JPH0481740B2 - - Google Patents
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- JPH0481740B2 JPH0481740B2 JP61070150A JP7015086A JPH0481740B2 JP H0481740 B2 JPH0481740 B2 JP H0481740B2 JP 61070150 A JP61070150 A JP 61070150A JP 7015086 A JP7015086 A JP 7015086A JP H0481740 B2 JPH0481740 B2 JP H0481740B2
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Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は半導体電界効果型イオンセンサの表面
に酵素固定化膜が設けられてなる集積化された半
導体バイオセンサにおける酵素固定化膜の形成方
法に関するものである。
に酵素固定化膜が設けられてなる集積化された半
導体バイオセンサにおける酵素固定化膜の形成方
法に関するものである。
（従来の技術）
従来、溶液中の特定の有機物の濃度を測定する
半導体バイオセンサーの一種に半導体電界酵素固
定化膜効果型イオンセンサ（以下ISFET）の表
面に酵素を固定化した膜が設けられたものが知ら
れている。このバイオセンサは、溶液中の特定の
有機物が酵素固定化膜中で酵素の触媒作用により
化学反応をした時に生じる水素イオン濃度の変化
をISFETで検出することにより、特定の有機物
の濃度を測定するものである。この選択性をもつ
酵素固定化膜の例として、尿素検出用としてウレ
アーゼ固定化酵素固定化膜、グルコース検出用と
してグルコースオキシダーゼ膜等が知られている
（センサーズ アンド アクチユエイターズ
（Sensors and Actuators）第７巻１頁〜10頁
（1985））。また、サフアイア基板上に設けられた
島状シリコンを用いて酵素固定化膜が設けられた
ISFETと失活した酵素固定化膜が設けられた
ISFETを同一チツプ上に形成し、裏面に参照電
局として金電極を設けることにより、ワンチツプ
化されたバイオセンサも開発されている（第16
回、1984インタナシヨナル カンフアレンス オ
ン ソリツド ステート デバイシズ アンド
マテイアルズ、レイト ニユーズ アブストラク
ツ（1984 International Conference on Solid
State Devices and Materi−als，Late News
Abstracts）66頁〜67頁（1984））。このようなバ
イオセンサを製造するにあたり、所定のISFET
上に酵素固定化膜を形成する必要がある。酸素固
定化膜の形成方法にはいくつかの方法が知られて
いるが、ウエハの段階で酵素固定化膜を形成でき
バイオセンサの大量生産を可能ならしめるものと
しては、例えば前記引用文献のように三酢酸セル
ロースを担体とした酵素固定化膜をウエハ全面に
形成した後、フオトマスクを介して紫外線を照
射、所定のISFET上以外の酵素固定化膜中の酵
素を失活させるという方法がある。また、フオト
レジストを塗布したウエハ上に酵素固定化膜を形
成した後に、所定のISFET上以外の酵素固定化
膜をリフトオフ法により除去するという方法も提
案されている（特願昭59−209165）。
半導体バイオセンサーの一種に半導体電界酵素固
定化膜効果型イオンセンサ（以下ISFET）の表
面に酵素を固定化した膜が設けられたものが知ら
れている。このバイオセンサは、溶液中の特定の
有機物が酵素固定化膜中で酵素の触媒作用により
化学反応をした時に生じる水素イオン濃度の変化
をISFETで検出することにより、特定の有機物
の濃度を測定するものである。この選択性をもつ
酵素固定化膜の例として、尿素検出用としてウレ
アーゼ固定化酵素固定化膜、グルコース検出用と
してグルコースオキシダーゼ膜等が知られている
（センサーズ アンド アクチユエイターズ
（Sensors and Actuators）第７巻１頁〜10頁
（1985））。また、サフアイア基板上に設けられた
島状シリコンを用いて酵素固定化膜が設けられた
ISFETと失活した酵素固定化膜が設けられた
ISFETを同一チツプ上に形成し、裏面に参照電
局として金電極を設けることにより、ワンチツプ
化されたバイオセンサも開発されている（第16
回、1984インタナシヨナル カンフアレンス オ
ン ソリツド ステート デバイシズ アンド
