JP2018155698A - Analysis chip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、検体液中の微粒子を検出するための分析チップに関する。 Embodiments described herein relate generally to an analysis chip for detecting fine particles in a sample liquid.
近年、バイオ技術やヘルスケアの分野において、マイクロ流路や検出機構などの微小な流体要素を集積化した、半導体マイクロ分析チップが注目されている。この種の分析チップでは、微粒子やバイオポリマを分散させた検体液をマイクロ流路内に流し、マイクロ流路内に設けた微細孔を検体液中の微粒子が通過するときの電気信号の変化を取得することにより、検体液中に含まれる微粒子やバイオポリマを検出することができる。 In recent years, in the fields of biotechnology and healthcare, semiconductor microanalysis chips that integrate microfluidic elements such as microchannels and detection mechanisms have attracted attention. In this type of analysis chip, the sample liquid in which microparticles and biopolymer are dispersed is flowed into the microchannel, and the change in the electrical signal when the microparticles in the sample liquid pass through the micropores provided in the microchannel. By acquiring, it is possible to detect fine particles and biopolymers contained in the sample liquid.
発明が解決しようとする課題は、検体液中の微粒子を高感度に検出することのできる分析チップを提供することである。 The problem to be solved by the invention is to provide an analysis chip capable of detecting fine particles in a sample liquid with high sensitivity.
実施形態の分析チップは、主面側に溝部を有する基板と、前記溝部の一部に蓋をするように前記基板の主面上に設けられた絶縁性の隔壁膜と、前記隔壁膜上に設けられ、前記検体液を溜めるための液溜め部と、前記液溜め部の底部で前記隔壁膜に設けられ、前記微粒子を通過させるための複数の微細孔と、前記微細孔に対応して前記溝部内に設けられた複数の検出電極と、前記検出電極間を遮るように前記溝部内に設けられた仕切り構造と、を具備している。 The analysis chip of the embodiment includes a substrate having a groove on the main surface side, an insulating partition film provided on the main surface of the substrate so as to cover a part of the groove, and the partition film A liquid reservoir for storing the sample liquid, a plurality of micropores provided in the partition film at the bottom of the liquid reservoir, for allowing the microparticles to pass therethrough, and corresponding to the micropores A plurality of detection electrodes provided in the groove, and a partition structure provided in the groove so as to block the detection electrodes.
以下、実施形態の半導体マイクロ分析チップを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the semiconductor microanalysis chip of the embodiment will be described with reference to the drawings.
（第１の実施形態）
図１乃至図３は、第１の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を説明するためのもので、図１は斜視図、図２は平面図、図３は図２のＩ−Ｉ’断面図である。
(First embodiment)
1 to 3 are diagrams for explaining a schematic configuration of the semiconductor microanalysis chip according to the first embodiment. FIG. 1 is a perspective view, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is II of FIG. 'Cross section.
本実施形態の半導体マイクロ分析チップは、基板１０の表面部に設けられた溝部２０と、溝部２０の上面を覆う絶縁膜（隔壁膜）１７と、隔壁膜１７に設けられた複数の微細孔４０と、溝部２０の底部に設けられた複数の検出電極５０と、隣接する電極５０間を仕切る仕切り板６０とを有している。
