特許 7708932 バイオチップおよびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-07-07

(45)【発行日】2025-07-15

(54)【発明の名称】バイオチップおよびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/414 20060101AFI20250708BHJP

【ＦＩ】

G01N27/414 301Y

G01N27/414 301U

G01N27/414 301W

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024095673

(22)【出願日】2024-06-13

【審査請求日】2024-06-13

(31)【優先権主張番号】113107268

(32)【優先日】2024-02-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】524115969

【氏名又は名称】漢磊科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＥＰＩＳＩＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】許 文廷

(72)【発明者】

【氏名】劉 徳權

(72)【発明者】

【氏名】李 國瑜

【審査官】黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０４６２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０７３１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２８８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０９９３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０９７０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３８４２８１７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／２６－２７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶液中の生体物質を検出するためのバイオチップであって、少なくとも１つの検出ユニットを含み、前記少なくとも１つの検出ユニットが、
基板と、
前記基板上に配置された第１絶縁層と、
前記第１絶縁層上に配置され、複数の反応領域を含む半導体層と、
前記半導体層上に配置され、
第１部分と、
前記第１部分を取り囲む第２部分と、
前記第１部分と前記第２部分とを分離し、前記複数の反応領域を露出させる第１開口部と、
を含む第２絶縁層と、
前記第２部分上に配置され、互いに分離したソース、ドレイン、ゲート、および第１壁構造を含む第１金属層と、
前記第１壁構造上に配置された第２壁構造と、
前記第１部分上に配置された生体電極と、
を含む第２金属層と、
前記第１金属層および前記第２金属層の上に配置され、第２開口部、第３開口部、および第４開口部を有し、
前記第１金属層によって露出された前記第２部分を覆い、前記第２開口部を取り囲んで定義する平坦部と、
前記ソース、前記ドレイン、および前記ゲートを覆い、前記第３開口部を取り囲んで定義する第１突出部と、
を含む保護層と、
前記第２壁構造を覆い、前記第４開口部を取り囲んで定義する第２突出部と、
を含み、前記基板の法線方向において、前記第１開口部、前記第２開口部、前記第３開口部、および前記第４開口部が、重なり合ったバイオチップ。

【請求項2】

前記半導体層が、さらに、ソース領域およびドレイン領域を含み、前記ソースが、前記第１開口部を取り囲んで前記ソース領域に電気接続され、前記ドレインが、前記ソースを取り囲んで前記ドレイン領域に電気接続され、前記ゲートが、前記ドレインを取り囲んで前記基板に電気接続され、前記第１壁構造が、前記ゲートを取り囲む請求項１に記載のバイオチップ。

【請求項3】

前記ソース、前記ドレイン、前記ゲート、および前記第１壁構造が、同じ層であり、前記第１壁構造が、前記ソース、前記ドレイン、および前記ゲートを電気的に絶縁する請求項２に記載のバイオチップ。

【請求項4】

前記溶液が、少なくとも前記第１開口部、前記第２開口部、および前記第３開口部の中に配置され、前記溶液が、前記生体電極および前記半導体層の前記複数の反応領域に接触する請求項１に記載のバイオチップ。

【請求項5】

前記生体電極および前記第２壁構造が、同じ層であり、前記生体電極と前記第２壁構造が、互いに分離しており、前記第２壁構造が、前記生体電極を電気的に絶縁する請求項４に記載のバイオチップ。

【請求項6】

前記第１突出部が、前記第３開口部を完全に取り囲み、前記第２突出部が、前記第４開口部を完全に取り囲む請求項１に記載のバイオチップ。

【請求項7】

前記法線方向において、前記第２突出部の上表面が、前記第１突出部の上表面よりも高く、前記第１突出部の前記上表面が、前記平坦部の上表面よりも高い請求項１に記載のバイオチップ。

【請求項8】

前記第３開口部が、前記第２開口部よりも大きく、前記第４開口部が、前記第３開口部よりも大きい請求項１に記載のバイオチップ。

【請求項9】

前記第３開口部が、
前記第１部分に対応して配置された添加領域と、
前記添加領域に接続され、前記複数の反応領域に対応して配置された複数の検出領域と、
を含む請求項１に記載のバイオチップ。

