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KR101478540B1 - 트랜지스터의 채널로 나노 물질을 이용하는 바이오 센서 및그 제조 방법 - Google Patents

트랜지스터의 채널로 나노 물질을 이용하는 바이오 센서 및그 제조 방법 Download PDF

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KR101478540B1
KR101478540B1 KR20070094290A KR20070094290A KR101478540B1 KR 101478540 B1 KR101478540 B1 KR 101478540B1 KR 20070094290 A KR20070094290 A KR 20070094290A KR 20070094290 A KR20070094290 A KR 20070094290A KR 101478540 B1 KR101478540 B1 KR 101478540B1
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semiconductor nanostructure
insulating film
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nanostructure
semiconductor
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조병옥
류만형
타카히로 야스에
하정환
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삼성전자 주식회사
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Abstract

트랜지스터의 채널로 나노 물질을 이용하는 바이오 센서 및 그 제조 방법이 제공된다. 바이오 센서는 절연막, 절연막 내의 제1 및 제2 신호선, 절연막 상의 반도체 나노 구조물로서, 일측이 제1 신호선에, 타측이 제2 신호선에 각각 전기적으로 연결된 반도체 나노 구조물, 및 반도체 나노 구조물 상에 커플링된 복수의 프로브를 포함한다.
프로브, 나노 와이어, 바이오 시료, 프로브 셀

Description

트랜지스터의 채널로 나노 물질을 이용하는 바이오 센서 및 그 제조 방법{Biosensor using nanoscale material as a channel of transistor and method of fabricating the same}
본 발명은 바이오 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 트랜지스터의 채널로 나노 물질을 이용하는 바이오 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
바이오 센서는 프로브에 바이오 시료를 제공하여 프로브와 바이오 시료간 반응이 일어나는지 여부를 관찰함으로써, 바이오 시료의 구체적인 성분을 분석한다. 바이오 시료의 구체적인 방법 중 하나는 형광 분석 방법이다. 구체적으로 설명하면, 셀별로 기지의 서로 다른 서열의 프로브를 고정하고, 형광 물질로 표지된 바이오 시료를 제공한다. 혼성화 반응 등에 의해 몇몇 셀에서는 바이오 시료가 프로브와 결합하여 형광 물질이 잔류된다. 이후, 스캐너를 통해 스캐닝하여 형광 물질이 잔류하는 셀을 파악한다. 파악된 셀에 고정된 프로브로부터 바이오 시료의 성분을 확정한다.
그러나, 형광 분석에 의한 바이오 시료의 분석은, 형광 물질의 표지, 스캐닝 분석 등의 추가적인 과정을 필요하므로 분석 시간이 상대적으로 길다. 더군다나, 형광 물질로부터 방출되는 빛을 정확하게 수집하고 분석하는 것도 용이하지 않다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실효적인 바이오 분석이 가능하면서도 분석 시간이 단축된 바이오 센서를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 실효적인 바이오 분석이 가능하면서도 분석 시간이 단축된 바이오 센서의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서는 절연막, 상기 절연막 내의 제1 및 제2 신호선, 상기 절연막 상의 반도체 나노 구조물로서, 일측이 상기 제1 신호선에, 타측이 상기 제2 신호선에 각각 전기적으로 연결된 반도체 나노 구조물, 및 상기 반도체 나노 구조물 상에 커플링된 복수의 프로브를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서는 절연막, 상기 절연막 내의 제1 및 제2 신호선, 및 상기 절연막 상의 복수의 프로브 셀을 포함하되, 상기 각 프로브 셀은 상기 절연막 상의 반도체 나노 구조물로서, 일측이 상기 제1 신호선에, 타측이 상기 제2 신호선에 각각 전기적으로 연결된 반도체 나노 구조물, 및 상기 반도체 나노 구조물 상에 커플링된 복수의 프로브를 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 센서는 기판 상에 반도체 나노 구조물을 배치하고, 상기 반도체 나노 구조물 상에 절연막으로서, 내부에 상기 반도체 나노 구조물의 일측과 연결된 제1 신호선, 및 상기 반도체 나노 구조물의 타측과 연결된 제2 신호선을 포함하는 절연막을 형성하고, 상기 기판을 제거하여 상기 반도체 나노 구조물을 노출하고, 상기 노출된 반도체 나노 구조물 상에 복수의 프로브를 커플링하는 것을 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 바이오 센서에 의하면, 형광 분석 등과 같은 번잡한 과정을 거치지 않고, 나노 구조물의 컨덕턴스 측정만으로 바이오 시료를 분석할 수 있다. 따라서, 분석 시간이 단축된다. 또, 본 발명의 실시예들에 따른 바이오 센서의 제조 방법에 의하면, 단순한 방법으로 구현가능한 배선 시스템을 제공할 수 있다. 따라서, 실효적인 컨덕턴스 측정이 가능하다. 나아가, 상대적으로 정밀한 컨트롤이 가능한 나노 구조물의 컨덕턴스 측정을 분석 기반으로 하기 때문에, 분석의 신뢰도 향상을 기대할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들에 따른 바이오 센서는 바이오 시료에 포함되어 있는 바이오 분자(biomolecule)를 분석함으로써, 유전자 발현 분석(gene expression profiling), 유전자형 분석(genotyping), SNP(Single Nucleotide Polymorphism)와 같은 돌연 변이(mutation) 및 다형(polymorphism)의 검출, 단백질 및 펩티드 분석, 잠재적인 약의 스크리닝, 신약 개발과 제조 등을 하는데에 이용된다. 바이오 센서는 분석하고자 하는 바이오 시료의 대상에 따라 그에 맞는 프로브(probe)들을 채용한다. 바이오 센서에 채용될 수 있는 프로브의 예는 DNA 프로브, 효소나 항체/항원, 박테리오로돕신(bacteriorhodopsin) 등과 같은 단백질 프로브, 미생물 프로브, 신경세포 프로브 등을 포함한다. 칩 형태로 제조된 바이오 센서는 바이오칩으로도 지칭된다. 예를 들어, 각각 채용되는 프로브의 종류에 따라 DNA칩, 단백질칩, 세포칩, 뉴런칩 등으로도 지칭될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오 센서는 프로브로서 올리고머 프로브를 포함할 수 있다. 상기 올리고머 프로브는 채용되는 프로브의 모노머 수가 올리고머 수준임을 암시한다. 여기서, 올리고머란, 공유 결합된 두개 이상의 모노머(monmer)로 이루어진 폴리머(polymer) 중 분자량이 대략 1000 이하의 것을 지칭하는 의미로 사용될 수 있다. 구체적으로 약 2-500개의 모노머, 바람직하기로는 5-30개의 모노머를 포함하는 것일 수 있다. 그러나, 올리고머 프로브의 의미가 상기 수치에 제한되는 것은 아니다.
