(57)【要約】  本発明は、物質３０を検出する半導体センサ装置１０を製造する方法に関し、該半導体センサ装置は、基板２を含む半導体ボディ１２の表面上に形成され、第１端部において第１導電性接続領域３に接続され、第２端部において第２導電性接続領域４に接続されるストリップ形の半導体領域１を含み、一方で、検出される物質３０を含む流体２０がストリップ形の半導体領域１の側面に沿って流れることができ、検出される物質３０は、ストリップ形の半導体領域１の電気特性に影響することがあり得、ストリップ形の半導体領域１が、半導体基板１４の上の絶縁層５の上の半導体層１３に形成される。本発明によると、半導体層１３におけるストリップ形の半導体領域１の形成の後、基板２は、半導体基板１４と反対の側に半導体ボディ１１の一部に取り付けられ、半導体基板１４は、少なくとも部分的に、及び好ましくは完全に除去され、続いて開口部６が、ストリップ形の半導体領域１の位置の絶縁層５に形成される。この方法は、大規模な生産に適しており、流体２０が原因で損傷する傾向がある装置１０の部分を保護する。
2010511885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質を検出する半導体センサ装置を製造する方法であって、該半導体センサ装置が、基板を含む半導体ボディの表面上に形成されるストリップ形の半導体領域を含み、該ストリップ型の半導体領域は、第１端部において第１導電性接続領域に接続されるとともに、第２端部において第２導電性接続領域に接続され、検出される物質を含む流体が、前記ストリップ型の半導体領域の側面に沿って流れることがあり得、検出される前記物質が、ストリップ形の半導体領域の電気特性に影響することがあり得、前記ストリップ形の半導体領域は、半導体基板の上にある絶縁層の上の半導体層において形成される半導体センサ装置を製造する方法において、
前記半導体層の前記ストリップ形の半導体領域の形成の後、前記基板が半導体基板の反対側に前記ストリップ形の半導体領域を含む前記半導体ボディの前記一部に取り付けられ、前記半導体基板が、少なくとも部分的に除去され、続いて開口部が前記半導体基板のいずれかの残りの部分、及び前記ストリップ形の半導体領域の前記位置の前記絶縁層において形成されることを特徴とする、半導体センサ装置を製造する方法。
【請求項２】
前記ストリップ形の半導体領域、及び前記導電性接続領域が、前記基板が取り付けられる更なる絶縁層に埋められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記絶縁層の前記開口部が、更なる絶縁層の空洞が前記ストリップ形の半導体領域の側面に沿って形成されるほど深く形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
導電性領域が、投影図において前記ストリップ形の半導体領域より上に位置される更なる絶縁層において形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のストリップ形の半導体領域が、好ましくは相互に平行に形成されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
異なる物質が検出され得るか、又は異なる濃度の同じ物質が検出され得るように、複数のストリップ形の半導体領域の異なるストリップ形の半導体領域が形成されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体基板が完全に除去されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ウィンドウが、マスクとしてフォトリソグラフでパターニングされたフォトレジスト層を使用したエッチングによって形成され、チャネルが、前記フォトレジスト層、及び前記ストリップ形の半導体領域を交差する前記半導体基板のいずれかの残りの部分において形成され、検出される前記物質を含む前記流体が前記チャネルを流れることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
