(57)【要約】【課題】  ＤＮＡなどの有機分子の相補結合の有無を容易に判断できる有機分子検出装置および有機分子検出方法を提供すること。【解決手段】  ブリッジ型に接続された４つの抵抗素子を備え、４つの抵抗素子のうち少なくとも１つは、有機分子の固定領域２０を有すると共に、該固定領域に固定された有機分子の帯電量に応じて抵抗値が変化する検出素子１１〜１４である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリッジ型に接続された４つの抵抗素子を備え、
前記４つの抵抗素子のうち少なくとも１つは、有機分子の固定領域を有すると共に、該固定領域に固定された有機分子の帯電量に応じて抵抗値が変化する検出素子である
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の有機分子検出装置において、
前記検出素子は、半導体基板と、該半導体基板の主面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜を介して前記半導体基板とは反対側の表面に配置された前記固定領域とを含み、前記半導体基板のうち、前記固定領域に対応する前記主面側の所定領域が電流経路の形成領域であり、前記所定領域を挟んで配された１対の電極領域を有し、前記固定領域に固定された有機分子の帯電量に応じて前記電流経路の抵抗値が変化する
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の有機分子検出装置において、
前記所定領域には、予め、前記電極領域と同じ導電型のチャネル拡散領域が形成される
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の有機分子検出装置において、
前記検出素子は、半導体基板と、該半導体基板の主面側の表面に配置された前記固定領域とを含み、前記半導体基板のうち、前記固定領域に対応する内部の所定領域が電流経路の形成領域であり、前記所定領域を挟んで配された１対の電極領域を有すると共に、該電極領域の間の前記主面側で前記所定領域と隣接するように配された制御電極領域を有し、前記固定領域に固定された有機分子の帯電量に応じて前記電流経路の抵抗値が変化する
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の有機分子検出装置において、
前記制御電極領域には、前記主面側から内部に向けてＶ字型の凹部が形成される
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、
前記４つの抵抗素子のうち２つ以上が前記検出素子であり、
前記２つ以上の検出素子は、前記固定領域を共有し、前記表面に１つの凹部を有し、該凹部の底面に前記共有の固定領域が配置される
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項７】
請求項２から請求項６の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、
前記４つの抵抗素子のうち２つ以上が前記検出素子であり、
前記２つ以上の検出素子は、前記半導体基板を共有し、前記電流経路の形成領域の導電型が第１導電型の検出素子と第２導電型の検出素子とを少なくとも１つずつ含み、
前記第１導電型と前記第２導電型の検出素子のうち、前記形成領域の導電型が前記共有の半導体基板と同じ検出素子は、前記共有の半導体基板とは逆の導電型のウエル領域を有し、該ウエル領域の中に前記電流経路の形成領域が配置される
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の有機分子検出装置において、
前記４つの抵抗素子は、全てが前記検出素子であり、前記第１導電型の検出素子と前記第２導電型の検出素子とを２つずつ含み、
前記２つの第１導電型の検出素子は、前記ブリッジ型の４辺のうち対向する２辺に配置され、
前記２つの第２導電型の検出素子は、前記４辺のうち他の対向する２辺に配置される
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、
前記４つの抵抗素子は、前記検出素子の前記固定領域に指標の有機分子または検出対象の有機分子が固定されたときに抵抗値が等しくなるように構成される
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、
任意の抵抗値に設定可能な可変抵抗器を３つ以上備え、
前記４つの抵抗素子のうち３つ以上の各々に前記可変抵抗器を並列接続した
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、
前記ブリッジ型の４つの節点のうち対向する２つの節点に接続され、該２つの節点の間に所定の電圧を印加する印加手段と、
前記４つの節点のうち他の対向する２つの節点に接続され、該２つの節点の間の電流値または電圧値を測定する測定手段とを備えた
ことを特徴とする有機分子検出装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１の何れか１項に記載した有機分子検出装置の前記検出素子の前記固定領域に所定量の有機分子を固定し、
前記有機分子検出装置の前記ブリッジ型の４つの節点のうち対向する２つの節点の間に所定の電圧を印加し、
前記４つの節点のうち他の対向する２つの節点の間の電流値または電圧値を測定する
ことを特徴とする有機分子検出方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の有機分子検出方法において、
前記検出素子の前記固定領域に、前記電流値または前記電圧値が０となるように指標の有機分子または検出対象の有機分子を固定させる
ことを特徴とする有機分子検出方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の有機分子検出方法において、
前記有機分子検出装置の前記４つの抵抗素子のうち３つ以上の各々に並列接続され、任意の抵抗値に設定可能な可変抵抗器を用い、
前記検出素子の前記固定領域に指標の有機分子または検出対象の有機分子を固定させたときに、前記電流値または前記電圧値が０となるように前記可変抵抗器の抵抗値の設定を変更する
