KR102030231B1 - 온-칩 히터 - Google Patents

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쳉시앙 시에
쿤렁 첸
주이쳉 후앙
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타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드
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Abstract

가열 엘리먼트들들 사이의 불균일한 간격을 갖는 동심 링 구성의 온-칩 히터는 원형 또는 정사각형 가열 엘리먼트들에 비해 향상된 방사상 온도 균일성 및 낮은 전력 소비를 제공한다. 온-칩 히터들은 타이트한 온도 제어를 요구히는 온-칩 센서들과의 통합 및 사용에 적합하다.

Description

온-칩 히터{ON-CHIP HEATER}
바이오 센서들, 가스 센서들, 이온 센서들 등과 같은 여러 타입의 센서들은 종종 향상된 감도, 비용 절감 및 휴대성을 위해 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS, complementary metal oxide semiconductor) 회로들과 함께 칩에 통합된다. 몇몇 사례들에서, 이들 센서들은 온-칩 히터들을 통합하였다.
일 실시예에서, 집적 회로는, 제1 표면 및 대향 제2 표면을 갖는 공통 채널 영역; 공통 채널 영역의 제1 표면 상에 배치되는 제1 게이트 유전체; 제1 게이트 유전체 위에 배치되는 제1 게이트 전극; 공통 채널 영역에 의해 서로로부터 측방으로 분리되는 제1 소스/드레인 및 제2 소스/드레인; 공통 채널 영역의 제2 표면 상에 배치되는 제2 게이트 유전체; 서로에 대해 동심으로(concentrically) 배치된 복수의 가열 엘리먼트들을 갖는 히터; 및 온도 센서를 포함한다. 복수의 가열 엘리먼트들의 각각의 가열 엘리먼트는 아치형(arcuate) 또는 곡선형 형상을 갖고, 복수의 가열 엘리먼트들의 각각의 가열 엘리먼트는 공통 지점으로부터의 대응 반경을 갖는다. 온도 센서는 DG-BSS FET와 같은 FET 센서의 감지 영역의 대략적 온도를 결정하는데 사용된다.
다른 실시예에서, 방법은, 공통 채널 영역의 수직 대향 표면들 상에 배치된 1차 게이트 스택 및 2차 게이트 스택, 및 공통 채널 영역에 의해 서로로부터 측방으로 분리되는 제1 소스/드레인 및 제2 소스/드레인을 포함하는 듀얼 게이트 백사이드 감지 전계 효과 트랜지스터(DG-BSS FET, dual-gate back-side sensing field effect transistor)를 형성하는 단계 ― 1차 게이트 스택은 공통 채널 영역의 제1 표면 상에 배치된 제1 게이트 유전체 및 제1 게이트 유전체 위에 배치되는 제1 게이트 전극을 갖고, 2차 게이트 스택은 공통 채널 영역의 제2 표면 상에 배치된 제2 게이트 유전체 및 제2 게이트 유전체 상에 배치되는 포획제(capture reagent)를 가짐 ― ; 집적 회로 내에, 동심으로 배열된 복수의 가열 엘리먼트들을 갖는 히터를 배치하는 단계 ― 각각의 가열 엘리먼트는 아치형인 형상을 가지며, 가열 엘리먼트들의 쌍들은 서로 전기적으로 연결됨 ― ; 및 DG-BSS FET와 열적으로 연통하는 온도 센서를 형성하는 단계를 포함한다.
추가의 실시예에서, 집적 회로는, 각각 활성 영역에 배치되고 채널 영역에 의해 서로로부터 측방으로 분리되는 제1 소스/드레인(S/D) 및 제2 S/D, 채널 영역의 제1 표면 상에 배치되는 제1 게이트 유전체, 제1 게이트 유전체 위에 배치되는 게이트 전극, 및 채널 영역의 제2 표면 상에 배치되는 제2 게이트 유전체를 갖는 듀얼 게이트 백사이드 감지 전계 효과 트랜지스터(DG-BSS FET) ― 제1 표면 및 제2 표면은 채널 영역의 대향면들 상에 위치설정됨 ― ; 채널 영역의 제2 표면 위에 배치된 반응-사이트 웰(reaction-site well); 대응 반경을 갖는, 동심으로 배치된 복수의 가열 엘리먼트들을 포함하는 히터; 및 DG-BSS FET와 열적으로 연통하는 온도 센서를 포함한다. 이 실시예에서, 상이한 반경들을 갖는 인접한 가열 엘리먼트들은 소정 거리만큼 분리된다.
본 개시물의 양상들은 첨부 도면들과 함께 판독될 때 아래의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 산업분야의 일반적 관행에 따라, 다양한 피쳐들은 실척도로 도시되는 것은 아님에 유념한다. 실제로, 다양한 피쳐들의 치수들은 논의의 명료성을 위해 임의적으로 증가되거나 또는 감소될 수 있다.
도 1a는 예시적 센서의 단면도이다.
도 1b는 예시적 센서 어레이의 단면도이다.
도 2는 센서, 유체 채널, 히터 및 온도 센서를 갖는 예시적인 장치의 단면도이다.
도 3a는 개시물에 따른 예시적인 가열 엘리먼트 구성이다.
도 3b는 개시물에 따른 예시적인 가열 엘리먼트 구성의 단면도이다.
도 4는 개시물에 따른 예시적인 히터의 단면의 상면도이다.
도 5a는 개시물에 따른 예시적인 히터이다.
도 5b는 개시물에 따른 예시적인 히터의 단면의 상면도이다.
도 6은 개시물에 따른 예시적인 통합형 온-칩 히터 제조의 흐름도이다.
아래의 개시내용은 제공되는 청구 대상의 상이한 피처들을 구현하기 위한 여러 상이한 실시예들 또는 예시들을 제공한다. 본 개시내용을 단순화하기 위해 컴포넌트들 및 배열들의 특정 예시들이 아래에서 설명된다. 물론, 이들은 단지 예시들에 불과하며, 한정하는 것으로 의도된 것은 아니다. 예를 들어, 이후의 상세설명에서 제2 피처 위의 제1 피처의 형성은 제1 및 제2 피처들이 직접적으로 접촉하여 형성되는 실시예들을 포함할 수 있으며, 또한 제1 및 제2 피처들이 직접적으로 접촉하지 않을 수 있도록 추가적인 피처들이 제1 및 제2 피처들 사이에서 형성될 수 있는 실시예들을 포함할 수도 있다. 또한, 본 개시내용은 다양한 예시들에서 참조 번호들 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 그 자체로 개시된 다양한 실시예들 및/또는 구성 사이의 관계를 설명하는 것은 아니다.
뿐만 아니라, 도면들에서 도시된 하나의 엘리먼트 또는 피처에 대한 다른 엘리먼트(들) 또는 피처(들)의 관계를 설명하기 위해 "아래", "밑", "보다 낮은", "위", "보다 위" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들이 설명의 용이성을 위해 여기서 이용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에서 도시된 배향에 더하여 이용중에 있거나 또는 동작중에 있는 디바이스의 상이한 배향들을 망라하도록 의도된 것이다. 장치는 이와 달리 배향될 수 있고(90° 회전되거나 또는 다른 배향으로 회전됨), 이에 따라 여기서 이용되는 공간적으로 상대적인 기술어들은 이와 똑같이 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "공칭"은 원하는 값 초과 및/또는 미만의 값들의 범위와 함께, 제품 또는 프로세스의 설계 단계 동안에 설정되는 컴포넌트 또는 프로세스 작동에 대한 특징 또는 파라미터의 원하는 값 또는 타겟 값을 지칭한다. 값들의 범위는 전형적으로 제조 프로세스들 또는 공차들의 약간의 차이들로 인한 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 이 개시내용이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 설명된 것들과 유사한 또는 동등한 임의의 방법들 및 재료들이 개시물에 따른 실시예들의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있지만; 방법들, 디바이스들 및 재료들이 이제 설명된다. 본 명세서에 언급된 모든 특허들 및 간행물들은 본 개시물에 따른 실시예들과 함께 사용될 수 있는 간행물에 보고된 재료들 및 방법론들을 설명하고 개시하기 위한 목적으로 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 명세서에서 사용되는 약어 "FET"는 전계 효과 트랜지스터를 지칭한다. 매우 일반적인 타입의 FET는 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET, metal oxide semiconductor field effect transistor)로 지칭된다. 역사적으로, MOSFET들은 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 평면 표면에 내장된 평면 구조물들이다. 그러나 반도체 제조에 있어서의 진보들은 예를 들어, 핀 기반 MOSFET들과 같은 3차원 MOSFET 구조들을 초래하였다.
"S/D"는 FET의 3개 단자들 중 2 개를 형성하는 소스/드레인 접합들을 지칭한다.
용어들 "프론트-사이드" 및 "백-사이드"는 각각 반도체 제조 산업에서 일반적으로 트랜지스터 회로 및 다양한 인터커넥트 층들이 배치되는 웨이퍼의 제1 면 및 제1 면에 대향되는 웨이퍼의 제2 면을 지칭하는데 사용된다. 웨이퍼들은 때때로 기판들로서 지칭된다.
