JP2020153996A

JP2020153996A - Analysis chip

Info

Publication number: JP2020153996A
Application number: JP2020094051A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎小林; Kentaro Kobayashi; 濱崎　浩史; Hiroshi Hamazaki; 浩史濱崎; 萍王; Ping Wang; 直文中村; Naofumi Nakamura
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-09-24

Abstract

To provide an analysis chip capable of high-sensitively detecting fine particles in specimen liquid.SOLUTION: An analysis chip for detecting fine particles in specimen liquid, includes: a base plate 10; a flow channel 20 provided on a surface of the base plate 10 so as to cause specimen liquid or electrolytic solution to flow therethrough; a liquid reservoir 40 provided on a part of the flow channel 20 for reserving the specimen liquid; plural micro-pores 50 provided on a bottom of the liquid reservoir 40 so as to connect the liquid reservoir 40 and the flow channel 20; and plural first electrodes 60 provided in the flow channel 20 or the liquid reservoir 40.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 of the present invention relate to an analytical chip for detecting fine particles in a sample solution.

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、流路内に検体液を流し、流路内に設けた微細孔に検体液中の微粒子が通過するときの電気信号の変位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 microanalytical chips that integrate minute fluid elements such as microchannels and detection mechanisms have been attracting attention. In this type of analysis chip, the sample solution is flowed through the flow path, and the displacement of the electric signal when the fine particles in the sample solution pass through the micropores provided in the flow path is acquired and contained in the sample solution. It is possible to detect fine particles and biopolymers.

特開２０１４−１７３９３５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-173935 特開２０１６−０２４０１３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-024013

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 present 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、基板と、前記基板の表面部に設けられた、前記検体液又は電解液を流すための流路と、前記流路の一部上に設けられた、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に、前記液溜め部と前記流路を接続するように設けられた、微粒子を通過させるための複数の微細孔と、前記流路又は前記液溜め部内に前記微細孔に対応して設けられた複数の第１の電極と、を具備している。 The analysis chip of the embodiment includes a substrate, a flow path provided on the surface portion of the substrate for flowing the sample solution or the electrolytic solution, and the sample solution provided on a part of the flow path. A plurality of micropores for passing fine particles, which are provided at the bottom of the liquid reservoir and the bottom of the liquid reservoir so as to connect the liquid reservoir and the flow path, and the flow path or the flow path. It is provided with a plurality of first electrodes provided in the liquid reservoir portion corresponding to the micropores.

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示す斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of the semiconductor microanalysis chip which concerns on 1st Embodiment. 図１のＩ−Ｉ’断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line I-I'in FIG. 微粒子の検査方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the inspection method of a fine particle. 第１の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor microanalytical chip of 1st Embodiment. 第１の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor microanalytical chip of 1st Embodiment. 第１の実施形態の変形例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the modification of the 1st Embodiment. 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示す斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of the semiconductor microanalytical chip which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the 2nd Embodiment. 第３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示す斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of the semiconductor microanalytical chip which concerns on 3rd Embodiment. 図９のII−II’断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line II-II'of FIG. 第３の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor micro analysis chip of 3rd Embodiment. 第３の実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the 3rd Embodiment. 第３の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another modification of the 3rd Embodiment. 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示す斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of the semiconductor microanalytical chip which concerns on 4th Embodiment. 図１４のIII−III’断面図である。FIG. 14 is a sectional view taken along line III-III ′ of FIG. 図１５の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of FIG. 第４の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor micro analysis chip of 4th Embodiment. 第４の実施形態に用いた第１の基板の溝部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the groove part of the 1st substrate used in 4th Embodiment. 第４の実施形態に用いた第２の基板の溝部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the groove part of the 2nd substrate used in 4th Embodiment. 変形例を説明するための平面図と斜視図である。It is a plan view and a perspective view for demonstrating a modification. 別の変形例を説明するための平面図と斜視図である。It is a top view and a perspective view for demonstrating another modification.

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 microanalytical chip of the embodiment will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１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示す斜視図である。 (First Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor microanalytical chip according to the first embodiment.

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第１のマイクロ流路２０と、流路２０の上面を覆う絶縁膜３１と、絶縁膜３１に設けられた複数の微細孔５０と、流路２０の底部に設けられた複数の検出電極（第１の電極）６０とを有している。流路２０の一端側で絶縁膜３１上には、複数の微細孔５０を取り囲むように絶縁膜からなるバンク３２が設けられ、これにより液溜め部４０が形成されている。 The semiconductor microanalytical chip of the present embodiment includes a first microchannel 20 provided on the surface of the substrate 10, an insulating film 31 covering the upper surface of the channel 20, and a plurality of fine particles provided on the insulating film 31. It has a hole 50 and a plurality of detection electrodes (first electrodes) 60 provided at the bottom of the flow path 20. A bank 32 made of an insulating film is provided on the insulating film 31 on one end side of the flow path 20 so as to surround the plurality of micropores 50, whereby a liquid reservoir 40 is formed.

流路２０は、基板１０の表面部を選択エッチングし、Ｘ方向に沿った溝部を形成することにより、作製されている。また、流路２０の他端側には、液導入用リザーバ２１が設けられている。即ち、流路２０の他端側で絶縁膜３１が開口され、開口した部分を囲むように、絶縁膜からなるバンク３３が設けられている。 The flow path 20 is manufactured by selectively etching the surface portion of the substrate 10 to form a groove portion along the X direction. Further, a liquid introduction reservoir 21 is provided on the other end side of the flow path 20. That is, the insulating film 31 is opened on the other end side of the flow path 20, and the bank 33 made of the insulating film is provided so as to surround the opened portion.

図２は、図１の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図１のＩ−Ｉ’断面図である。 FIG. 2 shows the configuration of the fine particle detection unit of the semiconductor microanalytical chip of FIG. 1, and is a cross-sectional view taken along the line I-I'of FIG.

流路２０の一端側と液溜め部４０とは、隔膜として機能する絶縁膜３１を介して隣接している。微粒子検出部として、絶縁膜３１には複数の微細孔５０が設けられており、これらの微細孔５０を介して流路２０と液溜め部４０とは空間的に接続されている。微細孔５０はＸ方向及びＹ方向に一定間隔で設けられている。また、流路２０の底面には、それぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０が設けられている。 One end side of the flow path 20 and the liquid reservoir 40 are adjacent to each other via an insulating film 31 that functions as a diaphragm. As the fine particle detection unit, the insulating film 31 is provided with a plurality of micropores 50, and the flow path 20 and the liquid reservoir 40 are spatially connected via these micropores 50. The micropores 50 are provided at regular intervals in the X direction and the Y direction. Further, on the bottom surface of the flow path 20, detection electrodes 60 corresponding to the respective micropores 50 are provided.

