專利名稱：熒光傳感器的制作方法
熒光傳感器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及對分析物的濃度進(jìn)行測量的熒光傳感器，特別是涉及作為使用半導(dǎo)體制造技術(shù)以及MEMS技術(shù)制作的微小熒光分光光度計(jì)的熒光傳感器。
背景技術(shù)：
用于確認(rèn)液體中的分析物即被測量物質(zhì)的存在或?qū)舛冗M(jìn)行測定的各種分析裝置被開發(fā)出來。例如，向一定容量的透明容器注入由于分析物的存在而性質(zhì)發(fā)生變化并產(chǎn)生熒光的熒光色素和包含分析物的被測量溶液，通過照射激勵(lì)光E并對來自熒光色素的熒光強(qiáng)度進(jìn)行測量來測量分析物濃度的熒光分光光度計(jì)廣為人知。
小型的熒光分光光度計(jì)具有光檢測器和含有熒光色素的指示層。而且，通過向被測量溶液中的分析物可進(jìn)入的指示層照射來自光源的激勵(lì)光E，指示層內(nèi)的熒光色素產(chǎn)生與被測量溶液中的分析物濃度對應(yīng)的光量的熒光，而此熒光由光檢測器接收。光檢測器為光電變換元件，輸出與所接收的光量對應(yīng)的電信號。根據(jù)該電信號來測定被測量溶液中的分析物濃度。
近年，為了對微量樣品中的分析物進(jìn)行測量，提案了一種使用半導(dǎo)體制造技術(shù)以及MEMS技術(shù)制作的微小熒光分光光度計(jì)。以下，將微小熒光光度計(jì)稱為“熒光傳感器”。
例如，圖1以及圖2所示的熒光傳感器110在美國專利第5039490號說明書中被公開。熒光傳感器110由以下部分構(gòu)成:激勵(lì)光E可透射的透明支撐基板101 ;將熒光變換為電信號的光電變換元件部103 ;具有使激勵(lì)光E聚光的聚光功能部105A的光學(xué)板狀部105 ；借助于與分析物9的相互作用，通過激勵(lì)光E的射入來產(chǎn)生熒光的指示層106 ;覆蓋層109。
作為光電變換元件部103，例如為形成于由硅構(gòu)成的基板103A的光電變換元件。基板103A不使激勵(lì)光E透射。因此，熒光傳感器110在光電變換元件部103的周圍具有激勵(lì)光E可透射的空隙區(qū)域120。
S卩，只有從空隙區(qū)域120透射并射入到光學(xué)板狀部105的激勵(lì)光E，通過光學(xué)板狀部105的作用而被聚光于指示層106中的、光電變換元件部103的上部附近。通過已被聚光的激勵(lì)光E2和進(jìn)入到指示層106的內(nèi)部的分析物9的相互作用，產(chǎn)生熒光F。所產(chǎn)生的熒光F的一部分射入光電變換元件部103，在光電變換元件部103中產(chǎn)生與熒光強(qiáng)度、即分析物9的濃度成比例的電流或電壓等的信號。另外，通過覆蓋光電變換元件部103的濾光器(未作圖示)的作用，激勵(lì)光E并不射入光電變換元件部103。
如以上說明的那樣，熒光傳感器110是在透明支撐基板101上將作為光電變換元件部103的光電二極管形成于確保了作為激勵(lì)光E的通道的空隙區(qū)域120的基板103A上，并在其上側(cè)層疊有光學(xué)板狀部105以及指示層106。
但是，上述的公知熒光傳感器110在同一平面上具有作為激勵(lì)光E的通道的空隙區(qū)域120和光電變換元件部103的區(qū)域。因此，若為了將更多的激勵(lì)光E導(dǎo)光至指示層106而擴(kuò)大作為通道的空隙區(qū)域120的面積，則光電變換元件部103的面積變窄，所以，不會提高熒光傳感器的靈敏度。相反地，若為了提高光電變換元件部103的檢測靈敏度而擴(kuò)大光電變換元件部103的面積，則作為激勵(lì)光E的通道的空隙區(qū)域120的面積變窄，導(dǎo)光至指示層106的激勵(lì)光E減少，所以，還是不會提高熒光傳感器的靈敏度。即，在熒光傳感器110中不容易獲得高檢測靈敏度。
本發(fā)明的實(shí)施方式的目的在于提供檢測靈敏度高的熒光傳感器。發(fā)明內(nèi)容
用于解決課題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個(gè)方案的突光傳感器具備:檢測基板部，在第一主面上具有凹部，該凹部具有與上述第一主面平行的底面，在上述凹部的側(cè)面的至少一部分形成有接收熒光并輸出檢測信號的光電變換元件；發(fā)光元件，配設(shè)于上述檢測基板部的上述凹部的上述底面，產(chǎn)生激勵(lì)光；以及指示層，配設(shè)于上述發(fā)光元件的上側(cè)的上述凹部的內(nèi)部，產(chǎn)生與上述激勵(lì)光和分析物量對應(yīng)的上述熒光。


圖1為表示公知的熒光傳感器的剖面構(gòu)造的說明圖。
圖2為用于說明公知的熒光傳感器的構(gòu)造的分解圖。
圖3為用于說明具有第I實(shí)施方式的熒光傳感器的傳感器系統(tǒng)的說明圖。
圖4為用于說明第I實(shí)施方式的熒光傳感器的構(gòu)造的分解圖。