용어 "바이오FET(bioFET)"는 생물학적 기원(biological origin)의 타겟 피분석물(analyte)의 존재를 검출하기 위해 표면 수용체로서 작용하는 고정화된(immobilized) 프로브 분자들의 층을 포함하는 FET를 지칭한다. 실시예에 따르면, 바이오FET는 반도체 트랜스듀서를 갖는 전계 효과 센서이다. 바이오FET의 하나의 장점은 라벨 없는 작동의 가능성이다. 구체적으로, 바이오FET는 예를 들어 형광 또는 방사성 프로브들로 피분석물을 라벨링하는 것과 같이 값 비싸고 시간 소모적인 라벨링 작동들의 방지를 가능하게 한다. 본 명세서에 설명된 바이오FET의 하나의 특정 타입은 듀얼-게이트 백-사이드 감지 바이오FET이다. 바이오FET에 의한 검출을 위한 피분석물들은 대개 단백질들, 탄수화물들, 지질들, 조직 단편들 또는 그 일부와 같은(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 생물학적 기원일 것이다. 그러나, 보다 일반적인 의미에서, 바이오FET는 임의의 화학적 화합물(당 분야에서 ChemFET로 알려짐)을 또한 검출할 수 있는 더 넓은 계열의 FET 센서들, 또는 양성자들 또는 금속성 이온들과 같은 이온들을 포함하는 임의의 다른 엘리먼트(당 분야에서 ISFET로서 알려짐)과 같은 이온들을 포함하는 임의의 다른 엘리먼트의 일부이다. 발명은 모든 타입의 FET-기반 센서들( "FET 센서")에 적용되도록 의도된다. 본 명세서의 하나의 특정 타입의 FET 센서는 듀얼 게이트 백 사이드 감지 FET 센서( "DG BSS FET 센서")이다.
용어 "듀얼 게이트 백-사이드 감지 FET(DG-BSS FET)"는 공통 채널 영역의 수직 대향 표면들 상에 배치된 1차 게이트 스택 및 2차 게이트 스택을 갖는 FET 구조를 지칭하고, 제1 소스/드레인 및 제2 소스/드레인은 공통 채널 영역에 의해 서로 측방으로 분리된다. 1차 게이트 스택은 공통 채널 영역의 제1 표면 상에 배치된 제1 게이트 유전체 및 제1 게이트 유전체 상에 배치된 제1 게이트 전극을 갖는다. 2차 게이트 스택은 공통 채널 영역의 제1 표면에 대향하는 공통 채널 영역의 제2 표면 상에 배치된 제2 게이트 유전체 및 제2 게이트 유전체 상에 배치된 포획제(capture reagent)를 갖는다. 이 구성에서, FET 구조는 전원이 공급되는 작동에서, 이것의 2차 게이트 스택을 통해 타겟 피분석물의 존재를 검출하는 센서가 된다. 본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한, 1차 게이트 스택은 프론트-사이드 상에 있고 제2 게이트 유전체는 백-사이드 상에 있다.
표현 "하이-k"는 고 유전 상수를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 하이-k는 SiO2의 유전 상수보다 큰(즉, 3.9보다 큰) 유전 상수를 지칭한다. 유사하게, 표현 "로우-k"는 저 유전 상수를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 로우-k는 SiO2의 유전 상수보다 작은(즉, 3.9보다 작은) 유전 상수를 지칭한다.
용어 "분석"은 일반적으로 특성화, 시험, 측정, 최적화, 분리, 합성, 첨가, 여과, 용해 또는 혼합을 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 물리적, 화학적, 생화학적 또는 생물학적 분석을 수반하는 프로세스 또는 단계를 지칭한다.
용어 "어세이(assay)"는 일반적으로 화학적 또는 타겟 피분석물의 분석을 수반하는 프로세스 또는 단계를 지칭하며, 세포 기반 어세이들, 생화학적 어세이들, 하이 스루풋 어세이들 및 스크리닝(screening), 진단 어세이들, pH 측정, 핵산 하이브리드화 어세이들, 중합 효소 활성 어세이들, 핵산 및 단백질 시퀀싱, 면역 검정법(예를 들어, 항체-항원 결합 검정법, ELISA 및 iqPCR), 유전자의 메틸화 패턴을 검출하기 위한 바이설파이트 메틸화 어세이들, 단백질 어세이들, 단백질 결합 어세이들(예를 들어, 단백질-단백질, 단백질-핵산 및 단백질-리간드 결합 어세이들), 효소 어세이들, 결합된 효소 어세이들, 운동 측정들(예를 들어, 단백질 접힘 및 효소 반응 동역학의 동역학), 효소 억제제 및 활성제 스크리닝, 화학발광 및 전기화학발광 어세이들, 형광 어세이들, 형광 편광 및 이방성 어세이들, 흡광도 및 비색 어세이들(예를 들어, Bradford 어세이들, Lowry 어세이들, Hartree-Lowry 어세이들, Biuret 어세이들, BCA 어세이들), 화학적 어세이들(예를 들어, 환경 공해물질 및 오염 물질, 나노 입자들 또는 폴리머들의 검출을 위한) 및 신약 개발 어세이들을 포함한다(그러나 이에 제한되는 것은 아님). 본 명세서에 설명된 장치, 시스템들 및 방법들은 임의의 DG-BSS FET와 함께 사용될 하나 이상의 이들 어세이들을 사용하거나 채택할 수 있다.
용어 "액체 생검(liquid biopsy)"은 일반적으로 환자의 조직 샘플과 비교하여 환자의 체액에서 얻은 생검 샘플을 지칭한다. 체액 샘플을 사용하여 어세이들을 수행하는 능력은 종종 조직 샘플을 사용하는 것보다 더 바람직하다. 체액 샘플을 사용하는 덜 침략적인 접근법은 환자 복지, 종적(longitudinal) 질환 모니터링을 수행하는 능력, 및 조직 세포가 예를 들어 전립선에서 쉽게 접근 불가능한 경우에 조차도 발현 프로파일(expression profile)들을 획득하는 능력에 대해 광범위한 영향을 미친다. 액체 생검 샘플들에서 타겟 피분석물을 검출하는데 사용되는 어세이들은 상기 설명된 것들을 포함한다(그러나 이에 제한되지 않음). 비제한적인 예로서, 순환 종양 세포(CTC, circulating tumor cell) 어세이는 액체 생검 샘플에서 수행될 수 있다.
예를 들어, FET 센서(예를 들어, DG-BSS FET의 제2 유전체 층) 상에 고정화된 포획제(예를 들어, 항체)는 CTC 어세이를 이용한 액체 생검 샘플에서 타겟 피분석물(예를 들어, 종양 세포 마커)과의 생물 인식 반응(biorecognition reaction)에 사용될 수 있다. CTC들은 종양으로부터 혈관계로 흘러나와 예를 들어 혈류에서 순환하는 세포들이다. 일반적으로 CTC들은 매우 낮은 농도로 유통하며 존재한다. CTC들을 분석하기(assay) 위해, CTC들은 당업계에 알려진 다양한 기법들에 의해 환자 혈액 또는 혈장으로부터 농축된다. CTC들은 세포 계측법(cytometry)(예를 들어, 유동 세포 계측법)-기반 방법들 및 IHC-기반 방법들을 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 당업계에 알려진 방법들을 사용하여 특정 마커들에 대해 염색될 수 있다. 본 명세서에 설명된 장치, 시스템들 및 방법들에 대해, CTC들은 포획제를 사용하여 포획될 수 있거나, 또는 CTC들로부터의 핵산들, 단백질들 또는 다른 세포 환경은 포획제에 결합하기 위한 타겟 피분석물들로서 타겟화될 수 있다.
타겟 피분석물이 CTC 상에서 또는 CTC로부터 검출되는 경우, 예를 들어, CTC들을 발현하거나 포함하는 타겟 피분석물의 증가는 환자가 특정 치료(예를 들어, 타겟 피분석물과 연관된 것)에 응답할 가능성이 있는 암을 갖는 것으로 식별하거나, 또는 예를 들어, 타겟 피분석물에 대한 항체로 치료 요법의 최적화를 허용하는데 도움을 줄 수 있다. CTC 측정 및 정량화는 예를 들어 종양의 단계, 치료에 대한 반응, 질병 진행상황 또는 이들의 조합에 대한 정보를 제공할 수 있다. CTC 상에 타겟 피분석물을 검출하는 것으로부터 얻어진 정보는 예를 들어, 예후, 예측 또는 약력학적 바이오마커(pharmacodynamic biomarker)로서 사용될 수 있다. 또한, 액체 생검 샘플에 대한 CTC 어세이들은 단독으로, 또는 고체 생검 샘플의 추가 종양 마커 분석과 함께 사용될 수 있다.
용어 "식별(identification)"은 일반적으로 신원(identity)이 알려진 포획제에 대한 그것의 결합에 기초하여 타겟 피분석물의 신원을 결정하는 프로세스를 지칭한다.
용어 "측정"은 일반적으로 그것의 포획 시약에 대한 결합에 기초하여 타겟 피분석물의 양, 수량, 질 또는 특성을 결정하는 프로세스를 지칭한다.
용어 "정량화"는 일반적으로 그것의 포획 시약에 대한 결합에 기초하여 타겟 피분석물의 수량 또는 농도를 결정하는 프로세스를 지칭한다.
용어 "검출"은 일반적으로 그것의 포획 시약에 대한 결합에 기초하여 타겟 피분석물의 존재 또는 부재를 결정하는 프로세스를 지칭한다. 검출은 식별, 측정 및 정량화를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
용어 "화학적"은 물질, 화합물, 혼합물, 용액, 유제, 분산액, 분자, 이온, 다이머, 폴리머 또는 단백질과 같은 고분자, 생체 분자, 침전물, 결정, 화학적 잔기(chemical moiety) 또는 그룹, 입자, 나노 입자, 시약, 반응 생성물, 용매, 또는 유체를 지칭하며, 이들 중 어느 하나는 고체, 액체 또는 기체 상태로 존재할 수 있고, 전형적으로 분석 대상이 된다.
