荧光传感器的制作方法

专利名称：荧光传感器的制作方法
荧光传感器技术领域
本发明的实施方式涉及对分析物的浓度进行测量的荧光传感器，特别是涉及作为使用半导体制造技术以及MEMS技术制作的微小荧光分光光度计的荧光传感器。
背景技术：
用于确认液体中的分析物即被测量物质的存在或对浓度进行测定的各种分析装置被开发出来。例如，向一定容量的透明容器注入由于分析物的存在而性质发生变化并产生荧光的荧光色素和包含分析物的被测量溶液，通过照射激励光E并对来自荧光色素的荧光强度进行测量来测量分析物浓度的荧光分光光度计广为人知。
小型的荧光分光光度计具有光检测器和含有荧光色素的指示层。而且，通过向被测量溶液中的分析物可进入的指示层照射来自光源的激励光E，指示层内的荧光色素产生与被测量溶液中的分析物浓度对应的光量的荧光，而此荧光由光检测器接收。光检测器为光电变换元件，输出与所接收的光量对应的电信号。根据该电信号来测定被测量溶液中的分析物浓度。
近年，为了对微量样品中的分析物进行测量，提案了一种使用半导体制造技术以及MEMS技术制作的微小荧光分光光度计。以下，将微小荧光光度计称为“荧光传感器”。
例如，图1以及图2所示的荧光传感器110在美国专利第5039490号说明书中被公开。荧光传感器110由以下部分构成:激励光E可透射的透明支撑基板101 ;将荧光变换为电信号的光电变换元件部103 ;具有使激励光E聚光的聚光功能部105A的光学板状部105 ；借助于与分析物9的相互作用，通过激励光E的射入来产生荧光的指示层106 ;覆盖层109。
作为光电变换元件部103，例如为形成于由硅构成的基板103A的光电变换元件。基板103A不使激励光E透射。因此，荧光传感器110在光电变换元件部103的周围具有激励光E可透射的空隙区域120。
S卩，只有从空隙区域120透射并射入到光学板状部105的激励光E，通过光学板状部105的作用而被聚光于指示层106中的、光电变换元件部103的上部附近。通过已被聚光的激励光E2和进入到指示层106的内部的分析物9的相互作用，产生荧光F。所产生的荧光F的一部分射入光电变换元件部103，在光电变换元件部103中产生与荧光强度、即分析物9的浓度成比例的电流或电压等的信号。另外，通过覆盖光电变换元件部103的滤光器(未作图示)的作用，激励光E并不射入光电变换元件部103。
如以上说明的那样，荧光传感器110是在透明支撑基板101上将作为光电变换元件部103的光电二极管形成于确保了作为激励光E的通道的空隙区域120的基板103A上，并在其上侧层叠有光学板状部105以及指示层106。
但是，上述的公知荧光传感器110在同一平面上具有作为激励光E的通道的空隙区域120和光电变换元件部103的区域。因此，若为了将更多的激励光E导光至指示层106而扩大作为通道的空隙区域120的面积，则光电变换元件部103的面积变窄，所以，不会提高荧光传感器的灵敏度。相反地，若为了提高光电变换元件部103的检测灵敏度而扩大光电变换元件部103的面积，则作为激励光E的通道的空隙区域120的面积变窄，导光至指示层106的激励光E减少，所以，还是不会提高荧光传感器的灵敏度。即，在荧光传感器110中不容易获得高检测灵敏度。
本发明的实施方式的目的在于提供检测灵敏度高的荧光传感器。发明内容
用于解决课题的方法
技术领域：
本发明的一个方案的突光传感器具备:检测基板部，在第一主面上具有凹部，该凹部具有与上述第一主面平行的底面，在上述凹部的侧面的至少一部分形成有接收荧光并输出检测信号的光电变换元件；发光元件，配设于上述检测基板部的上述凹部的上述底面，产生激励光；以及指示层，配设于上述发光元件的上侧的上述凹部的内部，产生与上述激励光和分析物量对应的上述荧光。


图1为表示公知的荧光传感器的剖面构造的说明图。
图2为用于说明公知的荧光传感器的构造的分解图。
图3为用于说明具有第I实施方式的荧光传感器的传感器系统的说明图。
图4为用于说明第I实施方式的荧光传感器的构造的分解图。
图5为表不第I实施方式的突光传感器的剖面构造的模式图。