圖5為表不第I實(shí)施方式的突光傳感器的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖6A為表示用于說明第I實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖6B為表示用于說明第I實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖6C為表示用于說明第I實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖6D為表示用于說明第I實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖6E為表示用于說明第I實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖7A為表示第I實(shí)施方式的熒光傳感器的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖7B為表示第I實(shí)施方式的變形例的熒光傳感器的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖8為表示第2實(shí)施方式的熒光傳感器的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖9為表示第2實(shí)施方式的變形例的熒光傳感器的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖1OA為表示用于說明第3實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖1OB為表示用于說明第3實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖1OC為表示用于說明第3實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖1OD為表示用于說明第3實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖1OE為表示用于說明第3實(shí)施方式的熒光傳感器的制造方法的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖11為表示第4實(shí)施方式的熒光傳感器的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖12為表示第5實(shí)施方式的熒光傳感器的長波長切斷濾光器的特性的圖。
圖13A為表不第5實(shí)施方式的突光傳感器的剖面構(gòu)造的模式圖。
圖13B為表不第5實(shí)施方式的突光傳感器的剖面構(gòu)造的模式圖。
具體實(shí)施方式
〈第I實(shí)施方式〉
以下，對本發(fā)明的第I實(shí)施方式的熒光傳感器10加以說明。
如圖3所示，具有熒光傳感器10的針型熒光傳感器4與主體部2以及接收器3 —同構(gòu)成傳感器系統(tǒng)I。
S卩，傳感器系統(tǒng)I具有針型熒光傳感器4、主體部2、接收并存儲來自主體部2的信號的接收器3。主體部2與接收器3之間的信號收發(fā)是通過無線或有線進(jìn)行的。
針型熒光傳感器4具備:具有針前端部5和細(xì)長的針主體部6的針部7，該前端部5包括作為主要功能部的熒光傳感器10 ;與針主體部6的后端部形成一體化的連接器部8。針前端部5、針主體部6、連接器部8也可以通過同一材料一體地形成。
連接器部8拆裝自如地與主體部2的嵌合部2A嵌合。從針型熒光傳感器4的熒光傳感器10延伸設(shè)置的多個(gè)布線60通過連接器部8與主體部2的嵌合部2A機(jī)械地嵌合而電連接于主體部2。另外，以下,用布線61 ( 68)來表不多個(gè)布線60的每一個(gè)。
雖未作圖示，主體部2具有:對來自熒光傳感器10的檢測信號進(jìn)行處理的運(yùn)算部、用于在與接收器3之間收發(fā)無線信號的無線天線、以及電池等。另外，在與接收器3之間進(jìn)行有線信號收發(fā)的情況下，主體部2具有信號線來取代無線天線。
熒光傳感器10是為了防止污染等而在使用后被處置掉的一次性(disposable)部，主體部2以及接收器3為被重復(fù)使用的再利用部。另外，在主體部2具有所需要的容量的存儲器部的情況下，不需要接收器3。
針型熒光傳感器4在與主體部2已嵌合的狀態(tài)下，由被檢者自身從身體表面刺穿，針前端部5被留置于體內(nèi)。然后，例如連續(xù)測定體液中的葡萄糖濃度并存儲至接收器3的存儲器。即，本實(shí)施方式的熒光傳感器10是連續(xù)使用期間為一周左右的短期皮下留置型傳感器。
而且，如圖4、圖5所示，作為針型熒光傳感器4的主要功能部的熒光傳感器10具有:檢測基板部20、作為產(chǎn)生激勵(lì)光E的發(fā)光元件的發(fā)光二極管(Light Emitting Diode:以下也稱為“LED”)元件12、透明樹脂層15、產(chǎn)生與激勵(lì)光E和分析物量對應(yīng)的熒光F的指不層16、以及遮光層19。
