DE60032113T2

DE60032113T2 - Integrierte Vorrichtung zur mikrofluidischen Temperaturregelung und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60032113T2
Application number: DE60032113T
Authority: DE
Inventors: Ubaldo Mastromatteo; Flavio Villa; Gabriele Barlocchi
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2000-02-11
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2020-02-12
Also published as: US6673593B2; US20040096964A1; DE60032113D1; US20010024820A1; EP1123739B1; EP1123739A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Vorrichtung zur mikrofluidischen Temperaturregelung und ein Herstellungsverfahren davon.
Bekanntlich erfordert die Behandlung einiger Fluide eine zunehmend präzisere Temperaturregelung, insbesondere wenn chemische oder biochemische Reaktionen beteiligt sind. Ferner wird häufig die Notwendigkeit empfunden, sehr kleine Fluidmengen zu verwenden, da das Fluid kostspielig oder nicht leicht erhältlich ist.
Dies ist beispielsweise der DNA-Amplifikationsprozess (Polymerase-Kettenreaktionsprozess oder PCR-Prozess), bei dem eine genaue Temperaturregelung in den verschiedenen Schritten (es ist erforderlich, wiederholte, voreingestellte, thermische Zyklen auszuführen), die Notwendigkeit, Temperaturgradienten in den Fluidreaktionsbereichen soweit wie möglich zu vermeiden (so dass in diesen Bereichen eine gleichförmige Temperatur herrschen kann), und auch die Menge des verwendeten Fluids (das sehr kostspielig ist) von entscheidender Wichtigkeit sind, um einen guten Reaktionswirkungsgrad zu erhalten oder um überhaupt die Reaktion selbst zu erhalten.
Andere Beispiele für die Fluidbehandlung, die die vorstehenden Charakteristiken haben, sind beispielsweise mit der Durchführung von chemischen und/oder pharmakologischen Analysen, biologischen Tests usw. verbunden.
Gegenwärtig stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, die eine Temperaturregelung der chemischen oder biologischen Reagenzmittel ermöglichen. Eine erste Technik verwendet einen Reaktor mit einer Glas- oder Kunststoffbasis, auf der ein biologisches Fluid durch eine Pipette aufgetragen wird. Die Basis ruht auf einer heißen Platte, die „Thermofutter" genannt wird und die durch eine externe Instrumentierung gesteuert wird.
Ein anderer bekannter Reaktor umfasst eine Heizvorrichtung, die durch eine geeignete Instrumentierung geregelt wird und auf der ein biologisches Fluid, das untersucht werden soll, aufgetragen wird. Die Heizeinrichtung wird von einer Basis getragen, die auch einen Sensor trägt, der in der unmittelbaren Nachbarschaft der Heizeinrichtung angeordnet ist und auch mit der Temperaturregelungsinstrumentierung verbunden ist, um eine genaue Temperaturregelung zu ermöglichen.
Beide Typen von Reaktoren sind oft in einem Schutzgehäuse eingeschlossen.
Ein gemeinsamer Nachteil der obigen, bekannten Reaktoren liegt in der großen thermischen Masse des Systems; folglich sind sie langsam und haben einen hohen Energieverbrauch. Beispielsweise sind im Fall eines PCR-Prozesses, der oben erwähnt wurde, Zeiten in der Größenordnung von 6–8 Stunden erforderlich.
Ein anderer Nachteil der bekannten Lösungen hängt mit der Tatsache zusammen, dass sie nur verhältnismäßig große Volumina des Fluids (d.h., Minimum – Volumina in der Größenordnung von ml) wegen der makroskopischen Dimensionen der Reaktoren behandeln können.
Die vorstehenden Nachteile haben sehr hohe Behandlungskosten zur Folge (im Falle des vorerwähnten PCR-Prozesses können die Kosten mehrere Hundert Dollar betragen); zusätzlich schränken sie die Anwendung der bekannten Reaktoren auf Testlaboratorien alleine ein.