용어 "반응"은 적어도 하나의 화학 물질(chemical)을 포함하고 (화학적, 생화학적 및 생물학적 변형들의 경우) 공유, 비공유, 반데르발스(van der Waals), 수소, 또는 이온 결합과 같은 하나 이상의 결합들의 파괴(breaking) 또는 형성을 일반적으로 포함하는 물리적, 화학적, 생화학적 또는 생물학적 변형을 지칭한다. 이 용어는 합성 반응들, 중화 반응들, 분해 반응들, 치환 반응들, 환원 -화 반응들, 석출(precipitation), 결정화, 연소 반응들, 및 중합 반응들 뿐만 아니라, 공유 결합 및 비공유 결합, 상 변화, 색 변화, 상 형성, 결정화, 용해, 발광, 광 흡수 또는 발광 특성들의 변화, 온도 변화 또는 열 흡수 또는 열 방출, 배좌(conformational) 변화, 및 단백질과 같은 고분자의 접힘 또는 접힘해제(unfolding) 등과 같은 전형적인 화학 반응들을 포함한다.
본 명세서에 사용된 "포획제"는 실질적으로 고체 재료에 직접 또는 간접적으로 부착될 수 있는 타겟 피분석물 또는 타겟 시약에 결합할 수 있는 분자 또는 화합물이다. 포획제는 화학 물질, 및 구체적으로는 자연적으로 발생하는 타겟 피분석물(예를 들어, 항체, 폴리펩티드, DNA, RNA, 세포, 바이러스 등)이 존재하거나 또는 타겟 피분석물이 준비될 수 있는 임의의 물질일 수 있으며, 포획제는 어세이에서 하나 이상의 타겟 피분석물에 결합할 수 있다.
본 명세서에 사용된 "타겟 피분석물"은 이 개시물에 따른 실시예들을 사용하여 테스트 샘플에서 검출될 물질이다. 타겟 피분석물은 화학 물질, 및 구체적으로는 자연적으로 발생하는 포획제(예를 들어, 항체, 폴리펩티드, DNA, RNA, 세포, 바이러스 등)가 존재하거나 또는 포획제가 준비될 수 있는 임의의 물질일 수 있으며, 타겟 피분석물은 어세이에서 하나 이상의 포획제에 결합할 수 있다. "타겟 피분석물"은 또한 임의의 항원 물질들, 항체들 및 이들의 조합 물들을 포함한다. 타겟 피분석물은 단백질, 펩타이드, 아미노산, 탄수화물, 호르몬, 스테로이드, 비타민, 치료 목적으로 투여되는 것들을 포함하는 약물 뿐 아니라, 불법 목적으로 투여된 것들, 박테리아, 바이러스, 및 상기 물질들 중 임의의 물질의 대사 산물 또는 항체를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "테스트 샘플"은 검출되고 분석될 타겟 피분석물을 함유하는 조성물, 용액, 물질, 기체 또는 액체를 의미한다. 테스트 샘플은 타겟 피분석물 이외의 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있고, 액체 또는 기체의 물리적 속성들을 가질 수 있으며, 예를 들어, 액체 또는 기체의 이동하는 흐름을 포함하여 임의의 크기 또는 체적일 수 있다. 테스트 샘플은 다른 물질들이 타겟 피분석물과 포획제의 결합 또는 제1 결합 부재의 제2 결합 부재에 대한 특정 결합에 간섭하지 않는 한, 타겟 피분석물 이외의 임의의 물질들을 함유할 수 있다. 테스트 샘플의 예들은 자연 발생 및 비-자연 발생 샘플들 또는 이들의 조합들을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 자연 발생 테스트 샘플들은 합성물이거나 또는 합성될 수 있다. 자연 발생 테스트 샘플들은 혈액, 혈장, 혈청, 소변, 타액 또는 객담, 척수액, 뇌척수액, 늑막 유액, 젖꼭지 흡인물, 림프액, 복강, 장 및 비뇨 생식 기관의 액체, 눈물액, 타액, 모유, 림프계로부터의 유체, 정액, 내기관계 유체, 복수액, 종양 낭종액, 양수 및 이들의 조합물들 및 지하수 또는 폐수, 토양 추출물, 공기, 및 농약 잔류물들 또는 식품 관련 샘플들과 같은 환경 샘플을 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 대상자의 신체의 또는 신체 상의 어딘가에서 분리된 신체 또는 체액을 포함한다.
검출된 물질들은 예를 들어, 핵산들(DNA 및 RNA 포함), 호르몬들, 다른 병원균들(바이러스(예를 들어, H7N9 또는 HIV), 원생 동물(예를 들어, 말라리아원충 유발 말라리아), 또는 박테리아(예를 들어, 대장균 또는 결핵균)와 같은 질환 또는 질병을 그 숙주에 유발하는 생물학적 작용제(biological agent)를 포함), 단백질들, 항체들, 다양한 약물들 또는 치료제들 또는 수소 또는 기타 이온들을 포함한 기타 화학 물질 또는 생물학적 물질들, 비-이온성 분자들 또는 화합물들, 폴리사카라이드들, 화학적 결합 라이브러리 구성요소들과 같은 소형 화학적 화합물들 등을 포함할 수 있다. 검출되거나 결정된 파라미터들은 예를 들어, pH 변화들, 락토오스 변화들, 농도의 변화, 유체가 소정 시간 기간 동안 디바이스 위로 유동하여 입자들, 예를 들어, 희박한(sparse) 입자들을 검출하는 단위 시간당 입자들, 및 다른 파라미터들을 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되는 것은 아님).
본 명세서에서 사용되는 용어 "고정화된"은 포획제와 관련하여 사용될 때, 분자 레벨로 포획제를 표면에 실질적으로 부착시키는 것을 포함한다. 예를 들면, 포획제는 비공유결합성 상호작용들(예를 들어, 정전기력, 반데르발스 및 소수성 계면의 탈수) 및 공유결합 기법들을 포함하는 흡착 기법들을 사용하여 백-사이드 유전체 층의 표면에 고정화될 수 있으며, 여기서 작용기(functional group)들 또는 링커(linker)들은 포획제를 백-사이드 유전체 층의 표면에 부착하는 것을 용이하게 한다. 백-사이드 유전체 층의 표면에 포획제를 고정화시키는 것은 표면의 특성들, 포획제를 담는 매질, 및 포획제의 특성들에 기초할 수 있다. 몇몇 경우에, 백-사이드 유전체 층의 표면은 먼저 변형되어, 거기에 결합된 작용기를 가질 수 있다. 이어서, 작용기는 생체분자들 또는 생물학적 또는 화학적 물질들에 결합되어, 이들을 거기 고정화시킬 수 있다.
용어 "핵산"은 일반적으로 포스포디에스테르 결합을 통해 서로 연결된 뉴클레오티드의 세트를 지칭하며, 서로 연결되어 있는 아데닌, 구아닌, 시토신 및 티민 중 임의의 것을 갖는 디옥시리보 뉴클레오티드들을 포함하는 DNA 및/또는 서로 연결되어 있는 아데닌, 구아닌, 시토신 및 우라실 중 임의의 것을 갖는 리보뉴클레오타이드들을 포함하는 RNA와 같은, 자연계에 존재하는 자연 발생 뉴클레오티드가 연결되어 있는 자연 발생 핵산을 지칭한다. 또한, 자연 발생 뉴클레오티드들 및 비-자연 발생 핵산들은 본 명세서에서 용어와 같은 핵산의 범위 내에 있다. 예시들은 펩타이드 핵산들(PNA), 포스페이트기(phosphate group)를 갖는 펩타이드 핵산들(PHONA), 가교(bridged) 핵산들/잠금(locked) 핵산들(BNA/LNA) 및/또는 모르폴리노 핵산들을 포함한다. 추가의 예시들은 메틸포스포네이트 DNA/RNA, 포스포로티오에이트 DNA/RNA, 포스포르아미데이트 DNA/RNA 및 2'-O-메틸 DNA/RNA와 같은 화학적으로 변형된 핵산들 및 핵산 유사체들을 포함한다. 핵산들은 변형될 수 있는 것들을 포함한다. 예를 들어, 핵산 내의 인산기, 당 및/또는 염기는 필요에 따라 라벨링될 수 있다. 당업계에 알려진 핵산 라벨링을 위한 임의의 물질들이 라벨링에 사용될 수 있다. 이것의 예시들은 방사성 동위 원소들(예를 들어, 32P, 3H 및 14C), DIG, 비오틴, 형광 염료들(예를 들어, FITC, Texas, cy3, cy5, cy7, FAM, HEX, VIC, JOE, Rox, TET, Bodipy493, NBD 및 TAMRA) 및 발광 물질들(예 : 아크리디늄 에스테르)을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 앱타머는 특정 타겟 분자에 결합되는 올리고핵산들 또는 펩타이드 분자들을 지칭한다. 단백질 결합을 위한 친화성 분자들로서 단일 가닥(single-stranded) 핵산들(앱타머들)을 사용하는 개념은 1990 년에 처음 개시되었으며(Ellington and Szostak 1990, 1992; Tuerk and Gold 1990), 짧은 시퀀스들이 타겟의 존재 하에서 높은 친화도 및 특이성으로 타겟에 결합하는 고유한 3차원 구조들로 폴딩되는 능력에 기초한다. Eugene W. M Ng et al., 2006은 앱타머가 분자 타겟들에 대한 고 친화성 결합을 위해 선택되는 올리고뉴클레오티드 리간드들임을 개시하였다.