マテイアルズ、レイト ニユーズ アブストラク
ツ（1984 International Conference on Solid
State Devices and Materi−als，Late News
Abstracts）66頁〜67頁（1984））。このようなバ
イオセンサを製造するにあたり、所定のISFET
上に酵素固定化膜を形成する必要がある。酸素固
定化膜の形成方法にはいくつかの方法が知られて
いるが、ウエハの段階で酵素固定化膜を形成でき
バイオセンサの大量生産を可能ならしめるものと
しては、例えば前記引用文献のように三酢酸セル
ロースを担体とした酵素固定化膜をウエハ全面に
形成した後、フオトマスクを介して紫外線を照
射、所定のISFET上以外の酵素固定化膜中の酵
素を失活させるという方法がある。また、フオト
レジストを塗布したウエハ上に酵素固定化膜を形
成した後に、所定のISFET上以外の酵素固定化
膜をリフトオフ法により除去するという方法も提
案されている（特願昭59−209165）。
（発明が解決しようとする問題点）
上記リフトオフ法は短時間のうちに工程を終了
出来るという長所を有するが、形成された酵素固
定化膜の周辺部が著しく厚くなることがあつた。
バイオセンサの特性は酵素固定化膜の中央部の厚
さによつて決定されるため、ほとんどの場合この
ような厚みの増大はバイオセンサの製造上問題と
ならないが、肥厚化した部分の一部がバイオセン
サを測定に供した際に脱落することがあり、被測
定試料を汚染することが希にあるという問題点が
あつた。
出来るという長所を有するが、形成された酵素固
定化膜の周辺部が著しく厚くなることがあつた。
バイオセンサの特性は酵素固定化膜の中央部の厚
さによつて決定されるため、ほとんどの場合この
ような厚みの増大はバイオセンサの製造上問題と
ならないが、肥厚化した部分の一部がバイオセン
サを測定に供した際に脱落することがあり、被測
定試料を汚染することが希にあるという問題点が
あつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明は前記問題点を解決する手段として、１
つのチツプに１つまたは２つ以上の半導体電界効
果型イオンセンサが集積化され、そのうちの少な
くとも１つの半導体電界効果型イオンセンサの表
面に酵素固定化膜が設けられてなる半導体バイオ
センサの製造方法において、 (イ) 半導体電界効果型イオンセンサが形成された
半導体ウエハ上に有機溶剤に可溶なフオトレジ
ストを塗布した後、フオトリンググラフイ法に
より酵素固定化膜が設けられるべき所定の半導
体電界効果型イオンセンサの表面のフオトレジ
ストを除く工程と、 (ロ) 前記半導体ウエハ表面に、親水性プライマ溶
液をスピン塗布し、前記所定の半導体電界効果
型イオンセンサの表面を親水性プライマ処理す
る工程と、 (ハ) 前記工程を経た半導体表面に酵素と架橋剤を
含む蛋白質溶液をスピン塗布して前記半導体ウ
エハ表面上に酵素固定化膜を形成する工程と、 (ニ) さらに前記工程を経た半導体ウエハを前記フ
オトレジストを溶解する有機溶剤で処理して前
記フオトレジストを溶解し、前記所定の半導体
電界効果型イオンセンサの表面以外に存在する
酵素固定化膜をリフトオフによる除去する工程
とを備え前記フオトリソグラフイ法により酵素
固定化膜が設けられるべき所定の半導体電界効
果型イオンセンサの表面のフオトレジストを除
く工程で、フオトレジストが除かれた半導体電
界効果型イオンセンサノ表面を囲むフオトレジ
スト層の端面が前記半導体電界効果型イオンセ
ンサの表面に対してなだらかな傾斜をなすよう
にすることを特徴とする半導体バイオセンサ酵
素固定化膜の形成方法を提供するものである。
つのチツプに１つまたは２つ以上の半導体電界効
果型イオンセンサが集積化され、そのうちの少な
くとも１つの半導体電界効果型イオンセンサの表
面に酵素固定化膜が設けられてなる半導体バイオ
センサの製造方法において、 (イ) 半導体電界効果型イオンセンサが形成された
半導体ウエハ上に有機溶剤に可溶なフオトレジ
ストを塗布した後、フオトリンググラフイ法に
より酵素固定化膜が設けられるべき所定の半導
体電界効果型イオンセンサの表面のフオトレジ
ストを除く工程と、 (ロ) 前記半導体ウエハ表面に、親水性プライマ溶
液をスピン塗布し、前記所定の半導体電界効果
型イオンセンサの表面を親水性プライマ処理す
る工程と、 (ハ) 前記工程を経た半導体表面に酵素と架橋剤を
含む蛋白質溶液をスピン塗布して前記半導体ウ
エハ表面上に酵素固定化膜を形成する工程と、 (ニ) さらに前記工程を経た半導体ウエハを前記フ
オトレジストを溶解する有機溶剤で処理して前