Eine neuerliche Lösung (siehe beispielsweise das Patent US-A-5,858,195) beschreibt ein Mikrochip-Laboratoriumssystem und ein Verfahren, das die Handhabung eines Fluids für eine Vielzahl von Anwendungsfällen einschließlich der Einspritzung von Proben für die chemische Trennung ermöglichen. Der Mikrochip wird unter Verwendung von standardisierten Fotolithographieverfahren und durch Ätzen eines Substrats, vorzugsweise aus Glas, hergestellt, auf dem Oberflächenkanäle ausgebildet werden und das direkt auf eine Deckplatte aufgeklebt wird. Auch die Verwendung eines Siliziumsubstrats wird ins Auge gefasst.
Gemäß der GB-A-2,325 464 umfasst ein Reaktor für Polymerase-Kettenreaktionen Kapillaren, die in einer Halbleitermembran eingebettet sind, und Heizelemente, die darauf angeordnet sind.
Das Ziel der Erfindung ist es daher, einen Reaktor zur Ausführung von chemischen, biochemischen oder pharmazeutischen Reaktionen an kleinen Fluidmengen bereitzustellen, der in der Lage ist, eine genaue Temperaturregelung bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine integrierte Vorrichtung zur mikrofluidischen Temperaturregelung und ein Herstellungsverfahren davon bereitgestellt, wie in den Ansprüchen 1 bzw. 7 definiert ist.
In der Praxis wird ein integrierter Mikroreaktor bereitgestellt, der die mechanischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien, insbesondere von Silizium, ausnutzt. Der Mikroreaktor kann zur Verwendung von Schritten, die in der Mikroelektronik Standard sind, hergestellt werden, und er ermöglicht es, dass Fluide in Mikrokanälen enthalten und/oder umgewälzt werden, wenn erforderlich mit geeigneten Reagenzmitteln gemischt werden, und auch mit Wärme möglicherweise gemäß vorgegebenen Zyklen wiederholt bei genau geregelten Temperaturen und Zeitdauern behandelt werden.
Zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun bevorzugte Ausführungsbeispiele als nicht einschränkende Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Darstellung einer Basis ist, die ein erstes Ausführungsbeispiel der integrierten Vorrichtung zur Temperaturregelung gemäß der Erfindung umfasst;
2 eine perspektivische Querschnittsdarstellung der integrierten Vorrichtung von 1 entlang der Schnittlinie II-II von 1 zeigt;
3 eine perspektivische Schnittdarstellung der integrierten Vorrichtung von 1 entlang der Schnittlinie III-III von 2 ist;
4 eine perspektivische Darstellung ähnlich der von 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel der integrierten Vorrichtung zur Temperaturregelung gemäß der Erfindung zeigt;
5 eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterwafers in einem ersten Herstellungsschritt der Vorrichtung von 1 zeigt;
6–11 Querschnittsdarstellungen von einem Teil des Wafers von 5 in den nachfolgenden Herstellungsschritten zeigen; und
12–14 Längs-Schnittdarstellungen senkrecht zu denen der 6–11 und mit einem vergrößerten Maßstab in den nachfolgenden Herstellungsschritten zeigen.
Die 1–3 zeigen eine integrierte Vorrichtung 1, die einen Körper 2 aus Halbleitermaterial, typischerweise mikrokristallinem Silizium, aufweist, der eine Oberfläche 3 und eine Parallelogrammform hat. Eine Vielzahl Kanäle 4 (die in den Schnittdarstellungen der 2 und 3 zu sehen sind) erstrecken sich über den Körper 2 und sind mit der Oberfläche 3 des Körpers 2 durch eine Einlassmündung 5a und eine Auslassmündung 5b verbunden, die mit den Kanälen 4 an den Enden 4a und 4b des Kanals 4 verbunden sind. Heizelemente 10 sind auf der Oberfläche 3 des Körpers 2 vorhanden.