图6A为表示用于说明第I实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图6B为表示用于说明第I实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图6C为表示用于说明第I实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图6D为表示用于说明第I实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图6E为表示用于说明第I实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图7A为表示第I实施方式的荧光传感器的剖面构造的模式图。
图7B为表示第I实施方式的变形例的荧光传感器的剖面构造的模式图。
图8为表示第2实施方式的荧光传感器的剖面构造的模式图。
图9为表示第2实施方式的变形例的荧光传感器的剖面构造的模式图。
图1OA为表示用于说明第3实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图1OB为表示用于说明第3实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图1OC为表示用于说明第3实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图1OD为表示用于说明第3实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图1OE为表示用于说明第3实施方式的荧光传感器的制造方法的剖面构造的模式图。
图11为表示第4实施方式的荧光传感器的剖面构造的模式图。
图12为表示第5实施方式的荧光传感器的长波长切断滤光器的特性的图。
图13A为表不第5实施方式的突光传感器的剖面构造的模式图。
图13B为表不第5实施方式的突光传感器的剖面构造的模式图。
具体实施方式
〈第I实施方式〉
以下，对本发明的第I实施方式的荧光传感器10加以说明。
如图3所示，具有荧光传感器10的针型荧光传感器4与主体部2以及接收器3 —同构成传感器系统I。
S卩，传感器系统I具有针型荧光传感器4、主体部2、接收并存储来自主体部2的信号的接收器3。主体部2与接收器3之间的信号收发是通过无线或有线进行的。
针型荧光传感器4具备:具有针前端部5和细长的针主体部6的针部7，该前端部5包括作为主要功能部的荧光传感器10 ;与针主体部6的后端部形成一体化的连接器部8。针前端部5、针主体部6、连接器部8也可以通过同一材料一体地形成。
连接器部8拆装自如地与主体部2的嵌合部2A嵌合。从针型荧光传感器4的荧光传感器10延伸设置的多个布线60通过连接器部8与主体部2的嵌合部2A机械地嵌合而电连接于主体部2。另外，以下,用布线61 ( 68)来表不多个布线60的每一个。
虽未作图示，主体部2具有:对来自荧光传感器10的检测信号进行处理的运算部、用于在与接收器3之间收发无线信号的无线天线、以及电池等。另外，在与接收器3之间进行有线信号收发的情况下，主体部2具有信号线来取代无线天线。
荧光传感器10是为了防止污染等而在使用后被处置掉的一次性(disposable)部，主体部2以及接收器3为被重复使用的再利用部。另外，在主体部2具有所需要的容量的存储器部的情况下，不需要接收器3。
针型荧光传感器4在与主体部2已嵌合的状态下，由被检者自身从身体表面刺穿，针前端部5被留置于体内。然后，例如连续测定体液中的葡萄糖浓度并存储至接收器3的存储器。即，本实施方式的荧光传感器10是连续使用期间为一周左右的短期皮下留置型传感器。
而且，如图4、图5所示，作为针型荧光传感器4的主要功能部的荧光传感器10具有:检测基板部20、作为产生激励光E的发光元件的发光二极管(Light Emitting Diode:以下也称为“LED”)元件12、透明树脂层15、产生与激励光E和分析物量对应的荧光F的指不层16、以及遮光层19。
检测基板部20是通过使布线基板30与形成了贯通孔46的框状基板40接合而制作的。因此，在检测基板部20具有在第一主面21具有与第一主面21平行的底面22的凹部23。S卩，布线基板30的表面为凹部23的底面22，框状基板40的贯通孔46的壁面45为凹部23的侧面24。另外，例如在由N型半导体构成的检测基板部20，即布线基板30以及框状基板40的表面等适当地形成有绝缘层，但未作图示。