檢測基板部20是通過使布線基板30與形成了貫通孔46的框狀基板40接合而制作的。因此，在檢測基板部20具有在第一主面21具有與第一主面21平行的底面22的凹部23。S卩，布線基板30的表面為凹部23的底面22，框狀基板40的貫通孔46的壁面45為凹部23的側(cè)面24。另外，例如在由N型半導(dǎo)體構(gòu)成的檢測基板部20，即布線基板30以及框狀基板40的表面等適當(dāng)?shù)匦纬捎薪^緣層，但未作圖示。
LED元件12配設(shè)于凹部23的底面22，指示層16配設(shè)于凹部23的內(nèi)部的LED元件12的上側(cè)。另外，在LED元件12的底面以及側(cè)面例如形成有由高反射率的金屬構(gòu)成的反射層12A，僅向指示層16產(chǎn)生激勵(lì)光E。在底面具有反射層12A的LED元件12向指示層16照射無反射層的LED元件的約2倍的光量的激勵(lì)光E。此外，通過側(cè)面的反射層12A，能夠防止起因于激勵(lì)光E的噪聲光向指示層16的照射。另外，取代反射層12A，即使在與LED元件12的側(cè)面對置的凹部23的側(cè)面24的區(qū)域不形成H)元件13的情況下，也能夠獲得相同的效果。
作為發(fā)光元件，并不限于LED元件12，而是從有機(jī)EL元件、無機(jī)EL元件或激光二極管元件等各種發(fā)光元件中選擇的。而且，從熒光透射率、光產(chǎn)生效率、激勵(lì)光E的波長選擇性的廣度以及僅產(chǎn)生少量的作為激勵(lì)光E的紫外線以外的波長的光等的觀點(diǎn)考慮，LED元件12較理想。
透明樹脂層15為第二保護(hù)層。作為第二保護(hù)層，可以使用環(huán)氧樹脂、硅樹脂或透明的非結(jié)晶性含氟樹脂等。第二保護(hù)層是從具有以下特性的材料中選擇的，即具有電絕緣性、具有水分阻斷性、相對于激勵(lì)光E以及熒光F具有良好的透射率等特性。
作為第二保護(hù)層的特性，重要的是:即使照射激勵(lì)光E，在層中產(chǎn)生的熒光F也很小。再者，該熒光F小的特性是除了指示層16以外的熒光傳感器10的所有透明材料的重要特性，這一點(diǎn)自不必提。
指示層16通過與已進(jìn)入的分析物9的相互作用以及激勵(lì)光E，產(chǎn)生與分析物9的濃度對應(yīng)的光量的熒光F。指示層16的層厚被設(shè)定為數(shù)十ym 200μπι左右。指示層16由含有熒光色素的基礎(chǔ)材料構(gòu)成，而且該熒光色素產(chǎn)生與分析物9的量、即樣品中的分析物濃度對應(yīng)的強(qiáng)度的熒光F。
熒光色素是根據(jù)分析物9的種類來選擇的，只要是根據(jù)分析物9的量所產(chǎn)生的熒光F的光量可逆地變化的熒光色素,則可以使用任何熒光色素。例如在測定活體內(nèi)的氫離子濃度或二氧化碳的情況下，可以使用羥基三磺酸衍生物；在測定糖類的情況下，可以使用具有熒光殘基的苯硼酸衍生物；在測定鉀離子的情況下，可以使用具有熒光殘基的冠醚衍生物等。而且，在測定葡萄糖這樣的糖類的情況下，作為熒光色素，可以使用釕有機(jī)配合物、熒光苯硼酸衍生物或與結(jié)合了蛋白的熒光素等的葡萄糖可逆結(jié)合的物質(zhì)。
如以上說明的那樣，本發(fā)明的熒光傳感器10通過熒光色素的選擇，與氧氣傳感器、葡萄糖傳感器、PH傳感器、免疫傳感器或微生物傳感器等多種用途對應(yīng)。
指示層16是例如將易于含水的水凝膠作為基礎(chǔ)材料，并使上述熒光色素含于或被結(jié)合于該水凝膠內(nèi)。作為水凝膠的成分，可以使用使甲基纖維素或右旋糖苷等的多糖類、甲基丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺或丙烯酸羥乙酯等的單體聚合而制作的丙烯酸酯類水凝膠、或通過聚乙二醇和二異氰酸酯制作的聚氨酯類水凝膠等。
指示層16介由未作圖示的由硅烷偶聯(lián)劑等形成的粘著層接合于透明樹脂層15上。另外，也可以是并不形成透明樹脂層15，而是指示層16直接接合于LED元件12的表面的構(gòu)造。
遮光層19為形成于指示層16的上部表面?zhèn)鹊?、厚度為?shù)十μ m以下的層。遮光層19在防止激勵(lì)光E以及熒光F向熒光傳感器10的外部漏光的同時(shí)，還防止外部的光進(jìn)入凹部23。
另一方面，在框狀基板40的貫通孔46的壁面45，即檢測基板部20的凹部23的側(cè)面24形成有作為接收熒光F并輸出檢測信號的光電變換元件的光電二極管(Photo Diode:以下也稱為“PD”)元件13。S卩，PD元件13是以包圍指示層16的方式設(shè)置的，且被形成為受光面朝向指示層16。
PD元件13可以形成于整個(gè)側(cè)面24，但為了僅高效地接收熒光F，也可以僅形成于與指示層16對置的對置區(qū)域。此外，指示層16可以形成于所有4個(gè)側(cè)面24，也可以僅形成于部分面。
BP, PD元件13形成于凹部23的側(cè)面24的至少一部分即可。
作為光電變換元件，也可以是光電導(dǎo)元件(光導(dǎo)電體)或光電晶體管(PhotoTransistor, PT)等。
以覆蓋形成于側(cè)面24的ro元件13的方式配設(shè)有作為保護(hù)ro元件13的第一保護(hù)層的氧化硅層42、以及濾光器41。濾光器41以覆蓋ro元件13的方式形成于ro元件13的受光面?zhèn)取?br> 濾光器41是例如切斷激勵(lì)光E不使其通過，卻使長波長的熒光F通過的吸收型濾光器。作為這樣的濾光器的材料，優(yōu)選娃層或碳化娃層。另外，作為濾光器41,也可以是僅使熒光F通過的帶通濾光器。
