荧光传感器和感应系统的制作方法

荧光传感器和感应系统的制作方法
【专利摘要】荧光传感器(30)包括：检测基板部(11)，其在贯通第1主面(11SA)和第2主面(11SB)的贯通孔(21)的壁面(22)上形成有将荧光转换为电信号的PD元件(12)；指示剂(17)，其配设于贯通孔(21)的内部，当接收到上述激发光时，产生强度与被分析物的浓度相应的荧光；滤光层(14)，其覆盖PD元件(12)，允许荧光透过并阻截激发光；遮光层(18)，其覆盖贯通孔(21)的第1主面(11SA)的开口，能供被分析物通过；LED芯片(15)，其覆盖贯通孔(21)的第2主面(11SB)的开口的正下方区域，产生激发光。
【专利说明】荧光传感器和感应系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量液体中的被分析物的浓度的荧光传感器和具有上述荧光传感器 的感应系统，特别是涉及使用半导体制造技术和MEMS技术制作而成的作为微型荧光光度 计的荧光传感器和具有上述荧光传感器的感应系统。

【背景技术】
[0002] 人们开发出了用于测定液体中的被分析物即被测物质的浓度的各种分析装置。例 如，公知有通过向透明容器中注入荧光色素和含有被分析物的被测溶液，然后照射激发光 并测量来自荧光色素的荧光强度而测量被分析物浓度的荧光光度计。荧光色素因被分析物 的存在而性质会发生变化，当受到激发光照射时，会产生强度与被分析物浓度对应的荧光。
[0003] 小型的荧光光度计具有光源、光检测器和含有荧光色素的指示剂。并且，向被测溶 液中的被分析物能够自由进出的指示剂照射来自光源的激发光，用光检测器接收指示剂所 产生的突光。光检测器为光电转换兀件，根据光接收强度输出电信号。基于来自光检测器 的电信号计算溶液中的被分析物浓度。
[0004] 近年来，为了测量微量试样中的被分析物，提出了使用半导体制造技术和MEMS技 术制作而成的微小荧光光度计。以下，将微小荧光光度计称为"荧光传感器"。
[0005] 例如，图1及图2所不的突光传感器130公开于国际公开第2010/119916号小册 子。作为荧光传感器130的主功能部的感应部110具有硅基板111、滤光层114、发光元件 芯片115、透明保护层116、指示剂117和遮光层118,其中硅基板111上形成有光电转换元 件112。被分析物2通过遮光层118进入指示剂117。荧光传感器130的滤光层114阻截 激发光，并允许荧光透过。此外，发光元件芯片115允许荧光透过。
[0006] 在荧光传感器130中，当发光元件芯片115所产生的激发光射入指示剂117时，指 示剂117产生与被分析物浓度相应的荧光。
[0007] 指不剂117所产生的突光的一部分通过发光兀件芯片115和滤光层114后射入光 电转换元件112而被进行光电转换。需要说明的是，发光元件芯片115朝光电转换元件112 的方向（下方）射出的激发光经由滤光层114被减弱到与荧光强度相比在测量上不会出现 问题的程度。荧光传感器130结构简单，容易小型化。
[0008] 但是，荧光传感器130只能检测指示剂117所射出的荧光中的朝向光电转换元件 112的方向即下方射出的荧光。因此，荧光传感器130虽然小型，但不容易获得较高的检测 灵敏度。
[0009] 本发明的实施方式其目的在于，提供一种小型且检测感灵敏度高的荧光传感器和 检测灵敏度高的感应系统。


【发明内容】

[0010] 本发明的一技术方案的荧光传感器包括：检测基板部，其在贯通第1主面和第2 主面的贯通孔的壁面上形成有将荧光转换为电信号的光电转换元件；指示剂，其配设于上 述贯通孔的内部，当接收到激发光时，产生与被分析物的浓度相应的强度的上述荧光；滤光 层，其覆盖上述光电转换元件，允许上述荧光透过并阻截上述激发光；遮光层，其覆盖上述 贯通孔的上述第1主面的开口，能供上述被分析物通过；发光元件芯片，其覆盖上述贯通孔 的上述第2主面的开口的正下方区域，产生上述激发光。