LED元件12配设于凹部23的底面22，指示层16配设于凹部23的内部的LED元件12的上侧。另外，在LED元件12的底面以及侧面例如形成有由高反射率的金属构成的反射层12A，仅向指示层16产生激励光E。在底面具有反射层12A的LED元件12向指示层16照射无反射层的LED元件的约2倍的光量的激励光E。此外，通过侧面的反射层12A，能够防止起因于激励光E的噪声光向指示层16的照射。另外，取代反射层12A，即使在与LED元件12的侧面对置的凹部23的侧面24的区域不形成H)元件13的情况下，也能够获得相同的效果。
作为发光元件，并不限于LED元件12，而是从有机EL元件、无机EL元件或激光二极管元件等各种发光元件中选择的。而且，从荧光透射率、光产生效率、激励光E的波长选择性的广度以及仅产生少量的作为激励光E的紫外线以外的波长的光等的观点考虑，LED元件12较理想。
透明树脂层15为第二保护层。作为第二保护层，可以使用环氧树脂、硅树脂或透明的非结晶性含氟树脂等。第二保护层是从具有以下特性的材料中选择的，即具有电绝缘性、具有水分阻断性、相对于激励光E以及荧光F具有良好的透射率等特性。
作为第二保护层的特性，重要的是:即使照射激励光E，在层中产生的荧光F也很小。再者，该荧光F小的特性是除了指示层16以外的荧光传感器10的所有透明材料的重要特性，这一点自不必提。
指示层16通过与已进入的分析物9的相互作用以及激励光E，产生与分析物9的浓度对应的光量的荧光F。指示层16的层厚被设定为数十ym 200μπι左右。指示层16由含有荧光色素的基础材料构成，而且该荧光色素产生与分析物9的量、即样品中的分析物浓度对应的强度的荧光F。
荧光色素是根据分析物9的种类来选择的，只要是根据分析物9的量所产生的荧光F的光量可逆地变化的荧光色素,则可以使用任何荧光色素。例如在测定活体内的氢离子浓度或二氧化碳的情况下，可以使用羟基三磺酸衍生物；在测定糖类的情况下，可以使用具有荧光残基的苯硼酸衍生物；在测定钾离子的情况下，可以使用具有荧光残基的冠醚衍生物等。而且，在测定葡萄糖这样的糖类的情况下，作为荧光色素，可以使用钌有机配合物、荧光苯硼酸衍生物或与结合了蛋白的荧光素等的葡萄糖可逆结合的物质。
如以上说明的那样，本发明的荧光传感器10通过荧光色素的选择，与氧气传感器、葡萄糖传感器、PH传感器、免疫传感器或微生物传感器等多种用途对应。
指示层16是例如将易于含水的水凝胶作为基础材料，并使上述荧光色素含于或被结合于该水凝胶内。作为水凝胶的成分，可以使用使甲基纤维素或右旋糖苷等的多糖类、甲基丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺或丙烯酸羟乙酯等的单体聚合而制作的丙烯酸酯类水凝胶、或通过聚乙二醇和二异氰酸酯制作的聚氨酯类水凝胶等。
指示层16介由未作图示的由硅烷偶联剂等形成的粘着层接合于透明树脂层15上。另外，也可以是并不形成透明树脂层15，而是指示层16直接接合于LED元件12的表面的构造。
遮光层19为形成于指示层16的上部表面侧的、厚度为数十μ m以下的层。遮光层19在防止激励光E以及荧光F向荧光传感器10的外部漏光的同时，还防止外部的光进入凹部23。
另一方面，在框状基板40的贯通孔46的壁面45，即检测基板部20的凹部23的侧面24形成有作为接收荧光F并输出检测信号的光电变换元件的光电二极管(Photo Diode:以下也称为“PD”)元件13。S卩，PD元件13是以包围指示层16的方式设置的，且被形成为受光面朝向指示层16。
PD元件13可以形成于整个侧面24，但为了仅高效地接收荧光F，也可以仅形成于与指示层16对置的对置区域。此外，指示层16可以形成于所有4个侧面24，也可以仅形成于部分面。
BP, PD元件13形成于凹部23的侧面24的至少一部分即可。
作为光电变换元件，也可以是光电导元件(光导电体)或光电晶体管(PhotoTransistor, PT)等。
以覆盖形成于侧面24的ro元件13的方式配设有作为保护ro元件13的第一保护层的氧化硅层42、以及滤光器41。滤光器41以覆盖ro元件13的方式形成于ro元件13的受光面侧。