【請求項10】

基板を提供することと、
前記基板上に第１絶縁層を形成することと、
前記第１絶縁層上に半導体層を形成し、前記半導体層が、複数の反応領域を含むことと、
前記半導体層上に第２絶縁層を形成し、前記第２絶縁層が、
第１部分と、
前記第１部分を取り囲む第２部分と、
前記第１部分と前記第２部分とを分離し、前記複数の反応領域を露出させる第１開口部と、
を含むことと、
前記第２部分上に第１金属層を形成し、前記第１金属層が、互いに分離したソース、ドレイン、ゲート、および第１壁構造を含むことと、
第２金属層を形成し、前記第２金属層が、
前記第１壁構造上に配置された第２壁構造と、
前記第１部分上に配置された生体電極と、
を含むことと、
前記第１金属層および前記第２金属層の上に保護層を形成し、前記保護層が、第２開口部、第３開口部、および第４開口部を有し、
前記第１金属層によって露出された前記第２部分を覆い、前記第２開口部を取り囲んで定義する平坦部と、
前記ソース、前記ドレイン、および前記ゲートを覆い、前記第３開口部を取り囲んで定義する第１突出部と、
前記第２壁構造を覆い、前記第４開口部を取り囲んで定義する第２突出部と、
を含むことと、
を含み、前記基板の法線方向において、前記第１開口部、前記第２開口部、前記第３開口部、および前記第４開口部が、重なり合ったバイオチップの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体チップおよびその製造方法に関するものであり、特に、バイオチップおよびその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的なバイオチップは、通常、溶液を収容できる空間が反応領域の大きさに制限されるため、溶液が多いときや添加する溶液に誤差があるときに溶液のオーバーフローが発生しやすい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、溶液のオーバーフローを回避して大量の溶液に適応することができ、検出の感度を向上させることができ、且つさまざまな生体物質を互いに干渉せずに同時に検出することのできるバイオチップおよびその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明のバイオチップは、溶液中の生体物質を検出するために使用され、少なくとも１つの検出ユニットを含む。検出ユニットは、基板、第１絶縁層、半導体層、第２絶縁層、第１金属層、第２金属層、および保護層を含む。第１絶縁層は、基板上に配置される。半導体層は、第１絶縁層上に配置され、複数の反応領域を含む。第２絶縁層は、半導体層上に配置され、第１部分、第２部分、および第１開口を含む。第２部分は、第１部分を取り囲む。第１開口は、第１部分と第２部分とを分離し、複数の反応領域を露出させる。第１金属層は、第２部分上に配置され、互いに分離したソース、ドレイン、ゲート、および第１壁構造を含む。第２金属層は、第２壁構造および生体電極を含む。第２壁構造は、第１壁構造上に配置され、生体電極は、第１部分上に配置される。保護層は、第１金属層および第２金属層の上に配置される。保護層は、第２開口、第３開口、および第４開口を有し、平坦部、第１突出部、および第２突出部を含む。平坦部は、第１金属層によって露出した第２部分を覆い、第２開口を取り囲んで定義する。第１突出部は、ソース、ドレイン、およびゲートを覆い、第３開口を取り囲んで定義する。第２突出部は、第２壁構造を覆い、第４開口を取り囲んで定義する。基板の法線方向において、第１開口、第２開口、第３開口、および第４開口は、重なり合う。

【0005】

本発明の１つの実施形態において、上述した半導体層は、さらに、ソース領域およびドレイン領域を含み、ソースは、第１開口を取り囲んでソース領域に電気接続され、ドレインは、ソースを取り囲んでドレイン領域に電気接続され、ゲートは、ドレインを取り囲んで基板に電気接続され、第１壁構造は、ゲートを取り囲む。

【0006】

本発明の１つの実施形態において、上述したソース、ドレイン、ゲート、および第１壁構造は、同じ層であり、第１壁構造は、ソース、ドレイン、およびゲートを電気的に絶縁する。

【0007】

本発明の１つの実施形態において、上述した溶液は、少なくとも第１開口、第２開口、および第３開口の中に配置される。溶液は、生体電極および半導体層の複数の反応領域に接触する。

【0008】

本発明の１つの実施形態において、上述した生体電極および第２壁構造は、同じ層であり、生体電極と第２壁構造は、互いに分離し、第２壁構造は、生体電極を電気的に絶縁する。

【0009】

本発明の１つの実施形態において、上述した第１突出部は、第３開口を完全に取り囲み、第２突出部は、第４開口を完全に取り囲む。

【0010】

本発明の１つの実施形態において、上述した法線方向において、第２突出部の上表面は、第１突出部の上表面よりも高く、第１突出部の上表面は、平坦部の上表面よりも高い。

【0011】

本発明の１つの実施形態において、上述した第３開口は、第２開口よりも大きく、第４開口は、第３開口よりも大きい。

【0012】

本発明の１つの実施形態において、上述した第３開口は、添加領域および複数の検出領域を含む。添加領域は、第１部分に対応して配置される。複数の検出領域は、添加領域に接続され、複数の反応領域に対応して配置される。

【0013】

本発明のバイオチップの製造方法は、基板を提供するステップと、基板上に第１絶縁層を形成するステップと、第１絶縁層上に半導体層を形成し、半導体層が複数の反応領域を含むステップと、半導体層上に第２絶縁層を形成し、第２絶縁層が第１部分、第２部分、および第１開口を含み、第２部分が第１部分を取り囲み、第１開口が第１部分と第２部分とを分離して複数の反応領域を露出させるステップと、第２部分上に第１金属層を形成し、第１金属層が互いに分離したソース、ドレイン、ゲート、および第１壁構造を含むステップと、第２金属層を形成し、第２金属層が第２壁構造および生体電極を含み、第２壁構造が第１壁構造上に配置され、生体電極が第１部分上に配置されるステップと、第１金属層および第２金属層の上に保護層を形成し、保護層が第２開口、第３開口、および第４開口を有し、保護層が平坦部、第１突出部、および第２突出部を含むステップと、を含む。平坦部は、第１金属層によって露出した第２部分を覆い、第２開口を取り囲んで定義する。第１突出部は、ソース、ドレイン、およびゲートを覆い、第３開口を取り囲んで定義する。第２突出部は、第２壁構造を覆い、第４開口を取り囲んで定義する。基板の法線方向において、第１開口、第２開口、第３開口、および第４開口は、重なり合う。

