特許 7671112 多相マイクロ流体流れの電気的追跡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-22

(45)【発行日】2025-05-01

(54)【発明の名称】多相マイクロ流体流れの電気的追跡

(51)【国際特許分類】

   G01P 5/18 20060101AFI20250423BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20250423BHJP

   G01F 1/64 20060101ALI20250423BHJP

【ＦＩ】

G01P5/18 G

G01N37/00 101

G01F1/64

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2023501267

(86)(22)【出願日】2021-06-20

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-17

(86)【国際出願番号】 IB2021055421

(87)【国際公開番号】W WO2022009007

(87)【国際公開日】2022-01-13

【審査請求日】2023-11-14

(31)【優先権主張番号】16/921,983

(32)【優先日】2020-07-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(74)【代理人】

【識別番号】100120710

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】アンヘル，ミシャエウ

(72)【発明者】

【氏名】ノイマン バロス フェレイラ，ロドリゴ

(72)【発明者】

【氏名】ジーロ，ロナウド

(72)【発明者】

【氏名】シュタイナー，マチアス

【審査官】大森 努

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２９９３６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２８３５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６４７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１３８５２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０３２９５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０３２９５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１７３１６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１２８７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２９１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９０００８８３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ ５／１８

Ｇ０１Ｎ ３７／００

Ｇ０１Ｆ １／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ流体デバイス中の流体を追跡する為の、コンピュータに実装された方法であって、
プロセッサが、第1の読み取り値を前記マイクロ流体デバイスの第1のセンサから受信すること、ここで、前記第1の読み取り値は、前記流体と前記第1のセンサとの間の界面での流体の検出を表す；
前記プロセッサが、第2の読み取り値を前記マイクロ流体デバイスの第2のセンサから受信すること、ここで、前記第2の読み取り値は、前記流体と前記第2のセンサとの間の界面での流体の検出を表し、前記第1のセンサは、前記第2のセンサから距離をおいて配置されている；及び
前記プロセッサが、前記第1のセンサによる検出と前記第2のセンサによる検出との間の時間差及び前記第1のセンサと前記第2のセンサとの間の距離に少なくとも部分的に基づいて、前記マイクロ流体デバイスにおける流体の流速を計算すること
を含み、
前記方法が追加のセンサを用いて流体を検出することを更に含み、前記第1のセンサ、前記第2のセンサ及び前記追加のセンサが並列に整列されている、
前記方法。

【請求項2】

前記時間差が、前記第1のセンサでの検出と前記第2のセンサでの検出との間で測定される、請求項１に記載の、コンピュータに実装された方法。

【請求項3】

前記第1のセンサ及び前記第2のセンサが、前記マイクロ流体デバイス内に埋め込まれている、請求項１又は２に記載の、コンピュータに実装された方法。

【請求項4】

前記第1のセンサ及び前記第2のセンサが、前記マイクロ流体デバイス内を流れる前記流体によって引き起こされる静電容量における変化を検出するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の、コンピュータに実装された方法。

【請求項5】

前記流体を検出することが、前記流体の濡れ性を決定する為に該流体の中心部分と該流体のエッジ部分とを検出することを含む、請求項１に記載の、コンピュータに実装された方法。

【請求項6】

マイクロ流体デバイス中の流体を追跡する為の、コンピュータに実装されマイクロ流体デバイスにおける多相流れを追跡する為のシステムであって、
プロセッサ；及び
前記プロセッサに接続されたメモリ
を備えており、前記プロセッサが、
第1の読み取り値を前記マイクロ流体デバイスの第1のセンサから受信する、ここで、前記第1の読み取り値は、前記流体と前記第1のセンサとの間の界面での流体の検出を表す；
第2の読み取り値を前記マイクロ流体デバイスの第2のセンサから受信する、ここで、前記第2の読み取り値は、前記流体と前記第2のセンサとの間の界面での流体の検出を表す；並びに、
前記第1のセンサによる検出と前記第2のセンサによる検出との間の時間差、及び前記第1のセンサと前記第2のセンサとの間の距離に少なくとも部分的に基づいて、前記マイクロ流体デバイスにおける流体の流速を計算する、
ように構成されており、
前記プロセッサが追加のセンサを用いて流体を検出するように更に構成されており、ここで、前記第1のセンサ、前記第2のセンサ及び前記追加のセンサが並列に整列されている、
前記システム。

【請求項7】

前記時間差が、前記第1のセンサでの検出と前記第2のセンサでの検出との間で測定される、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記第1のセンサ及び前記第2のセンサが、前記マイクロ流体デバイス内に埋め込まれている、請求項６又は７に記載のシステム。

【請求項9】

前記第1のセンサ及び前記第2のセンサが、前記マイクロ流体デバイス内を流れる前記流体によって引き起こされる静電容量における変化を検出するように構成されている、請求項６～８のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項10】

前記流体を検出することが、前記流体の濡れ性を決定する為に該流体の中心部分と該流体のエッジ部分とを検出することを含む、請求項６に記載のシステム。

【請求項11】

コンピュータに請求項１～５のいずれか１項に記載の方法を実行させるコンピュータプログラム。

【請求項12】

請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は一般的に、マイクロ流体デバイスの作製方法及びその結果得られる構造に関する。より具体的には、本発明は、マイクロ流体デバイスにおける多相流れの電気的追跡に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロ流体工学は、マイクロスケールのチャネルに且つ典型的にサブマイクロリットル範囲における体積に典型的に制限されている流体の少量の体積の精密な制御及び操作に関与する。マイクロ流体デバイスはしばしば、複数のチャンネルを有するマイクロチャンネル回路を備えている。マイクロ流体工学の大きな特徴は、液体がマイクロスケールで示す特異な挙動に起因する。マイクロ流体工学における液体の流れは典型的に、層流である。1ナノリットル未満の容積が、マイクロメートル範囲における横方向寸法を有する構造体を作製することによって達成されることができる。マイクロ流体デバイスは一般的に、液体の送液、サンプリング、混合、分析及び投与の為に使用される微細加工デバイスを云う。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本発明の実施態様は、マイクロ流体デバイスにおける多相流れの電気的追跡の為の、コンピュータに実装された方法に向けられている。コンピュータに実装された該方法の非限定的な例は、第1の読み取り値を該マイクロ流体デバイスの第1のセンサから、プロセッサを使用して受信すること、ここで、該第1の読み取り値は、該流体と該第1のセンサとの間の界面での流体の検出を表す；第2の読み取り値を該マイクロ流体デバイスの第2のセンサから、該プロセッサを使用して受信すること、ここで、該第2の読み取り値は、該流体と該第2のセンサとの間の界面での流体の検出を表し、該第1のセンサは、該第2のセンサから距離をおいて配置されている；及び、該第1のセンサによる検出と該第2のセンサによる検出との間の時間差及び該第1のセンサと該第2のセンサとの間の距離に少なくとも部分的に基づいて、該マイクロ流体デバイスにおける流体の流速を、該プロセッサを使用して計算することを含む。

