KR100833389B1 - Bio-sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR100833389B1 KR1020060101346A KR20060101346A KR100833389B1 KR 100833389 B1 KR100833389 B1 KR 100833389B1 KR 1020060101346 A KR1020060101346 A KR 1020060101346A KR 20060101346 A KR20060101346 A KR 20060101346A KR 100833389 B1 KR100833389 B1 KR 100833389B1
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이희철
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    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
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    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6816Hybridisation assays characterised by the detection means
    • C12Q1/6825Nucleic acid detection involving sensors

Abstract

본 발명은 바이오 물질을 검출하는 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 액츄에이터로 흡착된 리셉터 코팅층을 신호선에 접촉시키고, 신호선과 접촉전극 사이의 저항 변화를 감지할 수 있는 센서 구조를 구현함으로써, 본 발명은 리셉터 코팅층에 바이오 물질의 흡착에 따라 신호선과 접촉 전극 사이의 접촉 저항의 변화를 인지하여 바이오 물질의 농도를 검출할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a sensor for detecting a biomaterial and a method of manufacturing the same, by contacting a receptor coating layer adsorbed by an actuator to a signal line and realizing a sensor structure capable of detecting a change in resistance between the signal line and the contact electrode. The silver has an effect of detecting the concentration of the biomaterial by recognizing a change in contact resistance between the signal line and the contact electrode according to the adsorption of the biomaterial on the receptor coating layer.

또한, 본 발명은 전체적인 소자의 제조를 부품 간의 기계적 결합 없이 반도체 공정 및 미세 기전 시스템 공정만을 이용하여 실시하여 소자의 제조함으로써, 소자의 크기를 축소시 킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the size of the device by manufacturing the device by performing the entire device manufacturing using only a semiconductor process and a micro-electromechanical system process without mechanical coupling between components.

바이오, 물질, 센서, 저항, 접촉, 신호선 Bio, substance, sensor, resistance, contact, signal line

Description

바이오 물질을 검출하는 센서 및 그의 제조 방법 { Bio-sensor and method for manufacturing the same } Sensor for detecting a biomaterial and a method of manufacturing the same {Bio-sensor and method for manufacturing the same}

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 개념도1A and 1B are conceptual views for schematically explaining an operation of a biomaterial detection sensor according to the present invention.

도 2a와 2b는 본 발명에 따라 바이오 물질이 흡착되기 전(前)과 후(後)의 접촉 전극과 신호선간에 형성된 회로도2A and 2B are circuit diagrams formed between a contact electrode and a signal line before and after a biomaterial is adsorbed according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 개략적인 평면도3 is a schematic plan view of a biomaterial detection sensor according to the present invention;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오 물질 검출 센서의 개략적인 평면도4 is a schematic plan view of a biomaterial detection sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 평면도5 is a plan view of a biomaterial detection sensor according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 다른 평면도 6 is another plan view of the biomaterial detection sensor according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따라 4개의 압전 액츄에이터를 이용한 바이오 물질 검출 센서의 개략적인 회로도7 is a schematic circuit diagram of a biomaterial detection sensor using four piezoelectric actuators according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따라 접촉 전극과 신호선간의 접촉 저항 변화에 따른 알에프(RF) 출력단의 신호 변화를 측정한 도면8 is a view illustrating a signal change of an RF output terminal according to a change in contact resistance between a contact electrode and a signal line according to the present invention.

도 9a 내지 9h는 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 제조 공정을 설명 하기 위한 단면도9A to 9H are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a biomaterial detection sensor according to the present invention.

도 10은 도 9b의 공정에서 압전 캐패시터들과 접촉전극이 형성되어 있는 상태를 도시한 단면도10 is a cross-sectional view illustrating a state in which piezoelectric capacitors and a contact electrode are formed in the process of FIG. 9B.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 지지부 110 : 플로우팅(Floating)부100: support 110: floating (floating)

111,115,116,117 : 연결부 112,114,118,119 : 힌지(Hinge) 111, 115, 116, 117: Connecting parts 112, 114, 118, 119: Hinge

113 : 접촉 전극 안착부 120,220 : 접촉 전극 113: contact electrode seating portion 120,220: contact electrode

130,250 : 리셉터 코팅층(Receptor coating layer)130,250: Receptor coating layer

150 : 관통홀 171,172,173,174 : 액츄에이터150: through hole 171,172,173,174: actuator

171a,172a,171c,172c : 전극 171b,172b : 압전막171a, 172a, 171c, 172c: electrodes 171b, 172b: piezoelectric films

200,240 : 신호선 201,203 : 실리콘층200,240 signal line 201,203 silicon layer

202,211,212 : 절연층 205 : SOI 기판202, 211, 212: insulation layer 205: SOI substrate

210,220 : 그라운드선 221 : 접촉 전극210,220: Ground line 221: Contact electrode

230 : 희생층 230: sacrificial layer

본 발명은 바이오 물질을 검출하는 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액츄에이터로 흡착된 리셉터 코팅층을 신호선에 접촉시키고, 신호선과 접촉전극 사이의 저항 변화를 감지할 수 있는 바이오 물질을 검출하는 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor for detecting a biomaterial and a method of manufacturing the same, and more particularly, to detect a biomaterial capable of contacting a receptor coating layer adsorbed by an actuator to a signal line and detecting a change in resistance between the signal line and the contact electrode. It relates to a sensor and a manufacturing method thereof.