[0011] 此外，本发明的另一技术方案的感应系统包括针型传感器和运算部，该针型传感 器在针尖端部具有感应部，该感应部包括：检测基板部，其在贯通第1主面和第2主面的贯 通孔的壁面上形成有将荧光转换为电信号的第1光电转换元件，且在上述第2主面上形成 有第2光电转换元件；指示剂，其配设于上述贯通孔的内部，其与被分析物发生反应，当接 收到激发光时，产生与上述被分析物的浓度相应的强度的上述荧光；遮光层，其覆盖上述贯 通孔的上述第1主面的开口，能供上述被分析物通；发光元件芯片，其覆盖上述第2主面的 上述开口的上述正下方区域和上述第2光电转换元件的正下方区域，产生上述激发光；上 述运算部使用来自上述第2光电转换元件的电信号修正来自上述光电转换元件的电信号。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 图1是表示现有的荧光传感器的感应部的截面构造的说明图。
[0013] 图2是用于说明现有的荧光传感器的感应部的构造的分解图。
[0014] 图3是用于说明具有第1实施方式的荧光传感器的感应系统的说明图。
[0015] 图4是用于说明第1实施方式的荧光传感器的构造的感应部的分解图。
[0016] 图5是表示第1实施方式的荧光传感器的感应部的截面构造的示意图。
[0017] 图6A是用于说明第1实施方式的荧光传感器的制造方法的表示感应部的截面构 造的不意图。
[0018] 图6B是用于说明第1实施方式的荧光传感器的制造方法的表示感应部的截面构 造的不意图。
[0019] 图6C是用于说明第1实施方式的荧光传感器的制造方法的表示感应部的截面构 造的不意图。
[0020] 图6D是用于说明第1实施方式的荧光传感器的制造方法的表示感应部的截面构 造的不意图。
[0021] 图6E是用于说明第1实施方式的荧光传感器的制造方法的表示感应部的截面构 造的不意图。
[0022] 图6F是用于说明第1实施方式的荧光传感器的制造方法的表示感应部的截面构 造的不意图。
[0023] 图6G是用于说明第1实施方式的荧光传感器的制造方法的表示感应部的截面构 造的不意图。
[0024] 图7是表示第1实施方式的变形例的荧光传感器的感应部的截面构造的示意图。
[0025] 图8是表示第2实施方式的荧光传感器的感应部的截面构造的示意图。

【具体实施方式】
[0026] 〈第1实施方式〉
[0027] 首先，说明本发明的第1实施方式的荧光传感器30和感应系统1。如图3所示，感 应系统1具有荧光传感器30、主体部40和接收并存储来自主体部40的信号的接收器45。 主体部40和接收器45之间的信号的发送接收通过无线或有线方式进行。
[0028] 荧光传感器30由用于对被测体进行穿刺的针部34以及与针部34的后端部接合 的连接器部35构成。针部34具有细长的针主体部33和包含作为主要功能部的感应部10 的针尖端部32。针尖端部32、针主体部33、连接器部35可以由相同材料一体形成，也可以 分别制作再接合在一起。
[0029] 连接器部35以能够自由装卸的方式与主体部40的嵌合部41相嵌合。通过将连 接器部35与主体部40的嵌合部41机械嵌合，而使自荧光传感器30的感应部10延伸设置 的多条布线51?54与主体部40电连接。
[0030] 荧光传感器30是在将感应部10插入到体内之后，能够持续规定期间例如一星期 地对被分析物浓度进行测定的针型传感器。但是，也可以不将感应部10插入到体内，而是 使采取的体液或借助体外流路与体内进行循环的体液在体外与感应部10接触。
[0031] 主体部40具有对感应部10进行驱动和控制等的控制部42以及对自感应部10输 出的信号进行处理的运算部43。控制部42和运算部43分别由CPU等运算电路构成，但也 可以是同一 CPU。需要说明的是，控制部42和运算部43中的至少一方也可以配设于荧光传 感器30的连接器部35等上，还可以配设于接收器45上。