The semiconductor micro-analysis chip of this embodiment includes a
基板１０は、図３に示すように、Ｓｉ基板１１上にＳｉＯ2 等の絶縁膜１２，１３を積層したものである。Ｓｉ基板１１には増幅回路（ＡＭＰ）１４が設けられ、絶縁膜１２には貫通電極１５が埋め込まれ、絶縁膜１３には選択エッチングによって溝部２０が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
溝部２０は、基板１０の表面部に左右に長い溝を掘るようにエッチングすることにより形成されている。この溝部２０は、電解液を流すための流路となる。基板１０上に、溝部２０に蓋をするように絶縁性の隔壁膜１７が設けられている。溝部２０の中央部に設けられた検査領域２３において、隔壁膜１７には、微粒子検出のための複数の微細孔４０が設けられている。これらの微細孔４０は、例えば、基板１０の表面部において溝部２０の長手方向に平行な方向と、それに直交する方向に一定間隔で設けられている。
The
検査領域２３において、溝部２０の底面、即ち絶縁膜１２の表面上に、複数の検出電極５０が設けられている。これらの検出電極５０は、それぞれの微細孔４０の直下に設けられており、材質としては例えばＡｇ／ＡｇＣｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗなどを用いることができる。そして、各々の検出電極５０は貫通電極１５を通して増幅回路１４に接続される。
In the
図１に示すように、検査領域２３において隔壁膜１７上には、複数の微細孔４０を取り囲むように絶縁膜からなるバンク７３が設けられ、これにより検体液滴下リザーバ（液溜め部）３０が形成されている。そして、隔壁膜１７によって隔てられたリザーバ３０と溝部２０とが、複数の微細孔４０によって空間的に接続される構造となっている。
As shown in FIG. 1, a
また、基板１０の表面上において、溝部２０の長手方向の両端付近の隔壁膜１７は開口されており、それらの開口を取り囲むように絶縁膜からなるバンク７１，７２を形成することにより、リザーバ２１，２２が設けられている。これにより、溝部２０は、リザーバ２１に滴下した電解液をリザーバ２２へ流すための流路として機能する。なお、各バンク７１，７２，７３は、図２及び図３に示すように、連続して一体に形成し、一つのバンク７０で共用するようにしても良い。
On the surface of the
検査領域２３において、溝部２０には複数の絶縁性の仕切り板６０が設けられている。仕切り板６０は、溝部２０の底面から基板１０表面部方向に伸延するように設けてあり、仕切り板６０の上面は隔壁膜１７に接続している。また、仕切り板６０は、隣接する検出電極５０間を遮るように設けられている。これにより、検査領域２３において、各検出電極５０は周囲を仕切り板６０で囲まれた形となっており、溝部２０は、１つの電極を有するセル毎にほぼ分離されると見なすことができる。
In the
図１乃至図３では、各セルには１つの微細孔４０と電極５０が配置された形となっている。各々の仕切り板６０は隙間６１を残すようにして設けられており、隙間６１から各セル内への流体の移動が可能となっている。これらの仕切り板６０は、溝部２０内に電解液が充填された場合に、隣接する検出電極５０間の電解液を介した電流経路における電気抵抗を高くする役割を果たす。
In FIG. 1 to FIG. 3, each cell has a single
なお、仕切り板６０は、絶縁膜１３とは別に形成しても良いし、絶縁膜１３で形成しても良い。例えば、絶縁膜１３をエッチングして溝部２０を形成する際に、絶縁膜１３上に仕切り板６０に対応するマスクを設けておき、この部分をエッチングせずに残すことによって溝部２０と同時に形成しても良い。
The
次に、本実施形態の半導体マイクロ分析チップを用いた微粒子検出方法について説明する。 Next, a particle detection method using the semiconductor microanalysis chip of this embodiment will be described.
上記の構成において、リザーバ２１に電解液を滴下すると、電解液は溝部２０を流動し、リザーバ２２へと排出される。このとき、溝部２０内を流動している電解液は、検査領域２３においても隙間６１を介して仕切り板６０で仕切られた各セル内に満たされる。なお、電解液とは、電解質を溶融させてイオン電流が流れ得る溶液である。
In the above configuration, when the electrolytic solution is dropped into the
溝部２０内が電解液で満たされた状態で、リザーバ３０に、微粒子を分散させた検体液を滴下すると、リザーバ３０内の検体液と各セル内の電解液が、各微細孔４０を介して接触する。なお、検体液とは、検出する微粒子を電解液中に懸濁した液である。
When the sample liquid in which fine particles are dispersed is dropped into the
この状態で、リザーバ３０内に溜められた検体液に接触するように接地電極５５をセットする。接地電極５５は、図４に示すように、リザーバ３０の上部において電極板を配置しても良いし、リザーバ３０の上部から電極棒を挿入したりすれば良い。或いは、リザーバ３０のバンクの内壁に予め導電膜等を形成しておいても良い。なお、接地電極５５の材料としては、Ａｇ／ＡｇＣｌ、Ａｕ、Ｐｔなどを用いることができる。また、図４において８１は電解液、８２は検体液を示している。
In this state, the
検出電極５０と接地電極５５との間に電位差を与えると、微細孔４０を介してイオン電流が流れる。このとき、検体液中の微粒子があるセルの微細孔４０を通過すると、その微細孔部分の電気抵抗が上昇し、この微細孔４０に対応した検出電極５０に流れるイオン電流が変化する。イオン電流の変化量は、微粒子のサイズによって決まるため、高感度・高精度な微粒子検出が可能である。