ことを特徴とする有機分子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機分子（例えばＤＮＡやＲＮＡなどの核酸や蛋白質を含めた塩基類）の検出に用いられる有機分子検出装置および有機分子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＤＮＡの塩基配列や特性を解析するために、半導体を用いた検出素子が提案されている（例えば特許文献１,２参照）。これらの検出素子は、ＭＯＳ−ＦＥＴやＪ−ＦＥＴに類似した構造を有する。ゲートに相当する部分にＤＮＡを固定化して、ソース・ドレイン間に相当する部分の電気特性を測定することにより、指標のＤＮＡと検出対象のＤＮＡとの相補結合を解析することができる。
【特許文献１】特表２００１−５１１２４５号公報
【特許文献２】特開２００３−４３０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来の検出素子は、ソース・ドレイン間に相当する部分の電気特性の測定結果をアナログ信号として出力するため、指標のＤＮＡと検出対象のＤＮＡとが相補結合したか否かを判断するのに手間が掛かっていた。例えば、指標のＤＮＡを固定化した後で検出対象のＤＮＡを相補結合させる場合には、指標のＤＮＡのみの状態で１回目の測定を行い、相補結合処理の後に２回目の測定を行って、２つの測定結果（電気特性の値）を大小比較しなければならない。または、予め閾値を定めておき、相補結合処理の後の測定結果を閾値と大小比較しなければならない。近年、その手順を簡略化することが望まれている。
【０００４】
本発明の目的は、ＤＮＡなどの有機分子の相補結合の有無を容易に判断できる有機分子検出装置および有機分子検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の有機分子検出装置は、ブリッジ型に接続された４つの抵抗素子を備え、前記４つの抵抗素子のうち少なくとも１つは、有機分子の固定領域を有すると共に、該固定領域に固定された有機分子の帯電量に応じて抵抗値が変化する検出素子である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の有機分子検出装置において、前記検出素子は、半導体基板と、該半導体基板の主面に形成された絶縁膜と、該絶縁膜を介して前記半導体基板とは反対側の表面に配置された前記固定領域とを含み、前記半導体基板のうち、前記固定領域に対応する前記主面側の所定領域が電流経路の形成領域であり、前記所定領域を挟んで配された１対の電極領域を有し、前記固定領域に固定された有機分子の帯電量に応じて前記電流経路の抵抗値が変化するものである。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の有機分子検出装置において、前記所定領域には、予め、前記電極領域と同じ導電型のチャネル拡散領域が形成されるものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の有機分子検出装置において、前記検出素子は、半導体基板と、該半導体基板の主面側の表面に配置された前記固定領域とを含み、前記半導体基板のうち、前記固定領域に対応する内部の所定領域が電流経路の形成領域であり、前記所定領域を挟んで配された１対の電極領域を有すると共に、該電極領域の間の前記主面側で前記所定領域と隣接するように配された制御電極領域を有し、前記固定領域に固定された有機分子の帯電量に応じて前記電流経路の抵抗値が変化するものである。
【０００７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の有機分子検出装置において、前記制御電極領域には、前記主面側から内部に向けてＶ字型の凹部が形成されるものである。
請求項６に記載の発明は、請求項２から請求項５の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、前記４つの抵抗素子のうち２つ以上が前記検出素子であり、前記２つ以上の検出素子は、前記固定領域を共有し、前記表面に１つの凹部を有し、該凹部の底面に前記共有の固定領域が配置されるものである。
【０００８】
請求項７に記載の発明は、請求項２から請求項６の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、前記４つの抵抗素子のうち２つ以上が前記検出素子であり、前記２つ以上の検出素子は、前記半導体基板を共有し、前記電流経路の形成領域の導電型が第１導電型の検出素子と第２導電型の検出素子とを少なくとも１つずつ含み、前記第１導電型と前記第２導電型の検出素子のうち、前記形成領域の導電型が前記共有の半導体基板と同じ検出素子は、前記共有の半導体基板とは逆の導電型のウエル領域を有し、該ウエル領域の中に前記電流経路の形成領域が配置されるものである。
【０００９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の有機分子検出装置において、前記４つの抵抗素子は、全てが前記検出素子であり、前記第１導電型の検出素子と前記第２導電型の検出素子とを２つずつ含み、前記２つの第１導電型の検出素子は、前記ブリッジ型の４辺のうち対向する２辺に配置され、前記２つの第２導電型の検出素子は、前記４辺のうち他の対向する２辺に配置されるものである。
【００１０】
請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、前記４つの抵抗素子は、前記検出素子の前記固定領域に指標の有機分子または検出対象の有機分子が固定されたときに抵抗値が等しくなるように構成されるものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、任意の抵抗値に設定可能な可変抵抗器を３つ以上備え、前記４つの抵抗素子のうち３つ以上の各々に前記可変抵抗器を並列接続したものである。
【００１１】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の有機分子検出装置において、前記ブリッジ型の４つの節点のうち対向する２つの節点に接続され、該２つの節点の間に所定の電圧を印加する印加手段と、前記４つの節点のうち他の対向する２つの節点に接続され、該２つの節点の間の電流値または電圧値を測定する測定手段とを備えたものである。
【００１２】