Im Einzelnen erstrecken sich die Kanäle 4 parallel zueinander in Längsrichtung des Körpers 2 unter einem vorgegebenen Abstand von der Oberfläche 3. Für die Verwendung der Vorrichtung als Reaktor in einem DNA-Amplifikationsprozess können die Kanäle 4 beispielsweise einen grob kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt haben, sie können um 50 μm beabstandet sein, und sie können bei einer Tiefe von 5–10 μm von der Oberfläche 3 angeordnet sein. Im Falle des rechteckigen Querschnitts haben die Kanäle 4 eine Seite von etwa 30 × 200 μm und nehmen einen Bereich von 5 × 10 mm ein.
In den 1–3 sind die Kanäle 4 alle mit einer gleichen Einlassmündung 5a und einer gleichen Auslassmündung 5b verbunden, und sie sind daher parallel. Die Einlassmündung 5a und die Auslassmündung 5b haben eine längliche Form und erstrecken sich senkrecht zu den Kanälen 4 und zu der Oberfläche 3 an den beiden entgegengesetzt liegenden Enden der Kanäle 4.
In dem Ausführungsbeispiel von 4 sind die Kanäle 4 voneinander beabstandet und haben jeweilige Einlassmündungen 12a und jeweilige Auslassmündungen 12b, die sich senkrecht zu den Kanälen 4 und zu der Oberfläche 3 erstrecken. Die Einlassmündungen 12a sind vorzugsweise auf ein erstes Ende 4a des Kanals 4 ausgerichtet und damit verbunden, und die Auslassmündungen 12b sind mit einem zweiten Ende der Kanäle 4 ausgerichtet und damit verbunden.
Die Heizelemente 10 sind, wie erwähnt wurde, auf der Oberfläche 3 des Körpers 2 ausgebildet und von dem Körper 2 durch eine elektrisch isolierende Materialschicht 17, beispielsweise Siliziumdioxyd, isoliert.
Jedes der Heizelemente 10, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier an der Zahl sind, umfasst einen rechteckigen Bereich, der sich quer in Bezug auf die Ausdehnung des Kanals 4 erstreckt, und die Heizelemente 10 sind aufeinander eingestellt, so dass sie praktisch den gesamten Abschnitt der Oberfläche 3, der über den Kanälen 4 liegt, mit Ausnahme der Zwischenstreifen 11 der Oberfläche 3 überdecken. Jedes der Heizelemente 10 ist mit zwei elektrischen Anschlussbereichen 13 verbunden, die auf den gegenüberliegenden, kürzeren Seiten von jedem der Heizelemente 10 angeordnet sind.
Wie in 1 gezeigt ist, erstrecken sich Sensorelemente 15 oberhalb der Zwischenstreifen 11 der Oberfläche 3 und umfassen beispielsweise spulenförmige Metallbereiche, die schematisch dargestellt sind und die mit ihren Enden an den Kontaktbereichen 16 angeschlossen sind. Die Sensorelemente 15 sind aus einem Material, das einen Widerstand hat, der sich empfindlich mit der Temperatur ändert, und sie sind mit einer Widerstandssensorschaltung bekannter Art miteinander verbunden, beispielsweise mit einer Brückenanordnung, die nicht gezeigt und vorzugsweise in dem Körper 2 ausgebildet ist.
In einer nicht gezeigten Art und Weise können in dem Körper 2 elektronische Komponenten zum Regeln der Temperatur und/oder zur Verarbeitung von Signalen integriert sein, die von der integrierten Vorrichtung aufgenommen werden.
Im Einsatz wird die Flüssigkeit, die behandelt und/oder zu einer Reaktion mit einem Reaktionsmittel veranlasst werden soll, aus einem Vorratsbehälter, der oberhalb der integrierten Vorrichtung 1 liegt, durch eine Einlassmündung 5a oder die Einlassmündungen 12a eingeführt, sie wird gezwungen, durch die Kanäle 4 zu fließen, und sie wird möglicherweise mit geeigneten Reagenzmitteln bei einer geregelten Temperatur gemischt. Die Heizelemente 10 erhalten eine geregelte Temperatur in dem gesamten Kanalbereich aufrecht; insbesondere wegen seiner mikrometrischen Dimensionen wird der gesamte Kanalbereich 4 gleichmäßig beheizt, und es gibt keinen Temperaturgradienten längs und quer zu den Kanälen 4 selbst.
