、かつ薄いＳｉコア１３２を取り囲むＳｉＯ２部１３６の上面を覆うＳｉＯ２層１２４の上に堆積させる。絶縁層１４２を更に平坦化させる。しかしながら、絶縁層１４２がＳＵ８のようなポリマーを含む場合、平坦化は必要ではない。工程３１４では、絶縁層１４２の一部を、ドライエッチングによりエッチングしてチャネル１０６を形成することにより、薄いＳｉコア１３２を取り囲むＳｉＯ２部１３６の上面に対する処理が可能になるが、ＳｉＯ２部１３６は薄いＳｉコア１３２の位置に残る。次に、工程３１６では、薄いＳｉコア１３２を取り囲むＳｉＯ２部１３６をウェットエッチングによりエッチングして、ナノワイヤ１０４またはセンサ素子を解放する。最後に、工程３１８では、チャネル１０６に、例えばガラスまたはＰＤＭＳのような適切なキャップ基板を使用して蓋をする。
【００５７】
種々のキャップ構造がチャネルを閉じるために提案されている。図４Ａは、本発明の第２の実施形態によるキャップ構造を用いるセンサ１０２の上面図を示し、そして図４Ｂは、図４Ａのセンサ１０２をラインＸ−Ｘで切断したときの断面を示している。本発明の第２の実施形態による図４Ａ及び図４Ｂに示すキャップ構造は、本発明の第１の実施形態による図１に示すキャップ構造とは異なる。図４Ａに示すセンサ１０２では、ナノワイヤ１０４が流体チャネル１０６を跨いで配置され、そして２つの端部を有する。ナノワイヤ１０４の各端部は導電層１４０を介して貫通ウェハビア１４６に接続される。流体チャネル１０６は流入ポート１１２及び流出ポート１１４を有し、これらのポートのいずれかのポート、または両方のポートはＬＯＣの他のブロックとの接続を行ない、そして他のブロックからの接続を行なうことができる。図４Ｂでは、キャップ層１４４は大きいサイズの貫通ウェハビア１４６を有する薄型ウェハとすることができる。貫通ウェハビア１４６は、標準のフォトリソグラフィ法及びエッチング法により形成することができる。その後、貫通ウェハビア１４６に導電層１４０を充填することにより、各ビア１４６から対応する厚い各Ｓｉコア１３４への電気接続を形成する。ナノワイヤ１０４の各端部は対応する厚いＳｉコア１３４によって支持される。図４Ａ及び図４Ｂでは、キャップ層１４４の各貫通ウェハビア１４６は対応する厚い各Ｓｉコア１３４から、従ってナノワイヤ１０４から所定の距離だけ離間して位置する。この配置の一つの利点は、導電層１４０を堆積させる前に貫通ウェハビア１４６を形成している間に生じ得る位置合わせのずれを排除することができる点にある。これらのビア１４６がナノワイヤ１０４に極めて近く位置する場合、位置合わせのわずかなずれが生じただけでも、導電層１４０がナノワイヤ１０４の上に堆積してしまう。
【００５８】
図５Ａは、本発明の第３の実施形態による別のキャップ構造を用いるセンサ１０２の上面図を示し、そして図５Ｂは、図５Ａのナノワイヤセンサ１０２をラインＸ−Ｘで切断したときの断面を示している。本発明の第３の実施形態による図５Ａ及び図５Ｂに示すキャップ構造は、本発明の第１の実施形態による図１に示すキャップ構造、及び本発明の第２の実施形態による図４Ａ及び図４Ｂに示すキャップ構造とは異なる。図５Ａに示すセンサ１０２では、ナノワイヤ１０４が流体チャネル１０６を跨いで配置され、そして２つの対応する端部を有する。ナノワイヤ１０４の各端部は導電層１４０を介してボンディングパッド開口部１４８に接続される。流体チャネル１０６は流入ポート１１２及び流出ポート１１４を有し、これらのポートのいずれかのポート、または両方のポートはＬＯＣの他のブロックとの接続を行ない、そして他のブロックからの接続を行なうことができる。図５Ｂでは、キャップ層１４４は、対応する厚いＳｉコア１３４を接続する導電層１４０との接続を行なうための対応するボンディングパッド開口部１４８により構成される。ナノワイヤ１０４の各端部は対応する厚いＳｉコア１３４によって支持される。図５Ａ及び図５Ｂの第３の実施形態は、図４Ａ及び図４Ｂの第２の実施形態とは、キャップ層１４４の一部がエッチング除去されてボンディングパッド開口部１４８を形成した後にボンディングパッド開口部に導電層１４０が充填されない点で異なっている。しかしながら、図４Ａ及び図４Ｂと同様に、これらのボンディングパッド開口部１４８の各ボンディングパッド開口部は、対応する厚い各Ｓｉコア１３４から、従ってナノワイヤ１０４から所定の距離だけ離間して位置する。この配置によって、ボンディングパッド開口部１４８を形成している間に位置合わせのずれが生じる問題を防止する。図４Ａ及び図４Ｂの実施形態、及び図５Ａ及び図５Ｂの実施形態のいずれにおいても、信号は、図４Ｂの貫通ウェハビア１４６のそれぞれの導電層１４０に電位を印加する、または図５Ｂのそれぞれのボンディングパッド開口部１４８に電位を印加し、そしてこれらの導電層または開口部の間を流れる電流を測定することにより測定することができる。
【００５９】
本発明によるナノワイヤセンサは、異なる構造的配置のナノワイヤを備えることができる。これらの配置の内の幾つかの配置を図６Ａ〜図６Ｆに示す。図６Ａは、２つの支持部１０８の間に配置される単一のナノワイヤ１０４により構成されるナノワイヤセンサ１０２を示し、そして図６Ｂは、２つの支持部１０８の間に単一のナノワイヤ１０４を２本配置することにより構成されるナノワイヤセンサ１５０を示している。必要に応じて、２つの支持部１０８の間に配置される単一のナノワイヤ１０４を複数本（少なくとも３本のナノワイヤ）配置することにより構成されるナノワイヤセンサ１５２を、図６Ｃに示すように実現することもできる。図６Ｄは、単一のナノワイヤセンサ１０２を２つ平行に配置することにより構成されるナノワイヤアレイ１５４を示している。単一の各ナノワイヤセンサ１０２は図６Ａに示すナノワイヤセンサと同様に、２つの支持部１０８の間に配置される単一のナノワイヤ１０４を備える。単一のナノワイヤセンサ１０２を２つよりも多くの個数だけ平行に配置する、または要求条件に応じて流体流の方向に沿って配置することができる。更に、図６Ｂに示す「ダブル（ナノワイヤを２本有する）」ナノワイヤセンサ１５０、図６Ｃに示す「マルチ（ナノワイヤを複数本有する）」ナノワイヤセンサ１５２、またはこれらのナノワイヤセンサの両方の組み合わせは平行に配置することもできる。図６Ｅは、２つの支持部１０８の間に配置される幾つかのＳｉブロックまたはＳｉＯ２ブロック１５８を通り抜ける長い単一のナノワイヤ１０４により構成されるナノワイヤセンサ１５６を示している。しかしながら、いずれかの適切な本数のナノワイヤを、要求条件に応じて利用することもできる。更に、ナノワイヤはいずれかの適切な配置で、またはいずれかの所望パターンに配置することもできる。図６Ｆは、２つの支持部１０８の間に配置される幾つかのＳｉブロックまたはＳｉＯ２ブロック１５８を通り抜ける単一のナノワイヤ１０４を複数本備えるナノワイヤセンサアレイ１６０を示している。必要に応じて、例えばサイズを小さく抑える必要があり、かつ標的分子の濃度が低いということを考慮して、ジグザグ配置または他のいずれかの配置を用いることにより、そのような配置によってサンプルと接触する表面積を大きくすることができるので、ナノワイヤセンサによる検出機能を高めることができる。基本的に、異なる要求条件を満たすために、非常に多くのナノワイヤ構造配置が存在する。
【００６０】
本発明によるナノワイヤセンサは、機能の異なるナノワイヤを備えることもでき、これら異なる機能のもののうちの幾つかを図７Ａ〜図７Ｄに示す。図７Ａに示す実施形態では、高精度のドーピングをナノワイヤに対して行なって、ｎ型またはｐ型ナノワイヤ１６２を備えるセンサを形成することができる。ｎ型またはｐ型ナノワイヤ１６２は、２つの支持部１０８の間に配置することができる。これらには制限されないが、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムを含むｐ型ドーパントを使用してｐ型ナノワイヤを形成することができ、そしてこれらには制限されないが、リン、砒素、アンチモンを含むｎ型ドーパントは、ｎ型ナノワイヤを形成するためのドーパントとして使用することができる。ナノワイヤに対するドーピングは、図２Ｃの自己制限酸化工程の後に行なうことができる、または当該ドーピングは、ナノワイヤセンサの形成前のいずれの工程においても行なうことができる。好ましいイオン注入工程は自己制限酸化工程の前に行なわれる。
【００６１】
