DE10254158A1 - Sensor system for detecting signals from biological cells comprises semiconductor substrate containing field effect transistor whose channel has coupling component connecting it to sensor surface - Google Patents

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Thomas Schulz
Martin Jenkner
Johannes Dr. Lyken
Roland Thewes
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Abstract

Sensor system for detecting signals from biological cells (24) comprises a semiconductor substrate (SUB) with an upper surface (26) on which the cells are placed. The substrate contains a field effect transistor whose channel has a coupling component connecting it to a sensor surface (16). Sensor system for detecting signals from biological cells (24) comprises a semiconductor substrate (SUB) with an upper surface (26) on which the cells are placed. The substrate contains a field effect transistor whose channel has a coupling component connecting it to a sensor surface (16). The normal to the sensor surface is at an angle to the normal to the upper surface of the substrate. The coupling component allows the conductivity of the channel to be affected by signals from the cells, using capacitive coupling. An Independent claim is included for a method for detecting electrical signals from biological cells using the sensor system

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Detektion elektrischer Signale einer biologischen Zelle und ein Verfahren zur Detektion elektrischer Signale einer biologischen Zelle unter Verwendung einer entsprechenden Sensorvorrichtung.The invention relates to a sensor device for Detection of electrical signals from a biological cell and a Method for the detection of electrical signals of a biological Cell using an appropriate sensor device.

Die Detektion von elektrischen Potentialen in biologischen Zellen mittels extrazellulärer Detektion ist seit ihren Anfängen bereits derart weit fortgeschritten, daß ihr inzwischen auch eine wachsende kommerzielle Bedeutung, beispielsweise im Bereich des High-Throughput-Screenings in der Pharmaindustrie, zukommt. Ein Grund für diese Entwicklung liegt in der non-invasiven Kontaktierung, die sich sehr gut zu artefaktfreien Messungen und zur Langzeitdetekion derartiger Signale eignet. Als Sensorvorrichtungen werden vorzugsweise planare Substrate eingesetzt, an deren Oberfläche eine Vielzahl von Metallelektroden in feldartiger Weise angeordnet ist. Mit diesen Sensoren werden unterschiedliche biologische Systeme beobachtet, wie z.B. organotypische Hirnschnitte oder Einzelzellkulturen. Eine Sensorfläche einer derartigen Sensorvorrichtung leitet hierbei zumeist die Summe der Signale mehrerer Zellen gleichzeitig ab (sogenanntes multi-unit recording).The detection of electrical potentials in biological cells by means of extracellular detection beginnings already so advanced that you now have one growing commercial importance, for example in the area of high-throughput screening in the pharmaceutical industry. One reason for this development is in the non-invasive contacting, which is very good at artifact-free Measurements and for the long-term detection of such signals. As Sensor devices are preferably used on planar substrates their surface arranged a plurality of metal electrodes in a field-like manner is. With these sensors different biological systems observed, e.g. organotypic brain sections or single cell cultures. A sensor surface of a Such sensor device usually guides the sum of the Signals from several cells simultaneously (so-called multi-unit recording).

Die Ableitung bzw. Detektion der elektrischen Signale der biologischen Zellen beruht auf einer kapazitiven Kopplung der extrazellulären Sensorfläche mit der Zelle, wozu eine enge räumliche Nähe der Sensorfläche zum Meßobjekt benötigt wird.The derivation or detection of the electrical signals of the biological cells is based on a capacitive Coupling the extracellular sensor surface with the cell, for which a narrow spatial Near the sensor surface to the measurement object needed becomes.

Für eine effiziente kapazitive Kopplung sollte der Abstand der Sensorfläche zur Zellmembran vorzugsweise weniger als 40 nm betragen. Die kapazitive Meßmethode ermöglicht den Aufbau von räumlich dichten, aber dennoch übersprechfreien Sensoranordnungen.For an efficient capacitive coupling should be the distance between the sensor surface and Cell membrane preferably be less than 40 nm. The capacitive Measurement Method allows the construction of spatially dense, but still crosstalk-free Sensor arrays.

In der Veröffentlichung von S. Vassanelli und P. Fromherz, "Neurons from Rat Brain coupled to Transistors", Applied Physics A 65, Seiten 85 bis 88 (1997) wurde gezeigt, daß nicht nur bei invertebraten Zellen, sondern auch bei den viel kleineren Zellen von Vertebraten eine Einzelzellableitung (sogenanntes Single-unit recording) mit extrazellulären Elektroden machbar ist. Ermöglicht wurde dies durch den Einsatz von Feldeffekttransistoren (FET) als aktive Sensorelemente. Der Einsatz von derartigen FET-basierten Sensorvorrichtungen, die vollständig in CMOS-Technologie gefertigt werden, überwindet wesentliche Nachteile passiver Multielektrodenarrays, insbesondere durch sensornahe Signalverstärkung, Signalverarbeitung und Leitungszahlreduktion.In the publication by S. Vassanelli and P. Fromherz, "Neurons from Rat Brain coupled to Transistors ", Applied Physics A 65, pages 85 to 88 (1997) was shown not to only with invertebrate cells, but also with the much smaller ones Vertebrate cells a single cell derivation (so-called single unit recording) with extracellular Electrodes is feasible. allows this was achieved through the use of field effect transistors (FET) active sensor elements. The use of such FET-based Sensor devices that are complete Made in CMOS technology overcomes major disadvantages passive multi-electrode arrays, in particular through signal amplification close to the sensor, signal processing and line number reduction.

Sowohl passive, Metallelektroden-basierte als auch aktive, FET-basierte Sensorvorrichtungen werden typischerweise durch fotolithographische Methoden schichtweise strukturiert und weisen deshalb naturgemäß eine planare Sensoroberfläche auf. Bei der Kultivierung neuronaler Netze aus Einzelzellsupsensionen begünstigen die ebenen Oberflächen den Konflikt zwischen der neuronalen Wachstumsdynamik und den fest vorgegebenen Sensorpositionen, was zu erheblichen Problemen bei der Einzelzellsignalableitung führt. 5o wurde beispielsweise in der Dissertation von M. Jenkner, "Hybride Netzwerke aus Neuronen von Lymnaea stagnalis und Silizium-Chips", Technische Universität München (1999), gezeigt, daß vertebrate Einzelzellen in Kultur innerhalb weniger Tage ihre Position um ein Vielfaches des Sensorflächendurchmessers verändern können und sich deshalb bald fernab des detektierbaren Sensorbereichs einer extrazellulären Sensorvorrichtung befanden, auf welchen sie ursprünglich plaziert wurden.Both passive, metal electrode-based active, FET-based sensor devices are also becoming typical structured in layers using photolithographic methods and therefore naturally have a planar sensor surface on. In the cultivation of neural networks from single cell supervisory favor the flat surfaces Conflict between the neuronal growth dynamics and the fixed ones Sensor positions, causing significant problems with single cell signal derivation leads. For example, in the dissertation by M. Jenkner, "Hybrid Networks from neurons of Lymnaea stagnalis and silicon chips ", Technical University of Munich (1999), that vertebrate Single cells in culture change their position within a few days Multiples of the sensor surface diameter change can and therefore soon away from the detectable sensor area extracellular sensor device, on which they originally were placed.