최근의 노령화 사회로의 진입 및 건강한 삶에 대한 욕망의 증가는 휴대용 건강 진단 시스템 (Health Care System) 시장을 확장 시키며 각종 생리활성 물질 및 화학 물질을 분석, 측정, 진단, 검색해 낼 수 있는 바이오 센서에 대한 중요성이 점점 증가시키고 있다.The recent entry into an aging society and the growing desire for healthy life expand the market for portable health care systems and provide biosensors that can analyze, measure, diagnose, and search for bioactive and chemical substances. The importance of this is increasing.

바이오 센서는 분자간의 선택적 반응을 이용하므로 다른 물질에 의한 간섭을 줄이고, 측정대상 물질을 고감도로 구별해 낼 수 있어야 하며, 생산 단가를 낮추어 대량생산도 가능하고, 감응 속도를 빠르게 할 수 있어 원하는 곳 어디에서나 실시간으로 모니터링할 필요가 있다. Since biosensors use selective reactions between molecules, they should be able to reduce interference by other substances, distinguish sensitive substances with high sensitivity, enable mass production by lowering production costs, and speed up response. It needs to be monitored in real time everywhere.

지금까지의 바이오 센서 개발 연구는 특정 생리활성 물질의 농도를 정량 하거나 분석하는 도구로서 다양한 연구 개발 노력이 진행되어 왔다. Until now, biosensor development research has been conducted various research and development efforts as a tool for quantifying or analyzing the concentration of a specific bioactive substance.

이미 혈당측정기, 혈액이온성분 분석기, 생체시료 연구용 기기 등과 같이 의료 및 환경 산업 분야에 사용 될 수 있는 휴대용 측정기와 연구 목적의 자동화 분석 기기 형태로 관련 시장이 형성되어 있고, 임상 및 의료용 진단과 식품 위생, 농업, 정밀화학 분야 등에 걸쳐 광범위한 응용이 기대되고 있다. The market is already formed in the form of portable measuring instruments that can be used in the medical and environmental industries, such as blood glucose meters, blood ion analyzers, and biological sample research devices, and automated analysis devices for research purposes, and clinical and medical diagnostics and food hygiene. Wide application is expected in the fields of agriculture, agriculture and fine chemicals.

최근에는 인간의 유전정보 규명, 질병 진단, 예방 의학, 그리고 신약 후보 물질의 대량 검색 수단으로서 DNA 칩, 단백질 칩과 같은 바이오 칩 기술이 급속히 발전되고 있기 때문에 바이오 센서의 기능 또한 단순한 분석 수단을 뛰어 넘어 진 단과 대량 검색의 기능이 강조되고 있다.In recent years, as biochip technologies such as DNA chips and protein chips are rapidly being developed as a means of identifying genetic information of humans, diagnosing diseases, preventing medicine, and searching for new drug candidates, the functions of biosensors go beyond simple analysis. Diagnosis and bulk search capabilities are highlighted.

지금까지 개발된 바이오 물질 진단 방법은 크게 전기화학적(Electro-chemical) 방법, 광학적(Optical) 방법, 및 기계적(Mechanical) 방법 등을 이용하는 것이 주류이다. The biomaterials diagnostic methods developed so far are mainly using electrochemical methods, optical methods, and mechanical methods.

전기 화학적 방법은 검출 프로세스가 효소 라벨링(Labelling)을 사용하여 복잡하다는 단점을 가지며, 광학적 방법은 검출에 사용되는 광학 부품들의 가격이 비싸다는 단점을 가진다. The electrochemical method has the disadvantage that the detection process is complicated by using enzyme labeling, and the optical method has the disadvantage that the optical components used for detection are expensive.

기계적 방법은 질량의 변화에 따른 공진 주파수가 변화를 검출하는 기존 방법의 경우 간단한 검출 프로세스와 제조 단가가 싸다는 장점을 가지고 검출 정확도가 떨어지는 단점을 가지고 있다.The mechanical method has a disadvantage in that the detection accuracy is inferior in the conventional method of detecting the change in the resonance frequency according to the mass change, and the simple detection process and the low manufacturing cost.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 리셉터 코팅층에 바이오 물질의 흡착에 따라 신호선과 접촉 전극 사이의 접촉 저항의 변화를 인지하여 바이오 물질의 농도를 검출할 수 있는 바이오 물질을 검출하는 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is a sensor for detecting a biomaterial that can detect the concentration of the biomaterial by recognizing the change in contact resistance between the signal line and the contact electrode in accordance with the adsorption of the biomaterial to the receptor coating layer And a method for producing the same.