When a potential difference is applied between the
例えば、リザーバ３０に導入した検体液内の微粒子が負に帯電している場合、検出電極５０を接地電極５５よりも高い電位に設定しておくと、検出電極５０と接地電極５５との間に発生する電界によって、微粒子は電気泳動する。そして、微細孔４０を通過して溝部２０内へと移動していく。微粒子が微細孔４０を通過する際に発生するイオン電流の変化を検出することにより、微粒子の検出を行うことができる。
For example, when the fine particles in the sample liquid introduced into the
イオン電流の変化は、微細孔４０の直下に配置した検出電極５０から貫通電極１５を通って増幅回路１４に入力される。一般に、イオン電流の変化信号は微弱なため増幅する必要があるが、本実施形態のように検出電極５０を溝部２０の底部に設けることにより、貫通電極１５を介して最短距離で検出電極５０と増幅回路１４との接続を取ることが可能となり、電極の引き回しなどによる信号の減衰等を招くことなく信号増幅することが可能となる。これにより、微粒子の高精度な検出を行うことが可能となる。なお、電解液は、イオン電流が流れる溶液であれば良く、特に材質は限定されない。従って、検体液を電解液として溝部２０内に導入しても良い。
The change in the ionic current is input to the
また、電解液を、リザーバ２１から導入し、リザーバ２２から排出するようにしているため、溝部２０内の電解液のスムーズな流れを実現することができる。これにより、リザーバ３０に検体液を滴下した際の微細孔４０における気泡巻き込みリスクを低減することが可能となる。さらに、微細孔４０を通過した微粒子が溝部２０内に滞留すると、イオン電流のノイズの原因となる恐れがある。しかし、電解液のスムーズな流れを実現することで、微粒子の排出を効率的に行うことが可能となる。
Further, since the electrolytic solution is introduced from the
このように本実施形態では、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができる。このため、細菌やウイルスなどの高感度検出を手軽に実現できるようになる。従って、伝染病病原体や食中毒菌の簡易検出などに応用することで、流行性疾病の拡大防止や食の安全といった分野に貢献することが可能となる。また、大気中の浮遊粒子を捕集して液中分散したサンプルにおいて、微粒子状物質等の有害物質のモニタリングを行うなどの応用が可能となる。 As described above, in the present embodiment, the fine particle detection can be performed only by introducing the sample liquid and performing electrical observation. For this reason, highly sensitive detection of bacteria or viruses can be easily realized. Therefore, by applying to simple detection of infectious disease pathogens and food poisoning bacteria, it is possible to contribute to the fields such as prevention of spread of epidemic diseases and food safety. In addition, it is possible to apply an application such as monitoring a harmful substance such as a particulate matter in a sample in which airborne particles are collected and dispersed in a liquid.
これに加え本実施形態では、微細孔４０を複数配置することで、微粒子検出を同時並列的に行うことができ、検出効率を向上させることができる。しかも、各検出電極５０間を隔てるように仕切り板６０を設けているので、検出電極５０間の電気的絶縁を高めることができる。これにより、ある微細孔４０を微粒子が通過した際に、その微細孔４０に対応した検出電極５０で検出すべきところ、隣接する検出電極５０で検出してしまうクロストーク現象を抑制することが可能となり、誤検出のない高信頼な測定が行える。
In addition to this, in the present embodiment, by arranging a plurality of
また、それぞれの検出電極５０は絶縁膜１２を貫通して下層に引き出され、直下に設けられた増幅回路１４に接続されている。このため、電極引き回し等によるノイズ増大を招くことなく、増幅回路１４により検出信号を増幅することができる。従って、微小な検出信号に対しても精度良い検査が可能となる。
Each
即ち、本実施形態の半導体マイクロ分析チップは、複数の微細孔４０とそれぞれの微細孔４０に対応した検出電極５０を有し、各検出電極５０が電気的に絶縁されていることを特徴とする。具体的には、微細孔４０を通過した微粒子を受容するための空洞に仕切り板６０を設けることにより、各検出電極５０を電気的に分離することを特徴としている。このような構成とすることで、複数の微細孔４０を用いた同時並列な微粒子検出を、検出電極５０間のクロストークを伴うことなく行うことが可能となり、微粒子検出の高感度化、高精度化及び高効率化が実現できる。
That is, the semiconductor micro-analysis chip of this embodiment has a plurality of
（第２の実施形態）
