JPS6254155A - 半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法 - Google Patents

半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法

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JPS6254155A
JPS6254155A JP60194333A JP19433385A JPS6254155A JP S6254155 A JPS6254155 A JP S6254155A JP 60194333 A JP60194333 A JP 60194333A JP 19433385 A JP19433385 A JP 19433385A JP S6254155 A JPS6254155 A JP S6254155A
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semiconductor
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体電界効果型イオンセンサの表面に酵素固
定化膜が設けられてなる集積化された半導体バイオセン
サにおける酵素固定化膜の膜厚制御法に関するものであ
る。
(従来の技術) 従来、溶液中の特定の有機物の濃度を測定する半導体バ
イオセンサの一種に半導体電界効果型イオンセンサ(以
下「LSFETJという)の表面に酵素を固定化した膜
が設けられたものが知られている。このバイオセンサは
、溶液甲の特定の有機物が酵素固定化膜中で酵素の触媒
作用により化学反応をした時に生じる水素イオン濃度m
ヒをl5lI’ETで検出することにより、特定の有機
物の濃度を測定するものである。この選択性をもつ酵素
固定化膜の例として、尿素検出用としてウレアーセ固定
化膜、グルコース検出用としてグルコースオキシダーゼ
膜などが知られている(センサーズ・アンド・アクチュ
エイターズ(Sensors and Actu−at
ors)第7巻1頁〜lO頁(1985) )。また、
サファイア基板上に設けられた島状シリコンを用いて酵
素固定化膜が設けられたInk″ETと失活した酵素固
定化膜が設けられたI8I”ETを同一チップ上に形成
し、裏面に参照電極として金電極を設けることにより、
ワンチップ化されたバイオセンサも開発されている(第
16回、1984インタナシヨナル・カンファレンス・
オン・ソリッド・ステート・デバイシズ・アンド・マテ
リアルズ・レイト・ニュース・アブストラクッ(198
4InL−ernational Conferenc
e on 5olid 5lateDevices a
nd &1aterials、Late News A
bsLr−acts)66頁〜67頁(1984))。
この様なバイオセンサを製造するにあたり、所定のl8
1=’ET上1こ酵素固定化膜を形成する必要がある。
酵素固定化膜の形成法にはいくつかの方法が知られてい
るが、ウェハの段階で酵素固定化膜を形成でき、バイオ
センサの大量生産を可能ならしめるものとしては、三酢
酸セルロースを担体とした酵素固定化膜をウェハ全面に
形成した後、ホトマスクを介して紫゛外線を照射、所定
のl5FET上以外の酵素固定化膜中の酵素を失活させ
るという方法がある(第16回、1984インタナシヨ
ナル・カンファレンス・オン・ソリッド・ステートデバ
イシズ・アンド・マテリアルズ・レイト・ニュース・ア
ブストラクツ(19841nternatio −na
l Conference on 5olid 5ta
le L)evicesand Marerials、
Late News Abstracts )55頁〜
67頁(1984))。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、上記の方法は酵素固定化膜を形成するのに1日
以上を要する上、酵素固定化膜の性状、例えば厚さ、酵
素含有量などバイオセンサの出力に重大な影響を及ぼす
要因の変更が難しいという問題点を有していた。これに
対し、短時間で酵素固定化膜を得られ酵素固定化膜中の
酵素含有量の変更も容易であ仝xIJフトオフ法が提案
されているC特願昭59−209165)。
しかし、このリフトオフ法によって得られる酵素固定化
膜の厚さはスピン塗布する蛋白質溶液の組成やスピンナ
ーの回転数を変えても均一な膜としては最大0.5μm
程度あり、より厚い酵素固定化膜が必要とされる場合に
はりフトオフ法を採用することができなかった。
(問題点を解決するための手段) 本発明は1つのチップ上に1つ才たけ2つ以上の半導体
電界効果型イオンセンサが集積化され、そのうちの少な