【0004】

本発明の実施態様は、マイクロ流体デバイスにおける多相流れの電気的追跡を行う為のシステムに向けられている。該システムの非限定的な実施例は、プロセッサ及び該プロセッサに接続されたメモリを備えている。該プロセッサは、第1の読み取り値を該マイクロ流体デバイスの第1のセンサから、プロセッサを使用して受信する、ここで、該第1の読み取り値は、該流体と該第1のセンサとの間の界面での流体の検出を表す；第2の読み取り値を該マイクロ流体デバイスの第2のセンサから、該プロセッサを使用して受信する、ここで、該第2の読み取り値は、該流体と該第2のセンサとの間の界面での流体の検出を表し、該第1のセンサは、該第2のセンサから距離をおいて配置されている；並びに、該第1のセンサによる検出と該第2のセンサによる検出との間の時間差、及び該第1のセンサと該第2のセンサとの間の距離に少なくとも部分的に基づいて、該マイクロ流体デバイスにおける流体の流速を、該プロセッサを使用して計算するように構成されている。

【0005】

本発明の実施態様は、マイクロ流体デバイスにおける多相流れの電気的追跡を行う為のマイクロ流体デバイスを作製する方法に向けられている。該半導体デバイスを作製する非限定的な例は、第1のセンサの第1の端子と第2のセンサの第1の端子とを備えている第1のウェハを形成すること；該第1のセンサの第2の端子と該第2のセンサの第2の端子とを備えている第2のウェハを形成すること；及び、該第1のウェハを該第2のウェハに接合することを含み、ここで、該第1のウェハ中の該第1の端子が該第2のウェハ中の該第2の端子と位置合わせされる。

【0006】

追加の技術的特徴及び利点が、本発明の技術を通じて実現される。本発明の実施態様及び観点は、本明細書において詳細に説明されており、請求された主題の一部とみなされる。より良い理解の為に、発明の詳細な説明及び図面を参照されたい。

【0007】

本明細書において記載された排他的権利の具体的内容は、本明細書の結論にある特許請求の範囲に特に指摘され且つ明確に主張されている。本発明の実施態様の前述された且つ他の特徴及び利点は、添付の図面と併せて採用される以下の発明の詳細な説明から明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図1は、本発明の１以上の実施態様に従う処理操作後のマイクロ流体構造の上面図及び断面線A-A視図を示す。

【図2】図2は、本発明の１以上の実施態様に従う処理操作後のマイクロ流体構造の上面図及び断面線A-A視図を示す。

【図3】図3は、本発明の１以上の実施態様に従う処理操作後のマイクロ流体構造の上面図及び断面線A-A視図を示す。

【図4】図4は、本発明の１以上の実施態様に従う処理操作後のマイクロ流体構造の上面図及び断面線A-A視図を示す。

【図5】図5は、本発明の１以上の実施態様に従う処理操作後のマイクロ流体構造の上面図及び断面線A-A視図を示す。

【図6】図6は、本発明の１以上の実施態様に従う処理操作後のマイクロ流体構造の上面図及び断面線A-A視図を示す。

【図7】図7は、本発明の１以上の実施態様に従う処理操作後のマイクロ流体構造の上面図及び断面線A-A視図を示す。

【図8】図8は、本発明の１以上の実施態様に従う1つのマイクロ流体デバイスを示す。

【図9】図9は、本発明の１以上の実施態様に従う他のマイクロ流体デバイスを示す。

【図10】図10は、本発明の１以上の実施態様に従う異なるマイクロ流体デバイスを示す。

【図11】図11は、本発明の１以上の実施態様に従う他のマイクロ流体デバイスを示す。

【図12】図12は、本発明の１以上の実施態様に従う1つのマイクロ流体デバイスを示す。

【図13】図13は、本発明の１以上の実施態様に従うマイクロ流体デバイスを作製する方法を図示するフロー図を示す。

【図14】図14は、本発明の１以上の実施態様に従うマイクロ流体内の多相流体を追跡する方法を図示するフロー図を示す。

【図15】図15は、本明細書における教示を実施する為の処理システムの1つの例を図示するブロック図を示す。

【0009】

本明細書において描かれている図は例示的なものである。本発明の範囲から逸脱すること無しに、図面又はそれに記載されている動作に多くの変形がある可能性がある。例えば、動作は異なる順序で実行されることができ、又は動作は追加され、削除され又は修正されることができる。また、語「接続」及びその変形は、2つの要素間に通信路を有することを説明するものであり、要素間に介在する要素／接続がなく直接接続されることを意味するものでない。これらの変形の全てが本明細書の一部とみなされる。

【0010】

添付の図面及び記載された実施態様の以下の発明の詳細な説明において、図面において示されている様々な要素は、2桁又は3桁の参照番号が付されている。わずかな例外を除き、各参照番号の左端の桁は、その要素が最初に図示されている図面に対応する。

【発明を実施するための形態】

【0011】

簡潔さの為に、半導体デバイス及び集積回路（IC）作製に関連する慣用的な技術は、本明細書において詳細に記載されていてもよく又は記載されていなくてもよい。その上、本明細書に記載されている様々なタスク及びプロセス工程は、本明細書において詳細に記載されていない追加の工程又は機能を有するより包括的な手順又はプロセスに組み込まれることができる。特に、半導体デバイス及び半導体ベースのICの製造における様々な工程は周知であるので、簡潔さの為に、多くの慣用的な工程は、本明細書において簡潔に言及されるだけであり、又は周知のプロセスの詳細を提供すること無しに完全に省略されるであろう。

【0012】

ここで、本発明の観点により具体的に関連する技術の概要に目を向けると、マイクロ流体デバイスは、ユーザチップインタフェースと、閉じた流れ経路とを有する。閉じた流れ経路は、漏れ及び蒸発に関する問題を最小限に抑えながら、機能要素（例えば、ヒーター、ミキサー、ポンプ、UV検出器、バルブ等）を1つのデバイスへと統合することを容易にする。液体サンプルの分析はしばしば、一連の工程（例えば、ろ過、試薬の溶解、加熱、洗浄、信号の読み取り等）を必要とする。単一の装置上に複数のチャンネルを搭載すると、装置の設置面積が増え、従って、その製造コストが高くなる。

【0013】

既知のマイクロ流体デバイス内の多相変位を追跡する為には、光学的方法が用いられることができるが、それは、光を透過する材料からマイクロ流体デバイスを形成することを必要とする。光学的検出はまた回折によって制限される為、該相の間の光学的コントラスト又は、該流れを追跡する為の蛍光粒子の使用を必要とする。