図５乃至図９を参照して、第２の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を説明する。図５は上面図、図６は図５のII−II’断面図、図７は図５の検査領域２３における拡大図、図８は図７中の点線Ａで囲んだ部分の鳥瞰図、図９は図８の一点鎖線III−III’における断面図である。なお、図１乃至図３と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment)
With reference to FIGS. 5 to 9, a schematic configuration of the semiconductor micro-analysis chip according to the second embodiment will be described. 5 is a top view, FIG. 6 is a sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 5, FIG. 7 is an enlarged view of the
本実施形態は、検査領域２３の仕切り構造６５によって各検出電極５０間を完全に分離した例である。第１の実施形態においては、仕切り板６０と隙間６１を設けることにより電極間の電気抵抗を高めると共に、仕切られたセル内に電解液を流入させる構造としていた。しかしながら、上記構造では、隙間６１を介して隣接する電極５０間にイオン電流が流れ、クロストークを抑制しきれない可能性があった。これに対し本実施形態では、仕切り構造６５によって各検出電極５０間を完全に分離しているため、隣接する電極５０間のクロストーク抑制効果を高めることが可能である。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態においては、仕切り構造６５によって溝部２０が完全に仕切られており、第１の実施形態のように溝部２０を流路として使用することができず、仕切られたセル内に電解液を供給することができない。そこで本実施形態では、溝部２０の下層に更にマイクロ流路９０を設けると共に、セル毎にマイクロ流路９０と接続する開口を設けることにより、各セルに電解液を供給することが可能な構造となっている。
In the present embodiment, the
基板１０は、第１の実施形態の構成に加え、絶縁膜１２と絶縁膜１３との間に絶縁膜１６を挿入したもの、即ちＳｉ基板１１上に絶縁膜１２，１６，１３を積層したものである。絶縁膜１３には選択エッチングなどにより、流路を成す溝部２０が設けられており、絶縁膜１２の表面部には選択エッチングなどにより、リザーバ２１に滴下した電解液をリザーバ２２に向け流動させるマイクロ流路９０が形成されている。絶縁膜１６はマイクロ流路９０の天井を成している。なお、図６には示さないが、Ｓｉ基板１１には第１の実施形態と同様に、増幅回路１４が設けられており、絶縁膜１２に形成された貫通電極１５により検出電極５０と接続されている。
In addition to the configuration of the first embodiment, the
仕切り構造６５は、仕切り板６０とは異なり、互いに分離することなく一体に形成されており、隣接する検出電極５０間を完全に遮るように設けられている。これにより、検査領域２３において溝部２０は、１つの検出電極５０を有するセル毎に完全に分離されるものとなっている。即ち、絶縁膜により形成されたセル仕切り構造６５を設けることによって、溝部２０は複数の小さなセルに区切られている。そして、各々のセルに１つの微細孔４０と１つの検出電極５０が対応するように配置されている。
Unlike the
なお、仕切り構造６５は、絶縁膜１３とは別に形成しても良いし、絶縁膜１３で形成しても良い。例えば、絶縁膜１３をエッチングして溝部２０を形成する際に絶縁膜１３上に仕切り構造６５に対応するマスクを設けておき、この部分をエッチングせずに残すことによって形成しても良い。
The
図７は、図５の検査領域の拡大上面図である。この図では、微細孔４０が形成されている隔壁膜１７よりも下の部分について示している。また、図７中の点線Ａで囲んだ部分、即ち仕切り構造６５によって仕切られたセルのうちの一つの鳥瞰図を図８に示す。本実施形態の半導体マイクロ分析チップでは、マイクロ流路９０は、各々のセルの下に１本が通るように、複数本設けられている。マイクロ流路９０は、検査領域２３において溝部２０の下層を通り、リザーバ２１とリザーバ２２とを接続するように設けられている。そして、各々のセル内で絶縁膜１６に開口９１がそれぞれ設けられており、マイクロ流路９０はこれらの開口９１を介して各セルと接続されている。
FIG. 7 is an enlarged top view of the inspection region of FIG. In this figure, the part below the
図９に、図８の一点鎖線III−III’における断面図を示す。Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２，１６，１３（６５）、及び隔壁膜１７が積層され、絶縁膜１２には流路９０が掘り込んであり、絶縁膜１６には開口９１が形成されている。また、絶縁膜１３を部分的に取り除くことにより溝部２０と共にセル仕切り構造６５が形成されており、隔壁膜１７には微細孔４０が形成されている。絶縁膜１６、セル仕切り構造６５、隔壁膜１７によりセルが形成され、各々のセルの底面に検出電極５０が設けられている。検出電極５０の下部には、絶縁膜１２を貫通する貫通電極１５が形成されており、検出電極５０はＳｉ基板１１に形成した増幅回路１４と接続されている。
FIG. 9 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line III-III ′ in FIG. Insulating
次に、本実施形態の半導体マイクロ分析チップを用いた微粒子検出方法について説明する。 Next, a particle detection method using the semiconductor microanalysis chip of this embodiment will be described.