Je nach der auszuführenden Behandlung ist es möglich, eine Serie von Wärmezyklen auszuführen, wobei jedes Mal die Temperatur mit Präzision nach Bedarf während einer voreingestellten Zeit mit Hilfe der Temperatursensoren 15 geregelt wird, die mit einem geeigneten Steuersystem bekannten Typs zusammen arbeitet.
Die behandelte und/oder einer Reaktion unterzogene Flüssigkeit tritt aus der integrierten Vorrichtung 1 durch die Auslassmündung 5b oder die Auslassmündungen 12b aus.
Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für die integrierte Vorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf die 5–14 beschrieben.
Wie in 5 gezeigt ist, wird anfänglich eine Hartmaske 25 auf der Oberfläche 22 eines Wafers 21 aus Hableitermaterial, beispielsweise Silizium, unter Verwendung von aus der Mikroelektronik bekannten Verarbeitungsschritten ausgebildet; die Hartmaske 25 umfasst übereinander liegende Oxidbereiche 23 und Nitridbereiche 24, die zwischen sich längliche Mündungen begrenzen, die sich senkrecht zu der Zeichenebene erstrecken.
Danach wird der Wafer 21 unter Verwendung der Hartmaske 25 geätzt (erste Grabenätzung), um Gräben 26 (5) zu bilden, die beispielsweise eine Breite zwischen 0,2 und 3 μm und eine Tiefe von beispielsweise zwischen 20 und 30 μm haben. Die Gräben 26 sind vorzugsweise parallel zueinander und sind um 1–30 μm beabstandet.
Danach wird, wie in 6 gezeigt ist, der Wafer 21 oxidiert, um eine Oxidschicht 27 zu bilden, die eine Dicke von beispielsweise etwa 20 nm hat, die die Wände 26a und den Boden 26b der Gräben 26 überdeckt und die Oxidabschnitte 23 miteinander verbindet, um eine einzige Schicht zu bilden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird dann eine Nitridschicht 28 abgeschieden, die eine Dicke zwischen 90 und 150 nm hat und die Nitridabschnitte 24 miteinander verbindet, um eine einzige Schicht zu bilden. Die zweite Nitridschicht 28 kann jedoch weggelassen werden.
Danach (7) wird das Nitrid trockengeätzt und das Oxid wird trocken- oder nassgeätzt. Die horizontalen Abschnitte der Nitridschicht 28 und der Oxidschicht 27 sowie die horizontalen Abschnitte der zweiten Nitridschicht 28 auf der Oberfläche 3 des Wafers 21 werden so von einem Boden 26b der Gräben 26 entfernt, wodurch sie Abstandsstücke 30 an den Wänden 26a der Gräben 26 ausbilden und das monokristalline Silizium auf dem Boden 26b der Gräben 26 unbedeckt lassen. Die Hartmaske 25 verbleibt auf der Oberfläche 3 des Wafers 21.
Als nächstes (8) wird das Silizium unter den Kanälen 26 während einer vorgegebenen Zeit unter Verwendung von Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) geätzt. Alternativ kann eine isotrope Ätzung ausgeführt werden. Auf diese Weise werden die Kanäle 4 ausgebildet, die eine viel größere Weite als die Gräben 26 haben.
Danach (9) werden die Wände der Kanäle 4 mit einer Sperrschicht 31 beschichtet, die kein epitaxiales Wachstum gestattet. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein schneller Oxidationsschritt ausgeführt werden, um eine Oxidschicht (die eine größere Dicke als die der Oxidabschnitte 23 und 27, die die Oberfläche 3 des Wafers 21 und die Wand 26a der Gräben 26 überdecken, wie später erläutert wird, beispielsweise eine Dicke zwischen 60 und 100 nm hat) wachsen zu lassen, oder ansonsten kann eine Schicht aus einem Material, das aus dem abgeschiedenen Oxid, Nitrid und Tetraethylorthosilikat (TEOS) ausgewählt wird, in einer ähnlichen Weise abgeschieden werden. Alternativ kann die Sperrschicht 31 weggelassen werden, wie weiter unten beschrieben wird.