[0032] 虽然图中未示出，但主体部40还具有用于在其与接收器45之间发送接收无线信 号的无线天线和电池等。在通过有线方式接收发送主体部40与接收器45之间的信号时， 主体部40替代无线天线而具有信号线。需要说明的是，在主体部40具有容量足够的存储 器部时，也可以不要接收器45。
[0033] <感应部的构造>
[0034] 接着，用图4和图5说明作为荧光传感器30的主要功能部的感应部10的构造。需 要说明的是，附图均是用于说明的示意图，纵横尺寸比等与实际情况不同，有时也省略了一 部分结构要素的图示。此外，将图4和图5所示的Z轴方向称为上方。
[0035] 荧光传感器30具备检测基板部11、滤光层14、指示剂17、遮光层18及作为发光元 件芯片的发光二极管（Light Emitting Diode :LED)芯片15作为主功能要素。
[0036] 在由硅等半导体构成的检测基板部11上形成有贯通第1主面11SA和第2主面 11SB的贯通孔21。
[0037] 并且，在贯通孔21的壁面22上形成有作为将荧光转换为电信号的光电转换元件 的光电二极管（Photo Diode :PD)元件12。S卩，元件12以包围配设于贯通孔21的内部 的指示剂17的方式设置，且以使光接收面朝向指示剂17的方式配设。元件12可以形成 于矩形的贯通孔21的全部四个壁面22上，也可以仅形成于一部分壁面22上。
[0038] 另一方面，在检测基板部11的第2主面11SB上配设有用于输出来自元件12 的检测信号的检测信号布线51、52。检测信号布线51借助与元件12的光接收部相同的 半导体杂质类型的低电阻区域12S和ro元件12的光接收部相连接，检测信号布线52和与 检测基板部11相同的半导体杂质类型的低电阻区域12H相连接。
[0039] 此外，在检测基板部11的第2主面11SB上还配设有向LED芯片15的驱动信号电 极15A、15B供给驱动信号的驱动信号布线53、54。
[0040] 以覆盖形成于壁面22上的ro元件12的方式配设透明的保护层16和滤光层14。 艮P，保护层16和滤光层14以覆盖ro元件12的方式配设于ro元件12的光接收面侧。滤 光层14阻截例如波长375nm的激发光，允许例如波长460nm的荧光透过。
[0041] 并且，在荧光传感器30中，LED芯片15借助透明的接合层13与检测基板部11相 接合。并且，LED芯片15的俯视尺寸大于贯通孔21的第2主面11SB的开口尺寸。由此， LED芯片15将贯通孔21的第2主面11SB的开口的正下方区域完全覆盖。换言之，贯通孔 21的底面由LED芯片15上的接合层13构成。
[0042] 接合层13也是覆盖LED芯片15的表面和检测基板部11的第2主面11SB的保护 层。作为接合层13,可以使用环氧树脂、有机硅树脂、透明的非晶氟树脂等有机树脂，或者硅 氧化膜、硅氮化膜等透明无机材料。接合层13从具备具有电绝缘性、具有防水性、对激发光 具有良好的透过率等特性的材料中进行选择。
[0043] 需要说明的是，接合层13可以在贯通孔21的第2主面11SB的开口的正下方区域 具有开口。在该情况下，贯通孔21的底面成为LED芯片15的表面。并且，接合层13的材 料优选使用具有阻截激发光的材料。
[0044] 配设于贯通孔21的内部的指示剂17通过与逐渐进入的被分析物2间的相互作用 以及激发光，而产生强度与被分析物2的浓度相应的荧光。指示剂17的厚度为数10 μ m? 数ΙΟΟμπι左右。指示剂17由含有产生强度与进入到内部的被分析物2的量即被测溶液中 的被分析物浓度相应的荧光的荧光色素的基质材料构成。
[0045] 覆盖贯通孔21的第1主面11SA的开口的遮光层18其厚度为数10 μ m左右。遮 光层18防止激发光和荧光向外部漏光，同时防止外部光进入到内部。此外，遮光层18也具 有不妨碍被分析物2通过的被分析物透过性。
