KR100538389B1 - 화학 반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드 - Google Patents
화학 반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 형광물질 표지의 검출용 감광 다이오드 및 이를 이용한 검출 장치에 관한 것으로 특히, 하나의 반도체 기판 상에 다수의 웰을 형성하고 각각의 웰에 불순물층들, 절연막층, 상기 절연막층에 형성된 접속홀들을 관통하여 반도체 기판과 반도체 불순물층들에 각각 접속되고 불순물이 도핑된 부분에는 윈도우가 형성된 접속 금속층으로 구성되는 감광 다이오드를 구성하고 이들 각각의 감광 다이오드를 서로 병렬 접속되게 하여 구성된 형광물질 표지의 검출용 감광 다이오드 및 이를 이용한 검출 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 형광표지 검출하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학 반응기인 마이크로-실리콘 웰에 감광 다이오드를 집적하여 미생물, 효소 또는 특정 단백질 표지로 사용되는 형광 표지의 발광 유무를 검출하는 화학반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드에 관한 것이다.
통상적으로 미생물, 효소 또는 특정 단백질 표지로서 형광 표지를 검출하는 방법으로 사용되는 것은 고배율 현미경이나 현미경 사진을 이용한 광학적인 방법이 사용되고 있다.
그러나 이와 같은 방법에 의하여 시료 하나 하나를 개별적으로 검출 시험하여야함으로 검출 가능 면적이 좁고, 계수가 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로 한번에 소용량, 다수의 검체시료를 분석할 수 있는 화학 반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드를 제공함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 갖는 본 발명은 하나의 반도체 기판 상에 서로 병렬로 접속된 다수의 다이오드셀(diode cell)로 구성함에 의해 이루어진다.
상기 반도체 기판은 실리콘을 얇은 박판(薄板)으로 가공한 판체로서 소정 간격으로 하나 이상의 웰(well)이 요홈 형상으로 형성되어 있다.
각각의 웰의 바닥에는 불순물이 도핑되어 불순물층을 이루고 있다.
상기 웰 형성 부분을 포함하는 반도체 기판에는 절연막층, 접속 금속층이 순차적으로 적층 형성되어 하나의 다이오드셀을 구성하되, 절연막층의 일부에 접속홀이 형성되어 접속 금속층은 반도체 기판과 불순물층에 각각 전기적으로 접속된다.
상기 각각의 웰에 구성된 다이오드셀들은 서로 다른 다이오드셀들과 병렬로 접속되어 있다.
본 발명의 또 다른 구성으로 상기 접속 금속층 대신에 투명전극을 적층하는 것도 가능하다. 즉, 상기 웰 형성 부분을 포함하는 반도체 기판에 절연막층, 접속 투명전극층을 순차적으로 적층형성하여 하나의 다이오드셀을 구성하되, 절연막층의 일부에 접속홀이 형성되어 접속 투명전극층은 반도체 기판과 불순물층에 각각 전기적으로 접속되도록 하는 것이다. 이때 투명전극으로는 인디움틴옥사이드(Indium Tin Oxide) 또는 틴옥사이드(Tin Oxide)를 사용할 수 있다. 투명전극을 적용하는 경우, 각종 생화학적 발광반응을 보다 예민하게 감지할 수 있게 된다.
웰이 형성된 부위 이외의 부분에도 접속 금속층 대신에 투명전극 또는 금속과 투명전극을 동시에 적용할 수도 있다.
투명전극의 기작 및 형성방법 등은 종래 알려져 있고, 접속 금속층 형성방법과 유사하므로 이하에서는 접속 금속층 중심으로 설명한다.
본 발명에서 반도체기판상에 형성되는 웰의 수는 필요에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 생물-화학분야에서 통상 많이 사용하고 있는 96-웰을 적용할 수도 있으며, 관찰의 집적도를 높이기 위해 20 개의 96-웰로 구성되는 총 1920-웰이 적용될 수도 있다.