基板１０は、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２を成膜し、更にその上に絶縁膜１３を成膜したものであり、絶縁膜１３を選択エッチングして溝を形成することによって、流路２０が作製されている。そして、流路２０を蓋するように絶縁膜１３上にＳｉＯ_２等の絶縁膜３１が設けられている。Ｓｉ基板１１には、複数の増幅回路１４及びそのコンタクト電極１５が設けられている。また、絶縁膜１２を貫通する貫通電極１６がコンタクト電極１５と接続するように設けられている。検出電極６０は、貫通電極１６を介して増幅回路１４のコンタクト電極にそれぞれに接続されている。 The substrate 10 is formed by forming an insulating film 12 on a Si substrate 11 and further forming an insulating film 13 on the film. By selectively etching the insulating film 13 to form a groove, the flow path 20 is formed. Has been produced. An insulating film 31 such as SiO ₂ is provided on the insulating film 13 so as to cover the flow path 20. The Si substrate 11 is provided with a plurality of amplifier circuits 14 and contact electrodes 15 thereof. Further, a through electrode 16 penetrating the insulating film 12 is provided so as to connect with the contact electrode 15. The detection electrode 60 is connected to each of the contact electrodes of the amplifier circuit 14 via the through electrode 16.

このような構成において、図３に示すように、流路２０内を電解液３０１で満たし、その後、液溜め部４０に検体液３０２を導入する。流路２０内への電解液３０１の導入は、液導入用リザーバ２１に電解液３０１を導入することにより行う。液導入用リザーバ２１に導入された電解液３０１は、毛細管現象により流路２０内に流入していく。先にこの操作を行うことにより、流路２０内の空気は微細孔５０を介して排出される。そして、液溜め部４０に検体液３０２を導入した際に、微細孔５０の部分に気泡を巻き込むことなく、流路２０内の液体と液溜め部４０内の液体が微細孔５０によって繋がる。 In such a configuration, as shown in FIG. 3, the inside of the flow path 20 is filled with the electrolytic solution 301, and then the sample solution 302 is introduced into the liquid reservoir 40. The electrolytic solution 301 is introduced into the flow path 20 by introducing the electrolytic solution 301 into the liquid introduction reservoir 21. The electrolytic solution 301 introduced into the liquid introduction reservoir 21 flows into the flow path 20 due to the capillary phenomenon. By performing this operation first, the air in the flow path 20 is discharged through the micropores 50. Then, when the sample liquid 302 is introduced into the liquid reservoir 40, the liquid in the flow path 20 and the liquid in the liquid reservoir 40 are connected by the micropores 50 without entraining air bubbles in the micropores 50.

この状態で、液溜め部４０内の検体液３０２に接するようにＧＮＤ電極（第２の電極）７０をセットする。ＧＮＤ電極７０は、図３のように液溜め部４０の上部から電極棒を挿入したり、液溜め部４０の上部において検体液と接するように電極板を配置したりすれば良い。ＧＮＤ電極７０の材料として、Ａｇ／ＡｇＣｌ、Ａｕ、Ｐｔなどを用いることができる。また、液溜め部４０のバンク３２の内壁に予め導電膜等を形成しておいてもよい。検出電極６０とＧＮＤ電極７０との間に電位差を与えると、微細孔５０を介してイオン電流が流れる。 In this state, the GND electrode (second electrode) 70 is set so as to be in contact with the sample liquid 302 in the liquid reservoir 40. As shown in FIG. 3, the GND electrode 70 may have an electrode rod inserted from above the liquid reservoir 40, or an electrode plate may be arranged so as to be in contact with the sample liquid at the upper part of the liquid reservoir 40. Ag / AgCl, Au, Pt and the like can be used as the material of the GND electrode 70. Further, a conductive film or the like may be formed in advance on the inner wall of the bank 32 of the liquid reservoir 40. When a potential difference is applied between the detection electrode 60 and the GND electrode 70, an ion current flows through the micropores 50.

また、例えば液溜め部４０に導入した検体液３０２内の微粒子が負に帯電している場合、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくと、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の間に発生する電界によって、検体液３０２に含まれる微粒子は電気泳動する。そして、微細孔５０を通過して流路２０内へと移動していく。液溜め部４０内の微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。このイオン電流値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。イオン電流値の変化は、微細孔５０の直下に配置した検出電極６０から貫通電極１６、コンタクト電極１５を通って増幅回路１４に入力される。従って、このイオン電流の変化を増幅回路１４で増幅することにより、微粒子の高精度な検出を行うことが可能となる。 Further, for example, when the fine particles in the sample liquid 302 introduced into the liquid reservoir 40 are negatively charged, if the potential of the detection electrode 60 is set higher than the potential of the GND electrode 70, the detection electrode 60 and the GND The fine particles contained in the sample liquid 302 are electrophoresed by the electric potential generated between the electrodes 70. Then, it passes through the micropores 50 and moves into the flow path 20. When the fine particles in the liquid reservoir 40 pass through the fine pores 50, the value of the ion current changes according to the size of the fine particles. By detecting this change in the ion current value, fine particles can be detected. The change in the ion current value is input to the amplifier circuit 14 from the detection electrode 60 arranged directly under the micropore 50 through the through electrode 16 and the contact electrode 15. Therefore, by amplifying this change in the ion current with the amplifier circuit 14, it is possible to perform highly accurate detection of fine particles.

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 particles can be detected only by introducing the sample solution and electrically observing. Therefore, high-sensitivity detection of bacteria and viruses can be easily realized. Therefore, by applying it to simple detection of infectious disease pathogens and food poisoning bacteria, it is possible to contribute to fields such as prevention of the spread of epidemic diseases and food safety. In addition, it is possible to apply such as monitoring harmful substances such as particulate matter in a sample in which suspended particles in the atmosphere are collected and dispersed in the liquid.

これに加え本実施形態では、微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができ、検出効率を向上させることができる。また、それぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０を設けることで、微粒子が通過した微細孔５０を特定することができる。さらに、別々の微細孔５０に同時に微粒子が通過するような場合でも、事象を分離して検出することが可能となる。 In addition to this, in the present embodiment, by arranging a plurality of micropores 50, the frequency with which the fine particles pass through the micropores 50 can be effectively increased, and the detection efficiency can be improved. Further, by providing the detection electrode 60 corresponding to each of the micropores 50, the micropores 50 through which the fine particles have passed can be specified. Further, even when the fine particles pass through the separate micropores 50 at the same time, the event can be detected separately.

また、それぞれの検出電極６０は流路２０の底面を成す絶縁膜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。 Further, each of the detection electrodes 60 is drawn out to the lower layer through the insulating film 12 forming the bottom surface of the flow path 20, and is connected to the amplifier circuit 14 provided directly below. Therefore, the detection signal can be amplified by the amplifier circuit 14 without causing an increase in noise due to electrode routing or the like. Therefore, accurate inspection is possible even for a minute detection signal.

次に、図１及び図２に示した本実施形態に係わる分析チップの製造方法について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。 Next, the method of manufacturing the analysis chip according to the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. 4 and 5 are cross-sectional views showing a manufacturing process of the semiconductor microanalytical chip of the present embodiment.