[0046] 以覆盖LED芯片15的底面（下表面）及侧面的方式配设的漏光防止层19防止自 底面和侧面射出的激发光以及经由检测基板部11的第2主面11SB反射的激发光向外部漏 光。即，漏光防止层19具有与遮光层18类似的功能，但不需要被分析物透过性。
[0047] <荧光传感器的制造方法>
[0048] 接着，用图6A?图6G说明荧光传感器30的制造方法。需要说明的是，图6A?图 6G是一个荧光传感器30的感应部10的区域的局部剖视图，但在实际工序中，作为晶圆工艺 一次制作多个荧光传感器30的感应部10。
[0049] 首先，如图6A所示，利用通常的半导体工艺，通过杂质注入处理，在硅晶圆（检测 基板）liw的第2主面11SB上形成输出来自ro元件12的检测信号的低电阻区域12S、12H。
[0050] 即，低电阻区域12S通过导入与ro元件12的光接收部相同的半导体杂质类型的 杂质而形成，低电阻区域12H通过导入与硅晶圆11相同的半导体杂质类型的杂质而形成。 例如，在ro元件的光接收部为p型半导体时，低电阻区域12S通过导入硼而形成，低电阻区 域12H通过导入磷或砷等而形成。
[0051] 为了在表面形成ro元件12,检测基板部11的材料优选单晶硅，但也可以是玻璃或 陶瓷等。在由玻璃等构成检测基板部的情况下，通过在贯通孔21的壁面22成膜有机硅聚 合物（poly silicone)等的半导体层而形成光电转换元件。
[0052] 作为光电转换元件，也可以是光敏电阻（光电导体）元件或光电晶体管（Photo Transistor)兀件等。
[0053] 接着，如图6B所示，隔着在贯通孔形成部具有开口的掩模层71，自第2主面11SB 侧对硅晶圆11W进行蚀刻，从而形成贯通孔21。蚀刻可以使用公知的各种方法。低电阻区 域12S除了与检测信号布线51连接的区域以外都通过蚀刻除去。
[0054] 贯通孔21的截面的形状及大小根据荧光传感器30的规格来设计。为了将感应部 10的配设部位设在针尖端部32,贯通孔21的截面的大小例如为纵150 μ m、横500 μ m那样 细长的形状。另一方面，贯通孔21的截面的形状（俯视形状）可以为多边形、圆形或椭圆 形等，但从开口效率大、容易加工的层面考虑，优选为矩形。
[0055] 接着，如图6C所示，在贯通孔21的壁面22形成作为光接收部的元件12。艮P， 使配设有贯通孔21形成区域成为开口的掩模层71的硅晶圆11W成为倾斜5?30度的状 态，从至少四个方向进行离子注入处理。例如在硅晶圆11W为N型的情况下，以10?200keV 的加速电压、1X1015?lXl〇16cnT2左右的注入量注入硼（B)。此时，在贯通孔21的壁面 22的表面也可以有10?100nm的薄的氧化物层。通过离子注入后的热处理在壁面22形成 与低电阻区域12S相连接的元件12。在热处理之后，除去掩模层71。
[0056] 然后，如图6D所示，以覆盖硅晶圆11W的贯通孔21的壁面22的元件12的方 式，通过CVD法等依次配设保护层16和滤光层14。
[0057] 保护层16是硅氧化层或硅氮化层等无机绝缘层的单层膜，或者是层叠上述单层 膜而成的多层层。作为保护层16,可以使用荧光透过率高的硅氧化层、硅氮化层、由硅氧化 层和氮化层构成的复合层叠层、硅酮树脂层或透明无定形氟树脂层。
[0058] 滤光层14可以是多重干涉型的滤光层，优选吸收型的滤光层，例如是硅、碳化硅、 氧化硅、氮化硅或由有机材料等构成的单层的层，或者是层叠上述单层的层而成的多层的 层。例如，娃层和碳化娃层在波长375nm时透过率为10^ 5%以下，而在波长460nm时透过 率为10%以上，具有（激发光波长的透过率/荧光波长的透过率）之比为6位数以上的透 过率选择性。需要说明的是，滤光层14也可以是仅允许指示剂17所产生的荧光通过的带 通滤波器。
[0059] 滤光层14优选不仅配设于壁面22,还配设于第2主面11SB。配设于第2主面11SB 的滤光层14具有减小元件12的噪声级的效果，以防止激发光进入检测基板部11。
