JP7386874B2 - シーケンシングチップ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はバイオテクノロジーの分野に関し、具体的には、本発明はシーケンシングチップ及びその製造方法に関する。

マイクロアレイシーケンシングチップは、ハイスループットシーケンシングの達成に必要な条件の一つであり、現在使用されているＤＮＡナノボール（ＤＮＢ、ＤＮＡ Ｎａｎｏ Ｂａｌｌ）シーケンシング技術では、次のステップのシーケンシング生化学反応を行うために、ＤＮＢをシーケンシングチップに固定する必要がある。現在使用されているシーケンシングチップを例にとると、各チップの表面に約２億のＤＮＢ結合部位が付いている。ＤＮＢを結合部位に安定して固定するために、シーケンシングチップ表面に対してアミノ化処理を行う必要がある。そのほか、非特異的吸着をできるだけ減少し、バックグラウンドを低下し、シーケンシングの品質を向上させるように、チップ表面の結合部位以外の領域に対してその他の処理を行う必要がある。したがって、マイクロアレイ付きのシーケンシングチップを効率的かつ低コストで製造するのは、高品質シーケンシングを実現する基礎作業の一つである。

従来のシーケンシングチップの製造ステップは、主に、まず、半導体プロセスによってシリコンウェーハ上にナノアレイを含むパターン化されたフォトレジスト層を製造するステップであって、該パターン化された層は複数の同じユニット構造を含んでもよく、各ユニットが１枚のシーケンシングチップを形成することができるステップと、次に、パターン化された層付きのウェーハに対して化学蒸着処理を行い、ウェーハ機能領域にアミノ化層を形成するステップと、組み立てプロセスを経て、ウェーハをシングルチップに分割してテスト可能なシーケンシングチップに組み立てるステップと、を含む。

シリコンウェーハにパターン化されたフォトレジスト層を形成するプロセスは、まず、１枚のシリコンウェーハを提供し、シリコンウェーハ表面に一層の酸化ケイ素層を形成するステップと、次に、化学蒸着（ＣＶＤ）またはスピンコーティング方法を使用して酸化ケイ素層に一層のＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌｏｘａｎｅ、ヘキサメチルジシロキサン）層を形成し、標準的なフォトリソグラフィー、現像、及び酸素プラズマエッチングプロセスによってパターン化されたフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層における、現像されるとともに酸素プラズマ処理された部分に、底層にある酸化ケイ素層を露出させるステップと、を含む。該パターン化されたフォトレジスト層は同じナノアレイ構造を含む複数のユニットを含み、各ユニットは１つのシーケンシングチップを形成することができる。

機能領域にアミノ化層を形成するプロセスは以下の通りである。パターン化されたフォトレジスト層が形成されたシリコンウェーハに対して化学蒸着方法によってアミノ化処理を行い、フォトレジストがなくて、酸化ケイ素を露出した領域には、アミノ化層が酸化ケイ素層上に形成され、その他のフォトレジストで被覆された領域には、アミノ化層がフォトレジスト層上に形成される。

組み立てプロセスは以下を含む。アミノ化処理を施したウェーハに保護用のフォトレジストを第２層としてコーティングし、ウェーハ切断プロセスによってウェーハを切断して複数のシングルチップを形成する。このようなシングルチップはフォトレジスト除去プロセスを経た後、表面にアミノ化領域とＨＭＤＳ領域が交互に存在している機能化されたアレイパターンが形成されている。次に、フレーム、カバーガラス及びチップを、のりまたは他の接着剤で、流体チャネル及び液体の入口／出口を含むシーケンシングチップに組み立てる。流体チャネルは、カバーガラスとシリコンチップとの間に形成されてのりまたは接着剤で仕切られ、液体の入口／出口はフレームまたはカバーガラスに設けられる。

シーケンシングチップを形成した後、テスト対象ＤＮＢサンプルを液体の入口／出口を介して流体チャネル内に注入し、シリコンチップ上のアミノ化領域とＨＭＤＳ領域が交互に配置される表面機能化アレイに接触させる。ＤＮＢは選択的にアミノ化領域によって吸着されるが、ＨＭＤＳ領域によってはじかれるため、表面にアレイ状に配置されたＤＮＢアレイを形成する。光学的方法を用いてＤＮＢアレイからの信号を収集すると、ＤＮＢ上の塩基の配列を認識することができ、それによりシーケンシングアプリケーションを実行する。

このような方法によって製造されたシーケンシングチップは、主にシリコンチップ表面のアミノ化領域とＨＭＤＳ領域がＤＮＢを選択的に吸着することによってシーケンシングするが、アミノ化領域とＨＭＤＳ領域は両方とも酸化ケイ素表面上の単分子層であり、シリコンチップをシーケンシングチップに組み立てる過程またはシーケンシングチップの使用過程において、表面の単分子層が物理的及び化学的接触によって簡単に損傷され（例えば表面の擦り傷、高温、またはそれと反応する可能性のある他の化学試薬との接触）、それにより、シーケンシングチップの性能に影響を与え、ひいてはチップを使用できなくなる。シーケンシングチップを使用してシーケンシングアプリケーションを実行する時に有効なデータの生成効率に影響を与えるだけでなく、シーケンシングチップ製造の歩留まりを低下させ、シーケンシングチップの産出が減少し、間接にシーケンシングチップのコストを向上させる。

従って、効率的かつ低コストで、環境にやさしいシーケンシングチップの開発が急がれる。

上記の従来のシーケンシングチップに存在している問題に基づいて、本発明は、より安定で、信頼性があり、より優れた性能を有する新規のシーケンシングチップ構造及び製造方法を提案する。本発明は、表面の単分子層を使用してＤＮＢアレイを形成するのではなく、シリコンウェーハの表面に巨視的に存在している金属酸化物領域と酸化ケイ素領域が交互に存在しているパターン化されたアレイ（井字状またはスポット状）を使用してＤＮＢを選択的に吸着し、シーケンシングに使用できるＤＮＢアレイを形成する。本発明に記載のシーケンシングチップは同様に、半導体プロセスによって製造され、まず１枚のウェーハに遷移金属酸化物領域と酸化ケイ素領域が交互に存在しているパターン化されたアレイを形成し、次に、スライスプロセスによってウェーハを複数枚のシングルチップに切断し、組み立てプロセスによってシングルチップを１枚のシーケンシングチップに組み立てる。遷移金属酸化物と酸化ケイ素の表面特性の違いを利用して、チップ表面のＤＮＢ結合部位領域（即ち機能領域、遷移金属酸化物領域）と非結合部位領域（即ち非機能領域、酸化ケイ素）の選択的な修飾を実現できる。同時に、チップ表面の機能領域（即ちＤＮＢの結合部位領域）のＤＮＢへの特異的結合を更に向上させるために、発明者はまた、遷移金属酸化物にアミノ基を特異的に導入することを初めて提案し、チップ表面の機能領域のＤＮＢへの特異的結合を更に向上させる。同時に、発明者はまた、良好な生体適合性を有する共重合体（例えばポリエチレングリコール化合物）を使用してチップ表面の非機能領域（即ちＤＮＢ非結合部位領域）を修飾することを初めて提案し、チップ表面の非機能領域のＤＮＢへの結合を低下させ、チップ表面の機能領域のＤＮＢへの特異的結合を更に向上させ、シーケンシング品質を更に高める。本発明によるシーケンシングチップの利点は以下の通りである。シリコンウェーハ表面は金属酸化物領域と酸化ケイ素領域が交互に存在して形成したアレイであり、単分子層からなるアレイと比べて、より安定で、信頼性があり、シーケンシングチップデータの生成効率を向上でき、シーケンシングチップの産出を増加させ、それにより、コストを削減する。そして、本発明は、さらに、光学シミュレーション結果に基づいてこのようなシーケンシングチップの最適な構造サイズを提案し、該最適な構造サイズにより、テスト対象サンプルからの信号を強化し、それにより、シーケンシングチップの性能を向上させる。

本発明の第１の態様において、本発明は、チップ基材を提案する。本発明の実施例によれば、前記チップ基材は、均一に分布している切断線を有するウェーハ層と、酸化ケイ素からなり、前記ウェーハ層の上表面に形成される第１の酸化ケイ素層と、遷移金属酸化物からなり、前記第１の酸化ケイ素層の上表面に形成される遷移金属酸化物層と、を含む。

特別な説明がない限り、本発明に記載の「チップ基材」とは、チップダイに分割するために使用できるシーケンシングチップユニットを指し、例えば、本発明の実施例によるチップ基材は、チップダイに分割することができ、さらに、前記チップダイを組み合わせてシーケンシングチップ本体とすることができ、前記シーケンシングチップ本体と液体の入口／出口を有するサポートフレームによりシーケンシングチップを形成する。

本発明の実施例によるチップ基材は、遷移金属酸化物からなる遷移金属酸化物層と酸化ケイ素からなる酸化ケイ素層を有し、遷移金属酸化物と酸化ケイ素が異なる特性を備えるため、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢを含む溶液のｐＨ及び界面活性剤成分などを変えることによって、本発明の実施例によるチップ基材の遷移金属酸化物領域上へのシーケンシング対象配列の選択的吸着を実現することができる。この時、本発明の実施例によるチップ基材は、シーケンシング対象配列結合部位領域（即ち機能領域）とシーケンシング配列非結合部位領域（即ち非機能領域）という２つの領域に区分されることができ、理解できるものとして、この時、シーケンシング基板上の遷移金属酸化物層はシーケンシング対象配列に特異的に結合される機能領域を構成し、シーケンシング配列に結合できない酸化ケイ素層は非機能領域を構成する。なお、シーケンシング配列結合部位領域と非結合部位領域を選択的に修飾することもでき、遷移金属酸化物領域へのシーケンシング対象配列の選択的な吸着能力をさらに強化する。本発明の実施例によるチップ基材は、高温、高湿度などの過酷な環境に耐えられるという特長を有する。

本発明の第２の態様において、本発明は、シーケンシングチップを提案する。本発明の実施例によれば、前記シーケンシングチップは、複数のチップダイを含むチップ本体を備え、前記チップダイは以上のようなチップ基材をウェーハ層の切断線に沿って切断することによって得られたものである。発明者は、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢを含む溶液のｐＨ及び界面活性剤成分などを変えるだけで、遷移金属酸化物層上へのシーケンシング対象配列の選択的吸着を実現することができることを見出した。本発明の実施例によるシーケンシングチップはより安定で、シーケンシング結果はより信頼でき、シーケンシングチップデータの生成効率を顕著に向上させ、シーケンシングチップの産出を増加させ、シーケンシングコストを大幅に低下させることができる。

本発明の第３の態様において、本発明は以上のようなチップ基材を製造する方法を提案する。本発明の実施例によれば、前記方法は、遷移金属酸化物層を形成ように、ウェーハ層に対して表面修飾を行うことを含む。前記表面修飾は、遷移金属酸化物を使用して前記ウェーハ層の表面を処理することを含む。前記ウェーハ層の上表面には、酸化ケイ素からなる第１の酸化ケイ素層を有し、前記遷移金属層は前記第１の酸化ケイ素層の上表面に形成され、前記ウェーハ層は均一に分布している切断線を有する。本発明の実施例による方法は操作が簡単であり、環境にやさしい。

本発明の第４の態様において、本発明はシーケンシングチップを製造する方法を提案する。本発明の実施例によれば、前記方法はチップ基材をウェーハ層の切断線に沿って切断することによって得られたチップダイを組み立てることを含む。前記チップ基材は以上のように限定されるかまたは以上のような方法によって取得される。本発明の実施例による方法は操作が簡単であり、製造されたシーケンシングチップの歩留まりが高い。

本発明の第５の態様において、本発明はシーケンシング方法を提案する。本発明の実施例によれば、前記方法は、シーケンシングチップを使用してシーケンシングすることを含み、前記シーケンシングチップは、以上のように限定されるかまたは以上のような方法によって製造される。本発明の実施例による方法は、シーケンシングの結果がより正確であり、コストがより低い。