框狀基板40具有用于將從F1D兀件13的電極43、44輸出的檢測信號向主體部2傳遞的兩根布線61、62以及用于向LED元件的電極12B傳遞驅(qū)動信號的兩根布線63、64。向作為N型半導(dǎo)體的框狀基板40的表面部分地導(dǎo)入N型不純物，例如磷元素或砷元素等，形成導(dǎo)電率更高的低電阻區(qū)域40H，電極44形成于該低電阻區(qū)域40H上。
為了在框狀基板40形成H)元件13，優(yōu)選框狀基板40的材料為單晶硅，但也可以是玻璃或陶瓷等。
為了防止指示層16所發(fā)生的熒光F向外部漏光并防止外部的光進(jìn)入凹部23，優(yōu)選進(jìn)行遮光。即，優(yōu)選使用與遮光層19相同的材料或配合了碳黑的樹脂來涂覆框狀基板40的外壁以及布線基板30的底面，即，檢測基板部20的外壁以及第二主面25，或蒸鍍金屬層。
LED元件12所產(chǎn)生的激勵(lì)光E被照射至指示層16中的熒光色素。而且，通過熒光色素與分析物9的相互作用所發(fā)生的熒光F的一部分通過濾光器41到達(dá)H)元件13，并被變換為檢測信號。
由于通過形成于圍繞指示層16的側(cè)面24的H)元件13來檢測熒光F，所以熒光傳感器10的檢測靈敏度很高。
接下來，對熒光傳感器10的制造方法簡單地加以說明。另外，圖6A 圖6E中為熒光傳感器10的一個(gè)區(qū)域的部分剖面圖，在實(shí)際的工序中，作為晶片處理，一次性地形成大量的元件。
首先，如圖6A所示，在框狀基板40的制作中，介由掩模層47，對導(dǎo)電性(N型)的第一硅片40W進(jìn)行刻蝕，并形成大量的框狀圖形，即作為凹部23的貫通孔46?？梢允褂霉母鞣N方法來進(jìn)行刻蝕。
另外，貫通孔46的開口的大小是根據(jù)規(guī)格設(shè)計(jì)的，而配設(shè)位置為針前端部5，因此，例如優(yōu)選縱向?yàn)?50 μ m、橫向?yàn)?00 μ m這樣的細(xì)長形狀。
此外，在熒光傳感器10中，凹部23的側(cè)面24垂直于第一主面21，而如后所述，側(cè)面也可以是規(guī)定的角度，即，具有錐度的形狀。圓錐形狀的凹部例如可以通過濕法刻蝕來制作。
接著，如圖6B所示，在貫通孔46的壁面45 (凹部23的側(cè)面24)形成H)元件13。即，在使形成了掩模層47A的第一硅片40W傾斜了 5度 30度的狀態(tài)下，從四個(gè)方向進(jìn)行離子注入處理。例如，注入硼元素(B)的情況的條件是:加速電壓:10 IOOkeV,注入量:I X IO15Cm —2左右。此時(shí)，也可以在第一硅片40W具有50 IOOnm的薄氧化物層。
然后，以覆蓋第一硅片40W的貫通孔46的壁面45的H)元件13的方式，通過CVD法依次形成氧化硅層42、濾光器41，進(jìn)而形成電極43、44。
另外，準(zhǔn)備作為布線基板30的導(dǎo)電性(N型)的第二硅片30W。通過濺射法或蒸鍍法，在第二硅片30W形成用于發(fā)送來自ro元件13的檢測信號的布線61、62以及用于向LED元件12供給驅(qū)動信號的布線63、64。
如圖6C所示，第一硅片40W被上下翻轉(zhuǎn)并與第二硅片30W接合。
這樣，如圖6D所示，在接合了兩張晶片的接合晶片20W，框狀基板40的貫通孔46成為具有底面22的凹部23。
然后，如圖6E所示，在接合晶片20W的多個(gè)凹部23的各自內(nèi)部配設(shè)LED元件12以及透明樹脂層15，并且根據(jù)需要介由硅烷偶聯(lián)劑等的粘著層，在透明樹脂層15的上側(cè)配設(shè)指示層16。
為了配設(shè)LED元件12，可以使用利用了光學(xué)上透明的丙烯酸樹脂或硅樹脂等的粘合法或倒裝芯片接合法等各種接合法等的方法。
最后，在以覆蓋指示層16的方式形成了遮光層19之后，接合晶片20W被單片化，熒光傳感器10完成。即，在針前端部5具有熒光傳感器10的針型熒光傳感器4完成。
作為熒光傳感器的制造方法，并不限于此，也可以使用將已單片化的布線基板30和已單片化的框狀基板40接合后，在凹部23配設(shè)LED元件12等的方法。
此外，可以以布線基板30的延伸設(shè)置部構(gòu)成針部7的針主體部6的方式來加工第一硅片，也可以將另外制作的針主體部6和具有熒光傳感器10的針前端部5接合來構(gòu)成針部7。
如以上的說明那樣，本實(shí)施方式的熒光傳感器10能夠通過晶片處理一次性大量生產(chǎn)。因此，熒光傳感器10能夠提供廉價(jià)且穩(wěn)定的品質(zhì)。
接下來，參照圖5，對熒光傳感器10的動作加以說明。
LED元件12例如以每30秒I次的間隔使中心波長為375nm左右的激勵(lì)光E脈沖發(fā)光。例如，向LED元件12的脈沖電流為ImA 100mA，發(fā)光的脈沖寬度為IOms 100ms。
LED元件12所產(chǎn)生的激勵(lì)光E通過透明樹脂層15，射入指示層16。指示層16發(fā)出與分析物9的量對應(yīng)的強(qiáng)度的熒光F。另外，分析物9通過遮光層19進(jìn)入指示層16。指示層16的熒光色素產(chǎn)生相對于波長375nm的激勵(lì)光E波長更長的、例如波長460nm的熒光F0