Die neuronale Wachstumsdynamik ist ein bekanntes biologisches Phänomen, dem lebenswichtige zelluläre Mechanismen zugrunde liegen. Ein typisches Erscheinungsbild neuronaler Wachstumsdynamik zeigt sich bei Einzelzellkulturen, die in vitro wieder zu neuronalen Netzen zusammenwachsen. Sind die Neuriten zweier benachbarter Neurone in Kontakt gekommen, so hat die dadurch entstehende neuritische Faser die Tendenz sich zu verkürzen. Die dabei auftretenden Kräfte sind derart groß, daß klassische Adhäsionsmittel nicht in der Lage sind, die Somata an ihren ursprünglichen Position zu halten. Der Erfolg extrazellulärer Signalableitung ist jedoch wegen der kurzreichweitigen kapazitiven Kopplung stark von der richtigen Position der zu detektierenden Nervenzelle abhängig.The neuronal growth dynamic is a well-known biological phenomenon, the vital cellular Underlying mechanisms. A typical neuronal appearance Growth dynamics can be seen in single cell cultures, which in vitro again grow together into neural networks. Are the neurites two adjacent? Neurons have come into contact, so the resulting neuritic Fibers the tendency to shorten. The forces involved are so big that classic adhesives are unable to return the Somata to its original Hold position. However, the success of extracellular signal derivation is because of the short-range capacitive coupling strongly from the right one Position of the nerve cell to be detected depends.

Im Stand der Technik wurden daher eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen, wie der nachteilige Einfluß der neuronalen Wachstumsdynamik auf herkömmliche kapazitive Sensorvorrichtung verringert werden kann.Therefore, in the prior art a variety of methods have been proposed, such as the adverse influence of neural Growth dynamics on conventional ones capacitive sensor device can be reduced.

Gemäß einem als "Schrottschußverfahren" bekannten Lösungsansatz kommen Sensorvorrichtungen zum Einsatz, welche hochintegrierte Sensor-FETs in großen, dichten Feldern zur extrazellulären Signalableitung einsetzen. Dies eröffnet die Möglichkeit, daß zum einen die einzelnen Neurone beim Kulturstart nicht individuell auf die Sensorflächen plaziert werden müssen. Zum anderen ist bei ausreichend dichten Sensorfeldern gewährleistet, daß ein Neuron, welches eine Sensorfläche aufgrund der Wachstumsdynamik verläßt, in unmittelbarer räumlicher Nähe erneut auf einer benachbarten Sensorfläche zu liegen kommt. Dieser Ansatz wird in zahlreichen aktuellen Projekten untersucht. Unklar ist dabei jedoch, ob sich während der Verschiebung des Neurons nicht der vertikale Abstand zur Sensorfläche vergrößert und damit die Signalübertragung schwächt. Die gewünschte Kontaktwahrscheinlichkeit eines Neurons wird bei dem Schrottschußverfahren durch die extrem hohe Sensorflächendichte und -anzahl gewährleistet. Die hohe Sensoranzahl erfordert jedoch eine drastische Leitungszahlreduktion durch Multiplexing mit den damit verbundenen Einbußen des Signal-Rausch-Verhältnisses.According to a solution known as the "scrap shot method", sensor devices are used which use highly integrated sensor FETs in large, dense fields for extracellular signal derivation. This opens up the possibility that, on the one hand, the individual neurons do not have to be individually placed on the sensor surfaces when the culture starts. On the other hand, if the sensor fields are sufficiently dense, it is ensured that a neuron which leaves a sensor area due to the growth dynamics will again lie on an adjacent sensor area in the immediate vicinity. This approach is examined in numerous current projects. However, it is unclear whether the vertical distance to the sensor surface does not increase during the displacement of the neuron and thus weakens the signal transmission. The desired contact probability of a neuron is guaranteed with the scrap shot method due to the extremely high sensor surface density and number. However, the high number of sensors requires a drastic reduction in the number of lines by multiplexing with the associated build-in the signal-to-noise ratio.

Bei anderen herkömmlichen Vorrichtungen werden zusätzlich zu der Sensorfläche "Käfige" verwendet, um die Mobilität des so "gefangenen" Neurons zu steuern. In beiden Fällen wird lediglich das Zellsoma fixiert, den Neuriten aber die Möglichkeit gegeben, aus dem Käfig auszuwachsen.In other conventional devices additionally to the sensor area "cages" used to control the mobility of the "trapped" neuron. In both cases the cell soma is fixed, but the neurites are given the opportunity to out of the cage grow out.

So wurde beispielsweise eine Suspension junger Rattenzellen auf eine Sensorvorrichtung gegossen, dessen Sensorenflächen am Boden einer Vertiefung liegen. Die Öffnung der Vertiefung wird an den Ecken durch mikromechanisch erzeugte Streben überschnitten, so daß sich ein teilgeschlossener Käfig mit definierter Öffnung ergibt. Die Größe der Öffnung wurde genau so eingestellt, daß nur sehr junge Zellen hindurchpaßten. Durch das leichte Wachstum des Zellsomas nach wenigen Tagen, konnten nur noch die Neuriten aus dem Teilkäfig wachsen. Das angewachsene Soma hingegen war im Teilkäfig eingesperrt und so an die Sensorfläche gekoppelt. Jedoch kann dieses Verfahren mit "vergrabenen Käfigen" nur bei sehr jungen Zellen eingesetzt werden und ist unflexibel in Bezug auf Zellkulturen mit größerer Streuung der Somatadurchmesser. Zudem erfordert die Herstellung aufwändige Prozesse, wie sie in MEMS eingesetzt werden.For example, a suspension became young Rat cells cast on a sensor device, the sensor surfaces on Lie at the bottom of a depression. The opening of the depression will overlapped at the corners by micro-mechanical struts, so that a partially closed cage with defined opening results. The size of the opening was set exactly so that only very young cells fit through. Due to the slight growth of the cell soma after a few days, only the neurites grow out of the partial cage. The grown Soma, however, was in the partial cage locked and thus coupled to the sensor surface. However, can buried this process with " Cages "only for very young Cells are used and is inflexible in terms of cell cultures with greater dispersion the somatic diameter. In addition, the production requires complex processes, as used in MEMS.