【0014】

次に、本発明の観点の概要に目を向けると、本発明の1以上の実施態様は、そこに統合された電気センサを有するマイクロ流体デバイスを提供することによって、先行技術の上述された欠点に対処する。本発明の実施態様において、該統合された電気センサは、マイクロ流体デバイスが時間の関数として流体－液体界面を追跡することを可能にするように構成され及び配置され、それは更に、多相システムにおける各相の位置の空間分解及び時間依存性の情報を得て、流れの追跡の為に使用されることが可能である。本発明の幾つかの実施態様において、電気センサは、静電容量を測定するように構成された静電容量センサであり、並びにマイクロ流体デバイスを通じて流れる各流体は、1以上の静電容量センサによって測定されることができる静電容量に対するその効果によって測定されることができる異なる誘電特性を示すことができる。本発明の実施態様において、該電気センサは、時間の関数として流体の電気特性の測定を可能にする為に、該チャネル壁内に埋め込まれており、そのことは、流体－液体界面の移動の追跡を可能にする。

【0015】

本発明の実施態様に従う方法は、多相（非混和性）流れが確立されている間、該マイクロ流体デバイスの異なる点における時間の関数として静電容量を測定することを含むことができる。該静電容量の信号は、2つの端子間の界面の通過を反映する急激な変化について監視される。複数のセンサの間の距離（それは、知られている）と流体界面が異なる複数のセンサを通過する時間を用いて、例えば界面変位速度、チャネル飽和度、及び流体濡れ性を包含するがこれらに限定されない様々な性能指数（figures-of-merit）が計算されることができる。

【0016】

本発明の1以上の実施態様において、静電容量が測定される周波数は、所望の値／範囲にチューニングされることができる。該周波数は、測定されたい流体相の間の静電容量におけるコントラストを高めるように調整されることができる。また、該周波数は調整してサンプリングレートを上げ、且つより高い界面速度を捉えることが可能である。

【0017】

ここで本発明の観点のより詳細な説明に移ると、図1は、本発明の1以上の実施態様に従う最終的なマイクロ流体デバイスを形成する為の作製操作の初期セット後の構造体100の上面図及び断面線A-A視図を示す。本発明の実施態様において、構造体100の酸化物層102上にハードマスク104を形成し且つパターン化する為に、既知の作製操作が使用されている。上面図において最もよく示されているように、ハードマスク104におけるパターンは、酸化物層102の一部を露出させる開口部106を備えている。

【0018】

本発明の幾つかの実施態様において、ハードマスク104は、酸素含有層、例えば酸化ケイ素（SiO₂）層若しくは酸窒化ケイ素（SiON）層；酸素を実質的に含まない層、例えば窒化ケイ素（SiN）層若しくは炭化ケイ素（SiC）層；又は実質的に酸素を含まない複合誘電体膜を含むことができる。本発明の幾つかの実施態様において、ハードマスク104は、窒化タンタル（TaN）のみから形成されることができる。

【0019】

図2は、本発明の１以上の実施態様に従う処理操作後の構造体100の上面図及び断面線A-A視図を示す。図2において示されているように、ハードマスク104（図1において示されている）は除去されている。しかしながら、ハードマスク104を除去する前に、酸化物層102の露出された部分を通してエッチングし、コンタクト202を形成する為に金属でビリングされているトレンチを形成する為に酸化物エッチングが実施された。本発明の実施態様に従って、コンタクト202の各々は、形成されるべき2つの端子センサの第1の端子として機能することになる。コンタクト202は、任意の適切な導電性材料、例えば、金属（例えば、タングステン、チタン、タンタル、ルテニウム、ジルコニウム、コバルト、銅、アルミニウム、白金）、導電性金属化合物材料（例えば、窒化タンタル、窒化チタン、炭化タンタル、炭化チタン、炭化チタンアルミニウム、ケイ化タングステン、窒化タングステン、ケイ化コバルト、ケイ化ニッケル）、導電性炭素、又はこれらの材料の任意の適切な組み合わせが挙げられることができる。本発明の幾つかの実施態様において、コンタクト202は、銅、コバルト、又はタングステンを含む。コンタクト202を形成する為に使用される導電性材料は更に、堆積中又は堆積後に組み込まれるドーパントを含むことができる。本発明の幾つかの実施態様において、コンタクト202は、バリアメタルライナー（barrier metal liners）（図示されていない）を含むことができる。本発明の1以上の実施態様において、コンタクト202を形成する導電材料が堆積された後、化学的機械平坦化（CMP：chemical-mechanical planarization）が構造100に対して行われて、過剰な導電性材料を除去して、示されているようなレベルまで構造100を平坦化させる。

【0020】

図3は、本発明の1以上の実施態様に従う処理操作後の構造体100の上面図及び断面線A-A視図を示す。図3において示されているように、追加の酸化物層302が、酸化物層102の頂部面上に堆積された。本発明の1以上の実施態様において、酸化物層302は、酸化物層102と同じ材料とすることができる。酸化物層302を形成する任意の既知の方法、例えば、化学気相成長（CVD：chemical vapor deposition）、プラズマ強化CVD（PECVD：plasma-enhanced CVD）、原子層堆積（ALD：atomic layer deposition）、流動性CVD（flowable CVD）、スピンオン誘電体、又は物理気相成長（PVD：physical vapor deposition）、が利用されることができる。

【0021】

図3をさらに参照すると、ハードマスク304が酸化物層302の上に形成され、そして、下層の酸化物層302の頂部面の1以上の部分を露出する開口部を含むようにパターン化されている。

【0022】

図4は、本発明の1以上の実施態様に従う処理操作後の構造体100の上面図及び断面線A-A視図を示す。図4において示されているように、ハードマスク304が除去されている。しかしながら、ハードマスク304を除去する前に（図3において示されている）、ハードマスク304によって覆われていない酸化物層302の部分がエッチングされて、酸化物層302中に開口部を形成する。酸化物層302中の開口部は、形成されるべき2つの端子センサの底部端子402を形成する為に、金属で充填されている。本発明の実施態様において、ハードマスク304が除去され、図4において示されているようなレベルまで構造体100を平坦化するところのCMPを適用することによって、ハードマスク304が除去されることができる。底部端子402は、コンタクト202の上に形成される。

【0023】

図5は、本発明の1以上の実施態様に従う処理操作後の構造体100の上面図及び断面線A-A視図を示す。図5において示されているように、酸化物層502が、構造体100の酸化物層302及び底部端子402の上に堆積されている。本発明の1以上の実施態様において、酸化物層502は、酸化物層302若しくは酸化物層102又はそれらの組み合わせと同じ材料である。酸化物層502を形成する任意の既知の方法が利用されることができる。

