JP2019082485A

JP2019082485A - Analysis chip

Info

Publication number: JP2019082485A
Application number: JP2019002236A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎小林; Kentaro Kobayashi; 濱崎　浩史; Hiroshi Hamazaki; 浩史濱崎; 萍王; Ping Wang; 直文中村; Naofumi Nakamura
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2019-05-30

Abstract

【課題】検体液中の微粒子を高感度に検出する。
【解決手段】検体液中の微粒子を検出するための分析チップであって、基板１０と、基板１０の表面部に設けられた、検体液又は電解液を流すための流路２０と、流路２０の一部上に設けられた、検体液を溜めるための液溜め部４０と、液溜め部４０の底部に液溜め部４０と流路２０を接続するように設けられた複数の微細孔５０と、流路２０又は液溜め部４０内に設けられた複数の第１の電極６０と、を具備した。
【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To detect microparticles in a sample liquid with high sensitivity.
An analysis chip for detecting fine particles in a sample liquid, the substrate 10, and a flow path 20 provided on the surface of the substrate 10 for flowing the sample liquid or the electrolyte, and a flow path A liquid reservoir 40 provided on a portion of the sample container 20 for storing a sample liquid, and a plurality of micro holes 50 provided so as to connect the liquid reservoir 40 and the flow path 20 to the bottom of the liquid reservoir 40. And a plurality of first electrodes 60 provided in the flow path 20 or the liquid reservoir 40.
[Selected figure] Figure 1

Description

本発明の実施形態は、検体液中の微粒子を検出するための分析チップに関する。 Embodiments of the present invention relate to an analysis chip for detecting microparticles in a sample liquid.

近年、バイオ技術やヘルスケアの分野において、マイクロ流路や検出機構などの微小な流体要素を集積化した、半導体マイクロ分析チップが注目されている。この種の分析チップでは、流路内に検体液を流し、流路内に設けた微細孔に検体液中の微粒子が通過するときの電気信号の変位を取得することにより、検体液中に含まれる微粒子やバイオポリマを検出することができる。 In recent years, in the fields of biotechnology and health care, a semiconductor micro-analysis chip, in which minute fluid elements such as microchannels and detection mechanisms are integrated, has attracted attention. In this type of analysis chip, the sample liquid is contained in the sample liquid by flowing the sample liquid in the flow path and acquiring the displacement of the electrical signal when the microparticles in the sample liquid pass through the micropores provided in the flow path. Particulates and biopolymers can be detected.

特開２０１４−１７３９３５号公報JP, 2014-173935, A 特開２０１６−０２４０１３号公報JP, 2016-024013, A

発明が解決しようとする課題は、検体液中の微粒子を高感度に検出することのできる分析チップを提供することである。 The problem to be solved by the invention is to provide an analysis chip capable of detecting microparticles in a sample liquid with high sensitivity.

実施形態の分析チップは、基板と、前記基板の表面部に設けられた、前記検体液又は電解液を流すための流路と、前記流路の一部上に設けられた、前記検体液を溜めるための液溜め部と、前記液溜め部の底部に、前記液溜め部と前記流路を接続するように設けられた、微粒子を通過させるための複数の微細孔と、前記流路又は前記液溜め部内に前記微細孔に対応して設けられた複数の第１の電極と、を具備している。 The analysis chip of the embodiment includes a substrate, a flow path provided on the surface portion of the substrate for flowing the sample liquid or the electrolyte, and the sample liquid provided on a part of the flow path. A liquid reservoir for storing, a plurality of micropores for passing fine particles, provided in the bottom of the liquid reservoir to connect the liquid reservoir and the flow path, and the flow path or the flow path And a plurality of first electrodes provided corresponding to the fine holes in the liquid reservoir.

第１の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor micro analysis chip concerning 1st Embodiment. 図１のＩ−Ｉ’断面図である。It is I-I 'sectional drawing of FIG. 微粒子の検査方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the inspection method of microparticles | fine-particles. 第１の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor micro analysis chip of 1st Embodiment. 第１の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor micro analysis chip of 1st Embodiment. 第１の実施形態の変形例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows the modification of 1st Embodiment typically. 第２の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor micro analysis chip concerning 2nd Embodiment. 第２の実施形態の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor micro analysis chip concerning 3rd Embodiment. 図９のII−II’断面図である。It is II-II 'sectional drawing of FIG. 第３の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor micro analysis chip of 3rd Embodiment. 第３の実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of 3rd Embodiment. 第３の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another modification of 3rd Embodiment. 第４の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the semiconductor micro analysis chip concerning 4th Embodiment. 図１４のIII−III’断面図である。It is III-III 'sectional drawing of FIG. 図１５の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of FIG. 第４の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor micro analysis chip of 4th Embodiment. 第４の実施形態に用いた第１の基板の溝部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the groove part of the 1st board | substrate used for 4th Embodiment. 第４の実施形態に用いた第２の基板の溝部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the groove part of the 2nd board | substrate used for 4th Embodiment. 変形例を説明するための平面図と斜視図である。It is the top view and perspective view for demonstrating a modification. 別の変形例を説明するための平面図と斜視図である。It is the top view and perspective view for demonstrating another modification.

以下、実施形態の半導体マイクロ分析チップを、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the semiconductor micro-analysis chip of the embodiment will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。 First Embodiment
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor micro-analysis chip according to the first embodiment.

本実施形態の半導体マイクロ分析チップは、基板１０の表面部に設けられた第１のマイクロ流路２０と、流路２０の上面を覆う絶縁膜３１と、絶縁膜３１に設けられた複数の微細孔５０と、流路２０の底部に設けられた複数の検出電極（第１の電極）６０とを有している。流路２０の一端側で絶縁膜３１上には、複数の微細孔５０を取り囲むように絶縁膜からなるバンク３２が設けられ、これにより液溜め部４０が形成されている。 The semiconductor micro-analysis chip of the present embodiment includes a first micro flow channel 20 provided on the surface portion of the substrate 10, an insulating film 31 covering the upper surface of the flow channel 20, and a plurality of fine particles provided on the insulating film 31. A hole 50 and a plurality of detection electrodes (first electrodes) 60 provided at the bottom of the flow path 20 are provided. A bank 32 made of an insulating film is provided on the insulating film 31 at one end side of the flow path 20 so as to surround the plurality of fine holes 50, whereby a liquid reservoir 40 is formed.

流路２０は、基板１０の表面部を選択エッチングし、Ｘ方向に沿った溝部を形成することにより、作製されている。また、流路２０の他端側には、液導入用リザーバ２１が設けられている。即ち、流路２０の他端側で絶縁膜３１が開口され、開口した部分を囲むように、絶縁膜からなるバンク３３が設けられている。 The flow path 20 is manufactured by selectively etching the surface portion of the substrate 10 and forming a groove along the X direction. Further, on the other end side of the flow path 20, a liquid introduction reservoir 21 is provided. That is, the insulating film 31 is opened at the other end side of the flow path 20, and the bank 33 made of the insulating film is provided so as to surround the opened portion.

図２は、図１の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図１のＩ−Ｉ’断面図である。 FIG. 2 is a sectional view taken along the line I-I 'of FIG.