Eine vorteilhaftere Sensorvorrichtungsanordnung und eine vereinfachte Herstellung wurde von G. Zeck und P. Fromherz in "Noninvasive neuroelectronic interfacing with synaptically connected snail neurons immobilized on a semiconductor chip", Proceedings of the National Academy of Sciences, 98, 18, Seiten 10457 bis 10462 (2001) gezeigt. Die Sensorenflächen eines herkömmlichen FET-basierten Multielektrodenarrays wurden mit einem Kranz aus Polyimid-Säulen umgeben, die ähnlich wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren mit "vergrabenen Käfigen" das Zellsoma fixierten, jedoch das Neuritenwachstum nicht behinderten. In 9 ist eine derartige Sensorvorrichtung im schematischen Querschnitt (9(a)), in schematischer perspektivischer Ansicht ( 9(b)) sowie als lichtmikroskopische Aufsicht (9(c)) dargestellt. Die Zelle 100 kommt hierbei auf einer Anlagefläche 102 zu liegen, welche mit der Sensorfläche des Sensors zusammenfällt. Die Anlagefläche 102 wird durch die Oberfläche einer Gateoxidschicht gebildet, welche an einem Kanalbereich eines planaren MOSFETs angeordnet ist. Von der Zelle 100 erzeugte elektrische Signale "koppelen" so kapazitiv über den Feldeffekt in den Sensortransistor ein, wodurch eine Leitfähigkeitsmodulation der Leitfähigkeit des Kanalbereichs KANAL zwischen Sourcebereich SOURCE und Drainbereich DRAIN resultiert. Das Soma der Zelle 100 ist in seiner Bewegung parallel zu der Substratflächenebene durch die käfigartigen Polyimidsäulen 104 derart beschränkt, daß sie die Sensorfläche 102 nicht verlassen kann. In 9(b) sind zur besseren Übersichtlichkeit lediglich zwei der insgesamt sechs Polyimidsäulen 104 (vgl. 9(c)) dargestellt. Bei dieser Anordnung bleiben im Gegensatz zu dem letztgenannten Verfahren Soma und Neuriten in einer Ebene.A more advantageous sensor device arrangement and a simplified production was described by G. Zeck and P. Fromherz in "Noninvasive neuroelectronic interfacing with synaptically connected snail neurons immobilized on a semiconductor chip", Proceedings of the National Academy of Sciences, 98, 18, pages 10457 to 10462 ( 2001). The sensor areas of a conventional FET-based multi-electrode array were surrounded by a ring of polyimide columns which, similar to the previously described method with "buried cages", fixed the cell soma but did not hinder the growth of neurites. In 9 is such a sensor device in schematic cross section ( 9 (a) ), in a schematic perspective view ( 9 (b) ) as well as light microscopic supervision ( 9 (c) ). The cell 100 comes here on a contact surface 102 to lie, which coincides with the sensor surface of the sensor. The investment area 102 is formed by the surface of a gate oxide layer which is arranged on a channel region of a planar MOSFET. From the cell 100 Electrical signals generated "couple" capacitively into the sensor transistor via the field effect, which results in conductivity modulation of the conductivity of the channel region KANAL between the source region SOURCE and drain region DRAIN. The soma of the cell 100 is in its movement parallel to the substrate surface plane through the cage-like polyimide columns 104 so limited that it covers the sensor area 102 can't leave. In 9 (b) are only two of the six polyimide columns for better clarity 104 (see. 9 (c) ). With this arrangement, in contrast to the latter method, soma and neurites remain in one plane.

Angesichts der oben genannten Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Sensorvorrichtung zu Detektion bzw. Ableitung elektrischer Signale einer biologischen Zelle sowie ein Verfahren zur Detektion elektrischer Signale einer biologischen Zelle anzugeben.Given the problems mentioned above It is an object of the invention to provide a sensor device for detection or deriving electrical signals from a biological cell and a method for the detection of electrical signals of a biological Cell.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. ein Verfahren zur Detektion mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This task is accomplished by a sensor device with the features specified in claim 1 or a method for Detection with the features specified in claim 15 solved. preferred embodiments are subject to the dependent Expectations.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine Sensorvorrichtung zur Detektion bzw. Ableitung elektrischer Signale zumindest einer biologischen Zelle

  • – ein sich entlang einer Substratflächenebene erstreckendes flächiges Halbleitersubstrat mit einer An- bzw. Auflagefläche, an welche die biologische Zelle anlegbar ist;
  • – zumindest einen auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten
  • Feldeffekttransistor, welcher einen Source-, einen Drainund einen dazwischen angeordneten Kanalbereich aufweist;
  • – zumindest ein an den Kanalbereich angrenzendes Kopplungselement mit einer Sensorfläche, wobei eine Normalenrichtung der Sensorfläche zumindest bereichsweise gegenüber einer Normalenrichtung der Substratflächenebene geneigt ist, so daß die Sensorfläche von der Anlagefläche vorspringt;
wobei das Kopplungselement derart ausgelegt ist, daß die elektrischen Signale der an die Sensorfläche angrenzenden biologischen Zelle über eine kapazitive Kopplung die elektrische Leitfähigkeit des Kanalbereichs beeinflussen.According to the invention, a sensor device for detecting or deriving electrical signals comprises at least one biological cell
  • A flat semiconductor substrate extending along a plane of the substrate surface and having a contact or support surface to which the biological cell can be applied;
  • - At least one formed on the semiconductor substrate
  • Field-effect transistor, which has a source, a drain and an intermediate channel region;
  • - At least one coupling element adjoining the channel region with a sensor surface, a normal direction of the sensor surface being inclined at least in regions relative to a normal direction of the substrate surface plane, so that the sensor surface projects from the contact surface;
wherein the coupling element is designed such that the electrical signals of the biological cell adjacent to the sensor surface influence the electrical conductivity of the channel region via a capacitive coupling.

Bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung handelt es sich um eine aktive, FET-basierte Detektionsstruktur. Die elektrischen Signale der biologischen Zelle, insbesondere eines Neurons, werden über eine Modulation der Kanalleitfähigkeit des Kanals eines (Sensor-) Feldeffekttransistors detektiert. Hierzu weist die Sensorvorrichtung einen Feldeffekttransistor auf, welcher mit einem Kopplungselement zusammenwirkt. Das Kopplungselement ist insbesondere an dem Kanalbereich, d.h. demjenigen Halbleiterbereich, in welchem sich der Transistorkanal ausbilden soll, angeordnet. Das Kopplungselement weist eine Sensorfläche auf, in dessen unmittelbare Nähe die biologische Zelle zur Detektion bzw. Ableitung von deren elektrischen Signale gebracht wird. Die von der Zelle erzeugten elektrischen Potentialvariationen werden kapazitiv über das Kopplungselement in den Kanalbereich eingekoppelt, wodurch die elektrische Kanalleitfähigkeit aufgrund des Feldeffekts abhängig von den elektrischen Signalen beeinflußt wird. Die Zelle wirkt somit ähnlich zu einem elektrisch leitfähigen Gate eines herkömmlichen MOSFETs.The sensor device according to the invention is an active, FET-based detection structure. The electrical signals of the biological cell, in particular of a neuron, are detected by modulating the channel conductivity of the channel of a (sensor) field-effect transistor. For this purpose, the sensor device has a field effect transistor which interacts with a coupling element. The coupling element is arranged in particular on the channel region, that is to say that semiconductor region in which the transistor channel is to be formed. The coupling element has a sensor surface, in the immediate vicinity of which the biological cell is brought to the detection or derivation of its electrical signals. The electrical potential variations generated by the cell are capacitively coupled into the channel region via the coupling element, as a result of which the electrical channel conductivity is influenced due to the field effect depending on the electrical signals. The cell thus acts similarly to an electrically conductive gate of a conventional MOSFET.

Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung ist zur Einzelzellableitung (single unit recording) ausgelegt, so daß elektrische Signale einer einzigen biologischen Zelle detektierbar sind. Jedoch können in bekannter Weise eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren mit zusammenwirkenden Kopplungselementen vorgesehen sein, so daß gleichzeitig die elektrischen Signale einer Vielzahl biologischer Zellen unabhängig voneinander untersucht werden kann (Einzelzellableitung einer Vielzahl von Zellen).The sensor device according to the invention is for Single cell recording (single unit recording) designed so that electrical Signals from a single biological cell are detectable. however can in a known manner with a large number of field effect transistors cooperating coupling elements may be provided so that at the same time the electrical signals of a large number of biological cells are independent of one another can be examined (single cell derivation of a large number of cells).

Die Sensorvorrichtung basiert auf einem sich entlang einer Substratflächenebene erstreckenden flächigen Halbleitersubstrat, insbesondere einem Siliziumplättchen, an bzw. auf welchem ein An- bzw. Auflagefläche für die biologische Zelle vorgesehen ist. Die Anlagefläche kann unmittelbar auf dem Halbleitersubstrat oder auf einer oder mehreren daran angebrachten Schichten vorgesehen sein. Die Anlagefläche stellt eine Oberfläche der Sensorvorrichtung dar, an welche betriebsmäßig die zu untersuchende biologische Zelle angenähert wird. Die Zelle muß hierbei nicht in unmittelbarem physikalischen Kontakt mit der Anlagefläche treten. Vielmehr kann zwischen Anlagefläche und Zelle ein gewisser Abstand bestehen, welcher durch die Elektrolytlösung (Nährstofflösung) ausgefüllt wird, in welcher die Zelle typischerweise suspendiert wird.The sensor device is based on a flat semiconductor substrate extending along a plane of the substrate surface, especially a silicon wafer, on or on which a contact or support surface is provided for the biological cell. The contact surface can be directly on the semiconductor substrate or on an or several layers attached to it may be provided. The contact surface provides a surface represents the sensor device to which the biological test to be examined is operational Cell approximated becomes. The cell must do this do not come into direct physical contact with the contact surface. Rather, you can choose between contact surface and there is a certain distance between the cell and the electrolyte solution (nutrient solution), in which the cell is typically suspended.

Bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung fallen anders als bei herkömmlichen Sensorvorrichtungen Anlagefläche und Sensorfläche nicht zusammen. Stattdessen weist das Kopplungselement eine Sensorfläche auf, deren Normalenrichtung zumindest bereichsweise gegenüber einer Normalenrichtung der Substratflächeebene (Wafer- bzw. Chipebene) geneigt ist, d.h. einen von 0° unterschiedlichen Winkel mit dieser bildet. Die Sensorfläche ist gegenüber der Substratflächenebene derart geneigt und angeordnet, daß sie von der Anlagefläche vorspringt. Zwischen Sensorfläche und Anlagefläche wird somit ein von 0° verschiedener Winkel gebildet. Dies bewirkt, daß die von der Anlagefläche vorspringende Sensorfläche zusätzlich von der Sensorfunktion auch eine Haltefunktion für die biologische Zelle erfüllt. Während bei herkömmlichen Sensorvorrichtungen die Anlagefläche mit der Sensorfläche zusammenfällt und der damit gewährleistete Signalübertrag aufgrund kapazitiver Kopplung sensibel auf jegliche Positionsveränderung der Zelle reagiert, sind bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung die beiden Flächen voneinander getrennt. Die vorspringende Sensorfläche weist somit im Unterschied zu herkömmlichen Sensorvorrichtungen eine die Mobilität der Zelle in Substratflächenebene beschränkende Haltefunktion auf, wodurch ein engerer und stabiler Kontakt zwischen Zelle und Sensorfläche möglich wird. Aufgrund der abstandsempfindlichen kapazitiven Kopplung zwischen Zellenwand und Sensorfläche des Kopplungselements kommt einer derartigen Positionsstabilisierung der Zelle eine signalverbessernde Wirkung zu.In the sensor device according to the invention fall differently than conventional ones Sensor devices contact surface and sensor surface not together. Instead, the coupling element has a sensor surface, the normal direction of which, at least in regions, with respect to a normal direction the substrate surface plane (Wafer or chip level) is inclined, i.e. one different from 0 ° Forms an angle with it. The sensor surface is opposite the Substrate surface plane inclined and arranged so that it protrudes from the contact surface. Between sensor surface and investment area thus one different from 0 ° Angle formed. This causes the protruding from the contact surface sensor surface additionally the sensor function also fulfills a holding function for the biological cell. While at usual Sensor devices the contact surface with the sensor surface coincides and the guaranteed with it Signal transfer sensitive to any change in position due to capacitive coupling the cell responds, are the two in the inventive sensor device surfaces separated from each other. The projecting sensor surface thus shows a difference to conventional Sensor devices a the mobility of the cell in the substrate surface plane restrictive hold function on, which creates a closer and more stable contact between cell and sensor surface becomes possible. Due to the distance sensitive capacitive coupling between Cell wall and sensor area such a position stabilization of the coupling element the cell has a signal-improving effect.