請求項１２に記載の有機分子検出方法は、請求項１から請求項１１の何れか１項に記載した有機分子検出装置の前記検出素子の前記固定領域に所定量の有機分子を固定し、前記有機分子検出装置の前記ブリッジ型の４つの節点のうち対向する２つの節点の間に所定の電圧を印加し、前記４つの節点のうち他の対向する２つの節点の間の電流値または電圧値を測定するものである。
【００１３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の有機分子検出方法において、前記検出素子の前記固定領域に、前記電流値または前記電圧値が０となるように指標の有機分子または検出対象の有機分子を固定させるものである。
請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の有機分子検出方法において、前記有機分子検出装置の前記４つの抵抗素子のうち３つ以上の各々に並列接続され、任意の抵抗値に設定可能な可変抵抗器を用い、前記検出素子の前記固定領域に指標の有機分子または検出対象の有機分子を固定させたときに、前記電流値または前記電圧値が０となるように前記可変抵抗器の抵抗値の設定を変更するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の有機分子検出装置および有機分子検出方法によれば、ＤＮＡなどの有機分子の相補結合の有無を容易に判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第１実施形態)
ここでは、有機分子の１例であるＤＮＡの検出について説明する。第１実施形態の有機分子検出装置１０は、ＤＮＡがマイナスに帯電していることを利用してＤＮＡを検出するものであり、図１,図２に示すように構成されている。図１(ａ)は有機分子検出装置１０の平面図、図１(ｂ)はＡＡ断面図、図１(ｃ)はＢＢ断面図、図２は回路図である。
【００１６】
有機分子検出装置１０の構成について説明する。有機分子検出装置１０は、４つの検出素子１１〜１４をブリッジ型に接続したものである（いわゆるホイーストンブリッジ）。また、ブリッジ型の４つの節点Ｐ１〜Ｐ４のうち対向する２つの節点Ｐ１,Ｐ３には、端子Ｓ１,Ｓ３を介して不図示の電源が接続される。この電源は定電圧源であり、節点Ｐ１,Ｐ３の間に所定の電圧を印加する。さらに、他の対向する２つの節点Ｐ２,Ｐ４には、端子Ｓ２,Ｓ４を介して不図示の電流計が接続される。この電流計は、節点Ｐ２,Ｐ４の間の電流値を測定する。
【００１７】
また、４つの検出素子１１〜１４は、各々、ディプリッション(depletion)型のＭＯＳ−ＦＥＴと同様の動作特性を有する半導体素子であり、シリコン基板１５（半導体基板）を共有している。シリコン基板１５の主面にはシリコン酸化膜１６,１７とシリコン窒化膜１８とが形成され、これらの絶縁膜(１６〜１８)による１つの凹部１９が検出素子１１〜１４の表面に形成されている。
【００１８】
さらに、４つの検出素子１１〜１４は、表面のＤＮＡ固定領域２０も共有している。ＤＮＡ固定領域２０は、凹部１９の底面に配置され、つまりシリコン酸化膜１６を介してシリコン基板１５とは反対側の表面に配置され、指標のＤＮＡを固定化するための領域である（ゲートに相当）。ＤＮＡ固定領域２０とシリコン基板１５の主面との間隔（シリコン酸化膜１６の膜厚に相当）は、１ｎｍ〜５ｎｍ程度である。
【００１９】
また、４つの検出素子１１〜１４は、各々、シリコン基板１５の主面側にチャネル拡散領域２１と１対の電極領域２２,２３とを有している。各々のチャネル拡散領域２１はＤＮＡ固定領域２０に対応する所定領域に予め形成され、所定領域を挟むように各々の電極領域２２,２３が配されている。検出素子１１〜１４の各々では、各チャネル拡散領域２１が電流経路の形成領域であり、ＤＮＡ固定領域２０に固定されたＤＮＡの帯電量に応じて、その電流経路の抵抗値が変化する。チャネル拡散領域２１の長さは、１μｍ〜１０μｍ程度である。電極領域２２,２３はソース・ドレインに相当する。
【００２０】
ここで、シリコン基板１５の導電型を例えばＮ型とすると、４つの検出素子１１〜１４のうち、チャネル拡散領域２１の導電型がシリコン基板１５とは逆（つまりＰ型）の検出素子１１,１３では、チャネル拡散領域２１の抵抗値がＤＮＡの帯電量に応じて低下する。このようなＰ型の検出素子１１,１３は、ブリッジ型の４辺のうち対向する２辺に配置される。なお、検出素子１１,１３の電極領域２２,２３の導電型は、チャネル拡散領域２１と同じＰ型である。
【００２１】
一方、チャネル拡散領域２１の導電型がシリコン基板１５と同じ（つまりＮ型）の検出素子１２,１４では、チャネル拡散領域２１の抵抗値がＤＮＡの帯電量に応じて増加する。このようなＮ型の検出素子１２,１４は、ブリッジ型の４辺のうち他の対向する２辺に配置される。なお、検出素子１２,１４の電極領域２２,２３の導電型は、チャネル拡散領域２１と同じＮ型である。検出素子１２,１４は、シリコン基板１５とは逆の導電型（Ｐ型）のウエル領域２４の中に配置される。
【００２２】
さらに、４つの検出素子１１〜１４は、ＤＮＡ固定領域２０に指標のＤＮＡが固定されたときにチャネル拡散領域２１の抵抗値が等しくなるように構成されている。このため、ＤＮＡが固定されていないときには（初期状態）、Ｐ型の検出素子１１,１３の方がＮ型の検出素子１２,１４に比べてチャネル拡散領域２１の抵抗値が高く、図２の回路では端子Ｓ４→Ｓ２の方向に電流が流れる。
【００２３】
次に、第１実施形態の有機分子検出装置１０を製造する工程について、図３,図４を用いて説明する。図３(ａ),図４(ａ)〜(ｃ)は図１(ａ)のＡＡ断面図、図３(ｂ),(ｃ)はＢＢ断面図に相当する。なお、図３,図４の各断面図には、検出素子１１〜１４の各々の形成範囲を示した。
まず（図３(ａ)）、Ｎ型のシリコン基板１５の主面に熱酸化法などを用いてシリコン酸化膜１６ａを形成し（膜厚は例えば１ｎｍ〜５０ｎｍ程度）、その上にレジストパターン３１を形成する。そして、レジストパターン３１をマスクとし、Ｐ型不純物のボロン３２をイオン注入法により導入する（濃度は例えば３×１０13個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン３１を除去して清浄化し、アニール処理を施すことで、Ｎ型のシリコン基板１５にＰ型の拡散領域（つまりウエル領域２４）を形成する。
【００２４】