올리고머 프로브를 구성하는 모노머는 분석 대상이 되는 바이오 시료의 종류에 따라 변형 가능하며, 예를 들면 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 아미노산, 펩티드 등일 수 있다.
뉴클레오사이드 및 뉴클레오타이드는 공지의 퓨린 및 피리미딘 염기를 포함할 뿐만 아니라 메틸화된 퓨린 또는 피리미딘, 아실화된 퓨린 또는 피리미딘 등을 포함할 수 있다. 또, 뉴클레오사이드 및 뉴클레오타이드는 종래의 리보스 및 디옥시리보스 당을 포함할 뿐만 아니라 하나 이상의 하이드록실기가 할로겐 원자 또는 지방족으로 치환되거나 에테르, 아민 등의 작용기가 결합한 변형된 당을 포함할 수 있다.
아미노산은 자연에서 발견되는 아미노산의 L-, D-, 및 비키랄성(nonchiral)형 아미노산뿐만 아니라 변형 아미노산(modified amino acid), 또는 아미노산 유사체(analog) 등일 수 있다.
펩티드란 아미노산의 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기 사이의 아미드 결합에 의해 생성된 화합물을 지칭한다.
특별히 다른 언급이 없는 한, 이하의 실시예들에서 예시적으로 상정되는 프로브는 DNA 프로브로서, 약 5-30개의 뉴클레오타이드의 모노머가 공유 결합된 올리고머 프로브이다. 그러나, 본 발명이 그에 제한되는 것은 아니며, 상술한 다양한 프로브들이 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 바이오 센서의 개략적인 레이아웃이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 액티브 영역을 구성하는 예시적인 반도체 나노 구조물들을 설명하기 위한 개략적인 평면도들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 바이오 센서(10)는 적어도 하나의 액티브 영역(AR), 및 제1 및 제2 신호선(150, 160)을 포함한다.
액티브 영역(AR)은 반도체 나노 구조물이 점유한다. 즉, 반도체 나노 구조물은 액티브 영역(AR)에 한정되어 배치된다. 반도체 나노 구조물은 반도체 나노 물질(소재)로 이루어진 구조물이다. 반도체 나노 물질의 예는 Si, ZnO, GaN, Ge, InAs, GaAs, C 등을 포함하거나, 이들의 조합을 포함할 수 있다. 나아가, 나노 구조물은 코어(core), 및 코어를 감싸는 적어도 하나의 쉘(shell)을 포함하는 다중 나노 구조물일 수 있다. 적용가능한 다중 나노 구조물의 예는 Ge으로 이루어진 코어와 Si으로 이루어진 쉘을 포함하는 이중 나노 구조물을 포함한다.
나노 구조물은 직경 또는 두께가 나노 스케일인 구조물, 예컨대 수 나노미터 내지 수십 나노미터인 구조물을 지칭한다. 상기 관점에서 나노 구조물은 예컨대, 나노 스케일의 나노 와이어, 나노 튜브, 및 나노 파티클 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
액티브 영역(AR)은 예컨대, 직사각형, 모서리가 둥근 실질적 직사각형, 타원 등의 형상으로 이루어져 있다. 액티브 영역(AR)을 점유하는 반도체 나노 구조물은 이에 제한되는 것은 아니지만, 적어도 일 방향, 예컨대 장변 또는 장축 방향(도 1의 제1 방향(x))으로의 반도체적 통전 특성을 갖는다. 반도체적 통전 특성을 갖는다 함은, 인가되는 전압 또는 전류 조건에 따라 전류를 소통하는 트랜지스터의 채널로서 작용할 수 있음을 의미한다.
예를 들어, 도 2a에 예시적으로 도시된 바와 같이 복수의 반도체 나노 와이어(110) 또는 반도체 나노 튜브는 액티브 영역(AR)에서 길이 방향이 액티브 영역(AR)의 장변 방향(x)을 따라 배치되어, 장변 방향(x)으로 1차원의 반도체적 통전 특성을 나타낼 수 있다. 도 2b에 예시적으로 도시된 바와 같이 액티브 영역(AR)에 반도체 나노 파티클(110p)이 집단화(cluster)되어 배치된 경우에는 2차원의 반도체적 통전 특성을 가질 수 있다.
제1 신호선(150) 및 제2 신호선(160)은 각각 소정 방향으로 연장되어 있다. 예를 들어, 제1 신호선(150)과 제2 신호선(160)은 각각 액티브 영역(AR)을 가로지르며, 서로 평행하게 (예컨대, 제1 방향(x)으로) 연장될 수 있다. 제1 신호선(150)과 제2 신호선(160)은 서로 오버랩되지 않는 것이 후술하는 콘택과의 접촉에 의한 이들의 단락을 방지하는 데에 유리할 수 있다. 제1 신호선(150)은 채널(즉, 반도체 나노 구조물)에 소오스 전류를 제공하는 소오스 라인이고, 제2 신호선(160)은 채널 로부터 드레인 전류를 검출하는 드레인 라인일 수 있다.