【0024】

図5に示されているように、ハードマスク504が、酸化物層502の上に形成されている。ハードマスク504を形成する任意の態様が用いられることができる。構造体100の上面図は、ハードマスク504が、酸化物層502の頂部面の一部を露出するようにパターニングされていることを示す。構造体100に酸化物エッチング液を塗布し、ハードマスク504によって覆われていない酸化物層502の部分をエッチングして、酸化物層502にマイクロチャネル602を形成する。

【0025】

図6は、本発明の1以上の実施態様に従う処理操作後の構造体100の上面図及び断面線A-A視図を示す。図6において示されているように、酸化物エッチングが構造体100中にマイクロチャネル602を形成する為に行われた後、ハードマスク504（図5において示されている）が除去され、それによってマイクロチャネル602を含む第1のウェハ604が形成される。図示されているように、第1のウェハ604はまた、酸化物層102、コンタクト202、底部端子402、酸化物層302、及びマイクロチャネル602を含む。

【0026】

図7は、本発明の1以上の実施態様に従う処理操作後の構造体100の上面図及び断面線A-A視図を示す。図7において示されているように、相補的なウェハ702が形成されており、並びに、図6において示されている第1のウェハ604と類似している。コンプリメンタリウェハ702は、酸化物層704と、形成されるべき2つの端子センサの頂部端子710の為のコンタクト708と、酸化物層706とを含む。本発明の1以上の実施態様において、相補型ウェハ702は、マイクロチャネル602に対応する要素無しに形成され、並びに第1のウェハ604中に形成されたセンサの底部端子402の各々に対応する頂部端子710を備えている。図7に示されているように、コンプリメンタリウェハ702の頂部端子710は、第1のウェハ604の底部端子402と位置合わせされる。コンプリメンタリウェハ702は第1のウェハ604に接合されて、マイクロ流体デバイスを形成する為に構造体100の形成を完了させる。図示されているように、コンプリメンタリウェハ702の酸化物層706は、第1のウェハ604のマイクロチャネル602に接着される。接着工程は、既知の技術のいずれかを用いて行われることができることが理解されるべきである。非限定的な例において、該マイクロ流体デバイスは2つのセンサで形成され、ここで、各センサは、流体が該マイクロチャネルを通って流れるときに静電容量を測定するところの頂部端子及び底部端子を備えているが、任意の数のセンサが動作中の測定値を得る為に備えられることができることが理解されるべきである。

【0027】

図8は、本発明の１以上の実施態様に従う、マイクロチャネルの断面内の多相流れを監視する為の構成800を示す。該マイクロチャネルは、この非限定的な例において、2つのセンサを備えている。各センサは、上部端子及び下部端子を備えており、並びに流体の静電容量を測定する為に使用される。該流体の動きは、該マイクロ流体デバイス内で追跡されることができ、並びに流体間の界面が監視されることができる。第1のセンサ802は、第1の端子802A及び第2の端子802Bを備えており、それらはそれぞれ図7の底部端子402及び頂部端子710に対応する。第2のセンサ804は、第1の端子804A及び第2の端子804Bを備えている。任意の数のセンサが、多相流体流れを追跡する為に該マイクロ流体デバイス内に組み込まれることができることを理解されたい。

【0028】

2つのセンサ（コンデンサ）の間の距離Lは知られている。距離Lは、マイクロ流体デバイスの作製中に、所望の用途の為に選択されることができる。この非限定的な例において、距離Lは～1mmである。該センサ間の距離Lが、第1のセンサ802と第2のセンサ804との間で流体界面が検出される時間差で割ることによって、該マイクロチャネル内の流体の平均界面変位速度U、すなわち性能指数（figures-of-merit）、を与える。

【0029】

図8に示されているように、該複数のセンサ（図7に示されている）が該マイクロチャネルの壁内に埋め込まれており、並びに各センサは、上部端子と下部端子とを備えている。また、該マイクロチャネルは、第1の流体（流体1）と第2の流体（流体2）とを含み、該第1の流体（流体1）及び該第2の流体は流体界面を形成する。

【0030】

また、図8に示すのは、第1のセンサ802及び第2のセンサ804についての応答のグラフである。該グラフは、Y軸上に静電容量を表し、並びにX軸上に時間の単位を表す。流体間の界面が静電容量における変化を提供するところの該マイクロチャネル内を流れる流体を検出するところの入口応答及び出口応答についてのグラフが示されている。最初のグラフは、静電容量における変化が、時間t_入で、該第1のセンサで検出される時間を示す。第2のグラフは、静電容量における変化が、時間t_出で、該第2のセンサで検出される時間を示す。

【0031】

時間情報と距離Lの情報とを用いることによって、該マイクロチャネル内の界面変位速度Uが計算されることができる。該センサは、信号を処理する為に、プロセッサ又はコンピューティングユニット（例えば、後述されている図15に示されているもの）に接続されることが理解されるべきである。該界面変位速度Uは、下記の式1によって計算されることができる。

【数1】

【0032】

図9は、本発明の１以上の実施態様に従うマイクロ流体デバイスにおける多相流れを追跡する為のシステム900の別の構成を示す。システム900は、流体の流れの方向に沿って異なる位置xiに配置される一連のセンサを備えている。各センサは、2つの端子、すなわち上部端子及び下部端子、を備えており、並びに該流体がこれらの端子を通過する際の静電容量を検出する為のコンデンサとして機能する。位置x₁にある第1のセンサは端子902A及び902Bを備えており、位置x₂にある第2のセンサは端子904A及び904Bを備えており、位置x₃にある第3のセンサは端子906A及び906Bを備えており、位置x₄にある第4のセンサは端子908A及び908Bを備えている。

【0033】

流体間の界面が移動した全長の割合を計算することによって、侵入した流体（流体1）の飽和度（S）が求められることができる。界面速度(U)と飽和度(S)は、それぞれ下記の式2及び式3を用いて計算されることができる。

【数2】

【数3】

【0034】

図9における一連のグラフにおいて示されているように、各センサ902、904、906及び908が多相流れの静電容量における変化を検出する時刻が示されている。各センサの頂部端子と底部端子との間の静電容量を時間の関数として測定することによって、該チャンネル内の流体間界面の移動が追跡されることができる。該一連のグラフは、第1のセンサ902が静電容量における変化を検出し、第2のセンサ904、第3のセンサ906及び第4のセンサ908がそれに続いていることを示す。該マイクロチャネルの画分又は部分を分析することによって、該マイクロチャネルの飽和が決定されることができる。

【0035】

図10は、該装置のマイクロチャネルを横切って平行に配置される複数のセンサ1、2、3、4及び5を備えている本発明の異なる実施態様を示す。図10に示されているように、該マイクロチャネルを横切るセンサ位置は知られており、並びに後述されているように流体界面の形状を決定する為に使用されることができる。各センサは、2つの端子、すなわち上部端子（図10において示されている）及び下部端子（図示されていない）、を備えており、並びに該流体がこれらの端子を通過する際の静電容量を検出する為のコンデンサとして機能する。