他の電子部品が、投影図において前記ストリップ形の半導体領域が形成される前記半導体ボディの前記部分に隣接する半導体部分の一部に形成されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
検出される前記物質が、タンパク質のような生体分子であり、前記ストリップ形の半導体領域の少なくとも片側表面が、前記生体分子が付着し得る抗体のようなレセプタ分子で覆われることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法によって得られる半導体センサ装置。
【請求項１２】
ＰＣＲ増幅を通じて核酸の定量分析をする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の半導体センサ装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質を検出する半導体センサ装置を製造する方法に関し、該装置は、基板を含む半導体ボディの表面上に形成され、第１端部で第１導電性接続領域に接続され、第２端部で第２導電性接続領域に接続されるストリップ形の半導体領域を含み、検出される物質を含む流体が、ストリップ形の半導体領域の側面に沿って流れ得、検出される物質が、ストリップ形の半導体領域の電気特性に影響し得、ストリップ形の半導体領域は、半導体基板の上にある絶縁層の上の半導体層において形成される。
【０００２】
このような方法は、化学及び／又は生化学物質を検出するセンサ装置を製造することに非常に適している。後者の場合、これは、例えば高感度及び再現性を有して、抗原／抗体結合、生体分子及び他のものを検出するために使用され得、したがってこれは、遺伝子分析、疾患診断等において有利に使用され得る。更に、例えば伝導率がこうして変化されるストリップ形の半導体領域の荷電物質の導入により、揮発性又は流体に溶解した化学物質のようなより単純な分子の検出も可能である。ストリップ形の半導体領域では、１ｎｍ及び１００ｎｍの間、特に１０ｎｍ及び５０ｎｍの間の少なくとも一つの横方向寸法を有するボディが意図される。領域は、ナノワイヤのようであり得、前記範囲内において２つの横方向の寸法を有し得る。ストリップ形の半導体領域の長さは、１００ｎｍ乃至３００００ｎｍの範囲にあり得る。
【背景技術】
【０００３】
冒頭の段落で述べた方法は、２００４年６月９日にＤＥ１０２５４１５８で発表されたドイツ特許出願から知られる。この文書では、センサ装置を得るため、複数のストリップ形の半導体領域は、シリコン領域がＢＯＸ（＝埋め込み酸化物）領域の上に存在するＳＯＩ（＝シリコンオンインシュレータ）ウェハのシリコン領域において形成される。ストリップ形の半導体領域は、ここでストリップ形の半導体領域の端面と接するソース／ドレイン領域の上に導電性接続領域を有するいわゆるＦＩＮ  ＦＥＴ（＝電界効果トランジスタ）の一部を形成する。半導体ボディの（主）表面と直角をなすストリップ形の半導体領域の側面は、生物学的存在、例えば細胞の存在を検出するために使用される。複数のストリップ形の半導体領域は、半導体ボディの表面において検出される生体分子のほぼ固定された位置を得るために使用される。Ｆｉｎ  ＦＥＴ技術は、この技術が（ＢＩ）（Ｃ）ＭＯＳ（＝（バイポーラ）（相補的）（金属酸化物半導体））技術のような標準集積回路技術と高い互換性を有するので、バイオセンサ装置を形成するのに魅力的である。
【０００４】
既知の方法の欠点は、これがセンサを含む半導体装置の大量生産にあまり適していないことである。更に、得られた装置は、特にこのような流体が身体の流体を含む場合、検出されるべき物質を含む流体によって容易に損傷され得る。他の回路が装置に存在する場合、このような回路がよりこのような損傷を受ける傾向にあるので、後者の危険はより大きくなり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、上記の欠点を回避することであり、検出されるべき物質を含む流体によって生じる損害を受ける傾向がないセンサを含む半導体装置の大規模製造に適した方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これを達成するため、冒頭の段落に記載されるタイプの方法は、半導体層のストリップ形の半導体領域の形成の後、基板が半導体基板の反対側にストリップ形の半導体領域を含む半導体ボディの一部に取り付けられ、半導体基板が少なくとも部分的に除去され、その後、開口部が、半導体基板の残りの部分、及びストリップ形の半導体領域の位置の絶縁層に形成されること特徴とする。このように、ストリップ形の半導体領域は、シリコンが存在する側に対向する絶縁層の側から、物質を含む流体によって非常に局所的に接近され得、ここにストリップ形の半導体領域及びあり得る他の回路が形成される。好ましくは、基板は、完全に除去される。