次に（図３(ｂ)）、シリコン酸化膜１６ａの上にレジストパターン３３を形成し、これをマスクとしてボロン３２を高濃度に導入する（濃度は例えば１×１０15個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン３３を除去し、Ｎ型のシリコン基板１５にＰ型の拡散領域（つまり電極領域２２,２３）を形成する。さらに（図３(ｃ)）、シリコン酸化膜１６ａの上にレジストパターン３４を形成し、これをマスクとしてＮ型不純物のリン３５を高濃度に導入する（濃度は例えば３×１０15個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン３４を除去し、Ｐ型のウエル領域２４の中にＮ型の拡散領域（つまり電極領域２２,２３）を形成する。
【００２５】
次に（図４(ａ)）、シリコン酸化膜１６ａの上にレジストパターン３６を形成し、これをマスクとしてボロン３２を導入する（濃度は例えば１×１０14個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン３６を除去し、Ｐ型の電極領域２２,２３間のＮ型のシリコン基板１５にＰ型の拡散領域（つまりチャネル拡散領域２１）を形成する。
さらに（図４(ｂ)）、シリコン酸化膜１６ａの上にレジストパターン３７を形成し、これをマスクとしてリン３５を導入する（濃度は例えば２×１０14個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン３７を除去し、Ｎ型の電極領域２２,２３間のＰ型のウエル領域２４の中にＮ型の拡散領域（つまりチャネル拡散領域２１）を形成する。
【００２６】
なお、図４(ａ),(ｂ)におけるチャネル拡散領域２１の形成時には、初期状態でのチャネル拡散領域２１の抵抗値が予め定めた設計値となるように、各々の不純物の濃度が適切に制御される。上記のように、初期状態でのチャネル拡散領域２１の抵抗値は、Ｐ型の方がＮ型に比べて高い。これは、指標のＤＮＡが固定されたときに、チャネル拡散領域２１の抵抗値がＰ型とＮ型とで等しくなるようにするためである。図示しないが、シリコン酸化膜１６ａをエッチングなどにより除去した後、熱酸化法により新たにシリコン酸化膜１６を形成する（厚さは１ｎｍ〜５ｎｍ程度）。
【００２７】
次に（図４(ｃ)）、ＣＶＤ装置などを用いて、シリコン酸化膜１６の上にシリコン酸化膜１７を厚く形成する。シリコン酸化膜１７はＮＳＧやＰＳＧなどの保護膜である。さらに、シリコン酸化膜１７の上にシリコン窒化膜１８を保護膜として形成し、不図示の配線工程によりＰ型の電極領域２２,２３とＮ型の電極領域２２,２３とをブリッジ型に接続する（図１(ａ)参照）。その後、レジストパターン３８を形成する。そして、レジストパターン３８をマスクとして上記保護膜(１７,１８)の一部をエッチングし、凹部１９を形成する。上記したように、凹部１９の底面がＤＮＡ固定領域２０として使用される。
【００２８】
その後、レジストパターン３８を除去し、ＤＮＡ固定領域２０に対してプラズマ処理などを施すことにより、第１実施形態の有機分子検出装置１０が完成する。なお、Ｐ型とＮ型の電極領域２２,２３間でリーク電流が発生しないようにするため、ＬＯＣＯＳやトレンチなどによる素子分離領域を形成しても良い。
このように、第１実施形態の有機分子検出装置１０では、Ｎ型のシリコン基板１５にＰ型のウエル領域２４を形成し、ウエル領域２４の中にＮ型の検出素子１２,１４を配置すると共に、Ｎ型のシリコン基板１５にＰ型の検出素子１１,１３を配置するため、４つの検出素子１１〜１４を近接して配置させることができる。その結果、有機分子検出装置１０の省スペース化が図られる。また、ＤＮＡ固定領域２０を小さくできる。
【００２９】
次に、第１実施形態の有機分子検出装置１０によるＤＮＡの検出手順について説明する。ＤＮＡの検出時、有機分子検出装置１０には、端子Ｓ１,Ｓ３を介して不図示の電源（定電圧源）が接続され、端子Ｓ２,Ｓ４を介して不図示の電流計が接続される。このとき、端子Ｓ１,Ｓ３間には所定の電圧が印加される。
そして、ＤＮＡ固定領域２０に指標のＤＮＡを固定する前の初期状態では、Ｐ型の検出素子１１,１３の方がＮ型の検出素子１２,１４に比べてチャネル拡散領域２１の抵抗値が高いため、端子Ｓ２,Ｓ４間では端子Ｓ４→Ｓ２の方向に電流が流れ、電流計による電流値の測定結果は０以外の値となる。
【００３０】
そこでまず、周知の処理により、指標のＤＮＡをＤＮＡ固定領域２０に所定の量だけ固定化する。上記したように、ＤＮＡ固定領域２０が小さいため、指標のＤＮＡの必要量は極僅かである。また、ＤＮＡ固定領域２０が小さいため、ＤＮＡ固定領域２０内で指標のＤＮＡを均一に固定化できる。したがって、検出素子１１〜１４のチャネル拡散領域２１に作用するＤＮＡの帯電量は、検出素子１１〜１４ごとに等しいと考えられる。なお、ＤＮＡがマイナスに帯電しているため、チャネル拡散領域２１に対する作用とは、マイナス電圧の印加と同等の作用となる。
【００３１】
ＤＮＡ固定領域２０に指標のＤＮＡ（所定量）が固定されると、Ｐ型の検出素子１１,１３では、チャネル拡散領域２１の抵抗値がＤＮＡの帯電量に応じて低下する。また、Ｎ型の検出素子１２,１４では、チャネル拡散領域２１の抵抗値がＤＮＡの帯電量に応じて増加する。その結果、４つの検出素子１１〜１４は、チャネル拡散領域２１の抵抗値が等しくなる（平衡状態）。このとき端子Ｓ２,Ｓ４間では電流が流れないため、電流計による電流値の測定結果は０となる。
【００３２】
この状態を確認した後、第１実施形態の有機分子検出装置１０では、指標のＤＮＡに対する検出対象のＤＮＡの相補結合処理（ハイブリダイゼーション）を行う。検出対象のＤＮＡが指標のＤＮＡと相補結合しなかった場合、ＤＮＡ固定領域２０に固定されたＤＮＡは指標のみであり、電流計による測定値も０のままである。
これに対し、検出対象のＤＮＡが指標のＤＮＡと相補結合した場合には、ＤＮＡ固定領域２０に固定されたＤＮＡが指標と検出対象の両方となり、帯電量が合わせて２倍となる。その結果、Ｐ型の検出素子１１,１３ではチャネル拡散領域２１の抵抗値がさらに低下する。また、Ｎ型の検出素子１２,１４ではチャネル拡散領域２１の抵抗値がさらに増加する。すなわち、Ｐ型の検出素子１１,１３の方がＮ型の検出素子１２,１４に比べてチャネル拡散領域２１の抵抗値が低くなる。したがって、端子Ｓ２,Ｓ４間では端子Ｓ２→Ｓ４の方向に電流が流れ、電流計による電流値の測定結果は再び０以外の値となる。
【００３３】
このように、第１実施形態の有機分子検出装置１０では、相補結合処理の後、電流計による測定値が０であれば“検出対象のＤＮＡが指標のＤＮＡと相補結合しなかった(無)”と判断でき、電流計による測定値が０以外の値であれば“検出対象のＤＮＡが指標のＤＮＡと相補結合した(有)”と判断できる。