【0036】

図10において示されているようなアーキテクチャを用いることによって、侵入した流体の濡れ性に関する情報を提供する、流体間界面の形状が決定されることができる。最外周のセンサ1及び5の後に、最内周のセンサ3が静電容量における変化を検出した場合、流体1が表面を濡らしている

【数4】

最外周のセンサ1及び5よりも前に、最内周のセンサ3が静電容量における変化を検出した場合、流体2が表面を濡らしている

【数5】

このように、最重要センサ（この事例ではセンサ3）が流体界面を最初に検出するか又は最後に検出するかを判断することによって、侵入した流体の濡れ特性が判断されることができる。

【0037】

図11は、多相流れを維持する少なくとも2つの流体（第1の流体1102、第2の流体1104）で満たされた接続されたマイクロチャネルのネットワーク1100を包含する本発明の別の実施態様を示す。図示されているように、複数の測定値が、複数のマイクロチャネルのネットワーク内の異なる位置で得られることができる。図示されているように、ネットワーク1100の各セグメントは、関心のあるネットワーク1100のセグメントを通る流体の入口及び出口を検出する為の一対のセンサ、例えばセンサ1106及びセンサ1108、を備えていることができる。図12は、本発明の異なる実施態様の為のネットワーク1200を示し、ここで、関心のある領域は、接続されたマイクロチャネルの2次元（xy）ネットワークを有するだけでなく、垂直（z）に積層され、並びにバイパススルー垂直チャネルを接続されている。図12において示されているように、ネットワーク1200の各セグメントは、各センサ1206及び1208が第1の流体1202と第2の流体1204との間の流体界面を検出するところのセグメントを通る流体の入口及び出口を検出する一対のセンサ、例えばセンサ1206及びセンサ1208、を備えていることができる。

【0038】

図13は、本発明の１以上の実施態様に従う該マイクロ流体デバイスを作製する方法1300のフローチャートを示す。マイクロ流体デバイスは、デバイス、例えば図7において示されているデバイス、を備えていることができる。方法1300は、ブロック1302で始まり、そして、第1のセンサの第1の端子と第2のセンサの第1の端子とを備えている第1のウェハを形成することを提供するブロック1304に進む。図6に示されているように、該第1の端子は、コンタクト202及びプレート402を備えている。また、該第1のウェハは、流体を輸送する為のマイクロ流体デバイスのマイクロチャネルを包含する。

【0039】

ブロック1306は、該第1のセンサの第2の端子と該第2のセンサの第2の端子とを備えている第2のウェハを形成する。図7に示されているように、該第1の端子に対応する該第2の端子を備えているコンプリメンタリウェハ702が形成される。該第2の端子は、該第1のウェハに形成されたコンタクト及びプレートと類似のコンタクト及びプレートを備えている。

【0040】

ブロック1308は、該第1のウェハを該第2のウェハに結合する。ここで、該第1のウェハにおける上記第1の端子は、該第2のウェハの上記第2の端子と整列される。方法1300は、ブロック1310で終了する。方法1300は、図13に示されている工程によって限定されることが意図されていない。該マイクロ流体デバイスの作製の為に、異なる工程又は工程の異なる順序を用いられることができることが理解されるべきである。

【0041】

図14は、マイクロ流体デバイスにおける多相流れの電気的追跡を実行する方法1400のフローチャートを示す。方法1400は、図7～図10において示されているマイクロ流体デバイス及び処理システム、例えば図15において示されている処理システム、のいずれかによって実行されることができる。方法1400は、ブロック1402で始まり、そして、第1の読み取り値を該マイクロ流体デバイスの第1のセンサから、プロセッサを使用して受信することを提供するブロック1404に進む。ここで、該第1の読み取り値は、該流体と該第1のセンサとの間の界面での流体の検出を表す。第1の流体と第2の流体との間の流体界面が該第1のセンサを通過するときに、静電容量が変化し、そして、該第1のセンサによって検出される。該第1のセンサが該流体を検知した時刻が記録されることができる。

【0042】

ブロック1406は、第2の読み取り値を該マイクロ流体デバイスの第2のセンサから、該プロセッサを使用して受信する。ここで、該第2の読み取り値は、該流体と該第2のセンサとの間の界面での流体の検出を表し、該第1のセンサは、該第2のセンサから距離をおいて配置されている。該第1の流体と該第2の流体との間の流体界面がマイクロチャネルを通じて流れ続ける場合に、該流体界面が第2のセンサを通過する。該第2のセンサは、静電容量における変化を測定し、そして、該検出の時間が記録されることができる。

【0043】

ブロック1408は、該第1のセンサによる検出と該第2のセンサによる検出との間の時間差及び該第1のセンサと該第2のセンサとの間の距離に少なくとも部分的に基づいて、該マイクロ流体デバイスにおける流体の流速を計算する。（体積）流量は、流速を該チャネルの断面積で割ることによって計算されることができる。本発明の1以上の実施態様において、該計算は、図15を参照して後述されているプロセッサによって実行される。上記の式1において示されているような計算が行われて、界面変位速度を得ることができる。本発明の他の実施態様において、複数のセンサが並列に又は直列に配置されて、性能指数（figures-of-merit）、例えば該流体の濡れ性又は該チャネルの飽和度、を得ることができる。該得られた計算は、ポンプ、レギュレータ等に信号を提供することによって該流体の流れを制御する為にリアルタイムで実行されることができる。方法1400は、ブロック1410で終了する。方法1400は、図14において示されている工程によって限定されることが意図されていない。該マイクロ流体デバイスにおける流体界面の追跡を実行する為に、異なる工程又は工程の異なる順序を用いられることができることが理解されるべきである。

【0044】

図15を参照すると、本明細書における教示を実装する為の処理システム1500の１つの実施態様が示されている。この実施態様において、システム1500は、1以上の中央処理装置（プロセッサ）101a、101b及び101c等（集合的に又は一般的に、１以上のプロセッサ101として言及される）を有する。１つの実施態様において、各プロセッサ101は、縮小命令セットコンピュータ（RISC：reduced instruction set computer）マイクロプロセッサを備えていてもよい。プロセッサ101は、システムバス113を介して、システムメモリ114及び他の様々なコンポーネントに接続されている。読み取り専用メモリ（ROM：read only memory）122は、システムバス113に接続され、並びにシステム100の或る基本機能を制御する基本入力／出力システム（BIOS basic input/output system）を備えていてもよい。