Idealerweise grenzt die Zelle möglichst unmittelbar an die Sensorfläche an, um eine möglichst effiziente kapazitive Kopplung zu bewirken. Jedoch wird in der Realität zwischen der Zellaußenwand und der Sensorfläche praktisch immer ein unvermeidbarer kleiner Zwischenraum verbleiben, welcher typischerweise durch die Nährstofflösung ausgefüllt wird, in welchem die Zelle suspendiert ist. Gleichermaßen befindet sich auch zwischen der Anlagefläche, welche eine Adhäsionsfläche darstellt, und der Zellaußenwand praktisch immer ein kleiner Spalt, welcher typischerweise durch Nährstofflösung gefüllt ist.Ideally, the cell borders if possible directly to the sensor surface to be as efficient as possible to effect capacitive coupling. However, in reality, between the cell outer wall and the sensor surface there is practically always an unavoidable little space left which is typically filled in by the nutrient solution in which the cell is suspended. Likewise located between the contact surface, which represents an adhesive surface, and the cell outer wall practically always a small gap, which is typically caused by Nutrient solution is filled.

Gegenüber dem herkömmlichen "Schrottschußverfahren" weist eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung wesentliche Vorteile auf. So wird bei dem genannten, herkömmlichen Verfahren keinerlei topographische Hilfe zur Stabilisierung des Neuron-Sensorflächenkontakts gegeben, was mit hohem schaltungstechnischen Aufwand und schlechterem Signal-Rauschverhältnis bezahlt werden muß. Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen bekannten Verfahren mit "vergrabenen und erhabenen Käfigen" sind Sensorfläche und Haltevorrichtung voneinander getrennt, wodurch die Einsatzbreite wesentlich erweitert wird. Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung müssen bei den bekannten Verfahren die Durchmesser der Käfige sehr genau an den Durchmesser des zu untersuchenden Neurons angepaßt werden.Compared to the conventional "scrap shot method", a sensor device according to the invention has significant advantages. So with the conventional No topographical help to stabilize the process Neuron-sensor surface contact given what pays with high circuit complexity and poorer signal-to-noise ratio must become. In contrast to the known methods described at the beginning with "buried and raised Cages "are sensor surface and Holding device separated from each other, increasing the width of use is significantly expanded. In contrast to the sensor device according to the invention have to in the known methods the diameter of the cages is very great can be adapted exactly to the diameter of the neuron to be examined.

Vorzugsweise besteht das Kopplungselement aus zumindest einer dielektrischen Schicht. Somit wird das Kopplungselement bevorzugt aus einem Ein- bzw. Mehrschichtaufbau dielektrischer Schichten gebildet, welche an den Kanalbereich des Feldeffekttransistors angrenzen. Vorzugsweise ist die Schichtdicke des Ein- bzw. Mehrschiuchtaufbaus des Kopplungselements über den Kanalbereich im wesentlichen konstant, so daß die Sensorfläche des Kopplungselements parallel zu der Grenzfläche des Kanalbereichs verläuft. Bei der derartigen Ausführungsform kommt ein Feldeffekttransistor zum Einsatz, welcher sich von herkömmlichen Planaren Transistoren unterscheidet, indem die Grenzfläche des Kanalbereichs bzw. die Sensorfläche gegenüber der Substratflächenebene geneigt ist. Bei einem derartigen Kopplungselement sind zwischen der Sensorfläche und der Grenzfläche des Kanalbereichs keine elektrisch leitfähigen Schichten, insbesondere keine Metall- oder kochdotierten Polysiliziumschichten vorhanden. Besonders bevorzugt kommen zur Ausbildung des dielektrischen Ein- bzw. Mehrschichtaufbaus Materialien zum Einsatz, wie sie für Gateoxide in der CMOS-Technologie verwendet werden, insbesondere Oxide, bevorzugt Siliziumdioxid, sowie Materialien mit hohen Dielektrizitätskonstanten (sogenannte high-k Materialien). Die Zelle, deren elektrische Signale abzuleiten sind, stellt gewissermaßen die "Gateelektrode" des gatelos strukturierten Transistors dar.The coupling element preferably consists of at least one dielectric layer. The coupling element is thus preferably formed from a single or multilayer structure of dielectric layers which adjoin the channel region of the field effect transistor. The layer thickness of the single-layer or multi-layer structure of the coupling element is preferably essentially constant over the channel region, so that the sensor surface of the coupling element runs parallel to the interface of the channel region. In the case of such an embodiment, a field effect transistor is used which differs from conventional planar transistors in that the interface of the channel region or the sensor surface is inclined with respect to the plane of the substrate surface. In such a coupling element, there are no electrically conductive layers, in particular no metal or cook-doped polysilicon layers, between the sensor surface and the interface of the channel region. Materials such as are used for gate oxides in CMOS technology, in particular oxides, preferably silicon dioxide, and materials with high dielectric constants are particularly preferably used to form the dielectric single-layer or multilayer structure (so-called high-k materials). The cell, the electrical signals of which are to be derived, effectively represents the "gate electrode" of the gate-less structured transistor.

Vorzugsweise weist das Kopplungselement eine Schichtdicke im Bereich von 1 nm bis 100 nm auf.The coupling element preferably has a Layer thickness in the range from 1 nm to 100 nm.