【発明の効果】

【0014】

以上のように、本発明の１つの実施形態のバイオチップおよびその製造方法は、１つの検出ユニット内に複数の反応領域を配置して同じ種類の生体物質を検出することにより、複数の反応領域で検出された信号を蓄積して検出感度を向上させることができる。一般的なバイオチップと比較して、本実施形態のバイオチップは、第４開口を配置してバイオチップが溶液を収容できる体積を増やすことにより、大量の溶液に適応することができ、溶液のオーバーフローによるクロスコンタミネーション（cross-contamination）の問題が発生することを心配する必要がないため、バイオチップの操作上の柔軟性および便利性を向上させることができる。また、本実施形態のバイオチップ内の複数の検出ユニットは、それぞれ異なる種類の生体物質を検出するために使用することができ、異なる検出ユニット間で溶液のオーバーフローによるクロスコンタミネーションの問題が発生することを心配する必要がないため、バイオチップは、さまざまな生体物質を互いに干渉せずに同時に検出できる効果を有する。

【0015】

本発明の上記の特徴および利点をより明確に理解するために、以下に実施形態を挙げ、添付の図面と合わせて詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の１つの実施形態のバイオチップの上面概略図である。

【図2A】図１のバイオチップ内の検出ユニットの製造方法の上面概略図である。

【図2B】図１のバイオチップ内の検出ユニットの製造方法の上面概略図である。

【図2C】図１のバイオチップ内の検出ユニットの製造方法の上面概略図である。

【図3A】２Ｃのバイオチップにおける領域Ｒの製造方法の立体概略図である。

【図3B】２Ｃのバイオチップにおける領域Ｒの製造方法の立体概略図である。

【図3C】２Ｃのバイオチップにおける領域Ｒの製造方法の立体概略図である。

【図3D】２Ｃのバイオチップにおける領域Ｒの製造方法の立体概略図である。

【図3E】２Ｃのバイオチップにおける領域Ｒの製造方法の立体概略図である。

【図4】図２Ｃのバイオチップの断面線Ι－Ι’に沿った断面概略図である。

【図5】図２Ｃのバイオチップの断面線ΙΙ－ΙΙ’に沿った断面概略図である。

【図6】本発明の別の実施形態のバイオチップ内の検出ユニットの上面概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

図１は、本発明の１つの実施形態のバイオチップの上面概略図である。図２Ａ～図２Ｃは、図１のバイオチップ内の検出ユニットの製造方法の上面概略図である。図３Ａ～図３Ｅは、２Ｃのバイオチップ内の領域Ｒの製造方法の立体概略図である。図４は、図２Ｃのバイオチップの断面線Ι－Ι’に沿った断面概略図である。図５は、図２Ｃのバイオチップの断面線ΙΙ－ΙΙ’に沿った断面図である。図面を明確にして説明しやすくするために、図２Ａ～図２Ｃでは、バイオチップ１０内の基板１１０、第１絶縁層ＩＬ１、第２絶縁層１３０、絶縁層ＩＬ２、および保護層１６０の図示を省略する。

【0018】

まず、図１、図２Ｃ、図３Ｅ、図４、および図５を同時に参照すると、本実施形態のバイオチップ１０は、少なくとも１つの検出ユニット１００を含むことができる（図１は、３つの検出ユニット１００を概略的に図示しているが、本発明はこれに限定されない）。検出ユニット１００は、基板１１０、第１絶縁層ＩＬ１、半導体層１２０、第２絶縁層１３０、第１金属層１４０、第２金属層１５０、および保護層１６０を含む。第１絶縁層ＩＬ１は、基板１１０上に配置される。半導体層１２０は、第１絶縁層ＩＬ１上に配置され、複数の反応領域１２１を含む。第２絶縁層１３０は、半導体層１２０上に配置され、第１部分１３１、第２部分１３２、および第１開口Ｏ１を含む。第２部分１３２は、第１部分１３１を取り囲む。第１開口Ｏ１は、第１部分１３１と第２部分１３２とを分離して、複数の反応領域１２１を露出させる。第１金属層１４０は、第２部分１３２上に配置され、互いに分離したソース１４１、ドレイン１４２、ゲート１４３、および第１壁構造１４４を含む。第２金属層１５０は、第２壁構造１５２および生体電極１５１を含む。第２壁構造１５２は、第１壁構造１４４上に配置され、生体電極１５１は、第１部分１３１上に配置される。保護層１６０は、第１金属層１４０および第２金属層１５０の上に配置される。保護層１６０は、第２開口Ｏ２、第３開口Ｏ３、および第４開口Ｏ４を有し、第１突出部１６１、第２突出部１６２、および平坦部１６３を含む。平坦部１６３は、第１金属層１４０によって露出した第２部分１３２を覆い、平坦部１６３は、第２開口Ｏ２を取り囲んで定義する。第１突出部１６１は、ソース１４１、ドレイン１４２、およびゲート１４３を覆い、第１突出部１６１は、第３開口Ｏ３を取り囲んで定義する。第２突出部１６２は、第２壁構造１５２を覆い、第２突出部１６２は、第４開口Ｏ４を取り囲んで定義する。基板１１０の法線方向Ｚにおいて、第１開口Ｏ１、第２開口Ｏ２、第３開口Ｏ３、および第４開口Ｏ４は、重なり合う。さらに、本実施形態のバイオチップ１０は、溶液２００中の生体物質２１０を検出するために使用することができる。