제1 신호선(150)은 반도체 나노 구조물의 일측과 전기적으로 연결되고, 제2 신호선(160)은 반도체 나노 구조물의 타측과 전기적으로 연결된다. 바이오 센서(10)가 제1 방향(x)을 따라 배열된 복수의 액티브 영역(AR)을 포함할 경우, 제1 신호선(150)은 각 액티브 영역(AR) 내에 배치되는 각 반도체 나노 구조물의 일측에 전기적으로 연결되고, 제2 신호선(160)은 각 액티브 영역(AR) 내에 배치되는 각 반도체 나노 구조물의 타측에 전기적으로 연결된다.
제1 신호선(150)과 반도체 나노 구조물의 전기적 연결은 제1 콘택(151)에 의해 매개된다. 제2 신호선(160)과 반도체 나노 구조물의 전기적 연결은 제2 콘택(162)에 의해 매개된다.
한편, 반도체 나노 구조물이 도 2a에 도시된 바와 같이 복수의 나노 와이어(110) 또는 나노 튜브를 포함하여 이루어지는 경우, 이들은 1차원의 반도체적 통전 특성만을 나타낸다. 즉, 제1 방향(x)으로만 반도체적 통전 특성을 가지며, 제2 방향(y)으로는 반도체적 통전 특성이 없거나 미미하다.
제1 신호선(150) 및 제2 신호선(160)은 하나의 액티브 영역(AR) 위를 동시에 지나간다. 제1 콘택(151)이 제1 신호선(150)에만 콘택하고, 제2 콘택(162)이 제2 신호선(160)에만 콘택하도록 하기 위해 제1 및 제2 신호선(150, 160)의 폭과 각 콘택(151, 162)의 제2 방향(y)의 폭은 제한되는 것이 바람직하다. 상기 관점에서, 제1 신호선(150)의 폭과 위치, 및 제1 콘택(151)의 폭과 위치는 액티브 영역(AR)을 제1 방향(x)으로 반분하는 중심선(C)의 위쪽(액티브 영역(AR)으로부터 위쪽 절반 이하에 대응)에 제한되어야 하는 한계를 갖는다.
마찬가지로, 제2 신호선(160)의 폭과 위치 및, 제2 콘택(162)의 폭과 위치는 중심선(C)의 아래쪽(액티브 영역(AR)으로부터 아래쪽 절반 이하에 대응)에 제한되어야 한다. 만약 복수의 반도체 나노 와이어 또는 반도체 나노 튜브가 제1 방향(x)과 정확하게 평행하게 형성되어 있으면, 제1 콘택(151)을 통해 제1 신호선(150)에 연결됨과 동시에 제2 콘택(162)을 통해 제2 신호선(160)과 연결되어 있는 반도체 나노 와이어 또는 반도체 나노 튜브는 존재하지 않는다. 결국, 이들 사이의 전기적 연결은 제2 방향(y)으로의 반도체적 통전 특성에 의존하게 될 것이다. 그러나, 상술한 것처럼, 제2 방향(y)으로의 통전 특성이 거의 없거나 미미하며, 따라서 이들 사이에 전기적 흐름이 발생하기 어렵다.
콘택(151, 162)과 연결되는 부근인 액티브 영역(AR)의 양측에서의 제2 방향(y) 통전 특성을 충분히 확보하기 위하여, 액티브 영역(AR)의 일측 및 타측에는 각각 제2 방향(y)으로의 폭을 충분히 커버할 수 있는 콘택 패드(141, 142)가 제공될 수 있다. 예를 들면, 콘택 패드(141, 142)는 액티브 영역(AR)의 제2 방향(y)의 폭보다 같거나 더 크면서, 일측 및 타측을 각각 완전히 커버할 수 있도록 형성된다. 콘택 패드(141, 142)가 직사각형의 형상으로 형성되면, 상기 필요로 하는 영역을 모두 커버하면서 동시에 이웃하는 프로브 셀 간 공정 마진을 확보할 수 있다.
결과적으로, 제1 신호선(150)과 반도체 나노 구조물 일측간 전기적 연결은 제1 콘택(151) 및 제1 콘택 패드(141)가 담당하게 된다. 따라서, 비록 제1 콘택(151)의 폭(또는 직경)이 제한된다고 하더라도, 제1 콘택보다 폭(또는 직경)이 큰 제1 콘택 패드(141)가 액티브 영역(AR) 내의 모든 반도체 나노 와이어 또는 반도체 나노 튜브의 일측과 전기적으로 연결되어 있게 된다. 따라서, 제1 콘택 패드(141)를 통하여 제1 신호선(150)과 반도체 나노 구조물 일측간의 보다 확실한 전기적 연결이 담보될 수 있다. 제2 신호선(160)과 반도체 나노 구조물 타측간 전기적 연결은 제2 콘택(162) 및 제2 콘택 패드(142)가 담당하게 되며, 상술한 제1 신호선(150)의 논의가 동일하게 적용된다.
만약, 액티브 영역(AR)에 집단화된 나노 파티클이 배치된 경우, 2차원의 반도체적 통전 특성을 나타내므로, 콘택 패드(141, 142)의 필요성은 감소된다. 그러나, 이 경우에도 저항 감소 및 콘택 담보 차원에서 콘택 패드(141, 142)의 적용은 의의가 있다.