【0045】

図15は更に、システムバス113に結合された入力／出力（I／O）アダプター107及びネットワークアダプター126を示す。I／Oアダプター107は、ハードディスク103、テープ記憶ドライブ105若しくは他の類似の任意のコンポーネント又はそれらの組み合わせと通信するスモールコンピュータシステムインタフェース（SCSI：small computer system interface）アダプターであってもよい。I／Oアダプター107、ハードディスク103、及びテープ記憶ドライブ105は、本明細書において集合的に大容量記憶装置124と呼ばれる。処理システム100上で実行する為のオペレーティングシステム120は、大容量記憶装置124に格納されていてもよい。ネットワークアダプター126は、バス113を外部ネットワーク116と相互接続し、データ処理システム1500が他のそのようなシステムと通信することを可能にする。画面（例えば、ディスプレイモニタ）115は、ディスプレイアダプター112によってシステムバス113に接続され、それは、グラフィックス集約型アプリケーションの性能を向上させる為のグラフィックスアダプターとビデオコントローラとを備えていることができる。１つの実施態様において、アダプター107、126及び112は、中間バスブリッジ（図示されていない）を介してシステムバス113に接続されている1以上のI／Oバスに接続されていてもよい。周辺装置、例えば、ハードディスクコントローラ、ネットワークアダプター及びグラフィックアダプター、を接続する為の適切なI／Oバスは典型的には、共通プロトコル、例えば、PCI（Peripheral Component Interconnect）、を包含する。追加の入力／出力デバイスは、ユーザインタフェースアダプター108及びディスプレイアダプター112を介してシステムバス113に接続される場合が示されている。キーボード109、マウス110、及びスピーカー111は全てユーザインタフェースアダプター108を介してバス113に相互接続されており、それは例えば、複数のデバイスアダプターを単一の集積回路に統合したスーパーI／Oチップを包含しうる。

【0046】

例示的な実施態様において、処理システム1500は、グラフィックス処理ユニット130を備えている。グラフィックス処理ユニット130は、ディスプレイへの出力の為に意図されたフレームバッファ内の画像の作成を加速する為に、メモリを操作し且つ変更するように設計された特殊な電子回路である。一般的に、グラフィックス処理ユニット130は、コンピュータグラフィックス及び画像処理の操作に非常に効率的であり、並びに大きなデータブロックの処理が並行して行われるアルゴリズムの為に汎用CPUよりも効果的であるところの高度な並列構造を有する。

【0047】

従って、図15において構成されているように、システム1500は、プロセッサ101の形態における処理能力、記憶能力、例えばシステムメモリ114及び大容量記憶装置124を包含する上記の記憶能力、入力手段、例えばキーボード109及びマウス110を包含する上記の入力手段、並びに出力手段、例えばスピーカー111及びディスプレイ115を包含する上記の出力能力を備えている。１つの実施態様において、システムメモリ114及び大容量記憶装置124の一部は、図15において示されている様々なコンポーネントの機能を調整する為のオペレーティングシステムを集合的に格納する。

【0048】

本発明は、統合のありうる任意の技術的詳細レベルでの、システム、方法若しくはコンピュータプログラム製品若しくはコンピュータプログラム、又はそれらの組み合わせでありうる。該コンピュータプログラム製品は、プロセッサに本発明の観点を実行させる為のコンピュータ可読プログラム命令を有する１以上のコンピュータ可読記憶媒体を包含しうる。

【0049】

該コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスによって使用する為の命令を保持且つ記憶することができる有形のデバイスであることができる。該コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子ストレージ・デバイス、磁気ストレージ・デバイス、光ストレージ・デバイス、電磁ストレージ・デバイス、半導体ストレージ・デバイス、又はこれらの任意の適切な組み合わせでありうるが、これらに限定されない。該コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的なリストは、下記を包含する：ポータブルのコンピュータディスケット（登録商標）、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（RAM：random access memory）、読み取り専用メモリ（ROM：read only memory）、消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ（EPROM（erasable programmable read-only memory）又はフラッシュメモリ）、スタティックランダムアクセスメモリ（SRAM：static random access memory）、ポータブル・コンパクトディスク読み取り専用メモリ（CD-ROM：compact disc read-only memory）、デジタル多用途ディスク（DVD：digital versatile disk）、メモリスティック、フロッピーディスク、機械的に符号化されたデバイス、例えばパンチカード若しくは命令が記録されている溝内の隆起構造又はこれらの任意の適切な組み合わせ。本明細書において使用される場合、コンピュータ可読記憶媒体は、一時的な信号それ自体、例えば電波又は他の自由に伝播する電磁波、導波管若しく他の伝送媒体を伝播する電磁波（例えば、光ファイバケーブルを通過する光パルス）、又は電線を介して送信される電気信号、であると解釈されるべきでない。

【0050】

本明細書において記載されたコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体から個々のコンピューティングデバイス／処理デバイスに、又はネットワーク、例えばインターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク若しくはワイヤレスネットワーク又はそれらの組み合わせ、を介して外部コンピュータ又は外部記憶デバイスにダウンロードされることができる。該ネットワークは、銅線伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピュータ若しくはエッジサーバ又はこれらの組み合わせで構成されうる。各コンピューティングデバイス／処理デバイスにおけるネットワークアダプターカード又はネットワークインタフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受信し、そして、該コンピュータ可読プログラム命令を、個々のコンピューティングデバイス／処理デバイス内にコンピュータ可読記憶媒体中に記憶する為に転送する。

【0051】

本発明の動作を実行する為のコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ISA：instruction-set-architecture）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、集積回路の為の構成データ、又は、１以上のプログラミング言語、例えばオブジェクト指向プログラミング言語、例えば、Smalltalk、C++等、慣用的な手続き型プログラミング言語（例えば「C」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語）、の任意の組み合わせで書かれているソースコード又はオブジェクトコードのいずれか、でありうる。該コンピュータ可読プログラム命令は、ユーザのコンピュータ上で全体的に、ユーザのコンピュータ上で部分的に、ユーザのコンピュータ上でスタンドアロン・ソフトウェア・パッケージとして部分的に、ユーザのコンピュータ上で部分的に且つリモート・コンピュータ上で部分的に、又はリモート・コンピュータ若しくはサーバ上で全体的に、実行されうる。後者のシナリオにおいて、該リモート・コンピュータは、任意の種類のネットワーク、例えばローカルエリアネットワーク（LAN：local area network）若しくはワイドエリアネットワーク（WAN：wide area network）、を介してユーザのコンピュータに接続されうるか、又は該接続は（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用したインターネットを通じて）外部コンピュータに対して行われうる。幾つかの実施態様において、電子回路、例えばプログラマブル論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA：field-programmable gate arrays）又はプログラマブルロジックアレイ（PLA：programmable logic arrays）、は、本発明の観点を実行する為に、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用することによって、電子回路をパーソナライズすることによって、コンピュータ可読プログラム命令を実行しうる。

