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JPH0712770A - Biosensor device and preparation thereof - Google Patents

Biosensor device and preparation thereof

Info

Publication number
JPH0712770A
JPH0712770A JP13781893A JP13781893A JPH0712770A JP H0712770 A JPH0712770 A JP H0712770A JP 13781893 A JP13781893 A JP 13781893A JP 13781893 A JP13781893 A JP 13781893A JP H0712770 A JPH0712770 A JP H0712770A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
contact
region
layer
conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13781893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
William R Krenik
アール.クレニック ウィリアム
Appleton Mark
アップルトン マーク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of JPH0712770A publication Critical patent/JPH0712770A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

PURPOSE: To realize a low-cost sensor by providing a conductor area spread between contact body areas created on the surface and back of a substrate, and measuring the resistance value between the contact bodies of the back. CONSTITUTION: Dielectric layers (oxide) 23, 24 are formed on the surface and back of a semiconductor substrate (N-type Si). Metallic conductors 26, 28 come into contact with the substrate 22 through an opening part of the layer 23, and are respectively connected to one set of alternately disposed contact body fingers 27, 29. One pair of back contact bodies 30, 32 are formed on the layer 24 to come into contact with the substrate 22 through the contact hole of the layer 24. The contact body 30 comes into ohmic contact with conductor 26. An area 34 is formed by diffusing P-type impurities through the substrate 22. The contact body 32 similarly comes into ohmic contact with the conductor 28 through a conductor area 36. The metallic conductor on the substrate 22 is covered with a polymer emzyme layer 42 and further covered with a polymer coating 44. The layer 42 is made react with the blood of a human body, and the blood sugar value can be detected by measuring the resistance value between the contact bodies 30, 32.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、医学診断用センサに関
する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a sensor for medical diagnosis.

【0002】[0002]

【従来の技術およびその問題点】医学診断の分野におい
て、センサを用いる技術は急速に成長している。このよ
うなセンサを用いることにより、抵抗値の測定から血液
のグルコースの量を知るというような、速くてかつ廉価
な検査法が得られる。
2. Description of the Related Art In the field of medical diagnosis, the technique of using a sensor is rapidly growing. By using such a sensor, a quick and inexpensive test method, such as knowing the amount of glucose in blood from the measurement of the resistance value, can be obtained.

【0003】先行技術によるセンサが、図1および図2
に示されている。導線N1およびN2が、センサの表面
上に作成される。酵素ポリマ層L1および被覆層L2
が、導線の上に作成される。1滴の血液がセンサの表面
に付けられ、そして、この血液が酵素層L1と反応す
る。その時、導線の間の抵抗値が測定される。このこと
により、最近の光学的方法よりも、速くて、かつ、簡単
で、かつ、さらに正確な、血液グルコースの読み出しが
得られる。シリコンを用いたセンサの1つの大きな問題
点は、コストである。各センサは1回用いられるだけ
で、その後は捨てられるのであるから、そのコストは極
めて安くなければならない。
Prior art sensors are shown in FIGS.
Is shown in. Leads N1 and N2 are created on the surface of the sensor. Enzyme polymer layer L1 and coating layer L2
Is created on the conductor. A drop of blood is applied to the surface of the sensor, and this blood reacts with the enzyme layer L1. The resistance value between the conductors is then measured. This provides a faster, simpler, and more accurate blood glucose readout than current optical methods. One major problem with silicon based sensors is cost. The cost must be very low, since each sensor is used only once and then discarded.

【0004】このようなセンサを製造する際に解決しな
ければならない大きな問題点は、ポリマ材料が非常に鋭
敏でその取扱いに細心の注意を必要とすることであり、
そしてそれをパターンに作成する際、必要な加熱や化学
薬品での処理が困難であることである。したがって、端
子N1およびN2への接続を、ポリマに悪い影響を与え
ることなく行う方法が必要である。先行技術による1つ
のこのような方法は、ウエハを貫通するエッチングを行
い、そして裏側に接触体を備えることである。けれど
も、この技術は、ウエハの内部の応力とそれによる破損
とにより、製造コストが非常に高くなる。
A major problem that must be solved when manufacturing such a sensor is that the polymeric material is very sensitive and requires careful handling.
And when it is made into a pattern, it is difficult to perform necessary heating and treatment with chemicals. Therefore, there is a need for a method of connecting to terminals N1 and N2 without adversely affecting the polymer. One such prior art method is to etch through the wafer and provide the backside with contacts. However, this technique is very expensive to manufacture due to the stress inside the wafer and the resulting damage.

【0005】[0005]

【実施例】図1および図2は、先行技術によるバイオセ
ンサ装置10の図面である。バイオセンサ10は、典型
的には、シリコン基板12の上に作成され、そして1対
の導線N1およびN2を有する。導線N1およびN2は
金属であることが好ましい。導線N1およびN2は、基
板12の上に形成された絶縁体層14の上に作成され
る。導線N1およびN2の上に、ポリマ酵素層16が作
成される。その後、ポリマ酵素層16の上に、ポリマ保
護層18が作成される。
1 and 2 are drawings of a biosensor device 10 according to the prior art. Biosensor 10 is typically fabricated on a silicon substrate 12 and has a pair of leads N1 and N2. The conductors N1 and N2 are preferably made of metal. The conductors N1 and N2 are formed on the insulator layer 14 formed on the substrate 12. A polymer enzyme layer 16 is formed on the leads N1 and N2. Then, the polymer protective layer 18 is formed on the polymer enzyme layer 16.