본 발명의 다른 목적은 전체적인 소자의 제조를 부품 간의 기계적 결합 없이 반도체 공정 및 미세 기전 시스템 공정만을 이용하여 실시하여 소자의 제조함으로써, 소자의 크기를 축소시 킬 수 있는 바이오 물질을 검출하는 센서 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a sensor for detecting a bio-material that can reduce the size of the device by manufacturing the device by performing the manufacturing of the whole device using only a semiconductor process and a micro-electromechanical system process without mechanical coupling between components and its It is to provide a manufacturing method.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, A preferred aspect for achieving the above objects of the present invention,

지지부와; A support;

상기 지지부를 관통하는 관통홀과; A through hole penetrating the support portion;

상기 지지부에 연결되어 관통홀에서 부상되어 있는 플로우팅(Floating)부와; 상기 플로우팅부를 상부로 휘어지게 하는 액츄에이터와; A floating part floating in the through hole connected to the support part; An actuator for bending the floating portion upward;

상기 플로우팅부 상부에 형성된 접촉전극과; A contact electrode formed on the floating portion;

상기 접촉전극 상부에 형성된 리셉터 코팅층과; A receptor coating layer formed on the contact electrode;

상기 리셉터 코팅층 상부로부터 부상되어 있으며, 양단이 상기 지지부에 고정되어 있는 신호선과; A signal line floating from an upper portion of the receptor coating layer, and both ends of which are fixed to the support part;

상기 신호선 양측으로 이격되어 상기 지지부 상부로부터 부상되어 있으며, 양단이 상기 지지부에 고정되어 있는 제 1과 2 그라운드선으로 구성된 바이오 물질을 검출하는 센서가 제공된다.There is provided a sensor for detecting a biomaterial composed of first and second ground lines spaced apart from both sides of the signal line and floating from an upper portion of the support, and both ends of which are fixed to the support.

상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, Another preferred aspect for achieving the above object of the present invention,

기판 상부 및 하부에 상부 및 하부 절연층을 형성하고 패터닝하는 단계와;Forming and patterning upper and lower insulating layers over and below the substrate;

상기 패터닝된 상부 절연층 상부에 하부전극,압전막과 상부전극으로 이루어진 복수개의 압전 캐패시터들을 형성하고, 상기 압전 캐패시터들 사이의 패터닝 영역에 상기 하부전극과 연결되는 접촉전극을 형성하는 단계와;Forming a plurality of piezoelectric capacitors including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode on the patterned upper insulating layer, and forming a contact electrode connected to the lower electrode in a patterning region between the piezoelectric capacitors;

상기 접촉전극과 상기 복수개의 압전 캐패시터들이 포함된 패터닝된 상부 절연층을 감싸는 희생층을 형성하는 단계와;Forming a sacrificial layer surrounding the patterned upper insulating layer including the contact electrode and the plurality of piezoelectric capacitors;

상기 접촉전극 상부의 희생층을 지나가며, 상기 기판과 상기 희생층 상부에 신호선을 형성하고, 상기 신호선 양측으로 이격되어 기판과 상기 희생층 상부에 제 1과 2 그라운드선을 형성하는 단계와;Passing a sacrificial layer over the contact electrode, forming a signal line on the substrate and the sacrificial layer, and spaced apart from both sides of the signal line to form first and second ground lines on the substrate and the sacrificial layer;

상기 희생층을 제거하고, 상기 패터닝된 하부 절연층에 노출된 기판을 제거하여 상기 패터닝된 상부 절연층 일부를 하부로부터 부상시키는 단계와;Removing the sacrificial layer and removing a substrate exposed to the patterned lower insulating layer to lift a portion of the patterned upper insulating layer from below;

상기 접촉전극 상부에 리셉터 코팅층을 형성하는 단계로 구성된 바이오 물질을 검출하는 센서의 제조 방법이 제공된다.There is provided a method of manufacturing a sensor for detecting a bio-material consisting of forming a receptor coating layer on the contact electrode.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 개념도로서, 먼저, 본 발명의 바이오 물질 검출 센서는 지지부(100)에 연결된 플로우팅(Floating)부(110)가 하부로부터 부상되어 있고, 상기 플로우팅부(110) 상부에 접촉 전극(120)이 형성되어 있고, 상기 접촉 전극(120) 상부에는 리셉터 코팅층(Receptor coating layer)(130)이 형성되어 있고, 상기 리셉터 코팅층(130)의 상측으로 이격되어 신호선(200)이 위치되어 구성된다.1A and 1B are conceptual views for schematically describing an operation of a biomaterial detection sensor according to the present invention. First, the biomaterial detection sensor of the present invention includes a floating unit 110 connected to a support unit 100. Is floating from the bottom, the contact electrode 120 is formed on the floating portion 110, a receptor coating layer (130) is formed on the contact electrode 120, the receptor coating layer The signal line 200 is positioned to be spaced apart from the upper side of the 130.

그리고, 상기 플로우팅부(110)를 휘어지게 하여 상기 리셉터 코팅층(130)이 상기 신호선(200)에 접촉시키는 엑츄에이터(미도시)가 형성되어 있다.In addition, an actuator (not shown) is formed in which the floating part 110 is bent to allow the receptor coating layer 130 to contact the signal line 200.