図１～５は本発明の一態様によるアレイ式「スポット」構造を有するパターン化された遷移金属酸化物層シーケンシングチップの製造過程における各プロセス過程での断面図である。
本発明の実施例による、表面に酸化ケイ素層を有するウェーハにアレイ式「スポット」構造を有する一層の遷移金属酸化物層薄膜を形成するウェーハ構造１－１０の断面図である。 本発明の実施例による図１のウェーハ構造１－１０のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ１－２０の断面図である。 本発明の実施例による図２のチップの組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ１－３０の断面図である。 本発明の実施例による、図３のシーケンシングチップ１－３０の表面機能化修飾後のシーケンシングチップ１－４０である。 本発明の実施例による、図４の表面修飾後のシーケンシングチップ１－４０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを含むシーケンシングチップ１－５０Ａの断面図である。 本発明の実施例による、表面修飾を必要とせずにシーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成できるより簡潔なシーケンシングチップ１－５０Ｂの断面図である。 本発明の実施例による蛍光信号強度と酸化ケイ素層の厚さとの関係である。 本発明の実施例による蛍光信号強度と遷移金属酸化物の厚さとの関係（「スポット」構造）である。 図６～１１は、本発明の他の態様による、アレイ式「井」構造を有するパターン化された遷移金属酸化物層シーケンシングチップの製造過程における各プロセス過程での断面図である。 本発明の実施例による、表面に酸化ケイ素層を有するウェーハに一層の遷移金属酸化物層薄膜を形成するウェーハ構造２－１０の断面図である。 本発明の実施例による、図６に示すような遷移金属酸化物層薄膜を有するウェーハ構造２－１０にアレイ式「井」構造を有する一層の酸化ケイ素層を形成した後に形成されたウェーハ２－２０の断面図である。 本発明の実施例による、図７に示すようなアレイ式「井」構造を有するウェーハ構造２－２０のスライスプロセスの後に形成された複数のシングルチップ２－３０の断面図である。 本発明の実施例による、図８のシングルチップの組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ２－４０の断面図である。 本発明の実施例による、図９に示すようなシーケンシングチップの表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ２－５０の断面図である。 本発明の実施例による、図１０に示すような表面機能化の修飾処理後のシーケンシングチップ２－５０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ２－６０Ａの断面図である。 本発明の実施例による、表面修飾を必要とせずにシーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成できるより簡潔なシーケンシングチップ２－６０Ｂの断面図である。 本発明の実施例による、シリコン基板に基づく異なる「井」構造の蛍光信号と第２層の酸化層との関係である。 本発明の実施例による、蛍光信号強度と遷移金属酸化物の厚さとの関係である。 図１２－１７は、本発明の他の態様による、他のアレイ式「井」構造を有するパターン化された遷移金属酸化物層シーケンシングチップの製造過程における各プロセス過程での断面図である。 本発明の実施例による、表面に酸化ケイ素層を有するウェーハにアレイ式「スポット」構造を有する一層の遷移金属酸化物層を形成するウェーハ構造３－１０の断面図である。 本発明の実施例による、図１２に示すような遷移金属酸化物層薄膜を有するウェーハ構造３－１０にアレイ式「井」構造を有する一層の酸化ケイ素層を形成した後に形成されたウェーハ３－２０の断面図である。 本発明の実施例による、図１３に示すようなアレイ式「井」構造を有するウェーハ構造３－２０のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ３－３０の断面図である。 本発明の実施例による、図１４のシングルチップの組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ３－４０の断面図である。 本発明の実施例による、図１５に示すようなシーケンシングチップの表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ３－５０の断面図である。 本発明の実施例による、図１６に示すような表面機能化の修飾処理後のシーケンシングチップ３－５０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ３－６０Ａの断面図である。 本発明の実施例による、表面修飾を必要とせずにシーケンシングチップにＤＮＢアレイを形成できるより簡潔なシーケンシングチップ３－６０Ｂの断面図である。 本発明の実施例による、他のシリコン基板に基づく異なる「井」構造の蛍光信号と第２層の酸化層との関係である。 図１８－２２は、本発明の他の態様によるアレイ式「スポット」構造を有するパターン化された裏面照射型遷移金属酸化物層シーケンシングチップの製造過程における各プロセス過程での断面図である。 本発明の実施例による、表面に酸化ケイ素層を有するウェーハにアレイ式「スポット」構造を有する一層の遷移金属酸化物層薄膜を形成するウェーハ構造４－１０の断面図である。 本発明の実施例による、図１８に示すようなアレイ式「スポット」構造を有するウェーハ構造４－１０のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ４－２０の断面図である。 本発明の実施例による、図１９のシングルチップ４－２０の組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ４－３０の断面図であり、この組み立てプロセスは、チップのパターン化された層を下へ向けてフレームと組み立て、それにより励起光源とカメラはチップの裏面から石英またはガラス基板を介してＤＮＢを照らし、信号を収集することである。 本発明の実施例による、図２０に示すようなシーケンシングチップの表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ４－４０の断面図である。 本発明の実施例による、図２１に示すような表面機能化の修飾処理後のシーケンシングチップ４－４０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ４－５０Ａの断面図である。 本発明の実施例による、表面修飾を必要とせずにシーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成できるより簡潔なシーケンシングチップ４－５０Ｂの断面図である。 本発明の実施例による、石英基板に基づく蛍光信号と第２層の酸化層との関係（裏面照射型「スポット」構造）である。 図２３～２８は、本発明の他の態様による、アレイ式「井」構造を有するパターン化された裏面照射型遷移金属酸化物層シーケンシングチップの製造過程における各プロセス過程での断面図である。 本発明の実施例による、表面に酸化ケイ素層を有するウェーハに一層の遷移金属酸化物層薄膜を形成するウェーハ構造５－１０の断面図である。 本発明の実施例による、図２３に示すような遷移金属酸化物層薄膜を有するウェーハ構造５－１０にアレイ式「井」構造を有する一層の酸化ケイ素層を形成した後に形成されたウェーハ５－２０の断面図である。 本発明の実施例による、図２４に示すようなアレイ式「井」構造を有するウェーハ構造５－２０のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ５－３０の断面図である。 本発明の実施例による、図２５のシングルチップ５－３０の組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ５－４０の断面図であり、この組み立てプロセスは、チップのパターン化された層を下へ向けてフレームと組み立て、それにより励起光源とカメラはチップの裏面から石英またはガラス基板を介してＤＮＢを照らし、信号を収集することである。 本発明の実施例による、図２６に示すようなシーケンシングチップの表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ５－５０の断面図である。 本発明の実施例による、図２７に示すような表面機能化の修飾処理後のシーケンシングチップ５－５０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ５－６０Ａの断面図である。 本発明の実施例による、表面修飾を必要とせずにシーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成できるより簡潔なシーケンシングチップ５－６０Ｂの断面図である。 本発明の実施例による石英基板に基づく異なる「井」構造を有する蛍光信号と第２層の酸化層との関係（裏面照射型「井」構造）である。 図２９－３４は、本発明の他の態様による他のアレイ式「井」構造を有するパターン化された裏面照射型遷移金属酸化物層シーケンシングチップの製造過程における各プロセス過程での断面図である。 本発明の実施例による、表面に酸化ケイ素層６１２を有するウェーハ６１１にアレイ式「スポット」構造を有する一層の遷移金属酸化物層６１３を形成するウェーハ構造６－１０の断面図である。 本発明の実施例による、図２９に示すような遷移金属酸化物層薄膜を有するウェーハ構造６－１０にアレイ式「井」構造を有する一層の酸化ケイ素層を形成した後に形成されたウェーハ６－２０の断面図である。 本発明の実施例による、図３０に示すようなアレイ式「井」構造を有するウェーハ構造６－２０のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ６－３０の断面図である。 本発明の実施例による、図３１のシングルチップ６－３０の組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ６－４０の断面図であり、この組み立てプロセスは、チップのパターン化された層を下へ向けてフレームと組み立て、それにより励起光源とカメラはチップの裏面から石英またはガラス基板を介してＤＮＢを照らし、信号を収集することである。 本発明の実施例による、図３２に示すようなシーケンシングチップの表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ６－５０の断面図である。 本発明の実施例による、図３３に示すような表面機能化の修飾処理後のシーケンシングチップ６－５０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ６－６０Ａの断面図である。 本発明の実施例による、表面修飾を必要とせずにシーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成できるより簡潔なシーケンシングチップ６－６０Ｂの断面図である。 本発明の実施例による、他の石英基板に基づく異なる「井」構造を有する蛍光信号と第２層の酸化層との関係（他の裏面照射型「井」構造）である。 図３５～４１は、本発明の他の態様による、ＣＭＯＳイメージセンサーウェーハにアレイ式「スポット」構造または「井」構造を有するパターン化された遷移金属酸化物層シーケンシングチップを製造する製造過程における各プロセスステップでの断面図である。 本発明の実施例による、表面酸化層付きのＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ７－１０の断面図である。 本発明の実施例による、図３５に示すようなＣＭＯＳウェーハ７－１０にアレイ式「スポット」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のウェーハ構造７－２０Ａの断面図である。 本発明の実施例による、図３５に示すようなＣＭＯＳウェーハ７－１０にアレイ式「井」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のウェーハ構造７－２０Ｂの断面図である。 本発明の実施例による、図３５に示すようなＣＭＯＳウェーハ７－１０に他のアレイ式「井」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のウェーハ構造７－２０Ｃの断面図である。 本発明の実施例による、図３６に示すようなパターン化された遷移金属酸化物層を有するＣＭＯＳウェーハ７－２０のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ７－３０の断面図である。 本発明の実施例による、図３７に示すようなシングルチップのチップ実装及びワイヤーボンディング後に形成されたチップ構造７－４０の断面図である。 本発明の実施例による、図３８に示すようなチップ実装及びワイヤーボンディングプロセス後のチップ７－５０に蓋構造を貼り合わせることによって形成されたシーケンシングチップ７－５０の断面図である。 本発明の実施例による、図３９に示すようなシーケンシングチップの表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ７－６０の断面図である。 本発明の実施例による、図４０に示すような表面機能化の修飾処理後のチップ７－６０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ７－７０Ａの断面図である。 本発明の実施例による、表面修飾を必要とせずにシーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成できるより簡潔なシーケンシングチップ７－７０Ｂの断面図である。 本発明の実施例による、ＣＭＯＳ構造に基づく蛍光強度とトップ酸化層の厚さとの関係である。 本発明の実施例による、ＣＭＯＳ構造に基づく蛍光強度と「スポット」金属酸化層の厚さとの関係である。 本発明の実施例による、ＣＭＯＳ構造に基づく蛍光強度と薄膜金属酸化層の厚さとの関係である。 本発明の実施例による、ＣＭＯＳ構造に基づく蛍光強度と第２層の酸化物の厚さとの関係（薄膜金属酸化層）である。 本発明の実施例による、アレイ式「スポット」構造を有する遷移金属酸化物層のウェーハ構造８－１０の断面図である。 本発明の実施例による、図４２に示すようなウェーハ構造８－１０のスライスプロセス後に複数のシングルチップ８１及び８２を形成したウェーハ構造８－２０の断面図である。 本発明の実施例による、図４３の形成されたシングルチップ８１または８２と１つのハンドル構造８３１を組み立てた後に形成された再利用可能なシーケンシングチップ８－３０の断面図である。 本発明の実施例による、図４４に示すような組み立てられたシーケンシングチップを試薬８４２が充填された容器８４１に浸す模式図である。 本発明の実施例による、遷移金属酸化物チップの表面を修飾せずに、ＤＮＢの載せ条件を変える蛍光画像である。 本発明の実施例による、Ｚｅｂｒａプラットフォーム上でのコンピューターによるシーケンシング結果図である。 本発明の実施例による、遷移金属酸化物チップの表面に対して選択的にアミノ化修飾を行った後にＤＮＢを載せた蛍光画像である。 本発明の実施例による、遷移金属酸化物領域に対してアミノ化を行うとともに二酸化ケイ素の非機能領域に対して共重合体修飾を行った後にＤＮＢを載せた蛍光画像であり、左：対照群、右：試験群である。 本発明の実施例による、ポリエチレングリコールを含むシランカップリング剤を使用して非機能領域をさらに修飾する効果検出の蛍光画像であり、左：対照群、右：試験群である。

以下、本発明の実施例を詳細に説明し、前記実施例の例を図面に示す。以下、図面を参照して説明した実施例は例示的なものであり、本発明を解釈するために使用されることを目的とし、本発明を制限するものとして理解されるべきではない。

例における試薬、検出機器などは、特別な説明がない限り、自分で調製するか、市販を介して取得することができる。

説明する必要があるものとして、本発明に記載の「遷移金属酸化物領域」とは、チップ基材の表面から見ると、遷移金属酸化物からなる領域であり、本発明に記載の「酸化ケイ素領域」とは、チップ基材の表面から見ると、酸化ケイ素からなる領域である。

用語「パターン化された層」とは、ウェーハ表面上の遷移金属酸化物領域と酸化ケイ素領域が交互に存在する形状を指し、「井字形」と「スポット」構造を含む。

用語「スポット」構造とは、遷移金属酸化物領域が酸化ケイ素領域よりも高く突出し、即ち遷移金属酸化物が酸化ケイ素上に離散的に分布している。

用語「前記遷移金属酸化物層は連続層構造であり、前記第２の酸化ケイ素層は、酸化ケイ素によって、つながっている複数の井字状で前記遷移金属酸化物層の上表面に形成される」とは、第２の酸化ケイ素層が井字状格子構造であり、前記遷移金属酸化物層の上表面に被覆するように位置し、即ち井字状格子の格子体は酸化ケイ素であり、井字状格子の凹部は遷移金属酸化物であることを指す。第２の酸化ケイ素層は井戸のように凹み、遷移金属酸化物層の上表面に井字状格子形状を形成することとして理解されることもできる。用語「チップ基材」は、シングルチップに分割してテストできるシーケンシングチップに組み立てるために使用できる。ウェーハ構造には数十から数千の同じシングルチップ（ウェーハサイズ及びチップサイズによって決められる）が含まれ、且つチップとチップとの間に非常に狭い非機能間隔が残され、この間隔は切断線とも呼ばれる。

本発明のシーケンシングチップの製造は特に限定されず、用いられるウェーハ材料に応じて従来の技術における従来の該ウェーハ材料のシーケンシングチップ製造方法に適用され、従来の技術におけるシーケンシングチップと比べて、用いられるシングルチップが異なる点で異なる。

用語「シングルチップ」とは、本発明における「チップ基材」を切断線に沿って切断して得られるものであり、「チップダイ」とも呼ばれることができる。

＜チップ基材＞
本発明の第１の態様において、本発明は、チップ基材を提案する。本発明の実施例によれば、前記チップ基材は、均一に分布している切断線を有するウェーハ層と、酸化ケイ素からなり、前記ウェーハ層の上表面に形成される第１の酸化ケイ素層と、遷移金属酸化物からなり、前記第１の酸化ケイ素層の上表面に形成される遷移金属酸化物層と、を含む。本発明の実施例によるチップ基材の表面は、シーケンシング対象配列（特にＤＮＢ）結合部位領域（遷移金属酸化物領域、即ち機能領域）とシーケンシング対象配列非結合部位領域（酸化ケイ素領域、即ち非機能領域）という２つの領域を含む。発明者は、前記チップ基材上の遷移金属酸化物領域と酸化ケイ素領域の表面特性の異なりを利用し、シーケンシング対象配列を含有する溶液のｐＨ及び界面活性剤成分などを変えるだけで、遷移金属酸化物領域上へのシーケンシング対象配列の選択的吸着を実現することができると発見した。なお、遷移金属酸化物領域と非機能領域を選択的に修飾することもでき、遷移金属酸化物領域へのＤＮＢの選択的な吸着能力をさらに強化する。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物層はつながっていない複数の遷移金属酸化物スポットからなる。遷移金属酸化物は、スパッタリング、電子ビーム蒸発または熱蒸発原子層堆積などの従来の方法によって遷移金属酸化物を離散的に酸化ケイ素の表面に分布し、「スポット」形のパターン化された遷移金属酸化物層を形成する。それにより、表面から見ると、チップ基材には、シーケンシング配列に特異的に結合する遷移金属酸化物スポット及びスポットの間にあるシーケンシング配列に結合できない酸化ケイ素領域が形成される。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物スポットの厚さは１０～２０ｎｍであり、前記第１の酸化ケイ素層の厚さは８０～１００ｎｍであり、好ましくは９０ｎｍである。シミュレーション計算を通じて、発明者は、遷移金属酸化物スポットの厚さが１０～２０ｎｍであり、酸化ケイ素層において、第１の酸化ケイ素層の厚さが８０～１００ｎｍであり、好ましくは９０ｎｍであるチップ基材は、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢからの光に対する反射率がより高くなり、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢからの光信号ができるだけ多く信号検出装置によってキャプチャされ、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢの信号強度を間接に強化し、信号対雑音比がより高くなり、最終に得られたシーケンシングチップの性能を大幅に向上させることを発見した。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物スポットにアミノ基がさらに接続される。発明者は、遷移金属酸化物分子をアミノ化することによって、チップ基材の表面の機能領域のＤＮＢへの吸着の特異性をさらに向上させることができると発見した。それにより、ＤＮＢのｐＨ及び界面活性剤組成を調整することによって、チップ基材の表面の機能領域のＤＮＢへの特異性吸着機能がより高い。

本発明の実施例によれば、前記つながっていない複数の遷移金属酸化物スポットの間の第１の酸化ケイ素層にポリエチレングリコールがさらに接続される。それにより、チップ基材の表面の非機能領域のＤＮＢへの非特異的吸着をさらに低下させる。

本発明の実施例によれば、前記チップ基材は第２の酸化ケイ素層をさらに含む。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物層は連続層構造であり、前記第２の酸化ケイ素層は、酸化ケイ素により、つながっている複数の井字状で前記遷移金属酸化物層の上表面に形成される。説明する必要があるものとして、連続層構造とは、遷移金属酸化物が第１の酸化ケイ素層の上表面にいっぱいに広がる。それにより、遷移金属酸化物層の上表面に１つまたは複数の井字形の第２の酸化ケイ素層を被覆することによって、パターン化された遷移金属酸化物と酸化ケイ素が交互に現れるパターンを取得することができる。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物層はつながっていない複数の遷移金属酸化物スポットからなり、前記第２の酸化ケイ素層は前記つながっていない複数の遷移金属酸化物スポットの間の第１の酸化ケイ素層の上表面に形成される。理解できるものとして、ここでの第２の酸化ケイ素層は遷移金属酸化物スポットと井字形を形成することができ、遷移金属酸化物が井字形の凹部に位置し、第２の酸化ケイ素層が井字形の格子体を形成し、このように、第２の酸化ケイ素層が遷移金属酸化物層よりも高くてもよく、遷移金属酸化層の高さと同様であってもよい。