【0006】このセンサを使用する際、ポリマ保護層の
上に血液試料が付けられ、そして導線N1と導線N2の
間の抵抗値が測定される。測定されたこの抵抗値の測定
から、血液試料とポリマ酵素の間の相互作用の結果とし
て、血液グルコースのレベルを知ることができる。
When using this sensor, a blood sample is applied onto the polymer protective layer and the resistance between the conductors N1 and N2 is measured. From this measured resistance value, the level of blood glucose can be known as a result of the interaction between the blood sample and the polymer enzyme.

【0007】導線N1と導線N2の間の抵抗値を測定す
るために、センサ10の外側表面に擾乱を与えないよう
に、これらの導線と裏側表面で接続を行うことが必要で
ある。
In order to measure the resistance between the conductors N1 and N2, it is necessary to make connections to these conductors and the backside surface so as not to disturb the outer surface of the sensor 10.

【0008】図3は、本発明により作成されたセンサ2
0の横断面図を示す。このセンサは半導体基板22の上
に作成される。好ましい実施例では、半導体基板22は
N形シリコンである。基板22の上側表面と裏側表面と
に、それぞれ、誘電体層23および24が作成される。
金属導線26および28は、誘電体層23の開口部を通
して、基板22に接触する。導線26および28のおの
おのはまた、縦に長い1組の交互に配置された接触体フ
ィンガ27および29に接続される。フィンガ27およ
び29の組は交互に配置されているが、それらは相互に
電気的には接触していない。
FIG. 3 shows a sensor 2 made according to the present invention.
0 shows a cross-sectional view of 0. This sensor is formed on the semiconductor substrate 22. In the preferred embodiment, semiconductor substrate 22 is N-type silicon. Dielectric layers 23 and 24 are formed on the upper surface and the back surface of the substrate 22, respectively.
The metal leads 26 and 28 contact the substrate 22 through the openings in the dielectric layer 23. Each of the conductors 26 and 28 is also connected to a vertically elongated set of interleaved contactor fingers 27 and 29. The sets of fingers 27 and 29 are interleaved, but they are not in electrical contact with each other.

【0009】誘電体層24の上に、1対の裏側接触体3
0および32が作成される。この1対の裏側接触体30
および32は、誘電体層24の接触用ホ−ルを通して、
基板22に接触する。好ましい実施例では、誘電体層2
3および24は酸化物であるが、誘電体層23および2
4はまた他の誘電体材料であることができる。
On top of the dielectric layer 24, a pair of backside contacts 3
0 and 32 are created. This pair of back side contact bodies 30
And 32 through the contact holes of the dielectric layer 24,
Contact the substrate 22. In the preferred embodiment, the dielectric layer 2
3 and 24 are oxides, but dielectric layers 23 and 2
4 can also be another dielectric material.

【0010】裏側接触体30は、導電体領域34を通し
て、金属導線26にオーム接触する。導電体領域34は
基板22を貫いて延長される。導電体領域34は、基板
22を通してP形不純物を拡散することにより、作成す
ることが好ましい。
The backside contact 30 makes ohmic contact with the metal wire 26 through the conductor region 34. Conductor region 34 extends through substrate 22. Conductor region 34 is preferably created by diffusing P-type impurities through substrate 22.

【0011】裏側接触体32は、同様に、導電体領域3
6を通して、金属導線28にオーム接触する。導電体領
域36は、導電体領域34が作成される時に作成される
ことが好ましい。
The back contact 32 is likewise provided in the conductor region 3
Through 6 into ohmic contact with the metal conductor 28. Conductor region 36 is preferably created when conductor region 34 is created.

【0012】図4〜図15は、本発明の工程順序を詳細
に示した図面である。工程順序のこれらの詳細な図面
は、単に例示のためのものであって、本発明がこの工程
順序に限定されるのではないことを断っておく。図4に
おいて、シリコン基板22に対して工程が開始する。好
ましい実施例では、基板22の厚さは254マイクロメ
ートル(10ミル)ないし279マイクロメートル(1
1ミル)であり、上側表面と裏側表面との両方がエッチ
ングにより研磨される。好ましい実施例では、76ミリ
メートル(3インチ)ウエハの上に作成されるが、他の
寸法のウエハを用いることもできる。
4 to 15 are drawings showing in detail the process sequence of the present invention. It is noted that these detailed drawings of the process sequences are for illustration only and the invention is not limited to this process sequence. In FIG. 4, the process starts for the silicon substrate 22. In the preferred embodiment, the thickness of substrate 22 is from 254 micrometers (10 mils) to 279 micrometers (1
1 mil) and both the top and back surfaces are polished by etching. In the preferred embodiment, it is made on a 76 millimeter (3 inch) wafer, but other sized wafers can be used.

【0013】図5は、酸化段階が実行され、基板の上側
表面と裏側表面に障壁酸化物層23および24が作成さ
れた後の基板22を示す。酸化物層23および24は、
最小限約8000オングストロームの厚さを有すること
が好ましい。この基板は、約1100℃の乾燥酸素雰囲
気中に10分間置かれ、その後、湿ったO2 雰囲気中に
230分間置かれ、さらにその後、乾燥O2 雰囲気中に
5分間置かれる。
FIG. 5 shows the substrate 22 after the oxidation step has been performed and barrier oxide layers 23 and 24 have been created on the upper and backside surfaces of the substrate. The oxide layers 23 and 24 are
It is preferred to have a minimum thickness of about 8000 Angstroms. The substrate is placed in a dry oxygen atmosphere at about 1100 ° C. for 10 minutes, then in a moist O 2 atmosphere for 230 minutes, and then in a dry O 2 atmosphere for 5 minutes.