図７Ｂに示す別の実施形態では、Ｐ／Ｎダイオード接合１６４を有するナノワイヤを備えるセンサを実現することができる。Ｐ／Ｎダイオード接合１６４を有するナノワイヤは、２つの支持部１０８の間に配置することができる。Ｐ／Ｎダイオード接合１６４を有するナノワイヤは、ナノワイヤの一方の部分にｎ型ドーパントを部分的にドーピングし、そしてナノワイヤの他方の部分にｐ型ドーパントを部分的にドーピングすることにより実現する。複数のＰ／Ｎダイオード接合を、同じナノワイヤの上に実現することもできる。ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントからなる複合ドーパントをナノワイヤにドーピングしてＰ／Ｎダイオード接合１６４を有するナノワイヤを形成する工程は、図２Ｃの自己制限酸化工程の後に行なうこともできる、またはナノワイヤセンサを形成する前のいずれの工程でも行なうこともできる。
【００６２】
図７Ｃに示す更に別の実施形態では、一つ以上のナノギャップ１６８を有するシリサイド化ナノワイヤ１６６を備えるセンサを実現することができる。シリサイド化ナノワイヤ１６６は２つの支持部１０８の間に配置することができる。この実施形態では、Ｓｉナノワイヤの内、ナノギャップ１６８を画定する部分または複数の部分は、誘電体層、通常はＳｉＯ２層、または他のいずれかの適切な誘電体材料層によって被覆される。Ｓｉナノワイヤの内の残りの部分は導電層によって被覆され、当該導電層として、これらには制限されないが、タングステン及びニッケルのような金属、及び金属合金を挙げることができる。次に、Ｓｉナノワイヤを熱処理してＳｉのうちの金属層に接触する部分を金属シリサイドに変化させる。次に、未反応金属を硫酸のような酸性溶液中で除去する。誘電体材料層も除去される。
【００６３】
図７Ｄに示す更に別の実施形態では、一つ以上のナノギャップ１６８を有するＳｉナノワイヤ１７０を実現することができる。Ｓｉナノワイヤ１７０は、２つの支持部１０８の間に配置することができる。Ｓｉナノワイヤ１７０の一部または複数の部分は、選択マスクを使用して選択的にエッチングすることにより、ナノギャップまたはナノギャップ群１６８を形成することができる。エッチングは適切なプロセス工程の内のいずれかの一つの工程において、例えば図２Ｂ−１のフィン部１２６が形成される時点の後に、図２Ｃの自己制限酸化工程の後に、または図２Ｉのナノワイヤが解放された後に行なうことができる。ドライエッチングまたはウェットエッチングのような他のエッチング方法、リソグラフィまたは集光イオンビームエッチングを使用することもできる。
【００６４】
複数のナノワイヤをアレイ状に形成して標的生体分子または分子種の付着（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）確率を高めることもできる。この構成は、低濃度での検出にも非常に有用である。第２に、アレイの各ナノワイヤを、当該ワイヤの導電性について個々に測定することができる。これにより本質的に、ナノワイヤアレイの感度を高めることができるが、これは、一つのナノワイヤに電流の大部分が流れて別のナノワイヤにほとんど流れなくなり、これによって導電率の変化が小さくなってしまう、ということがないからである。第３に、各ナノワイヤをマイクロ流体チャネルと一体化して、標的生体分子を検出用ナノワイヤに送達することができる。第４に、アレイ内のナノワイヤ群を官能基化して、特異的な結合または原因を誘引することにより多重分析を行なうことができる。第５に、適切な流体設計を利用して、異なる一連のナノワイヤアレイを生体分子の種々の分析に並列に使用することができる。最後に、更に別のバックゲート電極をアレイ毎に対応して、または個々のナノワイヤにも対応して、或いはナノワイヤ群に対応して組み込んで、表面結合特性を選択的に修飾することができる。この構成は魅力的な手段となり得るものであり、この手段によって、分子を選択的に結合させることができるので、この手段は特異的な分子を同定する方法となり得る。従って、ナノワイヤセンサアレイは、或る範囲の新しい現象を分析するための有用な手段となり得る。
【００６５】
図８は、多重ナノワイヤセンサアレイ１９２を模式的に示しており、複数のナノワイヤセンサアレイ１８２が、共通の検体入力１９４及び出力１９６を有する並列流体チャネル１９０に接続される。拡大図では、各ナノワイヤセンサアレイ１８２は２つのナノワイヤアレイを有することができ、一方のナノワイヤアレイが検体または生体分子を分析するためのナノワイヤアレイであり、「センサアレイ」１８４と呼ばれ、そして他方のナノワイヤアレイが基準緩衝溶液用のナノワイヤアレイであり、「基準アレイ」１８６と呼ばれる。各ナノワイヤセンサアレイ１８２を個別に流体チャネル１９０、入力ポート１９４、及び出力ポート１９６と一体化することにより、流体を流すことができる。アレイの各ナノワイヤセンサは、当該センサの導電率変化について個々に測定することができ、そしてナノワイヤ群の全てを回路と、オンチップまたはオフチップで電気的にインターフェース接続することができる。この導電率変化は、図８に示す制御電子回路ブロック１８８によって測定することができる。一旦、各アレイ１８２のセンサ群を適切な化学試薬で識別可能に修飾すると、これらのセンサは種々の生体分子群またはマーカ群を同時に検出することができる。各ナノワイヤセンサアレイ１８２は導電率変化に基づいて動作することができ、導電率変化は、生体分子がナノワイヤセンサ素子上に適切な表面修飾によって固定されるときの電荷または質量に起因する応力によって起こり得る。更に、２つのナノワイヤアレイを全ての適用モードに対応して設ける必要はない。適用形態によって変わるが、一つの、または２つよりも多くのナノワイヤアレイが適切である。また、個別の「基準アレイ」を設ける必要はない。アレイ自体が測定前の基準として機能することができる。この場合、両方のアレイが個別アレイとして動作することができる。
【００６６】
図９Ａ〜図９Ｎは、本発明の一の実施形態による種々の形成工程におけるナノワイヤセンサアレイの上面図及び断面図をそれぞれ示している。これらの形成工程は、図２Ａ〜図２Ｉに示す形成工程と同様であるが、図９Ｃ，図９Ｄ，及び図９Ｅに示す３つの工程が追加されている点が異なっており、これらの工程では、ナノワイヤを形成する前にバックゲート電極を形成する。
【００６７】
図９Ａは、開始材料である支持基板１２２を示している。図９Ｂは、絶縁層または埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層１２０が支持基板１２２上に堆積する様子を示している。バックゲート電極を形成するために、第２半導体素子層１１９を絶縁層またはＢＯＸ層１２０の上に図９Ｃに示すように堆積させる。第２半導体素子層１１９は第１半導体素子層１１８（図２Ａに既に示している）と同じ材料により形成することができ、そして通常Ｓｉであるが、いずれかの適切な半導体材料により形成することができ、適切な半導体材料として、これらには制限されないが、ポリシリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、ゲルマニウムまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を挙げることができる。
【００６８】
第２半導体素子層１１９を堆積させた後、フォトレジスト層（図示せず）をＳｉ素子層１１９の上面に塗布する、またはコーティングする。次に、フォトレジスト層をパターニングして、少なくとも２つの電極を標準のフォトリソグラフィ法により形成する。次に、パターニング済みのフォトレジスト層をマスクとして使用して、第２半導体素子層１１９の内、マスクによって被覆されない部分を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のような異方性エッチングプロセスによりエッチング除去する。結果として得られる少なくとも２つの電極１２１がＢＯＸ層１２０の上に、図９Ｄに示すように形成される。
【００６９】
次に、第２絶縁層１２３をそれぞれの電極１２１の上に、かつＢＯＸ層１２０の上に図９Ｅに示すように堆積させる。次に、別の半導体層または第１半導体素子層１１８（図２Ａに表示されているような）を第２絶縁層１２３の上に図９Ｆに示すように堆積させる。フォトレジスト層（図示せず）を第１半導体素子層１１８の上面に塗布する、またはコーティングする。次に、フォトレジスト層をパターニングして、２つの支持部の間に配置されるＦＩＮ部を標準のフォトリソグラフィ法により形成する。
【００７０】
次に、パターニング済みのフォトレジスト層をマスクとして使用して、第１半導体素子層１１８の内、マスクによって被覆されない部分を、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のような異方性エッチングプロセスによりエッチング除去する。対応するＳｉ支持部１０８の間に配置され、かつ対応するＳｉ支持部１０８に各端部で接続されるシリコンＦＩＮ部１２６を備え、かつ結果として得られるシリコンＦＩＮ構造１２８が第２絶縁層１２３の上に図９Ｇに示すように形成される。