まず、図４（ａ）に示すように、ＣＭＯＳ回路等の複数の増幅回路（図示せず）が形成されたＳｉ基板１１を用意する。このＳｉ基板１１上には、増幅回路の接続端子としてのコンタクト電極１５が設けられている。 First, as shown in FIG. 4A, a Si substrate 11 on which a plurality of amplifier circuits (not shown) such as a CMOS circuit are formed is prepared. A contact electrode 15 as a connection terminal of an amplifier circuit is provided on the Si substrate 11.

次いで、図４（ｂ）に示すように、コンタクト電極１５を覆うようにＳｉ基板１１上にＳｉＯ_２等の絶縁膜１２を成膜した後、この絶縁膜１２にコンタクト電極１５との接続のためのコンタクトホールを形成する。絶縁膜１２の成膜は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により行い、コンタクトホールの形成は、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術等を用いて行う。 Next, as shown in FIG. 4B, an insulating film 12 such as SiO ₂ is formed on the Si substrate 11 so as to cover the contact electrode 15, and then the insulating film 12 is connected to the contact electrode 15. Form a contact hole. The insulating film 12 is formed by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like, and the contact holes are formed by photolithography, RIE (Reactive Ion Etching) or the like.

次いで、図４（ｃ）に示すように、コンタクトホール内に貫通電極１６を埋め込み形成する。具体的には、スパッタリング成膜技術やメッキ技術によりコンタクトホールを埋め込むように導電膜を形成した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等を用いてコンタクトホール内以外の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内のみに貫通電極１６を残す。 Next, as shown in FIG. 4C, the through electrode 16 is embedded and formed in the contact hole. Specifically, after forming a conductive film so as to embed the contact hole by sputtering film formation technology or plating technology, the contact is removed by removing the conductive film other than the inside of the contact hole by using CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like. The through electrode 16 is left only in the hole.

次いで、図４（ｄ）に示すように、各々の貫通電極１６に接続されるように検出電極６０を形成する。検出電極６０の形成は、導電性材料をスパッタリングや蒸着等を用いて成膜し、フォトリソグラフィとＲＩＥを用いて行う。又は、検出電極６０が開口となっているレジストパターンをフォトリソグラフィにより形成した後に導電性材料の成膜を行い、その後にリフトオフプロセスによりレジストパターン及びレジストパターン上の不要な導電膜を除去することにより行う。なお、貫通電極１６と検出電極６０は同時に形成しても良い。具体的には、絶縁膜１２にコンタクト電極１５と接続するための複数のコンタクトホールを設けた後に、コンタクトホールを埋め込むように絶縁膜１２上に導電膜を形成する。その後、導電膜を電極パターンに選択エッチングすればよい。 Next, as shown in FIG. 4D, the detection electrode 60 is formed so as to be connected to each through electrode 16. The detection electrode 60 is formed by forming a conductive material into a film by sputtering, vapor deposition, or the like, and using photolithography and RIE. Alternatively, by forming a resist pattern in which the detection electrode 60 is an opening by photolithography, a conductive material is formed, and then the resist pattern and an unnecessary conductive film on the resist pattern are removed by a lift-off process. Do. The through electrode 16 and the detection electrode 60 may be formed at the same time. Specifically, after providing a plurality of contact holes for connecting to the contact electrode 15 in the insulating film 12, a conductive film is formed on the insulating film 12 so as to embed the contact holes. After that, the conductive film may be selectively etched on the electrode pattern.

次いで、図４（ｅ）に示すように、検出電極６０を覆うように、絶縁膜１２上に絶縁膜１３をＣＶＤなどにより成膜する。続いて、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ技術を用いて絶縁膜１３を選択エッチングすることにより、マイクロ流路２０となる溝部を形成する。 Next, as shown in FIG. 4E, the insulating film 13 is formed on the insulating film 12 by CVD or the like so as to cover the detection electrode 60. Subsequently, the insulating film 13 is selectively etched using photolithography and RIE technology to form a groove portion to be a microchannel 20.

次いで、図５（ｆ）に示すように、絶縁膜１３の溝部、即ちマイクロ流路２０となる箇所に犠牲層１８を埋め込む。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絶縁膜１３の溝部を埋め込むように成膜し、ＣＭＰ等を用いて絶縁膜１３の溝部内以外の犠牲層材料を除去することにより、絶縁膜１３の溝部内のみに犠牲層１８を残す。或いは、スピンコートなどを用いて樹脂材料等を絶縁膜１３の溝部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絶縁膜１３の溝部内のみに犠牲層１８を残す方法でも良い。 Next, as shown in FIG. 5 (f), the sacrificial layer 18 is embedded in the groove portion of the insulating film 13, that is, the portion serving as the microchannel 20. Specifically, for example, a sacrificial layer material such as amorphous silicon is deposited by using CVD, sputtering, or the like so as to embed the groove portion of the insulating film 13, and a sacrificial layer material other than the inside of the groove portion of the insulating film 13 is used by CMP or the like. By removing the above, the sacrificial layer 18 is left only in the groove portion of the insulating film 13. Alternatively, a method may be used in which a resin material or the like is applied and deposited so as to embed the groove portion of the insulating film 13 using spin coating or the like, and the sacrificial layer 18 is left only in the groove portion of the insulating film 13 using CMP or etchback technology. ..

次いで、図５（ｇ）に示すように、犠牲層１８及び絶縁膜１３上にＳｉＯ_２等の絶縁膜３１を、例えば１００ｎｍの厚さにＣＶＤで成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と液溜め部４０を隔てる隔膜となる。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、液溜め部４０となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。また、同時に、液導入用リザーバ２１も開口する。 Next, as shown in FIG. 5 (g), an insulating film 31 such as SiO ₂ is formed on the sacrificial layer 18 and the insulating film 13 by CVD to a thickness of, for example, 100 nm. The insulating film 31 is a diaphragm that separates the flow path 20 from the liquid reservoir 40. Subsequently, a plurality of micropores 50 are opened in the insulating film 31 at the portion to be the liquid reservoir 40 by using photolithography, electron beam lithography, RIE, or the like. At the same time, the liquid introduction reservoir 21 is also opened.

次いで、図５（ｈ）に示すように、流路２０の一端側にバンク３２を形成することにより液溜め部４０を形成し、更に流路２０の他端側にバンク３３を形成することにより液導入用リザーバ２１を形成する。バンク３２及び３３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形成する。 Next, as shown in FIG. 5 (h), the liquid reservoir 40 is formed by forming the bank 32 on one end side of the flow path 20, and the bank 33 is further formed on the other end side of the flow path 20. The liquid introduction reservoir 21 is formed. The banks 32 and 33 are formed by photolithography using, for example, a thick film photosensitive polyimide having a thickness of about 50 μm.