【０００７】
更に、検出要素及び他の回路が形成される半導体ボディの主な側が現在基板によって覆われるので、流体により損傷を受け得る（他の回路を含む）検出要素の大部分の間の接触は、回避される。基板は、ガラス、石英又は樹脂さえ含み得るので、例えば身体の流体に対して不活性であるように容易に選択され得る。これは、接着のような簡潔且つ安価な技術によって、半導体ボディに取り付けられ得る。
【０００８】
本発明による方法において使用される基板移動技術が、大規模なＦｒｏｎｔ  Ｅｎｄ  Ｏｆ  Ｌｉｎｅ生産に非常に適しているので、本発明による方法は、大規模生産に非常に適している。半導体基板は、エッチング若しくは化学的機械的研磨、又はこれらの組み合わせによって完全に又は部分的に除去され得る。本発明による方法の更なる利点は、これが半導体センサ装置の簡潔なパッケージの可能性を提供するということである。
【０００９】
好ましい実施例において、ストリップ形の半導体領域及び導電性接続領域は、基板が取り付けられる更なる絶縁層に埋設される。このように、埋設された更なる絶縁層が基板と面する表面を平坦化するために使用され得るので、基板は、より容易に取り付けられ得る。更に、現在配線を含む場合、これは、ストリップ形の半導体領域の接触配線周辺、又は他の回路周辺に電気絶縁領域を形成する。
【００１０】
更なる実施例は、絶縁層の開口部が非常に深く形成され、更なる絶縁層の空洞がストリップ形の半導体領域の側面に沿って形成されることを特徴とする。このようにストリップ形の半導体領域の４つの側面全てが、検出される物質を含む流体に対して利用可能になり得る。センサ装置の感度は、このように向上され得る。
【００１１】
好ましくは、導電性領域は、投影図においてストリップ形の半導体領域より上に位置される更なる絶縁層において形成される。このような導電性領域は、半導体領域に取り付ける又は接近する生体分子（の電荷）に対して露出されるＦＥＴトランジスタのチャネル領域を形成するストリップ形の半導体領域の一部の正確な制御及び調節を可能にするＦＥＴトランジスタのチャネル領域を形成するストリップ形の半導体領域のいわゆるバックゲートとして使用され得る。このような導電性領域の他の利点は、交流電流を受けるとき、これが検出されるべき物質を含む流体を混合するために使用され得ることである。この結果、より高速な検出となるであろう。
【００１２】
更に好ましい実施例において、複数のストリップ形の半導体領域は、好ましくは相互に平行に形成される。これは、いくつかの利点を有し得る。１つの可能性は、検出されるべき物質に対するセンサの感度を向上させるためにこの特徴を使用することである。他の可能性は、異なる生体分子の検出、又は同じ生体分子の異なる濃度の検出のため、異なるストリップ形の半導体領域を使用することである。後者の場合、ストリップ形の半導体領域は、異なる厚みを有する薄い誘電層によってカバーされるか、又は異なるドーピングレベルを特徴とするか、又は異なる濃度間の区別をするため、異なる寸法（長さ、横方向寸法）を有し得る。
【００１３】
好ましくは、ウィンドウは、マスクとしてフォトリソグラフでパターニングされたフォトレジスト層を使用してエッチングすることにより形成され、チャネルは、ストリップ形の半導体領域を交差し、検出されるべき物質を含む流体が流れるであろうフォトレジスト層に形成される。又はそうではなく、シリコンが部分的に除去される場合、チャネルは、同じ方法でシリコンにおいて形成される。このように、製造が多くのステップを含まず簡潔であるだけでなく、半導体センサのパッケージングの容易な集積化、すなわち、例えばポンプの輸送管及び出入り口接続部を含む完全なセンサ装置の形成を可能にする。
【００１４】