【００７１】
次に、２つのＳｉ支持部１０８の間に配置されるシリコンＦＩＮ部１２６を備える構造１２８に自己制限酸化処理を施す。この処理によって、２つのＳｉ支持部１０８の間に配置されるシリコンＦＩＮ部１２６を備える構造１２８を、図９Ｈに示す第２絶縁層１２３の上の別のＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜（寸法上の理由によりこの図９Ｈには示されず）によって取り囲まれる２つの厚いＳｉコア１３４の間に配置されるＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜（寸法上の理由によりこの図９Ｈには示されず）によって取り囲まれる薄いＳｉコア１３２により構成される酸化済み構造１３０に変化させる。ＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜によって取り囲まれるＳｉコア１３２は、シリコンＦＩＮ部１２６を酸化した結果として形成される。ＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜によって取り囲まれる２つの厚いＳｉコア１３４は、２つのＳｉ支持部１０８を酸化した結果として形成される。薄いＳｉコア１３２が最終的に本発明におけるナノワイヤを構成する。
【００７２】
自己制限酸化処理の後、ＳｉＯ２層１２４が酸化済み構造１３０の上に図９Ｉに示すように堆積している。このＳｉＯ２層１２４は、薄いＳｉコア１３２を取り囲むＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜、及び２つの厚いＳｉコア１３４を取り囲むＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜と同じとすることができる。しかしながら、ＳｉＯ２層１２４は、それぞれのＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜と比較して相対的に厚く、そして２つの厚いＳｉコア１３４を引き続く堆積の影響を受けないように保護するべく機能する。ＳｉＯ２層１２４及びそれぞれのＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜は、これらのＳｉＯ２が同じ材料により構成される場合には融合させることができる。
【００７３】
中間工程では、ＳｉＯ２層１２４を堆積させた後、フォトレジスト層（図示せず）をＳｉＯ２層１２４上に堆積させる。コンタクト開口部またはコンタクト凹部を標準のフォトリソグラフィ法によりフォトレジスト層に形成し、２つの厚いＳｉコア１３４を取り囲むＳｉＯ２部の上のＳｉＯ２層１２４に対する処理を可能にする。ＳｉＯ２層１２４の一部、及び２つの厚いＳｉコア１３４を取り囲むＳｉＯ２部またはＳｉＯ２膜を更にエッチングして、２つの厚いＳｉコア１３４の一部を露出させる。次に、導電層１４０をコンタクト開口部の中に入り込むように堆積させ、導電層１４０の一部は図９Ｊに示すように、２つの厚いＳｉコア１３４と接触する。次に、フォトレジスト層をフォトレジスト剥離装置によって除去するか、または剥離する。
【００７４】
導電層１４０をコンタクト開口部の中に入り込むように堆積させた後、パッシベーション層１４１を図９Ｋに示すように、導電層１４０の上に堆積させる。
次に、絶縁層１４２を図９Ｌに示すように、パッシベーション層１４１の上に、そして薄いＳｉコア１３２を取り囲むＳｉＯ２部の上面を覆うＳｉＯ２層１２４の上に堆積させる。堆積させた後、絶縁層１４２は更に、既に述べた複数の研磨プロセスの内の一つの研磨プロセスを使用して平坦化することができる。研磨プロセスによって、キャップ層を更に堆積させるための平滑な表面を提供する。しかしながら、絶縁層がＳＵ８のようなポリマーの場合、平坦化は必要ではない。
【００７５】
別の中間工程では、更に別のフォトレジスト層（図示せず）を絶縁層１４２の上に堆積させる。フォトレジスト層を標準のフォトリソグラフィ法によりパターニングすることによって、図９Ｍに示すように、チャネル１０６が絶縁層１４２内に形成される予定の領域の上に開口部を形成する。フォトレジスト層をマスクとして使用して、絶縁層１４２の一部を、ドライエッチングのようなエッチングプロセスによってエッチング除去してチャネル１０６を形成し、薄いＳｉコア１３２を取り囲むＳｉＯ２部の上面に対する処理を可能にするが、ＳｉＯ２部は薄いＳｉコア１３２の位置に残る。
【００７６】
ドライエッチング工程の後、フォトレジスト層を次に、剥離装置によって除去するか、または剥離する。薄いＳｉコア１３２を周りのＳｉＯ２部から解放するために、エッチングプロセスを使用する。例示的な実施形態では、絶縁層１４２が、例えばＳＵ８のようなポリマーの場合、ＳＵ８がある種のフォトレジストでもあるので、別のフォトレジスト層を堆積させて、またはコーティングして、チャネル１０６を後の時点で形成するための開口部を形成するという必要はない。
【００７７】
薄いＳｉコア１３２またはナノワイヤを解放した後に更に、キャップ層１４４を図９Ｎに示すように、絶縁層１４２の上面に堆積させる。キャップ層１４４は流体入力ポート及び流体出力ポートを含むことができ、そして薄いＳｉコア１３２またはナノワイヤを収容するチャネル１０６を封じ込めるように機能することができる。
【００７８】
要約すると、これらの形成工程は、図２Ａ〜図２Ｉに示す形成工程と同様であるが、図９Ｃ，図９Ｄ，及び図９Ｅに示す３つの工程が追加されている点が異なっており、これらの工程では、ナノワイヤを形成する前にバックゲート電極を形成する。バックゲート構造を有するセンサアレイを形成する目的は、バックゲート電圧を使用して各ナノワイヤアレイの導電率を個々に変化させることができる点にある。この構造は、ナノワイヤの表面結合特性または触媒特性を外部電界によって修飾することができる魅力的な選択肢となり得る。
【００７９】
図１０は、流体チャネル形成の異なるプロトタイプを示している。プロトタイプ１の図（ａ）は、２つのチャネルに分割される入力流体チャネルを示している。これらの２つのチャネルの各チャネルは更に、更に別の２つのチャネルに細分割される。これらのチャネルの全てを続いて融合させる。プロトタイプ１の図（ｂ）及び図（ｃ）は、プロトタイプ１の図（ａ）の流体チャネルの一部を徐々に拡大した図を示している。プロトタイプ１の図（ｃ）では、シリコンナノワイヤがチャネル内に収容される。しかしながら、複数のナノワイヤを、これらの検出用チャネルの各チャネルの異なる部分に、要求条件に応じて配置することもできる。プロトタイプ２の図（ａ）は、４つの個別の流体チャネルを示し、これらの流体チャネルは一つの共通の流体チャネルに融合する。プロトタイプ２の図（ｂ）は、複数のナノワイヤを各流体チャネル内に配置することができる様子を示しているが、この構成に制限されることはない。
【００８０】
図１１は、キャップ層１４４で覆われる流体チャネル１９０の上面図を示している。キャップ層１４４はガラス層とすることができ、そして流体チャネル１９０はキャップ層１４４で、例えば約５０℃の低温接合プロセスを使用して覆うことができる。図１１から、漏れが発生することがなく、かつキャップ技術を用いることができ、そしてナノワイヤアレイに適用することができることが分かる。
【００８１】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、ナノワイヤアレイ構造における異なる多重流体チャネル構成を示している。図１２Ａは２つの異なる流体チャネル構成を示し、一方の流体チャネル構成はセンサアレイ１８４に関連し、そして他方の流体チャネル構成は基準アレイ１８６に関連する。センサアレイ１８４に関連する構成の場合、単一の流体が流体流入口１９４を通って単一の流体チャネル１９０に流入し、そして４つの個別の流体チャネル１９０を有する流体流出口１９６を通って流出する。単一の流体チャネル１９０は２つの流体チャネル１９０に分割され、そしてこれらの２つの流体チャネル１９０の各流体チャネルは更に、２つの更に別の流体チャネル１９０に細分割されて、４つの個別の流体チャネル１９０が形成されるが、この構成に制限されることはない。同じ流体がこれらの流体チャネル１９０の全てを通過して流れ、そしてナノワイヤ１０４が４つの流体チャネル１９０の各流体チャネル内にそれぞれ収容されて、異なる分析目的または検出目的に利用される。それぞれの流体チャネル１９０内のナノワイヤ１０４がセンサアレイ１８４を構成する。基準アレイ１８６に関連する構成の場合、流体が流体流入口１９４を通って単一の流体チャネル１９０に流入し、そして更に別の流体チャネル１９０に分割されることがない。ナノワイヤ１０４がこの場合もこの単一の流体チャネル１９０に収容され、そして単一の流体チャネル１９０内のナノワイヤ１０４が基準アレイ１８６を構成する。結果はセンサアレイ１８４及び基準アレイ１８６によってそれぞれ検出することができ、そして対応する信号を制御電子回路ブロック１８８によって読み取ることができる。