도 1의 레이아웃에 명확히 도시하지는 않았지만, 각 액티브 영역(AR)에는 복수의 프로브(도 11의 '200' 참조)가 커플링(coupling)되어 있다. 프로브(200)는 액티브 영역(AR)에서 반도체 나노 구조물과 직접 또는 활성층(도 11의 '120' 또는 도 12의 '191' 참조) 및/또는 링커(도 11의 '201' 참조)를 매개하여 커플링된다. 서로 다른 액티브 영역(AR)에는 서로 다른 프로브(예컨대, 염기 서열이 서로 다른 프로브)가 커플링된다. 각 액티브 영역(AR)은 프로브 셀(probe cell)을 구성한다. 액티브 영역(AR)의 수는 프로브 셀의 수를 표상한다.
프로브(200)에 바이오 시료가 혼성화 등의 반응으로 결합되면, 반도체 나노 구조물의 표면 전하값에 차이가 발생하여, 반도체 나노 구조물의 컨덕턴스(conductance)가 달라진다. 즉, 프로브(200)에 대상 바이오 시료의 결합 유무에 따라 반도체 나노 구조물은 특정 컨덕턴스를 나타내며, 이 차이는 반도체 나노 구조물의 양측에 전기적으로 연결된 제1 신호선(150) 및 제2 신호선(160)을 통해 판독될 수 있다. 따라서, 형광 분석 등의 추가적인 과정을 거치지 않더라도, 바이오 센서(10) 내에서 신뢰성 있는 바이오 시료의 분석이 가능하다. 또, 분석 시간이 단축되는 장점이 있다.
몇몇 실시예는 제2 방향(y)으로 연장되어 액티브 영역(AR)의 중앙부를 지나는 게이트 라인(130)을 더 포함할 수 있다. 게이트 라인(130)은 제1 신호선(150)(소오스 라인), 제2 신호선(160)(드레인 라인) 및 반도체 나노 구조물(채널)과 함께 트랜지스터를 구성한다. 게이트 라인(130)에 의해 제공되는 문턱 전압은 더욱 정확하고 세밀한 반응 여부 판독을 가능케 한다. 나아가, 게이트 라인(130)은 매트릭스 형상으로 배열된 다수의 액티브 영역(AR) 중 어느 하나 열(또는 행)을 선택하고, 이를 체계적으로 분석하는 데 도움을 준다. 그러나, 게이트 라인(130)은 생략될 수도 있다.
이하, 상술한 예시적인 레이아웃을 갖는 본 발명의 더욱 다양한 실시예들에 따른 바이오 센서의 단면 구조를 설명한다. 이하의 실시예들에서는 반도체 나노 구조물로서, Si 등의 반도체 나노 물질로 이루어진 나노 와이어를 사용한 경우가 예시될 것이다. 그러나, Si 나노 와이어는 다른 다양한 반도체 나노 구조물로 치환될 수 있음은 물론이다. 각 실시예들에 따른 바이오 센서들은 그 제조 방법에 대한 설명과 함께 설명된다. 도 1의 레이아웃은 각 단면도들을 설명하는데 함께 참고된다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 적용되는 나노 와이어의 사시도이다. 도 4 내지 도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 바이오 센서를 제조하는 예시적인 방법을 설명하기 위한 단면도들이고, 도 11은 그에 의해 제조된 바이오 센서의 단면도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 단결정 상(single crystalline phase)의 나노 와이어(110)들을 성장시킨다. 나노 와이어(110)의 성장 길이는 후속 식각 공정에 의해 일부 제거 또는 패터닝되더라도 각 액티브 영역(AR)에서 채널로서의 기능을 효과적으로 수행할 수 있도록 액티브 영역(AR)의 장방향 폭보다 큰 것이 바람직하다. 예를 들면, 액티브 영역(AR)의 장방향의 폭보다 약 10배 이상의 길이를 갖도록 성장시킬 수 있다.
이어서, 각 나노 와이어(110)의 표면에 코팅막(120)을 형성한다. 코팅막(120)의 형성은 나노 와이어(110)의 성장에 이어 인-시츄(in-situ)로 진행할 수 있다. 코팅막(120)은 나노 와이어(110)의 안정성 확보 내지 보호 기능, 채널 방향 이외의 방향으로의 인접하는 나노 와이어(110) 간 전기적 소통 방지 기능, 링커 및/또는 프로브를 커플링하기 위한 활성층으로서의 기능, 및 게이트 절연막으로서의 기능 중 적어도 하나를 수행하기 위하여 형성한다.
코팅막(120)의 안정성 확보 내지 보호 기능은 소정 두께 및 소정 강도의 다양한 막에 의해 달성될 수 있다.
인접하는 나노 와이어(110)간 전기적 소통 방지는 채널 방향으로 효율적인 전기적 소통이 이루어지도록 하는 데에 유효하며, 코팅막(120)을 절연 물질로 형성함으로써 달성될 수 있다.
코팅막(120)을 활성층으로 기능하도록 하기 위해서는 코팅막(120)을 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하는 물질로 형성한다. 프로브(200)가 올리고머인 DNA 프로브(즉, 올리고 뉴클레오타이드 프로브)인 경우, 상기 DNA 프로브 및/또는 그에 결합되는 링커(201)와 커플링할 수 있는 작용기로는 하이드록실기, 알데히드기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기, 티올기, 할로기 또는 술포네이트기 등을 예로 들 수 있다. 따라서, 코팅막(120)은 상술한 작용기들을 포함하는 물질, 예를 들면, PE-TEOS막, HDP 산화막 또는 P-SiH4 산화막, 열산화막, 자연 산화막, 패드 산화막 등의 실리콘 산화막, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 등의 실리케이트, 실리콘 산질화막, 하프늄산질화막, 지르코늄산질화막 등의 금속 산질화막, 티타늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 지르코늄 산화막, ITO 등의 금속 산화막, 또는 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리비닐 등의 폴리머로 형성할 수 있다.