이렇게 구성된 바이오 물질 검출 센서는 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 리셉터 코팅층(130)에 바이오 물질이 흡착되지 않은 초기 상태에서 액츄에이터가 구동되지 않아, 상기 신호선(200)과 리셉터 코팅층(130)은 'd'의 간격으로 벌어져 있다.In the biomaterial detection sensor configured as described above, as shown in FIG. 1A, the actuator is not driven in the initial state in which the biomaterial is not adsorbed onto the receptor coating layer 130, so that the signal line 200 and the receptor coating layer 130 are ' spread out at intervals d '.

상기 리셉터 코팅층(130)에 바이오 물질이 흡착되었을 때, 바이오 물질을 검출하기 위해서는 액츄에이터를 구동시켜 상기 플로우팅부(110)를 휘어지게 하여 도 1b에 도시된 바와 같이, 리셉터 코팅층(130)을 상기 신호선(200)에 접촉시킨다.When the biomaterial is adsorbed onto the receptor coating layer 130, in order to detect the biomaterial, the actuator 110 is bent to bend the floating unit 110 to detect the biomaterial, as shown in FIG. 1B. (200).

이때, 상기 신호선(200)으로는 RF신호가 흐르고, 상기 리셉터 코팅층(130)에 흡착된 바이오 물질 때문에 저항이 변하게 되어 상기 신호선(200)으로 흐르는 RF신호가 왜곡 또는 교란된다.In this case, an RF signal flows through the signal line 200, and a resistance changes due to the biomaterial adsorbed onto the receptor coating layer 130, thereby distorting or disturbing the RF signal flowing through the signal line 200.

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한편, 본 발명은 두 개의 검출 센서 소자로 바이오 검출 센서 시스템을 구성할 수 있으며, 하나의 소자는 기준 소자이고, 또 다른 소자는 측정하고자 하는 샘플에 노출된 측정 소자로 이용한다.Meanwhile, the present invention can configure a biodetection sensor system with two detection sensor elements, one element is a reference element, and another element is used as a measurement element exposed to a sample to be measured.

도 2a와 2b는 본 발명에 따라 바이오 물질이 흡착되기 전(前)과 후(後)의 접촉 전극과 신호선간에 형성된 회로도로서, 이 회로도는 바이오 물질을 검출하기 위한 원리를 설명하기 위한 것이다.2A and 2B are circuit diagrams formed between a contact electrode and a signal line before and after biomaterials are adsorbed according to the present invention, and these circuit diagrams are for explaining the principle for detecting biomaterials.

먼저, 리셉터 코팅층에 바이오 물질이 흡착되지 않은 상태에서, 도 2a와 같이, 신호선과 접촉전극 사이에는 리셉터 코팅층의 저항 성분(RSAM), 압전 캐패시터의 저항 성분(Rbypass)과 압전 캐패시터의 인덕터 성분(Lbypass)이 존재하게 된다.First, in the state in which the biomaterial is not adsorbed on the receptor coating layer, as shown in FIG. 2A, the resistance component R SAM of the receptor coating layer, the resistance component R bypass of the piezoelectric capacitor, and the inductor component of the piezoelectric capacitor are between the signal line and the contact electrode. (L bypass ) is present.

그리고, 리셉터 코팅층에 바이오 물질이 흡착되면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 신호선과 접촉전극 사이에는 리셉터 코팅층에 흡착된 저항 성분(Rbio)이 더 존재하게 된다.When the biomaterial is adsorbed to the receptor coating layer, as shown in FIG. 2B, the resistance component R bio adsorbed to the receptor coating layer is further present between the signal line and the contact electrode.

그러므로, 검출하고자 하는 바이오 물질의 존재 여부에 따라 신호선과 접촉 금속 사이의 접촉 저항은 변하게 된다.Therefore, the contact resistance between the signal line and the contact metal changes depending on the presence or absence of the biomaterial to be detected.

도 3은 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 개략적인 평면도로서, 지지부(100)와; 상기 지지부(100)를 관통하는 관통홀(150)과; 상기 지지부(100)에 연결되어 관통홀(150)에서 부상되어 있는 플로우팅(Floating)부(110)와; 상기 플로우팅부(100)를 상부로 휘어지게 하는 액츄에이터(171,172)와; 상기 플로우팅부(110) 상부에 형성된 접촉전극과; 상기 접촉전극 상부에 형성된 리셉터 코팅층(130)과; 상기 리셉터 코팅층(130) 상부로부터 부상되어 있으며, 양단이 상기 지지부(100)에 고정되어 있는 신호선(200)과; 상기 신호선(200) 양측으로 이격되어 상기 지지부(100) 상부로부터 부상되어 있으며, 양단이 상기 지지부(100)에 고정되어 있는 제 1과 2 그라운드선(210,220)으로 구성된다.3 is a schematic plan view of a biomaterial detection sensor according to the present invention, including a support 100; A through hole 150 passing through the support part 100; A floating part 110 connected to the support part 100 and floating in the through hole 150; Actuators (171, 172) for bending the floating portion (100) upwards; A contact electrode formed on the floating portion 110; A receptor coating layer 130 formed on the contact electrode; A signal line 200 floating from the upper portion of the receptor coating layer 130 and fixed at both ends of the support part 100; The first and second ground lines 210 and 220 are spaced apart from both sides of the signal line 200 and floated from the upper portion of the support part 100, and both ends thereof are fixed to the support part 100.