Alternativ zu dem Kopplungselement, welches ausschließlich aus dielektrischen Schichten besteht, können auch Kopplungselemente Verwendung finden, welche eine elektrisch leitfähige Schicht aufweisen. Bei dieser alternativen Ausführungsvariante kann beispielsweise angrenzend an eine an den Kanalbereich angeordnete dielektrische Schicht eine dünne Metallelektrode vorgesehen sein, welche sich bis zu einem Sensorabschnitt des Kopplungselements fortsetzt. Die Sensorfläche wird beispielsweise durch eine Oberfläche einer dielektrischen Schicht gebildet, welche auf der weitergeführten Metallelektrode angeordnet ist. Sensorfläche und Grenzfläche des Kanalbereichs können dadurch verschieden ausgerichtet (verschiedene Normalenrichtungen) und voneinander beabstandet sein. Die Metallelektrode fungiert als kapazitiver Teiler, indem die abzuleitenden elektrischen Signale zunächst kapazitiv an die Metallelektrode und von der Metallelektrode kapazitiv in den Kanalbereich des Transistors koppeln. Zwar können bei dieser Ausführungsform planare Feldeffekttransistoren verwendet werden, jedoch leiden aufgrund der geringeren Kopplungseffizienz der abzuleitenden elektrischen Signale an den Sensortransistor die Signal-Rauscheigenschaften der Sensorvorrichtung.As an alternative to the coupling element, which exclusively consists of dielectric layers, coupling elements can also Find use which have an electrically conductive layer. at this alternative embodiment can for example adjacent to one located at the channel area dielectric layer a thin Metal electrode can be provided, which extends up to a sensor section of the coupling element continues. The sensor surface is, for example, by a surface a dielectric layer is formed, which on the continued metal electrode is arranged. sensor surface and interface of the Can range therefore aligned differently (different normal directions) and be spaced apart. The metal electrode acts as capacitive divider by the electrical signals to be derived first capacitively to the metal electrode and capacitively from the metal electrode couple the channel area of the transistor. Although in this embodiment planar field effect transistors are used, however, suffer due to the lower coupling efficiency of the electrical to be derived Signals to the sensor transistor the signal noise characteristics of the sensor device.

Vorzugsweise ist die Anlagefläche im wesentlichen parallel zu der Substratflächenebene. Bevorzugt handelt es sich bei der Anlagefläche um eine planare Fläche.The contact surface is preferably essentially parallel to the substrate surface plane. The contact surface is preferably a planar surface.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Normalenrichtung der Sensorfläche gegenüber der Normalenrichtung der Substratflächenebene um ein Winkel im Bereich von 30° bis 130°, vorzugsweise etwa 90°, geneigt. Somit steht die von der Anlagefläche vorspringende Sensorfläche vorzugsweise im wesentlichen senkrecht auf dieser. Die Höhe der Sensorfläche, d.h. der Abstand in Normalenrichtung der Anlagefläche von dieser zu der Oberkante der Sensorfläche, wird vorzugsweise abhängig von dem Durchmesser der Zelle gewählt und beträgt typischerweise 1 bis 100 um.According to a particularly preferred embodiment is the normal direction of the sensor surface compared to the normal direction of the Substrate surface plane by an angle in the range of 30 ° to 130 °, preferably about 90 °, inclined. Thus, the sensor surface projecting from the contact surface is preferably present essentially perpendicular to this. The height of the sensor surface, i.e. the distance in the normal direction of the contact surface from this to the upper edge the sensor surface, is preferably dependent chosen from the diameter of the cell and is typically 1 to 100 µm.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung eine Vielzahl der Feldeffekttransistoren mit jeweils einem der Kopplungselemente auf und die Kopplungselemente sind derart angeordnet, daß die Sensorflächen der Kopplungselemente zumindest teilweise einen Zellenraum in Richtungen parallel zu der Substratflächenebene begrenzen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung sind eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren mit zugeordneten Kopplungselementen vorgesehen, deren Sensorflächen einen "Käfig" für die zu untersuchende Zelle bilden. Die Sensorflächen der Kopplungselemente begrenzen somit in Richtungen parallel zu der Substratflächenebene zumindest teilweise einen Zellenraum, welcher zur Aufnahme der zu untersuchenden Zelle ausgelegt ist. Die Zelle kann sich in Richtungen parallel zu der Substratflächenebene nur innerhalb des Zellenraums bewegen und wird an einer Bewegung über die Zellenraumgrenze hinaus durch die Sensorflächen, welchen eine Haltefunktion zukommt, gehindert. Die Größe des Zellenraums kann hierbei frei gewählt werden und liegt typischerweise in einem Bereich von 1 bis 100 um.According to another particularly preferred embodiment the sensor device has a plurality of the field effect transistors each with one of the coupling elements and the coupling elements are arranged so that the sensor surfaces of the coupling elements at least partially a cell space in directions parallel to the substrate surface plane limit. In this preferred embodiment of a sensor device according to the invention are a large number of field effect transistors with associated coupling elements provided whose sensor surfaces a "cage" for the patient to be examined Form cell. The sensor areas of the coupling elements thus limit parallel to directions the substrate surface plane at least partially a cell space, which is used to hold the investigating cell is designed. The cell can move in directions parallel to the substrate surface plane only move within the cell space and is moving across the Cell space limit through the sensor surfaces, which have a holding function comes, hindered. The size of the cell space can be chosen freely and is typically in the range of 1 to 100 µm.

Vorzugsweise sind die Sensorflächen, welche den Zellenraum lateral begrenzen, derart angeordnet, daß zwischen den Sensorflächen Freiräume bzw. Durchgänge vorgesehen sind, durch welche die Dendritten eines zu untersuchenden Neurons in lateraler Richtung aus dem Zellenraum herauswachsen können. Die Zwischenräume sind jedoch vorzugsweise kleiner als das Zellsoma, so daß dieses an einem Verlassen des Zellenraums durch die Sensorflächen gehindert wird. Der Zellenraum wird nach unten durch die Anlagefäche begrenzt und ist vorzugsweise nach oben offen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, an einer der Anlagefläche gegenüberliegenden Oberkante der Sensorflächen Vorsprünge vorzusehen, welche als Bewegungsbarrieren für das Zellsoma in einer Richtung senkrecht zu der Substratflächeebene wirken.The sensor surfaces are preferably which limit the cell space laterally, arranged so that between the sensor surfaces Free spaces or crossings are provided, by which the dend thirds of a person to be examined Neurons can grow out of the cell space in the lateral direction. The interspaces are preferably smaller than the cell soma, so that this prevented from leaving the cell space by the sensor surfaces becomes. The cell space is limited at the bottom by the contact surface and is preferably open at the top. However, it is also possible to one of the contact area opposite top edge of the sensor surfaces projections to be provided, which serve as movement barriers for the cell soma in one direction perpendicular to the substrate surface plane Act.