他の魅力的な実施例においても、他の電子要素が、投影図においてストリップ形半導体領域が形成される半導体ボディの一部に隣接する半導体ボディの一部に形成される。このように、追加の回路（例えば論理回路）は、容易に集積され得る。例えばＣＭＯＳプロセスで作られるこのような回路は、これらが異なる生体分子又は異なる濃度を測定し得るように、異なるストリップ形の半導体領域に接続され得る。回路は、異なる素子からの信号の相関に関してデータを分析するアルゴリズムも含み得る。このように、検出の精度は、改善され得る。更に、論理回路は、検出におけるいくつかの理想的でない性質、例えばレセプタの分子結合の低下した特異性を補償するために使用され得る。回路が（ストリップ形の半導体領域の）全ての異なる配列からのデータを処理し得、サンプル分析の結果（どの生体分子及び／又はどのくらいの濃度が存在するか）を与え得、この目的のために外部チップは必要とされない。したがって、完全に集積されたチップは、結果として、検出器だけでなく分析及びデータ処理論理部も含む。
【００１５】
更に、関連した物質の検出が光学的な態様でなされる場合、回路は、加熱素子（抵抗）又は温度センサ又はフォト検出器（ダイオード又はトランジスタ）のような他の役立つ電子素子を含み得る。
【００１６】
好ましくは、検出されるべき物質は、粒子、例えばタンパク質のような生体分子であり、ストリップ形の半導体領域の少なくとも片側表面は、生体分子が付着し得る抗体のようなレセプタ分子で覆われる。このように、例えば疾患又は感染を示す生体分子は、超低濃度、したがって、疾患又は感染の非常に初期の段階に検出され得る。これは、できる限り予防的な態様でこのような疾患、例えば癌又は感染症を治療することに好都合である。
【００１７】
最後に、本発明は、本発明による方法によって得られる半導体センサ装置も含む。
【００１８】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を図面と関連して読まれることから明らかであり、明らかにされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の上面図である。
【図４ａ】図４ａは、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図４ｂ】図４ｂは、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の上面図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の上面図である。
【図６】図６は、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図７】図７は、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図８】図８は、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図９】図９は、本発明による方法によるこの製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明による他の方法によるこの製造の関連した段階における他の半導体センサ装置の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の更に他の方法によるこの製造の関連した段階における他の半導体センサ装置の上面図である。
【図１２】図１２は、本発明の更に他の方法によるこの製造の関連した段階における他の半導体センサ装置の上面図である。
【図１３】図１３は、図９に対応するこの製造の段階における半導体センサ装置の関連した部分の断面図である。
【図１４】図１４は、処理の後のバックゲートを有するＦｉｎＦＥＴの有利な実施例を示す。
【図１５】図１５は、概略的なＰＣＲ増幅及び半導体センサ装置表面におけるＰＣＲ生成物の次のハイブリッド化を示す。
【図１６】図１６は、概略的なＰＣＲ増幅及び半導体センサ装置表面における抗体によるＰＣＲ生成物の次の捕獲を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図は、概略的なものであり、スケール通りに描かれず、厚み方向の寸法が、明確にするために特に誇張される。様々な図において対応する部分は、通常、同一の参照番号及びの同一の網掛けを与えられる。