【0014】次に、図6および図7に示されているよう
に、基板22の裏側表面の酸化物層24を貫通する開口
部25が、エッチングにより作成される。開口部25が
作成された後、図7に示されているように、シリコン基
板22に2.0マイクロメートルないし15.0マイク
ロメートルの深さまでエッチングが行われる。このエッ
チングの好ましい深さは、10マイクロメートルであ
る。シリコン基板22にエッチングにより作成されたレ
ジストレーション・マーク27を用いて、マスクを整合
させ、それにより、基板22の裏側を下記で説明される
拡散により確実にマスクし、および、裏側接触体が基板
22の上側表面に作成された接触体と正しく整合させる
ことが行われる。
Next, as shown in FIGS. 6 and 7, an opening 25 is created by etching through the oxide layer 24 on the back surface of the substrate 22. After the opening 25 is created, the silicon substrate 22 is etched to a depth of 2.0 micrometers to 15.0 micrometers, as shown in FIG. The preferred depth of this etch is 10 micrometers. The registration marks 27 made by etching on the silicon substrate 22 are used to align the mask, thus reliably masking the backside of the substrate 22 by diffusion as described below, and the backside contactor Correct alignment with the contacts made on the upper surface of 22 is performed.

【0015】前記で説明した酸化物の除去段階およびレ
ジストレーション・エッチング段階は、もし後の酸化物
除去段階との間の整合を確実に得るための構造体が存在
するならば、または、もし整合を確実に得るためのある
種のマーキングが処理工程の前に基板の上に備えられて
いるならば、省略することも可能であろう。
The above-described oxide removal and registration etch steps are performed if a structure is present to ensure alignment with subsequent oxide removal steps, or if the alignment is present. It could also be omitted if some kind of marking to ensure that it was provided on the substrate prior to the processing step.

【0016】それから、図8に示されているように、基
板22の上側表面および裏側表面の酸化物層23および
24を貫通する窓29が作成される。次に、図9に示さ
れているように、窓29を通して不純物が沈着される、
または、不純物が注入される。そして、この不純物が拡
散され、それにより、基板22の上側表面から裏側表面
にまで広がる拡散領域34および36が作成される。好
ましい実施例では、この拡散は、ホウ素が窓29に沈着
されたP形材料に対し、1300℃の温度で157時間
の間行われる。図面からすぐに分かるように、この拡散
段階により、基板22の上側表面から裏側表面にまで広
がるP形材料の導電体領域34および36が得られる。
A window 29 is then created through the oxide layers 23 and 24 on the upper and back surfaces of the substrate 22, as shown in FIG. Impurities are then deposited through window 29, as shown in FIG.
Alternatively, impurities are implanted. Then, the impurities are diffused, thereby forming diffusion regions 34 and 36 extending from the upper surface to the back surface of the substrate 22. In the preferred embodiment, this diffusion occurs at a temperature of 1300 ° C. for a period of 157 hours for the P-type material with boron deposited in the window 29. As can be readily seen in the figure, this diffusion step results in conductor regions 34 and 36 of P-type material extending from the upper surface to the back surface of substrate 22.

【0017】また別の実施例では、拡散導電体領域が作
成される領域の基板22の厚さを薄くするために、基板
22の裏側表面の窓29領域部分がエッチングにより除
去される。このことにより、上側表面からの拡散と裏側
表面からの拡散とが融合するのに必要な拡散時間を短く
することができ、そしてまた、このことにより、上側表
面と裏側表面との間のインピーダンスを小さくすること
ができる。
In yet another embodiment, the window 29 region portion of the back surface of substrate 22 is etched away to reduce the thickness of substrate 22 in the region where the diffused conductor regions are created. This can reduce the diffusion time required for the diffusion from the top surface and the diffusion from the back surface to merge, and also this can reduce the impedance between the top and back surfaces. Can be made smaller.

【0018】拡散が完了した後、拡散工程中に成長した
酸化物が、好ましくは湿式HF溶液で、除去される。そ
して、図10に示されているような基板22が後に残
る。次に、図11に示されているように、基板22の上
側表面および裏側表面に、酸化物層23および24が約
1000オングストロームの厚さに成長される。
After the diffusion is complete, the oxide grown during the diffusion process is removed, preferably with a wet HF solution. Then, the substrate 22 as shown in FIG. 10 remains behind. Next, as shown in FIG. 11, oxide layers 23 and 24 are grown on the upper and back surfaces of substrate 22 to a thickness of approximately 1000 angstroms.

【0019】次に、図12に示されているように、酸化
物層23および24を貫通する接触体用窓37が作成さ
れ、そして次に、基板22の上側表面および裏側表面に
導電体(好ましくは、金属)の層40が作成される。好
ましい実施例では、クロムが500オングストロームの
厚さに沈着され、そしてその後、金が500オングスト
ロームの厚さに沈着される。クロムの代わりに、チタン
のような他の金属を用いることができる。
Contact windows 37 are then made through the oxide layers 23 and 24, as shown in FIG. 12, and conductors () are then formed on the upper and backside surfaces of the substrate 22. A layer 40, preferably of metal) is created. In the preferred embodiment, chromium is deposited to a thickness of 500 Å and then gold is deposited to a thickness of 500 Å. Instead of chromium, other metals such as titanium can be used.

