KR20100068179A - 자기저항 측정 바이오센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역 구조 기판 식각에 기반한 자기저항 측정 바이오센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 바이오센서는 유전체층을 먼저 형성한 후 자기저항센서를 형성함으로써, 자기저항센서의 안정성에 손상을 가하지 않고 유전체층을 고온에서 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바이오센서는 고품질의 유전체층 박막을 포함하며, 그에 따르는 우수한 측정감도를 갖는다. 또한, 별도의 공정 없이 기판의 식각에 의하여 시료접촉 금속막 상에 시료적용 용기가 형성되므로 시료의 적용이 매우 편리하다.
자기저항센서, 바이오센서, 유전체층, 기판식각

Description

자기저항 측정 바이오센서 및 그의 제조방법{BIO-SENSOR FOR MEASURING MAGNETORESISTIVE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 자기저항 측정 바이오센서 및 그의 제조방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 역 구조 기판 식각에 기반한 자기저항 측정 바이오센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT 원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-074-03, 과제명: 나노 입자를 이용한 고성능 바이오 센서 시스템].
일반적으로 DNA와 같은 바이오 물질을 검침하는데 사용되는 자기 저항 바이오 센서는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 기판(10)으로부터 순차적으로 자기저항센서(12), 전극(14), 유전체층(16), 접착력 향상용 금속막(18) 및 시료접촉 금속막(20)이 적층되는 구조를 갖는다.
그러나 이와 같이 형성되는 자기저항 측정 바이오센서는 자기저항센서(12)의 열적 안정성이 180℃ 이하로 낮기 때문에, 유전체층(16)을 형성함에 있어서 LPCVD(Low-pressure chemical vapor deposition)와 같은 고온 공정을 적용하는 것 이 불가능하다. 따라서, 낮은 온도에서 유전체층(16)의 형성공정을 수행해야 하는데, 이러한 경우에 밀도가 낮고 결함이 많은 유전체층이 형성되는 문제가 야기된다. 또한, 이러한 문제를 극복하기 위해서 유전체층의 두께를 두껍게 형성하는 방법을 고려해 볼 수 있는데, 유전체층을 두껍게 형성하는 경우에는 바이오센서의 측정감도가 현격히 감소하는 문제가 발생한다(자기저항센서(12)로부터 입자간 거리의 세제곱근에 반비례하여 측정감도 감소). 따라서, 자기저항 측정 바이오센서에서 유전체층(16)의 품질을 안정적으로 확보하는 것은 바이오센서의 품질 향상을 위하여 해결되어야할 과제로 인식되고 있다.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자기저항 측정 바이오센서에 포함되는 자기저항센서의 안정성에 손상을 가하지 않고 유전체층을 180℃ 이상의 고온에서 형성하는 자기저항 측정 바이오센서의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기와 같은 제조방법에 의하여, 고품질의 유전체층 박막을 포함함으로써 우수한 측정감도를 나타내며, 별도의 공정 없이 시료접촉 금속막 상에 시료적용 용기가 형성되어 시료의 적용이 매우 편리한 바이오센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
(a)기판 상에 시료접촉 금속막, 유전체층, 자기저항센서 및 전극을 순차적으로 적층하는 단계; 및
(b)상기 시료접촉 금속막이 노출되도록 상기 기판을 하부에서부터 식각하는 단계를 포함하는 자기저항 측정 바이오센서의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
기판 상에 시료접촉 금속막, 유전체층, 자기저항센서 및 전극이 순차적으로 적층되고, 상기 기판은, 식각되지 않은 부분이 시료적용 용기의 역할을 할 수 있도 록 기판의 하부로부터 시료접촉 금속막이 노출될 때까지 식각된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서를 제공한다.
본 발명의 자기저항 측정용 바이오센서의 제조방법에 의하면, 유전체층을 먼저 형성한 후 자기저항센서를 형성함으로써, 자기저항센서의 안정성에 손상을 가하지 않고 유전체층을 180℃ 이상의 고온에서 형성할 수 있다. 그러므로 본 발명의 제조방법에 의하여 제조되는 자기저항 측정 바이오센서는 고품질의 유전체층 박막을 포함하며, 그에 따르는 우수한 측정감도를 갖는다.
또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, 별도의 공정 없이 기판의 식각에 의하여 시료접촉 금속막 상에 시료적용 용기가 형성되므로 시료의 적용이 매우 편리한 바이오센서를 제공할 수 있다.