つまり、検出対象のＤＮＡと指標のＤＮＡとの相補結合の有無に応じて、電流計による測定値をデジタル的に得ることができるため、測定値が０か否かに基づいて相補結合の有無を容易に判断できる。その結果、検出対象のＤＮＡの塩基配列や特性を容易に解析可能となる。
【００３４】
さらに、第１実施形態の有機分子検出装置１０では、ＤＮＡ固定領域２０に指標のＤＮＡを均一に固定化できるため、測定値が０か否かに基づいて相補結合の有無を精度良く判断できる。その結果、検出対象のＤＮＡの塩基配列や特性を精度良く解析可能となる。また、凹部１９の底面にＤＮＡ固定領域２０を配置したことにより、ＤＮＡ固定領域２０における指標のＤＮＡを確実に均一化することができ、相補結合の有無の判断を確実に高精度化できる。さらに、４つの検出素子１１〜１４をブリッジ型に接続したことにより、相補結合の有無を感度良く判断することができる。
【００３５】
また、上記した第１実施形態では、有機分子検出装置１０の表面をシリコン窒化膜１８で覆うようにした。シリコン窒化膜１８は、シリコン酸化膜に比べて膜構造が密で、アルカリ金属（例えばナトリウム）の原子を取り込み難く、耐薬品性に優れているため、保護膜として確実に機能する。また、シリコン窒化膜１８はシリコン酸化膜に比べてＤＮＡが付着し難い。したがって、ＤＮＡ固定領域２０の周囲にＤＮＡが無駄に付着することを防止でき、ＤＮＡ固定領域２０のみにＤＮＡを効率良く付着させることができる。
【００３６】
なお、上記した第１実施形態では、ディプリッション型のＭＯＳ−ＦＥＴと同様の検出素子１１〜１４を用いたが、本発明はこれに限定されない。その他、エンハンスメント(enhancement)型のＭＯＳ−ＦＥＴと同様の動作特性を有する検出素子を用いても良い。このような検出素子は、電極領域２２,２３の間のチャネル拡散領域２１を省略したものであり、図４(ａ),(ｂ)の工程を省略することにより製造できる。
【００３７】
また、本発明の製造工程は従来のＭＯＳ−ＦＥＴ製造プロセスと共通点が多いため、容易に、ＭＯＳ−ＦＥＴによる信号処理回路を同一基板上に形成でき、センサ（有機分子検出装置１０）と信号処理回路とを一体化することができる。
（第２実施形態）
ここでも、有機分子の１例であるＤＮＡの検出について説明する。第２実施形態の有機分子検出装置４０は、ＤＮＡがマイナスに帯電していることを利用してＤＮＡを検出するものであり、図５に示すように構成されている。図５(ａ)は有機分子検出装置４０の平面図、図５(ｂ)はＣＣ断面図である。
【００３８】
有機分子検出装置４０の構成について説明する。有機分子検出装置４０は、４つの検出素子４１〜４４をブリッジ型に接続したものである（図２参照）。検出素子４１〜４４は、各々、Ｊ−ＦＥＴと同様の動作特性を有する半導体素子であり、シリコン基板４５を共有している。シリコン基板４５の主面にはシリコン酸化膜４６,４７とシリコン窒化膜４８が形成され、これらの絶縁膜(４６〜４８)とシリコン基板４５の主面による１つの凹部４９が検出素子４１〜４４の表面に形成されている。さらに、検出素子４１〜４４は、表面のＤＮＡ固定領域５０も共有している。ＤＮＡ固定領域５０は、凹部４９の底面に配置され、指標のＤＮＡを固定化するための領域である（ゲートに相当）。
【００３９】
また、４つの検出素子４１〜４４は、各々、シリコン基板４５の内部（バルク中）にチャネル拡散領域５１を有し、シリコン基板４５の主面側に１対の電極領域５２,５３を有している。各々のチャネル拡散領域５１はＤＮＡ固定領域５０に対応する所定領域に形成され、所定領域を挟むように各々の電極領域５２,５３が配されている。検出素子４１〜４４の各々では、各チャネル拡散領域５１が電流経路の形成領域であり、ＤＮＡ固定領域５０に固定されたＤＮＡの帯電量に応じて、その電流経路の抵抗値が変化する。チャネル拡散領域５１の長さは、５μｍ〜１０μｍ程度である。電極領域５２,５３はソース・ドレインに相当する。
【００４０】
さらに、４つの検出素子４１〜４４は、チャネル拡散領域５１を上下に(幅方向に)挟むように配された１対の制御電極領域５４,５５を有している。シリコン基板４５の主面側の制御電極領域５４は、電極領域５２,５３の間でチャネル拡散領域５１と隣接するように配されている。また、この制御電極領域５４には、ＤＮＡの検出感度を高めるために、主面側から内部に向けてＶ字型の凹部５６が形成されている。なお、他方の制御電極領域５５は、バックゲートとして機能する。
【００４１】
ここで、シリコン基板４５の導電型を例えばＮ型とすると、検出素子４１〜４４のうち、チャネル拡散領域５１の導電型がシリコン基板４５とは逆（つまりＰ型）の検出素子４１,４３では、チャネル拡散領域５１の抵抗値がＤＮＡの帯電量に応じて増加する。このようなＰ型の検出素子４１,４３は、ブリッジ型の４辺のうち対向する２辺に配置される（図２参照）。なお、検出素子４１,４３の電極領域５２,５３の導電型はＰ型であり、制御電極領域５４,５５の導電型はＮ型である。Ｐ型の検出素子４１,４３は、シリコン基板４５と同じ導電型（Ｎ型）で不純物濃度の異なるウエル領域５７の中に配置される。
【００４２】
一方、チャネル拡散領域５１の導電型がシリコン基板４５と同じ（つまりＮ型）の検出素子４２,４４では、チャネル拡散領域５１の抵抗値がＤＮＡの帯電量に応じて低下する。このようなＮ型の検出素子４２,４４は、ブリッジ型の４辺のうち他の対向する２辺に配置される（図２参照）。なお、検出素子４２,４４の電極領域５２,５３の導電型はＮ型であり、制御電極領域５４,５５の導電型はＰ型である。Ｎ型の検出素子４２,４４は、シリコン基板４５とは逆の導電型（Ｐ型）のウエル領域５７の中に配置される。
【００４３】
さらに、４つの検出素子４１〜４４は、ＤＮＡ固定領域５０に指標のＤＮＡが固定されたときにチャネル拡散領域５１の抵抗値が等しくなるように構成されている。このため、ＤＮＡが固定されていないときには（初期状態）、Ｎ型の検出素子４２,４４の方がＰ型の検出素子４１,４３に比べてチャネル拡散領域５１の抵抗値が高く、図２の回路では端子Ｓ２→Ｓ４の方向に電流が流れる。
【００４４】
次に、第２実施形態の有機分子検出装置４０を製造する工程について、図６〜図８を用いて説明する。図６〜図８は図５(ａ)のＣＣ断面図に相当する。図６〜図８の各断面図には、検出素子４１〜４４の各々の形成範囲を示した。