【0020】場合によっては、金属層40とP形拡散領
域34および36との間に必要なオーム接触体を得るた
めに、付加的な工程段階を実行することが必要であるか
も知れない。さらに大きなオーム接触体を得るために、
メタライゼーションの前に、P形拡散を追加するという
付加的工程段階を加えることができる。接触体開口部3
7が作成された後、図12に示されているように、処理
工程の期間中、P形不純物の拡散が実行される。その
後、図10、図11および図12に示された工程段階が
繰り返される。
In some cases, it may be necessary to perform additional process steps to obtain the required ohmic contact between metal layer 40 and P-type diffusion regions 34 and 36. To get a larger ohmic contact,
An additional process step of adding P-type diffusion can be added prior to metallization. Contact body opening 3
After 7 is created, diffusion of P-type impurities is performed during the processing steps, as shown in FIG. Thereafter, the process steps shown in FIGS. 10, 11 and 12 are repeated.

【0021】金属層40が沈着された後、この金属層が
パターンに作成され、裏側表面接触体30および32が
作成される。基板22の上側表面には、図15に示され
ているように、交互配置された金属体フィンガ27、2
9の組が作成される。
After the metal layer 40 is deposited, it is patterned to create the backside surface contacts 30 and 32. On the upper surface of the substrate 22, metal body fingers 27, 2 interleaved, as shown in FIG.
Nine sets are created.

【0022】金属体フィンガ27、29は、例えば、ク
ロムの層を沈着し、次に、金の層を沈着し、そして、こ
の積層体をエッチングによりパターンに作成することに
より、作成することができる。他の方法、例えば、クロ
ムの層をパターンに作成し、そして、それを金で被覆し
て作成するという方法を用いることもできる。クロムの
代わりに、アルミニュームのような他の金属を用いるこ
とができる。
The metal body fingers 27, 29 can be made, for example, by depositing a layer of chrome, then a layer of gold, and patterning the stack by etching. . Other methods can be used, such as patterning a layer of chrome and then coating it with gold. Instead of chromium, other metals such as aluminum can be used.

【0023】好ましい実施例では、再び図3において、
基板22の上の金属導線はポリマ酵素層42で被覆さ
れ、そして、このポリマ酵素層42がポリマ被覆体44
で被覆される。ポリマ酵素層42が人間の血液と反応
し、金属導線27、29の間の抵抗値の測定から、血液
の血糖値を知ることができる。
In the preferred embodiment, again referring to FIG.
The metal wire on the substrate 22 is coated with a polymer enzyme layer 42, and the polymer enzyme layer 42 is coated with a polymer coating 44.
Is covered with. The polymer enzyme layer 42 reacts with human blood, and the blood glucose level of blood can be known from the measurement of the resistance value between the metal leads 27 and 29.

【0024】酵素被覆体44と酵素層42はまた、セン
サの領域において、血液試料を保持するある種のスポン
ジの役割を果たし、それにより、血液試料がセンサから
逃げることなく読み出しを行うことができる。
The enzyme coating 44 and the enzyme layer 42 also serve as a kind of sponge for holding the blood sample in the area of the sensor, so that the blood sample can be read out without escaping from the sensor. .

【0025】使用の際には、少量の血液試料がセンサ2
0の表面に広がる。それから、このセンサ20が、裏側
接触体30および32に電気的に接続された接触体を有
する装置(図示されていない)に取り付けられ、そし
て、裏側接触体30および32の間の抵抗値が測定され
る。この測定された抵抗値から、血糖値を得ることがで
きる。
In use, a small amount of blood sample is used by the sensor 2.
Spread over the surface of 0. The sensor 20 is then attached to a device (not shown) having contacts electrically connected to the back contacts 30 and 32, and the resistance between the back contacts 30 and 32 is measured. To be done. The blood glucose level can be obtained from the measured resistance value.

【0026】本発明の別の実施例が図16に示されてい
る。センサが正しく機能することを確実に得るために、
センサの表面を完全に湿らせることが重要である。この
別の実施例では、補助センサ40がセンサ20の周縁に
作成される。補助センサ40は主センサ20よりは小型
であるが、センサ20と同じ工程段階を用いて作成され
ることが好ましい。
Another embodiment of the present invention is shown in FIG. To ensure that the sensor works properly,
It is important to completely wet the surface of the sensor. In this alternative embodiment, an auxiliary sensor 40 is created around the sensor 20. The auxiliary sensor 40 is smaller than the main sensor 20, but is preferably made using the same process steps as the sensor 20.

【0027】センサを読み出すことは単純な直流抵抗値
の測定であるから、補助センサ40が順次に読み出さ
れ、そして、それらの値が比較される。もし補助センサ
40での測定値が予め指定された範囲の中にないなら
ば、それはセンサ20の表面全体が血液で濡れていなく
て、センサがエラー状態にあることをユーザに示すであ
ろう。さらに別の実施例(図示されていない)では、周
縁のセンサが分布形である。
Since reading the sensors is a simple DC resistance measurement, the auxiliary sensors 40 are read out sequentially and their values are compared. If the measurement at auxiliary sensor 40 is not within the pre-specified range, it will indicate to the user that the entire surface of sensor 20 is not wet with blood and the sensor is in error. In yet another embodiment (not shown), the peripheral sensors are distributed.