本発明の実施例によれば、前記ウェーハはシリコンウェーハであり、前記第２の酸化ケイ素層の厚さは４０～６０ｎｍであり、好ましくは５０ｎｍであり、前記遷移金属酸化物層の厚さは５～１５ｎｍであり、前記第１の酸化ケイ素層の厚さは８０～１００ｎｍであり、好ましくは９０ｎｍである。発明者は、シミュレーション計算を通じて、ウェーハがシリコンウェーハである場合、井字形構造を形成するチップ基材の第２の酸化ケイ素層の厚さは４０～６０ｎｍであり、好ましくは５０ｎｍであり、遷移金属酸化物層の厚さは５～１５ｎｍであり、第１の酸化ケイ素層の厚さは８０～１００ｎｍであり、好ましくは９０ｎｍであると、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢからの光に対する反射率がより高くなり、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢからの光信号ができるだけ多く信号検出装置によってキャプチャされ、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢの信号強度を間接に強化し、信号対雑音比がより高くなり、最終に得られたシーケンシングチップの性能を大幅に向上させる。

本発明の実施例によれば、前記ウェーハは石英ウェーハであり、前記第２の酸化ケイ素層の厚さは１００～２００ｎｍであり、前記遷移金属酸化物層の厚さは１０～２０ｎｍであり、前記第１の酸化ケイ素層の厚さは８０～１００ｎｍであり、好ましくは９０ｎｍである。発明者は、シミュレーション計算を通じて、ウェーハが石英ウェーハである場合、井字形構造を形成するチップ基材の第２の酸化ケイ素層の厚さは１００～２００ｎｍであり、遷移金属酸化物層の厚さは１０～２０ｎｍであり、第１の酸化ケイ素層の厚さは８０～１００ｎｍであり、好ましくは９０ｎｍであると、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢからの光に対する反射率がより高くなり、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢからの光信号ができるだけ多く信号検出装置によってキャプチャされ、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢの信号強度を間接に強化し、信号対雑音比をより高くさせ、最終に得られたシーケンシングチップの性能を大幅に向上させる。また、第２の酸化ケイ素層の厚さは１００～２００ｎｍである場合、最終に形成されたシーケンシングチップでは、井字形構造がシーケンシング対象配列、特にＤＮＢを載せる適切な深さを有するのを確保するだけでなく、カメラが強度の高い蛍光信号を収集することができる。

本発明の実施例によれば、前記第２の酸化ケイ素層の井字状格子の凹部にある前記遷移金属酸化物層または前記遷移金属酸化物スポットにアミノ基がさらに接続される。発明者は、遷移金属酸化物分子をアミノ化することによって、チップ基材の表面の機能領域のシーケンシング対象配列への吸着の特異性をさらに向上させることができる。それにより、シーケンシング対象配列のｐＨ及び界面活性剤組成を調整することによって、チップ基材の表面の機能領域のシーケンシング対象配列への特異性吸着を実現することができる。

本発明の実施例によれば、前記第２の酸化ケイ素層にポリエチレングリコールがさらに接続される。それにより、チップ表面の非機能領域のＤＮＢへの非特異的吸着をさらに低下させる。

本発明の実施例によれば、前記アミノ基と前記遷移金属酸化物層のうちの遷移金属酸化物分子の少なくとも一部は化学結合によって接続される。「化学結合」とは、遷移金属－Ｏ－Ｐ結合（例えばＺｒ－Ｏ－Ｐ結合、Ｔｉ－Ｏ－Ｐ結合、Ｔａ－Ｏ－Ｐ結合）を指す。それにより、アミノ基と遷移金属酸化物を緊密に結合することができる。

本発明の実施例によれば、前記化学結合は、遷移金属酸化物分子とアミノホスホン酸化合物のリン酸基を接続することによって形成される。発明者は、ホスホン酸基が酸化ケイ素層と反応せずに遷移金属酸化物分子と特異的に反応することを利用し、アミノホスホン酸化合物を利用して特異的に遷移金属酸化物分子にアミノ基を導入することができる。

本発明の実施例によれば、前記ポリエチレングリコールはポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールとポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤から選ばれる少なくとも１つにより提供される。それにより、チップ基材の表面の非機能領域のＤＮＢへの非特異的吸着がさらに低下する。

本発明の実施例によれば、前記ポリエチレングリコールは、ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールにより提供され、前記ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールが静電気を介して前記第１の酸化ケイ素層の表面または第２の酸化ケイ素層の表面に吸着される。

本発明の実施例によれば、前記ポリエチレングリコールは、ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤により提供され、前記ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤は－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－鎖を介して前記第１の酸化ケイ素層または第２の酸化ケイ素層に接続される。

説明する必要があるものとして、本発明の実施例によるウェーハの材料は制限されない。本発明の具体的な実施例によれば、前記ウェーハは、シリコンウェーハ、石英ウェーハ、ガラスウェーハ及びＣＭＯＳウェーハから選ばれる少なくとも１種を含む。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物は、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、六酸化ニオブ及び二酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも１種を含む。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物は、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、五酸化タンタルから選ばれる少なくとも１種を含む。

＜シーケンシングチップ＞
本発明の第２の態様において、本発明は、シーケンシングチップを提案する。本発明の実施例によれば、前記シーケンシングチップは複数のチップダイを含むチップ本体を備え、前記チップダイは、以上のようなチップ基材をウェーハ層の切断線に沿って切断することによって得られたものである。発明者は、シーケンシング対象配列を含有する溶液のｐＨ及び界面活性剤成分などを変えるだけで、遷移金属酸化物層上へのシーケンシング対象配列の選択的吸着を実現することができると発見した。本発明の実施例によるシーケンシングチップはより安定し、シーケンシング結果がより信頼でき、シーケンシングチップデータの生成効率を大幅に向上させ、シーケンシングチップの産出を増加し、シーケンシングコストを大幅に削減させることができる。

本発明の実施例によるシーケンシングチップ構造は、表面単分子層を必要としなくてもよく、またはチップ製造プロセスを行った後に表面修飾を行ってもよいため、本発明に記載のシーケンシングチップは特性が安定する特点を有し、シーケンシングチップの性能に影響を与えることなく、擦り傷のような物理的接触に耐えることができ、且つ高温、化学試薬の腐食に耐えることができる。したがって、該チップは、条件がより厳しいが効率がより高い加工、組み立てプロセスに耐えることができ、パッケージング輸送及び使用前の準備作業中に損壊しにくい。このため、シーケンシングチップの歩留まりを向上させ、シーケンシングチップを使用してデータを産出する効率を高め、それにより、コストを削減する。

＜以上のようなチップ基材の製造方法＞
本発明の第３の態様において、本発明は以上のようなチップ基材の製造方法を提案する。本発明の実施例によれば、前記方法は、ウェーハ層に対して表面修飾を行い、前記表面修飾は、遷移金属酸化物層を形成するように、遷移金属酸化物を使用して前記ウェーハ層の表面を処理することを含み、前記ウェーハ層の上表面は酸化ケイ素からなる第１の酸化ケイ素層を有し、前記遷移金属層は前記第１の酸化ケイ素層の上表面に形成され、前記ウェーハ層は均一に分布している切断線を有する。本発明の実施例による方法は操作が簡単であり、環境にやさしい。

本発明の実施例によれば、第１の酸化ケイ素層は、低温プラズマ化学蒸着、プラズマ強化化学蒸着、スパッタリングまたは原子層堆積の方法によって前記ウェーハ層の上表面に予め形成されたものである。説明する必要があるものとして、ウェーハ表面に第１の酸化ケイ素層を形成する方法は制限されず、例えば低温プラズマ化学蒸着、プラズマ強化化学蒸着、スパッタリング、原子層堆積などの従来の半導体プロセス技術によって行われてもよい。

本発明の実施例によれば、ウェーハ層の表面修飾は、連続遷移金属酸化物層またはスポットに並べた遷移金属酸化物層を形成するように、薄膜堆積、フォトリソグラフィーまたはエッチングの方法によって実現される。本発明の一具体的な実施例によれば、酸化ケイ素層の上表面に一層のパターン化された遷移金属酸化物層を形成し、遷移金属酸化物は二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、六酸化ニオブ、二酸化ハフニウムまたはその任意の組合わせであってもよく、該遷移金属酸化物層は酸化ケイ素層の上に離散的に分布し、特定のアレイ式パターン（即ち遷移金属酸化物格子と特別に設計されたグラフィックスまたはライン、後の段階でのシーケンシング光学による校正に寄与する）を形成し、且つ各シングルチップに同じパターン配置を有する。このパターン化された層は従来の半導体プロセス技術、例えば薄膜堆積、フォトリソグラフィー、エッチングプロセスを利用して実現し、即ちまず酸化ケイ素層の上にスパッタリング、電子ビーム蒸発、熱蒸発原子層堆積などの薄膜堆積技術によってウェーハ全体を被覆する一層の遷移金属酸化物層を形成し、次に、金属酸化物層の上に薄膜堆積、フォトリソグラフィー、エッチングプロセスによって必要なパターン化された層に対応する一層のハードマスク材料層を形成し、最終にエッチングプロセスによってハードマスク層のパターンを遷移金属酸化物層に再エッチングし、パターン化された遷移金属酸化物層を形成し、即ち離散的に配置される遷移金属酸化物は「スポット」状で酸化ケイ素層の上に順次配置され、且つ遷移金属酸化物「スポット」がない領域に、酸化ケイ素層を露出し、「スポット」状遷移金属酸化物領域のサイズはＤＮＢサイズと同じまたはやや小さく、それにより、１つの「スポット」が１つのＤＮＢのみを吸着するようにする。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物層は連続層構造であり、前記遷移金属酸化物層の上表面に酸化ケイ素により連続井字形で並べた第２の酸化ケイ素層を形成することをさらに含む。ここでの形成は主に原子層堆積法によって実現される。本発明の一具体的な実施例によれば、まずウェーハに第１の酸化ケイ素層を形成し、その後、第１の酸化ケイ素層の上に一層の遷移金属酸化物層を形成してから、従来の半導体プロセスにおけるフォトリソグラフィー、エッチング技術によって遷移金属酸化物層の上に離散的に配置されるアレイ式「井」構造を形成する。「井」構造の底部は露出された遷移金属酸化物層であり、「井」構造の周囲は遷移金属酸化物層より高い酸化ケイ素層であり、「井」のサイズはＤＮＢのサイズと一致するかまたはやや小さくし、各「井」構造に１つのＤＮＢのみが結合される。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物層はスポットに並べ、前記遷移金属酸化物層スポットの間に酸化ケイ素を堆積して第２の酸化ケイ素層を形成することをさらに含む。ここでの堆積は主に原子層堆積法によって実現される。本発明の一具体的な実施例によれば、まずウェーハに第１の酸化ケイ素層を形成し、次に、従来の半導体プロセスにおけるフォトリソグラフィー、エッチング技術によって酸化ケイ素層の上に離散的に配置されるアレイ式「井」構造を形成する。「井」構造の底部は露出される遷移金属酸化物層であり、「井」構造の周囲は遷移金属酸化物層の酸化ケイ素層より高いか、それと同じであり、「井」のサイズはＤＮＢのサイズと一致するかまたはやや小さくし、各「井」構造に１つのＤＮＢのみが結合される。

本発明の実施例によれば、前記遷移金属酸化物をアミノ化処理することをさらに含む。それにより、チップ基材の機能領域にアミノ基を導入して、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢに対する機能領域の特異性吸着能力を更に向上させることができる。

本発明の実施例によれば、前記アミノ化処理は遷移金属酸化物とアミノホスホン酸化合物を反応させることによって得られる。それにより、アミノホスホン酸化合物と遷移金属酸化物は遷移金属－Ｏ－Ｐ結合（例えばＺｒ－Ｏ－Ｐ結合、Ｔｉ－Ｏ－Ｐ結合、Ｔａ－Ｏ－Ｐ結合）を形成することができる。さらに、チップ基材の機能領域にアミノ基を導入することができ、シーケンシング対象配列、特にＤＮＢに対する機能領域の特異性吸着能力を更に向上させることができる。

本発明の実施例によれば、前記第１の酸化ケイ素層または第２の酸化ケイ素層に対して表面修飾を行い、前記第１の酸化ケイ素層または第２の酸化ケイ素層にポリエチレングリコールを導入するようにすることをさらに含む。それにより、シーケンシング配列、特にＤＮＢに対するチップ基材の非機能領域の吸着能力をさらに低下させる。

本発明の実施例によれば、前記ポリエチレングリコールは、ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールとポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤から選ばれる少なくとも１種により提供される。

本発明の実施例によれば、前記ポリエチレングリコールはポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールにより提供され、前記表面修飾は、ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールと前記第１の酸化ケイ素層の表面または第２の酸化ケイ素層の表面を静電吸着することによって行われる。それにより、チップ基材の非機能領域にポリエチレングリコールを導入することができる。

本発明の実施例によれば、前記ポリエチレングリコールはポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤により提供され、前記表面修飾は、ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤と前記第１の酸化ケイ素層または第２の酸化ケイ素層のヒドロキシル基との縮合反応により行われ、前記ヒドロキシル基は第１または第２の酸化ケイ素層がイオン化され、水中の水酸化物イオンを吸着した後に形成されるＳｉ－ＯＨにより提供される。それにより、チップ基材の非機能領域にポリエチレングリコールを導入することができる。

＜シーケンシングチップの製造方法＞
本発明の第４態様において、本発明はシーケンシングチップの製造方法を提供する。本発明の実施例によれば、前記方法は、チップ基材をウェーハ層の切断線に沿って切断することによって得られたチップダイを組み立てることを含み、前記チップ基材は以上のように限定されるかまたは以上のような方法によって取得される。本発明の実施例による方法は操作が簡単であり、製造されたシーケンシングチップの歩留まりが高い。

本発明の実施例によれば、前記切断は半導体ウェーハ切断方法によって実現される。

本発明の実施例によれば、前記組み立ては、前記チップダイを液体の入口／出口を含むサポートフレーム内に配置し、のりまたは接着剤でチップダイとサポートフレームを貼り合わせることを含み、前記フレームと前記チップダイとの間に流体チャネルを形成する。

本発明の実施例によれば、前記ウェーハはシリコンウェーハであり、前記組み立ては、前記シーケンシングチップを取得するように、前記チップダイの上表面を上へ向けて前記サポートフレームに貼り合わせ、１つのカバーガラスをチップダイの上表面に設置することを含む。

本発明の実施例によれば、前記ウェーハは石英ウェーハまたはガラスウェーハであり、前記組み立ては、前記シーケンシングチップを取得するように、前記チップダイの下表面を上へ向けて前記サポートフレームに貼り合わせることを含む。

本発明の実施例によれば、前記ウェーハはＣＭＯＳウェーハであり、前記組み立ては、前記チップダイの下表面と基板（即ち感光性素子）を貼り合わせ、前記チップダイはチップダイ上の電気信号を基板に伝送するためのワイヤによって前記基板に接続されることを含む。

本発明の実施例によれば、前記基板形態は、ＬＧＡ、ＣＬＣＣ、ＰＬＣＣなどの形態を含むが、これらに制限されない。

本発明の実施例によれば、前記ワイヤーボンディングに用いられる金属ワイヤは、金ワイヤとアルミニウムワイヤなどを含むが、これらに制限されない。

＜シーケンシング方法＞
本発明の第５の態様において、本発明は、シーケンシング方法を提案する。本発明の実施例によれば、前記方法は、シーケンシングチップを利用してシーケンシングすることを含み、前記シーケンシングチップは以上のように限定されるかまたは以上のような方法によって製造される。本発明の実施例による方法は、シーケンシングの結果はより正確であり、コストがより低い。