まず（図６(ａ)）、Ｎ型のシリコン層６１の上にシリコン酸化膜６２（膜厚が５０ｎｍ程度）を形成し、その上にレジストパターン６３を形成する。そして、レジストパターン６３をマスクとし、Ｐ型不純物のボロン３２をイオン注入法により高濃度に導入する（濃度は例えば２×１０15個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン６３を除去し、アニール処理を施すことにより、Ｎ型のシリコン層６１にＰ型の拡散領域（つまり制御電極領域５５）を形成する。
【００４５】
次に（図６(ｂ)）、シリコン酸化膜６２の上にレジストパターン６４を形成し、これをマスクとしてリン３５を高濃度に導入する（濃度は例えば３×１０15個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン６４を除去し、アニール処理を施すことにより、Ｎ型のシリコン層６１にＮ型の拡散領域（つまり制御電極領域５５）を形成する。
次に（図６(ｃ)）、シリコン酸化膜６２を除去し、Ｎ型のシリコン層６１の上に、Ｎ型で濃度が同じシリコン層６５をエピタキシャル成長させて（厚さは例えば５μｍ,シート抵抗は例えば２.５ｋΩ/□）、シリコン基板４５（図５）を形成する。
【００４６】
次に（図６(ｄ)）、Ｎ型のシリコン層６５の上にシリコン酸化膜４６（膜厚が５０ｎｍ程度）を形成し、その上にレジストパターン６６を形成し、これをマスクとしてボロン３２をイオン注入法により導入する（濃度は例えば１×１０14個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン６６を除去し、アニール処理を施すことにより、Ｎ型のシリコン層６５にＰ型の拡散領域（つまりウエル領域５７）を形成する。次に（図７(ａ)）、シリコン酸化膜４６の上にレジストパターン６７を形成し、これをマスクとしてリン３５を導入する（濃度は例えば２×１０14個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン６７を除去し、アニール処理を施すことにより、Ｎ型のシリコン層６５にＮ型で濃度の異なる拡散領域（つまりウエル領域５７）を形成する。
【００４７】
次に、図示省略したが、所定形状のレジストパターンをマスクとしてボロン３２を高濃度に導入し（濃度は例えば１×１０15個/ｃｍ2程度）、アニール処理を施すことにより、Ｎ型のウエル領域５７の中にＰ型の拡散領域（つまり電極領域５２,５３）を形成する。さらに、リン３５を高濃度に導入し（濃度は例えば３×１０15個/ｃｍ2程度）アニール処理を施すことにより、Ｐ型のウエル領域５７の中にＮ型の拡散領域（つまり電極領域５２,５３）を形成する。
【００４８】
次に（図７(ｂ)）、シリコン酸化膜４６の上にレジストパターン６８を形成し、これをマスクとしてリン３５を導入する（濃度は例えば４×１０14個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン６８を除去し、アニール処理を施すことにより、Ｎ型の電極領域５２,５３間のＰ型のウエル領域５７の中にＮ型の拡散領域（つまりチャネル拡散領域５１）を形成する。次に（図７(ｃ)）、レジストパターン６９をマスクとしてボロン３２を導入する（濃度は例えば５×１０14個/ｃｍ2程度）。その後、レジストパターン６９を除去し、アニール処理を施すことにより、Ｐ型の電極領域５２,５３間のＮ型のウエル領域５７の中にＰ型の拡散領域（つまりチャネル拡散領域５１）を形成する。
【００４９】
なお、図７(ｂ),(ｃ)におけるチャネル拡散領域５１の形成時には、初期状態でのチャネル拡散領域５１の抵抗値が予め定めた設計値となるように、各々の不純物の濃度が適切に制御される。上記のように、初期状態でのチャネル拡散領域５１の抵抗値は、Ｎ型の方がＰ型に比べて高い。これは、指標のＤＮＡが固定されたときに、チャネル拡散領域５１の抵抗値がＰ型とＮ型とで等しくなるようにするためである。
【００５０】
次に（図８(ａ)）、所定形状のレジストパターン(不図示)をマスクとしてシリコン酸化膜４６をエッチングした後、シリコン酸化膜４６をマスクとしてシリコン基板４５の主面（Ｐ型とＮ型のチャネル拡散領域５１の上部）を異方性エッチングし、Ｖ字型の凹部５６を形成する。このエッチング処理は、ＴＭＡＨ溶液などのＳｉエッチング液により行う。
次に（図８(ｂ)）、所定形状のレジストパターン(不図示)をマスクとしてボロンをイオン注入法により高濃度に導入する（濃度は例えば２×１０15個/ｃｍ2程度）。そしてアニール処理を施すことにより、Ｎ型のチャネル拡散領域５１の凹部５６にＰ型の拡散領域（つまり制御電極領域５４）を形成する。さらに、リンを高濃度に導入し（濃度は例えば３×１０15個/ｃｍ2程度）、アニール処理を施すことにより、Ｐ型のチャネル拡散領域５１の凹部５６にＮ型の拡散領域（つまり制御電極領域５４）を形成する。
【００５１】
次に（図８(ｃ)）、ＣＶＤ装置などを用いて、シリコン酸化膜４６の上にシリコン酸化膜４７を厚く形成する。シリコン酸化膜４７はＮＳＧやＰＳＧなどの保護膜である。さらに、シリコン酸化膜４７の上にシリコン窒化膜４８を保護膜として形成し、その上にレジストパターン７０を形成する。そして、レジストパターン７０をマスクとして上記保護膜(４６〜４８)の一部をウエットエッチングし、凹部４９を形成する。このエッチング処理は、シリコン基板４５の主面が露出するまで行われる。上記したように、凹部４９の底面（主面の露出部分）がＤＮＡ固定領域５０として使用される。
【００５２】
その後、レジストパターン７０を除去し、不図示の配線工程によりＰ型の電極領域５２,５３とＮ型の電極領域５２,５３とをブリッジ型に接続する（図５(ａ)参照）と共に、ＤＮＡ固定領域５０に対してプラズマ処理などを施すことにより、第２実施形態の有機分子検出装置４０が完成する。なお、Ｐ型とＮ型の電極領域５２,５３間でリーク電流が発生しないようにするため、ＬＯＣＯＳやトレンチなどによる素子分離領域を形成しても良い。
【００５３】
また、上記のアニール処理は、必要に応じて省略してもよい。つまり、リンやボロンなどの不純物を導入するごとにアニール処理を行うのではなく、最後の不純物導入後に一括してアニール処理を行ってもよい。
このように、第２実施形態の有機分子検出装置４０では、Ｎ型のシリコン基板４５にＰ型とＮ型のウエル領域５７を形成し、Ｎ型のウエル領域５７の中にＰ型の検出素子４１,４３を配置すると共に、Ｐ型のウエル領域５７の中にＮ型の検出素子４２,４４を配置するため、４つの検出素子４１〜４４を近接して配置させることができる。その結果、有機分子検出装置４０の省スペース化が図られる。また、ＤＮＡ固定領域５０を小さくできる。