코팅막(120)을 게이트 절연막으로 기능하도록 하기 위해서는 코팅막(120)을 절연 특성을 갖는 물질로 형성한다. 예를 들어, 실리콘 산화막이나 고유전율 산화막으로 형성한다. 고유전율 산화막은 상술한 금속 산화막 등이 예시될 수 있다.
상기 열거된 코팅막의 다양한 기능들은 코팅막을 예컨대, 실리콘 산화막이나 금속 산화막으로 형성함으로써 동시에 달성될 수 있다. 적용가능한 실시예의 예는 나노 와이어(110)의 성장 후 인-시츄(in-situ)로 나노 와이어(110)의 표면에 코팅막(120)으로서 열산화막을 형성하는 것을 포함한다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아님은 물론이다.
도 4를 참조하면, 코팅막(120)으로 코팅된 복수의 나노 와이어(110)들을 LB(Languir-Blodgett)법 또는 플로우(flow) 방식을 이용하여 기판(100) 상에 배열한다.
기판(110)은 연마(grinding) 또는 용융 등에 의해 제거가능한 것이 사용된다. 예를 들면, 연마에 의해 제거 가능한 반도체 웨이퍼 기판, 석영, 유리 등의 투명 기판이 사용되거나, 고온(예컨대, 약 400℃)에서 용융가능한 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 그러나, 적용가능한 기판(100)이 상기 예시에 제한되지 않음은 자명하다.
복수의 나노 와이어(110)들은 기판(100) 상에 예컨대, 모두 제1 방향(x)의 연장 방향(길이 방향)을 가지면서 밀집되어 배열된다. 몇몇 실시예에서, 복수의 나노 와이어(110)들은 번들(bundle) 형상으로 배열된다.
한편, 나노 와이어(110) 대신 나노 파티클을 적용하는 경우에는 기판 상에 나노 파티클들을 전사하고, 열처리 등의 방법으로 이들을 집단화(cluster)한다.
이어서, 액티브 영역(AR)을 정의하는 마스크 패턴(예컨대, 포토레지스트 패턴)을 형성하고, 이를 식각 마스크로 이용하여 기판(100) 상의 나노 와이어(110)들을 식각한다. 액티브 영역(AR)은 직사각형, 타원형 또는 모서리가 둥근 직사각형 형상일 수 있다. 나노 와이어(110)의 식각은 예컨대, 건식 식각으로 진행된다. 상기 식각의 결과, 액티브 영역(AR) 내에만 선택적으로 복수의 나노 와이어(110)들이 평행하게 밀집되어 배열된다. 나노 와이어(110)들의 길이 방향은 제1 방향(x)이다.
도 5를 참조하면, 기판의 전면(whole surface)에 나노 와이어(110)들을 덮도 록 도전성 물질을 포함하는 게이트 도전층을 형성하고 패터닝하여, 각 액티브 영역(AR)을 제2 방향(y)으로 지나는 게이트 라인(130)을 형성한다. 게이트 라인(130)과 액티브 영역(AR)의 교차 영역, 다시 말하면 게이트 라인(130)과 나노 와이어(110)들의 오버랩 영역에서, 코팅막(120)(즉, 코팅막(120)의 상부 영역)은 게이트 라인(130)과 나노 와이어(110)를 절연하는 게이트 절연막의 역할을 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 게이트 라인(130)이 형성된 기판(100) 상에 제1 층간 절연막(181)을 형성한다. 제1 층간 절연막(181)은 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하지 않는 물질, 예를 들어, 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 후속 프로브(200)의 커플링시 유리할 수 있다.
이어서, 제1 층간 절연막(181)에 대한 패터닝 공정을 수행하여 나노 와이어(110)의 양측을 오픈한다. 패터닝 공정은 건식 식각으로 이루어질 수 있다. 오픈 영역(141h, 142h)은 도 1에 도시된 것처럼 제2 방향(y)을 따라서, 모든 나노 와이어(110)의 일측 및 타측을 노출하도록 형성된다. 이때, 오픈된 나노 와이어(110) 상의 코팅막(120)도 함께 제거되어 나노 와이어(110)가 직접 노출되도록 한다. 제2 방향(y)으로 제1 및 제2 신호선(150, 160)과 나노 와이어간(110)의 보다 완전한 전기적 연결을 담보하기 위해, 오픈 영역(141h, 142h)은 나노 와이어의 양측으로부터 외측 방향으로 소정 마진(margine)만큼 더 확장되어 형성될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 도전성 물질로 오픈 영역(141h, 142h)을 매립하여 나노 와이어(110) 일측 상의 제1 콘택 패드(141) 및 나노 와이어(110) 타측 상의 제2 콘택 패드(142)를 형성한다. 상술한 오픈 영역(141h, 142h)의 형상으로부터, 제1 콘택 패드(141) 및 제2 콘택 패드(142)는 활성 영역(AR)의 제2 방향(y)의 폭을 모두 커버하면서 하부의 나노 와이어(110)와 전기적으로 연결될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 몇몇 변형 실시예들에 따르면, 제1 콘택 패드(141) 및 제2 콘택 패드(142)는 싱글 다마신(single damascene) 공정을 이용하여 게이트 라인(130)과 함께(동시에) 형성될 수도 있다. 이에 대한 구체적인 적용예는 본 기술분야의 당업자라면 용이하게 이해 또는 유추할 수 있을 것이므로, 그 설명을 생략한다.