流路２０の一端側と液溜め部４０とは、隔膜として機能する絶縁膜３１を介して隣接している。微粒子検出部として、絶縁膜３１には複数の微細孔５０が設けられており、これらの微細孔５０を介して流路２０と液溜め部４０とは空間的に接続されている。微細孔５０はＸ方向及びＹ方向に一定間隔で設けられている。また、流路２０の底面には、それぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０が設けられている。 One end side of the flow path 20 and the liquid reservoir 40 are adjacent to each other via the insulating film 31 functioning as a diaphragm. A plurality of fine holes 50 are provided in the insulating film 31 as a fine particle detection unit, and the flow path 20 and the liquid reservoir 40 are spatially connected via the fine holes 50. The fine holes 50 are provided at regular intervals in the X direction and the Y direction. In addition, detection electrodes 60 corresponding to the respective fine holes 50 are provided on the bottom surface of the flow path 20.

基板１０は、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２を成膜し、更にその上に絶縁膜１３を成膜したものであり、絶縁膜１３を選択エッチングして溝を形成することによって、流路２０が作製されている。そして、流路２０を蓋するように絶縁膜１３上にＳｉＯ₂等の絶縁膜３１が設けられている。Ｓｉ基板１１には、複数の増幅回路１４及びそのコンタクト電極１５が設けられている。また、絶縁膜１２を貫通する貫通電極１６がコンタクト電極１５と接続するように設けられている。検出電極６０は、貫通電極１６を介して増幅回路１４のコンタクト電極にそれぞれに接続されている。 The substrate 10 is obtained by forming the insulating film 12 on the Si substrate 11 and further forming the insulating film 13 thereon, and the channel 20 is formed by selectively etching the insulating film 13 to form a groove. Has been produced. Then, an insulating film 31 such as SiO ₂ is provided on the insulating film 13 so as to cover the flow path 20. The Si substrate 11 is provided with a plurality of amplifier circuits 14 and their contact electrodes 15. Further, a through electrode 16 penetrating the insulating film 12 is provided to be connected to the contact electrode 15. The detection electrodes 60 are connected to the contact electrodes of the amplifier circuit 14 through the through electrodes 16 respectively.

このような構成において、図３に示すように、流路２０内を電解液３０１で満たし、その後、液溜め部４０に検体液３０２を導入する。流路２０内への電解液３０１の導入は、液導入用リザーバ２１に電解液３０１を導入することにより行う。液導入用リザーバ２１に導入された電解液３０１は、毛細管現象により流路２０内に流入していく。先にこの操作を行うことにより、流路２０内の空気は微細孔５０を介して排出される。そして、液溜め部４０に検体液３０２を導入した際に、微細孔５０の部分に気泡を巻き込むことなく、流路２０内の液体と液溜め部４０内の液体が微細孔５０によって繋がる。 In such a configuration, as shown in FIG. 3, the inside of the flow path 20 is filled with the electrolyte solution 301, and then the sample solution 302 is introduced into the solution reservoir 40. The introduction of the electrolytic solution 301 into the flow passage 20 is performed by introducing the electrolytic solution 301 into the liquid introduction reservoir 21. The electrolytic solution 301 introduced into the solution introducing reservoir 21 flows into the flow passage 20 by capillary action. By performing this operation first, the air in the flow path 20 is discharged through the fine holes 50. Then, when the sample liquid 302 is introduced into the liquid reservoir 40, the liquid in the flow path 20 and the liquid in the liquid reservoir 40 are connected by the micropores 50 without causing air bubbles in the micropores 50.

この状態で、液溜め部４０内の検体液３０２に接するようにＧＮＤ電極（第２の電極）７０をセットする。ＧＮＤ電極７０は、図３のように液溜め部４０の上部から電極棒を挿入したり、液溜め部４０の上部において検体液と接するように電極板を配置したりすれば良い。ＧＮＤ電極７０の材料として、Ａｇ／ＡｇＣｌ、Ａｕ、Ｐｔなどを用いることができる。また、液溜め部４０のバンク３２の内壁に予め導電膜等を形成しておいてもよい。検出電極６０とＧＮＤ電極７０との間に電位差を与えると、微細孔５０を介してイオン電流が流れる。 In this state, the GND electrode (second electrode) 70 is set to be in contact with the sample liquid 302 in the liquid reservoir 40. In the GND electrode 70, as shown in FIG. 3, an electrode rod may be inserted from the upper portion of the liquid reservoir 40, or an electrode plate may be disposed in contact with the sample liquid at the upper portion of the liquid reservoir 40. As a material of the GND electrode 70, Ag / AgCl, Au, Pt or the like can be used. Alternatively, a conductive film or the like may be formed in advance on the inner wall of the bank 32 of the liquid reservoir 40. When a potential difference is applied between the detection electrode 60 and the GND electrode 70, an ion current flows through the fine holes 50.

また、例えば液溜め部４０に導入した検体液３０２内の微粒子が負に帯電している場合、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくと、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の間に発生する電界によって、検体液３０２に含まれる微粒子は電気泳動する。そして、微細孔５０を通過して流路２０内へと移動していく。液溜め部４０内の微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。このイオン電流値の変化を検出することにより、微粒子の検出を行うことができる。イオン電流値の変化は、微細孔５０の直下に配置した検出電極６０から貫通電極１６、コンタクト電極１５を通って増幅回路１４に入力される。従って、このイオン電流の変化を増幅回路１４で増幅することにより、微粒子の高精度な検出を行うことが可能となる。 Further, for example, when the particles in the sample liquid 302 introduced into the liquid reservoir 40 are negatively charged, if the potential of the detection electrode 60 is set higher than the potential of the GND electrode 70, the detection electrode 60 and GND The microparticles contained in the sample liquid 302 are electrophoresed by the electric field generated between the electrodes 70. Then, it passes through the fine holes 50 and moves into the flow path 20. When the particles in the liquid reservoir 40 pass through the micropores 50, the value of the ion current changes in accordance with the size of the particles. By detecting the change in the ion current value, the microparticles can be detected. The change in the ion current value is input to the amplifier circuit 14 from the detection electrode 60 disposed immediately below the fine hole 50 through the through electrode 16 and the contact electrode 15. Therefore, by amplifying the change of the ion current by the amplifier circuit 14, it is possible to detect the particles with high precision.

このように本実施形態では、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができる。このため、細菌やウイルスなどの高感度検出を手軽に実現できるようになる。従って、伝染病病原体や食中毒菌の簡易検出などに応用することで、流行性疾病の拡大防止や食の安全といった分野に貢献することが可能となる。また、大気中の浮遊粒子を捕集して液中分散したサンプルにおいて、微粒子状物質等の有害物質のモニタリングを行うなどの応用が可能となる。 As described above, in the present embodiment, it is possible to perform particle detection only by introducing the sample liquid and performing electrical observation. Therefore, high sensitivity detection of bacteria and viruses can be easily realized. Therefore, application to simple detection of infectious disease pathogens and food poisoning bacteria can contribute to fields such as prevention of spread of epidemic diseases and food safety. In addition, in a sample in which airborne particles in the air are collected and dispersed in a liquid, application such as monitoring of harmful substances such as particulate matter is possible.

これに加え本実施形態では、微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができ、検出効率を向上させることができる。また、それぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０を設けることで、微粒子が通過した微細孔５０を特定することができる。さらに、別々の微細孔５０に同時に微粒子が通過するような場合でも、事象を分離して検出することが可能となる。 In addition to this, in the present embodiment, by disposing a plurality of the micropores 50, the frequency at which the microparticles pass through the micropores 50 can be effectively gained, and the detection efficiency can be improved. Further, by providing the detection electrodes 60 corresponding to the respective micropores 50, the micropores 50 through which the fine particles have passed can be identified. Furthermore, even in the case where the fine particles simultaneously pass through the separate fine pores 50, it becomes possible to separate and detect events.