本発明の実施例によれば、前記シーケンシングチップの遷移金属酸化物層にＤＮＢが予め固定される。ＤＮＢサンプルは１つの点光源と見なされることができ、それから放出された光はカメラまたはＣＭＯＳイメージセンサーによって収集されることができ、その後シーケンシングする。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

＜実施例１：シリコンまたは石英ウェーハに「スポット」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法＞
図１～５を参照し、本実施例はシリコンまたは石英ウェーハに「スポット」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法を提案し、該方法の各ステップのプロセス過程での断面図を示す。該方法は、任意の内部回路または構造がないベアウェーハに完了されることができる。本発明の図にはウェーハ上の２つの領域１１と１２のみを模式的に示し、当業者は、ウェーハに（ウェーハサイズ及びチップサイズに応じて、チップの数は数十から数千の範囲である可能性がある）同じ構造を有する複数のシングルチップを形成することができ、各枚のシングルチップは１枚のシーケンシングチップを形成することができるのを認識すべきである。

図１は、ベアウェーハにＤＮＢ結合部位領域（遷移金属酸化物層、即ち機能領域）とＤＮＢ非結合部位領域（酸化ケイ素層、即ち非機能領域）が交互に存在するパターン化された層を含むウェーハ１－１０を形成する断面図である。まず図１中のウェーハ基板構造１１１を提供し、材料はシリコンまたは石英であるが、当業者は、本発明では、基板材料がシリコンまたは石英材料に制限されなく、その他の任意の適切な半導体ウェーハ材料が本発明に使用されることもできると認識すべきである。次に、ウェーハ１１１に一層の酸化ケイ素層１１２を形成し、従来の半導体プロセス技術、例えば低温プラズマ化学蒸着、プラズマ強化化学蒸着、スパッタリング、原子層堆積などによって該層酸化ケイ素を形成することができる。次に、酸化ケイ素層の上表面に一層のパターン化された遷移金属酸化物層を形成し、遷移金属酸化物は二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、六酸化ニオブ、二酸化ハフニウムまたはその任意の組合わせであってもよく、該遷移金属酸化物層は酸化ケイ素層の上に離散的に分布し、特定のアレイ式パターンを形成し、且つ各枚のシングルチップ（図１のようなシングルチップ１１と１２）に同様なパターン配置を有する。このパターン化された層は、従来の半導体プロセス技術、例えば薄膜堆積、フォトリソグラフィー、エッチングプロセスによって実現されることができ、即ちまず酸化ケイ素層の上にスパッタリング、電子ビーム蒸発、熱蒸発原子層堆積などの薄膜堆積技術によってウェーハ全体を被覆する一層の遷移金属酸化物層（図示せず）を形成し、さらに金属酸化物層に薄膜堆積、フォトリソグラフィー、エッチングプロセスによって必要なパターン化された層に対応する一層のハードマスク材料層（図示せず）を形成し、最終にエッチングプロセスによってハードマスク層のパターンを遷移金属酸化物層に再エッチングし、図１中の構造１１３に示すようなパターン化された遷移金属酸化物層を形成する。構造１１３に示すようなパターン化された層には、離散的に配置される遷移金属酸化物は「スポット」状で酸化ケイ素層の上に順次配置され、且つ遷移金属酸化物「スポット」がない領域に、酸化ケイ素層を露出し、「スポット」状遷移金属酸化物領域のサイズはＤＮＢサイズと同じまたはやや小さく、それにより、１つの「スポット」に１つのＤＮＢのみが吸着される。ここでこのパターン化された層の形成に必要なプロセスステップを説明したが、任意のこのパターン化された層を実現できるプロセス方法はこの発明に含まれると認識すべきである。図１中のウェーハ構造１－１０は数十から数千の同じチップ（ウェーハサイズ及びチップサイズに応じて決められる）を含むことができ、チップとチップとの間に非常に狭い无機能間隔が残され、この間隔が切断線とも呼ばれ、切断カッターはチップの有効構造領域を損傷することなく、ウェーハを複数のシングルチップに切断することができる。

図２は、パターン化された遷移金属酸化物層を有するウェーハ１－１０のスライスプロセス後に形成された複数の単一のウェーハ構造１－２０の断面図である。図２中のウェーハは切断溝１２１により分割されたシングルチップに切断され、この図２にはスライスプロセス後に形成されたシングルチップ１１と１２を模式的に説明する。

図３は、シングルチップをシーケンシングチップ１－３０に組み立てた後の断面図である。パターン化された表面層１１３を有するシングルチップをまず液体の入口／出口１３３を含むフレーム構造１３１に入れ、次に、疎水性処理を施したカバーガラス１３２をフレーム構造１３１の上に貼り合わせ、カバーガラス１３２とパターン化された表面１１３を含むチップの間に流体チャネル１３４を形成し、液体は液体の入口／出口１３３から流体チャネル１３４に流入または排出されることができる。この図では、フレーム１３１へのチップの組み立て、及びフレーム１３１へのカバーガラス１３２の貼り合わせはいずれも接着剤によって各部材を固定し、任意の適切な接着剤が本発明に使用されることができる。この図は組み立てられたシーケンシングチップの構造を模式的に説明し、即ち液体の入口／出口を提供するフレーム、及びフレームと流体チャネルを形成するカバーガラスを含むが、当業者は、任意の適切な材料のフレーム及びカバーガラス、及び液体の入口／出口及び流体チャネルの提供を実現できる任意のフレーム及びカバーガラス構造はいずれも本発明内に含まれるべきであると認識すべきである。

図４はシーケンシングチップ１－３０の機能化表面修飾後に形成されたシーケンシングチップ１－４０である。表面修飾用の液体は液体の入口／出口を介して流体チャネル内に入ることができ、遷移金属酸化物領域と酸化ケイ素領域に接触され、その表面に対して機能化修飾を行い、それぞれＤＮＢ（即ちＤＮＢ結合部位、遷移金属酸化物領域、機能領域）を吸着してＤＮＢ（即ちＤＮＢ非結合部位、酸化ケイ素領域、非機能領域）を反発する機能を有する。表面修飾の過程は、以下のステップを含む。（１）酸化ケイ素層の表面にポリエチレングリコール分子層１４２を形成する。前記ポリエチレングリコール分子はポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールとポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤から選ばれる少なくとも１種であり、それにより、チップ表面の非機能領域のＤＮＢに対する非特異的吸着がさらに低下し、または前記ポリエチレングリコール分子はポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールであり、前記複数のポリエチレングリコール分子の一端は酸化ケイ素層１１２に静電吸着によって接続される。ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールは酸化ケイ素層１１２には自己組み立てられることができ、その後、静電作用によって酸化ケイ素層１１２に吸着され、または前記ポリエチレングリコール分子はポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤であり、前記複数のポリエチレングリコール分子の一端は酸化ケイ素層１１２に－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－鎖によって接続され、ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤は酸化ケイ素層１１２の表面のヒドロキシル基と縮合反応が発生して、－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－鎖を形成することができる。（２）遷移金属酸化物層に複数のアミノ基１４１を形成する。前記複数のアミノ基は前記複数の遷移金属酸化物分子の少なくとも一部に接続され、酸化ケイ素層に接続されない。発明者は、遷移金属酸化物分子をアミノ化することによって、チップ表面の機能領域がＤＮＢ吸着に対する特異性をさらに向上させることができると発見した。それにより、ＤＮＢのｐＨ及び界面活性剤組成を調整することにより、チップ表面の機能領域のＤＮＢに対する特異性吸着を実現することができる。前記複数のアミノ基はアミノホスホン酸化合物により提供される。発明者は、ホスホン酸基が酸化ケイ素層と反応せず遷移金属酸化物分子の特異性と反応し、アミノホスホン酸化合物を利用して特異的に遷移金属酸化物分子にアミノ基を導入することができ、または前記複数のアミノ基と前記複数の遷移金属酸化物分子の少なくとも一部との接続は化学結合によって接続されると発見した。以上のように、発明者は、ホスホン酸基が酸化ケイ素層と反応せず遷移金属酸化物分子と特異的に反応することによって、アミノホスホン酸化合物を利用して特異的に遷移金属酸化物分子にアミノ基を導入することができ、ホスホン酸基と遷移金属酸化物分子は相応の化学結合を形成でき、前記複数のアミノ基はホスホン酸基によって遷移金属酸化物分子と化学結合を形成して遷移金属酸化物分子に接続され、前記化学結合は、遷移金属とアミノホスホン酸化合物のリン酸基を接続することによって形成される。アミノホスホン酸化合物におけるホスホン酸基は遷移金属酸化物分子と相応の遷移金属－Ｏ－Ｐ結合（例えばＺｒ－Ｏ－Ｐ結合、Ｔｉ－Ｏ－Ｐ結合、Ｔａ－Ｏ－Ｐ結合）を形成できるため、前記複数のアミノ基はホスホン酸基と遷移金属酸化物分子により形成される遷移金属－Ｏ－Ｐ結合によって遷移金属酸化物分子に接続される。

図５Ａは、図４における機能化処理後に形成されたシーケンシングチップ１－４０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを含有するシーケンシングチップ１－５０Ａの断面図である。シーケンシングチップ上の液体の入口／出口１３３を介してＤＮＢ試薬を流体チャネルに注ぎ、ＤＮＢは選択的にＤＮＢ結合部位（アミノ基で修飾された遷移金属酸化物領域、即ち機能領域）に結合するが、ＤＮＢ非結合部位に結合しない（ポリエチレングリコールで修飾された酸化ケイ素層）ため、ＤＮＢナノアレイを形成する。図５Ａには光源とカメラ１５２がさらに示され、蛍光マーカーを結合したＤＮＢは特定の波長またはエネルギーの光源の励起下で特定の波長またはエネルギーの光を放出でき、カメラによって収集され、カメラによって収集された光信号を分析することによってＤＮＢ上の塩基配列を認識することができる。

図５Ｂは他のより簡潔なＤＮＢ載せ方法を示し、図５Ｂでは、図３のシーケンシングチップ１－３０に対して任意の表面修飾処理を行わなく、ＤＮＢを載せることができ、このステップでは、ＤＮＢ試薬のｐｈ及び界面活性剤組成を最適化する必要があり、それにより、表面機能化修飾を行うことなく、ＤＮＢはＤＮＢ結合部位（遷移金属酸化物層、即ち機能領域）のみに選択的に吸着されることができ、ＤＮＢ非結合部位（酸化ケイ素層、即ち非機能領域）によって反発される。図４及び図５Ａに示すような表面機能化修飾を行い、次に、ＤＮＢを載せる方法により、パターン化された表面に対するＤＮＢの選択的吸着効果がより良好であると認識すべきである。

結果を図５Ａと５Ｂに示すように、ＤＮＢサンプル１５１は遷移金属酸化物「スポット」１１３に載せられ、カメラ１５２はＤＮＢサンプルの上方に置かれ、ＤＮＢサンプルから放出された光信号を収集するために使用される。ＤＮＢサンプルは点光源と見なされることができ、上方へ放出された光がカメラによって直接収集され、下へ放出された光の一部が遷移金属酸化物層と酸化ケイ素層によって反射されてカメラによって収集されることができ、下へ放出された他の部分の光は遷移金属酸化物層と酸化ケイ素層を透過してシリコン基板に入る。発明者は、光学シミュレーション計算により遷移金属酸化物層と酸化ケイ素層の最適化された厚さを取得し、この厚さである場合、ＤＮＢから放出された光信号に対する遷移金属酸化物層と酸化ケイ素層の反射が最も大きく、透過が最も小さく、ＤＮＢから放出された光信号をできるだけ多く上へ伝送してカメラによって収集され、即ちカメラによってキャプチャされた蛍光信号の強度が最も大きい。シミュレーション計算を行う場合、まず１つの最適な酸化ケイ素層の厚さを決定するために、遷移金属酸化物層がない場合に、異なる酸化ケイ素層の厚さに対応する蛍光信号強度を計算しており、シミュレーション計算結果を図５Ｃに示す。酸化ケイ素層の厚さは約９０ナノメートルである場合、４種の波長の光の反射率はいずれも比較的高い。

酸化ケイ素層の厚さは約９０ナノメートルである場合、ＤＮＢサンプルから放出された光信号に対する酸化ケイ素層の反射効果が最も良好であり、即ちカメラによってキャプチャされた蛍光信号強度が最も強い。次に、酸化ケイ素層の厚さが９０ナノメートルである場合、遷移金属酸化層の厚さの変化と蛍光信号強度との関係を計算してシミュレーションし、結果を図５Ｄに示し、遷移金属酸化物層の厚さが４０ナノメートルより小さい場合、遷移金属酸化物層の厚さが高くなると、カメラがキャプチャできる蛍光信号強度が次第に低下し、このため、図５Ｄに示すように、遷移金属酸化物層の厚さが約１０～２０ナノメートルである場合、遷移金属酸化物層は良好な機械的信頼性を有し、且つ反射率が最大であり、カメラによってキャプチャされた蛍光信号強度が最も高い。

＜実施例２：シリコンまたは石英ウェーハに「井」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法＞
図６～１１を参照し、本実施例はシリコンまたは石英ウェーハに「井」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法を提供する。該方法の各ステップのプロセス過程での断面図を示す。該方法は、任意の内部回路または構造がないベアウェーハに完了されることができる。本発明の図にはウェーハ上の２つの領域２１と２２のみを模式的に示し、当業者は、ウェーハに同じ構造を有する複数（ウェーハサイズ及びチップサイズに応じて、チップの数は数十から数千の範囲である可能性がある）のシングルチップを形成することができ、各枚のシングルチップは１枚のシーケンシングチップを形成することができるのを認識すべきである。

図６はベアウェーハに一層の酸化ケイ素層及び遷移金属酸化物層を形成した後のウェーハ構造２－１０の断面図である。まず１枚のウェーハ基板２１１を提供し、このウェーハ基板はシリコンまたは石英材料であるが、これに制限されず、任意の適切な半導体ウェーハは本発明に使用されることができる。次に、ウェーハ２１１に一層の酸化ケイ素層２１２を形成し、酸化ケイ素層を形成するプロセスは実施例１中の図１と類似する。さらに、酸化ケイ素層に一層の遷移金属酸化物層２１３を形成し、遷移金属酸化物は二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、六酸化ニオブ、二酸化ハフニウムまたはその任意の組合わせであってもよく、且つ形成方法が実施例１中の図１と類似する。

図７は、図６の遷移金属酸化物層を含有するウェーハ２－１０にパターン化された「井」構造の酸化ケイ素層を形成した後のウェーハ２－２０の断面図である。図７では、まず図６のウェーハ２－１０に一層の酸化ケイ素層２２１を形成し、さらに、従来の半導体プロセスのフォトリソグラフィー、エッチング技術によって酸化ケイ素層２２１に離散的に配置されるアレイ式「井」構造２２２を形成する。「井」構造の底部は露出された遷移金属酸化物層であり、「井」構造の周囲は遷移金属酸化物層より高い酸化ケイ素層２２１であり、「井」のサイズはＤＮＢのサイズと一致するかまたはやや小さくし、各「井」構造に１つのＤＮＢのみを結合するようにする。

図８は、図７のウェーハ構造２－２０のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ２－３０の断面図である。本図では実施例１における図２と類似するスライスプロセスを使用する。図７の２－２０ウェーハは切断溝２３１により分割されるシングルチップ２１及び２２に切断される。