滤光器41是例如切断激励光E不使其通过，却使长波长的荧光F通过的吸收型滤光器。作为这样的滤光器的材料，优选娃层或碳化娃层。另外，作为滤光器41,也可以是仅使荧光F通过的带通滤光器。
框状基板40具有用于将从F1D兀件13的电极43、44输出的检测信号向主体部2传递的两根布线61、62以及用于向LED元件的电极12B传递驱动信号的两根布线63、64。向作为N型半导体的框状基板40的表面部分地导入N型不纯物，例如磷元素或砷元素等，形成导电率更高的低电阻区域40H，电极44形成于该低电阻区域40H上。
为了在框状基板40形成H)元件13，优选框状基板40的材料为单晶硅，但也可以是玻璃或陶瓷等。
为了防止指示层16所发生的荧光F向外部漏光并防止外部的光进入凹部23，优选进行遮光。即，优选使用与遮光层19相同的材料或配合了碳黑的树脂来涂覆框状基板40的外壁以及布线基板30的底面，即，检测基板部20的外壁以及第二主面25，或蒸镀金属层。
LED元件12所产生的激励光E被照射至指示层16中的荧光色素。而且，通过荧光色素与分析物9的相互作用所发生的荧光F的一部分通过滤光器41到达H)元件13，并被变换为检测信号。
由于通过形成于围绕指示层16的侧面24的H)元件13来检测荧光F，所以荧光传感器10的检测灵敏度很高。
接下来，对荧光传感器10的制造方法简单地加以说明。另外，图6A 图6E中为荧光传感器10的一个区域的部分剖面图，在实际的工序中，作为晶片处理，一次性地形成大量的元件。
首先，如图6A所示，在框状基板40的制作中，介由掩模层47，对导电性(N型)的第一硅片40W进行刻蚀，并形成大量的框状图形，即作为凹部23的贯通孔46。可以使用公知的各种方法来进行刻蚀。
另外，贯通孔46的开口的大小是根据规格设计的，而配设位置为针前端部5，因此，例如优选纵向为150 μ m、横向为500 μ m这样的细长形状。
此外，在荧光传感器10中，凹部23的侧面24垂直于第一主面21，而如后所述，侧面也可以是规定的角度，即，具有锥度的形状。圆锥形状的凹部例如可以通过湿法刻蚀来制作。
接着，如图6B所示，在贯通孔46的壁面45 (凹部23的侧面24)形成H)元件13。即，在使形成了掩模层47A的第一硅片40W倾斜了 5度 30度的状态下，从四个方向进行离子注入处理。例如，注入硼元素(B)的情况的条件是:加速电压:10 IOOkeV,注入量:I X IO15Cm —2左右。此时，也可以在第一硅片40W具有50 IOOnm的薄氧化物层。
然后，以覆盖第一硅片40W的贯通孔46的壁面45的H)元件13的方式，通过CVD法依次形成氧化硅层42、滤光器41，进而形成电极43、44。
另外，准备作为布线基板30的导电性(N型)的第二硅片30W。通过溅射法或蒸镀法，在第二硅片30W形成用于发送来自ro元件13的检测信号的布线61、62以及用于向LED元件12供给驱动信号的布线63、64。
如图6C所示，第一硅片40W被上下翻转并与第二硅片30W接合。
这样，如图6D所示，在接合了两张晶片的接合晶片20W，框状基板40的贯通孔46成为具有底面22的凹部23。
然后，如图6E所示，在接合晶片20W的多个凹部23的各自内部配设LED元件12以及透明树脂层15，并且根据需要介由硅烷偶联剂等的粘着层，在透明树脂层15的上侧配设指示层16。
为了配设LED元件12，可以使用利用了光学上透明的丙烯酸树脂或硅树脂等的粘合法或倒装芯片接合法等各种接合法等的方法。
最后，在以覆盖指示层16的方式形成了遮光层19之后，接合晶片20W被单片化，荧光传感器10完成。即，在针前端部5具有荧光传感器10的针型荧光传感器4完成。
作为荧光传感器的制造方法，并不限于此，也可以使用将已单片化的布线基板30和已单片化的框状基板40接合后，在凹部23配设LED元件12等的方法。
此外，可以以布线基板30的延伸设置部构成针部7的针主体部6的方式来加工第一硅片，也可以将另外制作的针主体部6和具有荧光传感器10的针前端部5接合来构成针部7。
如以上的说明那样，本实施方式的荧光传感器10能够通过晶片处理一次性大量生产。因此，荧光传感器10能够提供廉价且稳定的品质。
接下来，参照图5，对荧光传感器10的动作加以说明。
LED元件12例如以每30秒I次的间隔使中心波长为375nm左右的激励光E脉冲发光。例如，向LED元件12的脉冲电流为ImA 100mA，发光的脉冲宽度为IOms 100ms。