【0028】抵抗値の測定が行われるように装着された
バイオセンサが、このバイオセンサの温度に対して、目
盛り検定可能であることがまた望ましい。温度補償が可
能である1つの実施例が、図17aに示されている。図
17aは、図3のセンサにおいて、1つのP形拡散領域
23が基板に短絡され、ダイオード30が作成される。
別の実施例では、図17aに示されているように、基板
との接続は、さらに大きな接触体ホール13′をエッチ
ングにより作成することによって行われる。
It is also desirable that the biosensor mounted so that resistance measurements be made be calibrated against the temperature of the biosensor. One example in which temperature compensation is possible is shown in Figure 17a. FIG. 17a shows that in the sensor of FIG. 3, one P-type diffusion region 23 is shorted to the substrate to create a diode 30.
In another embodiment, as shown in Figure 17a, the connection to the substrate is made by etching a larger contact hole 13 '.

【0029】次に、温度に対する電圧の変化が目盛り検
定(約2mV/℃)される。この構成体の概要図が、図
17bに示されている。
Next, the change in voltage with respect to temperature is calibrated (about 2 mV / ° C.). A schematic diagram of this construct is shown in Figure 17b.

【0030】センサを温度の変化に対して目盛り検定を
行う第2の方法が、図18aおよび図18bに示されて
いる。この方法では、拡散で作成された抵抗器32が、
連結された金属フィンガ19の下の基板12の中に作ら
れる。この抵抗器は、それらの間で抵抗値が測定される
接触体の一部分を構成する。拡散で作成された抵抗器3
2は、周知の拡散技術により作成される。拡散で作成さ
れた抵抗器の概要図が、図18bに示されている。
A second method of calibrating the sensor for changes in temperature is shown in FIGS. 18a and 18b. In this method, the resistor 32 created by diffusion is
Made in the substrate 12 underneath the connected metal fingers 19. This resistor forms part of the contact between which the resistance is measured. Resistor 3 created by diffusion
2 is created by a well-known diffusion technique. A schematic diagram of a diffusion created resistor is shown in Figure 18b.

【0031】第3の方法は、温度が変化する際、抵抗器
の比変化を与えるために、相互配置されたフィンガの下
の拡散で作成された抵抗器のブリッジ回路を作成する方
法である。この実施例は、基板の上に基準抵抗器を必要
とし、およびまた、4個の端子を必要とするであろう。
A third method is to make a resistor bridge circuit made of diffusion under interdigitated fingers to provide a ratio change of the resistors as the temperature changes. This embodiment would require a reference resistor on the substrate and would also require four terminals.

【0032】本発明の好ましい実施例では、個々のセン
サが必要な時に使用可能であるように、センサが分離さ
れ、そして、パッケージされる。けれども、また別の実
施例では、複数個のセンサが個別の単位装置として一緒
にパッケージされ、そして基板それ自身の上に、個別の
センサを選定するための回路を有し、そして、電気的測
定を実施する。
In the preferred embodiment of the invention, the sensors are separated and packaged so that the individual sensors are available when needed. However, in yet another embodiment, multiple sensors are packaged together as individual unit devices and have circuitry on the substrate itself for selecting individual sensors and making electrical measurements. Carry out.

【0033】個々のセンサを検出/測定回路に接続する
回路装置が作成される時、この回路装置は基板の上側表
面に作成され、拡散領域を通して、外部回路に裏側表面
から接続を行うことができるか、または、この回路装置
がウエハの裏側表面に作成され、拡散領域を通して、セ
ンサを回路装置に接続することができる。
When a circuit arrangement is made which connects the individual sensors to the detection / measurement circuit, the circuit arrangement is made on the upper surface of the substrate and allows the connection to external circuits from the rear surface through the diffusion area. Alternatively, the circuitry can be made on the backside surface of the wafer and the sensor can be connected to the circuitry through the diffusion area.

【0034】このような装置では、個々のセンサを電気
的に選定するためのマルチプレクサが備えられ、およ
び、測定を実行するためのマイクロプロセッサまたはそ
れと同等な回路が備えられる。この装置はまた、個々の
センサを呼び出して血液試料に接続されるように構成さ
れた、ガスケット/カバーを有する。マイクロプロセッ
サ回路は、選定されたセンサを処理装置に接続する。こ
のように、十分な時間的長さの間測定を行うことができ
る程に十分な数のセンサを備えた、使い捨て可能なセン
サを有する装置が得られる。
In such a device, a multiplexer is provided for electrically selecting the individual sensors, and a microprocessor or equivalent circuit is provided for performing the measurements. The device also has a gasket / cover configured to invoke individual sensors to connect to the blood sample. The microprocessor circuit connects the selected sensor to the processing device. In this way, a device with disposable sensors is obtained, with a sufficient number of sensors that the measurements can be taken for a sufficient length of time.