【００２１】
本発明において「粒子」という用語が使用される所では、例えば検出されることを必要とする化学、生化学又は生物学的粒子、例えば非制限的であるが、細胞、細胞オルガネラ、膜、細菌、ウイルス、染色体、ＤＮＡ、ＲＮＡ、小さい有機分子、代謝産物、酵素、ペプチド、核酸セグメント、胞子、微生物及び断片又はその生成物を含んでいるタンパク質、ポリマ、金属イオン、毒素、不法薬物、爆発物等を指し得る。粒子、特に小さい粒子、例えばいくつかのＤＮＡ、ＲＮＡ、核酸セグメントのような粒子は、より大きな粒子にも結合され得る。粒子は、生体細胞であり得る。
【００２２】
図１乃至９は、本発明の方法による半導体センサ装置の製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面又は上面図である。ｂ図は、半導体ボディの外側の境界線が省略される上面図を含み、一方、他の図は、断面図を含む。
【００２３】
図１乃至４は、本発明の方法による半導体センサ装置の製造の様々な段階における半導体センサ装置の断面図である。製造される半導体センサ装置１０は、図１の段階よりも前の段階で既に様々な要素又は構成要素を含み得る。このような要素又は構成要素は、図面に示されない。このような要素は、製造の後の段階でも形成され得、いずれにせよ、製造の最後の段階に関連する図に示されるであろう。
【００２４】
装置１０（図１を参照）の製造の第１の関連したステップにおいて、シリコン半導体ボディ１１を形成するシリコン基板１４は、絶縁層５を備え、この上部に単結晶シリコン層１３を備える。このような半導体ボディ１１は、例えば酸素イオンを単結晶シリコン基板に注入することによって得られ得る。しかしながら、このような開始点の半導体ボディ１１を得る他の技術が実行可能であり、例えば半導体基板の熱酸化を使用して、更なる半導体基板の熱酸化層へのウェハ接着をし、ウェハ接着をするステップの前に形成される後者への水素又はヘリウム注入の位置で更なるウェハ接着半導体基板の大部分を分割する。
【００２５】
その後、及び所望される限り（図２を参照）、注入Ｉは、半導体／シリコン層１３の電気特性を調整するために実行され得る。
【００２６】
以下では（図３ａ及び３ｂを参照）例えば窒化ケイ素又はシリコン酸化物のハードマスク層Ｍは、形成されるストリップ形の半導体領域１の位置の半導体層１３に堆積及びパターニングされ、ここでソース及びドレイン領域が、メサ形の半導体領域１から成るＦｉｎＦＥＴ装置を形成することを想定される。これに、前記領域を形成するエッチングステップが続く。オプションとして、これにＨ２アニールのような表面処理ステップが続き得る。
【００２７】
それから、ポリシリコン層又はハードマスク層Ｎが堆積され、パターニングされ、この後ソース及びドレイン注入Ｓ，Ｄが、フィン１と境界を区切るソース及びドレイン領域３１，４１を形成するようになされる（図４ａ及び４ｂを参照）。これらの２つの注入（Ｓ，Ｄ）の各々の間、他の領域は、例えばフォトレジストスポット（図示略）によって保護される。
【００２８】
次にハードマスク層Ｎは、（選択的な）エッチングによって再び除去され、導電性接続領域３，４は、例えば銅スタッド又はアルミニウム配線パターンの形態で形成される（図５ａ及び５ｂを参照）。
【００２９】
次の段階において（図６を参照）半導体ボディ１１は、上記更なる半導体要素９，９´も含み、これは、ＦｉｎＦＥＴの形成の前、間、及び後、好ましくは前記ＦｉｎＦＥＴ形成の間に形成され得る。前記更なる要素９，９´は、半導体センサデバイス１０の機能を制御する論理部を含み得、配線１９を備えるであろう。配線又はこれに接続される導体ストリップパターンを含む配線１９及び接続領域３，４は、更なる電気絶縁層７に埋め込まれ、これは、二酸化ケイ素のようなケイ素酸化物を含み、例えばＣＶＤ（＝化学気相蒸着法）によって堆積される。
【００３０】
以下では、例えばガラス、又は石英、又は樹脂の基板２は、接着することによって、更なる絶縁層７に取り付けられる（図７を参照）。
【００３１】