また、それぞれの検出電極６０は流路２０の底面を成す絶縁膜１２を貫通して下層に引き出され、直下に設けられた増幅回路１４に接続されている。このため、電極引き回し等によるノイズ増大を招くことなく、増幅回路１４により検出信号を増幅することができる。従って、微小な検出信号に対しても精度良い検査が可能となる。 Each detection electrode 60 passes through the insulating film 12 forming the bottom of the flow path 20 and is drawn to the lower layer, and is connected to the amplification circuit 14 provided immediately below. Therefore, the detection signal can be amplified by the amplifier circuit 14 without causing an increase in noise due to electrode routing and the like. Therefore, accurate inspection can be performed even on a minute detection signal.

次に、図１及び図２に示した本実施形態に係わる分析チップの製造方法について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。 Next, a method of manufacturing the analysis chip according to the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.4 and FIG.5 is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor micro analysis chip of this embodiment.

まず、図４（ａ）に示すように、ＣＭＯＳ回路等の複数の増幅回路（図示せず）が形成されたＳｉ基板１１を用意する。このＳｉ基板１１上には、増幅回路の接続端子としてのコンタクト電極１５が設けられている。 First, as shown in FIG. 4A, a Si substrate 11 on which a plurality of amplifier circuits (not shown) such as CMOS circuits are formed is prepared. A contact electrode 15 as a connection terminal of the amplifier circuit is provided on the Si substrate 11.

次いで、図４（ｂ）に示すように、コンタクト電極１５を覆うようにＳｉ基板１１上にＳｉＯ₂等の絶縁膜１２を成膜した後、この絶縁膜１２にコンタクト電極１５との接続のためのコンタクトホールを形成する。絶縁膜１２の成膜は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により行い、コンタクトホールの形成は、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術等を用いて行う。 Next, as shown in FIG. 4B, after an insulating film 12 such as SiO ₂ is formed on the Si substrate 11 so as to cover the contact electrode 15, the insulating film 12 is connected to the contact electrode 15. Form contact holes. The insulating film 12 is formed, for example, by chemical vapor deposition (CVD) or the like, and the contact holes are formed by photolithography and reactive ion etching (RIE) technology.

次いで、図４（ｃ）に示すように、コンタクトホール内に貫通電極１６を埋め込み形成する。具体的には、スパッタリング成膜技術やメッキ技術によりコンタクトホールを埋め込むように導電膜を形成した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等を用いてコンタクトホール内以外の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内のみに貫通電極１６を残す。 Next, as shown in FIG. 4C, the through electrode 16 is formed by being embedded in the contact hole. Specifically, after forming a conductive film so as to fill the contact hole by sputtering film formation technology or plating technology, the contact film is removed by using CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like to remove the conductive film other than in the contact hole. The through electrode 16 is left only in the hole.

次いで、図４（ｄ）に示すように、各々の貫通電極１６に接続されるように検出電極６０を形成する。検出電極６０の形成は、導電性材料をスパッタリングや蒸着等を用いて成膜し、フォトリソグラフィとＲＩＥを用いて行う。又は、検出電極６０が開口となっているレジストパターンをフォトリソグラフィにより形成した後に導電性材料の成膜を行い、その後にリフトオフプロセスによりレジストパターン及びレジストパターン上の不要な導電膜を除去することにより行う。なお、貫通電極１６と検出電極６０は同時に形成しても良い。具体的には、絶縁膜１２にコンタクト電極１５と接続するための複数のコンタクトホールを設けた後に、コンタクトホールを埋め込むように絶縁膜１２上に導電膜を形成する。その後、導電膜を電極パターンに選択エッチングすればよい。 Next, as shown in FIG. 4D, the detection electrodes 60 are formed to be connected to the respective through electrodes 16. The detection electrode 60 is formed by depositing a conductive material using sputtering, evaporation or the like, and using photolithography and RIE. Alternatively, a conductive material is formed after forming a resist pattern in which the detection electrode 60 is an opening by photolithography, and thereafter removing an unnecessary conductive film on the resist pattern and the resist pattern by a lift-off process. Do. The through electrode 16 and the detection electrode 60 may be formed simultaneously. Specifically, after providing a plurality of contact holes for connecting to the contact electrode 15 in the insulating film 12, a conductive film is formed on the insulating film 12 so as to fill the contact holes. After that, the conductive film may be selectively etched into the electrode pattern.

次いで、図４（ｅ）に示すように、検出電極６０を覆うように、絶縁膜１２上に絶縁膜１３をＣＶＤなどにより成膜する。続いて、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ技術を用いて絶縁膜１３を選択エッチングすることにより、マイクロ流路２０となる溝部を形成する。 Next, as shown in FIG. 4E, the insulating film 13 is formed on the insulating film 12 by CVD or the like so as to cover the detection electrode 60. Subsequently, the insulating film 13 is selectively etched using photolithography and RIE technology to form a groove portion to be the micro flow channel 20.

次いで、図５（ｆ）に示すように、絶縁膜１３の溝部、即ちマイクロ流路２０となる箇所に犠牲層１８を埋め込む。具体的には、例えばアモルファスシリコンなどの犠牲層材料をＣＶＤやスパッタリング等を用いて絶縁膜１３の溝部を埋め込むように成膜し、ＣＭＰ等を用いて絶縁膜１３の溝部内以外の犠牲層材料を除去することにより、絶縁膜１３の溝部内のみに犠牲層１８を残す。或いは、スピンコートなどを用いて樹脂材料等を絶縁膜１３の溝部を埋め込むように塗布成膜し、ＣＭＰやエッチバック技術を用いて絶縁膜１３の溝部内のみに犠牲層１８を残す方法でも良い。 Next, as shown in FIG. 5F, the sacrificial layer 18 is embedded in the groove portion of the insulating film 13, that is, the portion to be the microchannel 20. Specifically, for example, a sacrificial layer material such as amorphous silicon is formed to fill the groove of insulating film 13 using CVD, sputtering or the like, and a sacrificial layer material other than in the groove of insulating film 13 using CMP or the like. The sacrificial layer 18 is left only in the trench of the insulating film 13 by removing the Alternatively, a resin material or the like may be applied by spin coating or the like so as to fill the groove of the insulating film 13 and the sacrificial layer 18 may be left only in the groove of the insulating film 13 using CMP or etch back technology. .

次いで、図５（ｇ）に示すように、犠牲層１８及び絶縁膜１３上にＳｉＯ₂等の絶縁膜３１を、例えば１００ｎｍの厚さにＣＶＤで成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と液溜め部４０を隔てる隔膜となる。続いて、フォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィとＲＩＥ等を用いて、液溜め部４０となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。また、同時に、液導入用リザーバ２１も開口する。 Next, as shown in FIG. 5G, an insulating film 31 such as SiO ₂ is formed on the sacrificial layer 18 and the insulating film 13 by CVD to a thickness of, for example, 100 nm. The insulating film 31 serves as a diaphragm that separates the flow path 20 and the liquid reservoir 40. Subsequently, a plurality of fine holes 50 are opened in the insulating film 31 in a portion to be the liquid reservoir 40 by using photolithography, electron beam lithography, RIE and the like. At the same time, the liquid introduction reservoir 21 is also opened.