【0052】

本発明の観点は、本発明の実施態様に従う、方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品若しくはコンピュータプログラムのフローチャート図若しくはブロック図又はそれらの組み合わせを参照して本明細書において記載されている。該フローチャート図若しくは該ブロック図又はそれらの組み合わせの各ブロック、並びに該フローチャート図若しくは該ブロック図又はそれらの組み合わせにおける複数のブロックの組み合わせは、コンピュータ可読プログラム命令によって実装されることができることが理解されるであろう。

【0053】

これらのコンピュータ可読プログラム命令は、該コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行する命令が該フローチャート図若しくはブロック図又はそれらの組み合わせの１以上のブロックにおいて特定された機能／動作を実装する為の手段を生成するように、コンピュータのプロセッサ又は他のプログラム可能なデータ処理装置に提供されて、マシンを作り出しうる。記憶された命令を有するコンピュータ可読記憶媒体が該フローチャート図若しくはブロック図又はそれらの組み合わせの１以上のブロックにおいて特定される機能／動作の観点を実装する命令を含む製造品を含むように、これらのコンピュータ可読プログラム命令はまた、コンピュータプログラム可能なデータ処理装置若しくは他のデバイス又はこれらの組み合わせに特定の様式で機能するように指示することができるコンピュータ可読記憶媒体中に記憶されうる。

【0054】

該コンピュータ可読プログラム命令はまた、コンピュータ上、他のプログラム可能なデータ処理装置上又は他のデバイス上で実行される命令が、該フローチャート図若しくはブロック図若しくはそれらの組み合わせの１以上のブロックにおいて特定される機能／動作を実装するように、上記のコンピュータ上、他のプログラム可能なデータ処理装置上又は他のデバイス上にロードされて、コンピュータ、他のプログラム可能な装置又は他のデバイス上で一連の操作工程を実行させて、コンピュータに実装されたプロセスを生成しうる。

【0055】

図面中のフローチャート図及びブロック図は、本発明の様々な実施態様に従う、システム、方法及びコンピュータプログラム製品若しくはコンピュータプログラムのありうる実装の、アーキテクチャ、機能及び動作を示す。これに関連して、該フローチャート図又はブロック図における各ブロックは、命令のモジュール、セグメント、又はその一部を表し得、それは、特定された１以上の論理機能を実装する為の１以上の実行可能命令を含む。幾つかの代替の実装において、該ブロックにおいて示されている機能は、図面中に示されている順序とは異なって生じうる。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、関与する機能に依存して、同時に、実質的に同時に、部分的又は全体的に時間的に重複する様式で実行される１つの工程として達成されうるか、又は該ブロックは、逆の順序で実行されうる。該ブロック図若しくはフローチャート図又はこれらの組み合わせの各ブロック、並びに該ブロック図若しくはフローチャート図又はこれらの組み合わせの複数のブロックの組み合わせは、特定された機能又は動作を実行する特別な目的のハードウェアベースのシステムによって実装することができ、又は特別な目的のハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせを実行することができることに留意されたい。

【0056】

本発明の様々な実施態様の記載は、例示の目的の為に提示されたものであり、網羅的であること又は開示された実施態様に限定されることが意図されたものでない。多くの修正及び変形が、記載された実施態様の範囲及び精神から逸脱することなしに当業者に明らかであろう。本明細書において使用される語は、実施態様の原理、実用的な用途、又は市場において見られる技術に対する技術的改善を最もよく説明する為に、又は当業者が本明細書において開示されている実施態様を理解することができるようにする為に選択された。

【0057】

本明細書において記載された本発明の実施態様の技術は、既存のアーキテクチャと対照的に、流体の流れを直接的に視覚化し且つ評価する為に、高度な光学測定装置（高解像度、高感度の顕微鏡）を必要としない。加えて、本明細書において記載された技術は、非常に高い集積密度（3D集積）を提供し、ナノスケールまでスケールアップされることができ、並びに標準的な半導体技術プロセスと互換性がある。

【0058】

本発明の様々な実施態様が、関連する図面を参照して本明細書において記載されている。本発明の範囲から逸脱すること無しに、代替的な実施態様が考案されることができる。以下の説明及び図面において、複数の要素の間に様々な接続及び位置関係（例えば、上、下、隣接等）が記載されているが、当業者は、向きが変わっても記載された機能性が維持される場合に、本明細書に記載された位置的関係の多くは、向きに依存しないことを認識するであろう。これらの接続若しくは位置関係又はそれらの組み合わせは、特に指定されない限り、直接的又は間接的であることができ、並びに本発明は、この点に関して限定することを意図していない。従って、エンティティの接続は、直接的又は間接的な結合のいずれかを云うことができ、並びにエンティティ間の位置的関係は、直接的又は間接的な位置的関係とすることができる。間接的な位置関係の例として、本明細書における層「B」上に層「A」を形成することへの本明細書における言及は、層「A」及び層「B」の関連特性及び機能性が1以上の中間層によって実質的に変化されない限り、1以上の中間層（例えば、層「C」）が層「A」と層「B」との間にある状況を包含する。

【0059】

下記の定義及び略語は、特許請求の範囲及び明細書の解釈の為に使用されるべきである。本明細書において使用される場合、語「含む」、「含んでいる」、「包含する」、「包含している」、「有する」、「有している」、「含有する」若しくは「含有している」、又はそれらの何らかの他の変形は、非排他的な含有をカバーすることが意図されている。例えば、複数の要素のリストからなる組成物、混合物、プロセス、方法、物品又は装置は、必ずしもそれらの要素のみに限定されず、明示的にリストされていない他の要素又はそのような組成物、混合物、プロセス、方法、物品又は装置に固有の要素を包含することができる。

【0060】

加えて、語「例示的な」は、本明細書において、「例えば、実例として、又は例証として機能する」ことを意味する為に使用されている。本明細書において「例示的な」として説明されている任意の実施態様又は設計は、必ずしも他の実施態様又は設計よりも好ましい又は有利であると解釈されるものでない。語「少なくとも1つ」及び「1以上」は、1以上の任意の整数、すなわち1、2、3、4等を包含すると理解される。語「複数の」は、2以上の任意の整数、すなわち、2、3、4、5等を包含すると理解される。語「接続」は、間接的な「接続」及び直接的な「接続」を包含することができる。

【0061】

本明細書における「1つの実施態様」、「或る実施態様」、「例示的な実施態様」等への言及は、記載された実施態様が特定の特徴、構造又は特性を含むことができるが、全ての実施態様が特定の特徴、構造又は特性を含んでいてもよく又は含んでいなくてもよいことを示す。その上、そのようなフレーズは、必ずしも同じ実施態様を言及するものでない。更に、特定の特徴、構造又は特性が実施態様に関連して記載されている場合、明示的に記載されているかどうかにかかわらず、他の実施態様に関連してそのような特徴、構造又は特性に影響を与えることは当業者の知識の範囲内であることが提示される。