Als nächstes (10) werden die ersten Abstandsstücke 30 von den Wänden 26a der Gräben 26 entfernt, und die Hartmaske 25 wird von der Oberfläche 3 des Wafers 21 entfernt. Während des Entfernens der Oxidabschnitte 26 und 27 wird auch ein Teil der Sperrschicht 31 entfernt, die jedoch, da sie dicker ist, wie oben erwähnt wurde, nicht vollständig entfernt wird und in einem ausreichenden Ausmaß bestehen bleibt, um eine vollständige Abdeckung der Wände der Kanäle 4 zu garantieren.
Danach (11) wird eine Epitaxialschicht 33 unter Verwendung von monokristallinem Silizium auf dem Wafer 21 als Kern wachsen gelassen. Folglich wächst das monokristalline Silizium horizontal in den Gräben 26, wodurch sie geschlossen werden, und vertikal beginnend von der Oberfläche 3 an (die nicht mehr in 11 gezeigt ist). Wenn die Sperrschicht 31 vorhanden ist, verhindert sie das Wachstum des Siliziums in den Kanälen 4 in einer solchen Weise, dass die letzteren ihre ursprünglichen Dimensionen beibehalten, die durch die zeitgesteuerte TMAH-Ätzung bestimmt wurden. Wenn dagegen die Sperrschicht 31 nicht vorhanden ist, schließen sich die Kanäle 4 teilweise. Dies kann in dem Fall vorteilhaft sein, wo die genauen Dimensionen der Kanäle 4 nicht sehr wichtig sind, und es stattdessen bevorzugt ist, kein anderes Material außer Silizium an den Wänden der Kanäle 4 zu haben.
Auf diese Weise wird ein monolithischer Wafer 35 aus monokristallinem Silizium erhalten, der das Substrat 21 und die Epitaxialschicht 33 umfasst und vollständig geschlossene Kanäle 4 enthält, die intern durch die Sperrschicht 31 begrenzt sind.
In einer nicht gezeigten Art und Weise können in dem Wafer 35 leitfähige und/oder isolierende Bereiche durch Herstellung integrierter, elektrischer Komponenten ausgebildet werden, die zu den Steuerschaltungen und/oder Schaltungen zur Verarbeitung von Signalen gehören, die für den Betrieb der Vorrichtung 1 zur Temperaturregelung erforderlich sind.
Danach (12) wird auf der Oberfläche 36 des Wafers 35 eine Isolierschicht 37, beispielsweise aus Siliziumdioxid, ausgebildet. Die Isolierschicht 37 hat beispielsweise eine Dicke von 200–300 nm, so dass sie einen verminderten Wärmewiderstand hat. Als nächstes werden unter Verwendung einer Grabenmaske (nicht gezeigt) die Einlassmündungen 5a oder 12a und die Auslassmündungen 5b oder 12b ausgebildet (13). Schließlich werden die Heizelemente 10 ausgebildet, beispielsweise wird eine polykristalline Siliziumschicht abgeschieden und auf fotolithographischem Weg definiert (14).
Vor oder nach dem Ausbilden der Heizelemente 10 werden auf dem Wafer 35 leitfähige und/oder isolierende Bereiche nach Bedarf ausgebildet, um integrierte, elektronische Komponenten herzustellen, die nicht gezeigt sind. Es folgen dann weitere Schritte einschließlich der Abscheidung und der Definition von Metallschichten, um Metallanschlussbereiche 13, die Sensorelemente 15 und elektrische Verbindungsleitungen und auch jegliche anderen Schritte, die zur Herstellung von Serviceschichten erforderlich sind. Schließlich wird der Wafer 35 an einem Silizium-Abdeckungswafer (nicht gezeigt) befestigt, der Vorratsbehälter und weitere Elemente enthält, die für die gewünschte Anwendung erforderlich sind, und die Anordnung wird dann in einzelne Chips geschnitten.