용어 "단백질"은 일반적으로 대개 특정 시퀀스로 함께 연결된 아미노산 세트를 지칭한다. 단백질은 자연 발생적이거나 사람이 만든 것일 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "단백질"은 아미노산 시퀀스들 뿐만 아니라, 당들과 같은 잔기들 또는 그룹들, 중합체들, 금속 유기기들, 형광 또는 발광 그룹들, 분자 내 또는 분자간 전자 전달과 같은 프로세스를 향상시키거나 프로세스에 참여하는 잔기들 또는 그룹들, 단백질이 특정 형태 또는 일련의 형태를 취하도록 촉진 또는 유도하는 잔기들 또는 그룹들, 단백질이 특정 형태 또는 일련의 형태들을 취하는 것을 방해하거나 억제하는 잔기들 또는 그룹들, 단백질 접힘을 유도, 증강 또는 억제하는 잔기들 또는 그룹들, 아미노산 시퀀스에 통합되고 시퀀스의 화학적, 생화학적 또는 생물학적 특성들을 변형시키도록 의도된 다른 잔기들 또는 그룹들을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단백질은 효소들, 구조 엘리먼트들, 항체들, 호르몬들, 전자 캐리어들 및 세포적 프로세스들이나 활동들과 같은 프로세스들에 관여하는 다른 고분자들을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 단백질들은 전형적으로 1 차, 2 차, 3 차, 4 차 구조들을 포함하는 최대 네 개의 구조적 레벨들을 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "항체"는 대응 항원을 비-공유적으로, 가역적으로, 그리고 특정 방식으로 결합할 수 있는 면역 글로불린 패밀리(immunoglobulin family)의 폴리펩티드를 지칭한다. 예를 들어, 자연 발생 IgG 항체는 이황화 결합들에 의해 상호 연결된 적어도 2 개의 중(H)연쇄(heavy chain) 및 2 개의 경(L)연쇄(light chain)를 포함하는 4 량체이다. 각각의 중연쇄는 중연쇄 가변 영역(본 명세서에서는 VH로 약칭 함) 및 중연쇄 불변 영역으로 구성된다. 중연쇄 불변 영역은 3 개의 도메인들, 즉 CH1, CH2 및 CH3으로 구성된다. 각각의 경연쇄는 경연쇄 가변 영역(본 명세서에서는 VL로 약칭함) 및 경연쇄 불변 영역으로 구성된다. 경연쇄 불변 영역은 하나의 도메인, CL로 구성된다. VH 및 VL 영역들은 프레임워크 영역들(FR, framework region)로 명명되는 보다 보존성이 높은 영역과 산재된, 상보성 결정 영역들(CDR, complementarity determining region)로 명명되는 초가변성의 영역들로 더 세분될 수 있다. 각각의 VH 및 VL은 다음과 같은 순서로 아미노-말단으로부터 카복시-말단으로 배열된 3 개의 CDR들 및 4 개의 FR들로 구성된다: FR1, CDR1, FR2, CDR2, FR3, CDR3 및 FR4 3 개의 CDR들은 가변 도메인들의 약 15-20 %를 구성한다. 중연쇄 및 경연쇄의 가변 영역들은 항원과 상호작용하는 결합 도메인을 함유한다. 항체들의 불변 영역들은 면역계의 다양한 세포들(예를 들어, 이펙터 세포들) 및 고전 보체계(classical complement system)의 제1 성분(C1q)을 포함하는 숙주 조직들 또는 인자들에 대한 면역 글로불린의 결합을 매개할 수 있다(Kuby, Immunology, 4th ed., Chapter 4. W.H. Freeman & Co., New York, 2000). 용어 "항체"는 단일 클론 항체들, 인간 항체들, 인간화 항체들, 키메라 항체들 및 항-유전형(항-Id) 항체들(예를 들어, 본 발명의 항체들에 대한 항-Id 항체들을 포함함)를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 항체는 임의의 아이소 타입/클래스(예를 들어, IgG, IgE, IgM, IgD, IgA 및 IgY) 또는 서브 클래스(예를 들어, IgG1, IgG2, IgG3, IgG4, IgA1 및 IgA2) 일 수 있다.
본원에서 사용된 용어 "항원 결합 단편(antigen binding fragment)"은 항원의 에피토프(epitope)와 (예를 들어, 결합, 입체 장애(steric hindrance), 안정화/불안정화, 공간 분포에 의해) 특이적으로 상호작용하는 능력을 보유하는 항체의 하나 이상의 부분들을 지칭한다. 결합 단편들의 예시들은 단쇄(single-chain) Fvs(scFv), 카멜리드(camelid) 항체들, 디설파이드-연결된 Fvs(sdFv), Fab 단편들, F(ab') 단편들, VL, VH , CL 및 CH1 도메인들로 구성된 1가 단편; 힌지 영역에서 디설파이드 브릿지에 의해 연결된 2 개의 Fab 단편들을 포함하는 2가 단편인 F(ab)2 단편; VH 및 CH1 도메인들로 구성된 Fd 단편; 항체 단일 아암(arm)의 VL 및 VH 도메인들로 구성된 Fv 단편; VH 도메인으로 구성되는 dAb 단편(Ward et al., Nature 341 : 544-546, 1989); 및 단리된 상보성 결정 영역(CDR, complementarity determining region), 또는 항체의 다른 에피토프 결합 단편들을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, Fv 단편 VL 및 VH의 2 개의 도메인들이 별도의 유전자들에 의해 코딩 되더라도, Fv 단편 VL 및 VH은 재조합 방법들을 사용하여 VL 및 VH 영역들이 쌍을 이뤄 1가 분자들을 형성하는 단일 단백질 사슬(단쇄 Fv("scFv")로 알려짐; 예를 들어, Bird et al., Science 242:423-426, 1988; and Huston et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 85:5879-5883, 1988 참고)로서 그들이 제조되는 것을 가능하게 하는 합성 링커에 의해 결합될 수 있다. 그러한 단쇄 항체들은 또한 용어 "항원 결합 단편" 내에 포함되도록 의도된다. 이들 항원 결합 단편들은 당업자에게 공지된 통상적인 기법들을 사용하여 획득되며, 단편들은 손상되지 않은 항체들과 동일한 방식으로 유용성을 위해 스크리닝된다.
항원 결합 단편은 또한 단일 도메인 항체들, 맥시바디(maxibody)들, 미니바디(minibody)들, 단일 도메인 항체들, 인트라바디(intrabody)들, 디아바디(diabody)들, 트리아바디(triabody)들, 테트라바디(tetrabody)들, v-NAR 및 bis-scFv에 통합될 수 있다(예를 들어, Hollinger and Hudson, Nature Biotechnology 23 : 1126- 1136, 2005 참고). 항원 결합 단편들은 피브로넥틴 III 형(Fn3)과 같은 폴리펩티드에 기초하여 골격(scaffold)들 내로 접입될(grafted into) 수 있다(피브로넥틴 폴리펩티드 모노바디들을 설명하는 미국 특허 제 6,703,199 호 참조).
항원 결합 단편들은 상보적인 경연쇄 폴리펩티드들과 함께 한 쌍의 항원 결합 영역들을 형성하는 탠덤 Fv 세그먼트들의 쌍(VH-CH1-VH-CH1)을 포함하는 단일 사슬 분자들로 통합될 수 있다(Zapata et al., Protein Eng 8 : 1057-1062, 1995 및 미국 특허 제 5,641,870 호).
본 명세서에서 사용된 용어 "모노클로날(monoclonal) 항체" 또는 "모노클로날 항체 조성물"은 실질적으로 동일한 아미노산 시퀀스를 가지거나 또는 동일한 유전자 원으로부터 유래된 항체들 및 항원 결합 단편들을 포함하는 폴리펩티드들을 지칭한다. 이 용어는 단일 분자 조성물의 항체 분자들의 준비를 또한 포함한다. 모노클로날 항체 조성물은 특정 에피토프에 대한 단일 결합 특이성 및 친 화성을 나타낸다.
용어 "나노입자들"은 전형적으로 대략 1-100 나노미터 범위의 길이 스케일의 원자, 분자 또는 고분자 입자들을 지칭한다. 전형적으로, 나노입자들의 신규하고 차별화된 특성들 및 기능들은 전형적으로 100 nm 미만의 물질의 임계 길이 스케일에서 관찰되거나 발달된다. 나노입자들은 나노 구조들을 구성하는데 사용될 수 있으며, 그들은 보다 큰 재료 컴포넌트들, 시스템들 및 아키텍처들에 통합될 수 있다. 몇몇 특정 경우에, 나노입자들을 포함하는 신규한 특성들 및 현상들에 대한 임계 길이 스케일은 1 nm 미만(예를 들어, 약 0.1 nm에서의 원자의 조작)일 수 있거나, 또는 이것은 100 nm보다 클 수 있다(예를 들어, 나노입자 강화 폴리머들은 나노입자들과 중합체 사이의 국소적 브릿지들 또는 결합들의 함수로서 약 200-300 nm에서 고유한 피처를 갖는다).
용어 "핵형성 조성물(nucleation composition)"은 결정 형성에 적합한 조건들 하에 결정으로 성장할 수 있는 하나 이상의 핵들을 포함하는 물질 또는 혼합물을 지칭한다. 핵형성 조성물은 예를 들어, 증발, 시약 농도의 변화들, 침전제와 같은 물질의 첨가, 고체 재료의 시딩(seeding), 기계적 교반(mechanical agitation) 또는 핵형성 조성물과 접촉하는 표면의 스크래칭에 의해 결정화를 겪도록 유도될 수 있다.
용어 "미립자"는 원자들, 분자들, 이온들, 다이머들, 폴리머들 또는 생체분자들과 같은 입자들의 클러스터 또는 응집체를 지칭한다. 미립자들은 고형물을 포함하거나 실질적으로 고체일 수 있으나, 그들은 또한 다공성이거나 부분적으로 중공형일 수 있다. 그들은 액체 또는 가스를 포함할 수 있다. 또한, 미립자는 균질하거나 이질적일 수 있는데, 즉, 하나 이상의 물질들 또는 재료들을 포함할 수 있다.