【００５４】
次に、第２実施形態の有機分子検出装置４０によるＤＮＡの検出手順について説明する。ＤＮＡの検出時、有機分子検出装置４０には、端子Ｓ１,Ｓ３を介して不図示の電源（定電圧源）が接続され、端子Ｓ２,Ｓ４を介して不図示の電流計が接続される。このとき、端子Ｓ１,Ｓ３間には所定の電圧が印加される。なお、検出素子４１〜４４の各々の制御電極領域５４は、電圧の印加が遮断された状態に保たれる（フローティング）。
【００５５】
そして、ＤＮＡ固定領域５０に指標のＤＮＡを固定する前の初期状態では、Ｎ型の検出素子４２,４４の方がＰ型の検出素子４１,４３に比べてチャネル拡散領域５１の抵抗値が高いため、端子Ｓ２,Ｓ４間では端子Ｓ２→Ｓ４の方向に電流が流れ、電流計による電流値の測定結果は０以外の値となる。
そこでまず、周知の処理により、指標のＤＮＡをＤＮＡ固定領域５０に所定の量だけ固定化する。上記したように、ＤＮＡ固定領域５０が小さいため、指標のＤＮＡの必要量は極僅かである。また、ＤＮＡ固定領域５０が小さいため、ＤＮＡ固定領域５０内で指標のＤＮＡを均一に固定化できる。したがって、検出素子４１〜４４のチャネル拡散領域５１に作用するＤＮＡの帯電量は、検出素子４１〜４４ごとに等しいと考えられる。なお、ＤＮＡがマイナスに帯電しているため、チャネル拡散領域５１に対する作用とは、マイナス電圧の印加と同等の作用となる。
【００５６】
なお、第２実施形態の有機分子検出装置４０では、ＤＮＡ固定領域５０に指標のＤＮＡを固定化するとき、検出素子４１〜４４の各々の制御電極領域５４に対してプラスの電圧（例えば５Ｖ）を印加しておくことが好ましい。これにより、ＤＮＡ固定領域５０に指標のＤＮＡを引き寄せることができ、指標のＤＮＡが微量であっても有効にＤＮＡ固定領域５０に固定化できる。このとき、各電極の電位を調整し、順方向に電流が流れないようにすることは言うまでもない。
【００５７】
ＤＮＡ固定領域５０に指標のＤＮＡ（所定量）が固定されると、Ｐ型の検出素子４１,４３では、チャネル拡散領域５１の抵抗値がＤＮＡの帯電量に応じて増加する。また、Ｎ型の検出素子４２,４４では、チャネル拡散領域５１の抵抗値がＤＮＡの帯電量に応じて低下する。その結果、４つの検出素子４１〜４４は、チャネル拡散領域５１の抵抗値が等しくなる（平衡状態）。このとき端子Ｓ２,Ｓ４間では電流が流れないため、電流計による電流値の測定結果は０となる。
【００５８】
この状態を確認した後、第２実施形態の有機分子検出装置４０では、指標のＤＮＡに対する検出対象のＤＮＡの相補結合処理（ハイブリダイゼーション）を行う。検出対象のＤＮＡが指標のＤＮＡと相補結合しなかった場合、ＤＮＡ固定領域５０に固定されたＤＮＡは指標のみであり、電流計による測定値も０のままである。
これに対し、検出対象のＤＮＡが指標のＤＮＡと相補結合した場合には、ＤＮＡ固定領域５０に固定されたＤＮＡが指標と検出対象の両方となり、帯電量が合わせて２倍となる。その結果、Ｐ型の検出素子４１,４３ではチャネル拡散領域５１の抵抗値がさらに増加する。また、Ｎ型の検出素子４２,４４ではチャネル拡散領域５１の抵抗値がさらに低下する。すなわち、Ｐ型の検出素子４１,４３の方がＮ型の検出素子４２,４４に比べてチャネル拡散領域５１の抵抗値が高くなる。したがって、端子Ｓ２,Ｓ４間では端子Ｓ４→Ｓ２の方向に電流が流れ、電流計による電流値の測定結果は再び０以外の値となる。
【００５９】
このように、第２実施形態の有機分子検出装置４０では、相補結合処理の後、電流計による測定値が０であれば“検出対象のＤＮＡが指標のＤＮＡと相補結合しなかった(無)”と判断でき、電流計による測定値が０以外の値であれば“検出対象のＤＮＡが指標のＤＮＡと相補結合した(有)”と判断できる。
つまり、検出対象のＤＮＡと指標のＤＮＡとの相補結合の有無に応じて、電流計による測定値をデジタル的に得ることができるため、測定値が０か否かに基づいて相補結合の有無を容易に判断できる。その結果、検出対象のＤＮＡの塩基配列や特性を容易に解析可能となる。
【００６０】
さらに、第２実施形態の有機分子検出装置４０では、ＤＮＡ固定領域５０に指標のＤＮＡを均一に固定化できるため、測定値が０か否かに基づいて相補結合の有無を精度良く判断できる。その結果、検出対象のＤＮＡの塩基配列や特性を精度良く解析可能となる。また、凹部４９の底面にＤＮＡ固定領域５０を配置したことにより、ＤＮＡ固定領域５０における指標のＤＮＡを確実に均一化することができ、相補結合の有無の判断を確実に高精度化できる。さらに、４つの検出素子４１〜４４をブリッジ型に接続したことにより、相補結合の有無を感度良く判断することができる。
【００６１】
また、上記した第２実施形態の有機分子検出装置４０では、ＤＮＡ固定領域５０の形状（つまり検出素子４１〜４４の各々の制御電極領域５４の表面の形状）を内部に向けてＶ字型としたので、平坦な形状の場合と比較して検出感度が確実に向上する。指標のＤＮＡや検出対象のＤＮＡが微量で電位変化が僅かな場合でも、電界の集中によりチャネル拡散領域５１の抵抗値が大きく変化するからである。
【００６２】
さらに、第２実施形態の有機分子検出装置４０では、シリコン基板４５の内部（つまりバルク中）のチャネル拡散領域５１に電流経路が形成されるため、素子表面での再結合などの影響などを受けて電流経路にノイズが発生するようなことはない。その結果、ＤＮＡの検出を正確に行うことが可能となる。
また、ＤＮＡ固定領域５０（つまり制御電極領域５４の表面）がハイブリダイゼーションなどの薬品処理などにより汚染されても、バルク中のチャネル拡散領域５１（電流経路の形成領域）が変質により劣化する可能性はほとんどなく、常に正確なＤＮＡ検出を行うことができる。
【００６３】
さらに、上記した第２実施形態では、有機分子検出装置４０の表面をシリコン窒化膜４８で覆うようにしたため、保護膜として確実に機能する。また、シリコン窒化膜４８により、ＤＮＡ固定領域５０の周囲にＤＮＡが無駄に付着することを防止でき、ＤＮＡ固定領域５０のみにＤＮＡを効率良く付着させることができる。
なお、上記した第２実施形態では、Ｐ型の検出素子４１,４３をＮ型のウエル領域５７の中に配置したが、本発明はこれに限定されない。シリコン基板４５の濃度がＮ型のウエル領域５７と同等の場合には、そのＮ型のウエル領域５７を省略しても構わない。
（変形例）