Die integrierte Vorrichtung 1 hat die folgenden Vorteile:

– sie hat eine sehr kleine Wärmemasse im Vergleich zu gegenwärtigen Lösungen aufgrund der mikrometrischen Abmessungen und der physikalischen Eigenschaften des monokristallinen Siliziums, in dem die Kanäle 4 ausgebildet sind; folglich ist es möglich, das Fluid, das in den Kanälen 4 fließt, mit einer erheblichen Verminderung der Prozesszeitdauer schnell aufzuheizen oder abzukühlen;
– sie benötigt eine sehr kleine Betriebsenergie im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen;
– die Herstellungskosten sind erheblich reduziert und vergleichbar mit gegenwärtigen integrierten Vorrichtungen;
– die Behandlungskosten sind viel geringer als gegenwärtig, da die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Behandlung von sehr kleine Fluidmengen, (d.h. in dem Bereich von Mikrolitern statt Millilitern) ermöglicht, und es ist möglich, einen besseren Ablauf der chemischen Reaktionen dank dem verminderten Weg der Reagenzmittel zu erreichen;
– die Möglichkeit, sowohl die Steuerelektronikvorrichtungen als auch die Verarbeitungselektronikvorrichtungen in demselben Halbleitermaterialkörper zu integrieren, gestattet einerseits eine sehr genaue Regelung der Behandlungsbedingungen und andererseits eine weitere Herabsetzung der Kosten;
– es ist möglich, tragbare Analysevorrichtungen und Einmalvorrichtungen zur Durchführung von Analysen und Behandlungen herzustellen, wo es wesentlich ist, eine Verunreinigung von Fluiden zu verhindern, die nicht zu einer gleichen Probe gehören;
– die Wärmeregelungsvorrichtung kann in einer leicht reproduzierbaren Art und Weise Dank der Verwendung von wohlbekannten und kontrollierbaren Herstellungstechnologien hergestellt werden;
– da die Kanäle 4 in dem Halbleiterwafer 35 vergraben sind, sind sie der Umgebung nicht ausgesetzt sogar vor der Befestigung eines Abdeckelements, und sie unterliegen daher weniger der Möglichkeit einer Kontamination, beispielsweise aufgrund einer nachfolgenden Manipulation und/oder des Klebstoffs, der zum Befestigen des Abdeckelements verwendet wird;
– das Vorhandensein der Kanäle 4 in dem Wafer 35 aus Halbleitermaterial und der Heizelemente 10 auf der Oberfläche des Wafers 35, wobei nur Isolierschichten dazwischen angeordnet sind (Isolierschicht 37), ergibt eine vollständige Gleichförmigkeit der Temperatur an den Kanälen 4; folglich existieren während des Betriebs keine erheblichen Unterschiede in der Temperatur weder zwischen nebeneinander liegenden Kanälen oder längs oder quer zu jedem Kanal 4; in der Praxis hat ein beliebiger Punkt innerhalb der Kanäle 4 die gleiche Temperatur wie die anderen, was in speziellen Anwendungsfällen wesentlich ist, beispielsweise im Prozess der DNA-Amplifikation; und
– bei der einfachen Verarbeitung des Siliziumsubstrats 21 ist es darüber hinaus möglich, die Kanäle 4 so herzustellen, dass sie die gewünschte Form und Abmessungen haben.

Schließlich ist klar, dass verschiedene Variationen und Modifikationen an der Vorrichtung und dem Herstellungsverfahren, das oben beschrieben und gezeigt ist, vorgenommen werden können, die alle in den Umfang der Erfindung fallen, wie er in den beigefügten Ansprüche definiert ist. Beispielsweise kann die Wärmeregelungsvorrichtung 1, statt eine Vielzahl von Kanälen 4 zu haben, einen einzigen vergrabenen Kanal mit einer geeigneten Breite haben, und die Gräben 26 können auf einen Abstand eingestellt werden, wodurch bei der nachfolgenden, zeitgesteuerten TMAH-Ätzung zur Ausbildung der Kanäle 4 das Silizium zwischen den Kanälen 4 selbst vollständig entfernt wird.