図９は、シングルチップの組み立て後に形成されたシーケンシングチップ２－４０の断面図である。前記組み立てプロセスは実施例１における図３のプロセスと類似する。液体の入口／出口２４３を有するフレーム２４１、及びフレームに貼り合われるカバーガラス２４２を含む。カバーガラスとアレイ式「井」構造を含むシングルチップとの間に流体チャネルを形成する。

図１０は、図９のシーケンシングチップ２－４０の表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ２－５０の断面図である。図中の表面機能化処理ステップは実施例１における図４と類似し、最終に遷移金属酸化物層２１３に露出された「井」構造の底部にアミノ基で修飾されたＤＮＢ結合部位領域（即ち機能領域）が形成され、遷移金属酸化物層よりも高い酸化ケイ素層の表面にポリエチレングリコール分子層を形成する。

図１１Ａは、図１０に示すようなシーケンシングチップ２－５０上にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ２－６０Ａの断面図である。本図に示すように、ＤＮＢは表面機能化の修飾処理後のシーケンシングチップ２－６０Ａのアレイ式「井」構造内に載せられ、これにより、ＤＮＢがより高い流速の液体のフラッシングに耐え、シーケンシングチップでのシーケンシングの速度を向上させることができる。本図には同様に励起光源及びカメラ構造２６２が示され、特定の波長と能力の励起光を提供して蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢから放出された特定の波長及び能力の光信号を収集し、ＤＮＢ上の塩基の配列の認識に使用される。

図１１Ｂは他のより簡潔なＤＮＢ載せ方法を示し、図９のシーケンシングチップ２－４０に対して任意の表面修飾処理を行うことなく、ＤＮＢ載せを行ってシーケンシングチップ２－６０Ｂを形成することができ、このステップでは、ＤＮＢ試薬のｐＨ及び界面活性剤組成を最適化する必要があり、それにより、表面機能化修飾を行うことなく、ＤＮＢがＤＮＢ結合部位（遷移金属酸化物層、即ち機能領域）の上に選択的に吸着されることができ、ＤＮＢ非結合部位（酸化ケイ素層、即ち非機能領域）によって反発される。発明者は、図１０及び図１１Ａに示すようなまず表面機能化修飾を行い、次にＤＮＢ載せを行う方法によりパターン化された表面に対するＤＮＢの選択的吸着効果がより良いと発見した。

発明者は、同様に、光学シミュレーション計算を通じて、酸化ケイ素層と遷移金属酸化物層の厚さを最適化し、本実施例における遷移金属酸化物層は一層の薄膜構造であり、遷移金属酸化物層の下方は第１層の酸化ケイ素層であり、遷移金属酸化物層の上方はアレイ式「井」構造を有する第２層の酸化ケイ素層である。上記実施例１におけるシミュレーション結果によれば、発明者は、遷移金属酸化物層の厚さが０～４０ナノメートル内で変化する場合、遷移金属酸化物層の厚さの増加に伴って、薄膜の反射率が次第に低下し、カメラが収集できる蛍光信号強度は次第に減少することを了解できる。このため、まず第１層の酸化ケイ素層の厚さが９０ナノメートルであり、遷移金属酸化物層の厚さがそれぞれ０ナノメートル、１０ナノメートル、２０ナノメートルである場合、蛍光信号強度とアレイ式「井」構造を有する第２層の酸化ケイ素層の厚さとの関係をシミュレーションした。シミュレーション結果は、図１１Ｃに示すように、第２層の酸化ケイ素層の厚さの増加に伴って、蛍光信号強度は次第に弱くなり、光信号に対する薄膜の反射率が低下する。したがって、「井」構造はＤＮＢを載せるための一定の深さを有し、発明者は第２層の酸化ケイ素層の厚さが約５０ナノメートルであるのを選択する。

第１層の酸化ケイ素層の厚さは９０ナノメートルであり、第２層の酸化ケイ素層の厚さは５０ナノメートルである場合、異なる遷移金属酸化物層の厚さと蛍光信号強度との対応関係をシミュレーションして計算した。シミュレーション結果は、図１１Ｄに示すように、その変化傾向が上記実施例１と類似し、即ち遷移金属酸化物層の厚さが４０ナノメートルより小さい場合、遷移金属酸化物層の厚さの増加に伴って、反射率が小さくなり、蛍光信号強度が次第に弱くなる。したがって、発明者は、遷移金属酸化物層の厚さが約５～１５ナノメートルである場合に最適であり、この時、４種の塩基から放出された異なる波長の蛍光信号強度はいずれも比較的高いと考えられる。図に示すように、発明者は、本実施例において、第１層の酸化ケイ素層の厚さが９０ナノメートルであり、遷移金属酸化物層の厚さが５～１５ナノメートルであり、第２層の酸化ケイ素の厚さが５０ナノメートルである場合、シーケンシングチップ上の薄膜の反射率が大きく、カメラがキャプチャできる蛍光信号強度が比較的高いと考えられる。

＜実施例３：他のシリコンまたは石英ウェーハに「井」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法＞
図１２～１７に示すように、本実施例は他のシリコンまたは石英ウェーハに「井」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法を提供する各ステップのプロセスでの断面図を提供する。図１２及び図６の比較に示すように、この方法と実施例２の方法とは、本方法がまず酸化ケイ素層３１２を含有するウェーハ３１１にパターン化された遷移金属酸化物層３１３を形成するが、実施例２の方法がウェーハ全体に遷移金属酸化物層を形成する点で異なる。

図１２はパターン化された遷移金属酸化物層３１３を含有するウェーハ構造３－１０の断面図であり、その形成プロセスが実施例１における図１と類似する。

図１３は図１２に示すようなパターン化された遷移金属酸化物層を含有するウェーハ３－１０に、パターン化された「井」構造３２２を有する酸化ケイ素層３２１を再形成した後のウェーハ構造３－２０の断面図である。形成プロセスが実施例２における図７と類似し、酸化ケイ素層上の「井」構造３２２はパターン化された「スポット」状遷移金属酸化物層３１３と一々対応し、最終に酸化ケイ素層は遷移金属酸化物層より高く、ウェーハの表面にアレイ式のパターン化された「井」構造を形成し、「井」構造の底部は露出された遷移金属酸化物層３１３である。

図１４は、図１３のウェーハ構造３－２０のスライスプロセス後に形成された切断溝３３１によって分割される複数のシングルチップ３－３０の断面図である。スライスプロセスが実施例２における図８と類似する。

図１５は、図１４に示すようなシングルチップ３－３０の組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ３－４０の断面図である。組み立てプロセスは実施例２における図９と類似する。

図１６は図１５に示すようなシーケンシングチップ３－４０の表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ３－５０である。その表面機能化処理プロセスが実施例２における図１０と類似する。

図１７Ａは図１６に示すような表面機能化処理後のシーケンシングチップ３－５０にＤＮＢを載せたプロセスの後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ３－６０Ａの断面図である。そのＤＮＢ載せステップは実施例２における図１１Ａと類似する。

図１７Ｂは、より簡潔な、表面機能化修飾処理を必要としない他のＤＮＢ載せ方法であり、上記実施例２における図１１Ｂと類似する。

本実施例において、遷移金属酸化物層は第１層の酸化ケイ素層の上に形成されるアレイ式の「スポット」構造であり、同時に、その上方に第２層のアレイ式「井」構造を有する酸化ケイ素層が形成され、酸化ケイ素層の「井」構造が遷移金属酸化物層の「スポット」に対応する。上記の実施例１において、シミュレーション計算を通じて、第１層の酸化ケイ素層の厚さが９０ナノメートルであり、遷移金属酸化物層の厚さが約１０～２０ナノメートルである場合、最適化された反射率を有し、蛍光信号強度が最大である。この上で、第２層のアレイ式「井」構造を有する酸化ケイ素層である場合、蛍光信号強度が第２層の酸化ケイ素層の厚さに伴う変化をシミュレーションし続き、シミュレーション計算結果は、図１７Ｃに示すように、第２層の酸化ケイ素層の厚さが０であり、即ち第２層の酸化ケイ素層がない場合、蛍光信号強度が最大であり、第２層の酸化ケイ素層の厚さの増加に伴って、反射率が低下し、蛍光信号強度が次第に弱くなる。したがって、ＤＮＢサンプルを載せるための「井」構造を有するのを確保するために、第２層の酸化ケイ素層の厚さは約５０ナノメートルである場合最適であり、この時、一次酸化ケイ素層の厚さが９０ナノメートルであり、遷移金属酸化物層の厚さが約１０～２０ナノメートルである。

＜実施例４：石英ウェーハに「スポット」構造の裏面照射型の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法＞
図１８～２２に示すように、本実施例は石英ウェーハに裏面照射型「スポット」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを提供する方法の各ステップのプロセスでの断面図である。本実施例と実施例１～３との異なりは、本実施例の方法が石英ウェーハまたはその他の任意の適切な透明ガラスウェーハを基板として使用し、基板ウェーハにパターン化された「スポット」構造の遷移金属酸化物のパターン化された層を製造し、且つ組み立てプロセス時にチップのパターン化された層を下へ組み立て、励起光源及びカメラによってチップの裏面（即ち石英ウェーハ基板を透過する）からＤＮＢを励起して蛍光信号を収集することにある。

図１８は酸化ケイ素層４１２を有する石英ウェーハ４１１にパターン化された遷移金属酸化物層を形成するウェーハ構造４－１０の断面図であり、ウェーハは石英ウェーハであるが、その他の任意の適切な透明ガラスウェーハが本発明に使用されることができる。酸化層４１２及びパターン化された遷移金属酸化物層４１３の形成プロセスは実施例１における図１と類似する。

図１９は、図１８のウェーハ４－１０にスライスプロセスを行った後に、形成された切断溝によって分割された複数のシングルチップ４－２０の断面図である。スライスプロセスは実施例１にける図２と類似する。

図２０は、図１９のシングルチップのパッケージングプロセス後に形成されたシーケンシングチップ４－３０の断面図である。このプロセスステップでは、シーケンシングチップのパターン化された層を下へ液体の入口／出口４３２を含むフレーム４３１と組み立て一緒に貼り合わせ、フレームとチップ上のパターン化された層との間に流体チャネル４３３を形成する。フレーム４３１は任意の適切な材料で任意の適切な加工方法により加工してなり、且つ任意の適切な接着剤でチップとフレームを貼り合わせることができる。本図はフレームが有すべきである構造を模式的な説明したが、本図が限定的なものではなく、チップをサポートできる作用を提供し、液体の入口／出口を有し、チップのパターン化された層と流体チャネルを形成する任意のフレーム構造は本発明の特許範囲内にあると見なされると認識すべきである。

図２１は、図２０に示すようなシーケンシングチップ４－３０の表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ４－４０の断面図である。機能化修飾のステップは実施例１における図４と類似する。

図２２Ａは、図２１に示すような機能化修飾処理後のシーケンシングチップ４－４０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ４－５０Ａの断面図である。ＤＮＢ載せステップは実施例１における図５Ａと類似する。本図２２Ａには、同様に励起光源とカメラ４５２が示され、シーケンシングチップの石英またはガラス基板の裏面からＤＮＢを照射し、蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢから放出された蛍光チップを収集することにより、ＤＮＢ上の塩基をシーケンシングする。

図２２Ｂは、より簡潔な、表面機能化修飾処理を必要としない他のＤＮＢ載せ方法であり、実施例１における図５Ｂと類似する。且つ励起光源とカメラ４５２はシーケンシングチップの石英またはガラス基板の裏面からＤＮＢを照射し、蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢから放出された蛍光チップを収集することにより、ＤＮＢ上の塩基をシーケンシングする。

本実施例４において、酸化ケイ素層はまず透明石英ウェーハに形成され、次に、アレイ式の遷移金属酸化物「スポット」構造は酸化ケイ素層に形成され、ＤＮＢサンプルは遷移金属酸化物「スポット」構造に載せられる。しかし、この実施例において、カメラが石英基板の裏面に置かれ、ＤＮＢから放出された光信号は遷移金属酸化物層、酸化ケイ素層及び石英基板を透過する必要があり、次にカメラによってキャプチャされる。したがって、本実施例４において、ＤＮＢから放出された蛍光信号が異なる厚さの遷移金属酸化物層、酸化ケイ素層及び石英基板を透過した後、カメラによってキャプチャされることができる信号強度の比較を計算した。シミュレーション結果は、図２２Ｃに示すように、酸化ケイ素層の厚さが９０ナノメートルであり、遷移金属酸化物層の厚さが１０～２０ナノメートル（第２層の酸化ケイ素層の厚さが０である）である場合、ＤＮＢサンプルから放出された蛍光の透過率が最大であり、この時遷移金属酸化物層、酸化ケイ素層及び石英基板を透過する蛍光信号強度が最大であり、１００％に近い。

＜実施例５：石英ウェーハに「井」構造の裏面照射型遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法＞
図２３～２８に示すように、本実施例による石英ウェーハに裏面照射型「井」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法の各ステッププロセスでの断面図である。本実施例の方法では石英ウェーハまたはその他の任意の適切な透明ガラスウェーハを基板として使用し、基板ウェーハにパターン化された「井」構造の遷移金属酸化物のパターン化された層を製造し、且つ組み立てプロセス時にチップのパターン化された層を下へ向けて組み立て、励起光源及びカメラを介してチップ裏面（即ち石英ウェーハ基板を透過する）からＤＮＢを励起して蛍光信号を収集する。

図２３は、ベアウェーハに一層の酸化ケイ素層及び遷移金属酸化物層を形成した後のウェーハ構造５－１０の断面図である。その形成方法は実施例２における図６と類似する。

図２４は、図２３における遷移金属酸化物層を含有するウェーハ５－１０にパターン化された「井」構造の酸化ケイ素層を形成した後のウェーハ５－２０の断面図である。形成方法は実施例２における図７と類似する。

図２５は図２４のウェーハ構造５－２０のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ５－３０の断面図である。本図では実施例１における図２の類似するスライスプロセスを使用する。

図２６は、図２５におけるシングルチップのパッケージングプロセス後に形成されたシーケンシングチップ５－４０の断面図である。本プロセスステップでは、シーケンシングチップのパターン化された層を下に向けて液体の入口／出口４３２を含むフレーム４３１と組み立て一緒に貼り合わせ、フレームとチップ上のパターン化された層との間に流体チャネル４３３を形成する。本図では実施例３における図２０と類似するプロセスを使用する。

図２７は、図２６に示すようなシーケンシングチップ５－４０の表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ５－５０の断面図である。機能化修飾のステップは実施例１における図４と類似する。

図２８Ａは、図２７に示すような機能化修飾処理後のシーケンシングチップ５－５０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ５－６０Ａの断面図である。ＤＮＢ載せステップは実施例１における図５Ａと類似する。本図では同様に励起光源とカメラ５６２が示され、シーケンシングチップの石英またはガラス基板の裏面からＤＮＢを照射し、蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢから放出された蛍光チップを収集することにより、ＤＮＢ上の塩基をシーケンシングする。

図２８Ｂは、より簡潔な、表面機能化修飾処理を必要としない他のＤＮＢ載せ方法であり、実施例１における図５Ｂと類似する。且つ励起光源とカメラ５６２はシーケンシングチップの石英またはガラス基板の裏面からＤＮＢを照射し、且つ蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢから放出された蛍光信号を収集することにより、ＤＮＢ上の塩基をシーケンシングする。