LED元件12所产生的激励光E通过透明树脂层15，射入指示层16。指示层16发出与分析物9的量对应的强度的荧光F。另外，分析物9通过遮光层19进入指示层16。指示层16的荧光色素产生相对于波长375nm的激励光E波长更长的、例如波长460nm的荧光F0
指示层16所产生的荧光F的一部分介由滤光器41和氧化硅层42射入H)元件13。然后，荧光F在H)元件13被光电变换并产生光产生电荷，由此，作为检测信号被输出。另外，LED元件12所发生的激励光E的一部分也射入凹部23的侧面24，但由于滤光器41的作用，几乎并不射入H)元件13。
在荧光传感器10中，主体部2的运算部(未作图示)以检测信号，即起因于来自PD元件13的光产生电荷的电流或起因于已积累的光产生电荷的电压为基础来进行运算处理，并计算分析物的量。另外，针型荧光传感器4也可以具有运算部或检测信号处理电路坐寸ο
荧光传感器10在检测基板部的凹部23的底面22具有LED元件12，在侧面24具有ro元件13，因此即使是超小型的荧光传感器，检测灵敏度也高。
<第I实施方式的变形例>
接下来，对具有本发明的第I实施方式的变形例的荧光传感器IOA的针型荧光传感器4A加以说明。本变形例的荧光传感器IOA与第I实施方式的荧光传感器10类似，因此，对相同的构成要素赋予相同符号，并省略说明。
如图7A所不,第I实施方式的突光传感器10的LED兀件12由通过形成于60 100 μ m左右的厚度的蓝宝石基板12S的、厚度为10 μ m左右的氮化镓类化合物构成的半导体12N构成。
因此，例如，在LED元件12的厚度为100 μ m、凹部的深度为150 μ m的情况下，荧光传感器10的指示层16的厚度为50 μ m以下。
与此相对，如图7B所示，荧光传感器IOA的LED元件12T是从LED元件12去除大部分的蓝宝石基板12S，并以由氮化镓类化合物构成的半导体12N为主体的。即，LED元件12T的厚度为IOym左右。另外，反射层12AA还形成于LED元件12T的侧面，但由于LED元件12T的厚度薄，因此，也可以仅形成于底面。
在荧光传感器IOA中，例如，在凹部的深度为150 μ m的情况下，可以将指示层16A的厚度设为140 μ m，使其比荧光传感器10的指示层16厚。
荧光传感器IOA具有荧光传感器10所具有的效果，并且由于指示层16A厚，因此，能够产生更多的荧光F。所以，荧光传感器IOA的检测灵敏度更高。
〈第2实施方式〉
接着，对具有本发明的第2实施方式的荧光传感器IOB的针型荧光传感器4B加以说明。本实施方式的突光传感器IOB与第I实施方式的突光传感器10类似，因此,对相同的构成要素赋予相同的符号，并省略说明。
如图8所示，荧光传感器IOB除了形成于检测基板部20B的凹部23的侧面24(框状基板40的贯通孔46的壁面45)的、作为第一光电变换元件的H)元件13A，还在凹部23的底面22 (布线基板30B的上面)形成有作为第二光电变换元件的H)元件13B。
以覆盖形成于底面22的H)元件13B的方式配设有作为保护H)元件13B的第三保护层的氧化硅层42B和滤光器41B。氧化硅层42B具有与氧化硅层42、42A相同的功能，滤光器41B具有与滤光器41、41A相同的功能。另外，LED元件12的反射层12A1仅形成于侧面而未形成于底面。此外，LED元件12为使荧光F透射的发光元件。
而且，ro元件13B、LED元件12、指示层16各自的中央部形成于布线基板30B的上侧的同一区域内。
荧光传感器IOB的制造工序中，在作为布线基板30B的第二硅片的表面形成大量的ro元件13B和各布线60 (61 66)。然后，在H)元件13B的表面形成作为第一保护层的、具有数十 数百nm的厚度的氧化硅层42B。并且，在氧化硅层42B的表面形成由多晶硅等构成的滤光器41B。
之后的所有工序与已说明的荧光传感器10的制造工序相同。另外，ro元件13B的检测信号介由布线65、66被传递至主体部2。
在荧光传感器IOB中，指示层16所产生的荧光F的一部分通过LED元件12到达PD元件13B，因此，H)元件13B产生检测信号B。即，在底面不具有反射层的LED元件12使荧光F透射。
荧光传感器IOB不仅将H)元件13A所输出的检测信号A向主体部2输出，还将H)元件13B所输出的检测信号B向主体部2输出。