【0035】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) 基板の上側表面に第2導電形の領域を作成する
段階と、前記基板の裏側表面に第2導電形の領域を作成
する段階と、前記基板の前記上側表面から前記裏側表面
へ前記基板を貫通して広がる第2導電形の領域を作成す
るために、前記領域を拡散する段階と、を有する、第1
導電形の半導体基板を貫通する接触体を作成する方法。 (2) 第1項記載の方法において、前記領域を作成す
る前記段階が前記領域の中に第2導電形の不純物を注入
する段階を有する、前記方法。 (3) 第1項記載の方法において、前記領域を作成す
る前記段階が前記領域の中に第2導電形の不純物を炉中
で沈着する段階を有する、前記方法。
With regard to the above description, the following items will be further disclosed. (1) creating a region of the second conductivity type on the upper surface of the substrate, creating a region of the second conductivity type on the back surface of the substrate, and from the upper surface of the substrate to the back surface Diffusing the region to create a region of the second conductivity type extending through the substrate.
A method of forming a contact body penetrating a semiconductor substrate of a conductive type. (2) The method according to claim 1, wherein the step of forming the region includes the step of implanting an impurity of a second conductivity type into the region. (3) The method of claim 1, wherein the step of creating the region comprises the step of depositing impurities of a second conductivity type in the region in a furnace.

【0036】(4) 第1項記載の方法において、前記
基板の前記上側表面および前記裏側表面に酸化物層を作
成する段階と、前記領域を作成するために前記酸化物層
の一部分をエッチングにより除去する段階と、をさらに
有する、前記方法。 (5) 第1項記載の方法において、前記領域を拡散す
る前記段階が前記基板を加熱する段階を、さらに有す
る、前記方法。
(4) The method of claim 1, wherein an oxide layer is formed on the upper surface and the back surface of the substrate, and a portion of the oxide layer is etched to form the region. The step of removing further. (5) The method according to the item 1, wherein the step of diffusing the region further includes the step of heating the substrate.

【0037】(6) 前記基板の前記上側表面に接触体
を作成する段階と、前記基板の前記上側表面の前記接触
体から前記基板の前記裏側表面にまで前記基板を貫通し
た導電体領域を作成する段階と、前記導電体領域とオー
ム接触する接触体を前記基板の前記裏側表面に作成する
段階と、を有する、裏側接触体を有するシリコン基板の
上にセンシング装置を作成する方法。
(6) Forming a contact body on the upper surface of the substrate, and forming a conductor region penetrating the substrate from the contact body on the upper surface of the substrate to the back surface of the substrate. And forming a contact body in ohmic contact with the conductor region on the backside surface of the substrate, the method of forming a sensing device on a silicon substrate having a backside contact body.

【0038】(7) 第6項記載の方法において、前記
基板の前記上側表面に反応する層を作成する段階を、さ
らに有する、前記方法。 (8) 第6項記載の方法において、導電体領域を作成
する前記段階が前記基板の前記上側表面の領域の上に第
1導電形の不純物を沈着する段階と、前記基板の前記上
側表面の領域と前記基板の前記裏側表面の領域との間に
導電体領域が作成されるように、前記不純物を拡散する
段階と、を有する、前記方法。
(7) The method of claim 6, further comprising the step of forming a reactive layer on the upper surface of the substrate. (8) The method of claim 6, wherein the step of creating a conductor region deposits an impurity of a first conductivity type on a region of the upper surface of the substrate; Diffusing the impurities so that a conductor region is created between the region and a region of the backside surface of the substrate.

【0039】(9) 第6項記載の方法において、導電
体領域を作成する前記段階が前記基板の前記上側表面の
領域の中に第1導電形の不純物を注入する段階と、前記
基板の前記裏側表面の領域の中に第1導電形の不純物を
注入する段階と、前記基板の前記上側表面の領域から前
記基板の前記裏側表面の領域にまで前記不純物が拡散す
るように、前記領域の中の前記不純物を拡散する段階
と、を有する、前記方法。 (10) 第9項記載の方法において、拡散を行う前記
段階が前記基板を加熱する段階を有する、前記方法。
(9) In the method described in the sixth item, the step of forming a conductor region may include implanting an impurity of the first conductivity type into a region of the upper surface of the substrate, and the step of forming the substrate. Implanting an impurity of the first conductivity type into the region of the backside surface, and injecting impurities into the region of the upper surface of the substrate to the region of the backside surface of the substrate. Diffusing the impurities. (10) The method according to claim 9, wherein the step of performing diffusion includes the step of heating the substrate.

【0040】(11) 第6項記載の方法において、拡
散を行う前記段階が前記基板の前記上側表面の領域の中
に第1導電形の不純物を沈着する段階と、前記基板の前
記裏側表面の領域の中に第1導電形の不純物を沈着する
段階と、前記基板の前記上側表面の領域から前記基板の
前記裏側表面の領域にまで前記不純物が拡散するよう
に、前記領域の中の前記不純物を拡散する段階と、を有
する、前記方法。
(11) The method of claim 6 wherein the step of diffusing deposits an impurity of the first conductivity type in a region of the upper surface of the substrate and the back surface of the substrate. Depositing an impurity of the first conductivity type in the region, and the impurities in the region so as to diffuse the impurity from a region of the upper surface of the substrate to a region of the back surface of the substrate. Diffusing the method.

【0041】(12) 上側表面と裏側表面とを有する
半導体基板と、前記基板の前記上側表面に作成された接
触体領域と、前記基板の前記裏側表面に作成された接触
体領域と、前記基板の前記上側表面の接触体領域から前
記基板の前記裏側表面の接触体領域にまで広がる導電体
領域と、を有する、バイオセンサ。
(12) A semiconductor substrate having an upper surface and a back surface, a contact body region formed on the upper surface of the substrate, a contact body region formed on the back surface of the substrate, and the substrate. A conductor region extending from the contact region of the upper surface to the contact region of the back surface of the substrate.