次いで、図５（ｈ）に示すように、流路２０の一端側にバンク３２を形成することにより液溜め部４０を形成し、更に流路２０の他端側にバンク３３を形成することにより液導入用リザーバ２１を形成する。バンク３２及び３３は、例えば厚さ５０μｍ程度の厚膜感光性ポリイミドを用いてフォトリソグラフィにより形成する。 Next, as shown in FIG. 5 (h), the reservoir 32 is formed by forming the bank 32 on one end side of the flow path 20, and the bank 33 is formed on the other end side of the flow path 20. A reservoir 21 for fluid introduction is formed. The banks 32 and 33 are formed by photolithography using, for example, a thick film photosensitive polyimide having a thickness of about 50 μm.

最後に、図５（ｉ）に示すように、犠牲層１８をドライエッチングやウェットエッチング等により除去することにより、マイクロ流路２０を形成する。以上の工程により、前記図１及び図２に示す構造が完成する。 Finally, as shown in FIG. 5I, the sacrificial layer 18 is removed by dry etching, wet etching or the like to form the micro flow channel 20. By the above steps, the structure shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

このように本実施形態によれば、Ｓｉ基板１１を用いた一般的な半導体デバイス製造工程で製造可能であり、微粒子検出を高感度で行えるのは勿論のこと、半導体技術の微細加工と量産技術を適用可能である。このため、非常に小型に且つ低コストに製造することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the semiconductor device can be manufactured by a general semiconductor device manufacturing process using the Si substrate 11 and fine particles can be detected with high sensitivity as well as fine processing and mass production technology of semiconductor technology. Is applicable. For this reason, it becomes possible to manufacture in very small size and at low cost.

なお、本実施形態では微細孔５０の１つに対して１つの検出電極６０を設けたが、複数の微細孔５０に対して１つの検出電極６０を設けるようにしても良い。例えば、図６に示すように、隣接する４つの微細孔５０に対して、これらの微細孔５０から等距離の位置に１つの検出電極６０を設ける。この場合、４つの微細孔５０を通る電流を１つの増幅回路１４で増幅することになる。 Although one detection electrode 60 is provided for one of the micropores 50 in the present embodiment, one detection electrode 60 may be provided for a plurality of micropores 50. For example, as shown in FIG. 6, one detection electrode 60 is provided at a position equidistant from the adjacent four micropores 50, as shown in FIG. In this case, the current passing through the four fine holes 50 is amplified by one amplifier circuit 14.

また、流路２０内に導入する液体は必ずしも電解液に限るものではなく、流路２０内を検体液で満たすようにしても良い。 Further, the liquid introduced into the flow path 20 is not necessarily limited to the electrolytic solution, and the inside of the flow path 20 may be filled with the sample liquid.

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。また、絶縁膜３１は簡略化して示している。 Second Embodiment
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor micro-analysis chip according to the second embodiment. The same reference numerals as in FIG. 1 denote the same parts, and a detailed description thereof will be omitted. The insulating film 31 is shown in a simplified manner.

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、マイクロ流路２０に液排出用リザーバ２２を設けたことである。即ち、流路２０の一端側で絶縁膜３１を開口し、この開口部を囲むようにバンク３４を設けることにより、液排出用リザーバ２２が作製されている。流路２０の他端側には、第１の実施形態と同様に、液導入用リザーバ２１が設けられている。さらに、液溜め部４０は、流路２０の中央部上に設けられている。 The present embodiment is different from the first embodiment in that a liquid discharge reservoir 22 is provided in the microchannel 20. That is, the insulating film 31 is opened at one end side of the flow path 20, and the bank 34 is provided so as to surround the opening, whereby the liquid discharge reservoir 22 is manufactured. At the other end side of the flow path 20, a reservoir 21 for introducing a liquid is provided as in the first embodiment. Furthermore, the liquid reservoir 40 is provided on the central portion of the flow passage 20.

このような構成であれば、液導入用リザーバ２１から検体液又は電解液を導入し、液排出用リザーバ２２から検体液又は電解液を排出することができ、流路２０内の検体液又は電解液のスムーズな流れを実現することができる。これにより、液溜め部４０に検体液を滴下した際の微細孔５０における気泡巻き込みリスクを低減することが可能となる。また、液溜め部４０から微細孔５０を通過して流路２０内に移動した微粒子が流路２０内に滞留すると、イオン電流のノイズの原因となる恐れがある。しかし、本実施形態の上記構成によって流路２０内に電解液のスムーズな流れを実現することで、微粒子の排出を効率的に行うことが可能となる。即ち、ノイズを低減した高精度な測定が可能となる。従って本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、流路２０内での検体液又は電解液のスムーズな流れを実現することが可能となり、信頼性の向上や高精度化が可能となる利点もある。 With such a configuration, the sample liquid or the electrolyte can be introduced from the liquid introduction reservoir 21, and the sample liquid or the electrolyte can be discharged from the liquid discharge reservoir 22. Smooth flow of liquid can be realized. This makes it possible to reduce the risk of bubble entrapment in the micropores 50 when the sample liquid is dropped to the liquid reservoir 40. In addition, when the particles moved from the liquid reservoir 40 through the fine holes 50 and moved into the flow passage 20 stay in the flow passage 20, there is a possibility that they cause an ion current noise. However, by realizing the smooth flow of the electrolytic solution in the flow path 20 according to the above-described configuration of the present embodiment, it is possible to efficiently discharge the particulates. That is, highly accurate measurement with reduced noise is possible. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize smooth flow of the sample liquid or the electrolyte in the flow path 20 as well as to obtain the same effect as the first embodiment. There is also an advantage that it is possible to improve the quality and to improve the accuracy.

なお、実施形態では、各リザーバ２１，２２のためのバンク３３，３４及び液溜め部４０のためのバンク３２を別々に形成したが、これらを同時に形成しても良い。例えば、図８に示すように、同一の絶縁膜３５に液溜め部４０及びリザーバ２１，２２に対応する開口を設けるようにしても良い。 In the embodiment, the banks 33 and 34 for the respective reservoirs 21 and 22 and the bank 32 for the reservoir 40 are separately formed, but they may be simultaneously formed. For example, as shown in FIG. 8, openings corresponding to the liquid reservoir 40 and the reservoirs 21 and 22 may be provided in the same insulating film 35.

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。図１０は、図９の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図９のII−II’断面図である。なお、図１及び図２と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。 Third Embodiment
FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor micro-analysis chip according to the third embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. The same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 denote the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の半導体マイクロ分析チップは、基板１０の表面部に設けられた第１のマイクロ流路（第１の流路）２０と、流路２０の上面を覆う絶縁膜３１と、流路２０と交差するように絶縁膜３１上に設けられた第２のマイクロ流路（第２の流路）８０と、絶縁膜３１に設けられた複数の微細孔５０と、流路２０に設けられた複数の検出電極（第１の電極）６０と、流路８０の一部に設けられたＧＮＤ電極（第２の電極）７０とを有している。 The semiconductor micro-analysis chip of the present embodiment includes a first microchannel (first channel) 20 provided on the surface portion of the substrate 10, an insulating film 31 covering the upper surface of the channel 20, and a channel 20. And a plurality of micro holes 50 provided in the insulating film 31 and a second micro flow path (second flow path) 80 provided on the insulating film 31 so as to intersect with the A plurality of detection electrodes (first electrodes) 60 and GND electrodes (second electrodes) 70 provided in part of the flow path 80 are provided.