Es ergibt sich somit eine käfigförmige Anordnung von Feldeffekttransistoren mit daran angebrachten Koppelelementen, welche zu einer effizienten Bewegungshemmung des Zellsomas bzw. vorzugsweise dessen Einschluß in den Zellenraum sorgen. Im Gegensatz zu den eingangs genannten herkömmlichen erhabenen bzw. vergrabenen Käfigen kann der laterale Durchmesser des Zellenraums deutlich vom Durchmesser des Neurons abweichen, da der laterale Auflageort der Zellen nicht mit dem Sensorort identisch ist. Die Neuritenverkürzung, welche in allen bisherigen Lösungsansätzen die Signalübertragung zwischen Neuron und Sensorfläche beeinträchtigt hat, trägt bei einer derartigen Ausführungsform sogar zur Signalverbesserung bei. So wurde in der eingangs genannten Veröffentlichung von G. Zeck et al. gezeigt, daß die für gewöhnlich sphärischen Somata durch die neuritische Verkürzung so kräftig an dem "Käfig" bzw. dem "Zaun" aus Polyimid-Säulen ziehen, daß eine starke Verformung des Somas auftreten kann. Die vorliegende besonders bevorzugte Ausführungsform nutzt durch die vorzugsweise vertikale Anordnung der Feldeffektransistoren diesen Umstand dergestält aus, daß der für die extrazelluläre Ableitung wesentliche Abstand zwischen der Zellmembran des Somas und der Sensorfläche durch den neuritischen Zug verkleinert und die Effizienz der kapazitiven Signalübertragung damit vergrößert wird.This results in a cage-shaped arrangement field effect transistors with coupling elements attached to them, which lead to an efficient movement inhibition of the cell preferably its inclusion in care for the cell room. In contrast to the conventional ones mentioned at the beginning raised or buried cages can the lateral diameter of the cell space clearly from the diameter of the neuron deviate because the lateral location of the cells does not is identical to the sensor location. The neurite shortening, which in all previous approaches signal transmission between neuron and sensor surface impaired has, carries in such an embodiment even for signal improvement. So it was mentioned in the beginning release of G. Zeck et al. shown that the usually spherical Because of the neuritic shortening pull Somata so strongly on the "cage" or the "fence" made of polyimide columns, that a severe deformation of the soma can occur. The present one in particular preferred embodiment uses the preferably vertical arrangement of the field effect transistors this fact from that the for the extracellular Deriving substantial distance between the cell membrane of the soma and the sensor surface reduced by the neuritic train and the efficiency of the capacitive signal transmission so that is enlarged.

Gleichermaßen wurde in der oben genannten Veröffentlichung ebenfalls gezeigt, daß mehrere der begrenzenden Polyimid-Säulen in engem Kontakt mit dem Zellsoma standen. In der hier vorgeschlagenen besonders bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ergibt sich dadurch in einfacher Weise die Möglichkeit, mit mehreren Sensorflächen gleichzeitig elektrische Signale desselben Neurons extrazellulär abzuleiten. Je nach Größe und neuritischer Verknüpfung des Neurons besteht ferner die Möglichkeit, an gegenüberliegenden Seiten elektrische Signale eines Neurons abzuleiten. Ferner erhöhen derartig redundante Kontaktierungs- bzw. Kopplungsmöglichkeiten die Kontaktierungswahrscheinlichkeit zwischen Sensor und Neuron. Werden alle Sensorflächen zur kapazitiven Kontaktierung des Neurons genutzt, ergibt sich demnach eine Erhöhung der aktiven Sensorfläche und eine entsprechend verbesserte Signalein- bzw. auskopplung in die Zelle bzw. in den Transistor.Likewise, in the above publication also shown that several of the limiting polyimide columns in were in close contact with the cell soma. In the proposed here particularly preferred embodiment a sensor device according to the invention results this makes it easy to use several sensor surfaces simultaneously derive electrical signals of the same neuron extracellularly. Depending on size and neuritic Linking the Neurons there is also the possibility on opposite Sides to derive electrical signals from a neuron. Furthermore, increase such redundant contacting or coupling options the contacting probability between sensor and neuron. Are all sensor surfaces for capacitive contacting of the neuron, there is an increase in the active sensor surface and a correspondingly improved signal coupling in and coupling out in the cell or in the transistor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schneiden sich die Normalenrichtungen der Sensorflächen nahezu in einem zentralen Bereich des Zellenraums. Mit anderen Worten sind die Sensorflächen der Kopplungselemente bezüglich ihrer Normalenrichtungen derart angeordnet, daß diese alle in Richtung des Zellenraums, insbesondere in einen mittigen Bereich des Zellenraums, zeigen. Der Durchmesser des zentralen Bereichs des Zellenraums beträgt 1/5 bis 1/10 des Gesamtdurchmessers des Zellenraums. Der Zellenraum kann beispielsweise eine runde oder eine rechteckige Gestalt aufweisen. Besonders bevorzugt schneiden sich die Normalenrichtungen der Sensorflächen in einem einzigen Punkt.According to another preferred embodiment the normal directions of the sensor surfaces almost intersect in a central area of the cell room. In other words the sensor areas of the coupling elements with respect their normal directions arranged so that they are all in the direction of Cell space, especially in a central area of the cell space, demonstrate. The diameter of the central area of the cell space is 1/5 to 1/10 of the total diameter of the cell space. The cell room can for example, have a round or a rectangular shape. The normal directions of the sensor surfaces particularly preferably intersect a single point.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat ein SOI-Substrat (silicon-oninsulator-Substrat) und der Feldeffekttransistor ist ein FINFET. Derartige FINFETs werden in einer stegartigen Rippe (Finne) aus Halbleitermaterial prozessiert, welche vorzugsweise auf einer vergrabenen Oxidschicht (Burried Oxide BOX) des SOI-Substrats angeordnet ist. Der Stromfluß im Kanalbereich derartiger FINFETs verläuft parallel zu der Substratflächenebene. Der Kanalbereich von FINFETs kann über den Feldeffekt bei rechteckigem Kanalquerschnitt von drei Seiten (Oberseite und den beiden Seitenflächen der Finne) variiert werden.According to another particularly preferred embodiment the semiconductor substrate is an SOI substrate (silicon on insulator substrate) and the field effect transistor is a FINFET. Such FINFETs will processed in a web-like rib (fin) made of semiconductor material, which is preferably on a buried oxide layer (Burried Oxide BOX) of the SOI substrate is arranged. The current flow in the channel area of such FINFETs in progress parallel to the substrate surface plane. The channel range of FINFETs can be changed using the field effect with rectangular Channel cross section from three sides (top and the two side surfaces of the Fin) can be varied.