本実施例５において、まず石英ウェーハに第１層の酸化ケイ素層を形成し、次に、第１層の酸化ケイ素層の上方に一層の遷移金属酸化物層を形成し、続いて、遷移金属酸化物層の上方にアレイ式「井」構造を有する第２層の酸化ケイ素層を形成する。このような場合に、ＤＮＢサンプルは同様に「井」構造における遷移金属酸化物層に載せられ、放出された光信号は遷移金属酸化物層、第１層の酸化ケイ素層及び石英基板を透過し、石英基板の裏面に置かれたカメラによってキャプチャされる。このような場合に、第１層の酸化ケイ素層の厚さが９０ナノメートルであり、遷移金属酸化物層の厚さが１０ナノメートルまたは２０ナノメートルである場合、異なる第２層の酸化ケイ素層の厚さが薄膜層を透過する蛍光信号強度に与える影響をシミュレーションした。シミュレーション結果は、図２８Ｃに示すように、第１層の酸化ケイ素層と第２層の酸化ケイ素層の厚さが同じである場合、厚さが１０ナノメートルである遷移金属酸化物層を有する構造の蛍光信号強度は厚さが２０ナノメートルである構造より高い。第１層の酸化ケイ素層の厚さと遷移金属酸化層の厚さが決定され、第２層の酸化ケイ素層の厚さが増加する場合、薄膜層を透過する蛍光信号強度は第２層の酸化ケイ素層の厚さの増加に伴って単調に増加または単調に減少しないが、異なる波長で異なる蛍光信号強度の変化傾向がある。このような場合に、第２層の酸化ケイ素層の厚さは１００～２００ナノメートルである場合、「井」構造はＤＮＢを載せるための適切な深さを有するのを確保するだけでなく、カメラが強度の高い蛍光信号を収集することができる。

＜実施例６：石英ウェーハに「井」構造の裏面照射型遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する他の方法＞
図２９～３４に示すように、本実施例による石英ウェーハに裏面照射型「井」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法の各ステッププロセスでの断面図である。この方法は上記実施例５の方法との異なりは、図２９及び図２３の比較に示すように、本方法がまず酸化ケイ素層６１２を含有するウェーハ６１１にパターン化された遷移金属酸化物層６１３を形成するが、実施例５の方法がウェーハ全体に遷移金属酸化物層を形成することにある。

図２９は、パターン化された遷移金属酸化物層６１３を含有するウェーハ構造６－１０の断面図であり、その形成プロセスは上記図１と類似する。

図３０は、図２９に示すようなパターン化された遷移金属酸化物層を含有するウェーハ６－１０に、パターン化された「井」構造６２２を有する酸化ケイ素層６２１を再形成した後のウェーハ構造６－２０の断面図である。その形成プロセスは実施例２における図７と類似し、酸化ケイ素層上の「井」構造６２２はパターン化された「スポット」状遷移金属酸化物層６１３と一々対応し、最終に酸化ケイ素層は遷移金属酸化物層より高くし、ウェーハの表面にアレイ式のパターン化された「井」構造を形成し、「井」構造の底部は露出された遷移金属酸化物層６１３である。

図３１は、図３０のウェーハ構造６－２０のスライスプロセス後に形成された切断溝６３１によって分割される複数のシングルチップ６－３０の断面図である。スライスプロセスは実施例２における図８と類似する。

図３２は図３１のシングルチップのパッケージングプロセス後に形成されたシーケンシングチップ６－４０の断面図である。本図プロセスは実施例５における図２６と類似する。

図３３は、図３２に示すようなシーケンシングチップ６－４０の表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ６－５０の断面図である。機能化修飾ステップは実施例１における図４と類似する。

図３４Ａは、図３３に示すような機能化修飾処理後のシーケンシングチップ６－５０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ６－６０Ａの断面図である。ＤＮＢ載せステップは実施例１における図５Ａと類似する。本図では同様に励起光源とカメラ６６２が示され、シーケンシングチップの石英またはガラス基板の裏面からＤＮＢを照射し、蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢから放出された蛍光チップを収集することにより、ＤＮＢ上の塩基をシーケンシングする。

図３４Ｂは、より簡潔な、表面機能化修飾処理を必要としない他のＤＮＢ載せ方法であり、実施例１における図５Ｂと類似する。且つ励起光源とカメラ６６２はシーケンシングチップの石英またはガラス基板の裏面からＤＮＢを照射し、蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢから放出された蛍光チップを収集することにより、ＤＮＢ上の塩基をシーケンシングする。

本実施例６において、まず石英ウェーハに第１層の酸化ケイ素層を形成し、次に、第１層の酸化ケイ素層の上方にアレイ式「スポット」構造を有する一層の遷移金属酸化物層を形成し、続いて、遷移金属酸化物層の上方にアレイ式「井」構造を有する第２層の酸化ケイ素層を形成し、第２層の酸化ケイ素層の「井」構造は遷移金属酸化物層の「スポット」構造に対応し、遷移金属酸化物「スポット」構造が第２層の酸化ケイ素層「井」構造の底部にある。このような場合に、ＤＮＢサンプルは同様に「井」構造における遷移金属酸化物層に載せられ、その放出された光信号は遷移金属酸化物層、第１層の酸化ケイ素層及び石英基板を透過し、石英基板の裏面に置かれるカメラによってキャプチャされる。

このような場合に、まず第１層の酸化ケイ素層の厚さが９０ナノメートルであり、遷移金属酸化物層の厚さが１０ナノメートルまたは２０ナノメートルである場合、異なる第２層の酸化ケイ素層の厚さが蛍光信号強度に与える影響をシミュレーションした。シミュレーション結果は、図３４Ｃに示すように、第１層の酸化ケイ素層と第２層の酸化ケイ素層の厚さが同じである場合、厚さが１０ナノメートルである遷移金属酸化物層を有する構造の蛍光信号強度は同様に厚さが２０ナノメートルである構造より高い。第１層の酸化ケイ素層の厚さと遷移金属酸化層の厚さが決定され、第２層の酸化ケイ素層の厚さが増加する場合、薄膜層を透過する蛍光信号強度は同様に第２層の酸化ケイ素層の厚さの増加に伴って単調に増加または単調に減少しないが、異なる波長で異なる蛍光信号強度の変化傾向がある。このような場合に、第２層の酸化ケイ素層の厚さは１００～２００ナノメートルである場合、「井」構造はＤＮＢを載せるための適切な深さを有するのを確保するだけでなく、カメラが強度の高い蛍光信号を収集することができる。

＜実施例７：ＣＭＯＳウェーハに「スポット」構造または「井」構造の遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法＞
図３５～４１に示すように、本実施例はＣＭＯＳウェーハにアレイ式「スポット」構造または「井」構造を有する遷移金属酸化物シーケンシングチップを製造する方法を提供する。この方法は上記方法との異なりは、上記方法はいずれも外部の励起光源及びカメラ機器を使用し、外部励起光源から放出された特定の波長とエネルギーの励起光は蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢを照射することによって、ＤＮＢが特定の波長とエネルギーの光を放出させ、カメラがＤＮＢから放出された光信号を収集することによってシーケンシングできるが、本方法は外部の励起光源及びカメラ機器を必要としない。本方法に用いられるＣＭＯＳウェーハはイメージセンサー機能を有するＣＭＯＳウェーハであり、各枚のウェーハに数百～数千のイメージセンサーチップを備えてもよく、各イメージセンサーチップは数百万～数千万のピクセルポイント（及びフォトダイオードアレイ）を備えてもよく、イメージセンサーチップは外部の異なる強度の光信号を感知して対応する電気信号に変換することができる。蛍光マーカーをマークしたＤＮＢをイメージセンサーチップ上のフォトダイオードアレイに選択的に載せ、フォトダイオードアレイと一々対応するＤＮＢアレイを形成し、生物学的または化学的方法によってＤＮＢを発光させ（外部励起光源を加えない）、イメージセンサーチップが異なる時間、異なるピクセルポイント上での光信号値を認識することによって、イメージセンサーチップに載せられたＤＮＢアレイをシーケンシングすることができる。

図３５は１枚のＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ７－１０の断面の模式図であり、当業者は、１枚のＣＭＯＳウェーハに複数のチップを有することができると認識すべきであり、本図では２つのチップ７１及び７２を模式的に示す。図３５に示すように、該ＣＭＯＳイメージセンサーウェーハは感光層７３、相互接続層７４、基板層７５、及び感光層７３上の誘電体薄膜層７１７を有し、該層材料は通常、二酸化ハフニウムと五酸化タンタル薄膜により積み上げられ、誘電体薄膜層７１７の上に一層の酸化ケイ素層７１８である。感光層７３は半導体材料７１５内に形成される感光部分７１６を含み、この感光部分７１６はフォトダイオードであってもよい。半導体材料層７１５は、例えば、シリコン、シリコン上のＩＩＩ－Ｖ族材料、シリコン上のグラフェン、絶縁体上のシリコン及びそれらの組合わせなどの任意の適切な材料で製造されることができる。ここで、本発明はフォトダイオード７１６を説明したが、注意すべきなのは任意の適切な感光構造は本発明に適用できることである。フォトダイオード７１６は測定された光信号を電流信号に変換することができる。フォトダイオード７１６は１つのＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，金属酸化物半導体）トランジスタのソースとドレインを含むことができ、電流を他の部材、例えば他のＭＯＳトランジスタに伝送することができる。その他のコンポーネントは、リセットトランジスタ、電流源フォロワーまたは電流値をデジタル信号に変換するための行セレクターなどを含むことができる。ＣＭＯＳイメージセンサー７－１０に誘電体層が含まれてもよく、注意すべきなのは、この誘電体層は任意の適切な電気絶縁材料を含んでもよいことである。相互接続層７４は誘電体層７１３に形成される金属配線７１４を含み、金属配線７１４は、集積回路材料の内部相互接続に使用でき、外部への電気接続にも使用できる。基板層７５はシリコン基板７１１とＣＭＯＳ処理回路層７１２を含み、ＣＭＯＳ処理回路層はシーケンシング操作に必要なＣＭＯＳ回路を含んでもよい。例えば、ＣＭＯＳ処理回路層７１２は画像処理用、信号処理用、シーケンシング操作を実現するための制御機能及び外部通信用の回路を含んでもよい。ＣＭＯＳ処理回路７１２は感光層７３によって感知された感光信号を電気信号に処理し、相互接続されたシリコン通孔７２０及びパッド７１９を介して電気信号を外部機器に送信する。

当業者は、本発明においてＣＭＯＳイメージセンサーチップの構造のみを模式的に示すが、この説明は限定的なものではなく、任意の構造のイメージセンサーチップは本発明に使用できるのを認識すべきである。

次に、図３５に示すようなＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ７－１０にアレイ式の「スポット」構造または「井」構造を有する遷移金属酸化物層を形成し、即ち以下のような図３６Ａ、図３６Ｂ及び図３６Ｃである。

図３６Ａは、図３５に示すようなＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ７－１０に「スポット」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のＣＭＯＳウェーハ構造７－２０Ａの断面図である。本図のプロセスステップは実施例１における図１と類似し、異なりは、本図のウェーハがＣＭＯＳウェーハであり、且つ「スポット」構造の遷移金属酸化物領域７２１がフォトダイオードアレイ７１６の上方に分布することのみである。

図３６Ｂは、図３５に示すようなＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ７－１０に「井」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のＣＭＯＳウェーハ構造７－２０Ｂの断面図である。本図のプロセスステップは実施例２における図６及び図７と類似し、異なりは、本図のウェーハがＣＭＯＳウェーハであり、且つ「井」構造の遷移金属酸化物領域７２４がフォトダイオードアレイ７１６の上方に分布することのみである。

図３６Ｃは、図３５に示すようなＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ７－１０に他の「井」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のＣＭＯＳウェーハ構造７－２０Ｃの断面図である。図３６Ｃのプロセスステップは実施例３における図１２及び図１３と類似し、異なりは、本図のウェーハがＣＭＯＳウェーハであり、且つ「井」構造の遷移金属酸化物領域７２７がフォトダイオードアレイ７１６の上方に分布することのみである。

図３７は、図３６Ａのパターン化された遷移金属酸化物層を形成したＣＭＯＳウェーハ７－２０Ａ（上記図３６Ａ、図３６Ｂ、図３６Ｃの後続のプロセスが一致するため、後続で発明内容は図３６Ａに示すようなパターン化ウェーハ構造のみを使用して説明する）のスライスプロセス後に形成された切断溝７３１によって分割された複数のシングルチップ７－３０の断面図である。スライスプロセスは実施例１における図２と類似する。

図３８は図３７に示すようなチップのチップ実装及びワイヤーボンディング後に形成されたチップ構造７－４０の断面図である。図３８はシーケンシングチップの組み立てプロセス中の最初の２つのステップであり、まずシングルチップをのりまたは接着剤でパッケージング基板７４１に貼り合わせる。パッケージング基板７４１はＬＧＡパッケージング形の基板であってもよく、基板の正面にチップに電気的に接続されるパッド７４２を有し、基板の裏面に外部機器に電気的に接続される接点７４３を有し、パッド７４２と接点７４３は基板内部の配線を介して一々対応する。次に、ワイヤーボンディングの方法によってチップ上のパッド７１９と基板上のパッド７４２を電気的に接続し、それにより、チップから送信された電気信号をワイヤーによって基板に伝送し、さらに基板と外部機器とのインターフェースを介して外部機器に伝送する。本説明における基板はＬＧＡ形を含むが、これに制限されず、任意の適切なパッケージング基板の形は本発明に適用でき、且つチップの実装プロセスに用いられるのりまたは接着剤も任意のパッケージングプロセスに用いられるのりまたは接着剤を含むが、これらに制限されず、ワイヤーボンディングプロセスにおける金属接続線は、金ワイヤ、アルミニウムワイヤなどを含むが、これらに制限されないのを認識すべきである。

図３９は、図３８に示すようなチップ構造７－４０の蓋構造の貼り合わせの後に形成されたシーケンシングチップ７－５０の断面図である。本図では、流体チャネル７５３、液体の入口／出口７５２及びサポート構造を含む１つの蓋構造７５１はのりまたは接着剤でＣＭＯＳイメージセンサーチップ及び基板に貼り合われ、１つのシーケンシングチップを形成する。流体チャネル７５３はパターン化された遷移金属酸化物層の上に形成され、且つ液体を一定の空間範囲内に制限し、液体が流体チャネル外のパッド、ワイヤーなどの他の通電領域に接触しないようにする。認識すべきなものとして、蓋７５１は、任意の適切な材質（例えば任意のカラーのＰＣ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、ＰＭＭＡなどを含むが、これらに制限されない）を任意の適切な加工方法（ＣＮＣ、脱型射出成形、３Ｄ印刷などを含むが、これらに制限されない）によって加工してなる。また、当業者は、認識すべきなものとして、基板７４１及び蓋７５１の物理的構造は本図に示すようなものを含むが、これらに制限されず、本図示の機能を実現できる任意の物理的構造は本発明内に含まれるべきである。

図４０は図３９に示すようなシーケンシングチップの表面機能化の修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ７－６０の断面図である。この図の機能化処理プロセスは実施例１における図４と類似する。

図４１Ａは、図４０に示すような機能化処理のシーケンシングチップ７－６０にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ７－７０Ａの断面図である。この図に示されたＤＮＢ載せプロセスは実施例１における図５と類似し、異なりは、この方法では、外部の励起光源を必要とせずに、蛍光マーカーによってマークされたＤＮＢは生物学的または化学的方法で発光するため、ＤＮＢアレイから生物学的または化学的方法で発光される光はイメージセンサー上のフォトダイオードアレイによってキャプチャされ、処理回路によって電気信号に出力される。ＤＮＢアレイは異なる時間で、異なるピクセルポイント（フォトダイオード）で発光する状況に応じて、ＤＮＢの塩基配列を認識することができる。