このステップの後、エッチング若しくはＣＭＰ（＝化学機械的研磨法）又はこのような技術の組み合わせによるシリコン半導体基板１４の除去が続く（図８を参照）。このように、絶縁層５の下側が空けられる。
【００３２】
次にフォトレジスト層４０、好ましくはＢＣＢのようなポジティブレジスト層が、絶縁層５の空いた表面に堆積され、パターニングされる（図９を参照）。この後、ストリップ形の半導体領域１の位置の絶縁層５に開口部６を形成するステップが続く。これはエッチングによってここでなされ、このエッチングは、絶縁層５を開口させた後に継続され、このように、開口した空洞は、ストリップ形の領域１を囲む更なる絶縁層７において形成される。後者は、検出される物質を含む流体２０によって到達され得、一方でＦｉｎ  ＦＥＴのソース／ドレイン領域４１、３１、及び配線３、４、１９を含む要素９、９´を有する側は、基板２によって前記流体２０から保護される。
【００３３】
図１０は、本発明の他の方法によるこの製造の関連した段階の他の半導体センサ装置の断面図である。この変形例（図１０を参照）において、更なる接続領域８は、ストリップ形の半導体領域１の反対側に配置されるとともに、Ｆｉｎ  ＦＥＴのバックゲートとして使用され得る更なる絶縁層７に埋め込まれる。
【００３４】
図１１及び１２は、本発明の他の方法によるこの製造の関連した段階の他の半導体センサ装置の上面図である。第１の例の変形例（図１１を参照）において、複数の相互に平行したストリップ形の半導体領域１，１´，１''が、例えば異なる成分、若しくは同じ成分の異なる濃度を検出するため、又はセンサ装置１０の感度を向上させるように形成される。図は、検出される物質を含む流体２０を、Ｆｉｎ  ＦＥＴのストリップ形の半導体領域１，１´，１''に向けて移動させるために使用され得るチャネル５０が、パターニングされたレジスト層４０において形成されることも示す。半導体ボディ１１の境界において、前記チャネル５０は、例えば流体２０を集めるポンプ（図示略）又は管に接続され得る。チャネルの上側は、例えばガラス、石英、又は樹脂の他の基板をレジスト層４０上部表面に固定することにより閉じられ得る。
【００３５】
他の変形例（図１２を参照）でも、複数のストリップ形の半導体領域１，１´，１''が使用され、一端が共通ソース領域３１に接続される一方で、他端において分離したドレイン領域４１、４１´が形成される。
【００３６】
図１３は、図９に対応するこの製造の段階の半導体センサ装置の関連した部分の断面図である。図において、タンパク質３０が選択的に付着され得る抗体を含むレセプタ分子６０の層が示される。レセプタ分子６０の付着する力は、ポリエチレングリコールポリマ又はアミノアルキルカルボン酸のようなある適切な分子のモノマを形成することによって表面を処理することにより改善され得る。
【００３７】
図９乃至１３の半導体センサ装置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）増幅を通じて核酸の無標識定量分析に有利に使用され得る。図１４は、処理の後のバックゲートを有するＦＩＮＦＥＴの有利な実施例を示す。Ｆｉｎの近くにバックゲートを有することは、改良された電気検出精度及び改良された感度を可能にする。
【００３８】
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、核酸の特定のシーケンスを増幅する確立された方法であり、例えば"A-Z  of  Quantitative  PCR",  ed.  by  S.  A.  Bustin.  International  University  Line,  La  Jolla,  CA,  2004-2006.を参照されたい。
【００３９】
ＰＣＲプライマは、増幅される核酸のテンプレートのシーケンスに結合し、適切なポリメラーゼを介して重合反応を開始する。各ステップを最適化するため、ＰＣＲは、多くの熱サイクル（しばしば３０乃至４０）において実行され、すなわち温度は、約３０乃至４０回３つの値の間で循環する。定量的ＰＣＲは、ユーザがＰＣＲ反応の経過を、これが発生したとき、すなわちリアルタイムで監視することを可能にし、これによって、現在サンプルに存在する核酸の初期コピー数に関する情報を伝える。ＰＣＲ生成物を形成するため、アンプリコンは、相補的ヌクレオチド、いわゆる捕捉プローブとハイブリッド化される。増幅反応の経過は、様々な態様、主に光学的に（蛍光で）検出されるＰＣＲ生成物の量の定量化に関して測定される。増幅及びハイブリッド化は、通常別々の区画／管の溶液（均一な分析）において実行される。固相ＰＣＲと呼ばれる最近の手法は、１つの区画において（溶液における）増幅及び（前処理された固体表面における）ハイブリッド化を組み合わせ、こうすることは、別個の区画間の化学物質の移動を回避し、増幅反応が発生したときに増幅反応の経過を監視することを可能にする。