Claims

Integrierte Vorrichtung (1) zur mikrofluidischen Temperaturregelung, die umfasst: – einen Halbleiterkörper (2) mit einer oberen Oberfläche (3); – wenigstens einen vergrabenen Kanal (4), der sich in den Halbleiterkörper (2) erstreckt, unter einem Abstand von der oberen Oberfläche (3) angeordnet ist und ein erstes und ein zweites Ende (4a, 4b) hat, und – wenigstens ein Heizelement (10), das auf der oberen Oberfläche (3) des Halbleiterkörpers (2) angeordnet ist; gekennzeichnet durch – wenigstens eine erste Mündung (5a; 12a) und eine zweite Mündung (5b; 12b), die sich von der oberen Oberfläche (3) jeweils bis zu dem ersten Ende (4a) und dem zweiten Ende (4b) des vergrabenen Kanals (4) erstrecken und die in Fluidverbindung mit dem vergrabenen Kanal stehen.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von vergrabenen Kanälen, die sich parallel und nebeneinander erstrecken.
Vorrichtung (1) entsprechend Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassmündung (5a) und die Auslassmündung (5b) mit allen diesen vergrabenen Kanälen (4) verbunden sind.
Vorrichtung (1) entsprechend Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Einlassmündungen (12a) und eine Vielzahl von Auslassmündungen (12b), wobei sich die Einlass- und Auslassmündungen von der oberen Oberfläche (3) des Halbleiterkörpers zu einem entsprechenden Ende (4a, 4b) eines entsprechenden, vergrabenen Kanals (4) erstrecken.
Vorrichtung (1) entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Heizelementen (10), die sich nebeneinander erstrecken und jeweils einander gegenüberliegende, elektrische Anschlussbereiche (13) haben, die auf gegenüberliegenden Seiten des vergrabenen Kanals (4) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Temperaturmesselementen (15), die zwischen Paaren von nebeneinander liegenden Heizelementen (10) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer integrierten Vorrichtung zur mikrofluidischen Temperaturregelung, das umfasst: – das Ausbilden eines Halbleiterkörpers (2), der eine obere Oberfläche (3) hat; – das Ausbilden von wenigstens einem vergrabenen Kanal (4), der sich in den Halbleiterkörper (2) erstreckt, unter einem Abstand von der oberen Oberfläche (3) angeordnet ist und wenigstens ein erstes und ein zweites Ende (4a, 4b) hat, und – das Ausbilden von wenigstens einem Heizelement (10) auf der oberen Oberfläche (3) des Halbleiterkörpers (2); gekennzeichnet durch: – das Ausbilden von wenigstens einer ersten und einer zweiten Mündung (5a, 5b; 12a, 12b), die sich von der oberen Oberfläche (3) jeweils bis zu dem ersten (4a) und dem zweiten Ende (4a, 4b) des vergrabenen Kanals (4) erstrecken und die in Fluidverbindung mit dem vergrabenen Kanal stehen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das der Ausbildung eines Halbleiterkörpers und die Ausbildung von wenigstens einem vergrabenen Kanal umfasst: – das Ausbilden eines Substrats auf einem Halbleitermaterial (21); – das Ausbilden von Oberflächengräben in dem Substrat; und – das Ziehen einer Epitaxialschicht auf dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausbilden der Oberflächengräben und vor dem Ziehen einer Epitaxialschicht das Substrat (21) unter den Oberflächengräben (26) anisotop geätzt wird, um die Kanäle (4) zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7–9, gekennzeichnet durch Abscheiden einer Isolierschicht auf dem Halbleiterkörper vor der Ausbildung des wenigstens einen Heizelements (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 7–10, gekennzeichnet durch Ausbilden von wenigstens einem Thermomesselement (15) auf dem Halbleiterkörper (35) neben dem Heizelement (10).