図４１Ｂは、より簡潔な、表面機能化処理を必要としない他のＤＮＢ載せ方法である。この載せ方法は、上記図５Ｂに示すように、上記図４１Ａのような方法によってＤＮＢ発光信号をＤＮＢ上の塩基配列情報に変換する。

本実施例７において、遷移金属酸化物層と第２層の酸化ケイ素層は、第１層の酸化ケイ素層を有する感光構造を含むＣＭＯＳウェーハに上記実施例と類似する３種の「スポット」または「井」構造を形成し、即ち、１．第１層の酸化ケイ素層にアレイ式「スポット」構造の遷移金属酸化物層を形成し、ＤＮＢを遷移金属酸化物層「スポット」構造に載せる構造、２．第１層の酸化ケイ素層に一層の遷移金属酸化物薄膜を形成し、遷移金属酸化物薄膜にアレイ式「井」構造を有する第２層の酸化ケイ素層を形成し、ＤＮＢを第２層の酸化ケイ素層「井」構造の底部の遷移金属酸化物層に載せる構造、３．第１層の酸化ケイ素層にアレイ式「スポット」構造を有する遷移金属酸化物層を形成し、次に、遷移金属酸化物層の上にアレイ式「井」構造を有する第２層の酸化ケイ素層を形成し、ＤＮＢを「井」構造の酸化ケイ素層の底部の遷移金属酸化物「スポット」構造に載せる構造を含む。この３種の「スポット」または「井」構造では、ＤＮＢから放出された光信号は遷移金属酸化物、第１層の酸化ケイ素層及びＣＭＯＳウェーハ上のＡＲＣ層（反射防止層、通常は五酸化タンタル）、ＰＩＮ層（通常は二酸化ハフニウム）を通過する必要があり、最終にＣＭＯＳウェーハ上の感光構造によって収集され、したがって、ＤＮＢから放出された光がこのいくつかの薄膜を透過した後に感光構造によって収集された信号強度をシミュレーションした。ＰＩＮ 層とＡＲＣ層の厚さはＣＭＯＳウェーハのプロセスによって決められ、通常は決定値であり、ＰＩＮ層の厚さは６ナノメートルであり、ＡＲＣ層の厚さは５０ナノメートルである。したがって、上記の３種の「スポット」または「井」構造における第１層の酸化ケイ素層、遷移金属酸化物層及び第２層の酸化ケイ素層の厚さの変化が蛍光信号強度に与える影響をシミュレーションした。

まず、本実施例に記載の第１種の状況の場合、第１層の酸化ケイ素層のみを有する場合、蛍光信号強度と第１層の酸化層の厚さとの関係をシミュレーションした。シミュレーション結果は、図４１Ｃに示すように、ＣＭＯＳウェーハにおける感光構造によって収集された光信号強度が第１層の酸化層の厚さの増加と伴って単調に減少する。従来の標準ＣＭＯＳプロセスとの互換性及び対応する製品の信頼性のため、酸化層の厚さは１５０ｎｍとして選択できる。

次に、また、第１層の酸化ケイ素層の厚さが１５０ナノメートルである場合、第１層の酸化ケイ素層上のアレイ式「スポット」構造の遷移金属酸化物層の厚さと蛍光信号強度との関係をシミュレーションした。シミュレーション結果は、図４１Ｄに示すように、ＣＭＯＳウェーハにおける感光構造によって収集された光信号強度は遷移金属酸化層の厚さに伴って波動変化する。プロセスの点から、最適化された厚さは４０～５０ｎｍとして選択できる。

次に、本実施例７における第２種の状況の場合、第１層の酸化ケイ素層の厚さが１５０ナノメートルである場合、第１層の酸化ケイ素層に一層の遷移金属酸化物層薄膜を再形成することをシミュレーションしており、まず該層遷移金属酸化物層薄膜の厚さを決定するために、該厚さと蛍光信号強度との関係をシミュレーションした。シミュレーション結果は、図４１Ｅに示すように、蛍光信号強度が遷移金属酸化物層薄膜の厚さの増加に伴って波動変化し、厚さが１０～２０ナノメートルである場合、蛍光信号強度が最大である。

次に、また、この上で「井」構造の第２層の酸化ケイ素層を再形成する場合に、第２層の酸化ケイ素の厚さと蛍光信号強度との関係をシミュレーションした。シミュレーション結果は、図４１Ｆに示すように、遷移金属酸化物層の厚さが決められた後、この構造によって収集された光信号強度と第２層の酸化層の厚さの関連性が無視できる。ＤＮＡシーケンシングの流体需要を考慮すると、第２層の酸化層の厚さが厚すぎると、表面の構造が深くなりすぎて、流体の不感帯が発生しやすくなり、シーケンシング品質に影響を及ぼす。第２層の酸化層の適度な厚さは、テスト対象ＤＮＢを有効領域に収めるのにより効果的であり、第２層の酸化層の厚さは５０～１００ｎｍとして選択できる。

＜実施例８：他の再利用可能なシーケンシングチップのパッケージング方法＞
本実施例において、新しいシーケンシングチップのパッケージング方法を提案し、このようなパッケージング方法のシーケンシングチップは、特別な処理プロセスの後に再利用できるため、シーケンシングチップのコストが大幅に削減される。

まず、１枚の半導体ウェーハに遷移金属酸化物「スポット」または「井」構造を有するパターン化されたアレイに形成する必要があり、このアレイ式パターン化された構造は上記実施例１～３における図１、図７及び図１３のウェーハ上の構造のうちの一つであってもよく、本実施例において実施例１における図１の構造を例としてこのような再利用可能なシーケンシングチップの製造プロセス過程を説明し、本発明に含まれた他のシーケンシングチップ構造は同様なパッケージングプロセスによって再利用可能なシーケンシングチップに製造されてもよい。

図４２に示すように、実施例１における図１と同様なアレイ式「スポット」構造を有する遷移金属酸化物層のウェーハ構造８－１０の断面図であり、酸化ケイ素層８１２は半導体ウェーハ基板８１１に形成され、「スポット」構造の遷移金属酸化物層８１３は酸化ケイ素層８１２の上に形成され、各ステッププロセス過程及び材料要件は実施例１における図１の説明と一致する。

図４３は、図４２に示すようなウェーハ構造８－１０のスライスプロセス後に複数のシングルチップ８１と８２を形成したウェーハ構造８－２０の断面図であり、スライスプロセスは実施例１における図２と類似する。

図４４は、図４３に形成されたシングルチップ８１または８２と１つのハンドル構造８３１を組み立てた後に形成された再利用可能なシーケンシングチップ８－３０の断面図である。ハンドル構造８３１は、ハンドル構造とシングルチップを固定してシーケンシングチップを形成することによって、ハンドル構造を用いてシーケンシングチップの掴みや移動などの操作を行うことができ、それによりＤＮＢの載せ及びシーケンシングを行うという役割を果たす。図４４には、１つの「Ｌ」型の手すり構造のみを模式的に示し、当業者は、認識すべきなものとして、上記機能を実現できる任意の手すり構造は本発明に含まれ、本発明においても手すり構造の数を制限せず、複数の手すり構造を用いてシングルチップとパッケージングすることができる。手すり構造の材料には、ＤＮＢ載せ及びシーケンシング試薬と互換性があり、コストが低く、加工しやすく、且つ老化や摩損しにくいプラスチックまたは金属が用いられることができ、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどの高分子プラスチック類、またはアルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属類を含むが、これらに制限されない。固体または液体類の接着剤でシングルチップと手すり構造を接着することができ、ＤＮＢ載せ及びシーケンシング試薬と互換性がある任意の接着剤は本特許に使用できる。

図４５に示すように、図４４に示すような組み立てられたシーケンシングチップを試薬８４２で満たされた容器８４１に浸漬し、試薬８４２はチップ表面修飾、ＤＮＢ載せ及びシーケンシング過程における任意の試薬であってもよく、一次表面修飾、ＤＮＢ載せ及びシーケンシング過程において、複数の容器８４１を有してもよく、それぞれ異なる試薬８４２を入れ、シーケンシングチップのハンドル構造を掴むことによってシーケンシングチップを異なる容器と試薬の間に切り替え、これにより、異なる反応を行うことができる。この図４５では、シーケンシングチップ上のＤＮＢ結合部位領域（「スポット」構造遷移金属酸化物層）にＤＮＢを載せており、１つの励起光源及びカメラ８４３によってＤＮＢから放出された異なる波長及びエネルギーの光信号を収集することによって、シーケンシング操作を実行することができる。

完全なシーケンシング操作を１回完了した後、このようなパッケージング構造のシーケンシングチップを処理して再利用できる。具体的な処理方法は以下の通りであり、シーケンシングし終わったシーケンシングチップを前処理し、ハンドル構造を取り外し、チップ全体を完全に露在させる。続いて、チップをＳＣ１洗浄液（Ｓｌｉｄｅ Ｃｌｅａｎ １、Ｔｒｉｔｏｎを含む５０ｍＭの水酸化カリウム溶液）に１０分間浸し、その後取り出して、脱イオン水を使用してチップ表面を３回以上繰り返し洗浄し、チップを窒素流に入れて完全に乾燥させる。

以上のようなＳＣ１洗浄液の代わりに、ＳＣ２洗浄液を使用してもよく、具体的な操作ステップは以下の通りであり、シーケンシングし終わったシーケンシングチップからハンドル構造を取り外し、ＳＣ２洗浄液（Ｓｌｉｄｅ Ｃｌｅａｎ ２、アンモニアと過酸化水素を一定の比率で混合する）に入れる。洗浄液を８０度に加熱して５分間置いて、その後、チップを取り出して、脱イオン水でチップを３回以上繰り返し洗浄し、チップを窒素流に入れて完全に乾燥させる。

以上のような洗浄液による洗浄法の代わりに、プラズマ乾燥処理法を使用してもよく、シーケンシングし終わったシーケンシングチップをアルゴンプラズマ雰囲気に３０分間置き、取り出した後、脱イオン水で洗浄してほこりを除去し、チップを窒素流に入れて完全に乾燥させる。

＜実施例９：チップ表面を修飾せず、載せ条件を変えることによってマイクロアレイを形成する＞
二酸化ケイ素表面を用いて非結合部位領域をシミュレーションし、二酸化チタン、五酸化タンタル表面の遷移金属酸化物を用いて結合部位領域をシミュレーションする。プラズマ洗浄機によって３種の表面を洗浄し、その後、エタノールでさらに洗浄する。条件が最適化されたＤＮＢ溶液（溶液ｐＨ及び界面活性剤の含有量を変える）（１６０ＢＰ，１０ｎｇ／ｕＬ）でチップ表面にＤＮＢを載せ、ＤＮＢの載せ後にｃｙ３色素でＤＮＢを蛍光マークし、その後、蛍光顕微鏡を使用してチップ表面を分析し、結果は、図４６に示すように、輝点は載せられたＤＮＢであり、黒い線は非機能領域が集中している領域であり、機能領域の密度が低い（ＤＮＢを吸着しない）。このようなチップを上記の組み立て方法に従ってシーケンシングチップとして製造し、Ｚｅｂｒａプラットフォームにはコンピューターによるシーケンシングを行い、結果は、図４７に示すように、新規遷移金属酸化物アレイチップを使用してＤＮＢを載せる載せ成功率（ＧＲＲ値）は現在使用されている従来のプロセスによって製造されたチップより高い。

結論、金属酸化物と二酸化ケイ素表面の特性が異なるため、ＤＮＢ溶液のｐＨ及び界面活性剤などの成分を変えることによって、チップ表面機能領域はＤＮＢを選択的に吸着することができる。

＜実施例１０：遷移金属酸化物格子付きのシリコン結晶の選択的機能化後のＤＮＢ吸着の効果検出＞
遷移金属酸化物格子付きのシリコン結晶チップをプラズマ洗浄機、エタノールで洗浄した後に１０ｍＭのアミノエチルホスホン酸溶液に入れ、２４時間浸漬した後取り出して、エタノール及び水で表面を洗浄する。Ｘ－線光電子分光計を使用して３種の表面の元素を分析して、結果から分かるように、アミノ化前後の二酸化ケイ素の表面にリン元素の成分が含まれなく、二酸化チタン、五酸化タンタル表面のリン原子濃度をアミノ化前の０から２％に上げる。シーケンシングと一致するＤＮＢ溶液（１６０ＢＰ，１０ｎｇ／ｕＬ）でチップ表面にＤＮＢを載せ、ＤＮＢの載せが完了した後ｃｙ３色素でＤＮＢを蛍光マークし、その後、蛍光顕微鏡を使用してチップ表面を分析し、結果を図４８に示す。図４８から分かるように、アミノホスホン酸で修飾された後にＤＮＢに対する遷移金属酸化物の良好な吸着効果を有すると同時に、ＤＮＢに対する二酸化ケイ素の非結合領域（図中では黒い線）の吸着はかなり限られている。

遷移金属酸化物格子付きのシリコン結晶チップは工場で使用される二酸化ケイ素結晶の表面を酸化した後、遷移金属酸化物格子をＡＬＤめっきすることによって製造される。結論：二酸化ケイ素の表面には、任意のアミノホスホン酸成分がなく、二酸化チタン、五酸化タンタルの表面にアミノホスホン酸成分が検出され、ホスホン酸反応の選択性を証明することができる。修飾された表面は選択的に遷移金属酸化物領域を選択的にアミノ化してチップ表面機能領域がＤＮＢを特異的に吸着する効果を実現する。

＜実施例１１：ポリエチレングリコールを含有する共重合体を使用して非機能領域をさらに修飾する効果検出＞
本実施例は、特に作られたチップを使用し、チップ上の遷移金属酸化物領域のサイズは２００ミクロンであり、間隔は５００ミクロンである。実施例９と同様に、チップを洗浄し、アミノホスホン酸で修飾処理した後、１０ｍｇ／ｍＬのポリエチレンイミン－ポリエチレングリコール（ＰＥＩ－ＰＥＧ）共重合体の水溶液に１０分間浸し、その後純水で洗浄する。その後、シーケンシングと一致するＤＮＢ溶液（１６０ＢＰ，１０ｎｇ／ｕＬ）でチップ表面にＤＮＢを載せ、ＤＮＢの載せが完了した後ｃｙ３色素でＤＮＢを蛍光マークし、その後蛍光顕微鏡を使用してチップ表面を分析し、結果を図４９に示す。図４９から分かるように、共重合体を使用して二酸化ケイ素の非結合領域を処理した後に、表面の非特異的吸着がさらに低下する。

結論、ポリエチレングリコールを含有する共重合体を使用することによって、ＤＮＢ及び不純物に対するチップ表面の非機能領域の吸着をさらに低下させることができる。

＜実施例１２：ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤を使用して非機能領域をさらに修飾する効果検出＞
遷移金属酸化物格子付きのシリコン結晶チップをプラズマ洗浄機とエタノールで洗浄した後にアレンドロン酸とポリエチレングリコールで改質したシランカップリング剤溶液に入れ、一定の時間反応した後に取り出して、エタノールと水で洗浄する。その後シーケンシングと一致するＤＮＢ溶液（１６０ＢＰ，１０ｎｇ／ｕＬ）でチップ表面にＤＮＢを載せ、ＤＮＢの載せが完了した後ｃｙ３色素でＤＮＢを蛍光マークし、その後蛍光顕微鏡を使用してチップ表面を分析し、結果を図５０に示す。