指示層16所產(chǎn)生的熒光F的一部分介由濾光器41和氧化硅層42射入H)元件13。然后，熒光F在H)元件13被光電變換并產(chǎn)生光產(chǎn)生電荷，由此，作為檢測信號被輸出。另外，LED元件12所發(fā)生的激勵(lì)光E的一部分也射入凹部23的側(cè)面24，但由于濾光器41的作用，幾乎并不射入H)元件13。
在熒光傳感器10中，主體部2的運(yùn)算部(未作圖示)以檢測信號，即起因于來自PD元件13的光產(chǎn)生電荷的電流或起因于已積累的光產(chǎn)生電荷的電壓為基礎(chǔ)來進(jìn)行運(yùn)算處理，并計(jì)算分析物的量。另外，針型熒光傳感器4也可以具有運(yùn)算部或檢測信號處理電路坐寸ο
熒光傳感器10在檢測基板部的凹部23的底面22具有LED元件12，在側(cè)面24具有ro元件13，因此即使是超小型的熒光傳感器，檢測靈敏度也高。
<第I實(shí)施方式的變形例>
接下來，對具有本發(fā)明的第I實(shí)施方式的變形例的熒光傳感器IOA的針型熒光傳感器4A加以說明。本變形例的熒光傳感器IOA與第I實(shí)施方式的熒光傳感器10類似，因此，對相同的構(gòu)成要素賦予相同符號，并省略說明。
如圖7A所不,第I實(shí)施方式的突光傳感器10的LED兀件12由通過形成于60 100 μ m左右的厚度的藍(lán)寶石基板12S的、厚度為10 μ m左右的氮化鎵類化合物構(gòu)成的半導(dǎo)體12N構(gòu)成。
因此，例如，在LED元件12的厚度為100 μ m、凹部的深度為150 μ m的情況下，熒光傳感器10的指示層16的厚度為50 μ m以下。
與此相對，如圖7B所示，熒光傳感器IOA的LED元件12T是從LED元件12去除大部分的藍(lán)寶石基板12S，并以由氮化鎵類化合物構(gòu)成的半導(dǎo)體12N為主體的。即，LED元件12T的厚度為IOym左右。另外，反射層12AA還形成于LED元件12T的側(cè)面，但由于LED元件12T的厚度薄，因此，也可以僅形成于底面。
在熒光傳感器IOA中，例如，在凹部的深度為150 μ m的情況下，可以將指示層16A的厚度設(shè)為140 μ m，使其比熒光傳感器10的指示層16厚。
熒光傳感器IOA具有熒光傳感器10所具有的效果，并且由于指示層16A厚，因此，能夠產(chǎn)生更多的熒光F。所以，熒光傳感器IOA的檢測靈敏度更高。
〈第2實(shí)施方式〉
接著，對具有本發(fā)明的第2實(shí)施方式的熒光傳感器IOB的針型熒光傳感器4B加以說明。本實(shí)施方式的突光傳感器IOB與第I實(shí)施方式的突光傳感器10類似，因此,對相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號，并省略說明。
如圖8所示，熒光傳感器IOB除了形成于檢測基板部20B的凹部23的側(cè)面24(框狀基板40的貫通孔46的壁面45)的、作為第一光電變換元件的H)元件13A，還在凹部23的底面22 (布線基板30B的上面)形成有作為第二光電變換元件的H)元件13B。
以覆蓋形成于底面22的H)元件13B的方式配設(shè)有作為保護(hù)H)元件13B的第三保護(hù)層的氧化硅層42B和濾光器41B。氧化硅層42B具有與氧化硅層42、42A相同的功能，濾光器41B具有與濾光器41、41A相同的功能。另外，LED元件12的反射層12A1僅形成于側(cè)面而未形成于底面。此外，LED元件12為使熒光F透射的發(fā)光元件。
而且，ro元件13B、LED元件12、指示層16各自的中央部形成于布線基板30B的上側(cè)的同一區(qū)域內(nèi)。
熒光傳感器IOB的制造工序中，在作為布線基板30B的第二硅片的表面形成大量的ro元件13B和各布線60 (61 66)。然后，在H)元件13B的表面形成作為第一保護(hù)層的、具有數(shù)十 數(shù)百nm的厚度的氧化硅層42B。并且，在氧化硅層42B的表面形成由多晶硅等構(gòu)成的濾光器41B。
之后的所有工序與已說明的熒光傳感器10的制造工序相同。另外，ro元件13B的檢測信號介由布線65、66被傳遞至主體部2。
在熒光傳感器IOB中，指示層16所產(chǎn)生的熒光F的一部分通過LED元件12到達(dá)PD元件13B，因此，H)元件13B產(chǎn)生檢測信號B。即，在底面不具有反射層的LED元件12使熒光F透射。
熒光傳感器IOB不僅將H)元件13A所輸出的檢測信號A向主體部2輸出，還將H)元件13B所輸出的檢測信號B向主體部2輸出。
因此，熒光傳感器IOB具有熒光傳感器10所具有的效果，并且檢測靈敏度更高。
另外，在LED元件12的大小比H)元件13B小的情況下，可以在LED元件12的底面也形成反射層。該情況下，熒光F的一部分通過反射層12A而被反射，因此并不射入H)元件13B。但是，能夠進(jìn)一步減少起因于來自LED元件12的激勵(lì)光E的H)元件13B的檢測信號的噪聲光成分。