여기서, 상기 액츄에이터(171,172)는 상기 플로우팅부(110) 상부에 형성된 압전 캐패시터인 것이 바람직하다. Here, the actuators 171 and 172 may be piezoelectric capacitors formed on the floating portion 110.

참고로, 도 3에서는 상기 신호선(200) 및 제 1과 2 그라운드선(210,220)은 점선을 도시하였다.For reference, in FIG. 3, the signal line 200 and the first and second ground lines 210 and 220 show dotted lines.

한편, 도 3에 도시된 플로우팅부(110)는 상기 관통홀(150)의 일측에서 연결된 제 1 연결부(111)와; 상기 관통홀(150)의 타측에서 연결된 제 2 연결부(115)와; 상기 제 1 연결부(111)와 제 2 연결부(115) 사이에 위치되는 접촉전극 안착부(113)와; 상기 제 1 연결부(111)와 접촉전극 안착부(113), 및 상기 제 2 연결부(115)와 접촉전극 안착부(113) 각각을 연결하는 제 1과 2 힌지(Hinge)(112,114)로 구성된다. Meanwhile, the floating unit 110 shown in FIG. 3 includes a first connection unit 111 connected at one side of the through hole 150; A second connection part 115 connected at the other side of the through hole 150; A contact electrode seating portion 113 positioned between the first connecting portion 111 and the second connecting portion 115; The first and second hinges 112 and 114 connect the first connection part 111 and the contact electrode seating part 113 and the second connection part 115 and the contact electrode seating part 113, respectively. .

이때, 상기 액츄에이터(171,172)는 상기 제 1과 2 연결부(111,115) 상부에 형성된 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the actuators 171 and 172 are formed on the first and second connection portions 111 and 115.

그리고, 상기 접촉전극 안착부(113) 상부에는 접촉전극과 리셉터 코팅층이 순차적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the contact electrode and the receptor coating layer are sequentially formed on the contact electrode seating portion 113.

또한, 상기 제 1과 2 힌지(112,114)는 상기 접촉전극 상부의 리셉터 코팅층 부분이 평행하게 신호선에 닿을 수 있도록, 용수철 상수가 적은 얇은 기하하적 구조를 갖는다.In addition, the first and second hinges 112 and 114 have a thin geometrical structure with a small spring constant so that a portion of the receptor coating layer on the contact electrode may contact the signal line in parallel.

그러므로, 상기 플로우팅부(110)는 대칭적인 패턴으로 형성되어 있어, 액츄에이터(171,172)의 구동으로 접촉전극 안착부(113)가 상승되어 상기 신호선(200)에 접촉됨으로써, 상기 리셉터 코팅층에 흡착된 바이오 물질의 농도를 알 수 있는 것이다.Therefore, the floating part 110 is formed in a symmetrical pattern, and the contact electrode seating part 113 is raised by the driving of the actuators 171 and 172 to be in contact with the signal line 200, thereby absorbing the bio-adsorbed onto the receptor coating layer. The concentration of the substance can be known.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바이오 물질 검출 센서의 개략적인 평면도로서, 이 실시예는 바이오 물질 검출 센서의 센싱 정밀도를 보다 향상시 키기 위한 구조를 제시한 것으로, 신호선에 리셉터 코팅층의 접촉이 균일하게 되어 신뢰성있는 저항 변화량을 알 수 있는 것이다.4 is a schematic plan view of a biomaterial detection sensor according to a preferred embodiment of the present invention, and this embodiment shows a structure for further improving the sensing accuracy of the biomaterial detection sensor, and the contact of the receptor coating layer to the signal line is shown. This uniformity makes it possible to know a reliable resistance change amount.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 플로우팅부는 지지부(100)에 형성된 관통홀(150)의 측면에 연결된 제 1 내지 4 연결부(111,115,116,117)와; 상기 제 1 내지 4 연결부(111,115,116,117) 사이에 위치되는 접촉전극 안착부(113)과; 상기 제 1 내지 4 연결부(111,115,116,117) 각각과 접촉전극 안착부(113)을 연결하는 제 1 내지 4 힌지(112,114,118,119)로 구성된다. That is, as shown in Figure 4, the floating portion and the first to fourth connecting portion (111, 115, 116, 117) connected to the side of the through hole 150 formed in the support portion 100; A contact electrode seating portion 113 positioned between the first to fourth connecting portions 111, 115, 116, and 117; The first to fourth hinges 112, 114, 118, and 119 connect the first and fourth connection parts 111, 115, 116, and 117 to the contact electrode mounting parts 113, respectively.