最後に、図５（ｉ）に示すように、犠牲層１８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、マイクロ流路２０を形成する。以上の工程により、前記図１及び図２に示す構造が完成する。 Finally, as shown in FIG. 5 (i), the sacrificial layer 18 is removed by dry etching, wet etching, or the like to form the microchannel 20. Through the above steps, the structures shown in FIGS. 1 and 2 are completed.

このように本実施形態によれば、Ｓｉ基板１１を用いた一般的な半導体デバイス製造工程で製造可能であり、微粒子検出を高感度で行えるのは勿論のこと、半導体技術の微細加工と量産技術を適用可能である。このため、非常に小型に且つ低コストに製造することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it can be manufactured by a general semiconductor device manufacturing process using the Si substrate 11, and it is possible to detect fine particles with high sensitivity, as well as microfabrication and mass production technology of semiconductor technology. Is applicable. Therefore, it can be manufactured in a very small size and at low cost.

なお、本実施形態では微細孔５０の１つに対して１つの検出電極６０を設けたが、複数の微細孔５０に対して１つの検出電極６０を設けるようにしても良い。例えば、図６に示すように、隣接する４つの微細孔５０に対して、これらの微細孔５０から等距離の位置に１つの検出電極６０を設ける。この場合、４つの微細孔５０を通る電流を１つの増幅回路１４で増幅することになる。 In the present embodiment, one detection electrode 60 is provided for one of the micropores 50, but one detection electrode 60 may be provided for each of the plurality of micropores 50. For example, as shown in FIG. 6, one detection electrode 60 is provided at a position equidistant from these micropores 50 with respect to four adjacent micropores 50. In this case, the current passing through the four micropores 50 is amplified by one amplifier circuit 14.

また、流路２０内に導入する液体は必ずしも電解液に限るものではなく、流路２０内を検体液で満たすようにしても良い。 Further, the liquid introduced into the flow path 20 is not necessarily limited to the electrolytic solution, and the flow path 20 may be filled with the sample solution.

（第２の実施形態）
図７は、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示す斜視図である。なお、図１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。また、絶縁膜３１は簡略化して示している。 (Second Embodiment)
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of the semiconductor microanalytical chip according to the second embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Further, the insulating film 31 is shown in a simplified manner.

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、マイクロ流路２０に液排出用リザーバ２２を設けたことである。即ち、流路２０の一端側で絶縁膜３１を開口し、この開口部を囲むようにバンク３４を設けることにより、液排出用リザーバ２２が作製されている。流路２０の他端側には、第１の実施形態と同様に、液導入用リザーバ２１が設けられている。さらに、液溜め部４０は、流路２０の中央部上に設けられている。 The difference between this embodiment and the first embodiment is that the liquid discharge reservoir 22 is provided in the microchannel 20. That is, the liquid discharge reservoir 22 is manufactured by opening the insulating film 31 on one end side of the flow path 20 and providing the bank 34 so as to surround the opening. On the other end side of the flow path 20, a liquid introduction reservoir 21 is provided as in the first embodiment. Further, the liquid reservoir 40 is provided on the central portion of the flow path 20.

このような構成であれば、液導入用リザーバ２１から検体液又は電解液を導入し、液排出用リザーバ２２から検体液又は電解液を排出することができ、流路２０内の検体液又は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、液溜め部４０に検体液を滴下した際の微細孔５０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。また、液溜め部４０から微細孔５０を通過して流路２０内に移動した微粒子が流路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、本実施形態の上記構成によって流路２０内に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。即ち、ノイズを低減した高精度な測定が可能となる。従って本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、流路２０内での検体液又は電解液のスムーズな流れを実現することが可能となり、信頼性の向上や高精度化が可能となる利点もある。 With such a configuration, the sample solution or electrolytic solution can be introduced from the liquid introduction reservoir 21 and the sample solution or electrolytic solution can be discharged from the liquid discharge reservoir 22, and the sample solution or electrolytic solution in the flow path 20 can be discharged. A smooth flow of liquid can be realized. As a result, it is possible to reduce the risk of bubble entrainment in the micropores 50 when the sample liquid is dropped into the liquid reservoir 40. Further, if the fine particles that have moved from the liquid reservoir 40 through the micropores 50 and moved into the flow path 20 stay in the flow path 20, there is a risk of causing noise of the ion current. However, by realizing the smooth flow of the electrolytic solution in the flow path 20 by the above configuration of the present embodiment, it is possible to efficiently discharge the fine particles. That is, high-precision measurement with reduced noise becomes possible. Therefore, according to this embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment, and it is possible to realize a smooth flow of the sample solution or the electrolytic solution in the flow path 20, which is reliable. There is also an advantage that it is possible to improve the performance and improve the accuracy.

なお、実施形態では、各リザーバ２１，２２のためのバンク３３，３４及び液溜め部４０のためのバンク３２を別々に形成したが、これらを同時に形成しても良い。例えば、図８に示すように、同一の絶縁膜３５に液溜め部４０及びリザーバ２１，２２に対応する開口を設けるようにしても良い。 In the embodiment, the banks 33 and 34 for the reservoirs 21 and 22 and the banks 32 for the liquid reservoir 40 are formed separately, but these may be formed at the same time. For example, as shown in FIG. 8, the same insulating film 35 may be provided with openings corresponding to the liquid reservoir 40 and the reservoirs 21 and 22.

（第３の実施形態）
図９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概略構成を示す斜視図である。図１０は、図９の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図９のII−II’断面図である。なお、図１及び図２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)
FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of the semiconductor microanalytical chip according to the third embodiment. FIG. 10 shows the configuration of the fine particle detection unit of the semiconductor microanalytical chip of FIG. 9, and is a cross-sectional view taken along the line II-II'of FIG. The same parts as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

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第１のマイクロ流路（第１の流路）２０と、流路２０の上面を覆う絶縁膜３１と、流路２０と交差するように絶縁膜３１上に設けられた第２のマイクロ流路（第２の流路）８０と、絶縁膜３１に設けられた複数の微細孔５０と、流路２０に設けられた複数の検出電極（第１の電極）６０と、流路８０の一部に設けられたＧＮＤ電極（第２の電極）７０とを有している。 The semiconductor micro-analysis chip of the present embodiment includes a first microchannel (first flow path) 20 provided on the surface of the substrate 10, an insulating film 31 covering the upper surface of the flow path 20, and the flow path 20. A second microchannel (second flow path) 80 provided on the insulating film 31 so as to intersect with the insulating film 31, a plurality of micropores 50 provided in the insulating film 31, and a flow path 20 provided. It has a plurality of detection electrodes (first electrode) 60 and a GND electrode (second electrode) 70 provided in a part of the flow path 80.

流路２０と流路８０は、基板１０の中央部で交差している。流路２０は、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。流路８０は、流路とすべき空間を絶縁膜８５で囲んだ絶縁膜トンネル型に形成されている。 The flow path 20 and the flow path 80 intersect at the central portion of the substrate 10. The flow path 20 is manufactured by processing the surface portion of the substrate 10 into a groove shape by selective etching. The flow path 80 is formed in an insulating film tunnel type in which a space to be a flow path is surrounded by an insulating film 85.