【0019】

以下、本実施形態のバイオチップ１０の製造方法について説明する。本実施形態のバイオチップ１０の製造方法は、以下のステップを含むことができる。

【0020】

まず、図２Ａ、図３Ａ、図４、および図５を同時に参照すると、基板１１０を提供し、基板１１０上に第１絶縁層ＩＬ１を形成し、第１絶縁層ＩＬ１上に半導体層１２０を形成する。本実施形態において、基板１１０は、シリコン基板またはシリコンウェハであってもよい。例を挙げて説明すると、基板１１０は、例えば、Ｐ型シリコン基板であってもよいが、本発明はこれに限定されない。本実施形態において、第１絶縁層ＩＬ１は、ゲート酸化層であってもよいが、本発明はこれに限定されない。

【0021】

本実施形態において、半導体層１２０は、複数の反応領域１２１、複数のソース領域１２２、複数のドレイン領域１２３、および中央開口１２４を含む。ソース領域１２２とドレイン領域１２３は、互いに分離している。反応領域１２１は、隣接するソース領域１２２とドレイン領域１２３の間に位置し、反応領域１２１は、ソース領域１２２とドレイン領域１２３を接続することができる。各反応領域１２１は、少なくとも１つの反応ユニット１２１１を含むことができる（図２Ａでは、５つの反応ユニット１２１１を概略的に図示しているが、本発明はこれに限定されない）。中央開口１２４は、複数の反応領域１２１、複数のソース領域１２２、および複数のドレイン領域１２３によって取り囲まれてもよい。本実施形態において、半導体層１２０の材料は、ポリシリコン（polysilicon）または他の適切な半導体材料を含むことができるが、本発明はこれに限定されない。いくつかの実施形態において、反応領域１２１内の反応ユニット１２１１は、トランジスタ構造のチャネルとみなすことができるため、チャネル（反応ユニット１２１１）の閾値電圧（threshold voltage）が超過したときに、チャネル（反応ユニット１２１１）が開かれ、チャネル（反応ユニット１２１１）を介してドレイン１４２からの電流をソース１４１に伝達することができる。

【0022】

本実施形態において、図２Ａの上面図において、半導体層１２０は、８つの反応領域１２１、４つのソース領域１２２、４つのドレイン領域１２３、および１つの中央開口１２４を概略的に含むことができる。ここで、半導体層１２０の８つの反応領域１２１、４つのソース領域１２２、４つのドレイン領域１２３、および１つの中央開口１２４は、中空の円形構造に配列することができ、各対の隣接するソース領域１２２とドレイン領域１２３は、全体の３６０度の円形構造のうちの約９０度を占めることができ、各ソース領域１２２（またはドレイン領域１２３）は、全体の３６０度の円形構造のうちの約４５度を占めることができるが、本発明はこれに限定されない。つまり、本発明は、反応領域、ソース領域、ドレイン領域、および中央開口の数および配列される形状を限定せず、本発明は、各対の隣接するソース領域とドレイン領域および各ソース領域（またはドレイン領域）が全体の円形に占める比率を限定しない。

【0023】

さらに、本実施形態において、半導体層１２０の反応領域１２１の反応ユニット１２１１上に識別ユニット（図示せず）を配置して、溶液２００中の生体物質２１０を特異的に（specificity）識別して結合するために使用してもよい。具体的に説明すると、識別ユニットの一端は、反応領域１２１に接続されて固定されてもよく、識別ユニットの他端は、生体物質２１０を識別して結合するために使用してもよい。識別ユニットは、化学分子または生物分子であってもよく、例を挙げて説明すると、識別ユニットは、例えば、抗体、抗原、核酸、糖類、またはその組み合わせであってもよいが、本発明はこれに限定されず、識別ユニットが生体物質２１０を特異的に識別して結合することができればよい。

【0024】

次に、図２Ａ、図３Ｂ、図４、および図５を同時に参照すると、半導体層１２０上に第２絶縁層１３０を形成する。具体的に説明すると、第２絶縁層１３０は、半導体層１２０および一部の第１絶縁層ＩＬ１を覆うことができる。第２絶縁層１３０は、第１部分１３１、第２部分１３２、第１開口Ｏ１、開口１３３、開口１３４、および開口１３５を含む。第１部分１３１は、中央開口１２４に対応して配置される。第２部分１３２と第１部分１３１は、互いに分離しており、第１部分１３１を取り囲む。第１開口Ｏ１は、第１部分１３１と第２部分１３２とを分離する。第１開口Ｏ１は、複数の反応領域１２１および一部の第１絶縁層ＩＬ１を露出させることができ、開口１３３は、第２部分１３２を貫通して、一部のソース領域１２２を露出させることができ、開口１３４は、第２部分１３２を貫通して一部のドレイン領域１２３を露出させることができ、開口１３５は、第２部分１３２および第１絶縁層ＩＬ１を貫通して基板１１０の一部を露出させることができる。