【００８２】
図１２Ｂも、２つの異なる流体チャネル構成を示している。これらの構成の両方では、単一の流体が流体流入口１９４を通って単一の流体チャネル１９０に流入し、そして４つの個別の流体チャネル１９０を有する流体流出口１９６を通って流出する。単一の流体チャネル１９０は２つの流体チャネル１９０に分割され、そしてこれらの２つの流体チャネル１９０の各流体チャネルは更に、２つの別の更の流体チャネル１９０に細分割されて、４つの個別の流体チャネル１９０が形成されるが、この構成に制限されることはない。同じ流体がこれらの流体チャネル１９０の全てを通過して流れる。ナノワイヤ１０４は、異なる分析または検出を行なうために４つのチャネル１９０の各チャネル内にそれぞれ収容されて、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６をそれぞれ構成する。ナノワイヤアレイ構造における異なる多重流体チャネル構成を使用して、要求条件に応じて異なる分析を行なうことができる。
【００８３】
本発明のナノワイヤセンサアレイは、センサ用途のような非常に多くの用途に、または薬物発見の用途に利用することができる。センサ用途の場合、ナノワイヤセンサアレイは、図１３Ａ及び１３Ｂに示すように、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６の複合アレイを含むことができる。図１３Ａでは、一連のナノワイヤ１０４には複数の異なる表面修飾法（ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｓｃｈｅｍｅｓ）を適用することができ、かつこれらのナノワイヤ１０４は、センサアレイ１８４を構成する複数の流体チャネル１９０にそれぞれ収容することができる。別の一連のナノワイヤ１０４は基準アレイ１８６を構成する単一の流体チャネル１９０に収容することができ、かつ対照として機能することができる。センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６は共に、対応する流入口１９４及び流出口１９６を有することにより流体を流すことができる。流入口１９４及び流出口１９６は、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６の両方に共通するように、または個別に設けることができる。結果はセンサアレイ１８４及び基準アレイ１８６によってそれぞれ検出することができ、そして対応する信号は制御電子回路ブロック１８８によって読み取ることができる。表面修飾は用途特定型の修飾とすることができ、かつユーザによって定義することができる。例えば、第１アレイを修飾して抗ウサギＩｇＧ抗体を、当該アレイで検出し／当該アレイに結合させ、そして第２アレイを修飾して抗ネズミＩｇＧ抗体を、当該アレイで検出し／当該アレイに結合させる場合、それぞれのアレイは、対応する抗ウサギＩｇＧ抗体及び抗ネズミＩｇＧ抗体のみを捕捉することになる。
【００８４】
図１３Ｂでは、一連のナノワイヤには複数の異なる表面修飾法を適用することができ、かつセンサアレイ１８４を構成する単一の流体チャネル１９０に収容することができる。別の一連のナノワイヤ１０４は基準アレイ１８６を構成する別の単一の流体チャネル１９０に収容することができ、かつ対照として機能することができる。一つの基準アレイを、異なる修飾法を用いる各センサアレイに対応するように設けることができる。図１３Ａ及び図１３Ｂの両方では、それぞれのナノワイヤを複数のチャネルに収容することもでき、基準アレイ１８６内の各チャネルはセンサアレイ１８４内の各チャネルに対応する。
【００８５】
薬物発見の用途では、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す２つの実施形態のいずれをも利用することができる。図１４Ａでは、ナノワイヤセンサアレイは、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６の複合アレイを含むことができる。センサアレイ１８４は、対応する流入口１９４及び流出口１９６を有する複数の流体チャネル１９０に設けることができ、そして基準アレイ１８６は、対応する流入口１９４及び流出口１９６を有する単一の流体チャネル１９０に設けることができる。異なる化合物１９８、または同じ化合物を異なる用量または濃度で、センサアレイ１８４の異なるそれぞれの流体チャネル１９０に注入することができる。注入される化合物１９８は標的の病変と反応することになる。結果はそれぞれ、下流側のセンサアレイ１８４及び基準アレイ１８６によって検出することができ、そして対応する信号は制御電子回路ブロック１８８によって読み取ることができる。流入口１９４及び流出口１９６は図１４Ｂ示すように、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６の両方に個別に設けることができるが、流入口１９４及び流出口１９６は、要求条件に基づいて、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６の両方に共通して設けることもできる。
【００８６】
図１４Ｂでは、ナノワイヤセンサアレイは、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６の複合アレイを含むことができる。センサアレイ１８４は、対応する流入口１９４及び流出口１９６を有する複数の流体チャネル１９０に設けることができ、そして基準アレイ１８６は、対応する流入口１９４及び流出口１９６を有する単一の流体チャネル１９０に設けることができる。異なる化合物１９８は、センサアレイ１８４の上流側に位置する異なるチャネル１９０の表面に固定される。標的病変は、流体が流れると、これらの固定された化合物１９８と反応することになる。結果は、下流側のセンサアレイ１８４及び基準アレイ１８６によってそれぞれ検出されることになり、そして対応する信号は制御電子回路ブロック１８８によって読み取ることができる。流入口１９４及び流出口１９６は図１４Ｂに示されるように、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６の両方に個別に設けることができるが、流入口１９４及び流出口１９６は、必要条件に基づいて、センサアレイ１８４及び基準アレイ１８６の両方に共通して設けることもできる。
【００８７】
実験例
本発明の一実施形態による、支持基板の上にナノワイヤを含むセンサであって、半導体層が支持基板の上に配置された状態で備えるセンサ、を形成する方法を以下に次の実験例に基づいて示す。しかしながら、これらの実験例は本発明の範囲を制限するものとして捉えられるべきではない。
【００８８】
実験例１：Ｓｉナノワイヤを形成する場合、２００ｎｍ厚さのＳｉ素子層、及び支持基板上の１５０ｎｍ厚さのＢＯＸからなる直径が２００ｍｍのＳＯＩウェハを利用した。トレンチをＳｉ素子層中に、ＢＯＸに達するまでリソグラフィ及びエッチングにより形成して、幅が８０ｎｍのシリコンＦＩＮを得た。次に、ウェハを９００℃の乾燥酸素雰囲気中で６時間に亘って酸化して図１５に示すナノワイヤ１０４を形成した。単一のナノワイヤは、図６Ａにおいて述べたナノワイヤ構造配置群の内の一つのナノワイヤ構造配置である。ｎ型ドーパント、ｐ型ドーパント、またはｎ型ドーパント及びｐ型ドーパントの複合ドーパントをドーピングすることにより、異なる官能基タイプのナノワイヤを図７Ａ及び７Ｂにおいて述べたように実現することができる。
【００８９】
実験例２：Ｓｉナノワイヤの高分解能透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）像を図１６Ａ及び図１６Ｂに示す。図１６Ａは、底辺２００が約１０ナノメートル、及び高さ２０２が約１２．３ナノメートルの三角形断面を有するナノワイヤ１７２を示している。三角形になるのは、異なる酸化フロントが種々の結晶方位に沿って進行するからである。ＳｉＯ２の粘弾性特性、及びＳｉ−ＳｉＯ２界面でのＳｉ原子移動を使用することにより、円形変形を、ウェハに約１２００℃で１時間に亘って窒素（Ｎ２）アニールを施すことによって生じさせることもできる。直径が約７．７ナノメートルの円形断面を有するナノワイヤ１７４を図１６Ｂに示す。従って、ナノワイヤの断面は三角形または円形とすることができ、いずれの形状になるかはプロセス条件によって変わる。