因此，荧光传感器IOB具有荧光传感器10所具有的效果，并且检测灵敏度更高。
另外，在LED元件12的大小比H)元件13B小的情况下，可以在LED元件12的底面也形成反射层。该情况下，荧光F的一部分通过反射层12A而被反射，因此并不射入H)元件13B。但是，能够进一步减少起因于来自LED元件12的激励光E的H)元件13B的检测信号的噪声光成分。
此外，为了减少噪声光成分，可以不在与LED元件12的底面对置的区域形成H)元件13B。S卩，PD元件13B形成于凹部23的底面22的至少一部分即可。
此外，在第2实施方式的荧光传感器IOB中，也可以使用与第I实施方式的变形例的LED元件12T相同的薄层化LED元件。
<第2实施方式的变形例>
接着，对具有本发明的第2实施方式的变形例的荧光传感器IOC的针型荧光传感器4C加以说明。本变形例的荧光传感器IOC与第2实施方式的荧光传感器IOB类似，因此，对相同的构成要素赋予相同的符号，并省略说明。
第2实施方式的突光传感器IOB分别介由不同的布线61、62、65、66，向主体部2输出H)元件13A所输出的检测信号A和H)元件13B所输出的检测信号B。
与此相对，荧光传感器IOC使用两根布线67、68，向主体部2输出H)元件13A所输出的检测信号A与H)元件13B所输出的检测信号B的合计检测信号。
S卩，如图9所示，形成于布线基板30C的H)元件13B的一部分被延伸设置到框状基板40的正下方，并在正下方与ro元件13A的布线68连接。此外，通过与低电阻区域40H相同的方法所形成的布线基板30C的低电阻区域30H在框状基板40的低电阻区域40H的正下方连接于共同的布线67。
在电连接位置，例如是使用倒装芯片安装技术或焊接连接技术进行的。
荧光传感器IOC具有荧光传感器IOB等所具有的效果，并且用于输出检测信号的布线60的数量少至两根，因此，更加小型。
<第3实施方式>
接着，对具有本发明的第3实施方式的变形例的荧光传感器IOD的针型荧光传感器4D加以说明。本变形例的荧光传感器IOD与第I实施方式的荧光传感器10等类似，因此，对相同的构成要素赋予相同的符号，并省略说明。
荧光传感器IOD的检测基板部20D通过作为半导体基板的硅片20DW被一体地制作。即，检测基板部20D的凹部23D为例如通过刻蚀法形成于硅片20DW的第一主面21的凹部。
接着，使用图1OA 图10E，对荧光传感器IOD的制造方法加以说明。另外，在图1OA 图1OE中为一个荧光传感器IOD的区域的部分剖面图，而在实际的工序中，作为晶片处理，一次性地形成大量的元件。
如图1OA所示，在硅片20DW的第一主面21制作掩模层27。而且，如图1OB所示，通过刻蚀法形成具有与第一主面21平行的底面22D的凹部23D。
作为刻蚀法,理想的是使用四甲基氢氧化铵(TMAH)水溶液、氢氧化钾(KOH)水溶液等的湿法刻蚀法，但也可以使用反应性离子刻蚀(RIE)、化学干法刻蚀(CDE)等的干法刻蚀法。
例如，在使用了硅(100)面来作为硅片20DW的情况下，形成(111)面的刻蚀速度比(100)面慢的异向性刻蚀，因此，凹部23D的侧面24D为(111)面，与(100)面的角度Θ I为54.74度。即，凹部23D的开口比底面宽阔，侧面24D为圆锥形状。
接下来，如图1OC所示，在凹部23D的侧面24D形成H)元件13D。侧面24D具有锥度的凹部23D与侧面24垂直的凹部23相比，不仅形成H)元件的面积大，而且容易向凹部23D的侧面24D形成PD元件13D。
并且，形成LED元件12D的驱动信号用的布线63、64、Η)元件13D的检测信号用的布线61D、62D等。另外，也可以在形成H)元件13D之前制作用于LED元件12D以及H)元件13D的贯通布线60S1、60S2、60S3。此外，使用与低电阻区域40H相同的方法来形成低电阻区域20H。
接下来，如图1OD所示，以覆盖侧面24D的H)元件13D的方式配设氧化硅层42D以及滤光器41D。氧化硅层42D具有与氧化硅层42相同的构成以及功能，滤光器41D具有与滤光器41相同的构成以及功能。
接下来，如图1OE所示，在凹部23D的底面22D配设具有反射层12AD的LED元件12D，进而，介由透明树脂层I 配设指示层16D。并且，使形成了遮光层19D的硅片20DW单片化，由此，荧光传感器IOD完成。