【0042】(13) 前記基板の前記上側表面に作成
された第1接触体領域および第2接触体領域と、前記基
板の前記裏側表面に作成された第1接触体領域および第
2接触体領域と、前記基板を貫通して広がり、かつ、前
記基板の前記上側表面の前記接触体領域の1つと前記基
板の前記裏側表面の前記接触体領域の1つとの間にオー
ム接続をおのおのが有する、1対の導電体領域と、を有
する、半導体基板の上のバイオセンサ。
(13) A first contact body region and a second contact body region formed on the upper surface of the substrate, and a first contact body region and a second contact body region formed on the back surface of the substrate. And extending through the substrate, each having an ohmic connection between one of the contact body regions of the upper surface of the substrate and one of the contact body regions of the backside surface of the substrate, A biosensor on a semiconductor substrate having a pair of conductor regions.

【0043】(14) 第13項記載のバイオセンサに
おいて、1つの金属導線が前記第1接触体領域に接続さ
れ、かつ、他の1つの金属導線が前記第2接触体領域に
接続された、1対の金属導線を、さらに有する、前記バ
イオセンサ。 (15) 第13項記載のバイオセンサにおいて、前記
基板の前記上側表面上の複数個の縦金属導線であって、
前記縦金属導線の第1組が前記第1接触体領域に接続さ
れ、かつ、前記縦金属導線の第2組が前記第2接触体領
域に接続され、かつ、第1組の前記縦金属導線が第2組
の前記縦金属導線の間に散在する、前記縦金属導線を、
さらに有する、前記バイオセンサ。
(14) In the biosensor according to the thirteenth item, one metal lead wire is connected to the first contact body region, and another one metal lead wire is connected to the second contact body region. The biosensor, further comprising a pair of metal leads. (15) In the biosensor according to item 13, there are provided a plurality of vertical metal conductive wires on the upper surface of the substrate,
A first set of the vertical metal conductors is connected to the first contact body region, a second set of the vertical metal conductors is connected to the second contact body region, and a first set of the vertical metal conductors Interspersed between the second set of vertical metal conductors,
The biosensor further comprising.

【0044】(16) 第15項記載のバイオセンサに
おいて、前記金属導線の上に作成され、かつ、その上に
配置された生物学的試料と反応する、被覆体を、さらに
有する、前記バイオセンサ。 (17) 第16項記載のバイオセンサにおいて、前記
生物学的試料が血液である、前記バイオセンサ。
(16) The biosensor according to the fifteenth item, further comprising a coating formed on the metal wire and reacting with a biological sample placed on the metal wire. . (17) The biosensor according to item 16, wherein the biological sample is blood.

【0045】(18) 前記基板の前記上側表面上の複
数個の対の接触体の複数個の対と、前記基板の前記上側
表面上の複数個の対の前記接触体とおのおのが付随し
た、前記基板の前記裏側表面上の接触体の複数個の対
と、前記基板を貫通する導電体領域の複数個の対であっ
て、前記導電体領域のおのおのが前記基板の前記上側表
面上の1対の接触体の中の1つと前記基板の前記裏側表
面上の対応する対の接触体の中の1つとの間にオーム接
触を行う、前記導電体領域の複数個の対と、ウエハの前
記裏側表面上の前記接触体の間で電気的測定を実行する
ために、前記基板の前記裏側表面上の解析回路と、前記
基板の前記裏側表面上の接触体の前記対の中の1つを前
記解析回路に選択的に接続する回路と、を有する、半導
体基板の上に作成されたバイオセンサ装置。
(18) A plurality of pairs of pairs of contact bodies on the upper surface of the substrate and a plurality of pairs of contact bodies on the upper surface of the substrate, respectively. A plurality of pairs of contacts on the backside surface of the substrate and a plurality of pairs of conductor regions extending through the substrate, each conductor region being one on the upper surface of the substrate. A plurality of pairs of the conductor regions, which make ohmic contact between one of the pair of contacts and one of the corresponding pair of contacts on the backside surface of the substrate; One of an analysis circuit on the back surface of the substrate and one of the pairs of contacts on the back surface of the substrate for performing electrical measurements between the contacts on the back surface. Formed on a semiconductor substrate having a circuit selectively connected to the analysis circuit, Biosensor device.

【0046】(19) 第18項記載のバイオセンサ装
置において、前記基板の前記上側表面上に作成され、か
つ、その上に配置された生物学的試料と反応する、被覆
体を、さらに有する、前記バイオセンサ装置。 (20) 第18項記載のバイオセンサ装置において、
前記基板の前記上側表面上に作成された複数個の組の交
互配置された金属導線であって、前記組のおのおのが前
記上側表面上の1対の接触体に付随し、かつ、前記付随
する組のおのおのの1つが接触体の前記対の中の1つに
接続された、複数個の組の交互配置された前記金属導線
を、さらに有する、前記バイオセンサ装置。
(19) The biosensor device according to the eighteenth item, further comprising a coating body formed on the upper surface of the substrate and reacting with a biological sample arranged thereon. The biosensor device. (20) In the biosensor device according to item 18,
A plurality of sets of interleaved metal leads formed on the upper surface of the substrate, each set associated with and associated with a pair of contacts on the upper surface. The biosensor device further comprising a plurality of sets of interleaved metal leads, each one of the sets being connected to one of the pairs of contacts.