結論、ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤を使用することによって、ＤＮＢ及び不純物に対する二酸化ケイ素表面の非機能領域の吸着をさらに低下させることができる。

本明細書の説明では、参照用語「一実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体例」、または「いくつかの例」などの説明は、該実施例または例を結合して説明した具体的な特徴、構造、材料または特点は本発明の少なくとも１つの実施例または例に含まれることを意味する。本明細書では、上記用語の模式的な叙述は必ずしも同じ実施例または例を指すものではない。且つ、説明された具体的な特徴、構造、材料または特点は、いずれかまたは複数の実施例または例において適切な方法によって結合することができる。なお、互いに矛盾がない場合、当業者は、本明細書に説明された異なる実施例または例及び異なる実施例または例の特徴を結合したり、組み合わせたりすることができる。

以上で本発明の実施例を示して、説明したが、理解できるものとして、上記実施例は例示的なものであり、本発明を制限するものと理解されるべきではなく、当業者は、本発明の範囲内で上記実施例を変化、修正、置換及び変形することが可能である。

１－１０：ウェーハ構造
１１、１２：ウェーハ上のシングルチップ
１１１：ウェーハ基板構造
１１２：酸化ケイ素層
１１３：パターン化された遷移金属酸化物層（即ち遷移金属酸化物「スポット」）
１－２０：複数の単一のウェーハ構造
１２１：切断溝
１－３０：シングルチップを組み立てたシーケンシングチップ
１３１：フレーム構造
１３２：カバーガラス
１３３：液体の入口／出口
１３４：流体チャネル
１－４０：機能化表面修飾後に形成されたシーケンシングチップ
１４１：アミノ基
１４２：ポリエチレングリコール分子層
１－５０Ａ：ＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを含むシーケンシングチップ
１－５０Ｂ：シーケンシングチップにＤＮＢアレイを形成したシーケンシングチップ
１５１：ＤＮＢサンプル
１５２：光源とカメラ
２－１０：ベアウェーハに一層の酸化ケイ素層及び遷移金属酸化物層を形成した後のウェーハ構造
２１、２２：シングルチップ
２１１：ウェーハ基板
２１２：酸化ケイ素層
２１３：遷移金属酸化物層
２－２０：遷移金属酸化物層を含むウェーハにパターン化された「井」構造の酸化ケイ素層を形成した後のウェーハ
２２１：酸化ケイ素層
２２２：離散的に配置されているアレイ式「井」構造
２－３０：ウェーハ構造のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ
２３１：切断溝
２－４０：シングルチップを組み立てた後に形成されたシーケンシングチップ
２４１：フレーム
２４２：カバーガラス
２４３：液体の入口／出口
２４４：流体チャネル
２－５０：表面機能化修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ
２５１：酸化ケイ素層
２５２：遷移金属酸化物層
２－６０Ａ：シーケンシングチップ上にＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ
２－６０Ｂ：シーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成したシーケンシングチップ
２６１：ＤＮＢ
２６２：励起光源及びカメラ構造
３－１０：パターン化された遷移金属酸化物層を含むウェーハ構造
３１、３２：シングルチップ
３１１：ウェーハ
３１２：酸化ケイ素層
３１３：遷移金属酸化物層
３－２０：パターン化された遷移金属酸化物層を含むウェーハ上に、パターン化された「井」構造を有する酸化ケイ素層を再形成した後のウェーハ構造
３２１：酸化ケイ素層
３２２：酸化ケイ素層上の「井」構造
３－３０：ウェーハ構造のスライスプロセス後に形成された切断溝によって分割された複数のシングルチップ
３３１：切断溝
３－４０：シングルチップの組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ
３４１：フレーム
３４２：カバーガラス
３４３：液体の入口／出口
３４４：流体チャネル
３－５０：シーケンシングチップの表面機能化修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ
３５１：酸化ケイ素層
３５２：遷移金属酸化物層
３－６０Ａ：表面機能化処理後のシーケンシングチップのＤＮＢ載せプロセス後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ
３６１：ＤＮＢ
３６２：励起光源及びカメラ構造
３－６０Ｂ：シーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成したシーケンシングチップ
４－１０：酸化ケイ素層を有する石英ウェーハ上にパターン化された遷移金属酸化物層を形成するウェーハ構造
４１、４２：ウェーハ上のシングルチップ
４１１：石英ウェーハ
４１２：酸化ケイ素層
４１３：パターン化された遷移金属酸化物層
４－２０：ウェーハ上のスライスプロセス後に形成された切断溝によって分割された複数のシングルチップ
４２１：切断溝
４－３０：シングルチップのパッケージングプロセス後に形成されたシーケンシングチップ
４３１：フレーム
４３２：液体の入口／出口
４３３：流体チャネル
４－４０：シーケンシングチップの表面機能化修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ
４４１：酸化ケイ素層
４４２：遷移金属酸化物層
４－５０Ａ：機能化修飾処理後のシーケンシングチップにＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ
４－５０Ｂ：シーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成したシーケンシングチップ
４５１：ＤＮＢ
４５２：励起光源及びカメラ
５－１０：ベアウェーハに一層の酸化ケイ素層及び遷移金属酸化物層を形成した後のウェーハ構造
５１、５２：ウェーハ上のシングルチップ
５１１：ウェーハ基板構造
５１２：酸化ケイ素層
５１３：パターン化された遷移金属酸化物層
５－２０：遷移金属酸化物層を含むウェーハ上にパターン化された「井」構造の酸化ケイ素層を形成した後のウェーハ
５２１：酸化ケイ素層
５２２：遷移金属酸化物層
５－３０：ウェーハ構造のスライスプロセス後に形成された複数のシングルチップ
５３１：切断溝
５－４０：シングルチップの組み立てプロセス後に形成されたシーケンシングチップ
５４１：フレーム
５４２：液体の入口／出口
５－５０：シーケンシングチップの表面機能化修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ
５５１：酸化ケイ素層
５５２：遷移金属酸化物層
５－６０Ａ：機能化修飾処理後のシーケンシングチップにＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ
５－６０Ｂ：シーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成したシーケンシングチップ
５６１：ＤＮＢ
５６２：励起光源及びカメラ
６－１０：パターン化された遷移金属酸化物層を含むウェーハ構造
６１、６２：ウェーハ上のシングルチップ
６１１：ウェーハ
６１２：酸化ケイ素層
６１３：遷移金属酸化物層
６－２０：パターン化された遷移金属酸化物層を含むウェーハ上に、パターン化された「井」構造を有する酸化ケイ素層を再形成した後のウェーハ構造
６２１：酸化ケイ素層
６２２：酸化ケイ素層上の「井」構造
６－３０：ウェーハ構造のスライスプロセス後に形成された切断溝によって分割された複数のシングルチップ
６３１：切断溝
６－４０：シングルチップのパッケージングプロセス後に形成されたシーケンシングチップ
６４１：フレーム
６４２：液体の入口／出口
６－５０：シーケンシングチップの表面機能化修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ
６５１：酸化ケイ素層
６５２：遷移金属酸化物層
６－６０Ａ：機能化修飾処理後のシーケンシングチップにＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ
６－６０Ｂ：シーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成したシーケンシングチップ
６６１：ＤＮＢ
６６２：励起光源及びカメラ
７－１０：ＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ
７１、７２：２つのチップ
７３：感光層
７４：相互接続層
７５：基板層
７１１：シリコン基板
７１２：ＣＭＯＳ処理回路層
７１３：誘電体層
７１４：金属配線
７１５：半導体材料
７１６：感光部分
７１７：誘電体薄膜層
７１８：酸化ケイ素層
７１９：チップ上のパッド
７２０：相互接続シリコン通孔
７－２０Ａ：ＣＭＯＳイメージセンサーウェーハに「スポット」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のＣＭＯＳウェーハ構造
７２１：遷移金属酸化物領域
７－２０Ｂ：ＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ上に「井」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のＣＭＯＳウェーハ構造
７２２：遷移金属酸化物領域
７２３：酸化ケイ素領域
７２４：「井」構造の遷移金属酸化物領域
７－２０Ｃ：ＣＭＯＳイメージセンサーウェーハ上に他の「井」構造のパターン化された遷移金属酸化物層を形成した後のＣＭＯＳウェーハ構造
７２５：遷移金属酸化物領域
７２６：酸化ケイ素領域
７２７：遷移金属酸化物領域
７－３０：パターン化ウェーハ構造のスライスプロセス後に形成された切断溝によって分割された複数のシングルチップ
７３１：切断溝
７－４０：チップのチップ実装及びワイヤーボンディング後に形成されたチップ構造
７４１：パッケージング基板
７４２：基板上のパッド
７４３：接点
７４４：金属接続線
７－５０：チップ構造の蓋構造の貼り合わせ後に形成したシーケンシングチップ
７５１：サポート構造の蓋構造
７５２：液体の入口／出口
７５３：流体チャネル
７－６０：シーケンシングチップの表面機能化修飾処理後に形成されたシーケンシングチップ
７６１：遷移金属酸化物領域
７６２：酸化ケイ素領域
７－７０Ａ：機能化処理後のシーケンシングチップにＤＮＢを載せた後に形成されたＤＮＢアレイを有するシーケンシングチップ
７－７０Ｂ：シーケンシングチップ内にＤＮＢアレイを形成したシーケンシングチップ
７７１：ＤＮＢ
８－１０：アレイ式「スポット」構造を有する遷移金属酸化物層のウェーハ構造
８１、８２：ウェーハ上のシングルチップ
８１１：ウェーハ基板
８１２：酸化ケイ素層
８１３：「スポット」構造の遷移金属酸化物層
８１、８２：複数のシングルチップ
８－２０：ウェーハ構造のスライスプロセス後に複数のシングルチップを形成した後のウェーハ構造
８２１：切断線
８－３０：シングルチップと１つのハンドル構造を組み立てた後に形成された再利用可能なシーケンシングチップ
８３１：ハンドル構造
８－４０：組み立てられたシーケンシングチップを１つの試薬で満たされた容器に浸すシーケンシングチップ
８４１：容器
８４２：試薬
８４３：励起光源及びカメラ

Claims (15)

1. 均一に分布している切断線を有するウェーハと、
   酸化ケイ素からなり、前記ウェーハの上表面に形成される第１の酸化ケイ素層と、
   遷移金属酸化物からなり、前記第１の酸化ケイ素層の上表面に形成されるＤＮＡナノボールを吸着するための遷移金属酸化物層と、を含み、
   前記遷移金属酸化物層は、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、六酸化ニオブ及び二酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも１種を含み、
   前記遷移金属酸化物層は、つながっていない複数の遷移金属酸化物スポットからなり、
   前記遷移金属酸化物スポットの厚さは１０～２０ｎｍであり、前記第１の酸化ケイ素層の厚さは８０～１００ｎｍであり、
   前記遷移金属酸化物スポットにアミノ基がさらに接続され、
   前記つながっていない複数の遷移金属酸化物スポットの間の第１の酸化ケイ素層にポリエチレングリコールがさらに接続される、
   ことを特徴とするシーケンシングチップ用のチップ基材。
2. 前記第１の酸化ケイ素層の厚さは９０ｎｍである、ことを特徴とする請求項１に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
3. 前記アミノ基と前記遷移金属酸化物層のうちの遷移金属酸化物分子の少なくとも一部は、化学結合によって接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
4. 前記化学結合は、遷移金属酸化物分子とアミノホスホン酸化合物のリン酸基が接続されることによって形成されるものである、ことを特徴とする請求項３に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
5. 前記ポリエチレングリコールは、ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールと、ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤とから選ばれる少なくとも１つにより提供され、
   前記ポリエチレングリコールがポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールにより提供される場合、前記ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールは静電気を介して前記第１の酸化ケイ素層の表面に吸着され、
   前記ポリエチレングリコールがポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤により提供される場合、前記ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤は－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－鎖を介して前記第１の酸化ケイ素層に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
6. 均一に分布している切断線を有するウェーハと、
   酸化ケイ素からなり、前記ウェーハの上表面に形成される第１の酸化ケイ素層と、
   ＤＮＡナノボールを吸着するための遷移金属酸化物層と、
   第２の酸化ケイ素層と、を含み、
   前記遷移金属酸化物層は、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、六酸化ニオブ及び二酸化ハフニウムから選ばれる少なくとも１種を含み、
   前記遷移金属酸化物層は連続層構造であり、前記第２の酸化ケイ素層は、酸化ケイ素により、つながった複数の井字状で前記遷移金属酸化物層の上表面に形成され、前記ウェーハはシリコンウェーハであり、前記第２の酸化ケイ素層の井字状格子の凹部にある前記遷移金属酸化物層にアミノ基がさらに接続され、前記第２の酸化ケイ素層にポリエチレングリコールがさらに接続され、前記第２の酸化ケイ素層の厚さは４０～６０ｎｍであり、前記遷移金属酸化物層の厚さは５～１５ｎｍであり、前記第１の酸化ケイ素層の厚さは８０～１００ｎｍであり、または、
   前記遷移金属酸化物層はつながっていない複数の遷移金属酸化物スポットからなり、前記第２の酸化ケイ素層は前記つながっていない複数の遷移金属酸化物スポットの間の第１の酸化ケイ素層の上表面に形成され、前記ウェーハは石英ウェーハであり、前記遷移金属酸化物スポットにアミノ基がさらに接続され、前記第２の酸化ケイ素層にポリエチレングリコールがさらに接続され、前記第２の酸化ケイ素層の厚さは１００～２００ｎｍであり、前記遷移金属酸化物層の厚さは１０～２０ｎｍであり、前記第１の酸化ケイ素層の厚さは８０～１００ｎｍである、ことを特徴とするシーケンシングチップ用のチップ基材。
7. 前記遷移金属酸化物層が連続層構造である場合、前記第２の酸化ケイ素層の厚さは５０ｎｍである、ことを特徴とする請求項６に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
8. 前記第１の酸化ケイ素層の厚さは９０ｎｍである、ことを特徴とする請求項６に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
9. 前記アミノ基と前記遷移金属酸化物層における遷移金属酸化物分子の少なくとも一部は化学結合によって接続される、ことを特徴とする請求項６に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
10. 前記化学結合は、遷移金属酸化物分子とアミノホスホン酸化合物のリン酸基を接続することによって形成される、ことを特徴とする請求項９に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
11. 前記ポリエチレングリコールは、ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールとポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤とから選ばれる少なくとも１種により提供され、
    前記ポリエチレングリコールはポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールにより提供される場合、前記ポリエチレンイミン－ポリエチレングリコールは静電気を介して前記第２の酸化ケイ素層の表面に吸着され、
    前記ポリエチレングリコールはポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤により提供される場合、前記ポリエチレングリコールを含有するシランカップリング剤は－Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ－鎖を介して前記第２の酸化ケイ素層に接続される、ことを特徴とする請求項６に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材。
12. チップ本体を含むシーケンシングチップであって、前記チップ本体は複数のチップダイを含み、前記チップダイは、請求項１に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材をウェーハの切断線に沿って切断することによって得られる、ことを特徴とするシーケンシングチップ。
13. 前記シーケンシングチップは、再利用可能なものである、ことを特徴とする請求項１２に記載のシーケンシングチップ。
14. チップ本体を含むシーケンシングチップであって、前記チップ本体は複数のチップダイを含み、前記チップダイは、請求項６に記載のシーケンシングチップ用のチップ基材をウェーハの切断線に沿って切断することによって得られる、ことを特徴とするシーケンシングチップ。
15. 前記シーケンシングチップは、再利用可能なものである、ことを特徴とする請求項１４に記載のシーケンシングチップ。

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