【００９０】
各ナノワイヤセンサを個々に本発明の一の実施形態による支持部を介して指定することができる構成の複数のナノワイヤセンサを備えるナノワイヤセンサアレイも以下に、次の実験例に基づいて示す。しかしながら、これらの実験例も本発明の範囲を制限するものとして捉えられるべきではない。
【００９１】
図１７は、各ナノワイヤの長さが約２００マイクロメートルである１００本のナノワイヤを有するシリコンナノワイヤアレイの全体図を示している。
図１８は、流体チャネルを形成する前のシリコンナノワイヤアレイの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示している。差し込み図はナノワイヤアレイの拡大部分を示している。
【００９２】
Ｓｉナノワイヤ１７６のアレイは、図１９Ａ及び１９Ｂに示すように、垂直に、または水平に（互いに対して平行かつ垂直に）配置する、或いは垂直及び水平を組み合わせて配置することができる。図１９Ａ及び図１９Ｂは、Ｓｉナノワイヤ１７６のアレイを異なる視点から眺めた図を示している。
【００９３】
図２０は、ナノワイヤセンサアレイのナノワイヤの電気特性を示している。シリコンナノワイヤの電流（Ｉ）をアンペア（Ａ）で測定し、電圧（Ｖ）をボルト（Ｖ）で測定し、そして導電率を測定してナノジーメンス（ｎａｎｏｓｉｅｍｅｎｓ：ｎＳ）で表示する。導電率対電圧のプロットを符号２１２で示し、そして電流対電圧のプロットを符号２１４で示す。ナノワイヤの電流−電圧特性を測定するために、可変電位（−０．５Ｖ〜＋０．５Ｖ）をナノワイヤの両端に印加し、そして対応する電流を測定する。この電流対電圧プロットをＩ−Ｖ曲線２１４と称する。導電率は、電圧に対する電流の比として計算される。電流を測定する場合、いずれかの標準型電流計を、電圧を電圧発生器によって印加しながら使用することができる。導電率対電圧プロット２１２は、センサの導電率が約１００ｎＳで非常に安定していることを示している。電流対電圧プロット２１４は、電流が電位とともに直線的に変化することを示している。
【００９４】
図２１Ａ〜２１Ｄは、形成済みの異なる寸法のシリコンナノワイヤアレイが流体チャネルに一体化される様子を示している。２つの流体チャネルは互いに平行であり、シリコンナノワイヤアレイは各流体チャネル内にそれぞれ収容される。シリコンナノワイヤアレイは約１００μｍ〜約１０００μｍの範囲の寸法を有する。図２１Ａは、約１００μｍの寸法を有するシリコンナノワイヤアレイが流体チャネルに収容される様子を示している。図２１Ｂは、約２００μｍの寸法を有するシリコンナノワイヤアレイが流体チャネルに収容される様子を示している。図２１Ｃは、約５００μｍの寸法を有するシリコンナノワイヤアレイが流体チャネルに収容される様子を示している。図２１Ｄは、約１０００μｍの寸法を有するシリコンナノワイヤアレイが流体チャネルに収容される様子を示している。ナノワイヤアレイは他のいずれかの適切な寸法とすることもできる。
【００９５】
ｐＨ、すなわち水素イオン指数（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ）は溶液中の水素イオン（Ｈ＋）の活動度の指標であるので、当該イオンの酸性度である。水性系では、水素イオンの活動度は、水の解離定数（２５℃では、ＫＷ＝１．０１１ｘ１０−１４Ｍ２）、及び溶液中の他のイオンとの相互作用によって決定される。この解離定数に起因して、中性溶液（水素イオンの活動度が水酸化物イオンの活動度に等しい）は約７のｐＨを有する。７未満のｐＨ値を有する水溶液は酸性であると考えられ、７超のｐＨ値を有する水溶液は塩基性であると考えられる。ｐＨ検出はシリコンナノワイヤを用いて行なうことができる。図２２Ａは、ＳｉＯ２に埋め込まれたｎ型シリコンナノワイヤを示している。図２２Ａでは、ｎ型シリコンナノワイヤは、ｎ型ドーパントがドープされているナノワイヤである。図２２Ｂは、ＳｉＯ２に埋め込まれたｎ型シリコンナノワイヤを使用して測定される導電率変化対ｐＨのグラフを示している。導電率変化はパーセント（％）で測定される。シラン化（ｓｉｌａｎａｔｉｏｎ）プロセスによって、ｎ型シリコンナノワイヤへの溶液中のＨ＋の付着性が増加する。これによって正のゲート電圧が大きくなって、ｎ型シリコンナノワイヤへのＨ＋の堆積が起こるので、導電率が高くなる。シランによる表面修飾が行なわれた後のプロットを符号２０２で示し、そしてシランによる表面修飾が行なわれる前のプロットを符号２０４で示す。従って、これらの実験は、ナノワイヤセンサを、例えば捕捉分子をナノワイヤに固定することなく流体の分析に使用することができることを示している。
【００９６】
図２３は、ナノワイヤ長を１００μｍに固定し、かつｐＨを約１．９５とした場合のシリコンナノワイヤの導電率変化対幅のグラフを示している。シリコンナノワイヤの幅はナノメートル（ｎｍ）で測定され、そして導電率変化はパーセント（％）で測定される。図２３は、ナノワイヤの幅が狭くなると導電率変化が大きくなるので、感度が高くなることを示している。これは、ゲートに対する静電的制御性が高まることに起因する。従って、ナノワイヤ幅を狭くし、かつゲート酸化膜厚を薄くすることにより、感度を更に高めることができる。
【００９７】
ナノワイヤ応答に対するバックゲート効果の分析も行なわれる。図２４Ａは、別のＳｉＯ２層によって被覆されるＳｉＯ２に埋め込まれたｎ型シリコンナノワイヤを示し、そして図２４Ｂは、別のＳｉＯ２層によって被覆されるＳｉＯ２に埋め込まれたｎ型シリコンナノワイヤを測定したときのｎ型シリコンナノワイヤの導電率対ゲート電圧（Ｖｇ）のグラフを示している。ゲート電圧をボルトで測定し、そして導電率を測定してナノジーメンス（ｎＳ）で表示する。図２４Ｂでは、ｎ型シリコンナノワイヤを約ｐＨ４の、または約ｐＨ１０の溶液に浸すことができる、または溶液には全く浸さない。ｎ型シリコンナノワイヤをいずれの溶液にも浸すことがない場合のプロットを符号２０６で示し、ｎ型シリコンナノワイヤを約ｐＨ４の溶液に浸す場合のプロットを符号２０８で示し、そしてｎ型シリコンナノワイヤを約ｐＨ１０の溶液に浸す場合のプロットを符号２１０で示す。溶液のｐＨが高くなると所定電圧での導電率が低くなる。この現象は、バイアスを印加することによるイオン溶液への影響によって現われるので、感度を高めるために利用することができる。
【００９８】
本発明のナノワイヤセンサは生物学的用途にも適するが、これは、生体高分子がフィン部に固定されるときの電荷または質量に起因する応力によって生じる導電率変化に基づいてセンサが動作するからである。生体高分子はＦＩＮ部に直接、または捕捉分子を介して結合させることができる。ＦＩＮ部への生体高分子の結合を容易にするために、少なくともＦＩＮ部の表面を前に述べたように適合させて、ＤＮＡのような生体高分子の結合が更に容易になるようにすることができる。ＤＮＡ付着前後の例示的なナノワイヤセンサのそれぞれの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）電気特性を図２５に示す。ＤＮＡ付着後のプロットを符号１７８で示し、そしてＤＮＡ付着前のプロットを符号１８０で示す。ＤＮＡ付着後、同じ所定電圧での電流はＤＮＡ付着前よりも大きくなる。
【００９９】
ＤＮＡプローブは図２６Ａに示すように固定される。固定される過程では、ＳｉＯ２がシリコンナノワイヤ上に形成され、続いてシラン化が行なわれ、そして捕捉分子が以下に詳細に説明されるように、ＮＨＳ−ビオチン及びストレプトアビジンを使用する結合を介して固定される。捕捉分子は、ＴＴＡ  ＡＣＴ  ＴＴＡ  ＣＴＣ  ＣＣＴ  ＴＣＣ（配列番号：１）という配列を有し、かつＥ．ｃｏｌｉ  Ｋ１２から入手可能なＥｃ１８ｃと表記される１本鎖の１８ｂｐオリゴヌクレオチドであった。ヌクレオチド配列ＧＧＡ  ＡＧＧ  ＧＡＧ  ＴＡＡ  ＡＧＴ  ＴＡＡ  ＴＡＣ  ＣＴＴ  ＴＧＣ  ＴＣＡ  ＴＴＧ  ＡＣＧ  （配列番号：２）を有し、かつＥｃ３６Ｔと表記されるＥ．ｃｏｌｉ  Ｋ１２由来のオリゴヌクレオチドが例示的な標的ｓｓＤＮＡ配列として使用された。
【０１００】