그리고, 액츄에이터(171,172,173,174)는 상기 제 1 내지 4 연결부(111,115, 116,117) 각각의 상부에 형성되어 있다.The actuators 171, 172, 173, and 174 are formed on the upper portions of the first to fourth connecting portions 111, 115, 116, and 117, respectively.

그러므로, 상기 접촉전극 안착부(113)는 상기 제 1 내지 4 연결부(111, 115,116,117)와 균형있게 연결되어 있으므로, 상기 액츄에이터(171,172,173,174)의 구동으로 상기 접촉전극 안착부(113)는 균일하게 휘어져 리셉터 코팅층을 신호선에 균일하게 접촉시킨다.Therefore, since the contact electrode mounting portion 113 is connected to the first to fourth connection portions 111, 115, 116 and 117 in a balanced manner, the contact electrode mounting portion 113 is bent uniformly by the driving of the actuators 171, 172, 173 and 174. The coating layer is brought into uniform contact with the signal line.

한편, 도 5와 6은 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 평면도로서, 부상되어 있는 플로우팅부(110)의 형상을 도 5와 6과 같이 구현할 수 있다. Meanwhile, FIGS. 5 and 6 are plan views of the biomaterial detection sensor according to the present invention, and may implement the shape of the floating portion 110 as shown in FIGS. 5 and 6.

도 7은 본 발명에 따라 4개의 압전 액츄에이터를 이용한 바이오 물질 검출 센서의 개략적인 회로도로서, 신호선과 접촉전극 사이에는 네개의 압전 캔틸레버에 대한 저항 성분((Rbypass)과 인덕터 성분(Lbypass)이 각각 존재하며, 'Rtotal' 성분은 리셉터 자기 정렬 단분자층의 저항 성분 및 바이오 물질의 저항 성분으로 이루어진 저항 성분이다.7 is a signal line and the contact electrode has four resistance components of the piezoelectric cantilever ((R bypass) and an inductor component (L bypass between) a schematic circuit diagram of a bio-material detecting sensor using four piezoelectric actuator according to the invention Each of the 'R total ' components is a resistive component consisting of the resistive component of the receptor self-aligned monolayer and the resistive component of the biomaterial.

도 8은 본 발명에 따라 접촉 전극과 신호선간의 접촉 저항 변화에 따른 알에프(RF) 출력단의 신호 변화를 측정한 도면으로서, 리셉터 코팅층에 바이오 물질이 흡착되지 않은 상태의 그래프는 'A'이고, 접촉 저항이 0.5Ω이다.FIG. 8 is a view illustrating a change in signal at an RF output terminal according to a change in contact resistance between a contact electrode and a signal line according to the present invention. The resistance is 0.5 kΩ.

그리고, 바이오 물질이 흡착된 상태의 그래프는 'B','C','D'이며, 접촉 저항이 1.5Ω(B), 2.5Ω(C), 4Ω(D)이다.The graphs of the state where the biomaterial is adsorbed are 'B', 'C' and 'D', and the contact resistances are 1.5 kV (B), 2.5 kC (C), and 4 kV (D).

이와 같이, 리셉터 코팅층에 바이오 물질이 흡착되면, 접촉 전극이 신호선에 접촉되는 저항이 변화됨을 알 수 있고, 이 저항 변화로 바이오 물질의 농도를 알 수 있게 된다.As such, when the biomaterial is adsorbed onto the receptor coating layer, the resistance of the contact electrode contacting the signal line may be changed, and the change of the resistance may determine the concentration of the biomaterial.

도 9a 내지 9h는 본 발명에 따른 바이오 물질 검출 센서의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 제 1 실리콘층(201), 절연층(202)과 제 2 실리콘층(203)이 순차적으로 이루어진 SOI(Silicon on insulator)기판(205)의 상부 및 하부에 상부 및 하부 절연층(212,211)을 형성하고 패터닝한다.(도 9a)9A to 9H are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the biomaterial detection sensor according to the present invention. First, the first silicon layer 201, the insulating layer 202, and the second silicon layer 203 are sequentially formed. Upper and lower insulating layers 212 and 211 are formed and patterned on and under the silicon on insulator (SOI) substrate 205 (FIG. 9A).

상기 패터닝된 상부 절연층(212)은 플로우팅부를 정의하기 위함이고, 상기 패터닝된 하부 절연층(211)은 SOI 기판의 벌크 마이크로머시닝을 위한 마스크로 사용하기 위함이다.The patterned upper insulating layer 212 is for defining a floating portion, and the patterned lower insulating layer 211 is for use as a mask for bulk micromachining of an SOI substrate.

그 후, 상기 패터닝된 상부 절연층(212) 상부에 하부전극,압전막과 상부전극으로 이루어진 복수개의 압전 캐패시터들을 형성하고, 상기 압전 캐패시터들 사이 의 패터닝 영역에 상기 하부전극과 연결되는 접촉전극(221)을 형성한다.(도 9b)Thereafter, a plurality of piezoelectric capacitors including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are formed on the patterned upper insulating layer 212, and a contact electrode connected to the lower electrode in a patterning area between the piezoelectric capacitors ( 221) (FIG. 9B).