【0025】

次に、図２Ｂ、図３Ｃ、図４、および図５を同時に参照すると、第２絶縁層１３０の第２部分１３２上に第１金属層１４０を形成する。具体的に説明すると、第１金属層１４０は、第１部分１３１および一部の第２部分１３２を露出させることができる。第１金属層１４０は、互いに分離したソース１４１、ドレイン１４２、ゲート１４３、および第１壁構造１４４を含む。基板１１０の法線方向Ｚにおいて、ソース１４１は、ソース領域１２２と重なり合い、対応して配置されてもよく、ドレイン１４２は、ドレイン領域１２３と重なり合い、対応して配置されてもよい。ソース１４１は、第２部分１３２上および開口１３３内に配置され、ソース領域１２２に電気接続されてもよい。ドレイン１４２は、第２部分１３２上および開口１３４内に配置され、ドレイン領域１２３に電気接続されてもよい。また、ゲート１４３は、第２部分１３２上および開口１３５内に配置され、導電性を有する基板１１０に接触して電気接続されてもよい。

【0026】

本実施形態において、ソース１４１、ドレイン１４２、ゲート１４３、および第１壁構造１４４は、同じ層であってもよい。ここで、図２Ｂに示すように、ソース１４１は、実質的に環状構造で第１開口Ｏ１を取り囲むことができ、ドレイン１４２は、実質的に環状構造でソース１４１および第１開口Ｏ１を取り囲むことができ、ゲート１４３は、実質的に環状構造でドレイン１４２、ソース１４１、および第１開口Ｏ１を取り囲むことができ、第１壁構造１４４は、実質的に環状構造でゲート１４３、ドレイン１４２、ソース１４１、および第１開口Ｏ１を取り囲むことができる。第１壁構造１４４は、ソース１４１、ドレイン１４２、およびゲート１４３を電気的に絶縁することができる。

【0027】

次に、図２Ｃ、図３Ｄ、図４、および図５を同時に参照すると、第１部分１３１および第１壁構造１４４の上に絶縁層ＩＬ２を形成し、第１部分１３１、第１壁構造１４４、および絶縁層ＩＬ２の上に第２金属層１５０を形成する。具体的に説明すると、第２金属層１５０は、生体電極１５１および第２壁構造１５２を含む。生体電極１５１は、第１部分１３１上に配置される。第２壁構造１５２は、第１壁構造１４４上に配置される。生体電極１５１および第２壁構造１５２は、同じ層であってもよく、生体電極１５１と第２壁構造１５２は、互いに分離している。図２Ｃに示すように、第２壁構造１５２は、実質的に環状構造でゲート１４３、ドレイン１４２、ソース１４１、および第１開口Ｏ１を取り囲むことができる。第２壁構造１５２は、生体電極１５１を電気的に絶縁することができる。

【0028】

次に、図２Ｃ、図３Ｅ、図４、および図５を同時に参照すると、第１金属層１４０および第２金属層１５０の上に保護層１６０を形成する。具体的に説明すると、保護層１６０は、第２開口Ｏ２、第３開口Ｏ３、および第４開口Ｏ４を有し、保護層１６０は、平坦部１６３、第１突出部１６１、および第２突出部１６２を含む。ここで、平坦部１６３は、第１金属層１４０によって露出した第２部分１３２を覆うことができ、平坦部１６３は、第２開口Ｏ２を取り囲んで定義することができる。第１突出部１６１は、ソース１４１、ドレイン１４２、およびゲート１４３を覆うことができ、第１突出部１６１は、第３開口Ｏ３を取り囲んで定義することができる。第２突出部１６２は、第２壁構造１５２を覆うことができ、第２突出部１６２は、第４開口Ｏ４を取り囲んで定義することができる。

【0029】

本実施形態において、平坦部１６３は、第２絶縁層１３０から離れた上表面１６３ａを有し、第１突出部１６１は、第２絶縁層１３０から離れた上表面１６１ａを有し、第２突出部１６２は、第２絶縁層１３０から離れた上表面１６２ａを有する。基板１１０の法線方向Ｚにおいて、第１突出部１６１の上表面１６１ａは、平坦部１６３の上表面１６３ａよりも高く、第２突出部１６２の上表面１６２ａは、第１突出部１６１の上表面１６１ａよりも高い。

【0030】

本実施形態において、第１金属層１４０および第２金属層１５０の配置により、保護層１６０を形成するステップにおいて、第１突出部１６１と第２突出部１６２を同時に形成することができるため、追加の処理工程（例えば、マスク数を増やす、または積層を増やすなど）を行って、第３開口Ｏ３を形成するための第１突出部１６１および第４開口Ｏ４を形成するための第２突出部１６２を製造する必要がなく、プロセスを簡略化する効果を有する。