용어 "폴리머"는 서로 반복적으로 연결되는 두 개 이상의 빌딩 블록들( '머스(mers)')로 구성된 임의의 물질 또는 화합물을 의미한다. 예를 들어, "다이머"는 두 개의 빌딩 블록들이 함께 결합된 화합물이다. 폴리머들은 축합 및 첨가 폴리머들 양자 모두를 포함한다. 축합 폴리머들의 전형적인 예시들은 폴리아미드, 폴리에스테르, 단백질, 울, 실크, 폴리우레탄, 셀룰로스, 및 폴리실록산을 포함한다. 첨가 폴리머들의 예시들은 폴리에틸렌, 폴리이소부틸렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 클로라이드) 및 폴리스티렌이다. 다른 예시들은 전기도전성 또는 광굴절성 폴리머들과 같은 향상된 전기 또는 광학 특성들(예를 들어, 비선형 광학 특성)을 갖는 폴리머들을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "폴리머"는 선형 및 분지형(branched) 폴리머들 양자 모두를 포함한다.
개요
본 개시에 따른 온-칩 히터들은 이들이 작동하는 칩의 부분들에서 열 분배의 개선된 균일성을 제공한다. 다양한 온칩 센서 애플리케이션들에서 감지 영역의 온도 제어는 반응을 촉진하거나 개시시키는데 유용하다. 그러한 애플리케이션들에 대해, 적합한 온-칩 히터는 온도 제어, 1℃ 이내의 온도 균일성, 낮은 전력 소비 및 간편한 통합과 같은 몇 가지 원하는 특징들을 나타내야 한다.
온칩 히터의 물리적 구성은 원하는 온도 균일성을 달성하는 요소이다. 온-칩 히터의 직사각형 구성들은 바람직하지 않은 중심에서 가장자리까지의 온도 구배들을 겪는다. 한편, 단일 원형 구성 히터들은 그들이 상대적으로 개선된 온도 균일성을 나타낼지라도, 여전히 전류 및 전력 분배 문제들을 겪고 있으며, 전형적으로 직사각형 구성들에 비해 더 큰 동작 전압들을 필요로 한다.
듀얼 게이트 백-사이드 FET 센서
도 1a는 열이 개구(120)에 배치된 타겟 피분석물에 인가되는 애플리케이션에서의 사용에 적합한 예시적인 DG-BSS FET(100)의 단면도이다. DG-BSS FET(100)는 pH 센서, 화학 센서, 바이오 센서, 가스 센서 또는 임의의 유사한 센서로서 수행하도록 구성될 수 있다.
DG-BSS FET(100)는 유전체 재료(104)와 접촉하는 제1 표면(102a) 및 유전체 재료(106)와 접촉하는 제2 표면(102b)을 갖는 활성 영역(102)을 갖는다. 활성 영역(102)은 반도체 재료, 이 예에서는 실리콘을 포함한다. 그러나, III-V 반도체 화합물들 및 이들의 조합물들과 같은 다른 반도체 재료들이 사용될 수 있다. 활성 영역(102)은 이 예에서와 같이, 5 내지 30nm의 두께 범위를 갖는 SOI(silicon in insulator) 웨이퍼의 상단 Si 층일 수 있다. 대안적으로, 활성 영역(102)은 벌크 기판의 상부면일 수 있다. 유전체 재료(104)는 SiO2, SiO2를 포함하는 유전체 재료들의 스택, 실리콘 질화물(Si3N4), 저 유전 상수(low-k) 재료들 및 이들의 임의의 조합, 또는 적합한 유전체 재료들의 임의의 다른 조합과 같은(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 유전체들로부터 선택될 수 있다. 유전체 재료(106)는 이 예에서와 같이 SOI 기판의 매립 산화물(BOX, buried oxide) 층의 일부일 수 있으며, SiO2와 같은(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 유전체로부터 선택될 수 있다.
제1 S/D(108) 및 제2 S/D(110)는 제1 S/D(108)와 제2 S/D(110) 사이에 배치되는 채널 영역(112)을 갖는 활성 영역(102)에 배치된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 S/D(108)의 측면 및 제2 S/D(110)의 측면 상에 각각 제1 STI(shallow trench isolation) 구조(126) 및 제2 STI 구조(128)가 배치된다. 활성 영역(102)의 제1 표면(102a) 상에 그리고 채널 영역(112)과 접촉하여, 1차 게이트 스택(114)이 형성된다. 1차 게이트 스택(114)은 유전체 재료(104)에 의해 둘러싸인다. 1차 게이트 스택(114)은 채널 영역(112) 상에 배치된 제1 게이트 유전체 층(116) 및 게이트 전극(118)을 더 포함한다. 이 예시적인 실시예에서, 게이트 전극(118)은 도핑된 폴리실리콘이다. 대안적인 실시예들에서, 금속과 같은 다른 전기 전도성 재료 또는 게이트 전극(118)은 적절한 일함수를 갖는 금속 층들의 스택으로 형성될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 제1 게이트 유전체(116)는 SiO2이다. 대안적인 실시예들에서, 제1 게이트 유전체(116)는 실리콘 산질화물(SiOxNy), 하프늄 산화물(HfO2), 하프늄 실리케이트(HfxSiyOz) 또는 임의의 다른 적합한 하이-k 유전체 재료 또는 이들의 조합들과 같은 유전체 재료들로부터 선택될 수 있다.
게이트 전극(118), 및 제1 및 제2 S/D들(108, 110)에 대한 전기 연결부들은 단순화를 위해 도 1a에 도시되지 않은 콘택 라인들, 비아 라인들 및 인터커넥터들을 통해 제공된다. 콘택 라인들은 텅스텐(W)과 같은 금속을 포함한다. 비아들은 티타늄-알루미늄 합금(TiAl) 또는 W와 같은 금속들을 포함하고, 인터커넥터들은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 저 저항 금속들을 포함한다. 몇몇 포토리소그래피, 건식 에칭 및 세정 동작들에 이어지는 수개의 금속 증착 및 화학적 기계적 연마(CMP) 동작들 후에, 유전체 재료(104)에 콘택 라인들, 비아들 및 상호연결부들이 형성된다. 또한, 게이트 스택(114)의 측벽들은 측벽 스페이서들(124)로 커버된다.
개구(120)는 채널 영역(112)의 제2 표면(102b)을 노출시키기 위해 채널 영역(112) 위의 유전체층(106)에 형성된다. 제2 유전체층(122)은 채널 영역(112) 상에 배치된다. 이 예시적인 실시예에서, 제2 유전체층(122)은 개구(120)의 모든 표면들을 커버할 수 있다. 그러나, 유전체 층(122)은 채널 영역(112) 상에서만 성장하도록 설계될 수 있다. 포획제(130)는 제2 유전체 층(122) 상에 고정화된다. 이 예시적인 실시예에서, 제2 유전체 층(122)은 HfO2 또는 임의의 다른 적절한 유전체 층일 수 있다. 고정화된 포획제(130)는 실질적으로 고체 재료에 직접 또는 간접적으로 부착될 수 있는 타겟 피분석물 또는 타겟 시약에 결합할 수 있는 분자 또는 화합물이다. 고정화된 포획제는 화학 물질, 및 구체적으로는 자연적으로 발생하는 타겟 피분석물(예를 들어, 항체, 폴리펩티드, DNA, RNA, 세포, 바이러스 등)이 존재하거나 또는 타겟 피분석물이 준비될 수 있는 임의의 물질일 수 있으며, 포획제는 어세이에서 하나 이상의 타겟 피분석물에 결합할 수 있다. 유전체 층(122) 및 고정화된 포획제(130)와 함께 개구(120)는 타겟 피분석물에 대한 반응-사이트 웰(reaction-site well)로서의 역할을 한다.
도 1b는 개구(120)가 복수의 DG-BSS FET들(140) 위로 연장되는 DG-BSS FET들의 예시적인 어레이(150)의 단면도를 도시한다. 타겟 피분석물이 개구(120)에 도입될 때, 고정화된 포획제(130)와 제2 유전체 층(122) 사이의 계면에 전하가 축적된다. 전하 축적은 어레이(150)의 DG-BSS FET들에 대한 Ids 변경들을 야기할 것이다. 이러한 DG-BSS FET들의 어레이(150)에서, 개구는 4 개의 DG-BSS FET들 위로 연장된다. 다른 실시예들에서, 개구(120)는 더 많은 수의 DG-BSS FET들 위로 연장될 수 있다.
도 2는 DG BSS FET(100)와 히터(202), 유체 채널(204) 및 온도 센서(206)와 같은 부가적인 요소를 포함하는 예시적인 장치(200)의 단면도이다. 몇몇 실시예들에서, 히터(202)는 1.5 ℃ 이하에서 균일성을 가지고 유체 채널(204)에 대한 가열을 제공하며, 복수의 가열 엘리먼트들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 이러한 열적 투입의 영향은 화학 반응을 촉진시키거나 개시시키는 것이다. 이러한 예시적인 실시예에서, 히터(202)는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN)의 층으로 형성된 레지스터를 갖는 전기 저항성 히터이다. 대안적인 실시예들에서, 레지스터는 폴리실리콘, 텅스텐 실리사이드(WSix), 또는 적절한 시트 저항을 갖는 임의의 다른 컨덕터로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 히터(202)의 두께는 56 내지 66 nm의 범위이다. 그러나, 히터(202)의 두께는 그렇게 제한되지 않을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 히터(202)에 대한 공칭 시트 저항은 약 4.8 Ω/sq이다. 그러나, 히터(202)의 시트 저항은 그렇게 제한되지 않을 수 있으며, 본 기술분야의 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 센서의 타입, 원하는 설정점 온도 또는 다른 제조 고려사항들에 좌우될 수 있다.