記フオトレジストを溶解し、前記所定の半導体
電界効果型イオンセンサの表面以外に存在する
酵素固定化膜をリフトオフによる除去する工程
とを備え前記フオトリソグラフイ法により酵素
固定化膜が設けられるべき所定の半導体電界効
果型イオンセンサの表面のフオトレジストを除
く工程で、フオトレジストが除かれた半導体電
界効果型イオンセンサノ表面を囲むフオトレジ
スト層の端面が前記半導体電界効果型イオンセ
ンサの表面に対してなだらかな傾斜をなすよう
にすることを特徴とする半導体バイオセンサ酵
素固定化膜の形成方法を提供するものである。
（作用）
本発明の酵素固定化膜の形成方法によれば、半
導体ウエハ上に有機溶剤に可溶なフオトレジスト
を塗布した後、フオトリソグラフイ法により酵素
固定化膜が設けられるべき所定のISFET上の表
面のフオトジストを除き、その上から親水性プラ
イマをスピン塗布する。フオトレジストが除かれ
たISFETの表面はこの工程により親水性プライ
マ処理され、後に形成される酵素固定化膜が
ISFETの表面より剥離することを防止する。こ
の上に酵素と架橋剤を含む蛋白質溶液を塗布する
わけであるが、フオトリソグラフイ法によつてフ
オトレジストが除かれたISFETの表面にはこれ
と接して酵素固定化膜が形成され、それ以外の部
分ではウエハ表面と形成された酵素固定化膜との
間にフオトレジスト層が存在するわけである。架
橋剤による架橋反応が終了するのをまつてから半
導体ウエハを有機溶剤で処理すると、フオトレジ
ストは有機溶剤に溶解し、その際フオトレジスト
上に形成された酵素固定化膜も剥離する。その結
果、ISFET表面に形成された酵素固定化膜のみ
が残る。以上の工程においてフオトリソグラフイ
法によつて所定のISFET表面上のフオトレジス
トを除いた際、ISFETの表面を囲むフオトレジ
スト４３の端面４１が第４図のようにISFET表
面４２に対し直角をなしていると、第５図に示し
たように形成された酵素固定化膜５１の形状はそ
の周辺部で著しく厚くなつた。本発明の方法によ
れば、ISFETの表面を囲むフオトレジストの端
面が第１図１１のようにISFETの表面１２に対
してなだらかな傾斜をなすようにすることによ
り、リフトオフの工程を経て形成される酵素固定
化膜の形状を第２図２１にほぼ平坦にすることが
可能となつた。
導体ウエハ上に有機溶剤に可溶なフオトレジスト
を塗布した後、フオトリソグラフイ法により酵素
固定化膜が設けられるべき所定のISFET上の表
面のフオトジストを除き、その上から親水性プラ
イマをスピン塗布する。フオトレジストが除かれ
たISFETの表面はこの工程により親水性プライ
マ処理され、後に形成される酵素固定化膜が
ISFETの表面より剥離することを防止する。こ
の上に酵素と架橋剤を含む蛋白質溶液を塗布する
わけであるが、フオトリソグラフイ法によつてフ
オトレジストが除かれたISFETの表面にはこれ
と接して酵素固定化膜が形成され、それ以外の部
分ではウエハ表面と形成された酵素固定化膜との
間にフオトレジスト層が存在するわけである。架
橋剤による架橋反応が終了するのをまつてから半
導体ウエハを有機溶剤で処理すると、フオトレジ
ストは有機溶剤に溶解し、その際フオトレジスト
上に形成された酵素固定化膜も剥離する。その結
果、ISFET表面に形成された酵素固定化膜のみ
が残る。以上の工程においてフオトリソグラフイ
法によつて所定のISFET表面上のフオトレジス
トを除いた際、ISFETの表面を囲むフオトレジ
スト４３の端面４１が第４図のようにISFET表
面４２に対し直角をなしていると、第５図に示し
たように形成された酵素固定化膜５１の形状はそ
の周辺部で著しく厚くなつた。本発明の方法によ
れば、ISFETの表面を囲むフオトレジストの端
面が第１図１１のようにISFETの表面１２に対
してなだらかな傾斜をなすようにすることによ
り、リフトオフの工程を経て形成される酵素固定
化膜の形状を第２図２１にほぼ平坦にすることが
可能となつた。
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を参照して説
明する。
明する。
第１図は本発明による半導体バイオセンサ酵素
固定化膜の形成方法の一実施例の工程説明図で、
サフアイア基板上に形成された２つ一組の
ISFETの一方にのみ酵素固定化膜を形成する場
合について示してある。第３図ａ〜ｄにおいて、
３１はサフアイア基板、３２は高不純物濃度ｎ形
シリコン領域、３３はｐ形シリコン領域、３４は
酸化シリコン膜、３５は窒素シリコン膜、３６は
有機溶可溶性のフオトレジスト層、３７は金電極