流路２０の一端側には検体液を導入するための液導入用リザーバ２１が設けられ、他端側には検体液を排出するための液排出用リザーバ２２が設けられている。リザーバ２１，２２は、流路２０の一端側及び他端側で絶縁膜３１を開口し、開口した部分を囲むようにバンク３６，３７を設けることによって、作製されている。 A liquid introduction reservoir 21 for introducing the sample liquid is provided on one end side of the flow path 20, and a liquid discharge reservoir 22 for discharging the sample liquid is provided on the other end side. The reservoirs 21 and 22 are manufactured by opening the insulating film 31 on one end side and the other end side of the flow path 20 and providing banks 36 and 37 so as to surround the opened portions.

流路８０の一端側には検体液又は電解液を導入するための液導入用リザーバ８１が設けられ、他端側には検体液又は電解液を排出するための液排出用リザーバ８２が設けられている。液導入用リザーバ８１は、流路８０の一端に繋がる空間を囲むようにバンク３６を設けることにより作製される。液排出用リザーバ８２は、流路８０の他端側に繋がる空間を囲むようにバンク３７が設けられることにより作製される。即ち、バンク３６は液導入用リザーバ２１と８１で共通であり、バンク３７は液排出用リザーバ２２と８２で共通となっている。また、液導入用リザーバ８１には、ＧＮＤ電極７０が設けられている。 A liquid introduction reservoir 81 for introducing a sample solution or an electrolytic solution is provided on one end side of the flow path 80, and a liquid discharge reservoir 82 for discharging the sample solution or the electrolytic solution is provided on the other end side. ing. The liquid introduction reservoir 81 is manufactured by providing a bank 36 so as to surround a space connected to one end of the flow path 80. The liquid discharge reservoir 82 is manufactured by providing a bank 37 so as to surround a space connected to the other end side of the flow path 80. That is, the bank 36 is common to the liquid introduction reservoirs 21 and 81, and the bank 37 is common to the liquid discharge reservoirs 22 and 82. Further, the liquid introduction reservoir 81 is provided with a GND electrode 70.

図１０に示すように、流路２０と流路８０とは、これらの交差部で絶縁膜３１を挟んで積層された構造となっており、絶縁膜３１には複数の微細孔５０が形成されている。また、流路２０の底面にはそれぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０が設けられている。本実施形態においては、検出電極６０が、それぞれの微細孔５０の直下に配置されている。ここで、微細孔５０の１つに対して１つの検出電極６０を設けるのではなく、複数の微細孔５０に対して１つの検出電極６０を設けるようにしても良い。 As shown in FIG. 10, the flow path 20 and the flow path 80 have a structure in which an insulating film 31 is sandwiched between them and laminated, and a plurality of micropores 50 are formed in the insulating film 31. ing. Further, a detection electrode 60 corresponding to each of the micropores 50 is provided on the bottom surface of the flow path 20. In the present embodiment, the detection electrodes 60 are arranged directly below the respective micropores 50. Here, instead of providing one detection electrode 60 for one of the micropores 50, one detection electrode 60 may be provided for a plurality of micropores 50.

基板１０は、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２を成膜し、更にその上に絶縁膜１３を成膜したものであり、絶縁膜１３を選択エッチングして溝を形成することにより流路２０が設けられている。そして、流路２０を蓋するように絶縁膜１３上にＳｉＯ_２等の絶縁膜３１が設けられている。 The substrate 10 has an insulating film 12 formed on a Si substrate 11 and an insulating film 13 formed on the film. By selectively etching the insulating film 13 to form a groove, the flow path 20 is formed. It is provided. An insulating film 31 such as SiO ₂ is provided on the insulating film 13 so as to cover the flow path 20.

Ｓｉ基板１１には、微細孔５０の直下に対応する位置に複数の増幅回路１４及びそのコンタクト電極１５が設けられている。また、絶縁膜１２を貫通する貫通電極１６がコンタクト電極１５と接続するように設けられており、貫通電極１６は前記複数の検出電極６０に接続されている。 The Si substrate 11 is provided with a plurality of amplifier circuits 14 and contact electrodes 15 thereof at positions corresponding directly below the micropores 50. Further, a through electrode 16 penetrating the insulating film 12 is provided so as to be connected to the contact electrode 15, and the through electrode 16 is connected to the plurality of detection electrodes 60.

このような構成において、流路８０の液導入用リザーバ８１から、微粒子を分散させた検体液を導入すると、検体液は流路８０内を流動していく。このとき、流路２０内を電解液で満たしておく。これにより、流路８０内の検体液と流路２０内の電解液が微細孔５０によって繋がるようになっている。なお、流路２０内に導入する液体は必ずしも電解液に限るものではなく、流路２０内を検体液で満たすようにしても良い。 In such a configuration, when the sample liquid in which fine particles are dispersed is introduced from the liquid introduction reservoir 81 of the flow path 80, the sample liquid flows in the flow path 80. At this time, the inside of the flow path 20 is filled with the electrolytic solution. As a result, the sample solution in the flow path 80 and the electrolytic solution in the flow path 20 are connected by the micropores 50. The liquid introduced into the flow path 20 is not necessarily limited to the electrolytic solution, and the flow path 20 may be filled with the sample solution.

この状態で、検出電極６０とＧＮＤ電極７０との間に電位差を与えると、微細孔５０を介してイオン電流が流れる。また、液導入用リザーバ８１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６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくと、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の間にできる電界によって、微粒子は電気泳動し、微細孔５０を通過して流路２０内へと移動していく。流路８０を流動してきた微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。このイオン電流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。イオン電流変化は、微細孔５０の直下に配置した検出電極６０から貫通電極１６、コンタクト電極１５を通って増幅回路１４に入力される。従って、このイオン電流の変化を増幅回路１４で増幅することにより、微粒子の高精度な検出を行うことが可能となる。 In this state, if a potential difference is applied between the detection electrode 60 and the GND electrode 70, an ion current flows through the micropores 50. Further, when the fine particles in the sample liquid introduced into the liquid introduction reservoir 81 are negatively charged, if the potential of the detection electrode 60 is set higher than the potential of the GND electrode 70, the detection electrode 60 and the GND electrode are set. The electric potential generated between the 70s causes the fine particles to electrophores and move through the micropores 50 into the flow path 20. When the fine particles flowing through the flow path 80 pass through the fine pores 50, the value of the ion current changes according to the size of the fine particles. By detecting this ion current, fine particles can be detected. The change in ion current is input to the amplifier circuit 14 from the detection electrode 60 arranged directly under the micropore 50 through the through electrode 16 and the contact electrode 15. Therefore, by amplifying this change in the ion current with the amplifier circuit 14, it is possible to perform highly accurate detection of fine particles.