[0060] S卩，在第2主面11SB也配设有滤光层14的突光传感器30由于兀件12所输出 的检测信号的S/N比高，因此灵敏度高。
[0061] 接着，如图6E所示，通过溅射法或蒸镀法等配设用于输出来自ro元件12的检测 信号的检测信号布线51、52以及用于向LED芯片15供给驱动信号的驱动信号布线53、54。
[0062] 检测信号布线51、52和驱动信号布线53、54的材料使用作为金属材料的Al、Cu、 Au、Pt、W、Mo等，或者使用含有高浓度的杂质的低电阻有机硅聚合物等。层间绝缘层59的 材料使用硅氧化膜或硅氮化膜等无机绝缘材料，或者使用聚酰亚胺等有机绝缘材料。
[0063] 需要说明的是，为了避免LED芯片15所产生的激发光射入检测基板部11，可以将 检测信号布线51、52和驱动信号布线53、54中的至少任一方的宽度配设得较宽。
[0064] 如图6E所不，在突光传感器30中，检测信号布线51、52和驱动信号布线53、54为 隔着层间绝缘层59配置于不同的层的多层布线构造。但是，也可以在一个布线层构成检测 信号布线51、52和驱动信号布线53、54。
[0065] 在多层布线构造的情况下，通过CVD法等在检测信号布线51、52和驱动信号布线 53、54之间形成层间绝缘层59。此时，当在贯通孔21的壁面的滤光层14的表面也形成有 层间绝缘层59时，层间绝缘层59优选由与保护层16同样的硅氧化物等透明材料构成。形 成于滤光层14的表面的层间绝缘层59具有作为滤光层14的保护层的功能。
[0066] 接着，如图6F所示，借助接合层13,以覆盖检测基板部11的贯通孔21的第2主面 11SB侧的开口的方式接合LED芯片15。
[0067] 发光元件芯片不限定于LED芯片15,可自形成有有机EL元件、无机EL元件或者激 光二极管元件等发光元件的芯片中进行选择。并且，从荧光透过率、光产生效率、激发光的 波长选择性的宽泛度以及仅产生很少的成为激发光的紫外线以外的波长的光等观点考虑， 优选LED芯片15。
[0068] 接合层13例如通过涂布树脂再进行固化处理而制作。此外，也可以通过CVD法 等在要涂布树脂的表面预先配设透明的Si02层或硅氮化层等。LED芯片15的驱动信号电 极15A、15B和驱动信号布线53、54的电连接使用导电性粘接剂或者倒装接合（Flip Chip bonding)等。
[0069] SP，在向检测基板部11的第2主面11SB接合LED芯片15时，同时将LED芯片15 的驱动信号电极15A、15B与驱动信号布线53、54电连接。即，LED芯片15和检测基板部在 物理接合的同时，也进行了电接合，因此荧光传感器30容易制作。并且，接合层13也具有 密封电连接部的密封构件的功能。
[0070] 然后，向LED芯片15的下表面和侧面配设漏光防止层19。漏光防止层19可以是 与遮光层18相同的材料，也可以是混合有炭黑的有机树脂、金属或由这些材料构成的多层 膜或复合膜。需要说明的是，也可以向检测基板部11接合预先配设有漏光防止层19的LED 芯片15。
[0071] 需要说明的是，当使用铝或银等反射率高的金属膜作为漏光防止层19时，还可以 附带作为朝向上方即指示剂17的方向反射自LED芯片15的底面及侧面放射出的激发光的 反射膜的功能。
[0072] 此外，也可以将漏光防止层19配设于检测基板部11的整个下表面、侧面以及上表 面的未被遮光层18覆盖的部分。此外，还可以配设覆盖LED芯片15的第1遮光层和覆盖 检测基板部11连带第1遮光层的第2遮光层（参照图7)。
[0073] 接着，如图6G所示，将硅晶圆11W上下翻转，自贯通孔21的第1主面11SA的开口 向内部配设指示剂17。