도 10에는 상기 압전 캐패시터들이 도시되어 있다.10 illustrates the piezoelectric capacitors.

연이어, 상기 접촉전극(221)과 상기 복수개의 압전 캐패시터들이 포함된 패터닝된 상부 절연층을 감싸는 희생층(230)을 형성한다.(도 9c)Subsequently, a sacrificial layer 230 is formed to surround the patterned upper insulating layer including the contact electrode 221 and the plurality of piezoelectric capacitors (FIG. 9C).

상기 희생층(230)은 감광제를 사용하는 것이 바람직하다.The sacrificial layer 230 is preferably a photosensitive agent.

계속하여, 상기 접촉전극(221) 상부의 희생층(230)을 지나가며, SOI기판(205)과 상기 희생층(230) 상부에 신호선(240)을 형성하고, 상기 신호선(240) 양측으로 이격되어 SOI기판(205)과 상기 희생층(230) 상부에 제 1과 2 그라운드선을 형성한다.(도 9d)Subsequently, passing through the sacrificial layer 230 on the contact electrode 221, a signal line 240 is formed on the SOI substrate 205 and the sacrificial layer 230, and is spaced apart from both sides of the signal line 240. Thus, first and second ground lines are formed on the SOI substrate 205 and the sacrificial layer 230 (FIG. 9D).

여기서, 상기 신호선(240) 및 제 1과 2 그라운드선을 형성하기 위한 시드층(Seed layer)을 상기 희생층(230)에 형성하고, 상기 신호선(240) 및 제 1과 2 그라운드선을 형성하는 것이 바람직하다. Here, a seed layer for forming the signal line 240 and the first and second ground lines is formed on the sacrificial layer 230, and the signal line 240 and the first and second ground lines are formed. It is preferable.

그 다음, 상기 희생층(230)을 제거한다.(도 9e)Next, the sacrificial layer 230 is removed (FIG. 9E).

이어서, 상기 패터닝된 하부 절연층(211)에 노출된 SOI기판(205)을 제거하여 패터닝된 상부 절연층(212) 일부를 하부로부터 부상시킨다.(도 9f)Subsequently, the SOI substrate 205 exposed to the patterned lower insulating layer 211 is removed to lift a portion of the patterned upper insulating layer 212 from the bottom (FIG. 9F).

여기서, 상기 부상되어진 패터닝된 상부 절연층은 전술된 플로우팅부가 된다. Here, the floating patterned upper insulating layer becomes the floating portion described above.

즉, 상기 부상되어진 패터닝된 상부 절연층은, 패터닝되지 않은 상부 절연층에 연결된 제 1 내지 4 연결부와; 상기 제 1 내지 4 연결부 사이에 위치되는 접촉전극 안착부과; 상기 제 1 내지 4 연결부 각각과 접촉전극 안착부을 연결하는 제 1 내지 4 힌지로 구성된다.That is, the floating patterned upper insulating layer comprises: first to fourth connections connected to the unpatterned upper insulating layer; A contact electrode seating portion positioned between the first to fourth connecting portions; It consists of first to fourth hinges connecting the first to fourth connection portions and the contact electrode seating portion.

마지막으로, 상기 접촉전극(221) 상부에 리셉터 코팅층(250)을 형성한다.(도 9h)Finally, a receptor coating layer 250 is formed on the contact electrode 221 (FIG. 9H).

여기서, 상기 리셉터 코팅층(250)의 형성은, 도 9f의 공정까지 완료된 구조물을 SAM(Self-assemble mono-layer) 용액에 담가서 상기 접촉전극(221) 상부에 리셉터 코팅층(250)을 형성하는 것이다.In this case, the receptor coating layer 250 is formed by immersing the structure completed by the process of FIG. 9F in a self-assemble mono-layer (SAM) solution to form a receptor coating layer 250 on the contact electrode 221.

이때, 상기 리셉터 코팅층(250)은 노출된 모든 금속 영역에 형성된다.In this case, the receptor coating layer 250 is formed on all exposed metal regions.

전술된 바와 같이, 본 발명에서는 SOI 기판을 사용하여 바이오 물질 검출 센서를 제조하는 것이 바람직하나, 다른 기판을 사용하여도 무방하다.As described above, in the present invention, it is preferable to manufacture the biomaterial detection sensor using the SOI substrate, but other substrates may be used.

도 10은 도 9b의 공정에서 압전 캐패시터들과 접촉전극이 형성되어 있는 상태를 도시한 단면도로서, 부상되어 있는 상부 절연층(212) 상부에 하부전극(171a,172a),압전막(171b,172b)과 상부전극(171c,172c)으로 이루어진 액츄에이터들(171,172)이 형성되어 있고, 상기 액츄에이터들(171,172) 사이 영역에 상기 하부전극(171a,171b)과 연결되는 접촉전극(221)이 형성되어 있다.FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a state in which piezoelectric capacitors and contact electrodes are formed in the process of FIG. 9B. Actuators 171 and 172 formed of the &lt; RTI ID = 0.0 &gt; .