【００４０】
定量的ＰＣＲ装置用の半導体センサ装置、例えばＦｉｎＦＥＴｓを使用する主な利点は、以下の通りである。
-  電気検出が無標識である（図１５を参照）。ラベル付けされたプライマの必要がなく、高価な光学的検出システムの必要がない。
-  半導体センサ装置の（ｆＭｏｌ／ｌ範囲の）非常に高い感度により、定量的情報は、ＰＣＲの初期段階において検出可能である。
【００４１】
更に半導体センサ装置、例えばＦｉｎＦＥＴｓは、良好なプロセス制御で製造され得、接触の再現性のある電気特性を有し、標準処理技術で並列（多重化）して多くのセンサの製造を可能にし得る。バックゲート８が（半導体センサ装置の上の）センサの湿式の部分から分離されるので、電子部品は、かなりの程度までミクロ流体から分離される。
【００４２】
半導体センサ装置、例えばＦｉｎＦＥＴｓは、通常Ｓｉ又はＳｉ化合物から作られ、いずれかの所望されるシーケンス（図１５参照）又は抗体（図１６参照）のオリゴヌクレオチドを共有結合で取り付けるように機能され得る。この目的のため、半導体センサ装置（例えばＦｉｎＦＥＴｓ）の表面の変形例は、シリルアルキルアルデヒド、アミノシラン、エポキシシランとの反応を介して、又は自己組織化単層、若しくは官能基を有するポリマ、例えばＰＥＧ若しくはポリシラン誘導体の堆積を通じて実行される。
【００４３】
ゲート誘電層とシリコン領域の間に選択的な反応を有することは、望ましい。前述の反応は、ゲート誘電層に対して選択的でない。
【００４４】
それゆえ、図９に示されるように、表面変形例は、初期段階でなされる。レジスト層４０及びゲート誘電層の両方は、シリルアルキルアルデヒド、アミノシラン、エポキシシランと反応するか、又は、自己組織化単層又は官能基を有するポリマ、例えばＰＥＧ若しくはポリシラン誘導体の堆積を通じて反応する。レジスト層４０が取り除かれるとき、他のシリコン領域、例えばソース及びドレイン領域が結合されないままで、変形されたゲート誘電層が得られる。このように、ゲート誘電層と他のシリコン領域間の選択性が、得られる。
【００４５】
熱サイクルを実行する装置に位置される、官能基を有するＦｉｎＦＥＴｓは、ＦｉｎＦＥＴ表面に取り付けられる相補的オリゴヌクレオチドとのハイブリッド化１２０（図１５を参照）、又はＦｉｎＦＥＴ表面に共有結合される抗体による、（プライマのうちの１つに取り付けられる）抗原の認識（図１６を参照）に応じて、リアルタイムでＰＣＲ生成物１１０を検出し得る。
【００４６】
図１５は、ＰＣＲ増幅１００の半導体センサ装置の最初の使用、及び半導体センサ表面上のＰＣＲ生成物１１０の後続のハイブリッド化１２０を示す。この特定の実施例において、半導体センサ装置は、ＦｉｎＦＥＴである。
【００４７】
ＰＣＲ混合物は、ＤＮＡテンプレート１０１及びプライマ１０２（ａ，ｂ）を含み、捕捉プローブ１０４で覆われるＦｉｎＦＥＴｓのマイクロアレイに加えられ、これは、アンプリコンの１つの鎖と相補的なシーケンスを有するオリゴヌクレオチドである。熱サイクルが始まるとき、ＤＮＡテンプレートの特定のセグメントは増幅されるであろう。アンプリコン（ＰＣＲ生成物）の一部は、ＦｉｎＦＥＴ表面上の捕捉プローブに対してハイブリッド化し、これにより、電気信号を生成する。各サイクルにおいて、アンプリコンの伸張とハイブリッド化との間の競争がある。従って、生成されたアンプリコンのいくつかのみが、実際に表面においてハイブリッド化し、電気信号を生成する。この量は、全溶液中に存在するアンプリコンの量を反映する。各サイクルのアニール段階の間、電気信号が記録される場合、ＤＮＡの増幅は、その後、続き得る。従来の定量的ＰＣＲに関して、既知の最初のＤＮＡコピー数での標準曲線は、測定されるべきである。サンプルにおいて閾値電気信号が達成されるサイクル数は、最初のＤＮＡコピー数の目安となるであろう。