である。次に製造工程を順を追つて説明する。サ
フアイア基板表面の島状シリコン層を用いて
ISFETを形成し、サフアイア基板裏面金を蒸着
したウエハ表面にフオトレジスト層、例えばシツ
プレー社製マイクロポジツト1300−37をスピン塗
布する（第３図ａ）。このフオトレジストはアセ
トン可溶性である。次に、フオトマスクを用いで
露光を行う。このとき焼付け時のプロキシミテイ
ーギヤツプ量を20μｍに設定する。現像により酵
素固定化膜が設けられるISFETの表面のフオト
レジスト層を除去する（第３図ｂ）。以上の工程
によりフオトレジストが除かれたISFETの表面
に対しその周辺を囲むフオトレジスト層の端面が
なだらかな傾斜をなすようにすることができる。
その後、親水性プライマ、例えばγ−アミノプロ
ピルトリエトキシシランの１％水溶液をウエハ上
にスピン塗布し、110℃で５分間熱処理を行い、
酵素固定化膜が設けられるISFETの表面にγ−
アミノプロピルトリエトキシシランを結合させ
る。このウエハを５％グルタルアルデヒド水溶液
に15分間浸漬した後、水洗、乾燥してから、次に
酸素と架橋剤を含む蛋白質溶液、例えば尿素を検
出する場合には300mg／ml牛血清アルブミンを含
む0.1Mピペラジン−Ｎ，N′−ビス（２−エタン
スルフオン酸）−水酸化ナトリウム（PH6.8）２体
積部に50mg／mlのウレアーゼ（マイルスラボラト
リーズ製53u／mg）水溶液１体積部を加え、さら
に2wt％グルタルアルデヒド水溶液１体積部を加
えた後よく混合した溶液0.9mlをスピン塗付する。
30分常温で放置してグルタルアルデヒドによる架
橋反応を完了させ酵素固定化膜３８を形成する。
このようにして酵素固定化膜が形成されたウエハ
（第３図ｃ）をアセトン中に浸漬し超音波洗浄器
を用いて２分間超音波処理を行うと、フオトレジ
スト層はアセトン中に溶出し、それとともフオト
レジスト層上に形成された酵素固定化膜を剥離す
る。その結果、あらかじめフオトレジスト膜が除
去されてあつたISFET上に形成された酵素固定
化膜３８のみがウエハ上に残る（第１図ｄ）。以
上の工程により所定のISFETの表面にだけに0.5μ
ｍの均一な厚さの酵素固定化膜を形成することが
できた。
固定化膜の形成方法の一実施例の工程説明図で、
サフアイア基板上に形成された２つ一組の
ISFETの一方にのみ酵素固定化膜を形成する場
合について示してある。第３図ａ〜ｄにおいて、
３１はサフアイア基板、３２は高不純物濃度ｎ形
シリコン領域、３３はｐ形シリコン領域、３４は
酸化シリコン膜、３５は窒素シリコン膜、３６は
有機溶可溶性のフオトレジスト層、３７は金電極
である。次に製造工程を順を追つて説明する。サ
フアイア基板表面の島状シリコン層を用いて
ISFETを形成し、サフアイア基板裏面金を蒸着
したウエハ表面にフオトレジスト層、例えばシツ
プレー社製マイクロポジツト1300−37をスピン塗
布する（第３図ａ）。このフオトレジストはアセ
トン可溶性である。次に、フオトマスクを用いで
露光を行う。このとき焼付け時のプロキシミテイ
ーギヤツプ量を20μｍに設定する。現像により酵
素固定化膜が設けられるISFETの表面のフオト
レジスト層を除去する（第３図ｂ）。以上の工程
によりフオトレジストが除かれたISFETの表面
に対しその周辺を囲むフオトレジスト層の端面が
なだらかな傾斜をなすようにすることができる。
その後、親水性プライマ、例えばγ−アミノプロ
ピルトリエトキシシランの１％水溶液をウエハ上
にスピン塗布し、110℃で５分間熱処理を行い、
酵素固定化膜が設けられるISFETの表面にγ−
アミノプロピルトリエトキシシランを結合させ
る。このウエハを５％グルタルアルデヒド水溶液
に15分間浸漬した後、水洗、乾燥してから、次に
酸素と架橋剤を含む蛋白質溶液、例えば尿素を検
出する場合には300mg／ml牛血清アルブミンを含
む0.1Mピペラジン−Ｎ，N′−ビス（２−エタン
スルフオン酸）−水酸化ナトリウム（PH6.8）２体
積部に50mg／mlのウレアーゼ（マイルスラボラト
リーズ製53u／mg）水溶液１体積部を加え、さら
に2wt％グルタルアルデヒド水溶液１体積部を加
えた後よく混合した溶液0.9mlをスピン塗付する。
30分常温で放置してグルタルアルデヒドによる架
橋反応を完了させ酵素固定化膜３８を形成する。
このようにして酵素固定化膜が形成されたウエハ
（第３図ｃ）をアセトン中に浸漬し超音波洗浄器
を用いて２分間超音波処理を行うと、フオトレジ
スト層はアセトン中に溶出し、それとともフオト
レジスト層上に形成された酵素固定化膜を剥離す
る。その結果、あらかじめフオトレジスト膜が除