【0062】

以下の説明の為に、語「上」、「下」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、及びそれらの派生語は、描かれている図で方向付けされているように、記載された構造及び方法に関するべきである。語「重畳する」、「上に」、「上に位置する」又は「頂部上に位置する」は、第1の要素、例えば第1の構造、が、第2の要素、例えば第2の構造、の上に存在することを意味し、介在要素、例えばインタフェース構造、該第1の要素と該第2の要素との間に存在することができる。語「直接接触」は、第1の要素、例えば第1の構造、と第2の要素、例えば第2の構造、とが、2つの要素の界面で中間的な導電層、絶縁層又は半導体層を介すること無しに接続されることを意味する。

【0063】

空間的に相対的な語、例えば、「の下方の」、「の下に」、「よりも低く」「の上に」、「よりも上部に」等は、図面に例示されているように、ある要素又は特徴の別の1以上の要素又は1以上の特徴に対する関係を説明する為に、本明細書において説明を容易にする為に使用されることができる。空間的に相対的なこれらの語は、図に描かれた向きに加えて、使用又は動作中の装置の異なる向きを包含することを意図されていることが理解されるであろう。例えば、図中の装置がひっくり返される場合に、他の要素又は特徴の「の下方に」又は「の下に」として説明される要素は、その後、他の要素又は特徴の「の上に」に配向されるであろう。従って、「の下に」という語は、上と下の両方の配向を包含することができる。該装置は、他の向き（90度回転した向き、又は他の向き）であることができ、並びに本明細書において使用されている空間的に相対的な記載は、それに従って解釈される。

【0064】

例えば、表現「に選択的」、例えば「第2の要素に選択的な第1の要素」、は、第1の要素がエッチングされ、そして、該第2の要素がエッチングストップとして機能することができることを意味する。

【0065】

語「約」、「実質的に」、「ほぼ」及びそれらの変形は、本出願の出願時に利用可能な機器に基づく特定の量の測定に関連付けられた誤差の程度を包含することが意図されている。例えば、「約」は、所与の値の±8％、5％又は2％の範囲を包含することができる。

【0066】

語「コンフォーマル」（例えば、コンフォーマル層）は、層の厚さが全ての表面上で実質的に同じであること、又は厚さの変動が層の公称厚さの15％未満であることを意味する。

【0067】

本明細書において先に述べられているように、簡潔さの為に、半導体デバイス及び集積回路（IC）作製に関連する慣用的な技術は、本明細書において詳細に記載されていてもよく又は記載されていなくてもよい。しかしながら、背景として、本発明の1以上の実施態様を実装する際に利用されることができる半導体デバイス作製プロセスのより一般的な説明が、ここで提供されるであろう。本発明の1以上の実施態様を実装する際に使用される特定の作製操作は、個別に知られることができるが、本発明の操作の記述された組み合わせ及び／又は結果として生じる構造は、独特である。従って、本発明に従う半導体デバイスの作製に関連して説明されている操作の独特な組み合わせは、半導体（例えば、シリコン）基板上で行われる様々な個別に知られた物理的及び化学的プロセスを利用し、それらのうちの幾つかは、すぐ後の段落に記載されている。

【0068】

一般的に、IC内に搭載されるであろうマイクロチップを形成する為の様々なプロセスは、4つの一般的なカテゴリ、すなわち、成膜、除去／エッチング、半導体ドーピング及びパターニング／リソグラフィー、に大別される。成膜とは、ウェハ上に材料を成長させ、コーティングし、その他の方法で転写するあらゆるプロセスである。利用可能な技術は、物理蒸着（PVD：physical vapor deposition）、化学蒸着（CVD：chemical vapor deposition）、電気化学蒸着（ECD：electrochemical deposition）、分子線エピタキシー（MBE：molecular beam epitaxy）、及び更に最近ではとりわけ、原子層蒸着（ALD：atomic layer deposition）等がある。除去／エッチングは、ウェハから材料を除去するあらゆるプロセスである。例は、エッチング処理（ウェット又はドライのいずれか）及びCMP（Chemical-Mechanical Planarization）等を包含する。半導体ドーピングは、例えばトランジスタのソース及びドレインに、一般的に拡散により若しくはイオン注入により又はそれらの組み合わせによりドーピングすることによって、電気的特性を変化させることである。これらのドーピング工程は、その後、ファーネスアニーリング（furnace annealing）により又はラピッドサーマルアニーリング（RTA：rapid thermal annealing）により行われる。アニーリングは、注入されたドーパントを活性化させる為に役立つ。導電体（例えば、ポリシリコン、アルミニウム、銅等）及び絶縁体（例えば、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素等の様々な形態）の両方の膜が、トランジスタ及びそれらのコンポーネントを接続し及び分離する為に使用される。半導体基板の様々な領域の選択的ドーピングは、基板の導電性が電圧の印加によって変化させることを可能にする。これらの様々なコンポーネントの構造を作ることによって、何百万ものトランジスタが構築され、そして共に配線されて、現代のマイクロエレクトロニクスデバイスの複雑な回路を形成することができる。半導体リソグラフィーとは、半導体基板上に3次元の浮き彫り画像又はパターンを形成し、その後、そのパターンを該基板に転写することである。半導体リソグラフィーにおいて、該パターンは、フォトレジストと呼ばれる感光性ポリマーによって形成される。トランジスタを構成する複雑な構造と、回路の数百万のトランジスタとを接続する多くの配線を構築する為に、リソグラフィー工程とエッチングパターン転写工程が何度も繰り返される。該ウェハ上に印刷される各パターンは、以前に形成されたパターンと位置合わせされ、導体、絶縁体、及び選択的にドープされた領域がゆっくりと構築されて、最終デバイスを形成する。

【0069】

図面中のフローチャート図及びブロック図は、本発明の様々な実施態様に従う製造方法若しくは動作方法又はそれらの組み合わせのありうる実装を示す。該方法の様々な機能／動作は、ブロックによって流れ図に表されている。幾つかの代替的な実施態様において、ブロックに記されている機能は、図面に記載された順序から外れて発生することができる。例えば、連続して示されている2つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行されることができ、又は複数のブロックは、関与する機能に応じて、ある場合には逆の順序で実行されることができる。

【0070】

本発明の様々な実施態様の記載は、例示の目的の為に提示されているものであり、網羅的であること又は開示された実施態様に限定されることが意図されたものでない。多くの修正及び変形が、記載された実施態様の範囲及び精神から逸脱すること無しに当業者に明らかであろう。本明細書において使用される語は、実施態様の原理、実用的な用途、又は市場において見られる技術に対する技術的改善を最もよく説明する為に、又は当業者が本明細書において開示されている実施態様を理解することができるようにする為に選択された。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】