此外，為了減少噪聲光成分，可以不在與LED元件12的底面對置的區(qū)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實(shí)施方式的熒光傳感器IOB中，也可以使用與第I實(shí)施方式的變形例的LED元件12T相同的薄層化LED元件。
<第2實(shí)施方式的變形例>
接著，對具有本發(fā)明的第2實(shí)施方式的變形例的熒光傳感器IOC的針型熒光傳感器4C加以說明。本變形例的熒光傳感器IOC與第2實(shí)施方式的熒光傳感器IOB類似，因此，對相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號，并省略說明。
第2實(shí)施方式的突光傳感器IOB分別介由不同的布線61、62、65、66，向主體部2輸出H)元件13A所輸出的檢測信號A和H)元件13B所輸出的檢測信號B。
與此相對，熒光傳感器IOC使用兩根布線67、68，向主體部2輸出H)元件13A所輸出的檢測信號A與H)元件13B所輸出的檢測信號B的合計(jì)檢測信號。
S卩，如圖9所示，形成于布線基板30C的H)元件13B的一部分被延伸設(shè)置到框狀基板40的正下方，并在正下方與ro元件13A的布線68連接。此外，通過與低電阻區(qū)域40H相同的方法所形成的布線基板30C的低電阻區(qū)域30H在框狀基板40的低電阻區(qū)域40H的正下方連接于共同的布線67。
在電連接位置，例如是使用倒裝芯片安裝技術(shù)或焊接連接技術(shù)進(jìn)行的。
熒光傳感器IOC具有熒光傳感器IOB等所具有的效果，并且用于輸出檢測信號的布線60的數(shù)量少至兩根，因此，更加小型。
<第3實(shí)施方式>
接著，對具有本發(fā)明的第3實(shí)施方式的變形例的熒光傳感器IOD的針型熒光傳感器4D加以說明。本變形例的熒光傳感器IOD與第I實(shí)施方式的熒光傳感器10等類似，因此，對相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號，并省略說明。
熒光傳感器IOD的檢測基板部20D通過作為半導(dǎo)體基板的硅片20DW被一體地制作。即，檢測基板部20D的凹部23D為例如通過刻蝕法形成于硅片20DW的第一主面21的凹部。
接著，使用圖1OA 圖10E，對熒光傳感器IOD的制造方法加以說明。另外，在圖1OA 圖1OE中為一個(gè)熒光傳感器IOD的區(qū)域的部分剖面圖，而在實(shí)際的工序中，作為晶片處理，一次性地形成大量的元件。
如圖1OA所示，在硅片20DW的第一主面21制作掩模層27。而且，如圖1OB所示，通過刻蝕法形成具有與第一主面21平行的底面22D的凹部23D。
作為刻蝕法,理想的是使用四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液、氫氧化鉀(KOH)水溶液等的濕法刻蝕法，但也可以使用反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)、化學(xué)干法刻蝕(CDE)等的干法刻蝕法。
例如，在使用了硅(100)面來作為硅片20DW的情況下，形成(111)面的刻蝕速度比(100)面慢的異向性刻蝕，因此，凹部23D的側(cè)面24D為(111)面，與(100)面的角度Θ I為54.74度。即，凹部23D的開口比底面寬闊，側(cè)面24D為圓錐形狀。
接下來，如圖1OC所示，在凹部23D的側(cè)面24D形成H)元件13D。側(cè)面24D具有錐度的凹部23D與側(cè)面24垂直的凹部23相比，不僅形成H)元件的面積大，而且容易向凹部23D的側(cè)面24D形成PD元件13D。
并且，形成LED元件12D的驅(qū)動信號用的布線63、64、Η)元件13D的檢測信號用的布線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的貫通布線60S1、60S2、60S3。此外，使用與低電阻區(qū)域40H相同的方法來形成低電阻區(qū)域20H。
接下來，如圖1OD所示，以覆蓋側(cè)面24D的H)元件13D的方式配設(shè)氧化硅層42D以及濾光器41D。氧化硅層42D具有與氧化硅層42相同的構(gòu)成以及功能，濾光器41D具有與濾光器41相同的構(gòu)成以及功能。
接下來，如圖1OE所示，在凹部23D的底面22D配設(shè)具有反射層12AD的LED元件12D，進(jìn)而，介由透明樹脂層I 配設(shè)指示層16D。并且，使形成了遮光層19D的硅片20DW單片化，由此，熒光傳感器IOD完成。
另外，根據(jù)熒光傳感器的規(guī)格不同，如熒光傳感器10那樣，凹部的側(cè)面也可以垂直于第一主面21。
另外，第3實(shí)施方式的熒光傳感器IOD的LED元件12D為與第I實(shí)施方式的變形例的LED元件12T相同的薄層化LED元件。
熒光傳感器IOD具有熒光傳感器10等所具有的效果，并且制造容易，靈敏度更高。
<第3實(shí)施方式的變形例>
接下來，對具有本發(fā)明的第3實(shí)施方式的變形例的熒光傳感器IOE的針型熒光傳感器4E加以說明。本變形例的熒光傳感器IOE與第3實(shí)施方式的熒光傳感器IOD等類似，因此，對相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號，并省略說明。