도 8을 참조하면, 도 7의 결과물의 상면에 제2 층간 절연막(182)을 형성한다. 이어서, 제2 층간 절연막(182)을 패터닝하여 제1 콘택 패드(141)를 노출하는 제1 콘택홀(151h)을 형성한다. 이때, 제1 콘택홀(151h)은 주로 도 1의 레이아웃 상 액티브 영역(AR)을 제1 방향(x)으로 반분하는 중심선(C)의 위쪽에 위치하도록 형성하는 것이 바람직하다. 다음, 도전성 물질로 제1 콘택홀(151h)을 매립하여 제2 층간 절연막(182)을 관통하는 제1 콘택(151)을 완성한다. 이어서, 도전성 물질을 적층하고 패터닝하여 제1 신호선(150)을 형성한다. 이때, 제1 신호선(150)은 제1 콘택(151)과 콘택하고, 중심선(C)의 위쪽으로 한정되는 폭을 가지면서 제1 방향(x)으로 연장되도록 형성하는 것이 바람직하다. 형성된 제1 신호선(150)은 제1 콘택(151) 및 제1 콘택 패드(141)를 통하여 액티브 영역(AR)에 위치하는 대부분의 나노 와이어(110)의 일측과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 신호선(150) 상에 제3 층간 절연막(183)을 형성한다. 이어서, 제3 층간 절연막(183) 및 하부의 제2 층간 절연막(182)을 패터닝하여 제2 콘택 패드(142)를 노출하는 제2 콘택홀(162h)을 형성한다. 이때, 제2 콘택홀(162h)은 주로 도 1의 레이아웃 상 액티브 영역(AR)의 아래쪽 절반에 위치하도록 형성하는 것이 제2 층간 절연막(182)과 제3 층간 절연막(183) 사이에 형성되어 있는 제1 신호선(150)의 노출을 방지하는 차원에서 바람직하다. 이어서, 도전성 물질로 제2 콘택홀(162h)을 매립하여 제3 층간 절연막(183) 및 제2 층간 절연막(182)을 관통하는 제2 콘택(162)을 완성한다. 이어서, 도전성 물질을 적층하고 패터닝하여 제2 신호선(160)을 형성한다. 제2 신호선(160)은 제2 콘택과 콘택하고, 중심선(C)의 아래쪽으로 한정되는 폭을 가지면서 제1 방향(x)으로 연장되도록 형성하는 것이 바람직하다. 형성된 제2 신호선(160)은 제2 콘택(162) 및 제2 콘택 패드(142)를 통하여 액티브 영역(AR)에 위치하는 대부분의 나노 와이어(110)의 타측과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 신호선(160)은 제1 신호선(150)과는 다른 층에 형성되므로, 그 사이에 개재되는 제3 층간 절연막(183)에 의해 기본적으로 서로 절연된다. 한편, 도면에서는 편의상 제1 신호선(150)과 및 제2 신호선(160)을 하나의 단면도에 도시하였지만, 도 1의 레이아웃에서 알 수 있듯이, 평면도 상에서 이들은 서로 오버랩되지 않는다. 즉, 제2 방향으로 서로 다른 위치에 있다. 제1 콘택(151)과 제2 콘택(162)의 경우도 마찬가지이다. 따라서, 제2 신호선(160)에 연결된 제2 콘택(162)은 제1 신호선(150)과 콘택하지 않는다. 이상으로부터, 제2 신호선(160)과 제1 신호선(150)은 서로 전기적으로 절연될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이어서, 제2 신호선(160)을 덮는 페시베이션막(184)을 형성한다. 페시베이션 막(184)은 절연막으로 형성할 수 있다.
도 10을 참조하면, 기판(100)을 제거한다. 기판(100)으로 반도체 웨이퍼 기판, 석영, 유리 등의 투명 기판이 사용된 경우, 연마 등의 방법으로 제거할 수 있다. 기판(100)으로 플라스틱 기판을 사용한 경우, 고온으로 열처리하여 기판(100)을 제거할 수 있다. 도 10은 기판(100)을 제거한 후, 잔류하는 중간 구조물을 뒤집은 상태를 도시한다. 따라서, 앞서 언급된 상하 방향은 이후의 단계부터는 뒤바뀌게 됨을 예상할 수 있을 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이 기판(100)의 제거 후 뒤집힌 중간 구조물의 표면은 제1 층간 절연막(181)이 노출되어 있는 제1 영역 및 코팅막(120)이 노출되어 있는 제2 영역을 포함한다. 이때, 제1 영역과 제2 영역의 표면은 평탄할 수 있다. 상술한 것처럼 코팅막(120)을 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하는 물질로 형성하고, 제1 층간 절연막(181)을 링커 및/또는 프로브와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하지 않는 물질로 형성하게 되면, 제1 영역과 제2 영역은 표면에 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하는지 여부에 따른 구분과 일치한다. 작용기의 포함 여부에 따라 제1 영역은 프로브 셀이 형성되는 영역이 되고, 제2 영역은 각 프로브 셀을 구분하는 프로브 셀 분리 영역이 된다.
이어서, 제1 영역에 노출된 코팅막(120)에 링커(201) 및/또는 프로브(200)를 선택적으로 커플링하여, 도 11에 도시된 바와 같은 바이오 센서(11)를 완성한다. 커플링 전 단계로서, 코팅막(120)의 표면을 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 반응하기 용이하도록 변형하기 위하여 오존처리(ozonolysis), 산 처리, 염기 처리 등과 같은 표면 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 황산 및 과산화수의 혼합물인 피라나(Piranha) 용액, 불산 용액, 암모니움 하이드록사이드 용액, 또는 O2 플라즈마를 이용하여 표면 처리를 수행한다.
링커(201)와 프로브(200)의 커플링은 본 기술분야에 널리 공지된 포토리소그래피 기술을 이용하여 진행될 수 있다. 예를 들어, 광분해성기(미도시)로 보호된 링커(201)를 코팅막(120)에 커플링한다. 그리고, 각 액티브 영역(AR)별로 선택적으로 노광하여 광분해성기를 제거한 후, 노광된 액티브 영역(AR) 상의 링커(201)에 광분해성기로 보호된 프로브용 모노머를 합성한다. 이후, 동일한 단계를 반복하여 각 액티브 영역(AR) 별로 서로 다른 서열을 갖는 프로브를 합성한다. 링커(201) 및/또는 프로브(200)의 커플링은 더욱 다양한 방법으로 진행될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 본 기술 분야에 널리 공지되어 있으므로, 생략하기로 한다. 한편, 링커(201)는 생략될 수도 있으며, 이 경우 프로브(200)가 코팅막(120)에 직접 커플링된다.