なお、検体液内の微粒子が正に帯電している場合、検体液を流路２０に、電解液を流路８０に導入し、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくとよい。この場合、検体液内の微粒子は、微細孔５０を通過して流路２０から流路８０へと移動していく。流路２０を流動してきた微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。或いは、検体液内の微粒子が正に帯電している場合、検体液を流路８０に、電解液を流路２０に導入し、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくという方法も可能である。このように、本実施形態の構造は、微粒子の帯電の正負や、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の電位を、目的に応じて自由に組み合わせることが可能な構造である。 When the fine particles in the sample solution are positively charged, the sample solution is introduced into the flow path 20 and the electrolytic solution is introduced into the flow path 80, and the potential of the detection electrode 60 is set higher than the potential of the GND electrode 70. It is good to keep it. In this case, the fine particles in the sample liquid pass through the micropores 50 and move from the flow path 20 to the flow path 80. When the fine particles flowing in the flow path 20 pass through the fine pores 50, the value of the ion current changes according to the size of the fine particles. Alternatively, when the fine particles in the sample solution are positively charged, the sample solution is introduced into the flow path 80 and the electrolytic solution is introduced into the flow path 20, and the potential of the detection electrode 60 is set higher than the potential of the GND electrode 70. It is also possible to keep it. As described above, the structure of the present embodiment is a structure in which the positive and negative charges of the fine particles and the potentials of the detection electrode 60 and the GND electrode 70 can be freely combined according to the purpose.

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。また、微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができ、検出効率を向上させることができる。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 particles can be detected only by introducing the sample solution and electrically observing. Further, by arranging a plurality of micropores 50, the frequency with which the fine particles pass through the micropores 50 can be effectively increased, and the detection efficiency can be improved. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

また、本実施形態では２つの流路２０，８０を用い、各々に液体を流すようにしているため、流路２０，８０の交差部における検体液及び電解液の充填をスムーズに行うことができる利点もある。 Further, in the present embodiment, since the two flow paths 20 and 80 are used and the liquid is allowed to flow through each of the two flow paths 20 and 80, the sample liquid and the electrolytic solution can be smoothly filled at the intersection of the flow paths 20 and 80. There are also advantages.

図１１は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。基板１０の表面部に流路２０のための溝を形成するまでは、図４（ａ）〜（ｅ）に示した、第１の実施形態と同様である。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor microanalytical chip of the present embodiment. It is the same as the first embodiment shown in FIGS. 4A to 4E until a groove for the flow path 20 is formed on the surface portion of the substrate 10.

次いで、図１１（ａ）に示すように、絶縁膜１３の溝部内に第１の犠牲層１８を成膜し、表面を平坦化する。続いて、犠牲層１８及び絶縁膜１３上に薄い膜厚の絶縁膜３１を成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と流路８０を隔てる隔膜となる。その後、流路２０，８０の交差部となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。 Next, as shown in FIG. 11A, a first sacrificial layer 18 is formed in the groove of the insulating film 13 to flatten the surface. Subsequently, a thin insulating film 31 is formed on the sacrificial layer 18 and the insulating film 13. The insulating film 31 is a diaphragm that separates the flow path 20 and the flow path 80. After that, a plurality of micropores 50 are opened in the insulating film 31 at the intersections of the flow paths 20 and 80.

次いで、図１１（ｂ）に示すように、全面に第２の犠牲層１９を成膜したのち、流路８０の形状となるように犠牲層１９を選択エッチングする。犠牲層１９の材料としては、例えばアモルファスシリコンのＣＶＤ膜等を用い、犠牲層１９の加工はフォトリソグラフィとＲＩＥ技術等により行う。 Next, as shown in FIG. 11B, a second sacrificial layer 19 is formed on the entire surface, and then the sacrificial layer 19 is selectively etched so as to have the shape of the flow path 80. As the material of the sacrificial layer 19, for example, a CVD film of amorphous silicon is used, and the sacrificial layer 19 is processed by photolithography, RIE technology, or the like.

次いで、図１１（ｃ）に示すように、犠牲層１９を覆うようにＳｉＯ_２等の絶縁膜８５を形成する。具体的には、全面に絶縁膜８５をＣＶＤで成膜した後、液導入用リザーバ２１及び液排出用リザーバ２２の部分の絶縁膜８５をフォトリソグラフィとＲＩＥにより除去する。続いて、バンク３６，３７を形成し、更にＧＮＤ電極７０を形成し、最後に犠牲層１８，１９をドライエッチング等で除去することにより、流路２０，８０を形成する。これにより、前記図９及び図１０に示す本実施形態の半導体マイクロ分析チップが完成することになる。 Next, as shown in FIG. 11C, an insulating film 85 such as SiO ₂ is formed so as to cover the sacrificial layer 19. Specifically, after the insulating film 85 is deposited on the entire surface by CVD, the insulating film 85 of the liquid introduction reservoir 21 and the liquid discharge reservoir 22 is removed by photolithography and RIE. Subsequently, the banks 36 and 37 are formed, the GND electrode 70 is further formed, and finally the sacrificial layers 18 and 19 are removed by dry etching or the like to form the flow paths 20 and 80. As a result, the semiconductor microanalytical chip of the present embodiment shown in FIGS. 9 and 10 is completed.

このように本実施形態によれば、Ｓｉ基板１１を用いた一般的な半導体デバイス製造工程で製造可能であり、微粒子検出を高感度で行えるのは勿論のこと、半導体技術の微細加工と量産技術を適用可能である。従って、第１の実施形態同様の効果が得られる。 As described above, according to the present embodiment, it can be manufactured by a general semiconductor device manufacturing process using the Si substrate 11, and it is possible to detect fine particles with high sensitivity, as well as microfabrication and mass production technology of semiconductor technology. Is applicable. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

なお、ＧＮＤ電極７０は、必ずしも液導入用リザーバ８１に形成するのではなく、液排出用リザーバ８２に形成しても良い。ＧＮＤ電極７０の設置場所は、流路８０内の検体液又は電解液に接する位置であればよい。例えば、図１２の断面図に示すように、微粒子検出部の絶縁膜８５の下面に形成しても良い。この場合、ＧＮＤ電極７０と検出電極６０との距離が近くなるため、微粒子検出の更なる高感度化をはかることが可能となる。 The GND electrode 70 is not necessarily formed in the liquid introduction reservoir 81, but may be formed in the liquid discharge reservoir 82. The location of the GND electrode 70 may be any position in the flow path 80 that is in contact with the sample solution or the electrolytic solution. For example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 12, it may be formed on the lower surface of the insulating film 85 of the fine particle detection unit. In this case, since the distance between the GND electrode 70 and the detection electrode 60 becomes short, it is possible to further increase the sensitivity of fine particle detection.