【0031】

本実施形態において、基板１１０の法線方向Ｚにおいて、第１開口Ｏ１、第２開口Ｏ２、第３開口Ｏ３、および第４開口Ｏ４は、重なり合うことができる。第２開口Ｏ２は、第１開口Ｏ１と第３開口Ｏ３を接続することができ、第３開口Ｏ３は、第２開口Ｏ２と第４開口Ｏ４を接続することができる。第２開口Ｏ２のサイズは、第１開口Ｏ１のサイズと実質的に類似していてもよい。第３開口Ｏ３のサイズは、第２開口Ｏ２のサイズよりも大きくてもよい。第４開口Ｏ４のサイズは、第３開口Ｏ３のサイズよりも大きくてもよい。

【0032】

本実施形態において、第３開口Ｏ３は、添加領域Ｏ３１および複数の検出領域Ｏ３２を含むことができる。添加領域Ｏ３１は、溶液２００をバイオチップ１０に添加する領域であってもよく、検出領域Ｏ３２は、溶液２００を導いて保存するための領域であってもよく、それにより、溶液２００のオーバーフローを防ぐことができる。具体的に説明すると、添加領域Ｏ３１は、中央開口１２４、第１部分１３１、および生体電極１５１に対応して配置されてもよい。複数の検出領域Ｏ３２は、複数の反応領域１２１に対応して配置されてもよい。複数の検出領域Ｏ３２は、添加領域Ｏ３１に接続されてもよく、複数の検出領域Ｏ３２は、添加領域Ｏ３１の周囲において放射状に配置されてもよく、それにより、溶液２００が検出領域Ｏ３２に流入する時間を短縮することができ、溶液２００の分布をさらに均一にすることができる。

【0033】

本実施形態において、溶液２００は、まず、液滴の形態で添加領域Ｏ３１に滴下され、続いて、添加領域Ｏ３１から放射状に配置された複数の検出領域Ｏ３２に流入するため、添加領域Ｏ３１の直径（または幅）を液滴の直径より大きくすることによって、溶液２００が添加時に添加位置がずれる（または合わない）ことによりオーバーフローするのを防ぐことができ、添加領域Ｏ３１の輪郭形状を液滴の形状に合わせて円形に設計することによって、溶液２００の量が多過ぎてオーバーフローしそうなときに、液体の表面張力を利用して、溶液２００のオーバーフローを防ぐことができる。つまり、本実施形態は、バイオチップ自体の接線形成の「自己制限構造」を利用して、位置合わせの許容範囲を増やし、より多くの溶液２００を収容できるようにすることができる。本実施形態において、添加領域Ｏ３１の直径（または幅）は、例えば、約１０マイクロメートル（μｍ）～１００マイクロメートルであり、検出領域Ｏ３２の幅は、例えば、約３マイクロメートルであるが、本発明はこれに限定されない。いくつかの実施形態において、添加領域Ｏ３１の直径（または幅）は、液滴の直径に応じて調整することができ、検出領域Ｏ３２の長さは、反応ユニット１２１１の数に応じて調整することができる。

【0034】

次に、図４および図５を同時に参照すると、本実施形態において、溶液２００は、少なくとも第１開口部Ｏ１、第２開口部Ｏ２、および第３開口部Ｏ３の中に配置されてもよく、溶液２００は、少なくとも平坦部１６３の上表面１６３ａを覆うことができるため、溶液２００は、生体電極１５１および反応領域１２１内の反応ユニット１２１１に同時に接触することができる。いくつかの実施形態において、溶液２００の量が多いとき、溶液２００を第１開口部Ｏ１、第２開口部Ｏ２、第３開口部Ｏ３、および第４開口部Ｏ４の中に配置することができるため、溶液２００は、平坦部１６３の上表面１６３ａおよび第１突起部１６１の上表面１６１ａを覆うことができる。

【0035】

一般的なバイオチップが外部接続型のプローブ電極（例えば、銀／塩化銀電極）を使用して生体物質を検出するのに対し、本実施形態は、生体電極１５１をバイオチップ１０内に統合することによって、バイオチップ１０の全体的な体積を大幅に減らすことができるため、後の工程の複雑なステップおよびコストを削減することができる（例えば、外部接続型のプローブ電極を別途製作する必要がない）。

【0036】

本実施形態において、溶液２００は、例えば、血清などの体液を含むことができ、生体物質２１０は、例えば、微生物または生物分子を含むことができるが、本発明はこれに限定されない。例を挙げて説明すると、微生物は、例えば、細菌、ウイルス、またはその組み合わせを含むことができ、生物分子は、例えば、核酸（デオキシリボ核酸、リボ核酸、またはその組み合わせを含む）、ヌクレオチド、タンパク質、炭水化物、脂質、またはその組み合わせを含むことができるが、本発明はこれに限定されない。