【0047】(21) 第18項記載のバイオセンサ装
置において、前記センサ領域の1つに生物学的試料を供
給するための装置を、さらに有する、前記バイオセンサ
装置。 (22) 第18項記載のバイオセンサ装置において、
前記基板の上に作成された温度補償のための回路を、さ
らに有する、前記バイオセンサ装置。
(21) The biosensor device according to item 18, further comprising a device for supplying a biological sample to one of the sensor regions. (22) In the biosensor device according to item 18,
The biosensor device further comprising a circuit for temperature compensation formed on the substrate.

【0048】(23) 基板の1つの表面に1つの導電
形の不純物を沈着する段階と、ウエハの上側表面から裏
側表面にまで広がる導電体領域を前記不純物が形成する
ように、前記基板を通して前記不純物を拡散する段階
と、を有する、前記基板の前記上側表面上に金属領域を
有する裏側表面接触体を作成する方法。
(23) depositing an impurity of one conductivity type on one surface of the substrate and passing through the substrate so that the impurities form a conductive region extending from the upper surface to the back surface of the wafer. Diffusing impurities, and forming a backside surface contact having metal regions on the upper surface of the substrate.

【0049】(24) 生物医学的センサ(20)が半
導体基板(22)の上に作成される。前記半導体基板
(22)の上側表面と裏側表面に、絶縁された誘電体層
(23、24)が作成される。金属導線(26、28)
が、前記誘電体層(23)の中の開口部を通して、前記
基板(22)と接触する。導線(26、28)のおのお
のはまた、1組の相互配置された縦接触体フィンガ(2
7、29)に接続される。前記基板(22)の前記接触
体フィンガ(27、29)とは反対の表面に、1対の接
触体(30、32)が作成される。相互配置されたフィ
ンガ(27、29)の上に導電性の生物学的試料が配置
され、そして、裏側接触体(30、32)により電気的
測定を行うことができる。それにより、抵抗値の測定を
行うことができる。
(24) A biomedical sensor (20) is fabricated on a semiconductor substrate (22). Insulated dielectric layers (23, 24) are formed on the upper surface and the back surface of the semiconductor substrate (22). Metal conductor (26, 28)
Contact the substrate (22) through openings in the dielectric layer (23). Each of the conductors (26, 28) also includes a set of inter-positioned longitudinal contact fingers (2
7, 29). A pair of contacts (30, 32) are created on the surface of the substrate (22) opposite the contact fingers (27, 29). A conductive biological sample is placed on top of the interdigitated fingers (27, 29) and electrical measurements can be made by the backside contacts (30, 32). Thereby, the resistance value can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】先行技術による生物医学的センサの平面図。FIG. 1 is a plan view of a prior art biomedical sensor.

【図2】図1の線2−2に沿っての横断面図。2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG.

【図3】本発明により作成された生物医学的センサの横
断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a biomedical sensor made in accordance with the present invention.

【図4】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
4 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図5】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
5 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図6】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
6 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図7】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
7 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図8】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
8 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図9】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
9 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図10】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
10 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図11】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
11 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図12】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
12 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図13】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
13 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図14】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
14 is a diagram of various stages in a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図15】図3のセンサの製造処理工程の種々の段階の
図。
FIG. 15 is a diagram of various stages of a manufacturing process of the sensor of FIG.

【図16】本発明のまた別の実施例の図。FIG. 16 is a diagram of yet another embodiment of the present invention.

【図17】本発明のまた別の実施例の図。FIG. 17 is a diagram of yet another embodiment of the present invention.

【図18】本発明のまた別の実施例の図。FIG. 18 is a diagram of yet another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

22 半導体基板 23、24 誘電体層 26、28 基板の上側表面の接触体領域 27、29 接触体フィンガ 30、32 基板の裏側表面の接触体領域 34、36 導電体領域 22 Semiconductor Substrate 23, 24 Dielectric Layer 26, 28 Contact Area on Upper Surface of Substrate 27, 29 Contact Finger 30, 32 Contact Area on Back Side of Substrate 34, 36 Conductor Area

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の上側表面に第2導電形の領域を作
成する段階と、 前記基板の裏側表面に第2導電形の領域を作成する段階
と、 前記基板の前記上側表面から前記裏側表面へ前記基板を
貫通して広がる第2導電形の領域を作成するために、前
記領域を拡散する段階と、を有する、第1導電形の半導
体基板を貫通する接触体を作成する方法。
1. Forming a region of the second conductivity type on an upper surface of a substrate; creating a region of the second conductivity type on a back surface of the substrate; and from the upper surface to the back surface of the substrate. Diffusing the region to form a region of the second conductivity type extending through the substrate, and making a contact through the semiconductor substrate of the first conductivity type.
【請求項2】 上側表面と裏側表面とを有する半導体基
板と、 前記基板の前記上側表面に作成された接触体領域と、 前記基板の前記裏側表面に作成された接触体領域と、 前記基板の前記上側表面の接触体領域から前記基板の前
記裏側表面の接触体領域にまで広がる導電体領域と、を
有する、バイオセンサ。
2. A semiconductor substrate having an upper surface and a back surface, a contact region formed on the upper surface of the substrate, a contact region formed on the back surface of the substrate, and a contact region of the substrate. A conductor area extending from a contact area on the upper surface to a contact area on the back surface of the substrate.
JP13781893A 1992-06-08 1993-06-08 Biosensor device and preparation thereof Pending JPH0712770A (en)

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US89489492 1992-06-08

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