이 예시적인 실시예에서, 히터(202)로의 전력은 비아 라인(214)에 연결된 멀티레벨 인터커넥터들(MLI, multilevel interconnect)(212)을 통해 제공된다. 비아 라인(214)은 히터(202)와 외부 파워 서플라이(도 2에 미도시됨) 사이의 전기 연결부로서의 역할을 한다. 히터(202)의 열 출력은 인가된 파워 서플라이 전압에 좌우되며, 따라서 외부 파워 서플라이에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 유전체 층(218)은 예를 들어 활성 영역(102)과 같은 다른 컴포넌트들로부터 비아 라인(214)에 전기적 절연을 제공한다. MLI(212)는 또한 지면에 대한 히터(202)의 전기적 연결들을 제공한다(간략화를 위해 도 2에는 도시되지 않음). 추후에 논의되는 바와 같이, 다양한 위치 지점들에서 히터 (202)의 가열 엘리먼트들 사이에 전기적 연결들은 또한 MLI(212)에 의해 제공된다. MLI(212)는 비아들을 통해 연결된 로컬 인터커넥트들을 포함한다. 이 예시적인 실시 예에서, 로컬 인터커넥트들은 Cu 또는 Al과 같은 저 저항 금속들을 함유하는 반면, 비아들은 TiAl 또는 W와 같은 금속들을 함유한다.
온도 센서(206)는 유체 채널(204) 내의 샘플(208)의 온도에 대한 피드백을 제공하여 히터(202)로의 전력이 원하는 온도 설정점을 달성하고 유지할 수 있도록 한다. 일 실시예에서, 온도 센서(206)는 다이오드이다. 다른 실시예에서, 제어 루프는 히터(202) 및 온도 센서(206)로부터 수신된 피드백을 사용하여 온도를 제어하도록 생성될 수 있다. 예를 들어 바이오 센서의 경우 원하는 온도 범위는 분석중인 생물학적 재료에 따라 실내 온도와 100℃ 사이인 반면, 가스 또는 화학 센서들의 경우 요구되는 온도는 섭씨 수백도일 수 있다.
기준 전극(210)은 샘플(208)에서 일어나는 화학 반응이 없을 때, 기준 전위를 제공한다. 이 예시적인 실시예에서, 기준 전극(210)은 Ag, AgCl, Au, Pt 또는 임의의 다른 적합한 금속일 수 있다. 가스 센서에서와 같이 건식 감지 조건들 하에서는 기준 전극은 이용되지 않는다. 장치(200)의 기계적 지지는 이 예시적인 실시예에서 히터(202)의 제조 이후에 그리고 개구(120)의 제조 이전에 유전체 재료(104)에 본딩되는 핸들 기판(216)에 의해 제공된다. 핸들 기판(216)은 실리콘, 유리, 또는 CMOS 제조 방법들과 호환 가능하고 개구(120) 및 유체 채널(204)의 형성 동안 장치에 기계적 지지를 제공하는 임의의 다른 재료를 포함한다.
화학 및 생물학
본 출원에 설명된 장치, 시스템들 및 방법들은 다양한 개체들 간의 상호작용들을 검출 및/또는 모니터링하는데 사용될 수 있다. 이러한 상호작용들은 테스트 샘플에서 타겟 피분석물들을 검출하기 위한 생물학적 및 화학적 반응들을 포함한다. 예로서, 물리적, 화학적, 생화학적 또는 생물학적 변형들을 포함한 반응은 모니터링되어, 중간체(intermediate)들, 부산물들, 생성물들 및 이들의 조합들의 생성을 검출할 수 있다. 또한, 발명의 장치, 시스템들 및 방법들은 중금속들 및 다른 환경 오염 물질들의 존재를 검출하기 위한 액체 생검들 및 킬레이션(chelation) 어세이들에 사용되는 순환 종양 세포 어세이들을 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아님), 본 명세서에 설명된 바와 같은 다양한 어세이들에서 이러한 반응들을 검출하는데 사용될 수 있다. 그러한 어세이들 및 반응들은 예를 들어, 다중 타겟 피분석물들을 검출하기 위해 단일 포맷으로 또는 어레이 포맷으로 모니터링될 수 있다.
히터
히터에 의해 제공되는 온도 균일성은 그것의 물리적 레이아웃 또는 구성에 크게 의존한다. 사각형 레이아웃들은 그들의 중심과 주변 에지들 사이에 바람직하지 않은 온도 그래디언트(gradient)들을 겪는다. 결과적으로, 그러한 히터 구성들은 상당한 중앙 대 에지 온도 강하를 나타낸다. 단일 원형 레이아웃 히터들은 상대적으로 향상된 온도 균일성을 나타내지만, 여전히 전류 및 전력 분배 문제들을 겪으며, 통상적으로 직사각형 레이아웃들에 비해 더 큰 동작 전압들을 필요로 한다.
본 개시물에 따른 히터는 동심원 링 구성으로 배열된 복수의 개별적 가열 엘리먼트들을 포함한다. 그러한 가열 엘리먼트들의 구성 또는 레이아웃은 다른 레이아웃들에 대해 몇가지 장점들을 갖는다. 본 개시물에 따른 다양한 실시예들은 히터에 걸친 온도 분포를 향상시키기 위해 가열 엘리먼트들 간의 간격을 결정하기 위해 다항식 보상(polynomial compensation)을 사용한다. 예를 들어, 도 3a는 가열 엘리먼트들(302, 304, 306, 308, 310 및 312)을 갖는 예시적인 히터(300)의 상면도를 보여준다. 도 3b는 도 3a의 점선(AA')을 따라 취한 예시적인 히터(300)의 단면도이다. 도 3b에서, 히터 엘리먼트들(302 내지 304)은 유전체 재료(104)에 의해 둘러싸여 있다. x1, x2 및 x3은 각각 가열 엘리먼트들(302와 304, 304와 306, 그리고 306와 308) 사이의 거리(간격)이다. 임의의 히터 구성에서, 가열 엘리먼트들로부터 거리(t)에 위치된 열 접지(314)를 향한 열 소산이 존재한다. 각각의 가열 엘리먼트와 열 접지(314) 사이의 온도차 유전체 재료(104)와 같은 가열 엘리먼트들을 둘러싸는 재료 및 이웃한 가열 엘리먼트들 사이의 간격(x1, x2 및 x3)에 강하게 의존한다. 예를 들어, 가열 엘리먼트들(302, 304)에 대한 차동 온도 방정식(differential temperature equation)들은 다음과 같은 일반적인 형태를 갖는다:
Figure 112017026254911-pat00001
Figure 112017026254911-pat00002
여기서, D는 열 흐름 밀도이고, k는 유전체(104)와 같은 주변 재료의 열 전도도이고, xi(i = 1,2,3)는 x 방향으로 인접한 가열 엘리먼트들 사이의 거리이고, t는 히터 엘리먼트와 열 접지(314) 사이의 거리이고, Az는 z 방향에 직각인 평면이고, Ax는 x 방향에 직각인 평면이고, 항 α는 x 방향으로의 제1 히터로부터의 열 전달의 분율(fraction)이고, 항 β는 x 방향으로의 인접한 제2 히터로부터의 열 전달 분율이고, 항(1-α-β)는 Z 방향으로의 제1 히터 및 제2 인접 히터로부터의 열 접지(314)를 향한 열 전달의 분율이다. 히터에 걸친 온도 균일성에 접근하기 위해서는, 온도차들(ΔT302 및 ΔT304)은 동일할 필요가 있다. 예를 들어, 가열 엘리먼트들(302 및 304)의 경우, 이것은 다음을 의미한다:
Figure 112017026254911-pat00003
가열 엘리먼트 간격(x1, x2 및 x3)을 적절하게 선택하면, 가열 엘리먼트들(302 및 304)에 대한 온도차는 명목상 동일할 수 있다. 모든 가열 엘리먼트들에 동일한 원리를 적용하면, 가열 엘리먼트들 사이의 간격은 가열 엘리먼트들 사이의 동일한 간격으로 달성될 것보다 히터에 걸쳐 더 큰 온도 균일성을 달성하도록 선택될 수 있다.
도 4는 이 개시물에 따른 예시적인 히터의 단면의 상면도이다. 이러한 예시적인 실시예에서, 히터(400)는 6개의 가열 엘리먼트들을 갖는 것으로 도시되어 있다. 대안적인 실시예들은 더 많은 가열 엘리먼트들을 가질 수 있으며, 예로서(이에 제한되지 않음), 200개의 가열 엘리먼트들도 가능하다. 가열 엘리먼트들 사이의 각각의 간격(402 내지 410)은 다항식 보상을 사용하여 선택되었다. 결과적으로, 가열 엘리먼트들 사이의 간격은 가열 엘리먼트의 반경이 증가함에 따라 점진적으로 작아진다. 예를 들어, 간격(402)은 가장 큰 반면, 간격(410)은 가장 작다.