[0074] 荧光色素根据被分析物2的种类进行选择，如果是根据被分析物2的量而产生的 荧光的强度会发生可逆变化的荧光色素，则也可用于任何被分析物。为了测定葡萄糖那样 的糖类，荧光传感器30的荧光色素使用钌有机络合物、荧光苯硼酸衍生物或结合了蛋白的 荧光素等与葡萄糖可逆结合的物质等。
[0075] 指示剂17例如以易含水的水凝胶为基质材料，在水凝胶内含有或结合有上述荧 光色素。作为水凝胶的成分，可以使用甲基纤维素或葡聚糖等多糖类；使（甲基）丙烯酰胺、 甲基丙烯酰胺或丙烯酸羟乙酯等单体聚合而制作的丙烯酸盐类水凝胶；或者由聚乙二醇和 二异氰酸盐制作的聚氨酯类水凝胶等。
[0076] 指示剂17也可以借助由硅烷偶联剂等构成的粘接层与贯通孔21的壁面22、上表 面的遮光层18或下表面的接合层13等接合。此外，当在接合层13的贯通孔21的正下方 区域具有开口时，也可以将指示剂17接合于构成贯通孔21的底面的LED芯片15的表面。
[0077] 需要说明的是，也可以向贯通孔21中填充聚合前的含有凝胶骨架形成材料的指 示剂，在用遮光层18覆盖开口之后，再使之聚合而制作指示剂17。例如，向贯通孔21的 内部注入含有荧光色素、凝胶骨架形成材料和聚合引发剂的磷酸缓冲溶液，在氮环境下放 置1小时，制作出指示剂17。作为荧光色素，使用9, 10-双[N-[2-(5, 5-二甲基硼杂环己 烧-2-基）节基]-N_[6' -[(丙烯醜聚乙二醇-3400)撰基氨基]-正己基]甲基]_2_乙醜 基蒽（F - PEG - AAm);作为凝胶骨架形成材料使用丙烯酰胺；作为聚合引发剂，使用过硫 酸钠和Ν，Ν，Ν'，Ν' -四甲基乙二胺。
[0078] 最后，以覆盖贯通孔21的第1主面11SA的开口的方式配设遮光层18。遮光层18 可以使用由亚微米级的多孔构造构成的、金属、陶瓷等的无机薄膜；或者在聚酰亚胺或聚氨 酯等有机聚合物的基材中混入有炭黑的与水凝胶类的复合构造；或者在纤维素类或聚丙烯 酰胺等被分析物透过性聚合物中混入有炭黑的树脂；或者将它们层叠而形成的树脂等。
[0079] 然后，通过将晶圆11W分成一个一个的，从而一次制作出多个感应部10。然后，通 过将感应部10与另行制作的自连接器部35延伸设置的针主体部33的尖端部接合，从而完 成荧光传感器30。
[0080] 作为荧光传感器的制造方法，不限定于此，例如也可以将图6Ε所示的状态的硅晶 圆11W分成一个一个的，再向各检测基板部11接合LED芯片15等。
[0081] 此外，还可以以由检测基板部11的延伸设置部构成针部34的针主体部33的方式 加工硅晶圆11W，再与连接器部35接合。
[0082] 如上所述，荧光传感器30可以通过晶圆工艺一次大量生产。因此，荧光传感器30 能够廉价地提供稳定的品质。
[0083] <荧光传感器的动作>
[0084] 接着，说明荧光传感器30的动作。
[0085] LED芯片15以例如30秒1次的间隔脉冲发射中心波长为375nm左右的激发光。 例如，通向LED芯片15的脉冲电流为1mA?100mA，发光的脉冲宽度为lms?100ms。
[0086] LED芯片15所产生的激发光透过接合层13射入指示剂17。指示剂17发出强度与 被分析物2的浓度对应的荧光。需要说明的是，被分析物2通过遮光层18进入指示剂17。 指示剂17的荧光色素产生比例如波长375nm的激发光波长更长的例如波长460nm的荧光。
[0087] 指示剂17所产生的荧光的一部分透过滤光层14和保护层16射入到元件12。 并且，荧光在ro元件12中被进行光电转换而产生光致电荷，由此作为检测信号被输出。
[0088] 在荧光传感器30中，主体部40的运算部43基于检测信号，即基于由来自元件 12的光致电荷形成的电流或由蓄积的光致电荷形成的电压进行运算处理，从而计算被分析 物量。
[0089] 荧光传感器30利用形成于环绕指示剂17的壁面22上的元件12检测荧光。也 就是说，检测自指示剂17向上下两个方向及侧面四个方向共计六个方向射出的荧光中的 向四个方向射出的荧光。因此，荧光传感器30小型，且检测灵敏度高。同样，具备荧光传感 器30的感应系统1检测灵敏度高。