통상적인 96-웰의 부피(working volume)가 약 200-250 ㎕이므로, 웰의 부피를 0.1 nℓ 내지 10 ㎕로 형성하는 경우, 약 이십만분의 일의 부피 감소효과를 얻을 수 있다. 화학 또는 생물학 실험에서 사용되는 시약 등이 비교적 고가임을 감안한다면 시약 사용에 있어 원가절감 효과뿐만 아니라, 실험 대상물의 부피가 매우 적기 때문에 반응속도 향상의 효과를 얻을 수 있을 것이다.
또한, 각 웰마다 고유번호를 부여하여 관련장비들이 필요위치로 이동하는 것을 자동으로 제어할 수 있는 기준을 마련하는 것이 바람직하다. 이에 의해 각 웰마다 요구되는 반응 및 분석을 동시에 독립적으로 처리할 수 있게 된다.
이하 본 발명에 따른 형광물질 표지의 검출용 감광 다이오드 및 이를 이용한 검출 장치의 일예를 상세하게 설명한다. 도면에 도시된 것은 본 발명의 일 실시예일 뿐 이에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위가 변경되거나 축소되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 감광 다이오드의 제작과정을 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 감광 다이오드의 제작과정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 감광 다이오드의 일예의 일부를 확대하여 도시한 부분절개 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 감광 다이오드의 일예를 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이 본 발명에 따른 감광 다이오드는 병렬로 연결된 다수의 다이오드셀로 구성된다.
상기 다이오드셀은 기판(10), 불순물층(20), 절연막층(30), 접속 금속층(30)을 순차적으로 적층하여 이루어진다.
상기 기판(10)은 실리콘을 얇게 가공한 박판(薄板)으로 다수의 웰(well)(11)이 소정 간격으로 요홈 형상으로 형성되어 있다. 이 기판은 N 또는 P영역이 된다. 기판이 N영역이면 불순물 층을 P영역으로, 기판이 P영역이면 불순물 층을 N영역으로 형성한다.
상기 각각의 웰(11)내에 하나의 다이오드셀이 구성된다.
상기 웰(11)의 바닥면에는 불순물이 도핑된다. 이 도핑된 불순물층(20)은 P-영역을 이루게 된다.
불순물이 도핑된 웰(11)을 포함하는 기판(10)에는 절연막층(30)이 형성되어 있다.
상기 절연막층(30)은 산화규소(SiO2) 또는 질화규소(SixNy) 또는 그 적층으로 형성되며, 다수의 접속홀(31, 32)이 형성되어 있다.
상기 접속홀들(31, 32)중 불순물층(20)의 상부에 형성된 접속홀(31)은 그 평면이 사각을 이루는 고리 형상으로 형성되며, 웰(11)의 외부 일측에 형성된 접속홀(32)은 길게 연장 형성된다.
상기 절연막층(30)의 상층에는 접속 금속층들(40, 50)이 형성된다.
상기 접속 금속층들(40, 50) 중 접속 금속층(40)은 불순물층(20)의 P-영역에 형성되고, 접속 금속층(50)은 기판(10)의 N-영역에 형성되는 얇은 금속막의 층으로 각각의 영역으로부터 외부 접속을 위한 도선을 인출시키기 위한 층이다.
상기 접속 금속층들(40, 50)은 상기 절연막층(30)에 형성된 접속홀들(31, 32)까지 연장되며, 웰(11)의 내부 즉, P-영역에 형성된 접속 금속층(40)은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 사각의 윈도우(41)가 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 다이오드셀들은 서로 다른 다이오드셀과 병렬로 접속된다. 즉, 각 다이오드셀의 P-영역에 접속된 접속 금속층(40)은 다른 다이오드셀의 접속 금속층(40)과 연결되고, 각 다이오드셀의 N-영역에 접속된 접속 금속층(50)은 다른 다이오드셀의 접속 금속층(50)과 연결된다.
상기와 같이 구성된 감광 다이오드를 이용한 형광 물질 표지 검출을 할 때 상기 각각의 웰(11)에 구성된 다이오드셀에 각각 광 검출을 위한 시료가 놓여진다.
따라서 본 발명의 감광 다이오드를 이용한 형광 물질 표지 검출은 한번에 다수의 시료 즉, 다이오드셀의 수만큼의 시료를 검출할 수 있다.