上記の構成において、リザーバ２１に電解液を滴下すると、電解液はマイクロ流路９０を流動し、リザーバ２２へ排出される。このとき、マイクロ流路９０内を流動している電解液の一部は、開口９１を介して各セル内に流入する。これにより、各セル内が電解液で満たされる。
In the above configuration, when the electrolytic solution is dropped into the
セル内が電解液で満たされた状態で、リザーバ３０に、微粒子を分散させた検体液を滴下すると、リザーバ３０内の検体液と各セル内の電解液が、微細孔４０を介して接触する。この状態で、リザーバ３０内に溜められた検体液に接触するように接地電極（図示せず）をセットし、検出電極５０と接地電極との間に電位差を与えると、微細孔４０を介してイオン電流が流れると共に、微細孔４０を微粒子が通過した際にはイオン電流変化が検出される。従って、第１の実施形態と同様に、高感度・高精度な微粒子検出が可能となる。
When the sample liquid in which the fine particles are dispersed is dropped into the
このように本実施形態では、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。 As described above, in the present embodiment, the fine particle detection can be performed only by introducing the sample liquid and performing electrical observation. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.
これに加え本実施形態では、各検出電極５０を完全に隔てるようにセル仕切り構造６５を形成しているので、検出電極５０間の電気的絶縁を十分に確保することができる。セル仕切りがない場合には、複数の検出電極５０が電解液を介して電気的に接続されることになり、電流リーク、ノイズ、電極間クロストークといった、微粒子計測上の不具合の原因となるが、本実施形態によってこれらを招くことなく、より高精度な微粒子検出が可能となる。
In addition to this, in this embodiment, since the
（第３の実施形態）
図１０及び図１１は、第３の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの要部構成を説明するためのもので、図１０は平面図、図１１は図１０のVI−VI’断面図である。図１０は前記図７に対応している。なお、図５乃至図９と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Third embodiment)
10 and 11 are diagrams for explaining a configuration of a main part of the semiconductor microanalysis chip according to the third embodiment. FIG. 10 is a plan view, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI ′ of FIG. . FIG. 10 corresponds to FIG. The same parts as those in FIGS. 5 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、１つのセル下層に複数の流路９０を設け、１本の流路が１つのセルに接続されるようにしたことである。即ち、図１０，１１に示すように、仕切り構造６５によって分離されたセルを例えば４×４のセル群とすると、電解液の流れ方向に沿った４つのセルに対して４本のマイクロ流路９０が設けられている。従って、合計で１６本のマイクロ流路９０が設けられている。各々のセルは、マイクロ流路９０に共通に接続されるのではなく、セル毎に１本のマイクロ流路が接続されるように、開口９１を有している。
The present embodiment is different from the second embodiment in that a plurality of
このような構成であれば、第２の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、電解液の流れ方向に隣接する検出電極５０間の電気的絶縁を更に高めることができる。即ち、第２の実施形態においては、溝部２０に注目すると各検出電極は完全に分離されるものの、電解液の流れ方向に隣接するセル間はマイクロ流路９０を介して電解液が連続しており、電流経路が形成されていた。これに対し本実施形態の構成では、それぞれのセルに専用のマイクロ流路９０を割り当てることで異なるセル間の電流経路がなくなり、電気的絶縁性を更に高めることができる。従って、電流リーク、ノイズ、電極間クロストークといった、微粒子計測上の不具合の原因を更に減少することが可能となる。
With such a configuration, the same effects as those of the second embodiment can be obtained, and the electrical insulation between the
次に、図１２乃至図１４を参照して、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造方法を説明する。図１２乃至図１４に含まれる各図は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップ要部について、その製造工程を示す断面図である。なお、以下の説明は第３の実施形態の構成に対応するものであるが、第１及び第２の実施形態の構成にも同様に適用できるのは勿論のことである。 Next, with reference to FIGS. 12 to 14, a method for manufacturing the semiconductor micro-analysis chip of this embodiment will be described. Each of the drawings included in FIGS. 12 to 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the main part of the semiconductor microanalysis chip of this embodiment. The following description corresponds to the configuration of the third embodiment, but it is needless to say that it can be applied to the configurations of the first and second embodiments as well.