また、図１３に示すように、流路２０内で微粒子のスムーズな移動を可能にするため、流路２０の上流側から交差部に、流路２０を複数に分離するための分離壁２５を設けても良い。これらの分離壁２５はそれぞれ、流路方向に沿って設けられ、分離された一つ一つの流路の幅を狭めるものとなっている。 Further, as shown in FIG. 13, in order to enable smooth movement of fine particles in the flow path 20, a separation wall 25 for separating the flow path 20 into a plurality of flow paths 20 is provided at the intersection from the upstream side of the flow path 20. It may be provided. Each of these separation walls 25 is provided along the flow path direction to narrow the width of each separated flow path.

さらに、流路２０の下流側に、複数のマイクロピラー２６からなる微粒子トラップ機構を設けても良い。マイクロピラー２６は、検出すべき微粒子の直径よりも僅かに狭い間隔で配列されている。 Further, a fine particle trap mechanism composed of a plurality of micropillars 26 may be provided on the downstream side of the flow path 20. The micropillars 26 are arranged at intervals slightly narrower than the diameter of the fine particles to be detected.

なお、分離壁２５は、絶縁膜１３を溝状に加工する際に、ライン状のマスクを用いて絶縁膜１３を板状に残すことにより作製される。さらに、マイクロピラー２６は、絶縁膜１３を溝状に加工する際に、円形のマスクを用いて絶縁膜１３をピラー状に残すことにより作製される。 The separation wall 25 is produced by leaving the insulating film 13 in a plate shape using a line-shaped mask when the insulating film 13 is processed into a groove shape. Further, the micropillar 26 is produced by leaving the insulating film 13 in a pillar shape using a circular mask when the insulating film 13 is processed into a groove shape.

（第４の実施形態）
図１４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示す斜視図である。図１５は、図１４の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図１４のIII−III’断面図である。なお、図９及び図１０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)
FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of the semiconductor microanalytical chip according to the fourth embodiment. FIG. 15 shows the configuration of the fine particle detection unit of the semiconductor microanalytical chip of FIG. 14, and is a sectional view taken along line III-III'of FIG. The same parts as those in FIGS. 9 and 10 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の基本的な構成は、第３の実施形態と同様である。本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、マイクロ流路２０，８０を２つの基板１００，２００の貼り合わせで作製したことである。 The basic configuration of this embodiment is the same as that of the third embodiment. The difference between this embodiment and the third embodiment is that the microchannels 20 and 80 are manufactured by laminating two substrates 100 and 200.

第１の基板１００の表面部に第１のマイクロ流路２０が設けられている。この第１の基板１００は、第１の実施形態の基板１０と実質的に同様である。具体的には、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２，１３、コンタクト電極１５、貫通電極１６、検出電極６０等を形成したものである。 A first microchannel 20 is provided on the surface of the first substrate 100. The first substrate 100 is substantially the same as the substrate 10 of the first embodiment. Specifically, the insulating films 12 and 13, the contact electrode 15, the through electrode 16, the detection electrode 60 and the like are formed on the Si substrate 11.

第２の基板２００はプラスチックや石英であり、下面に溝を形成することにより、マイクロ流路８０が設けられている。さらに、第２の基板２００には、リザーバ形成のための開口が設けられている。そして、これらの基板１００，２００を絶縁膜３１を介して貼り合わせることにより、２つの流路２０，８０が交差した構造となっている。 The second substrate 200 is made of plastic or quartz, and a microchannel 80 is provided by forming a groove on the lower surface thereof. Further, the second substrate 200 is provided with an opening for forming a reservoir. Then, by laminating these substrates 100 and 200 via the insulating film 31, the structure is such that the two flow paths 20 and 80 intersect.

なお、第２の基板２００’にＳｉ基板を用いる場合は、親水性の確保、電解液とＳｉ基板間の絶縁のため、図１６の断面図に示すように、流路表面を熱酸化して酸化膜２０１を形成しておくのが望ましい。 When a Si substrate is used for the second substrate 200', the surface of the flow path is thermally oxidized as shown in the cross-sectional view of FIG. 16 in order to ensure hydrophilicity and to insulate between the electrolytic solution and the Si substrate. It is desirable to form the oxide film 201.

図１７は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。第１の基板１００に第１のマイクロ流路２０のための溝を形成するまでは、図４（ａ）〜（ｅ）に示した、第１の実施形態と同様である。図１７（ａ）は図４（ｅ）と同様であり、図１７（ａ）の斜視図が図１８である。 FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor microanalytical chip of the present embodiment. It is the same as the first embodiment shown in FIGS. 4A to 4E until a groove for the first microchannel 20 is formed on the first substrate 100. 17 (a) is the same as FIG. 4 (e), and the perspective view of FIG. 17 (a) is FIG.

次いで、図１７（ｂ）に示すように、絶縁膜１３の溝部内に第１の犠牲層１８を成膜し、表面を平坦化する。続いて、犠牲層１８及び絶縁膜１３上に薄い膜厚の絶縁膜３１を成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と流路８０を隔てる隔膜となる。 Next, as shown in FIG. 17B, a first sacrificial layer 18 is formed in the groove of the insulating film 13 to flatten the surface. Subsequently, a thin insulating film 31 is formed on the sacrificial layer 18 and the insulating film 13. The insulating film 31 is a diaphragm that separates the flow path 20 and the flow path 80.

次いで、図１７（ｃ）に示すように、流路２０，８０の交差部となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。続いて、犠牲層１８をドライエッチング等で除去することにより流路２０を形成する。 Next, as shown in FIG. 17C, a plurality of micropores 50 are opened in the insulating film 31 at the intersections of the flow paths 20 and 80. Subsequently, the flow path 20 is formed by removing the sacrificial layer 18 by dry etching or the like.

一方、図１９に示すように、第２の基板２００の表面部に流路８０のための溝を形成する。基板２００として樹脂材料を用いる場合は射出成形等により流路８０を形成し、ガラス基板を用いる場合はフォトリソグラフィとウェットエッチング等により流路８０を形成すれば良い。さらに、この溝の一端側に液導入用リザーバ８１のための開口８６を形成し、他端側に液排出用リザーバ８２のための開口８７を形成する。また、第１及び第２の基板１００，２００を重ね合わせたときに流路２０と重なる部分で、第２の基板２００に、液導入用リザーバ２１のための開口８８及び液排出用リザーバ２２のための開口８９を形成する。 On the other hand, as shown in FIG. 19, a groove for the flow path 80 is formed on the surface portion of the second substrate 200. When a resin material is used as the substrate 200, the flow path 80 may be formed by injection molding or the like, and when a glass substrate is used, the flow path 80 may be formed by photolithography, wet etching or the like. Further, an opening 86 for the liquid introduction reservoir 81 is formed on one end side of the groove, and an opening 87 for the liquid discharge reservoir 82 is formed on the other end side. Further, at a portion that overlaps with the flow path 20 when the first and second substrates 100 and 200 are superposed, the opening 88 for the liquid introduction reservoir 21 and the liquid discharge reservoir 22 are provided in the second substrate 200. To form an opening 89 for

そして、図１７（ｄ）に示すように、基板１００，２００を絶縁膜３１を介して接着することにより、前記図１４に示すように、流路２０と流路８０が交差した構造を実現することができる。 Then, as shown in FIG. 17D, by adhering the substrates 100 and 200 via the insulating film 31, a structure in which the flow path 20 and the flow path 80 intersect is realized as shown in FIG. be able to.