流路２０と流路８０は、基板１０の中央部で交差している。流路２０は、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。流路８０は、流路とすべき空間を絶縁膜８５で囲んだ絶縁膜トンネル型に形成されている。 The flow path 20 and the flow path 80 intersect at the central portion of the substrate 10. The flow path 20 is manufactured by processing the surface portion of the substrate 10 into a groove shape by selective etching. The flow path 80 is formed in an insulating film tunnel type in which a space to be a flow path is surrounded by the insulating film 85.

流路２０の一端側には検体液を導入するための液導入用リザーバ２１が設けられ、他端側には検体液を排出するための液排出用リザーバ２２が設けられている。リザーバ２１，２２は、流路２０の一端側及び他端側で絶縁膜３１を開口し、開口した部分を囲むようにバンク３６，３７を設けることによって、作製されている。 A liquid introduction reservoir 21 for introducing a sample liquid is provided on one end side of the flow path 20, and a liquid discharge reservoir 22 for discharging the sample liquid is provided on the other end side. The reservoirs 21 and 22 are manufactured by opening the insulating film 31 at one end side and the other end side of the flow path 20 and providing the banks 36 and 37 so as to surround the opened portion.

流路８０の一端側には検体液又は電解液を導入するための液導入用リザーバ８１が設けられ、他端側には検体液又は電解液を排出するための液排出用リザーバ８２が設けられている。液導入用リザーバ８１は、流路８０の一端に繋がる空間を囲むようにバンク３６を設けることにより作製される。液排出用リザーバ８２は、流路８０の他端側に繋がる空間を囲むようにバンク３７が設けられることにより作製される。即ち、バンク３６は液導入用リザーバ２１と８１で共通であり、バンク３７は液排出用リザーバ２２と８２で共通となっている。また、液導入用リザーバ８１には、ＧＮＤ電極７０が設けられている。 One end of the flow path 80 is provided with a reservoir 81 for introducing a sample liquid or electrolyte, and the other end is provided with a reservoir 82 for discharging a sample liquid or electrolyte. ing. The liquid introduction reservoir 81 is manufactured by providing a bank 36 so as to surround a space connected to one end of the flow path 80. The liquid discharge reservoir 82 is manufactured by providing the bank 37 so as to surround a space connected to the other end side of the flow path 80. That is, the bank 36 is common to the liquid introducing reservoirs 21 and 81, and the bank 37 is common to the liquid discharging reservoirs 22 and 82. Further, a GND electrode 70 is provided in the reservoir 81 for liquid introduction.

図１０に示すように、流路２０と流路８０とは、これらの交差部で絶縁膜３１を挟んで積層された構造となっており、絶縁膜３１には複数の微細孔５０が形成されている。また、流路２０の底面にはそれぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０が設けられている。本実施形態においては、検出電極６０が、それぞれの微細孔５０の直下に配置されている。ここで、微細孔５０の１つに対して１つの検出電極６０を設けるのではなく、複数の微細孔５０に対して１つの検出電極６０を設けるようにしても良い。 As shown in FIG. 10, the flow path 20 and the flow path 80 have a structure in which the insulation film 31 is sandwiched at the intersections of these, and a plurality of fine holes 50 are formed in the insulation film 31. ing. In addition, detection electrodes 60 corresponding to the respective fine holes 50 are provided on the bottom surface of the flow path 20. In the present embodiment, the detection electrodes 60 are disposed immediately below the respective fine holes 50. Here, instead of providing one detection electrode 60 for one of the micropores 50, one detection electrode 60 may be provided for a plurality of micropores 50.

基板１０は、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２を成膜し、更にその上に絶縁膜１３を成膜したものであり、絶縁膜１３を選択エッチングして溝を形成することにより流路２０が設けられている。そして、流路２０を蓋するように絶縁膜１３上にＳｉＯ₂等の絶縁膜３１が設けられている。 The substrate 10 is obtained by forming the insulating film 12 on the Si substrate 11 and further forming the insulating film 13 thereon, and the channel 20 is formed by selectively etching the insulating film 13 to form a groove. It is provided. Then, an insulating film 31 such as SiO ₂ is provided on the insulating film 13 so as to cover the flow path 20.

Ｓｉ基板１１には、微細孔５０の直下に対応する位置に複数の増幅回路１４及びそのコンタクト電極１５が設けられている。また、絶縁膜１２を貫通する貫通電極１６がコンタクト電極１５と接続するように設けられており、貫通電極１６は前記複数の検出電極６０に接続されている。 The Si substrate 11 is provided with a plurality of amplifier circuits 14 and their contact electrodes 15 at positions corresponding to the positions immediately below the fine holes 50. Further, a through electrode 16 penetrating the insulating film 12 is provided to be connected to the contact electrode 15, and the through electrode 16 is connected to the plurality of detection electrodes 60.

このような構成において、流路８０の液導入用リザーバ８１から、微粒子を分散させた検体液を導入すると、検体液は流路８０内を流動していく。このとき、流路２０内を電解液で満たしておく。これにより、流路８０内の検体液と流路２０内の電解液が微細孔５０によって繋がるようになっている。なお、流路２０内に導入する液体は必ずしも電解液に限るものではなく、流路２０内を検体液で満たすようにしても良い。 In such a configuration, when a sample liquid in which fine particles are dispersed is introduced from the liquid introduction reservoir 81 of the flow path 80, the sample liquid flows in the flow path 80. At this time, the inside of the flow path 20 is filled with the electrolytic solution. Thereby, the sample liquid in the flow path 80 and the electrolytic solution in the flow path 20 are connected by the fine holes 50. The liquid introduced into the flow path 20 is not necessarily limited to the electrolytic solution, and the inside of the flow path 20 may be filled with the sample liquid.

この状態で、検出電極６０とＧＮＤ電極７０との間に電位差を与えると、微細孔５０を介してイオン電流が流れる。また、液導入用リザーバ８１に導入した検体液内の微粒子が負に帯電している場合、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくと、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の間にできる電界によって、微粒子は電気泳動し、微細孔５０を通過して流路２０内へと移動していく。流路８０を流動してきた微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。このイオン電流を検出することにより、微粒子の検出を行うことができる。イオン電流変化は、微細孔５０の直下に配置した検出電極６０から貫通電極１６、コンタクト電極１５を通って増幅回路１４に入力される。従って、このイオン電流の変化を増幅回路１４で増幅することにより、微粒子の高精度な検出を行うことが可能となる。 In this state, when a potential difference is applied between the detection electrode 60 and the GND electrode 70, an ion current flows through the fine hole 50. When the particles in the sample solution introduced into the solution introduction reservoir 81 are negatively charged, if the potential of the detection electrode 60 is set higher than the potential of the GND electrode 70, the detection electrode 60 and the GND electrode The electric field generated between 70 causes the microparticles to electrophorese and move through the pores 50 into the flow path 20. When the particulates flowing in the flow path 80 pass through the micropores 50, the value of the ion current changes according to the size of the particulates. By detecting this ion current, the microparticles can be detected. A change in ion current is input to the amplifier circuit 14 from the detection electrode 60 disposed immediately below the fine hole 50 through the through electrode 16 and the contact electrode 15. Therefore, by amplifying the change of the ion current by the amplifier circuit 14, it is possible to detect the particles with high precision.