図２６Ａは、本発明のセンサを用いて行なった例示的な結合実験の設定を示している。まず、ナノワイヤの表面に形成される二酸化シリコンの反応性水酸基を適切なアミノシランと反応させて、フリーのアミノ末端基を有するシラン層を形成し、続いて所望の捕捉分子を固定した。次に、ビオチン−Ｎ−スクシニミジルエステルを、シラン層との従来のＮＨＳの結合を介して反応させた。ビオチンとのストレプトアビジン（または、アビディン）の特異的な結合を利用して、ストレプトアビジンを添加することにより固定化剤を供給して、それぞれの捕捉分子を特異的に固定し、これによってバックグランドが小さくなり、かつセンサの感度が更に高くなった。ストレプトアビジンはこの目的に極めて適する（しかしながら、本発明は決して、このような固定化剤の使用に制限されない）が、これは、ストレプトアビジンが、ビオチン結合サイトがストレプトアビジン分子の反対側表面に配置された状態のホモ四量体であるからである（ストレプトアビジンが４個の同じサブユニットを有し、これらのサブユニットの各々が一つのビオチン結合サイトを有することを意味する）。従って、シラン層に一つの、または２つのビオチン結合サイトを介して非共有結合しながら、他の２つのビオチン結合サイトを、ビオチニル化された捕捉分子を結合させるために利用することができる。
【０１０１】
ここに記載される実験例では、配列番号１の配列を有するオリゴヌクレオチドが捕捉分子として使用された。しかしながら、その存在が研究対象となる所望のリガンドに対する親和性を有する他のいずれかの捕捉分子を本発明のセンサと組み合わせて使用することができることは明らかである。例えば、このような捕捉分子は、ビオチニル化され、かつＤＤＴのような環境毒素等の小型有機分子と結合する抗体、またはヒト免疫不全（ＨＩＶ）ウィルス若しくはＣ型肝炎ウィルスのようなウィルスに結合する抗体（または、更に正確には、ウィルスの表面構造に結合する抗体）とすることができる。従って、このような捕捉分子を使用して、本発明のセンサを環境目的または診断目的に使用することができる。
【０１０２】
更に、本発明のセンサは薬剤スクリーニングに使用することもできる。このような実施形態では、捕捉分子は、例えば血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）のような薬剤標的であるタンパク質とすることができる。この薬剤標的はビオチニル化することができるので、ナノワイヤ表面に固定することができる。次に、ナノワイヤ表面を、ファージミド（ｐｈａｇｅｍｉｄｓ）を含む溶液に接触させ、ファージミドによって、ファージミド表面にＶＥＧＦとの結合親和性があると疑われる抗体フラグメントが沈着する。これらのファージミドは、例えば従来のいずれかの「ファージディスプレイ」法に従って調製することができ、「ファージディスプレイ」法については、Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｓｔｒｕｃｔ．Ｂｉｏｌ．３（１９９３），５７２−５７９に掲載されたＨｏｅｓｓによる論文；Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｓｔｒｕｃｔ．Ｂｉｏｌ．２（１９９２），５９７−６０４に掲載されたＷｅｌｌｓ及びＬｏｗｍａｎによる論文；または「コロニースクリーニング」法（Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１９６（１９９１），１５１−１５５に掲載されたＳｋｅｒｒａらによる論文）；または「リボソームディスプレイ」（例えば、Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．３（１９９９），２６８−２７３に掲載されたＲｏｂｅｒｔｓによる論文）に記載されている。次に、ＶＥＧＦに実際に結合するこれらのＶＥＧＦ抗体の間の複合体形成は、ナノワイヤセンサの導電率の変化によって検出することができる。
【０１０３】
複合体形成（または、検出対象の捕捉分子及びリガンドの両方が核酸である場合のハイブリダイゼーション）がナノワイヤの電気特性の変化によって検出される様子が図２６Ｂに示される。図２６Ｂは、配列番号１の核酸分子を付着させたセンサを、配列番号２のＤＮＡ分子を含む溶液に接触させた場合のｐ型及びｎ型シリコンナノワイヤアレイのそれぞれに対応する導電率変化のボックスプロットを示している。導電率変化はパーセント（％）で測定される。図２６Ｂのボックスプロットは、ｐ型及びｎ型シリコンナノワイヤアレイのそれぞれに対応する１μＭ（マイクロモル）の１本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）の緩衝溶液に関する導電率変化を示している。ビオチニル化されず、かつ負に帯電した捕捉ＤＮＡプローブは、緩衝溶液で測定される導電率に関して、ｐ型シリコンナノワイヤの導電率を高くし、そしてｎ型シリコンナノワイヤの導電率を低くするように作用する。
【０１０４】
図２７は、ｎ型シリコンナノワイヤアレイに付着する配列番号１のプローブＤＮＡの異なる濃度に対応する導電率変化のボックスプロットを示している。プローブＤＮＡの濃度はナノモル（ｎａｎｏ−Ｍｏｌａｒ：ｎＭ）単位で測定され、そして導電率変化はパーセント（％）で測定される。ボックスプロットから、ｎ型シリコンナノワイヤアレイの導電率は、プローブＤＮＡの濃度が高くなるとともに小さくなることが分かる。
【０１０５】
種々の実施形態についてのこれまでの記述は例示及び説明のために行なわれた。本発明について網羅的に説明するのではなく、または本発明を、開示される正確な形態に限定するものではなく、そして明らかに多くの変形及び変更を開示される示唆に基づいて加え得る。本発明の範囲は、本明細書に添付される特許請求の範囲によって規定されるものである。
【図１】
2010500559.tif 000003
【図２Ａ】
2010500559.tif 000004
【図２Ｂ−１】
2010500559.tif 000005
【図２Ｂ−２】
2010500559.tif 000006
【図２Ｃ】
2010500559.tif 000007
【図２Ｄ】
2010500559.tif 000008
【図２Ｅ】
2010500559.tif 000009
【図２Ｆ】
2010500559.tif 000010
【図２Ｇ】
2010500559.tif 000011
【図２Ｈ】
2010500559.tif 000012
【図２Ｉ】
2010500559.tif 000013
【図４Ａ】
2010500559.tif 000014
【図４Ｂ】
2010500559.tif 000015
【図５Ａ】
2010500559.tif 000016
【図５Ｂ】
2010500559.tif 000017
【図６Ａ】
2010500559.tif 000018
【図６Ｂ】
2010500559.tif 000019
【図６Ｃ】
2010500559.tif 000020
【図６Ｄ】
2010500559.tif 000021
【図６Ｅ】
2010500559.tif 000022
【図６Ｆ】
2010500559.tif 000023
【図７Ａ】
2010500559.tif 000024
【図７Ｂ】
2010500559.tif 000025
【図７Ｃ】
2010500559.tif 000026
【図７Ｄ】
2010500559.tif 000027
【図８】
2010500559.tif 000028
【図９Ａ】
2010500559.tif 000029
【図９Ｂ】
2010500559.tif 000030
【図９Ｃ】
2010500559.tif 000031
【図９Ｄ】
2010500559.tif 000032
【図９Ｅ】
2010500559.tif 000033
【図９Ｆ】
2010500559.tif 000034
【図９Ｇ】
2010500559.tif 000035
【図９Ｈ】
2010500559.tif 000036
【図９Ｉ】
2010500559.tif 000037
【図９Ｊ】
2010500559.tif 000038
【図９Ｋ】
2010500559.tif 000039
【図９Ｌ】
2010500559.tif 000040
【図９Ｍ】
2010500559.tif 000041
【図９Ｎ】
2010500559.tif 000042
【図１０】
2010500559.tif 000043
【図１１】
2010500559.tif 000044
【図１２Ａ】
2010500559.tif 000045
【図１２Ｂ】
2010500559.tif 000046
【図１３Ａ】
2010500559.tif 000047
【図１３Ｂ】
2010500559.tif 000048
【図１４Ａ】
2010500559.tif 000049
【図１４Ｂ】
2010500559.tif 000050
【図１５】
2010500559.tif 000051
【図１６Ａ】
2010500559.tif 000052
【図１６Ｂ】
2010500559.tif 000053
【図１７】
2010500559.tif 000054
【図１８】