上記した第１,第２実施形態では、ＤＮＡ固定領域２０,５０に指標のＤＮＡ（所定量）を固定化したときに、４つの検出素子１１〜１４,４１〜４４のチャネル拡散領域２１,５１の抵抗値が等しくなるとの説明を行ったが、例えば環境温度の変化などに起因して抵抗値が等しくならないことも有り得る（電流値≠０）。このような場合に確実に対処するには、例えば図９に示すように、４つの検出素子の各々に可変抵抗器７１〜７４を並列接続しておけばよい。可変抵抗器７１〜７４は、任意の抵抗値に設定可能である。そして、指標のＤＮＡを固定化させたときに、端子Ｓ２,Ｓ４間の電流値が０となるように可変抵抗器７１〜７４の抵抗値の設定を変更する（零点調整）。これにより、４つの検出素子と可変抵抗器７１〜７４とからなるブリッジ回路を平衡状態とすることができる。なお、可変抵抗器の数は４つに限らず、３つでも構わない。
【００６４】
さらに、図９に示すような可変抵抗器７１〜７４を設けた場合、次のようなＤＮＡ検出の手順が考えられる。この手順で用いる有機分子検出装置は、ＤＮＡ固定領域に何も固定化してない初期状態のときに、４つの検出素子のチャネル拡散領域の抵抗値が等しくなるように製造される。そして、指標のＤＮＡの固定化処理後に１回目の電流測定を行い、電流値≠０であれば、指標のＤＮＡが固定化されたと判断する。次に、電流値＝０となるように可変抵抗器７１〜７４の抵抗値の設定を変更（つまり零点調整）した後、検出対象のＤＮＡの相補結合処理を行い、２回目の電流測定を行う。このとき電流値≠０であれば、検出対象のＤＮＡが相補結合されたと判断する。このように、可変抵抗器７１〜７４を設けた場合には、抵抗値の合わせ込みを行いながら２段階で電流測定を行っても良い。
【００６５】
上記した第１,第２実施形態では、４つの検出素子１１〜１４(または４１〜４４)をブリッジ型に接続したが、本発明はこれに限定されない。検出素子の数は３つ以下でも構わない。検出素子がＭ個の場合（Ｍ＝１,２,３）、固定の抵抗値を有する単純な抵抗素子が必要となる。単純な抵抗素子の数はＫ個（Ｋ＝４−Ｍ）である。この場合、Ｋ個の単純な抵抗素子とＭ個の検出素子とをブリッジ型に接続すればよい。単純な抵抗素子と検出素子とは総じて請求項の「抵抗素子」に対応する。
【００６６】
上記した第１,第２実施形態では、指標のＤＮＡをＤＮＡ固定領域に固定化した後で検出対象のＤＮＡを相補結合させる例を挙げて説明したが、その順序は逆でも構わない。つまり、検出対象のＤＮＡをＤＮＡ固定領域に固定化した後で指標のＤＮＡを相補結合させても良い。
上記した第１,第２実施形態では、端子Ｓ２,Ｓ４（図２）間の電流値を測定することによりＤＮＡの相補結合の有無を解析したが、本発明はこれに限定されない。例えば、定電圧源に代えて定電流源を用いると共に、電流計に代えて電圧計を用い、端子Ｓ２,Ｓ４の間の電圧値を測定することによりＤＮＡの相補結合の有無を解析しても構わない。
【００６７】
上記した第１,第２実施形態では、４つの抵抗素子(例えば１１〜１４)からなるブリッジ回路を１つ備えた有機分子検出装置１０(または４０)の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。複数の同様のブリッジ回路を同一の半導体基板上に配置しても良い。各々のブリッジ回路に対応させてＤＮＡ固定領域も配置される。この場合には、半導体基板の内部に熱酸化膜などの誘電体分離層を設け、個々のブリッジ回路を電気的に分離することが好ましい。
【００６８】
複数のセル（ブリッジ回路・ＤＮＡ固定領域）を備えた有機分子検出装置では、同時に複数のＤＮＡを検出することができ、作業時間の短縮やコストの低減を図ることができる。この場合、各々のＤＮＡ固定領域には、同じ種類のＤＮＡを固定化しても異なる種類のＤＮＡを固定化しても良い。異なる種類のＤＮＡを固定化する場合、１種類ずつ順に付けることになるため、ある種類のＤＮＡを付けたい特定セルのＤＮＡ固定領域に対してプラスの電圧を印加すると共に、その他のセルのＤＮＡ固定領域にはマイナスの電圧を印加しておくことが好ましい。これにより、プラスの電圧が印加されたＤＮＡ固定領域のみにＤＮＡを引き寄せることができ、微量のＤＮＡを特定セルに選択的に固定化できる。
【００６９】
また、複数のセルを備えた有機分子検出装置において、各々のセルのＤＮＡ固定領域に何も付けない状態でチャネル拡散領域(例えば２１)を流れる電流量を測定することにより、セル間の個体差(バラツキ)を確認することができる。
上記した第１,第２実施形態では、ＤＮＡの検出を例に説明したが、その他のＲＮＡやたんぱく質や核酸や塩基類などの帯電している有機分子について、同様の検出を行える。
【００７０】
上記した第１,第２実施形態では、シリコン基板を用いた有機分子検出装置を説明したが、シリコン基板に代えて各種の半導体基板を用いることができる（例えばＧａＡｓ）。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】有機分子検出装置１０の構成を示す平面図(ａ)と断面図(ｂ),(ｃ)である。
【図２】有機分子検出装置１０の回路図である。
【図３】有機分子検出装置１０の製造工程を示す図である。
【図４】有機分子検出装置１０の製造工程を示す図である。
【図５】有機分子検出装置４０の構成を示す平面図(ａ)と断面図(ｂ)である。
【図６】有機分子検出装置４０の製造工程を示す図である。
【図７】有機分子検出装置４０の製造工程を示す図である。
【図８】有機分子検出装置４０の製造工程を示す図である。
【図９】他の有機分子検出装置の回路図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０，４０  有機分子検出装置
１１〜１４，４１〜４４  検出素子
１５，４５  シリコン基板
１６，１７，４６，４７  シリコン酸化膜
１８，４８  シリコン窒化膜
１９，４９  凹部
２０，５０  ＤＮＡ固定領域
２１，５１  チャネル拡散領域
２２，２３，５２，５３  電極領域
２４，５７  ウエル領域
５４，５５  制御電極領域
５６  Ｖ字型の凹部
７１〜７４  可変抵抗器
【図１】
2005084039.tif 000003
【図２】
2005084039.tif 000004
【図３】
2005084039.tif 000005
【図４】
2005084039.tif 000006
【図５】
2005084039.tif 000007
【図６】
2005084039.tif 000008
【図７】
2005084039.tif 000009
【図８】
2005084039.tif 000010
【図９】
2005084039.tif 000011