なお、検体液内の微粒子が正に帯電している場合、検体液を流路２０に、電解液を流路８０に導入し、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくとよい。この場合、検体液内の微粒子は、微細孔５０を通過して流路２０から流路８０へと移動していく。流路２０を流動してきた微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。或いは、検体液内の微粒子が正に帯電している場合、検体液を流路８０に、電解液を流路２０に導入し、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくという方法も可能である。このように、本実施形態の構造は、微粒子の帯電の正負や、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の電位を、目的に応じて自由に組み合わせることが可能な構造である。 When the particles in the sample liquid are positively charged, the sample liquid is introduced into the flow path 20, the electrolyte is introduced into the flow path 80, and the potential of the detection electrode 60 is set higher than the potential of the GND electrode 70. You should keep it in mind. In this case, the fine particles in the sample liquid pass through the micropores 50 and move from the flow path 20 to the flow path 80. When the particles flowing in the flow path 20 pass through the fine holes 50, the value of the ion current changes according to the size of the particles. Alternatively, when the particles in the sample liquid are positively charged, the sample liquid is introduced into the flow path 80, the electrolytic solution is introduced into the flow path 20, and the potential of the detection electrode 60 is set higher than the potential of the GND electrode 70. It is also possible to use As described above, the structure according to the present embodiment is a structure capable of freely combining positive and negative charges of fine particles, and the potentials of the detection electrode 60 and the GND electrode 70 according to the purpose.

このように本実施形態では、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができる。また、微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができ、検出効率を向上させることができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。 As described above, in the present embodiment, it is possible to perform particle detection only by introducing the sample liquid and performing electrical observation. Further, by disposing a plurality of the micropores 50, the frequency at which the microparticles pass through the micropores 50 can be effectively gained, and the detection efficiency can be improved. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

また、本実施形態では２つの流路２０，８０を用い、各々に液体を流すようにしているため、流路２０，８０の交差部における検体液及び電解液の充填をスムーズに行うことができる利点もある。 Further, in the present embodiment, since the two flow paths 20 and 80 are used and the liquid is caused to flow in each of them, the sample liquid and the electrolyte can be smoothly filled at the intersection of the flow paths 20 and 80. There is also an advantage.

図１１は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。基板１０の表面部に流路２０のための溝を形成するまでは、図４（ａ）〜（ｅ）に示した、第１の実施形態と同様である。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor micro-analysis chip of the present embodiment. It is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 4A to 4E until the groove for the flow passage 20 is formed on the surface portion of the substrate 10.

次いで、図１１（ａ）に示すように、絶縁膜１３の溝部内に第１の犠牲層１８を成膜し、表面を平坦化する。続いて、犠牲層１８及び絶縁膜１３上に薄い膜厚の絶縁膜３１を成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と流路８０を隔てる隔膜となる。その後、流路２０，８０の交差部となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。 Next, as shown in FIG. 11A, the first sacrificial layer 18 is formed in the groove of the insulating film 13 to planarize the surface. Subsequently, a thin insulating film 31 is formed on the sacrificial layer 18 and the insulating film 13. The insulating film 31 serves as a diaphragm that separates the flow path 20 and the flow path 80. Thereafter, a plurality of fine holes 50 are opened in the insulating film 31 at the intersections of the flow paths 20 and 80.

次いで、図１１（ｂ）に示すように、全面に第２の犠牲層１９を成膜したのち、流路８０の形状となるように犠牲層１９を選択エッチングする。犠牲層１９の材料としては、例えばアモルファスシリコンのＣＶＤ膜等を用い、犠牲層１９の加工はフォトリソグラフィとＲＩＥ技術等により行う。 Next, as shown in FIG. 11B, after the second sacrificial layer 19 is formed on the entire surface, the sacrificial layer 19 is selectively etched so as to have the shape of the flow path 80. As a material of the sacrificial layer 19, for example, a CVD film of amorphous silicon or the like is used, and the processing of the sacrificial layer 19 is performed by photolithography, an RIE technique, or the like.

次いで、図１１（ｃ）に示すように、犠牲層１９を覆うようにＳｉＯ₂等の絶縁膜８５を形成する。具体的には、全面に絶縁膜８５をＣＶＤで成膜した後、液導入用リザーバ２１及び液排出用リザーバ２２の部分の絶縁膜８５をフォトリソグラフィとＲＩＥにより除去する。続いて、バンク３６，３７を形成し、更にＧＮＤ電極７０を形成し、最後に犠牲層１８，１９をドライエッチング等で除去することにより、流路２０，８０を形成する。これにより、前記図９及び図１０に示す本実施形態の半導体マイクロ分析チップが完成することになる。 Next, as shown in FIG. 11C, an insulating film 85 such as SiO ₂ is formed to cover the sacrificial layer 19. Specifically, after the insulating film 85 is formed on the entire surface by CVD, the insulating film 85 in the liquid introduction reservoir 21 and the liquid discharge reservoir 22 is removed by photolithography and RIE. Subsequently, banks 36 and 37 are formed, a GND electrode 70 is further formed, and finally the sacrificial layers 18 and 19 are removed by dry etching or the like to form flow paths 20 and 80. Thus, the semiconductor micro-analysis chip of the present embodiment shown in FIGS. 9 and 10 is completed.

このように本実施形態によれば、Ｓｉ基板１１を用いた一般的な半導体デバイス製造工程で製造可能であり、微粒子検出を高感度で行えるのは勿論のこと、半導体技術の微細加工と量産技術を適用可能である。従って、第１の実施形態同様の効果が得られる。 As described above, according to the present embodiment, the semiconductor device can be manufactured by a general semiconductor device manufacturing process using the Si substrate 11 and fine particles can be detected with high sensitivity as well as fine processing and mass production technology of semiconductor technology. Is applicable. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.

なお、ＧＮＤ電極７０は、必ずしも液導入用リザーバ８１に形成するのではなく、液排出用リザーバ８２に形成しても良い。ＧＮＤ電極７０の設置場所は、流路８０内の検体液又は電解液に接する位置であればよい。例えば、図１２の断面図に示すように、微粒子検出部の絶縁膜８５の下面に形成しても良い。この場合、ＧＮＤ電極７０と検出電極６０との距離が近くなるため、微粒子検出の更なる高感度化をはかることが可能となる。 The GND electrode 70 may not necessarily be formed in the liquid introduction reservoir 81, but may be formed in the liquid discharge reservoir 82. The installation position of the GND electrode 70 may be a position in contact with the sample liquid or the electrolyte in the flow path 80. For example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 12, it may be formed on the lower surface of the insulating film 85 of the particle detection unit. In this case, since the distance between the GND electrode 70 and the detection electrode 60 becomes short, it is possible to further increase the sensitivity of the particle detection.

また、図１３に示すように、流路２０内で微粒子のスムーズな移動を可能にするため、流路２０の上流側から交差部に、流路２０を複数に分離するための分離壁２５を設けても良い。これらの分離壁２５はそれぞれ、流路方向に沿って設けられ、分離された一つ一つの流路の幅を狭めるものとなっている。 Further, as shown in FIG. 13, in order to enable smooth movement of the fine particles in the flow passage 20, the separation wall 25 for separating the flow passage 20 into plural parts is provided from the upstream side of the flow passage 20 to the intersection. It may be provided. Each of these separation walls 25 is provided along the flow direction to narrow the width of each separated flow path.

さらに、流路２０の下流側に、複数のマイクロピラー２６からなる微粒子トラップ機構を設けても良い。マイクロピラー２６は、検出すべき微粒子の直径よりも僅かに狭い間隔で配列されている。 Further, on the downstream side of the flow path 20, a particulate trapping mechanism consisting of a plurality of micro pillars 26 may be provided. The micropillars 26 are arranged at intervals slightly narrower than the diameter of the particle to be detected.