【００４８】
図１６は、ＰＣＲ増幅１００の半導体センサ装置の２回目の使用、及び半導体センサ装置表面上の抗体によるＰＣＲ生成物１１０の後続の捕獲を示す。この実施例は、ＦｉｎＦＥＴ表面上のＰＣＲ生成物の免疫検出による。ＰＣＲ混合物は、ＤＮＡテンプレート１０１及びプライマ１０２（ａ，ｂ）（これらのうちの少なくとも一方１０２（ａ）が、ビオチンとラベリングされる）を含み、反ビオチン抗体で覆われるＦｉｎＦＥＴｓのマイクロアレイに加えられる。熱サイクルが始まるとき、ＤＮＡテンプレートの特定のセグメントが増幅されるであろう。ビオチン含有アンプリコン（ＰＣＲ生成物１１０）は、ＦｉｎＦＥＴ表面上の反ビオチン抗体と結合し、これにより電気信号を生成する。各サイクルのアニール段階の間、電気信号が記録される場合、ＤＮＡの増幅は、その後、続き得る。従来の定量的ＰＣＲに関して、既知の最初のＤＮＡコピー数での標準曲線は、測定されるべきである。サンプルにおいて閾値電気信号が達成されるサイクル数は、最初のＤＮＡコピー数の目安となるであろう。
【００４９】
ビオチンラベル１０３は、一例にすぎない。利用可能な抗体に対するエピトープである他のラベルは、同様に使用され得る。
【００５０】
ＦｉｎＦＥＴｓは、異なるシーケンスの捕捉プローブ１０４に結合され得、これによって、（ＦｉｎＦＥＴｓが同じ区画にある場合）同じ区画、又は（ＦｉｎＦＥＴｓが別々の区画に配置される場合）別々の区画のＤＮＡの異なるセグメントを多重化し、同時に検出する能力を付与する。
【００５１】
上記実施例の全ては、ＤＮＡだけでなく全ての型の核酸及び構造化プローブ、すなわちＲＮＡ、ＰＮＡ（ペプチド核酸）、ＬＮＡ（ロックド核酸）、ＡＮＡ（アラビノ核酸）又はＨＮＡ（ヘキシトール核酸）オリゴヌクレオチドに適用する。ＲＮＡ、ＰＮＡ、ＬＮＡ及びＨＮＡは、ＤＮＡ：ＤＮＡホモ二本鎖をより安定化するＤＮＡとのハイブリッドを形成することが可能である。これは、シーケンスミスマッチ（より詳細にはハイブリッド化）に対する向上された区別する能力を確実にする。ハイブリッドは、特に適切な抗体によっても検出され得る。
【００５２】
本発明がここに記載される実施例に制限されないこと、及び本発明の範囲内の多くの変形及び修正が、当業者に可能であることは、明らかであろう。
【００５３】
例えば本発明が多数のストリップ形の半導体領域を含むセンサの製造に適しているだけでなく、少数のこのような領域又は単一のものでさえ実現可能な選択である点に留意すべきである。このように、（複数の検知素子を備える）単一のＦｉｎ  ＦＥＴ、又は（単一又は２、３の検知素子を備える）複数のＦｉｎ  ＦＥＴＳが、可能である。実施例においてＦｉｎ  ＦＥＴがセンサの感度を最適化するために使用されるが、装置及び製造は、全体の半導体ボディに対する単一の（低い）ドーピングレベル及びタイプのみを用いて単純化され得る。また、この場合において、検出される物質３０によってストリップ形の半導体ボディに導入される影像電荷は、フィンに取り付けられる接続領域の間の簡潔な電流測定を使用して十分に検出されるフィンの導電率を変更し得る。
【００５４】
本発明の実施例の利点は、チャネルが物質を含む流体の近くにあるので、検出時間が著しく減らされ得ることである。検出時間の減少は、例えばｆＭｏｌ／ｌの範囲内において、ナノモルレベル及びそれ以下の検出される低い分析物濃度にとって特に望ましい。
【００５５】
更に、様々な変形例が個々のステップに関してあり得ることに注意されたい。例えば、他の堆積技術は、実施例において使用されるものの代わりに選択され得る。同じことは、選択される材料に対して有効である。したがって、絶縁層に対して、窒化ケイ素又は酸化物以外の別の誘電体が、使用され得る。
【００５６】
最後に、必要である限り、ユニットが、様々な取扱い基板材料、例えば可撓性ホイル、又は他の特別な特性をもつ他の取扱い材料に移されることがありえる点に留意する必要がある。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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