まず、図１２（ａ）に示すように、ＣＭＯＳ回路等の増幅回路１４が形成されたＳｉ基板１１を用意する。このＳｉ基板１１上にＳｉＯ2 等の絶縁膜１２を形成し、増幅回路１４と接続するように絶縁膜１２を貫通する貫通電極１５を埋め込み形成する。続いて、ドライエッチングにより絶縁膜１２にマイクロ流路９０を形成する。
First, as shown in FIG. 12A, a
なお、絶縁膜１２の成膜は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により行う。貫通電極１５の形成は、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術等を用いてコンタクトホールを形成した後に、導電膜の成膜及びＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等を用いて行う。導電膜の成膜は、ＣＶＤ、スパッタリング、鍍金法などによる。マイクロ流路９０の形成は、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ技術等を用いて行う。
The insulating
次いで、図１２（ｂ）に示すように、マイクロ流路９０を埋め込むように第１の犠牲層９５を形成する。具体的には、例えばアモルファスシリコンなどの犠牲層材料を、ＣＶＤやスパッタリング等を用いて、マイクロ流路９０を埋め込むように絶縁膜１２上に成膜する。そして、ＣＭＰ等を用いて流路９０以外の犠牲層材料を除去することにより、流路９０内のみに犠牲層９５を残す。或いは、スピンコートなどを用いて樹脂材料等で流路９０を埋め込むように塗布成膜し、ＣＭＰやエッチバック技術を用いて流路９０内のみに犠牲層９５を残す方法でも良い。
Next, as shown in FIG. 12B, a first
次いで、図１２（ｃ）に示すように、絶縁膜１２及び犠牲層９５上にＣＶＤ等によりＳｉＯ2 等の絶縁膜１６を成膜する。続いて、絶縁膜１６に、流路開口９１及び検出電極用の開口５１を、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ技術等エッチングによって形成する。また、同時に、リザーバ２１，２２となる部分にも開口を形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, an insulating
次いで、図１２（ｄ）に示すように、第２の犠牲層９６を成膜・平坦化し、開口部分に犠牲層９６を埋め込む。このとき、検出電極用開口にも犠牲層９６が埋め込まれるが、この部分については犠牲層９６をリソグラフィ及びＲＩＥ等により除去しておく。この第２の犠牲層９６の形成は、第１の犠牲層９５の形成と同様にして行うことができる。
Next, as shown in FIG. 12D, a second
次いで、図１３（ｅ）に示すように、検出電極用開口５１内に検出電極５０を埋め込み形成する。具体的には、導電材料を成膜した後に、ＣＭＰやエッチバック技術を用いて検出電極用開口内のみに導電材料を残すようにすれば良い。なお、検出電極５０は、必ずしも開口内のみに形成される必要はなく、一部が絶縁膜１６上に延在していても良い。
Next, as shown in FIG. 13E, the
次いで、図１３（ｆ）に示すように、ＳｉＯ2 等の絶縁膜１３を成膜し、セルとなる部分をエッチングにより除去する（セル仕切りを残す）。このとき、リザーバ２１，２２となる部分もリソグラフィ及びＲＩＥ等によりエッチングにより除去する。即ち、セル仕切りとなる部分を除いて、溝部２０となる部分をエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 13 (f), an insulating
次いで、図１３（ｇ）に示すように、第３の犠牲層９７を成膜・平坦化し、セル部分に犠牲層９７を埋め込む。この第３の犠牲層９７の形成は、第１の犠牲層９５の形成と同様にして行うことができる。
Next, as shown in FIG. 13G, a third
次いで、図１４（ｈ）に示すように、ＳｉＯ2 等からなる隔壁膜１７をＣＶＤ等で成膜する。続いて、フォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィとＲＩＥ等を用いて、リザーバ３０となる部分で隔壁膜１７に複数の微細孔４０を開口する。また、同時に、リザーバ２１，２２となる部分にも開口を形成する。
Next, as shown in FIG. 14H, a
次いで、図１４（ｉ）に示すように、検体液用のリザーバ３０を形成する。このリザーバ３０は、例えば厚さ５０μｍ程度の厚膜感光性ポリイミドを用いてフォトリソグラフィによりバンク７０を設けることにより形成する。また、このとき同時に、電解液用のリザーバ２１，２２も形成する。
Next, as shown in FIG. 14I, a
次いで、図１４（ｊ）に示すように、犠牲層９５，９６，９７をドライエッチングやウェットエッチング等により除去することにより、本実施形態の半導体マイクロ分析チップが完成する。
Next, as shown in FIG. 14J, the
（第４の実施形態）
図１５及び図１６は、第４の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を説明するためのもので、図１５は平面図、図１６は図１５のＶ−Ｖ’断面図である。なお、図５及び図６と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Fourth embodiment)