なお、分離壁２５は、絶縁膜１３を溝状に加工する際に、ライン状のマスクを用いて絶縁膜１３を板状に残すことにより作製される。さらに、マイクロピラー２６は、絶縁膜１３を溝状に加工する際に、円形のマスクを用いて絶縁膜１３をピラー状に残すことにより作製される。 The separation wall 25 is manufactured by leaving the insulating film 13 in a plate shape using a line mask when processing the insulating film 13 into a groove shape. Furthermore, the micro pillars 26 are manufactured by leaving the insulating film 13 in a pillar shape using a circular mask when processing the insulating film 13 into a groove shape.

（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。図１５は、図１４の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図１４のIII−III’断面図である。なお、図９及び図１０と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。 Fourth Embodiment
FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of a semiconductor micro-analysis chip according to the fourth embodiment. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line III-III 'of FIG. The same reference numerals as in FIGS. 9 and 10 denote the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の基本的な構成は、第３の実施形態と同様である。本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、マイクロ流路２０，８０を２つの基板１００，２００の貼り合わせで作製したことである。 The basic configuration of this embodiment is the same as that of the third embodiment. The present embodiment is different from the third embodiment in that the microchannels 20 and 80 are manufactured by bonding two substrates 100 and 200.

第１の基板１００の表面部に第１のマイクロ流路２０が設けられている。この第１の基板１００は、第１の実施形態の基板１０と実質的に同様である。具体的には、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２，１３、コンタクト電極１５、貫通電極１６、検出電極６０等を形成したものである。 A first microchannel 20 is provided on the surface of the first substrate 100. The first substrate 100 is substantially similar to the substrate 10 of the first embodiment. Specifically, the insulating films 12 and 13, the contact electrode 15, the through electrode 16, the detection electrode 60 and the like are formed on the Si substrate 11.

第２の基板２００はプラスチックや石英であり、下面に溝を形成することにより、マイクロ流路８０が設けられている。さらに、第２の基板２００には、リザーバ形成のための開口が設けられている。そして、これらの基板１００，２００を絶縁膜３１を介して貼り合わせることにより、２つの流路２０，８０が交差した構造となっている。 The second substrate 200 is made of plastic or quartz, and a microchannel 80 is provided by forming a groove on the lower surface. Furthermore, the second substrate 200 is provided with an opening for reservoir formation. Then, by bonding these substrates 100 and 200 via the insulating film 31, a structure in which two flow paths 20 and 80 intersect with each other is obtained.

なお、第２の基板２００’にＳｉ基板を用いる場合は、親水性の確保、電解液とＳｉ基板間の絶縁のため、図１６の断面図に示すように、流路表面を熱酸化して酸化膜２０１を形成しておくのが望ましい。 When a Si substrate is used as the second substrate 200 ', the surface of the flow path is thermally oxidized as shown in the cross-sectional view of FIG. 16 in order to ensure hydrophilicity and to insulate between the electrolytic solution and the Si substrate. It is desirable to form the oxide film 201 in advance.

図１７は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。第１の基板１００に第１のマイクロ流路２０のための溝を形成するまでは、図４（ａ）〜（ｅ）に示した、第１の実施形態と同様である。図１７（ａ）は図４（ｅ）と同様であり、図１７（ａ）の斜視図が図１８である。 FIG. 17 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor micro-analysis chip of the present embodiment. It is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 4A to 4E until the groove for the first microchannel 20 is formed in the first substrate 100. FIG. 17 (a) is the same as FIG. 4 (e), and the perspective view of FIG. 17 (a) is FIG.

次いで、図１７（ｂ）に示すように、絶縁膜１３の溝部内に第１の犠牲層１８を成膜し、表面を平坦化する。続いて、犠牲層１８及び絶縁膜１３上に薄い膜厚の絶縁膜３１を成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と流路８０を隔てる隔膜となる。 Next, as shown in FIG. 17B, the first sacrificial layer 18 is formed in the groove of the insulating film 13 to planarize the surface. Subsequently, a thin insulating film 31 is formed on the sacrificial layer 18 and the insulating film 13. The insulating film 31 serves as a diaphragm that separates the flow path 20 and the flow path 80.

次いで、図１７（ｃ）に示すように、流路２０，８０の交差部となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。続いて、犠牲層１８をドライエッチング等で除去することにより流路２０を形成する。 Next, as shown in FIG. 17C, a plurality of fine holes 50 are opened in the insulating film 31 at the intersection of the flow paths 20 and 80. Subsequently, the flow path 20 is formed by removing the sacrificial layer 18 by dry etching or the like.

一方、図１９に示すように、第２の基板２００の表面部に流路８０のための溝を形成する。基板２００として樹脂材料を用いる場合は射出成形等により流路８０を形成し、ガラス基板を用いる場合はフォトリソグラフィとウェットエッチング等により流路８０を形成すれば良い。さらに、この溝の一端側に液導入用リザーバ８１のための開口８６を形成し、他端側に液排出用リザーバ８２のための開口８７を形成する。また、第１及び第２の基板１００，２００を重ね合わせたときに流路２０と重なる部分で、第２の基板２００に、液導入用リザーバ２１のための開口８８及び液排出用リザーバ２２のための開口８９を形成する。 On the other hand, as shown in FIG. 19, a groove for the flow path 80 is formed in the surface portion of the second substrate 200. When a resin material is used as the substrate 200, the flow path 80 may be formed by injection molding or the like, and when a glass substrate is used, the flow path 80 may be formed by photolithography and wet etching. Further, an opening 86 for the liquid introduction reservoir 81 is formed on one end side of the groove, and an opening 87 for the liquid discharge reservoir 82 is formed on the other end side. In addition, the second substrate 200 is provided with an opening 88 for the liquid introduction reservoir 21 and a liquid discharge reservoir 22 in the second substrate 200 at a portion overlapping the flow path 20 when the first and second substrates 100 and 200 are superimposed. Form an opening 89 for

そして、図１７（ｄ）に示すように、基板１００，２００を絶縁膜３１を介して接着することにより、前記図１４に示すように、流路２０と流路８０が交差した構造を実現することができる。 Then, as shown in FIG. 17D, by adhering the substrates 100 and 200 via the insulating film 31, as shown in FIG. 14, a structure in which the flow path 20 and the flow path 80 intersect is realized. be able to.

なお、この実施形態では、基板１００，２００の接着前に、絶縁膜３１を第１の基板１００側に設けるようにしたが、絶縁膜３１を第２の基板２００側に設けるようにしても良い。 In this embodiment, the insulating film 31 is provided on the side of the first substrate 100 before bonding the substrates 100 and 200. However, the insulating film 31 may be provided on the side of the second substrate 200. .