另外，根据荧光传感器的规格不同，如荧光传感器10那样，凹部的侧面也可以垂直于第一主面21。
另外，第3实施方式的荧光传感器IOD的LED元件12D为与第I实施方式的变形例的LED元件12T相同的薄层化LED元件。
荧光传感器IOD具有荧光传感器10等所具有的效果，并且制造容易，灵敏度更高。
<第3实施方式的变形例>
接下来，对具有本发明的第3实施方式的变形例的荧光传感器IOE的针型荧光传感器4E加以说明。本变形例的荧光传感器IOE与第3实施方式的荧光传感器IOD等类似，因此，对相同的构成要素赋予相同的符号，并省略说明。
如图11所示，荧光传感器IOE是在检测基板部20D的凹部23D的侧面24D以及凹部23D的底面22D形成有作为光电变换元件的H)元件13E。
荧光传感器IOE的制造工序中，在形成了具有与第一主面21平行的底面22D的凹部23D的硅片20EW的凹部23D的侧面24D以及底面22D同时形成H)元件13E。即形成于侧面24D的ro元件与形成于底面的ro元件为一体的ro元件13E。
并且，形成作为ro元件13E的第一保护层的氧化硅层42E。然后，在氧化硅层42E的表面形成由多晶硅等构成的滤光器41E。
之后的工序与第三实施方式的荧光传感器IOD的制造方法相同，但LED元件12E在底面不具有反射层。
与突光传感器IOB相同，本实施方式的突光传感器IOE的F1D兀件13E还检测从LED元件12E透射的荧光F，因此，检测灵敏度高。
并且，一体形成于侧面24D以及底面22D的H)元件13E不仅易于形成，而且用于检测信号的布线只要61E、62E这两根。此外，氧化硅层42E以及滤光器41E也可以一体形成于侧面24D以及底面22D。
另外，也可以将ro元件13D分割成多个区域，并将各区域的检测信号通过各个布线传递至主体部2。
荧光传感器IOE具有荧光传感器IOD所具有的效果，并且灵敏度高且制造容易。
<第4实施方式>
接下来，对具有本发明的第4实施方式的荧光传感器IOF (10F1U0F2)的针型荧光传感器4F (4F1、4F2)加以说明。本实施方式的荧光传感器IOF与第I实施方式的荧光传感器10等类似，因此，对相同的构成要素赋予相同的符号，并省略说明。
荧光传感器IOF具有长波长切断滤光器51，该滤光器51切断LED元件12所产生的光中的、在荧光F的波长区域透射率高且在比荧光F波长更长的区域透射率低的包含激励光在内的长波长光。
如已经说明的那样，LED元件12产生例如中心波长为375nm左右的激励光E，但有时也少量包含比荧光F波长更长的光。即有的情况是:受到存在于构成LED元件12的结晶内部的结晶缺陷的影响，从LED元件12，在长波长侧的宽阔的波长域内发出微小的光。并且，PD元件13的受光灵敏度在长波长侧高，此外，滤光器的透射率也在长波长侧高。
因此，LED元件12的比荧光F波长更长的成分光不仅不会有助于指示层16产生荧光，而且即使很微弱也会成为检测信号的噪声成分的很大的原因。
图12中不出适于峰值波长为475nm、短波长端为425nm、长波长端为650nm的突光F的检测的长波长切断滤光器51的透射率特性的一例。长波长切断滤光器51在荧光F的波长区域是透明的。
长波长切断滤光器51是使例如LaF3、Al203、Pr203、Ta203、Ti02或Nb2O5等的电介质多层层叠来制作的电介质多层膜。
如图13A所示，在LED元件12F1仅向上方射出激励光E的荧光传感器IOFl中，长波长切断滤光器51A配设于具有反射层12F1A的LED元件12F1的上方。此外，如图13B所示，在具有反射层12F2A的LED元件12F2向上方以及下方射出激励光E的荧光传感器10F2中，长波长切断滤光器51B1、51B2配设于LED元件12的上方以及下方。
长波长切断滤光器并不限于插入电介质多层膜等的固体状滤光器的方法，也可以通过涂布/固化流体状的树脂的方法或向LED元件12的两面进行蒸镀等的方法来形成。
本实施方式的突光传感器IOF中，LED兀件12所产生的长波长光被长波长切断滤光器51切断，因此，作为偏置输出的噪声光被去除，所以，检测信号的S / N提高。因此，荧光传感器IOF具有荧光传感器10等所具有的效果，并且灵敏度更高。