FIGS. 15 and 16 are for explaining a schematic configuration of the semiconductor micro-analysis chip according to the fourth embodiment. FIG. 15 is a plan view and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line VV ′ of FIG. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態が先に説明した第２の実施形態と異なる点は、リザーバ３０下の検査領域２３で溝部２０内に仕切りを設けて複数のセルを構成するのではなく、検査領域２３で基板に複数の微小溝部２５を設けてセルを構成することにある。
The difference between the present embodiment and the second embodiment described above is that the
基板１０の基本的な構成は、第２の実施形態と同様である。リザーバ３０下の検査領域２３で絶縁膜１３を選択エッチングすることにより、複数の微小溝部２５が形成されている。これらの溝部が設けられた基板１０の表面上に隔壁膜１７が設けられている。さらに、隔壁膜１７には、セル毎に微細孔４０が設けられ、各セルには検出電極５０が設けられている。なお、リザーバ２１，２２となる領域には、絶縁膜１３の選択エッチングにより溝部２６，２７が形成されている。
The basic configuration of the
即ち本実施形態では、流路となる溝部を仕切り板で区切ることによってセルを構成するのではなく、検査領域２３に複数の微小溝部２５を掘ることによって複数のセルを構成している。そして、微細孔４０、検出電極５０、マイクロ流路９０、開口９１は先の第２の実施形態と同様に形成されている。
That is, in this embodiment, a cell is not formed by dividing a groove portion serving as a flow path with a partition plate, but a plurality of cells are formed by digging a plurality of
このような構成であっても、検査領域２３の各セル内にマイクロ流路９０から電解液を供給することができ、第２の実施形態と同様に検査を行うことができる。従って、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
Even with such a configuration, the electrolytic solution can be supplied from the
（第５の実施形態）
図１７は、第５の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を説明するためのものであり、仕切り構造６５に仕切られて隣接している二つのセルの拡大鳥瞰図である。図８と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 17 is an enlarged bird's-eye view of two cells that are partitioned by a
本実施形態が先に説明した第２及び第３の実施形態と異なる点は、隣接する二つのセルＡ，Ｂにおいて、セルＡに接続するマイクロ流路９０ａとセルＢに接続するマイクロ流路９０ｂとを立体交差するように配置していることにある。図１７に示すように、マイクロ流路９０ｂは、基板１０の表面部からみてマイクロ流路９０ａよりも一段深い位置に配置されている。従って、セルＢとマイクロ流路９０ｂを接続する流路開口９１ｂの深さは、セルＡとマイクロ流路９０ａを接続する流路開口９１の深さよりも深くなっている。
The difference between this embodiment and the second and third embodiments described above is that, in two adjacent cells A and B, a
先に説明した第３の実施形態のように、複数のマイクロ流路９０を同一平面に形成する場合、微細孔の個数が多い場合（即ち、セルのアレイ規模が大きい場合）には複数のマイクロ流路９０を密に形成する必要がある。これにより、セルのアレイ規模に対してマイクロ流路１本当たりの太さを細くするとともに、長さを長くすることが必要となり、流路の圧力損失などの影響で電解液が各セルに良好に供給されなくなる可能性がある。
When the plurality of
これに対し本実施形態では、先に説明した実施形態と同様の効果が得られる上、複数のマイクロ流路を異なる層で３次元的に配置するため、マイクロ流路を２次元的に配置する場合に比べレイアウトの自由度が大幅に増加し、圧力損失等の不具合が生じないように設計することが可能となる。 On the other hand, in this embodiment, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained, and a plurality of microchannels are three-dimensionally arranged in different layers, so that the microchannels are two-dimensionally arranged. Compared to the case, the degree of freedom of layout is greatly increased, and it is possible to design so as not to cause problems such as pressure loss.