【0037】

本実施形態において、バイオチップ１０の作動原理は、溶液２００を添加する前のテストと、溶液２００を添加した後の検出とを含むことができる。具体的に説明すると、溶液２００を添加する前のテストでは、まず、ゲート１４３を開き、ゲート１４３から提供された電圧が導電特性を有する基板１１０を介して第１絶縁層ＩＬ１を隔てて反応領域１２１内の反応ユニット１２１１を制御（開閉）できるようにし、続いて、ドレイン１４２の電流量（すなわち、第１電流量）を測定することにより、反応ユニット１２１１が正常に導通しているかどうかをテストして、ソース１４１からの電流を通過させることができる。溶液２００を添加した後の検出では、溶液２００が生体電極１５１および複数の反応領域１２１内の反応ユニット１２１１に同時に接触できるとき、まず、生体電極１５１を開き、生体電極１５１から提供される電圧が溶液２００を隔てて反応領域１２１内の反応ユニット１２１１を制御（開閉）できるようにし、続いて、ドレイン１４２の電流量（すなわち、第２電流量）を測定して、第１電流量と第２電流量を比較することにより、溶液２００中の生体物質２１０を検出する。また、本実施形態において、溶液２００を添加した後の検出時に、ゲート１４３は、閉じた状態であっても、または開いた状態であってもよい。ここで、ゲート１４３が開いた状態のとき、ゲート１４３から提供された電圧は、例えば、生体物質２１０と反応ユニット１２１１の反応を強化するために使用することができる。

【0038】

本実施形態において、バイオチップ１０のうちの１つの検出ユニット１００内の複数の反応領域１２１は、同じ種類の生体物質２１０を検出するために使用することができるため、それにより、複数の反応領域１２１で検出された信号を蓄積して検出感度を向上させることができる。

【0039】

本実施形態において、第１突出部１６１は、第３開口Ｏ３を完全に取り囲むことができ、第２突出部１６２は、第４開口Ｏ４を完全に取り囲むことができる。詳しく説明すると、ソース１４１、ドレイン１４２、およびゲート１４３は、実質的に環状構造で第１開口Ｏ１を取り囲むことができるため、ソース１４１、ドレイン１４２、およびゲート１４３の上方に配置された第１突出部１６１は、第１開口Ｏ１、第２開口Ｏ２、および第３開口Ｏ３を完全に取り囲む閉じた形状になり、溶液２００を第３開口Ｏ３内に制限して、溶液２００が第３開口Ｏ３の外にオーバーフローするのを防ぐことができる。さらに、第２壁構造１５２が第１壁構造１４４上に配置され、第２壁構造１５２が実質的に環状構造で第１開口Ｏ１を取り囲むことができるため、図４および図５に示すように、第２壁構造１５２上に配置された第２突出部１６２は、第１開口Ｏ１、第２開口Ｏ２、第３開口Ｏ３、および第４開口Ｏ４を完全に取り囲む閉じた図形になり、溶液２００を第４開口Ｏ４内に制限して、溶液２００が第４開口Ｏ４の外にオーバーフローするのを防ぐことができる。

【0040】

例を挙げて説明すると、第３開口Ｏ３内に添加された溶液２００がオーバーフローしたとき、第２突出部１６２を配置することにより、溶液２００を第４開口Ｏ４内に制限して、溶液２００のオーバーフローを防ぐことができ、それにより、溶液が隣接する別の検出ユニット１００内にオーバーフローして、別の生体物質の検出結果を妨害するのを防ぐことができる。したがって、一般的なバイオチップと比較して、本実施形態のバイオチップ１０は、第４開口Ｏ４を配置してバイオチップ１０が溶液２００を収容できる体積を増やすことにより、大量の溶液２００に適応することができるため、バイオチップ１０の操作上の柔軟性および便利性を向上させることができる。それにより、本実施形態のバイオチップ１０内の複数の検出ユニット１００は、同時にそれぞれ異なる種類の生体物質を検出するために使用することができ、異なる検出ユニット１００間で溶液のオーバーフローによるクロスコンタミネーションの問題が発生することを心配する必要がないため、バイオチップ１０は、さまざまな生体物質を同時に検出できる効果を有する。

【0041】

以下、別の実施形態を列挙して説明を行う。説明すべきこととして、下記の実施形態では、上述した実施形態の構成要素番号および一部の内容を引き続き使用する。同じ番号を使用することによって同じ、または類似する構成要素を示すが、同じ技術内容については、説明を省略する。省略した部分の説明については、上述した実施形態を参照することができるため、以下の実施形態では繰り返し説明しない。

【0042】

図６は、本発明の別の実施形態のバイオチップ内の検出ユニットの上面概略図である。図６および図２Ｃを同時に参照すると、本実施形態のバイオチップ１０ａは、図２Ｃのバイオチップ１０と類似しているが、両者の主な相違点は、本実施形態のバイオチップ１０ａの検出ユニット１００ａにおいて、半導体層１２０ａがより多くの反応領域１２１ａ、ソース領域１２２ａ、およびドレイン領域１２３ａを含むことである。

【0043】

具体的に説明すると、図６を参照すると、半導体層１２０ａは、１２個の反応領域１２１ａ、６つのソース領域１２２ａ、６つのドレイン領域１２３ａ、および１つの中央開口１２４を含むことができる。ここで、各対の隣接するソース領域１２２ａとドレイン領域１２３ａは、全体の３６０度の円形構造のうちの約６０度を占めることができ、各ソース領域１２２ａ（またはドレイン領域１２３ａ）は、全体の３６０度の円形構造のうちの約３０度を占めることができる。それにより、検出ユニット１００ａは、より多くの反応領域１２１ａ（または反応ユニット１２１１）で検出された信号を蓄積して検出感度をさらに向上させることができる。