본 발명은,
(a)기판 상에 시료접촉 금속막, 유전체층, 자기저항센서 및 전극을 순차적으로 적층하는 단계; 및
(b)상기 시료접촉 금속막이 노출되도록 상기 기판을 하부에서부터 식각하는 단계를 포함하는 자기저항 측정 바이오센서의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법은 상기와 같이 유전체층을 형성한 후에 자기저항센서를 형성하므로 유전체층의 형성온도는 자기저항센서의 안정성에 전혀 영향을 미치지 않는다. 그러므로 본 발명에 의하면 고온에서 유전체층을 형성하는 것이 가능하여 유전체층의 품질을 향상시킬 수 있다.
상기 (a)단계는 전극을 적층한 후에 자기저항센서 및 전극을 보호하기 위한 보호층을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (a)단계는 기판과 시료접촉 금속막 사이 및 시료접촉 금속막과 유전체층 사이 중의 한 곳 이상에 접착력 향상용 금속막을 형성하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 (b)단계에서 기판의 식각은, 식각되지 않은 부분이 시료적용 용기의 역할을 할 수 있도록 기판 하부에서 시작하여 시료접촉 금속막이 노출될 때까지 수행될 수 있으며, 이러한 식각은 식각 전에 식각액에 녹지 않는 레지스트층을 기판의 하부면에 적층하고, 식각할 곳에 적층된 레지스트를 선택적으로 제거한 후에, 습식 식각을 진행하여 수행될 수 있다.
본 발명에서 시료적용 용기란 시료가 시료접촉 금속막에서 흘러내리는 것이 방지되도록 주변과 경계를 형성하여 시료의 흐름을 차단하는 구조를 의미한다.
상기와 같이, 기판의 식각과 함께 시료적용 용기가 형성되는 경우에는 시료의 적용이 매우 편리해지며, 별도의 공정에 의해 시료적용 용기를 형성할 필요가 없으므로 매우 경제적이다.
또한, 본 발명은
기판 상에 시료접촉 금속막, 유전체층, 자기저항센서 및 전극이 순차적으로 적층되고, 상기 기판은, 식각되지 않은 부분이 시료적용 용기의 역할을 할 수 있도록 기판의 하부로부터 시료접촉 금속막이 노출될 때까지 식각된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서에 관한 것이다.
본 발명에서 순차적이란 의미는 각각의 적층부의 적층 위치의 상,하 관계를 의미하는 것이며, 반드시 각각의 적층부가 직접적으로 접촉하여 형성된 것만을 의미하는 것은 아니다. 따라서, 상기에 기재된 적층부의 사이에는 다른 적층부가 삽입되는 경우도 본 발명의 범위 내에 속한다.
본 발명의 바이오센서는 상기 자기저항센서 및 전극을 보호하기 위하여 적층된 보호층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 기판과 시료접촉 금속막 사이 및 시료접촉 금속막과 유전체층 사이 중의 한 곳 이상에 적층된 접착력 향상용 금속막을 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4의 (a) 내지 (j)는 본 발명의 일실시예로서 자기저항 측정 바이오센서의 제조공정을 순차적으로 나타낸 공정도이고, 도 5는 도 4의 공정에 의해 제조된 자 기저항 측정 바이오센서를 나타낸다.
먼저, 도 4에 도시된 자기저항 측정 바이오센서(200)에 대하여 설명하면, 도 4의 (a) 내지 (d)에 도시된 대로, 기판(100) 상에 접착력 향상용 금속막(110)을 적층하고, 상기 접착력 향상용 금속막(110)의 상부에 시료접촉 금속막(120)을 적층하고, 다시 상기 시료접촉 금속막(120) 상부에 접착력 향상용 금속막(110)을 적층한다. 상기에서 기판(100)으로는 고저항(저항 1 > Mohm-cm) 실리콘(방향성 100) 기판을 사용할 수 있으며, 접착력 향상용 금속막(110)으로는 Ti(< 10 nm) 박막을 증착할 수 있으며, 상기 시료접촉 금속막(120)으로는 Au(<200 nm) 박막을 증착할 수 있다. 상기에서 각각의 접착력 향상용 금속막(110)은 같은 금속 또는 다른 금속으로 증착될 수도 있다.
다음으로, 도 4의 (e)에 도시된 대로, 상기 접착력 향상용 금속막(110)의 상부에 유전체층(130)을 형성한다. 유전체층으로는 Si3N4 등의 박막이 증착될 수 있으며, LPCVD와 같은 공정으로 100~300 nm 두께로 형성한다. 이 때, 상기 기판의 하부에 기판(100)을 습식 식각할 때 원하는 부위만을 식각하기 위하여 필요한 레지스트층(140)도 함께 형성할 수 있다. 상기 레지스트층의 소재로는 식각액에 용해되지 않는 것이면 가능하므로, 상기 유전체층의 소재와 동일한 소재를 사용하여 레지스트층을 적층할 수도 있다.