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments.
検体液の液溜め部と電解液の流路との関係は、必ずしも前記図１に示す構造に限るものではない。例えば図１８に示すように、検体液を流すための流路１１０と電解液を流すための流路１２０とが交差している構造で、これらの交差部に第１の実施形態と同様の微細孔４０、検出電極５０、及び仕切り板６０等を設けるようにしても良い。このように、液溜め部が検体液を流す流路を兼ねていても良い。
The relationship between the sample liquid reservoir and the electrolyte flow path is not necessarily limited to the structure shown in FIG. For example, as shown in FIG. 18, the
ここで、検体液導入リザーバ１１１及び検体液排出リザーバ１１２は、リザーバ２１，２２と同様にして形成すればよい。また、流路１２０側を、第２，第３の実施形態のように、仕切り構造６５及びマイクロ流路９０を有する構成としても良い。
Here, the sample
また、微細孔及び検出電極の数や配列は、仕様に応じて適宜変更可能である。一つのセルに対して複数個の微細孔を配置することも可能である。さらに、各部の材料や膜厚等も、仕様に応じて適宜変更可能である。 Further, the number and arrangement of the fine holes and the detection electrodes can be appropriately changed according to the specifications. It is also possible to arrange a plurality of micropores for one cell. Furthermore, the material, film thickness, and the like of each part can be appropriately changed according to specifications.
また、溝部を有する基板の主要構成部材としては、必ずしもＳｉ基板に限らず他の半導体基板を用いることもできる。さらに、半導体基板に限らず微細加工が可能な材料であれば用いることが可能である。 Further, the main constituent member of the substrate having the groove is not necessarily limited to the Si substrate, and other semiconductor substrates can be used. Furthermore, the material is not limited to a semiconductor substrate, and any material that can be finely processed can be used.
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１０…基板
１１…Ｓｉ基板
１２，１３，１６…絶縁膜
１４…増幅回路
１５…貫通電極
１７…隔壁膜
２０…溝部
２１…電解液導入リザーバ
２２…電解液排出リザーバ
２３…流路の中央部（検査領域）
２５…微小溝部
３０…検体液滴下リザーバ
４０…微細孔
５０…検出電極
５５…接地電極
６０…仕切り板
６５…仕切り構造
７０，７１，７２，７３…バンク
８１…電解液
８２…検体液
９０…マイクロ流路
９１…開口
９５，９６，９７…犠牲層
１１０，１２０…流路
１１１…検体液導入リザーバ
１１２…検体液排出リザーバ
DESCRIPTION OF
25 ...
実施形態の分析チップは、溝部を備えた基板と、第１の微細孔及び第２の微細孔を備えた膜を備え、前記膜に対向して設けられた開口を備えた液溜め部と、前記溝部に設けられた第１及び第２の電極と、前記溝部に設けられ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられた仕切りと、を備え、前記開口と前記膜と前記第１の電極は第１方向に沿って重なって設けられている。 The analysis chip of the embodiment includes a substrate having a groove, a film having a first microhole and a second microhole, and a liquid reservoir having an opening provided to face the film, First and second electrodes provided in the groove, and a partition provided in the groove and provided between the first electrode and the second electrode, the opening and the film The first electrode is provided so as to overlap along the first direction .
Claims (7)
主面側に溝部を有する基板と、
前記溝部の一部に蓋をするように前記基板の主面上に設けられた絶縁性の隔壁膜と、
前記隔壁膜上に設けられた、前記検体液を溜めるための液溜め部と、
前記液溜め部の底部で前記隔壁膜に設けられた、前記微粒子を通過させるための複数の微細孔と、
前記微細孔に対応して前記溝部内に設けられた複数の検出電極と、
前記検出電極間を遮るように前記溝部内に設けられた仕切り構造と、
を具備したことを特徴とする分析チップ。 An analysis chip for detecting fine particles in a sample liquid,
A substrate having a groove on the main surface side;
An insulating partition film provided on the main surface of the substrate so as to cover a part of the groove,
A liquid reservoir for storing the sample liquid, provided on the partition wall;
A plurality of micropores provided in the partition film at the bottom of the liquid reservoir for passing the fine particles;
A plurality of detection electrodes provided in the groove corresponding to the fine holes;
A partition structure provided in the groove so as to block between the detection electrodes;
An analysis chip comprising:
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