[0090] 即，荧光传感器30具有与指示剂17相邻的LED芯片15,自指示剂17产生的荧光 也被形成于相邻的壁面22上的ro元件12所检测。因此，荧光传感器30尽管超小型，但检 测灵敏度高。此外，通过加工一张检测基板，能够一次制造出多个荧光传感器，因此，荧光传 感器30加工工序容易，成本低廉。
[0091] <第1实施方式的变形例>
[0092] 在第1实施方式的荧光传感器30中，贯通孔21的壁面22相对于第1主面11SA (第 2主面11SB)是大致垂直的。与此相对，如图7所示，在第1实施方式的变形例的感应系统 1A的荧光传感器30A中，感应部10A的检测基板部11A的贯通孔21A的壁面22A呈具有锥 形的形状，即，壁面相对于主面以规定的角度Θ倾斜，第1主面11SA的开口大于第2主面 11SB的开口。壁面22A呈锥形形状的贯通孔21A可以通过使用四甲基氢氧化铵（TMAH)水 溶液、氢氧化钾（Κ0Η)水溶液等的湿蚀刻等来形成。
[0093] 例如，当作为硅晶圆11W使用硅（100)面时，会成为（111)面的蚀刻速度小于 (100)面的蚀刻速度的各向异性蚀刻，因此，贯通孔21A的壁面22A成为（111)面，角度Θ 成为54. 7度。
[0094] 与壁面22垂直的贯通孔21相比，壁面22A倾斜的贯通孔21A能够用于形成元 件12A的面积大，因此，不仅灵敏度更高，而且由于容易向壁面22A上形成元件12A因而 生产率高。需要说明的是，当壁面22A的倾斜角度Θ为30?70度时，上述效果显著。 [0095] 需要说明的是，如图7所示，在荧光传感器30A中，接合层13A由具有与贯通孔21A 的第2主面11SB的开口大致相同的开口的遮光材料构成。此外，第1漏光防止层19由反 射率高的铝构成。此外，由含碳的遮光性高的树脂构成的第2漏光防止层19A覆盖针尖端 部32的、遮光层18的上部以外的部分。
[0096] 〈第2实施方式〉
[0097] 接着，说明第2实施方式的感应系统1B和荧光传感器30B。荧光传感器30B等与 荧光传感器30等类似，因此，对于相同的结构要素标注相同的附图标记而省略说明。
[0098] 如图8所示，在荧光传感器30B的感应部10B的检测基板部11B上，除了形成有检 测指示剂17所产生的荧光的作为第1光电转换元件的ro元件12之外，还形成有检测LED 芯片15L所产生的激发光的作为第2光电转换元件的Η)元件12B。即，在检测基板部11B 的贯通孔21的壁面22上形成有第1H)元件12的光接收部，在第2主面11SB上形成有第 2ro元件12B的光接收部。第1光电转换元件和第2光电转换元件为构造相同的ro元件。
[0099] 并且，LED芯片15L不仅覆盖贯通孔21的第2主面11SB的开口的正下方区域，也 覆盖第2H)元件12B的正下方区域。S卩，LED芯片15L的俯视尺寸为覆盖贯通孔21的开口 的正下方区域而且也覆盖元件12B的正下方区域的大小。
[0100] 需要说明的是，在ro元件12B的表面未配设滤光层14。因此，ro元件12B输出与 LED芯片15L所产生的激发光的强度相应的电信号（检测信号）。
[0101] 荧光传感器30B的制造方法与荧光传感器30的制造方法类似。在图6A所示的工 序中，在通过杂质注入处理形成低电阻的低电阻区域12S、12H的同时，形成ro元件12B的 光接收部。贯通孔21的壁面的ro元件12与荧光传感器30同样通过图6C所示的工序形 成。
[0102] 在检测基板部11B的第2主面11SB还配设有传递自PD元件12B输出的检测信号 的检测信号布线55。需要说明的是，与低电阻区域12H相连接的检测信号布线52成为 元件12和Η)元件12B的共用布线。
[0103] 指示剂17所产生的荧光的强度不仅受被分析物浓度的影响而增减，还受照射的 激发光强度的影响而增减。但是，在感应系统1B中，处理自荧光传感器30B输出的电信号 (检测信号）的运算部43基于来自第2H)元件12B的电信号修正来自第1PD元件12的电 信号（检测信号）。