다음으로, 도 4의 (f) 및 (g)에 도시된 대로, 상기 유전체층(130)의 상부에 자기저항센서(150)를 적층하고, 전극(160)을 적층한다.
다음으로, 자기저항센서(150) 및 전극(160)의 상부에 Lift-off를 이용하여 시료접촉 금속막(120)의 가공 및 배선을 실시한다(미도시).
다음으로 도 4의 (h)에 도시된 바와 같이, 시료접촉 금속막(120) 배선의 상부에 자기저항센서(150) 및 전극(160)을 보호하기 위한 보호층(170)을 형성한다. 상기 보호층으로는 UV 경화 에폭시 등의 소재가 사용될 수 있다.
다음으로, 도 4의 (i) 및 (j)에 도시된 바와 같이, 리소그래피 공정 또는 건식 식각 공정(RIE, ion-milling)에 의하여 레지스트층(140)에 기판(100)의 식각패턴을 형성한다. 다음으로, 습식 식각액으로 기판(100)을 식각하는데 기판이 완전히 관통될 때까지 실시한다. 상기에서 식각액으로는 KOH(예: KOH 농도 10~40 wt%, 수용액 온도 60~90℃) 등이 사용될 수 있다. 상기와 같은 식각 시에 식각 각도는 기판이 완전히 관통될 때까지 54.74¡Æ의 각도가 유지된다. 이때, 접착력 향상용 금속막(110)은 적절한 식각 용액을 사용하여 제거한다.
상기 기판의 식각공정은 레지스트층(140)을 형성하지 않고, 건식 식각 공정에 의해서 수행될 수도 있다.
도 5에는 상기의 공정에 의해 제조된 자기저항 측정 바이오센서를 도시하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 시료적용 용기(180) 내의 시료접촉 금속막(120) 표면에 올리고뉴클레오티드(Oligonucleotide)와 같은 생체시료를 고정하여 사용한다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되어 졌지만,
발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능
하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 종래의 자기저항 측정 바이오센서의 적층구조를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 3은 종래의 자기저항 측정 바이오센서를 이용한 생체물질의 검출방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 자기저항 측정 바이오센서 제조방법의 일실시예로서 그의 제조공정을 간략하게 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 자기저항 측정 바이오센서의 단면도이다.
*도면 부호의 설명*
100: 기판 110: 접착력 향상용 금속막
120: 시료접촉 금속막 130: 유전체층
140: 레지스트층 150: 자기저항센서
160: 전극 170: 보호층
180: 시료적용 용기 200: 자기저항 측정 바이오센서

Claims (8)

  1. (a)기판 상에 시료접촉 금속막, 유전체층, 자기저항센서 및 전극을 순차적으로 적층하는 단계; 및
    (b)상기 시료접촉 금속막이 노출되도록 상기 기판을 하부에서부터 식각하는 단계를 포함하는 자기저항 측정 바이오센서의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (a)단계는 전극을 적층한 후에 자기저항센서 및 전극을 보호하기 위한 보호층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (a)단계는 기판과 시료접촉 금속막 사이 및 시료접촉 금속막과 유전체층 사이 중의 한 곳 이상에 접착력 향상용 금속막을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 (b)단계에서 기판의 식각은, 식각되지 않은 부분이 시료적용 용기의 역할을 할 수 있도록 기판 하부에서 시작하여 시료접촉 금속막이 노출될 때까지 수행되는 것임을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 (b)단계에서 기판의 식각은 식각 전에 식각액에 녹지 않는 레지스트층을 기판의 하부면에 적층하고, 식각할 곳에 적층된 레지스트를 선택적으로 제거한 후에, 습식 식각을 진행하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서의 제조방법.
  6. 기판 상에 시료접촉 금속막, 유전체층, 자기저항센서 및 전극이 순차적으로 적층되고, 상기 기판은, 식각되지 않은 부분이 시료적용 용기의 역할을 할 수 있도록 기판 하부에서 시작하여 시료접촉 금속막이 노출될 때까지 식각된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 자기저항 측정 바이오센서는 상기 자기저항센서 및 전극을 보호하기 위하여 적층된 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 자기저항 측정 바이오센서는 상기 기판과 시료접촉 금속막 사이 및 시료접촉 금속막과 유전체층 사이 중의 한 곳 이상에 적층된 접착력 향상용 금속막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 측정 바이오센서.
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