如圖11所示，熒光傳感器IOE是在檢測基板部20D的凹部23D的側(cè)面24D以及凹部23D的底面22D形成有作為光電變換元件的H)元件13E。
熒光傳感器IOE的制造工序中，在形成了具有與第一主面21平行的底面22D的凹部23D的硅片20EW的凹部23D的側(cè)面24D以及底面22D同時(shí)形成H)元件13E。即形成于側(cè)面24D的ro元件與形成于底面的ro元件為一體的ro元件13E。
并且，形成作為ro元件13E的第一保護(hù)層的氧化硅層42E。然后，在氧化硅層42E的表面形成由多晶硅等構(gòu)成的濾光器41E。
之后的工序與第三實(shí)施方式的熒光傳感器IOD的制造方法相同，但LED元件12E在底面不具有反射層。
與突光傳感器IOB相同，本實(shí)施方式的突光傳感器IOE的F1D兀件13E還檢測從LED元件12E透射的熒光F，因此，檢測靈敏度高。
并且，一體形成于側(cè)面24D以及底面22D的H)元件13E不僅易于形成，而且用于檢測信號的布線只要61E、62E這兩根。此外，氧化硅層42E以及濾光器41E也可以一體形成于側(cè)面24D以及底面22D。
另外，也可以將ro元件13D分割成多個(gè)區(qū)域，并將各區(qū)域的檢測信號通過各個(gè)布線傳遞至主體部2。
熒光傳感器IOE具有熒光傳感器IOD所具有的效果，并且靈敏度高且制造容易。
<第4實(shí)施方式>
接下來，對具有本發(fā)明的第4實(shí)施方式的熒光傳感器IOF (10F1U0F2)的針型熒光傳感器4F (4F1、4F2)加以說明。本實(shí)施方式的熒光傳感器IOF與第I實(shí)施方式的熒光傳感器10等類似，因此，對相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號，并省略說明。
熒光傳感器IOF具有長波長切斷濾光器51，該濾光器51切斷LED元件12所產(chǎn)生的光中的、在熒光F的波長區(qū)域透射率高且在比熒光F波長更長的區(qū)域透射率低的包含激勵(lì)光在內(nèi)的長波長光。
如已經(jīng)說明的那樣，LED元件12產(chǎn)生例如中心波長為375nm左右的激勵(lì)光E，但有時(shí)也少量包含比熒光F波長更長的光。即有的情況是:受到存在于構(gòu)成LED元件12的結(jié)晶內(nèi)部的結(jié)晶缺陷的影響，從LED元件12，在長波長側(cè)的寬闊的波長域內(nèi)發(fā)出微小的光。并且，PD元件13的受光靈敏度在長波長側(cè)高，此外，濾光器的透射率也在長波長側(cè)高。
因此，LED元件12的比熒光F波長更長的成分光不僅不會有助于指示層16產(chǎn)生熒光，而且即使很微弱也會成為檢測信號的噪聲成分的很大的原因。
圖12中不出適于峰值波長為475nm、短波長端為425nm、長波長端為650nm的突光F的檢測的長波長切斷濾光器51的透射率特性的一例。長波長切斷濾光器51在熒光F的波長區(qū)域是透明的。
長波長切斷濾光器51是使例如LaF3、Al203、Pr203、Ta203、Ti02或Nb2O5等的電介質(zhì)多層層疊來制作的電介質(zhì)多層膜。
如圖13A所示，在LED元件12F1僅向上方射出激勵(lì)光E的熒光傳感器IOFl中，長波長切斷濾光器51A配設(shè)于具有反射層12F1A的LED元件12F1的上方。此外，如圖13B所示，在具有反射層12F2A的LED元件12F2向上方以及下方射出激勵(lì)光E的熒光傳感器10F2中，長波長切斷濾光器51B1、51B2配設(shè)于LED元件12的上方以及下方。
長波長切斷濾光器并不限于插入電介質(zhì)多層膜等的固體狀濾光器的方法，也可以通過涂布/固化流體狀的樹脂的方法或向LED元件12的兩面進(jìn)行蒸鍍等的方法來形成。
本實(shí)施方式的突光傳感器IOF中，LED兀件12所產(chǎn)生的長波長光被長波長切斷濾光器51切斷，因此，作為偏置輸出的噪聲光被去除，所以，檢測信號的S / N提高。因此，熒光傳感器IOF具有熒光傳感器10等所具有的效果，并且靈敏度更高。
本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式或者變形例，在不改變本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行實(shí)施方式或變形例的組合、各種變更、改變等。
本申請是以2010年10月25日在日本國申請的特愿2010 — 238802號為主張優(yōu)先權(quán)的基礎(chǔ)來申請的，上述的公開內(nèi)容被引用在本申請的說明書、權(quán)利要求書、附圖中。
權(quán)利要求