本发明并不限于上述实施方式或者变形例，在不改变本发明的主旨的范围内，可以进行实施方式或变形例的组合、各种变更、改变等。
本申请是以2010年10月25日在日本国申请的特愿2010 — 238802号为主张优先权的基础来申请的，上述的公开内容被引用在本申请的说明书、权利要求书、附图中。
权利要求
1.一种突光传感器，其特征在于，具备: 检测基板部，在第一主面上具有凹部，该凹部具有与上述第一主面平行的底面，在上述凹部的侧面的至少一部分形成有接收荧光并输出检测信号的光电变换元件； 发光元件，配设于上述检测基板部的上述凹部的上述底面，产生激励光；以及 指示层，配设于上述发光元件的上侧的上述凹部的内部，产生与上述激励光和分析物量对应的上述荧光。
2.根据权利要求1所述的荧光传感器，其特征在于， 上述检测基板部由布线基板和形成有贯通孔的框状基板构成，该贯通孔成为与上述布线基板接合的上述凹部， 上述布线基板的表面为上述凹部的上述底面，上述框状基板的上述贯通孔的壁面为上述凹部的上述侧面。
3.根据权利要求2所述的荧光传感器，其特征在于， 以覆盖上述光电变换元件的受光面的方式形成有使上述荧光透射但切断上述激励光的滤光器。
4.根据权利要求3所述的荧光传感器，其特征在于， 具有切断上述发光元件所产生的上述激励光的长波长成分的长波长切断滤光器。
5.根据权 利要求4所述的荧光传感器，其特征在于， 所述荧光传感器是具有与配置于体外的主体部的嵌合部嵌合的连接器部、并对体内的分析物进行测量的针型传感器。
6.根据权利要求3所述的荧光传感器，其特征在于， 在上述凹部的上述底面的至少一部分形成有接收上述荧光并输出第二检测信号的第二光电变换元件。
7.根据权利要求6所述的荧光传感器，其特征在于， 上述第二光电变换元件、上述发光元件和上述指示层的各自的中央部形成于上述凹部内的同一区域内。
8.根据权利要求7所述的荧光传感器，其特征在于， 具有输出上述光电变换元件的检测信号和上述第二光电变换元件的第二检测信号的合计检测信号的布线。
9.根据权利要求1所述的荧光传感器，其特征在于， 上述凹部为形成于由半导体基板构成的上述检测基板部的凹部。
10.根据权利要求9所述的荧光传感器，其特征在于， 上述凹部的开口比上述底面大，上述侧面为锥形。
11.根据权利要求10所述的荧光传感器，其特征在于， 以覆盖上述光电变换元件的受光面的方式形成有使上述荧光透射但切断上述激励光的滤光器。
12.根据权利要求11所述的荧光传感器，其特征在于， 具有切断上述发光元件所产生的上述激励光的长波长成分的长波长切断滤光器。
13.根据权利要求12所述的荧光传感器，其特征在于， 所述荧光传感器是具有与配置于体外的主体部的嵌合部嵌合的连接器部、并对体内的分析物进行测量的针型传感器。
14.根据权利要求11所述的荧光传感器，其特征在于， 在上述凹部的上述底面的至少一部分形成有接收上述荧光并输出第二检测信号的第二光电变换元件。
15.根据权利要求14所述的荧光传感器，其特征在于， 上述光电变换元件以及上述第二光电变换元件同时地一体形成于上述凹部的上述侧面以及上述底面。
16.根据权利要求15所述的荧光传感器，其特征在于， 上述第二光电变换元件、上述发光元件和上述指示层的各自的中央部形成于上述凹部内的同一区域内。
17.根据权利要求14所述的荧光传感器，其特征在于， 具有输出上述光电变换元件的检测信号和上述第二光电变换元件的第二检测信号的合计检测信号的布线 。
全文摘要
荧光传感器(10)具备检测基板部(20)，在第一主面(21)具有凹部(23)，该凹部(23)具有与第一主面(21)平行的底面(22)，在凹部(23)的侧面(24)形成有接收荧光F并输出检测信号的PD元件(13)；LED元件(12)，配设于检测基板部(20)的凹部(23)的底面(22)，产生激励光E；以及指示层(16)，配设于LED元件(12)上的凹部(23)的内部，产生与激励光E和分析物量对应的荧光F。
文档编号G01N21/78GK103180720SQ20118005048
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月20日 优先权日2010年10月25日
发明者太田亮, 清水悦朗 申请人:奥林巴斯株式会社, 泰尔茂株式会社