[0104] 荧光传感器30B和感应系统1B具有荧光传感器30和感应系统1等所具有的效果， 此外，即使激发光的强度因 LED芯片15L的发光效率波动或动作时的激发光量偏差等而发 生变化，也能高精度地进行测量。
[0105] 需要说明的是，在荧光传感器30B中，通过将贯通孔的壁面形成为锥形形状，也能 够获得与突光传感器30A同样的效果。
[0106] 在上述说明中，以检测葡萄糖等糖类的荧光传感器30等为例进行了说明，但根据 荧光色素的选择，可以应对酵素传感器、pH传感器、免疫传感器或微生物传感器等各种用 途。例如，在测量生物体内的氢离子浓度或二氧化碳时，荧光色素使用羟基芘三磺酸衍生物 等，在测量糖类时，荧光色素使用具有荧光残基的苯硼酸衍生物等，在测量钾离子时，荧光 色素使用具有荧光残基的冠醚衍生物等。
[0107] 即，本发明不限定于上述的实施方式和变形例，可以在不改变本发明主旨的范围 内进行各种变更、改变等。
[0108] 本申请基于2012年2月16日在日本申请的日本特愿2012 - 031964号主张优先 权而提出，在本申请说明书、权利要求书、附图中援引上述日本申请的公开内容。
【权利要求】
1. 一种突光传感器，其特征在于，其包括： 检测基板部，其在贯通第1主面和第2主面的贯通孔的壁面上形成有将荧光转换为电 信号的光电转换兀件； 指示剂，其配设于上述贯通孔的内部，当接收到激发光时，产生与被分析物的浓度相应 的强度的上述荧光； 滤光层，其覆盖上述光电转换元件，允许上述荧光透过并阻截上述激发光； 遮光层，其覆盖上述贯通孔的上述第1主面的开口，能供上述被分析物通过；以及 发光元件芯片，其覆盖上述贯通孔的上述第2主面的开口的正下方区域，产生上述激 发光。
2. 根据权利要求1所述的荧光传感器，其特征在于， 该荧光传感器是在针尖端部具有包括上述检测基板部、上述滤光层、上述指示剂、上述 遮光层和上述发光元件芯片在内的感应部的针型传感器。
3. 根据权利要求2所述的荧光传感器，其特征在于， 在上述第2主面上配设有与上述光电转换元件相连接的检测信号布线以及与上述发 光元件芯片相连接的驱动信号布线。
4. 根据权利要求3所述的荧光传感器，其特征在于， 上述滤光层也配设于上述第2主面。
5. 根据权利要求4所述的荧光传感器，其特征在于， 上述贯通孔的上述壁面呈锥形形状。
6. 根据权利要求1所述的荧光传感器，其特征在于， 在上述第2主面上形成有第2光电转换元件， 上述发光元件芯片覆盖上述第2主面的上述开口的上述正下方区域和上述第2光电转 换元件的正下方区域。
7. 根据权利要求6所述的荧光传感器，其特征在于， 使用来自上述第2光电转换元件的电信号修正来自上述光电转换元件的上述电信号。
8. -种感应系统，其特征在于， 其包括针型传感器和运算部， 该针型传感器在针尖端部具有感应部，该感应部包括： 检测基板部，其在贯通第1主面和第2主面的贯通孔的壁面上形成有将荧光转换为电 信号的第1光电转换元件，且在上述第2主面上形成有第2光电转换元件； 指示剂，其配设于上述贯通孔的内部，其与被分析物发生反应，当接收到激发光时，产 生与上述被分析物的浓度相应的强度的上述荧光； 遮光层，其覆盖上述贯通孔的上述第1主面的开口，能供上述被分析物通过；以及 发光元件芯片，其覆盖上述第2主面的上述开口的上述正下方区域和上述第2光电转 换元件的正下方区域，产生上述激发光， 上述运算部使用来自上述第2光电转换元件的电信号修正来自上述光电转换元件的 电信号。
【文档编号】G01N21/64GK104126113SQ201380009728
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年2月16日
【发明者】太田亮, 松本淳 申请人:泰尔茂株式会社