去されてあつたISFET上に形成された酵素固定
化膜３８のみがウエハ上に残る（第１図ｄ）。以
上の工程により所定のISFETの表面にだけに0.5μ
ｍの均一な厚さの酵素固定化膜を形成することが
できた。
（発明の効果）
本発明の方法によれば、酵素固定化膜はその周
辺部で肥厚化することなく、均一な厚さをもつて
所定のISFET上にのみ形成される。
辺部で肥厚化することなく、均一な厚さをもつて
所定のISFET上にのみ形成される。
第１図は本発明にかかるフオトレジスト層の断
面図、第２図は本発明の方法によつて形成された
酵素固定化膜の断面図、第３図ａ〜ｄは本発明の
一実施例の工程説明図、第４図は従来法によるフ
オトレジスト層の断面図、第５図は従来法によつ
て形成された酵素固定化膜の断面図。 図において、１１はフオトレジストの端面、１
２はISFETの表面、１３はフオトレジスト層、
２１は酵素固定化膜、２２はISFETの表面、３
１はサフアイア基板、３２は高不純物濃度ｎ形シ
リコン領域、３３はｐ形シリコン領域、３４は酸
化シリコン膜、３５は窒素シリコン膜、３６はフ
オトレジスト膜、３７は金電極、３８は酵素固定
化膜、４１はフオトレジストの端面、４２は
ISFETの表面、４３はフオトレジスト層、５１
は酵素固定化膜で示す。
面図、第２図は本発明の方法によつて形成された
酵素固定化膜の断面図、第３図ａ〜ｄは本発明の
一実施例の工程説明図、第４図は従来法によるフ
オトレジスト層の断面図、第５図は従来法によつ
て形成された酵素固定化膜の断面図。 図において、１１はフオトレジストの端面、１
２はISFETの表面、１３はフオトレジスト層、
２１は酵素固定化膜、２２はISFETの表面、３
１はサフアイア基板、３２は高不純物濃度ｎ形シ
リコン領域、３３はｐ形シリコン領域、３４は酸
化シリコン膜、３５は窒素シリコン膜、３６はフ
オトレジスト膜、３７は金電極、３８は酵素固定
化膜、４１はフオトレジストの端面、４２は
ISFETの表面、４３はフオトレジスト層、５１
は酵素固定化膜で示す。
Claims (1)
- １ 半導体電界効果型イオンセンサの表面に酵素
固定化膜が設けられてなる半導体バイオセンサの
酵素固定化膜の形成方法において、フオトレジス
トを用いてリフトオフにより酵素固定化膜を形成
する際に、酵素固定化膜が設けられるべき所定の
半導体電界効果型イオンセンサの表面を囲むフオ
トレジスト層の端面を前記半導体電解効果型イオ
ンセンサの表面に対して傾斜をなすように形成す
ることを特徴とする半導体バイオセンサ酵素固定
化膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61070150A JPS62225942A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61070150A JPS62225942A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62225942A JPS62225942A (ja) | 1987-10-03 |
| JPH0481740B2 true JPH0481740B2 (ja) | 1992-12-24 |
Family
ID=13423262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61070150A Granted JPS62225942A (ja) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | 半導体バイオセンサ酵素固定化膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62225942A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05281181A (ja) * | 1992-03-30 | 1993-10-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 酵素修飾電気化学検出器およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-03-27 JP JP61070150A patent/JPS62225942A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62225942A (ja) | 1987-10-03 |
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