2010500559.tif 000055
【図１９Ａ】
2010500559.tif 000056
【図１９Ｂ】
2010500559.tif 000057
【図２０】
2010500559.tif 000058
【図２１Ｄ】
2010500559.tif 000059
【図２２Ａ】
2010500559.tif 000060
【図２２Ｂ】
2010500559.tif 000061
【図２４Ｂ】
2010500559.tif 000062
【図２６Ｂ】
2010500559.tif 000063
【図２７】
2010500559.tif 000064
【図３】
2010500559.tif 000065
【図２１Ａ】
2010500559.tif 000066
【図２１Ｂ】
2010500559.tif 000067
【図２１Ｃ】
2010500559.tif 000068
【図２３】
2010500559.tif 000069
【図２４Ａ】
2010500559.tif 000070
【図２５】
2010500559.tif 000071
【図２６Ａ】
2010500559.tif 000072
【配列表】
2010500559000001.app
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月8日(2008.5.8)
【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】
支持基板の上にナノワイヤを含むセンサであって、第１半導体層が前記支持基板上に配置されたセンサ、を形成する方法であって：
前記第１半導体層からなるフィン構造であって、少なくとも２つの支持部と前記支持部の間に配置されるフィン部とを含むフィン構造、を形成する工程と；
前記フィン構造の少なくともフィン部を酸化することにより、第１酸化膜層によって取り囲まれるナノワイヤを形成する工程と；
第１導電層を前記支持部のコンタクト表面の上に形成する工程と、
前記第１導電層と前記フィン構造の一部の上に第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層の一部を除去して、マイクロ流体チャネルの一部を形成することにより、前記ナノワイヤを取り囲む前記第１酸化膜層のコンタクト表面に対する処理を可能にする工程と、を含み、
前記支持部及び前記第１絶縁層はマイクロ流体チャネルを構成し、かつ前記第１導電層は前記第１絶縁層の一部により前記マイクロ流体チャネルから離間される、
方法。
【請求項２】
前記第１導電層を形成する前に、第２酸化膜層を前記支持部のコンタクト表面の上に形成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１絶縁層を平坦化する工程を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１絶縁層を平坦化する工程は、化学的機械平坦化、化学的研磨、機械的研磨、及びイオンミリングのうちの一つを含むプロセスによって行なわれる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１絶縁層の一部の除去はドライエッチングにより行なわれる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ナノワイヤを取り囲む前記第１酸化膜層を除去してナノワイヤを露出させる工程を更に含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ナノワイヤを取り囲む前記第１酸化膜層の除去はウェットエッチングにより行なわれる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記マイクロ流体チャネルをキャップ層で閉じる工程を更に含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記フィン部を少なくとも一つのドーパントでドーピングする工程を更に含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのドーパントはｐ型またはｎ型のいずれかである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｐ型ドーパントは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、及びインジウムからなる群から選択される一つ以上の元素である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ｎ型ドーパントは、リン及び砒素からなる群から選択される一つ以上の元素である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノワイヤの一部を除去することにより該ナノワイヤにギャップを形成する工程を更に含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノワイヤの一部の除去は選択エッチングにより行なわれる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノワイヤの一部を誘電体材料で被覆する工程を更に含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
シリサイド化プロセスを前記ナノワイヤに対して行なう工程を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記シリサイド化プロセスを行なう工程は：
第２導電層を前記ナノワイヤの上に形成する工程と；
第１熱処理を行なうことにより前記ナノワイヤと前記第２導電層との間で化学反応を起こして該ナノワイヤをシリサイド化する工程と；
残留する第２導電層を除去する工程と、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２導電層は金属または金属合金を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記支持基板と前記第１半導体層との間に第２絶縁層が配置される、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２絶縁層は、酸化シリコン、ポリマー及び誘電体材料からなる群から選択される材料を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記支持基板は、シリコン、サファイア、ポリシリコン、酸化シリコン及び窒化シリコンからなる群から選択される材料を含む、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１半導体層は、シリコン、砒化ガリウム及びシリコン−ゲルマニウムからなる群から選択される材料を含む、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ナノワイヤはシリコンを含むか、または該シリコンから作製される、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記フィン構造の少なくともフィン部を酸化する工程は、自己制限酸化プロセスにより行なわれる、請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１酸化膜層は前記第２酸化膜層と同じである、請求項２乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１酸化膜層は酸化シリコンである、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２酸化膜層は酸化シリコンである、請求項２乃至２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１導電層は金属または金属合金を含む、請求項１乃至２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１絶縁層は、酸化シリコン、ポリマー及び誘電体材料からなる群から選択される材料を含む、請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記キャップ層は、シリコン、ガラス、シリカ、有機ポリマー及びポリジメチルシロキサンからなる群から選択される材料により形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項３１】