1.一種突光傳感器，其特征在于，具備: 檢測基板部，在第一主面上具有凹部，該凹部具有與上述第一主面平行的底面，在上述凹部的側(cè)面的至少一部分形成有接收熒光并輸出檢測信號的光電變換元件； 發(fā)光元件，配設(shè)于上述檢測基板部的上述凹部的上述底面，產(chǎn)生激勵(lì)光；以及 指示層，配設(shè)于上述發(fā)光元件的上側(cè)的上述凹部的內(nèi)部，產(chǎn)生與上述激勵(lì)光和分析物量對應(yīng)的上述熒光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光傳感器，其特征在于， 上述檢測基板部由布線基板和形成有貫通孔的框狀基板構(gòu)成，該貫通孔成為與上述布線基板接合的上述凹部， 上述布線基板的表面為上述凹部的上述底面，上述框狀基板的上述貫通孔的壁面為上述凹部的上述側(cè)面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熒光傳感器，其特征在于， 以覆蓋上述光電變換元件的受光面的方式形成有使上述熒光透射但切斷上述激勵(lì)光的濾光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熒光傳感器，其特征在于， 具有切斷上述發(fā)光元件所產(chǎn)生的上述激勵(lì)光的長波長成分的長波長切斷濾光器。
5.根據(jù)權(quán) 利要求4所述的熒光傳感器，其特征在于， 所述熒光傳感器是具有與配置于體外的主體部的嵌合部嵌合的連接器部、并對體內(nèi)的分析物進(jìn)行測量的針型傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熒光傳感器，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熒光并輸出第二檢測信號的第二光電變換元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熒光傳感器，其特征在于， 上述第二光電變換元件、上述發(fā)光元件和上述指示層的各自的中央部形成于上述凹部內(nèi)的同一區(qū)域內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熒光傳感器，其特征在于， 具有輸出上述光電變換元件的檢測信號和上述第二光電變換元件的第二檢測信號的合計(jì)檢測信號的布線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光傳感器，其特征在于， 上述凹部為形成于由半導(dǎo)體基板構(gòu)成的上述檢測基板部的凹部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熒光傳感器，其特征在于， 上述凹部的開口比上述底面大，上述側(cè)面為錐形。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熒光傳感器，其特征在于， 以覆蓋上述光電變換元件的受光面的方式形成有使上述熒光透射但切斷上述激勵(lì)光的濾光器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熒光傳感器，其特征在于， 具有切斷上述發(fā)光元件所產(chǎn)生的上述激勵(lì)光的長波長成分的長波長切斷濾光器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熒光傳感器，其特征在于， 所述熒光傳感器是具有與配置于體外的主體部的嵌合部嵌合的連接器部、并對體內(nèi)的分析物進(jìn)行測量的針型傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熒光傳感器，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熒光并輸出第二檢測信號的第二光電變換元件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熒光傳感器，其特征在于， 上述光電變換元件以及上述第二光電變換元件同時(shí)地一體形成于上述凹部的上述側(cè)面以及上述底面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熒光傳感器，其特征在于， 上述第二光電變換元件、上述發(fā)光元件和上述指示層的各自的中央部形成于上述凹部內(nèi)的同一區(qū)域內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熒光傳感器，其特征在于， 具有輸出上述光電變換元件的檢測信號和上述第二光電變換元件的第二檢測信號的合計(jì)檢測信號的布線 。
全文摘要
熒光傳感器(10)具備檢測基板部(20)，在第一主面(21)具有凹部(23)，該凹部(23)具有與第一主面(21)平行的底面(22)，在凹部(23)的側(cè)面(24)形成有接收熒光F并輸出檢測信號的PD元件(13)；LED元件(12)，配設(shè)于檢測基板部(20)的凹部(23)的底面(22)，產(chǎn)生激勵(lì)光E；以及指示層(16)，配設(shè)于LED元件(12)上的凹部(23)的內(nèi)部，產(chǎn)生與激勵(lì)光E和分析物量對應(yīng)的熒光F。
文檔編號G01N21/78GK103180720SQ20118005048
公開日2013年6月26日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者太田亮, 清水悅朗 申請人:奧林巴斯株式會社, 泰爾茂株式會社