히터의 각각의 섹션을 통해 흐르는 전류가 명목상 동일한 것을 보장하기 위하여, 각각의 가열 엘리먼트의 길이가 고려되어야 한다. 이는 가열 엘리먼트들(r1 내지 r6)의 반경들이 다음의 관계를 충족시키는 방식으로 가열 엘리먼트들을 전기적으로 연결함으로써 달성된다 :
Figure 112017026254911-pat00004
이는 연결된 가열 엘리먼트들의 각각의 그룹에 걸친 총 저항이 명목상 동일하도록, 가열 엘리먼트들을 전기적으로 연결하는 것이 바람직함을 시사한다. 이는 전기 연결부들(412)를 통해 가장 큰 반경(r6)을 갖는 가열 엘리먼트에 가장 짧은 반경(r1)을 갖는 제1 가열 엘리먼트를 연결함으로써 달성된다. 유사하게, 도 4에 도시된 바와 같이, 전기 연결부들(412)를 통해 제2 가열 엘리먼트와 제5 가열 엘리먼트가 연결되고, 제3 가열 엘리먼트가 제4 가열 엘리먼트에 연결된다. 전기 연결부들(412)은 가열 엘리먼트들에 비해 낮은 저항을 가지며, 전체 히터 저항에 대한 이들의 기여는 무시할만하다. 작동 중에, 3 개의 외부 가열 엘리먼트들(414)은 전압원에 연결되는 반면, 3개의 내부 가열 엘리먼트 링들(415)은 접지에 연결된다. 전기 접속부들(412)는 MLI(212)의 일부이다.
일 실시예에서, 각각의 가열 엘리먼트를 통해 명목상 균일한 전류 밀도를 보장하기 위해, 가열 엘리먼트 폭(W)은 30 μm 이하로 제한된다. 가열 엘리먼트들의 수가 증가하고 각각의 히터의 폭(W)이 감소함에 따라, 가열 엘리먼트의 작동 전압은 감소되는 한편 온도 균일성은 향상된다. 예를 들어, 30μm의 가열 엘리먼트 폭(W)을 갖는 16 링 히터는 작동 전압 3.5V를 필요로 하며, 중심에서 에지까지 약 1.5℃의 방사형 온도 균일성을 나타낸다. 링들의 개수가 44로 증가하고 각각의 가열 엘리먼트의 폭(W)이 20 ㎛로 감소되면, 요구되는 작동 전압은 2V로 떨어지고, 방사상 온도 균일성은 약 1 ℃로 향상된다.
동심 링 레이아웃은 임의의 전압 공급 제약들을 해결할 수 있는 전기 연결부 변형들을 허용한다. 예를 들어, 히터 엘리먼트들에 대한 비아들 및 MLI(212)의 사용과 함께 부가적인 전기 접속점들을 추가함으로써, 총 저항은 보다 작은 저항들로 분할되고, 요구되는 공급 전압(VDD)은 감소된다; 한편, 히터에 의해 소비되는 전력은 동일하게 유지된다. 도 5a는 예시적인 히터(500)를 도시한다. 히터(500)는 예시적인 히터들(300 또는 400)과 유사할 수 있다. 이 예에서, 히터 엘리먼트들에 대한 연결부들은 각각의 링의 저항이 4개의 더 작은 저항들로 분할되도록 만들어졌다. 도 5a에서, 접속점들(502 및 504)은 공급 전압(VDD) 및 접지 연결부들이 각각 형성되는 지점이다. 전기 접속점들(C1, C2, C3) 및 추가 세트의 전기 접속점들(C'1, C'2, C'3)은 전기적으로 연결된 가열 엘리먼트들의 각각의 쌍에 걸친 전체 저항이 동일하도록, 가열 엘리먼트 링들을 전기적으로 연결하도록 만들어졌다. 도 5a의 예시적 실시예에서, C1, C2, C3 및 C'1, C'2, C'3 사이뿐만 아니라 공급 전압(VDD)(502)과 접지 연결부(504) 사이의 접속점들은 각각 도 5a에 도시된 바와 같이 동일한 방사형 평면에 동일선상에 배치된다. 이러한 연결 구성은 히터(500)의 단면을 도시하는 도 5b에 도시된 바와 같이 각각의 가열 엘리먼트 링의 총 저항이 접속점들 사이에 4개의 더 작은 저항들로 분할되도록 허용한다. 그래서 이 경우에 :
Figure 112017026254911-pat00005
여기서 R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각의 대응 가열 엘리먼트 링의 총 저항이다. 히터에 의해 소비되는 전력량이 변하지 않는다고 가정하면, 접속점들의 새로운 세트(C'1, C'2, C'3)의 추가로 요구되는 새로운 공급 전압(V'DD)은 단지 원래의 인가된 전압(VDD)의 분율(
Figure 112017026254911-pat00006
)일 것이다.
도 6에 도시된 예시적인 제조 프로세스(600)는 예시적인 집적 온-칩 히터의 제조 단계들을 설명한다. 다른 제조 단계들은 방법(600)의 다양한 단계들 사이에서 수행 될 수 있으며, 단지 명료성을 위해 생략된다. 제조 프로세스(600)는 본 명세서에 제공된 예로 제한되지 않는다.
제조 프로세스(600)는 단계(602)로 시작되어, 활성 영역(102) 상의 온도 센서(206) 및 DG-BSS FET의 1차 스택(114)을 형성한다. 예시적인 제조 프로세스(600)에서, 활성 영역(102)은 5 내지 30nm의 두께 범위를 갖는 SOI 웨이퍼의 상단의 얇은 Si 층이다. 그러나, III-V족 반도체 화합물들 및 이들의 조합들과 같은 다른 반도체 재료들이 활성 영역(102)을 형성하는데 사용될 수 있다. 또한, 벌크 Si 기판들이 사용될 수도 있다. 단계(602) 동안, 제1 및 제2 S/D(108 및 110), 채널 영역(112), 및 스페이서들(124)와 같은 DG-BSS FET의 추가 엘리먼트들이 형성된다. 1차 게이트 스택(114) 및 제1 및 제2 S/D들(108 및 110)에 대한 연결을 허용하도록 W 금속과의 콘택 라인들이 또한 이 단계에서 형성된다. 몇몇 포토리소그래피, 건식 에칭 및 세정 동작들에 이어지는 수개의 금속 증착 및 화학적 기계적 연마(CMP) 동작들 후에, 유전체 재료(104)에 콘택 라인들이 형성된다.
단계(604)에서, MLI(212)의 일부가 형성되고 유전체 재료(104)에 의해 둘러싸인다. 유전체 재료(104)는 SiO2, SiO2, 실리콘 질화물(Si3N4), 저 유전 상수(low-k) 재료들를 포함하는 유전체 재료들의 스택 및 이들의 임의의 조합, 또는 적합한 유전체 재료들의 임의의 다른 조합과 같은(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 유전체들로부터 선택될 수 있다. MLI(212)는 비아들을 통해 연결된 로컬 인터커넥트들을 포함한다. MLI(212)는 Cu 또는 Al과 같은 저저항 금속들을 포함하는 반면, 비아들은 TiAl 또는 W와 같은 금속들을 포함한다. MLI(212)는 앞서 언급된 콘택 라인들을 통해 게이트 전극(118), 제1 및 제2 S/D들(108 및 110)에 연결된다.
단계(606)에서, 히터가 형성된다. 히터(202)는 폴리실리콘의 층으로 형성된 레지스터를 갖는 전기 저항성 히터이다. 대안적인 실시예들에서, 레지스터는 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN), 텅스텐 실리사이드(WSix), 또는 적절한 시트 저항을 갖는 임의의 다른 컨덕터로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 히터(202)의 두께는 56 내지 66 nm의 범위이다. 그러나, 히터(202)의 두께는 그렇게 제한되지 않을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 히터(202)에 대한 공칭 시트 저항은 약 4.8 Ω/sq이다. 그러나, 히터(202)의 시트 저항은 그렇게 제한되지 않을 수 있으며, 본 기술분야의 당업자들에 의해 이해되는 바와 같이, 센서의 타입, 원하는 설정 점 온도 또는 다른 제조 고려사항들에 좌우될 수 있다. 이 개시물에 따른 히터(202)는 동심원 링 구성으로 배열된 개별적 가열 엘리먼트들을 포함한다. 그러한 가열 엘리먼트들의 구성 또는 레이아웃은 다른 레이아웃들에 대해 몇가지 장점들을 갖는다. 본 개시물에 따른 다양한 실시예들은 히터에 걸친 온도 분포를 향상시키기 위해 가열 엘리먼트들 간의 간격을 결정하기 위해 다항식 보상(polynomial compensation)을 사용한다. 예를 들어, 링들 사이의 간격은 중앙에서 에지까지 방사상으로 감소된다. 히터의 각각의 섹션을 통해 흐르는 전류가 명목상 일정하게 유지되는 것을 보장하기 위해, 연결된 가열 엘리먼트들의 각각의 그룹에 걸친 총 저항이 명목상 동일하도록, 각각의 가열 엘리먼트는 동일한 동심 링 구성 내에서 콘택 라인들을 통해 다른 가열 엘리먼트들에 전기적으로 연결된다. 가열 엘리먼트들 사이의 전기 연결을 위한 새로운 전기 접촉점들을 추가하면, 총 저항은 더 작은 저항들로 나뉘고, 요구되는 공급 전압은 감소되는 한편, 히터에 의해 소비되는 전력이 동일하게 유지된다. 개시물에 따라, 각각의 가열 엘리먼트를 통한 균일한 전류 밀도를 보장하기 위해, 가열 엘리먼트 폭(W)은 30 μm 이하로 제한된다.
단계(608)에서 MLI의 나머지가 형성된다. 이 단계는 칩 디자인에 따라 옵션적이다. 이 단계에서의 MLI의 형성은 단계(604)에서와 유사한 제조 동작들을 따른다.
단계(610)에서, 핸들 기판(216)은 히터(202) 및 MLI(212)의 상단 상의 유전체 재료(104)의 자유 표면에 부착된다. 핸들 기판(216)은 실리콘, 유리 또는 CMOS 제조 방법들과 호환가능하고 다음 프로세스 단계들을 위한 충분한 기계적 지지를 제공하는 임의의 다른 재료를 포함한다.