상기와 같이 구성된 화학 반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드를 제작하는 과정의 일예를 첨부된 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 감광 다이오드의 제작과정을 도시한 공정도이고, 도 2는 본 발명에 따른 감광 다이오드의 제작과정을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저 실리콘을 얇을 박판(薄板)으로 가공하고 박판 형상의 기판(10)의 일측면에 요홈 형상의 웰(11)을 형성한다.
기판(10)에 형성된 각각의 웰(11)에 정공(正孔) 농도가 자유전자의 농도보다 큰 불순물을 도핑하여 불순물층(20)을 형성한다.
불순물층(20)이 도핑된 기판(10)에 산화규소를 얇게 증착시켜 절연막층(30)을 형성하고 절연막층(30)의 일부에 접속홀들(31, 32)을 형성한다.
접속홀들(31, 32)이 형성된 절연막층(30)의 위에 얇게 금속막을 형성하고 금속막 중 불필요한 부분을 제거하여 접속 금속층(40, 50)을 형성한다. 즉, P-영역과 N-영역이 절연된 상태가 되게 하고 P-영역의 중앙에 위치하는 부분 즉, 불순물층(20)의 상부에는 사각 내지는 다각 형상으로 윈도우(41)를 형성한다.
상기 과정에서 접속 금속(40)은 다른 접속 금속층(40)과 전기적으로 접속된 상태가 되게하고, 접속 금속(50)은 다른 접속 금속층(50)과 전기적으로 접속된 상태가 되게 하여 각각의 다이오드셀은 서로 병렬로 접속된 상태가 되게 한다.
상기와 같이 본 발명에 따른 형광물질 표지의 검출용 감광 다이오드 및 이를 이용한 검출 장치는 다수의 감광 다이오드가 병렬로 연결되어 구성됨으로서 한번에 많은 양의 시료를 테스트 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 감광 다이오드의 제작과정을 도시한 공정도이고,
도 2는 본 발명에 따른 감광 다이오드의 제작과정을 설명하기 위한 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 감광 다이오드의 일예의 일부를 확대하여 도시한 부분절개 사시도이며,
도 4는 본 발명에 따른 감광 다이오드의 일예를 도시한 평면도이다.
10 : 기판 11 : 웰 20 : 불순물층
30 : 절연막층 31, 32 : 접속홀 40, 50 : 접속 금속층
S1 : 웰 형성 단계 S2 : 도핑 단계
S3 : 절연층 형성 단계 S4 : 접속홀 형성 단계
S5 : 금속층 형성 단계 S6 : 윈도우 형성 단계
Claims (3)
- 요홈 형상의 웰이 형성된 반도체 기판과 ;상기 반도체 기판의 각각의 웰 바닥에 도핑된 불순물층들과 ;상기 불순물이 도핑된 기판에 증착되고 접속홀들이 형성된 절연막과 ;상기 절연막에 형성된 접속홀들을 관통하여 반도체 기판과 반도체 불순물들에 각각 접속되고 불순물이 도핑된 부분에는 윈도우가 형성된 접속 금속층 또는 투명전극층으로 구성되는 다이오드셀이 하나 이상 접속되어 구성되되, 각 다이오드셀의 전부 또는 일부는 상호 병렬도 접속됨을 특징으로 하는 화학 반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드.
- 반도체 기판에 다수의 웰을 형성하는 단계(S1)와 ;형성된 웰의 바닥면에 불순불을 도핑하는 단계(S2)와 ;불순물이 도핑된 기판의 전면에 절연막을 증착시키는 단계(S3)와 ;증착된 절연막에 접속홀을 에칭하는 단계(S4)와 ;접속홀에 스며들도록 금속층 또는 투명전극층을 증착시키는 단계(S5) 및 ;증착된 금속층을 에칭하여 윈도우 및 연결선을 형성하는 단계(S6)로 이루어짐을 특징으로 하는 화학 반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 실리콘 기판임을 특징으로 하는 화학 반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드.
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2002
- 2002-04-08 KR KR10-2002-0019065A patent/KR100538389B1/ko not_active IP Right Cessation
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