くとも1つの半導体電界効果型イオンセンサの表面に酵
素固定化膜が設けられてなる半導体バイオセンサの製造
方法において、半導体電界効果型イオンセンサか形成さ
れた半導体ウェハ上に有機溶剤に可溶なフォトレジスト
を塗布した後、フォトリソグラフィー法により酵素固定
化膜が設けられるべき所定の半導体電界効果型イオンセ
ンサの表面のフォトレジストを除く工程と前記半導体ウ
ェハ表面に、親水性プライマ溶液をスピン塗布し、前記
所定の半導体電界効果型イオンセンサの表面を親水性プ
ライマ処理する工程と前記工程を経た半導体ウェハ表面
に酵素と架橋剤を含む蛋白質溶液をスピン塗布して前記
半導体ウェハ表面上に酵素固定化膜を形成する工程と、
さらに前記工程を経た半導体ウェハを前ム己フォトレジ
ストを溶解する有機溶剤で処理して前記フォトレジスト
を溶解し、前記所定の半導体電界効果型イオンセンサの
表面以外に存在する酵素固定化膜をリフトオフにより除
去する工程とを備え、前記酵素と架橋剤を含む蛋白溶液
のスピン塗布を、架橋剤の架橋反応1こ必要な時間をお
いて繰り返し、所望の厚さの#素固定化膜を前記所定の
半導体電界効果型イオンセンサの表面に形成することを
特徴とする半導体バイオセンサ#索固定化膜の形成方法
である。
(作用) リフトオフ法による半導体バイオセンサの製造法によれ
ば、半導体ウェハ上に有機溶剤に可溶なフォトレジスト
を塗布した後、フォトリソグラフィー法により酵素固定
化膜が設けられるべき所定のl5FETの表面のフォト
レジストを除き、その上から親水性プライマをスピン塗
布する。
フォトレジストが除かれた18FETの表面はこの工程
−こより親水性プライマ処理され、後lこ形成される酵
素固定化膜がl5FETの表面より剥離することを防止
する。この上に酵素と架橋剤を含む蛋白質溶液を塗布す
るわけであるが、フオl−IJソグラ十−法によってフ
ォトレジストが除かれたl5FETの表面にはこれと接
して酵素固定化膜が形成され、それ以外の部分ではウェ
ハ表面と形成された酵素同定化膜との間にフォトレジス
ト層が存在するわけである。架橋剤による架橋反応が終
了すれ・ば、さらにこの上から蛋白質溶液をスピン塗布
することができる。本発明の半導体バイオセンサ酵素固
定化膜の膜厚制御法によれば蛋白質溶液のスピン塗布を
繰り返すことにより所望の厚さの酵素固定化膜を形成す
ることができる。以上の工程を経た半導体ウェハを有機
溶剤で処理するとフォトレジストは有機溶剤に溶解し、
その際フォトレジスト上に形成された酵素固定化膜も剥
離する。その結果l5FET表面上に形成された所望の
厚さの酵素固定化膜のるが残る。
(実施例) 以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第1図は本発明による半導体バイオセンサ酵素固定化膜
の形成方法の一実施例の工程説明図で、サファイア基板
上に形成された2つ1組のls、)ETの一方にのみ酵
素固定化膜を形成する場合について示しである。
第1図(a)〜(e)において、lはサファイア基板、
2は高不純物濃度n形シリコン領域、3はP形シリコン
領域、4は酸化シリコン膜、5は窒化シリコン膜、6は
有機溶剤可溶性のフォトレジスト膜7は金電極である。
次に製造工程を順を追って説明する。サファイア基板表
面の島状シリコン層を用いてl8FETを形成し、サフ
ァイア基板裏面に金を蒸着したウェハの表面にフォトレ
ジスト膜、例えばシラプレー社製マイクロポジット13
00−27をスピン塗布する(第1図(aJ )。この
フォトレジストはアセトン可溶性である。次に、フォト
マスクを用い露光、現像により酵素固定化膜が設けられ
るl5FETの表面のフォトレジスト膜を除去する(第
1図(b))。
その後、親水性プライマ例えばr−アミノプロピルトリ
エトキシシランの1%水溶液をウェハ上にスピン塗布し
、110℃で5分間熱処理を行ない酵素固定化膜か設け
られる18FETの表面にr −アミノプロピルトリエ
トキシシランを結合させる。
液、例えば尿素を検出する場合には300mf/mt牛
血清アルブミンを含む0.1 Mピペラジン−N、Nl
−ビス(2−エタンスルフォン酸)−水酸化ナトリウム
(P)16.8)  2体積部に5Qmf/mtのウレ
アーゼ(マイルスラボラトリーズ製53U/my)水溶
液1体積部を加え、さらに2wt %グルタルアルデヒ
ド水溶′tL1体積部を加えた後よく混合した溶液90
0μtをスピン塗布する。30分間常温で放置してグル
タルアルデヒドによる架橋反応を完了させて第1の#素
固定化膜8を形成する(第1図(C))。
次に先の蛋白質溶液と同じ組成をもつ蛋白質溶液をスピ
ン塗布し、第2の酵素固定化膜9を第1の酵母固定化膜
8の上に形成する。このようにして二層の酵素固定化膜
が形成されたウェハ(第1図(d))をアセトン中に浸