なお、この実施形態では、基板１００，２００の接着前に、絶縁膜３１を第１の基板１００側に設けるようにしたが、絶縁膜３１を第２の基板２００側に設けるようにしても良い。 In this embodiment, the insulating film 31 is provided on the first substrate 100 side before the substrates 100 and 200 are bonded, but the insulating film 31 may be provided on the second substrate 200 side. ..

本実施形態の最終的な構成は第３の実施形態と実質的に同様であり、従って第３の実施形態と同様の効果が得られる。これに加え本実施形態では、基板１００，２００の貼り合わせにより実現することができるため、製造プロセスの容易化及び製造コストの低減をはかることができる。 The final configuration of this embodiment is substantially the same as that of the third embodiment, and thus the same effect as that of the third embodiment can be obtained. In addition to this, in the present embodiment, since the substrates 100 and 200 can be bonded together, the manufacturing process can be facilitated and the manufacturing cost can be reduced.

（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。第３，第４の実施形態における第１及び第２の流路は、必ずしも交差する必要はなく、図２０（ａ）に平面図を、図２０（ｂ）に斜視図を示すように、一部が隣接するものであれば良い。この場合、溝型の第１の流路２０と絶縁膜トンネル型の第２の流路８０との隣接部（積層部）に複数の微細孔６０が形成される。 (Modification example)
The present invention is not limited to the above-described embodiments. The first and second flow paths in the third and fourth embodiments do not necessarily have to intersect, and as shown in FIG. 20 (a) for a plan view and FIG. 20 (b) for a perspective view, one It suffices if the parts are adjacent to each other. In this case, a plurality of micropores 60 are formed in an adjacent portion (laminated portion) between the groove-type first flow path 20 and the insulating film tunnel-type second flow path 80.

このような構成であっても、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、更に微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができる。従って、第３の実施形態と同様の効果が得られる。 Even with such a configuration, fine particles can be detected only by introducing a sample solution and electrically observing, and by further arranging a plurality of micropores 50, the frequency with which fine particles pass through the micropores 50 is effective. Can earn money. Therefore, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

また、図２１（ａ）に平面図を、図２１（ｂ）に斜視図を示すように、流路２０，８０を共に溝型の流路にしても良い。即ち、流路２０は、第３の実施形態と同様に、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。流路８０は、第３の実施形態とは異なり流路２０と同様に、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。また、これらの流路２０，８０は、交差させるのではなく一部が隣接している。そして、流路２０，８０の隣接部分の隔膜に複数の微細孔５０が設けられている。 Further, as shown in FIG. 21 (a) for a plan view and FIG. 21 (b) for a perspective view, both the flow paths 20 and 80 may be groove-shaped flow paths. That is, the flow path 20 is manufactured by processing the surface portion of the substrate 10 into a groove shape by selective etching, as in the third embodiment. Unlike the third embodiment, the flow path 80 is manufactured by processing the surface portion of the substrate 10 into a groove shape by selective etching, similarly to the flow path 20. Further, these flow paths 20 and 80 are not intersected but are partially adjacent to each other. A plurality of micropores 50 are provided in the diaphragm of the adjacent portions of the flow paths 20 and 80.

ここで、微細孔５０は、円形であっても良いし、流路２０と流路５０との隣接部にスリット状に形成したものであっても良い。さらに、検出電極６０は、微細孔５０に対向するように流路２０の側壁に形成されているが、流路２０の底面に形成しても良い。 Here, the micropores 50 may be circular or may be formed in a slit shape in an adjacent portion between the flow path 20 and the flow path 50. Further, although the detection electrode 60 is formed on the side wall of the flow path 20 so as to face the micropore 50, it may be formed on the bottom surface of the flow path 20.

また、実施形態では第１の流路側に第１の電極、第２の流路側又は液溜め側に第２の電極を配置したが、これらの電極の配置は逆にしても良い。さらに、微細孔の数や検出電極の数は、仕様に応じて適宜変更可能である。 Further, in the embodiment, the first electrode is arranged on the first flow path side, and the second electrode is arranged on the second flow path side or the liquid reservoir side, but the arrangement of these electrodes may be reversed. Further, the number of micropores and the number of detection electrodes can be appropriately changed according to the specifications.

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 some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples 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 gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention as well as the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

１０…基板
１１…Ｓｉ基板
１２，１３，３１，３５，８５…絶縁膜
１４…増幅回路
１５…コンタクト電極
１６…貫通電極
１８…第１の犠牲層
１９…第２の犠牲層
２０…第１のマイクロ流路（第１の流路）
２１，８１…液導入用リザーバ
２２，８２…液排出用リザーバ
２５…分離壁
２６…マイクロピラー
３２，３３，３４，３６，３７…バンク
４０…液溜め部
５０…微細孔
６０…検出電極（第１の電極）
７０…ＧＮＤ電極（第２の電極）
８０…第２のマイクロ流路（第２の流路）
８６〜８９…開口
３０１…電解液
３０２…検体液 10 ... Substrate 11 ... Si substrate 12, 13, 31, 35, 85 ... Insulating film 14 ... Amplifier circuit 15 ... Contact electrode 16 ... Through electrode 18 ... First sacrificial layer 19 ... Second sacrificial layer 20 ... First sacrificial layer 20 ... First Micro flow path (first flow path)
21,81 ... Liquid introduction reservoir 22,82 ... Liquid discharge reservoir 25 ... Separation wall 26 ... Micropillars 32, 33, 34, 36, 37 ... Bank 40 ... Liquid reservoir 50 ... Micropores 60 ... Detection electrode (No. 1 electrode)
70 ... GND electrode (second electrode)
80 ... Second microchannel (second channel)
86-89 ... Aperture 301 ... Electrolytic solution 302 ... Sample solution

Claims

A first flow path formed in the first layer and capable of flowing an electrolytic solution containing particles to be identified,
A second flow path formed in the second layer and through which the electrolytic solution can flow,
A first through hole and a second through hole connecting between the first flow path and the second flow path,
The first electrode in contact with the electrolytic solution in the first flow path and
The second electrode and the third electrode in contact with the electrolytic solution in the second flow path,
A first amplifier circuit that amplifies the time change of the ion current generated between the first electrode and the second electrode when the particles to be identified pass through the first through hole by electrophoresis.
A second amplifier circuit that amplifies the time change of the ion current generated between the first electrode and the third electrode when the particles to be identified pass through the second through hole by electrophoresis.
A fine particle analyzer characterized by having.

The fine particle analyzer according to claim 1, wherein the distance between the first through hole and the first electrode is smaller than the distance between the first through hole and the second electrode.