【0044】

いくつかの実施形態において、検出ユニット内の反応領域の長さ（検出領域の長さ）を調整することによって、より多くの反応ユニットを増やすこともできるため、それにより、検出ユニットは、より多くの反応ユニットで検出された信号を蓄積して検出感度をさらに向上させることができる。

【0045】

以上のように、本発明の１つの実施形態におけるバイオチップおよびその製造方法は、添加領域の直径（または幅）を液滴の直径よりも大きくすることによって、溶液が添加時に添加位置がずれる（または合わない）ことによりオーバーフローするのを防ぐことができ、添加領域の輪郭形状を液滴の形状に合わせて円形に設計することによって、溶液の液体量が多過ぎてオーバーフローしそうなときに、液体の表面張力を利用して、溶液のオーバーフローを防ぐことができる。つまり、本実施形態は、バイオチップ自体の接線形成の「自己制限構造」を利用して位置合わせの許容範囲を増やし、より多くの溶液を収容することができる。１つの検出ユニット内に複数の反応領域を配置して同じ種類の生体物質を検出することにより、複数の反応領域で検出された信号を蓄積して検出感度を向上させることができる。一般的なバイオチップと比較して、本実施形態のバイオチップは、第４開口を配置してバイオチップが溶液を収容できる体積を増やすことにより、大量の溶液に適応することができ、溶液のオーバーフローによるクロスコンタミネーションの問題が発生することを心配する必要がないため、バイオチップの操作上の柔軟性および便利性を向上させることができる。また、本実施形態のバイオチップ内の複数の検出ユニットは、それぞれ異なる種類の生体物質を検出するために使用することができ、異なる検出ユニット間で溶液のオーバーフローによるクロスコンタミネーションの問題が発生することを心配する必要がないため、バイオチップは、さまざまな生体物質を互いに干渉せずに同時に検出できる効果を有する。また、いくつかの実施形態において、検出ユニット内の反応領域の数を増やす、または検出ユニット内の反応領域の長さ（検出領域の長さ）を調整して反応ユニットの数を増やすことにより、検出ユニットは、より多くの反応ユニットから検出された信号を蓄積して検出感度をさらに向上させることができる。

【0046】

以上のように、本発明を実施形態により開示したが、本発明を限定するために用いるものではなく、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱しなければ、いくつかの変更ならびに修正が可能であるため、この考案の保護範囲は、添付の特許請求の範囲を基準として定めなければならない。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本発明のバイオチップおよびその製造方法は、溶液のオーバーフローを回避して大量の溶液に適応することができ、検出の感度を向上させることができ、且つさまざまな生体物質を互いに干渉せずに同時に検出することができる。

【符号の説明】

【0048】

１０、１０ａ バイオチップ
１００、１００ａ 検出ユニット
１１０ 基板
１２０、１２０ａ 半導体層
１２１、１２１ａ 反応領域
１２１１ 反応ユニット
１２２、１２２ａ ソース領域
１２３、１２３ａ ドレイン領域
１２４ 中央開口
１３０ 第２絶縁層
１３１ 第１部分
１３２ 第２部分
１３３、１３４、１３５ 開口
１４０ 第１金属層
１４１ ソース
１４２ ドレイン
１４３ ゲート
１４４ 第１壁構造
１５０ 第２金属層
１５１ 生体電極
１５２ 第２壁構造
１６０ 保護層
１６１ 第１突出部
１６１ａ、１６２ａ、１６３ａ 上表面
１６２ 第２突出部
１６３ 平坦部
２００ 溶液
２１０ 生体物質
ＩＬ１ 第１絶縁層
ＩＬ２ 絶縁層
Ｏ１ 第１開口
Ｏ２ 第２開口
Ｏ３ 第３開口
Ｏ３１ 添加領域
Ｏ３２ 検出領域
Ｏ４ 第４開口
Ｒ 領域
Ｚ 法線方向

【要約】

【目的】バイオチップおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】バイオチップの検出ユニットは、基板、第１絶縁層、半導体層、第２絶縁層、第１金属層、第２金属層、および保護層を含む。半導体層は、反応領域を含む。第２絶縁層は、半導体層上に配置され、第１部分、第２部分、および反応領域を露出させる第１開口部を含む。第１金属層は、第２部分上に配置され、ソース、ドレイン、ゲート、および第１壁構造を含む。第２金属層は、第１壁構造上に配置された第２壁構造を含む。保護層は、第１金属層および第２金属層の上に配置される。保護層は、第２開口部、第３開口部、および第４開口部を有し、第２開口部を取り囲んで定義する平坦部、第３開口部を取り囲んで定義する第１突出部、および第４開口部を取り囲んで定義する第２突出部を含む。基板の法線方向において、第１開口部、第２開口部、第３開口部、および第４開口部は、重なり合う。
【選択図】図４

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4】

【図5】

【図6】