前記キャップ層に少なくとも２つの開口部を形成する工程を更に含む、請求項８又は３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記キャップ層の各開口部は、各支持部から離間した所定の距離に位置する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
各開口部を前記第１導電層で充填することにより、各開口部から前記支持部のコンタクト表面に達する電気接続を形成する工程を更に含む、請求項３１又は３２に記載の方法。
【請求項３４】
フィン構造を酸化することにより、第１酸化膜層を前記支持部の周りに形成する工程を更に含む、請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１半導体層を堆積させる前に前記支持基板の上に第２半導体層を堆積させる更に工程を含む、請求項１乃至３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２半導体層からなる電極を形成する工程を更に含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
フィン構造を形成する前に第３絶縁層を前記電極の上に堆積させる工程を更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記電極はナノワイヤの下に位置する、請求項３６又は３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１絶縁層を形成する前にパッシベーション層を前記第１導電層の上に形成する工程を更に含む、請求項１乃至３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記パッシベーション層は、窒化シリコン、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムからなる群から選択される材料を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２半導体層は、シリコン、砒化ガリウム及びシリコン−ゲルマニウムからなる群から選択される材料を含む、請求項３５乃至４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記第３絶縁層は、酸化シリコン及び誘電体材料からなる群から選択される材料を含む、請求項３７乃至４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
支持基板と；
前記支持基板の上に配置される半導体フィン構造であって、少なくとも２つの半導体支持部と該支持部の間に配置されるナノワイヤとを含む、半導体フィン構造と；
前記支持部のコンタクト表面の上の第１導電層と、
前記第１導電層と前記半導体フィン構造の一部の上に第１絶縁層と、
を備え、
前記第１絶縁層はナノワイヤを取り囲む前記第１酸化膜層のコンタクト表面に対する処理を可能にする開口部を有し、
前記支持部及び前記第１絶縁層はマイクロ流体チャネルを構成し、かつ、前記第１導電層は前記第１絶縁層の一部により前記マイクロ流体チャネルから離間される、
ナノワイヤセンサ。
【請求項４４】
第１酸化膜層を、前記支持部のコンタクト表面の上であって該支持部のコンタクト表面と前記第１導電層との間に更に備える、請求項４３に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項４５】
前記ナノワイヤは前記支持基板の上に位置する、請求項４３乃至４４のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項４６】
前記ナノワイヤはｎ型ドーパントまたはｐ型ドーパントにより構成される、請求項４３乃至４５のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項４７】
前記ナノワイヤはＰ／Ｎダイオード接合として形成される、請求項４３乃至４５のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項４８】
前記ナノワイヤはギャップを含む、請求項４３乃至４７のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項４９】
前記ナノワイヤはシリサイド化される、請求項４３乃至４８のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５０】
前記ナノワイヤの少なくとも表面を生体高分子を拘束するように適合させる、請求項４３乃至４９のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５１】
前記マイクロ流体チャネルを閉じるキャップ層を前記絶縁層の上に更に備える、請求項４３乃至５０のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５２】
前記キャップ層は少なくとも２つの開口部を含み、各開口部は各支持部から離間した所定の距離に位置する、請求項５１に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５３】
前記支持基板と前記半導体フィン構造との間に配置される第２絶縁層を更に備える、請求項４３乃至５２のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５４】
パッシベーション層を、前記第１導電層の上であって、該第１導電層と前記第１絶縁層との間に更に備える、請求項４３乃至５３のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５５】
ナノワイヤの下であって、前記支持基板と該ナノワイヤとの間に位置する電極を更に備える、請求項４３乃至５４のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５６】
前記電極と前記ナノワイヤとの間に配置される第３絶縁層を更に備える、請求項５５に記載のナノワイヤセンサ。
【請求項５７】
請求項４３乃至５６のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサを複数備え、
各ナノワイヤセンサは支持部を介して個々に指定することができる、
ナノワイヤセンサアレイ。
【請求項５８】
複数のマイクロ流体チャネルを更に備える、請求項５７に記載のナノワイヤセンサアレイ。
【請求項５９】
各ナノワイヤセンサを個々に指定する制御ユニットを更に備える、請求項５７又は５８に記載のナノワイヤセンサアレイ。
【請求項６０】
一つのナノワイヤセンサが基準として使用され、そして別のナノワイヤセンサが測定のために使用される、請求項５７乃至５９のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサアレイ。
【請求項６１】
請求項５７乃至６０のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサアレイを使用する検出方法であって、前記方法では、一つのナノワイヤセンサを基準として使用し、そして別のナノワイヤセンサを測定のために使用する、方法。
【請求項６２】
検体を検出する方法であって、前記方法は：
請求項４３乃至６０のいずれか一項に記載のナノワイヤセンサの第１電気信号を測定する工程と；
前記ナノワイヤセンサを注目検体を含むと疑われるサンプルに接触させて前記検体を前記ナノワイヤに固定する工程と；
前記ナノワイヤの第２電気信号を測定し、測定した第１電気信号を第２電気信号と比較することにより、検体の有無を検出する工程と、
を含む、方法。
【請求項６３】
前記ナノワイヤの表面に、前記検体に結合する捕捉分子を設ける工程と；
次いで注目検体を含むと疑われるサンプルを前記捕捉分子に接触させて、前記検体と前記捕捉分子との間での複合体形成を可能にする工程と、を更に含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記第１電気信号と前記第２電気信号との差が閾値を超える場合、検体の存在が検出される、請求項６２又は６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記検体は生体高分子、生命体、または小型有機分子である、請求項６２乃至６４のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2010500559.tif 000073
2010500559.tif 000074
2010500559.tif 000075