단계(612)에서, 원래의 SOI 웨이퍼는 벌크 Si 층 및 핸들 기판(216)이 위를 향하도록, 그와 함께 얇은 Si 층(활성 층(102)) 및 부분적으로 형성된 DG-BSS FET이 아래를 향하도록 뒤집혀 있다. 벌크 실리콘 층은 매립 산화물(BOX) 또는 유전체 재료(106)가 노출될 때까지 기계적으로 그라인딩된다. BOX 또는 유전체 재료(106)는 채널 영역(112) 및 활성 영역(102)의 제2 표면(102b)을 노출시키기 위하여 포토리소그래피로 패터닝되고 에칭되어 개구부(120)를 형성한다. 몇몇 실시예들에서, 개구(120)는 부분적으로 형성된 DG-BSS FET(140) 위로 연장되어, 어레이에서 각각의 부분적으로 형성된 DG-BSS FET의 채널 영역(112) 및 활성 영역(102)의 제2 표면(102b)을 노출시킨다.
단계(614)에서, 제2 게이트 유전체(122) 및 고정된 포획제(130)를 포함하는 DG-BSS FET의 2차 게이트 스택이 채널 영역(112) 상에 배치된다. 제2 게이트 유전체(122) 및 고정된 포획제(130)는 또한 유전체 재료(106) 또는 BOX 및 개구(120)의 측벽들을 커버할 수 있다. 대안적으로, 게이트 유전체(122) 및 고정된 포획제(130)는 채널 영역(112)만을 커버할 수 있다. 단계(614)에서, DG-BSS FET 형성이 완료된다.
단계(616)에서, 유전체 재료(106) 또는 BOX, 활성 영역(102) 및 유전체 재료(104)는 MLI(212)의 제1 레벨까지 에칭되어, 비아 라인(214)을 형성한다. 프로세스(600)는 단계(618)에서 유체 채널(204)의 형성으로 종료된다.
DG-BSS FET들은 예를 들어 형광 또는 방사성 프로브들로 피분석물을 라벨링하는 것과 같이 값 비싸고 시간 소모적인 라벨링 작동들의 회피를 가능하게 한다. 피분석물들은 임의의 생물학적 또는 화학적 화합물, 또는 이온을 포함하는 임의의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 온칩 히터의 물리적 구성은 원하는 온도 균일성을 달성하는데 유용하다. 동심 링 구성의 개별 가열 엘리먼트들을 포함하는 히터 구성은 다른 레이아웃들에 비해 수개의 장점들을 갖는다. 다항식 보상이 링들 사이의 간격을 결정하는데 사용되어, 링들 사이의 일정한 간격으로 달성된 균일성과 비교하여 히터 표면에 걸친 온도 균일성을 향상시킨다. 이 개시물에 따라, 링들 사이의 간격은 중앙에서 에지까지 방사상으로 감소된다. 히터의 각각의 섹션을 통해 흐르는 전류가 명목상 일정하게 유지되는 것을 보장하기 위해, 연결된 가열 엘리먼트들의 각각의 그룹에 걸친 총 저항이 명목상 동일하도록, 각각의 가열 엘리먼트는 동일한 동심 링 구성 내에서 콘택 라인들을 통해 다른 가열 엘리먼트들에 전기적으로 연결된다. 가열 엘리먼트들 사이의 전기 연결을 위한 새로운 전기 접촉점들을 추가하면, 총 저항은 더 작은 저항들로 나뉘고, 요구되는 공급 전압은 감소되는 한편, 히터에 의해 소비되는 전력이 동일하게 유지된다. 개시물에 따라, 각각의 가열 엘리먼트를 통한 균일한 전류 밀도를 위해, 가열 엘리먼트 폭(W)은 30 μm 이하로 제한된다.
본 기술분야의 당업자들이 본 개시물의 양상들을 보다 잘 이해할 수 있도록, 전술한 내용은 수 개의 실시예들의 피쳐들을 약술한다. 본 기술분야의 당업자들은 자신들이 여기서 소개된 실시예들의 동일한 목적들을 실행하거나 및/또는 동일한 장점들을 달성하기 위한 다른 프로세스들 및 구조들을 설계하거나 또는 수정하기 위한 기초로서 본 개시내용을 손쉽게 이용할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 본 기술분야의 당업자들은 또한 그러한 등가적 구성들이 본 개시물의 사상과 범위를 벗어나지 않는다는 것과, 본 개시물의 사상과 범위를 벗어나지 않고서 당업자들이 본 발명에 대한 다양한 변경들, 대체들, 및 개조들을 행할 수 있다는 것을 자각해야 한다.

Claims (10)

  1. 집적 회로에 있어서,
    제1 표면 및 대향 제2 표면을 갖는 공통 채널 영역;
    상기 공통 채널 영역의 제1 표면 상에 배치되는 제1 게이트 유전체;
    상기 제1 게이트 유전체 위에 배치되는 제1 게이트 전극;
    상기 공통 채널 영역에 의해 서로로부터 측방으로 분리되는 제1 소스/드레인 및 제2 소스/드레인;
    상기 공통 채널 영역의 제2 표면 상에 배치되는 제2 게이트 유전체;
    서로에 대해 동심으로(concentrically) 배치된 복수의 가열 엘리먼트들을 갖는 히터; 및
    온도 센서
    를 포함하며,
    상기 복수의 가열 엘리먼트들의 각각의 가열 엘리먼트는 아치형 형상(arcuate shape)을 갖고, 상기 복수의 가열 엘리먼트들의 각각의 가열 엘리먼트는 대응 반경을 갖고,
    가열 엘리먼트들의 쌍들은 서로 전기적으로 연결되며,
    전기적으로 연결된 가열 엘리먼트들의 각각의 쌍은 동일한 공칭 저항을 갖고,
    가장 짧은 반경을 갖는 가열 엘리먼트는 가장 큰 반경을 갖는 가열 엘리먼트와 전기적으로 연결되는 것인, 집적 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가열 엘리먼트들의 각각의 가열 엘리먼트는 원형 형상을 갖는 것인, 집적 회로.
  3. 집적 회로의 제조 방법에 있어서,
    공통 채널 영역의 수직 대향 표면들 상에 배치된 1차 게이트 스택 및 2차 게이트 스택, 및 상기 공통 채널 영역에 의해 서로로부터 측방으로 분리되는 제1 소스/드레인 및 제2 소스/드레인을 포함하는 듀얼 게이트 백사이드 감지 전계 효과 트랜지스터(DG-BSS FET, dual-gate back-side sensing field effect transistor)를 형성하는 단계 ― 상기 1차 게이트 스택은 상기 공통 채널 영역의 제1 표면 상에 배치된 제1 게이트 유전체 및 상기 제1 게이트 유전체 위에 배치되는 제1 게이트 전극을 갖고, 상기 2차 게이트 스택은 상기 공통 채널 영역의 제2 표면 상에 배치된 제2 게이트 유전체 및 상기 제2 게이트 유전체 상에 배치되는 포획제(capture reagent)를 가짐 ― ;
    집적 회로 내에, 동심으로 배열된 복수의 가열 엘리먼트들을 갖는 히터를 배치하는 단계 ― 각각의 가열 엘리먼트는 아치형인 형상을 가지며, 가열 엘리먼트들의 쌍들은 서로 전기적으로 연결됨 ― ; 및
    상기 DG-BSS FET와 열적으로 연통하는 온도 센서를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    전기적으로 연결된 가열 엘리먼트들의 각각의 쌍은 동일한 공칭 저항을 가지며,
    가장 짧은 반경을 갖는 가열 엘리먼트는 가장 큰 반경을 갖는 가열 엘리먼트와 전기적으로 연결되는 것인, 집적 회로의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 가열 엘리먼트들의 각각의 가열 엘리먼트는 레지스터를 포함하는 것인, 집적 회로의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 레지스터는 TiAlN, 실리사이드, 또는 폴리실리콘 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 집적 회로의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 게이트 유전체는 HfO2를 포함하는 것인, 집적 회로의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제3항에 있어서,
    전기적으로 연결된 가열 엘리먼트 쌍들은 둘 이상의 전기적 연결 지점을 갖는 것인, 집적 회로의 제조 방법.
  9. 집적 회로에 있어서,
    각각 활성 영역에 배치되고 채널 영역에 의해 서로로부터 측방으로 분리되는 제1 소스/드레인(S/D) 및 제2 S/D, 상기 채널 영역의 제1 표면 상에 배치되는 제1 게이트 유전체, 상기 제1 게이트 유전체 위에 배치되는 게이트 전극, 및 상기 채널 영역의 제2 표면 상에 배치되는 제2 게이트 유전체를 갖는 듀얼 게이트 백사이드 감지 전계 효과 트랜지스터(DG-BSS FET) ― 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 상기 채널 영역의 대향면들 상에 위치설정됨 ― ;
    상기 채널 영역의 제2 표면 위에 배치된 반응-사이트 웰(reaction-site well);
    대응 반경을 갖는, 동심으로 배치된 복수의 가열 엘리먼트들을 포함하는 히터; 및
    상기 DG-BSS FET와 열적으로 연통하는 온도 센서
    를 포함하며,
    상이한 반경들을 갖는 인접한 가열 엘리먼트들은 소정 거리만큼 분리되고,
    가열 엘리먼트들의 쌍들은 서로 전기적으로 연결되며,
    전기적으로 연결된 가열 엘리먼트들의 각각의 쌍은 동일한 공칭 저항을 가지며,
    가장 짧은 반경을 갖는 가열 엘리먼트는 가장 큰 반경을 갖는 가열 엘리먼트와 전기적으로 연결되는 것인, 집적 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가열 엘리먼트의 대응 반경이 증가함에 따라, 상기 상이한 반경들을 갖는 인접한 가열 엘리먼트들 사이의 거리는 감소하는 것인, 집적 회로.
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