도 11의 바이오 센서(11)는 제1 층간 절연막(181), 제2 층간 절연막(182), 제3 층간 절연막(183) 및 패시베이션막(184)을 포함하는 절연막을 베이스(base)로 한다. 제1 및 제2 신호선(150, 160)은 절연막(181-184) 내에 위치하고, 절연막(181-184) 상에는 나노 와이어(110)가 위치한다. 나노 와이어(110) 상에는 복수의 프로브(200)가 커플링된다.
도 11의 상하관계를 기준으로 볼때, 제1 신호선(150)은 제3 층간 절연막(183) 상에 위치하고, 제2 신호선(160)은 패시베이션막(184) 상에 위치한다. 도 5 내지 도 9의 상하관계와 함께 종합하여 고려하면, 제1 신호선(150)은 제2 층간 절연막(182)과 제3 층간 절연막(183) 사이에, 제2 신호선(160)은 제3 층간 절연막(183)과 패시베이션막(184) 사이에 위치하는 것으로 이해된다.
또, 절연막(181-184)을 기준으로 볼때, 나노 와이어(110) 및 코팅막(120)이 위치하는 영역에서 절연막(181-184)은 표면이 리세스(recess)된 것으로 이해될 수 있다. 즉, 나노 와이어(110) 및 코팅막(120)은 절연막의 리세스된 영역 상에 배치된 것으로 이해될 수 있다.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 바이오 센서의 단면도들이다.
도 12의 바이오 센서(12)는 코팅막(120)의 노출된 표면에 표면 활성층(191)이 더 형성되어 있는 경우를 예시한다. 표면 활성층(191)은 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하는 물질로 이루어진다. 본 실시예는 코팅막(120)이 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하지 않거나, 그 수가 미미할 경우, 나노 와이어(110) 상에 선택적인 프로브(200)의 커플링을 도모하기 위해 적용될 수 있다. 코팅막(120) 위에 표면 활성층(191)을 형성하는 것은 코팅막(120)을 이루는 물질과 제1 층간 절연막(181)을 이루는 물질의 차이에 근거하여 선택적으로 증착하는 방법을 이용하거나, 제1 층간 절연막(181)의 전면에 표면 활성층(191)을 형성하고 이를 패터닝함으로써 형성할 수 있다.
도 13의 바이오 센서(13)는 제1 층간 절연막(181) 상에 캡핑막 패턴(192)이 형성되어 있는 경우를 예시한다. 캡핑막 패턴(192)은 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하지 않는 물질로 이루어진다. 본 실시예는 제1 층간 절연막(181)이 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 적어도 미량이라도 포함하는 경우 상기 작용기에 의한 링커(201) 및/또는 프로브(200)의 커플링 노이즈를 방지하기 위해 적용될 수 있다. 캡핑막 패턴(192)은 제1 층간 절연막(181)과 코팅막(120) 상의 전면에 캡핑막(192)을 형성하고, 이를 패터닝하여 제1 층간 절연막(181) 상에(도 10의 제2 영역 참조)만 선택적으로 잔류시킴으로써 형성할 수 있다.
도 14 및 도 15의 바이오 센서(14, 15)들은 나노 와이어(110)가 표면에 코팅막을 포함하지 않는 경우를 예시한다. 나노 와이어(110)와 게이트 라인(130) 사이에는 절연성 유지를 위한 게이트 절연막(121)이 개재된다. 게이트 절연막(121)은 게이트 라인(130)과 실질적으로 동일한 패턴을 갖는다. 나노 와이어(110)가 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하는 경우, 도 14에 도시된 바와 같이 프로브(200)는 링커(201)를 매개하여, 또는 직접 나노 와이어(110)에 커플링될 수 있다. 나노 와이어(110)가 링커(201) 및/또는 프로브(200)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하지 않는 경우에는 도 15에 도시된 바와 같이 나노 와이어(110) 상에 표면 활성층(191)이 형성된다. 도 14 및 도 15를 제조하는 방법은 상술한 본 발명의 실시예들과, 게이트 절연막을 형성하는 공지의 방법에 의해 쉽게 이해할 수 있을 것이므로, 그 설명을 생략한다.
도 16은 게이트 라인(130)이 생략되어 있는 경우를 예시한다. 게이트 라 인(130)이 생략될 경우, 게이트 절연막(121)도 불필요하다. 도 16에서는 코팅막(120)도 생략되어 있으며, 프로브(200)가 링커(201)를 매개하여 나노 와이어(110)에 직접 커플링된 경우를 도시한다. 다만, 이 경우에도 앞서 다양한 실시예들에서 논의한 것처럼, 코팅막(120)이 구비될 수도 있고, 나노 와이어(110) 상에 표면 활성층(191)이 구비될 수도 있다.