상기 부상되어 있는 상부 절연층(212)은 전술된 플로우팅부이며, 상기 액츄에이터(171,172)는 압전 캐패시터이므로, 상기 압전 캐패시터들의 동작으로 상기 플로우팅부는 상승되어 접촉전극(221) 상부에 있는 리셉터 코팅층을 신호선에 접촉시키게 된다.The floating upper insulating layer 212 is the floating portion described above, and the actuators 171 and 172 are piezoelectric capacitors. It comes in contact with the signal line.

따라서, 본 발명은 기존 반도체 제조 공정 기술을 이용하여 일체로된 바이오 물질 검출 센서를 구현함으로써, 소자의 소형화 및 공정의 저가격화를 달성할 수 있는 것이다.Accordingly, the present invention can achieve a miniaturization of a device and a low cost of a process by implementing an integrated biomaterial detection sensor using an existing semiconductor manufacturing process technology.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 리셉터 코팅층에 바이오 물질의 흡착에 따라 신호선과 접촉 전극 사이의 접촉 저항의 변화를 인지하여 바이오 물질의 농도를 검출할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of detecting the concentration of the biomaterial by recognizing the change in contact resistance between the signal line and the contact electrode according to the adsorption of the biomaterial on the receptor coating layer.

또한, 본 발명은 전체적인 소자의 제조를 부품 간의 기계적 결합 없이 반도체 공정 및 미세 기전 시스템 공정만을 이용하여 실시하여 소자의 제조함으로써, 소자의 크기를 축소시 킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the size of the device by manufacturing the device by performing the entire device manufacturing using only a semiconductor process and a micro-electromechanical system process without mechanical coupling between components.

본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.

Claims (10)

지지부와; A support; 상기 지지부를 관통하는 관통홀과; A through hole penetrating the support portion; 상기 지지부에 연결되어 관통홀에서 부상되어 있는 플로우팅(Floating)부와; 상기 플로우팅부를 상부로 휘어지게 하는 액츄에이터와; A floating part floating in the through hole connected to the support part; An actuator for bending the floating portion upward; 상기 플로우팅부 상부에 형성된 접촉전극과; A contact electrode formed on the floating portion; 상기 접촉전극 상부에 형성된 리셉터 코팅층과; A receptor coating layer formed on the contact electrode; 상기 리셉터 코팅층 상부로부터 부상되어 있으며, 양단이 상기 지지부에 고정되어 있는 신호선과; A signal line floating from an upper portion of the receptor coating layer, and both ends of which are fixed to the support part; 상기 신호선 양측으로 이격되어 상기 지지부 상부로부터 부상되어 있으며, 양단이 상기 지지부에 고정되어 있는 제 1과 2 그라운드선으로 구성된 바이오 물질을 검출하는 센서.A sensor for detecting a bio-material consisting of a first and a second ground line, which is spaced apart from both sides of the signal line and floated from an upper portion of the support, and both ends are fixed to the support. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 플로우팅부는,The floating unit, 상기 관통홀의 일측에서 연결된 제 1 연결부와; A first connection part connected at one side of the through hole; 상기 관통홀의 타측에서 연결된 제 2 연결부와; A second connection part connected at the other side of the through hole; 상기 제 1 연결부와 제 2 연결부 사이에 위치되는 접촉전극 안착부와; A contact electrode seating portion positioned between the first connecting portion and the second connecting portion; 상기 제 1 연결부와 접촉전극 안착부, 및 상기 제 2 연결부와 접촉전극 안착부 각각을 연결하는 제 1과 2 힌지(Hinge)로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 물질을 검출하는 센서.And a first hinge and a second hinge connecting the first connection part and the contact electrode seating part, and the second connection part and the contact electrode seating part, respectively. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 플로우팅부는, The floating unit, 지지부에 형성된 관통홀의 측면에 연결된 제 1 내지 4 연결부와; First to fourth connecting parts connected to side surfaces of the through holes formed in the support part; 상기 제 1 내지 4 연결부 사이에 위치되는 접촉전극 안착부과; A contact electrode seating portion positioned between the first to fourth connecting portions; 상기 제 1 내지 4 연결부 각각과 접촉전극 안착부을 연결하는 제 1 내지 4 힌지로 구성된 것을 특징으로 하는 바이오 물질을 검출하는 센서.And a first to fourth hinge for connecting each of the first to fourth connection parts and the contact electrode seating part. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, The method of claim 2 or 3, 상기 액츄에이터는,The actuator is 상기 연결부들 각각의 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 바이오 물질을 검출하는 센서.A sensor for detecting a biomaterial, characterized in that formed on top of each of the connection portion. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 액츄에이터는,The actuator is 압전 캐패시터인 것을 특징으로 하는 바이오 물질을 검출하는 센서.A sensor for detecting biomaterial, characterized in that the piezoelectric capacitor. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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