本実施形態の最終的な構成は第３の実施形態と実質的に同様であり、従って第３の実施形態と同様の効果が得られる。これに加え本実施形態では、基板１００，２００の貼り合わせにより実現することができるため、製造プロセスの容易化及び製造コストの低減をはかることができる。 The final configuration of this embodiment is substantially the same as that of the third embodiment, and therefore the same effects as those of the third embodiment can be obtained. In addition to this, in the present embodiment, it can be realized by bonding the substrates 100 and 200, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。第３，第４の実施形態における第１及び第２の流路は、必ずしも交差する必要はなく、図２０（ａ）に平面図を、図２０（ｂ）に斜視図を示すように、一部が隣接するものであれば良い。この場合、溝型の第１の流路２０と絶縁膜トンネル型の第２の流路８０との隣接部（積層部）に複数の微細孔６０が形成される。 (Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments. The first and second flow paths in the third and fourth embodiments do not necessarily need to cross each other, as shown in a plan view of FIG. 20 (a) and a perspective view of FIG. 20 (b). It is sufficient if the parts are adjacent to each other. In this case, a plurality of micro holes 60 are formed in the adjacent portion (laminated portion) of the groove-shaped first flow passage 20 and the insulating film tunnel-shaped second flow passage 80.

このような構成であっても、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができ、更に微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができる。従って、第３の実施形態と同様の効果が得られる。 Even with such a configuration, the particulate detection can be performed only by introducing the sample liquid and electrical observation, and by arranging a plurality of the fine holes 50, the frequency of the fine particles passing through the fine holes 50 is effective Can earn money. Therefore, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

また、図２１（ａ）に平面図を、図２１（ｂ）に斜視図を示すように、流路２０，８０を共に溝型の流路にしても良い。即ち、流路２０は、第３の実施形態と同様に、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。流路８０は、第３の実施形態とは異なり流路２０と同様に、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。また、これらの流路２０，８０は、交差させるのではなく一部が隣接している。そして、流路２０，８０の隣接部分の隔膜に複数の微細孔５０が設けられている。 Further, as shown in a plan view of FIG. 21 (a) and a perspective view of FIG. 21 (b), both of the flow paths 20 and 80 may be grooved. That is, as in the third embodiment, the flow path 20 is manufactured by processing the surface portion of the substrate 10 into a groove by selective etching. Unlike the third embodiment, the flow path 80 is manufactured by processing the surface portion of the substrate 10 into a groove shape by selective etching, as in the flow path 20. Moreover, these flow paths 20 and 80 do not cross but a part adjoins. A plurality of fine holes 50 are provided in the diaphragm adjacent to the flow channels 20 and 80.

ここで、微細孔５０は、円形であっても良いし、流路２０と流路５０との隣接部にスリット状に形成したものであっても良い。さらに、検出電極６０は、微細孔５０に対向するように流路２０の側壁に形成されているが、流路２０の底面に形成しても良い。 Here, the fine holes 50 may be circular or may be formed in a slit shape in the adjacent part of the flow path 20 and the flow path 50. Furthermore, although the detection electrode 60 is formed on the side wall of the flow channel 20 so as to face the micropores 50, it may be formed on the bottom surface of the flow channel 20.

また、実施形態では第１の流路側に第１の電極、第２の流路側又は液溜め側に第２の電極を配置したが、これらの電極の配置は逆にしても良い。さらに、微細孔の数や検出電極の数は、仕様に応じて適宜変更可能である。 In the embodiment, the first electrode is arranged on the first flow path side, and the second electrode is arranged on the second flow path side or the reservoir side, but the arrangement of these electrodes may be reversed. Furthermore, the number of micropores and the number of detection electrodes can be changed appropriately according to the specification.

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example only and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof as well as included in the scope and the gist of the invention.

１０…基板
１１…Ｓｉ基板
１２，１３，３１，３５，８５…絶縁膜
１４…増幅回路
１５…コンタクト電極
１６…貫通電極
１８…第１の犠牲層
１９…第２の犠牲層
２０…第１のマイクロ流路（第１の流路）
２１，８１…液導入用リザーバ
２２，８２…液排出用リザーバ
２５…分離壁
２６…マイクロピラー
３２，３３，３４，３６，３７…バンク
４０…液溜め部
５０…微細孔
６０…検出電極（第１の電極）
７０…ＧＮＤ電極（第２の電極）
８０…第２のマイクロ流路（第２の流路）
８６〜８９…開口
３０１…電解液
３０２…検体液 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate 11 ... Si substrate 12, 13, 31, 35, 85 ... Insulating film 14 ... Amplifier circuit 15 ... Contact electrode 16 ... Through-hole electrode 18 ... 1st sacrificial layer 19 ... 2nd sacrificial layer 20 ... 1st Micro channel (first channel)
21, 81: Reservoir for liquid introduction 22, 82: Reservoir for liquid discharge 25: separation wall 26: micro pillar 32, 33, 34, 36, 37: bank 40: liquid reservoir portion 50: fine hole 60: detection electrode (second electrode 1 electrode)
70 ... GND electrode (second electrode)
80: second micro flow path (second flow path)
86 to 89: Opening 301: Electrolyte 302: Sample liquid

実施形態の分析チップは、流路を備えた基板と、前記基板に設けられ、前記流路に第１の液を導入可能な第１導入部と、前記基板に設けられ、前記流路から前記第１の液を含む液を排出可能な排出部と、前記基板に設けられ、前記流路に第２の液を導入可能な第２導入部と、前記流路に設けられた電極と、前記第２導入部と前記電極の間に設けられ、孔を備えた膜と、を備え、前記第２導入部は前記第１導入部と前記排出部の間に、前記流路の方向に沿って設けられ、前記第１導入部、前記第２導入部、前記排出部はそれぞれ、第１のバンク、第２のバンク、第３のバンクが設けられた分析チップ。 The analysis chip according to the embodiment is provided on a substrate provided with a flow path, a first introduction portion provided on the substrate and capable of introducing a first liquid into the flow path, and provided on the substrate, from the flow path A discharge part capable of discharging a liquid containing a first liquid, a second introduction part provided on the substrate and capable of introducing a second liquid into the flow path, an electrode provided in the flow path, and A membrane provided between the second introduction part and the electrode and having a hole, the second introduction part being between the first introduction part and the discharge part along the direction of the flow path The analysis chip is provided, and the first introducing unit, the second introducing unit, and the discharging unit are respectively provided with a first bank, a second bank, and a third bank .

Claims

An analysis chip for detecting particulates in a sample liquid, comprising:
A substrate,
A flow path provided on the surface of the substrate for flowing the sample liquid or the electrolyte;
A liquid reservoir provided on a part of the flow path for storing the sample liquid;
A plurality of micropores for passing fine particles, provided at the bottom of the liquid reservoir to connect the liquid reservoir and the flow path,
A plurality of first electrodes provided in the flow path or the liquid reservoir;
An analytical chip characterized by comprising.

An analysis chip for detecting particulates in a sample liquid, comprising:
A substrate,
A first flow path provided in the surface portion of the substrate for flowing the sample liquid;
A second flow path for flowing the sample liquid or the electrolyte, which is provided on a surface portion of the substrate so as to be adjacent to or intersect with the first flow path;
A plurality of micropores provided at adjacent or intersecting portions of the first and second flow channels and connecting the first and second flow channels;
A plurality of first electrodes provided corresponding to the fine holes in the first or second flow path;
An analytical chip characterized by comprising.

The first electrode according to claim 1 or 2, wherein one first electrode is provided for one or a predetermined number of the fine holes, and is provided at the bottom of the flow path. Analysis chip.

The substrate is provided with an insulating film on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is provided with a plurality of amplification circuits.
4. The device according to claim 1, wherein the first electrode is provided on the insulating film, and is connected to the amplifier circuit through a through electrode penetrating the insulating film. 5. Analysis chip.

The analysis chip according to any one of claims 1 to 4, wherein the flow path has a liquid introduction reservoir for liquid introduction or a liquid discharge reservoir for liquid ejection.