漬し超音波洗浄器を用いて2分間超音波処理を行なうと
、フォトレジスト膜はアセトン甲に溶出し、それととも
にフォトレジスト膜上に形成された酵素固定化膜も剥離
する。
その結果、あらかじめフオトレジス+−iが除去されて
あったl5FET上に形成された酵素固定化膜10のみ
がウェハ上に残る(第1図(e))。この酵素固定化膜
の厚さは1μmであった。以上の工程により所定のl5
FETの表面にだけ1μmの厚さの酵素固定化膜を形成
することができた。
次にフォトL/シストをシラプレー社製マイクロポジッ
ト1300−37にかえ、酵素と架橋剤を含む蛋白質溶
液のスピン塗布の回数を4回に増すほかは、先の例と同
じ工程を経ることにより、厚さ2μmの酵素固定化膜が
所定の■δFE’l’上に形成された。
(発明の効果) 本発明の方法によれば形成される酵素固定化膜の厚さは
酵素と架橋剤を含む蛋白質溶液のスピン塗布の回数によ
って調節することができる。蛋白質溶液の組成は酵素固
定化膜の形成が妨げられない範囲で変更することが可能
である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)は本発明の方法をリフトオフ法に
よる半導体バイオセンサの製造工程に適用した際の工程
説明図。 図において、1はサファイア基板、2は高不純物濃度n
形シリコン領域、3はP形シリコン領域4は酸化シリコ
ン膜、5は窒化シリコン膜、6はフォトレジスト膜、7
は金電極、8は第1の酵素固定化膜、9は第2の#素固
定化膜、10は酵素固定化膜。 代即入弁理士 内 原   晋 第1図 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1つのチップ上に1つまたは2つ以上の半導体電界効果
    型イオンセンサが集積化され、そのうちの少なくとも1
    つの半導体電界効果型イオンセンサの表面に酵素固定化
    膜が設けられてなる半導体バイオセンサの製造方法にお
    いて、 (a)半導体電界効果型イオンセンサが形成された半導
    体ウェハ上に有機溶剤に可溶なフォトレジストを塗布し
    た後、フォトリソグラフィー法により酵素固定化膜が設
    けられるべき所定の半導体電界効果型イオンセンサの表
    面のフォトレジストを除く工程と、 (b)前記半導体ウェハ表面に、親水性プライマ溶液を
    スピン塗布し、前記所定の半導体電界効果型イオンセン
    サの表面を親水性プライマ処理する工程と、 (c)前記工程を経た半導体ウェハ表面に酵素と架橋剤
    を含む蛋白質溶液をスピン塗布して前記半導体ウェハ表
    面上に酵素固定化膜を形成する工程と、(d)さらに前
    記工程を経た半導体ウェハを前記フォトレジストを溶解
    する有機溶剤で処理して前記フォトレジストを溶解し、
    前記所定の半導体電界効果型イオンセンサの表面以外に
    存在する酵素固定化膜をリフトオフにより除去する工程
    とを備え、前記酵素と架橋剤を含む蛋白溶液のスピン塗
    布を架橋剤の架橋反応に必要な時間をおいて繰り返し所
    望の厚さの酵素固定化膜を前記所定の半導体電界効果型
    イオンセンサの表面に形成することを特徴とする半導体
    バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法。
JP60194333A 1985-09-02 1985-09-02 半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法 Granted JPS6254155A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01144975A (ja) * 1987-12-02 1989-06-07 Fujitsu Ltd 細微狭小領域への生体触媒の固定化方法
JPH06242068A (ja) * 1993-02-18 1994-09-02 Nec Corp グルコースセンサの製造方法
JPH0915191A (ja) * 1995-06-29 1997-01-17 Nec Corp 固定化酵素膜の形成方法
JP2009250631A (ja) * 2008-04-01 2009-10-29 Mitsumi Electric Co Ltd センサ製造方法
US8698210B2 (en) 2008-05-28 2014-04-15 Mitsumi Electric, Co., Ltd. Sensor and method for manufacturing the same

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