이상에서 설명된 다양한 실시예들은 서로 조합되어 적용될 수 있음은 자명하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 바이오 센서의 개략적인 레이아웃이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 액티브 영역을 구성하는 예시적인 반도체 나노 구조물들을 설명하기 위한 개략적인 평면도들이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 적용되는 나노 와이어의 사시도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 바이오 센서를 제조하는 예시적인 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11은 도 4 내지 도 10의 방법으로 제조된 바이오 센서의 단면도이다.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 바이오 센서의 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10-16: 바이오 센서 100: 기판
110: 나노 와이어 120: 코팅막
130: 게이트 라인 141, 142: 콘택 패드
150: 제1 신호선 151: 제1 콘택
160: 제2 신호선 162: 제2 콘택
181-184: 절연막 191: 표면 활성층
192: 캡핑막 200: 프로브
201: 링커

Claims (25)

  1. 2 이상의 층간 절연막을 포함하는 절연막;
    상기 절연막 내의 제1 및 제2 신호선;
    상기 절연막 상의 반도체 나노 구조물로서, 일측이 상기 제1 신호선에, 타측이 상기 제2 신호선에 각각 전기적으로 연결된 반도체 나노 구조물;
    상기 2 이상의 층간 절연막 중 적어도 하나를 관통하여 상기 반도체 나노 구조물의 일측과 상기 제1 신호선을 전기적으로 연결하는 제1 콘택;
    상기 2 이상의 층간 절연막 중 적어도 하나를 관통하여 상기 반도체 나노 구조물의 타측과 상기 제2 신호선을 전기적으로 연결하는 제2 콘택;
    상기 제1 콘택과 상기 반도체 나노 구조물의 일측을 연결하며 상기 제1 콘택보다 폭이 큰 제1 콘택 패드;
    상기 제2 콘택과 상기 반도체 나노 구조물의 타측을 연결하며, 상기 제2 콘택보다 폭이 큰 제2 콘택 패드; 및
    상기 반도체 나노 구조물 상에 커플링된 복수의 프로브를 포함하는 바이오 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절연막은 표면이 리세스된 리세스 영역을 포함하고, 상기 반도체 나노 구조물은 상기 리세스 영역에 배치되어 있는 바이오 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선은 적어도 하나의 층간 절연막을 사이에 두고 서로 절연되어 있는 바이오 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 층간 절연막 내에 상기 나노 구조물과 절연되며, 상기 제1 및 제2 신호선과 교차하는 게이트 라인을 더 포함하는 바이오 센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물 표면 상의 코팅막을 더 포함하는 바이오 센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물 상의 표면 활성층을 더 포함하는 바이오 센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물은 나노 와이어, 나노 튜브 및 나노 파티클 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 센서.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물은 Si, ZnO, GaN, Ge, InAs, GaAs, 및 C 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 센서.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물은 코어 및 코어를 감싸는 적어도 하나의 쉘을 포함하는 다중 나노 구조물인 바이오 센서.
  12. 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 제1 절연막;
    상기 제1 절연막의 제1 면 상의 제1 및 제2 신호선; 및
    상기 제1 절연막의 제2 면 상의 복수의 프로브 셀을 포함하되,
    상기 각 프로브 셀은 상기 제1 절연막의 제2 면 상의 반도체 나노 구조물로서, 일측이 상기 제1 신호선에, 타측이 상기 제2 신호선에 각각 전기적으로 연결된 반도체 나노 구조물, 및
    상기 반도체 나노 구조물 상에 커플링된 복수의 프로브를 포함하는 바이오 센서.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 절연막의 제2 면은 표면이 리세스된 리세스 영역을 포함하고, 상기 반도체 나노 구조물은 상기 리세스 영역에 배치되어 있는 바이오 센서.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 절연막의 제1 면 상에 제2 층간 절연막을 더 포함하되, 상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선은 상기 제2 층간 절연막을 사이에 두고 서로 절연되어 있는 바이오 센서.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 층간 절연막 내에 상기 반도체 나노 구조물과 절연되며, 상기 제1 및 제2 신호선과 교차하는 게이트 라인을 더 포함하는 바이오 센서.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물은 나노 와이어, 나노 튜브 및 나노 파티클 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 센서.
  17. 기판 상에 반도체 나노 구조물을 배치하고,
    상기 반도체 나노 구조물 상에 절연막으로서, 내부에 상기 반도체 나노 구조물의 일측과 연결된 제1 신호선, 및 상기 반도체 나노 구조물의 타측과 연결된 제2 신호선을 포함하는 절연막을 형성하고,
    상기 기판을 제거하여 상기 반도체 나노 구조물을 노출하고,
    상기 노출된 반도체 나노 구조물 상에 복수의 프로브를 커플링하는 것을 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 기판을 제거하는 것은 상기 기판을 연마 또는 용융시키는 것을 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 절연막을 형성하는 것은 상기 반도체 나노 구조물 상에 하부 층간 절연막을 형성하고, 상기 제2 층간 절연막 상에 제1 신호선을 형성하고, 상기 제1 신호선 상에 상부 층간 절연막을 형성하고, 상기 상부 층간 절연막 상에 제2 신호선을 형성하는 것을 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 절연막은 상기 하부 층간 절연막을 관통하여 상기 반도체 나노 구조물의 일측과 상기 제1 신호선을 전기적으로 연결하는 제1 콘택; 및
    상기 상부 층간 절연막 및 상기 하부 층간 절연막을 관통하여 상기 반도체 나노 구조물의 타측과 상기 제2 신호선을 전기적으로 연결하는 제2 콘택을 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 절연막은 내부에 상기 나노 구조물과 절연되며, 상기 제1 및 제2 신호선과 교차하는 게이트 라인을 더 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물을 배치하는 것은 코팅막이 형성된 반도체 나노 구조물을 배치하는 것인 바이오 센서의 제조 방법.
  23. 제 17항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물은 나노 와이어, 나노 튜브 및 나노 파티클 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물은 Si, ZnO, GaN, Ge, InAs, GaAs, 및 C 중 적어도 하나를 포함하는 바이오 센서의 제조 방법.
  25. 제 17항에 있어서,
    상기 반도체 나노 구조물은 코어 및 코어를 감싸는 적어도 하나의 쉘을 포함하는 다중 나노 구조물인 바이오 센서의 제조 방법.
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