Vorzugsweise ist der FINFET derart ausgestaltet, daß das an einer Kanalseitenfläche des Kanalbereichs angeordnete Kopplungselement wesentlich dünner als Felddielektrika ist, welche an den übrigen Grenzflächen der stegartigen Halbleiterrippe angeordnet sind, die nicht mit dem Kopplungselement versehen sind. Hierdurch wird eine kapazitive Kopplung zwischen Zellenwand und Transistorkanal im Bereich des dünnen Kopplungselements gefördert im Vergleich zu der wesentlich geringeren Kopplung durch das dicke Felddielektrikum, welches die übrigen Grenzflächen des Kanalbereichs des FINFETS bedeckt. Vorzugsweise verläuft die Kanalseitenfläche, an welche das Kopplungselement angrenzt, in einer zu der Substratflächenebene senkrechten Richtung. Die Sensorfläche verläuft vorzugsweise parallel zu der Kanalseitenfläche. Der Kanalbereich kann sowohl n-, p- oder nicht-dotiert sein.The FINFET is preferably such designed that the on a channel side surface of the channel area arranged coupling element much thinner than Is field dielectrics, which at the other interfaces of the web-like semiconductor rib are arranged that are not connected to the coupling element are provided. This creates a capacitive coupling between Cell wall and transistor channel promoted in the area of the thin coupling element Compared to the much lower coupling due to the thick Field dielectric, which the rest interfaces of the channel area of the FINFET. Preferably, the Channel side surface, to which the coupling element adjoins in a plane of the substrate surface vertical direction. The sensor surface preferably runs parallel to the channel side surface. The channel region can be either n-, p- or undoped.

Vorzugsweise erstrecken sich der Source- und der Drainbereich des FINFETs in Richtungen parallel zu der Normalenrichtung der Sensorfläche von der Sensorfläche weg. Somit sind der Source- und der Drainbereich des Feldeffekttransistors gegenüber der Sensorfläche und gegenüber der zu untersuchenden Zelle zurückversetzt bzw. abgewandt, so daß sie einen vergleichweise großen Abstand zu der Zelle aufweisen. Hierdurch werden Störeinflüsse bei der Signalableitung der Zelle vermieden, welche auftreten könnten, wenn die Source- und Drainbereiche mit entsprechenden metallischen Zuleitungen in engen räumlichen Kontakt mit der Zelle gelangen würden.Preferably extend the Source and drain regions of the FINFET in parallel directions to the normal direction of the sensor surface away from the sensor surface. Thus, the source and drain regions of the field effect transistor across from the sensor surface and opposite of the cell to be examined or turned away so that they a comparatively large one Distance from the cell. This eliminates interference at Avoided cell signaling, which could occur when the source and drain areas with corresponding metallic leads in close spatial contact would come with the cell.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Kanalbereich zwei gegenüberliegende Grenzflächen auf, wobei an einer der Grenzflächen das Kopplungselement und an der anderen der Grenzflächen eine Backgateelektrode bzw. Rückelektrode angeordnet ist. Besonders bevorzugt hat bei dieser Ausführungsform der Kanalbereich des FINFETs in einer Schnittebene senkrecht zu der Stromflußrichtung eine im wesentlichen rechtecksförmige Gestalt. Es ergeben sich zwei parallele Mesa- bzw. Kanalseitenflächen, wobei an einer der Kanalseitenflächen das Kopplungselement und an der anderen der Kanalseitenflächen die Backgateelektrode angeordnet ist. Mittels der Backgateelektrode kann ein zweiter Transistorkanal an der dem Kopplungselement gegenüberliegenden Grenzfläche des Kanalbereichs ausgebildet werden. Hierzu beträgt der senkrechte Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Grenzflächen vorzugsweise zumindest 50 nm, vorzugsweise 100 nm. Somit kann in demselben Kanalbereich (derselben Finne) mit ausreichender Kanal- bzw. Bodydicke ein zweiter Transistor ausgebildet werden, welcher verwendet werden kann, um prozeßbedingte Parametervariationen des FINFETs zu kompensieren.According to another particularly preferred embodiment the channel area has two opposite interfaces, being at one of the interfaces the coupling element and one at the other of the interfaces Backgate electrode or back electrode is arranged. Has particularly preferred in this embodiment the channel area of the FINFET in a section plane perpendicular to the direction of current flow an essentially rectangular one Shape. The result is two parallel mesa or channel side surfaces, whereby on one of the canal side surfaces the coupling element and on the other of the channel side surfaces Backgate electrode is arranged. Using the backgate electrode can a second transistor channel on the opposite of the coupling element Interface of the Channel area are formed. For this, the vertical distance between the two opposite interfaces preferably at least 50 nm, preferably 100 nm. Thus, in the same Channel area (same fin) with sufficient channel or body thickness a second transistor can be formed, which are used can to process-related Compensate for parameter variations of the FINFET.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Feldeffekttransistor ein vertikaler Transistor (VFET), bei welchem der Source-, der Kanal-, und der Drainbereich in Halbleiterschichten ausgebildet sind, welche in Normalenrichtung der Substratflächenebene aneinander angrenzen. Auch bei einem derartigen vertikalen Transistorkonzept kann in einfacher Weise eine Grenzfläche des Kanalbereichs erzeugt werden, welche vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu der Substratflächenebene bzw. der Anlagefläche ausgerichtet ist.According to another particularly preferred embodiment the field effect transistor is a vertical transistor (VFET), at which of the source, channel, and drain regions in semiconductor layers are formed, which are in the normal direction of the substrate surface plane adjoin each other. Even with such a vertical transistor concept can easily create an interface of the channel area which are preferably substantially perpendicular to the substrate surface plane or the contact surface is aligned.

Vorzugsweise sind alle der Sourcebereiche der Feldeffekttransistoren in derselben Halbleiterschicht als gemeinsamer Sourcebereich ausgebildet. Werden somit bei einem vertikalen Transistorkonzept wie zuvor beschrieben eine Vielzahl von Feldeffekttransitoren mit zugeordneten Kopplungselementen eingesetzt, um eine "käfigartige" Anordnung für die zu untersuchende Zelle zu bilden, kann ein gemeinsamer Sourcebereich zum Einsatz kommen, welcher die elektrische Kontaktierung der Transistoren erheblich vereinfacht. Zur Unterdrückung des floating Body effects kann an dem Kanalbereich des FINFETs ein Ohmscher Bodykontakt ausgebildet sein.All of the source regions of the field effect transistors are preferably formed in the same semiconductor layer as a common source region. So with a vertical transistor concept As described above, if a large number of field effect transistors with associated coupling elements are used to form a "cage-like" arrangement for the cell to be examined, a common source region can be used, which considerably simplifies the electrical contacting of the transistors. To suppress the floating body effect, an ohmic body contact can be formed on the channel region of the FINFET.

Vorzugsweise ist auf dem Halbleitersubstrat eine zusätzliche Auswerteelektronik für das zu detektierende elektrische Signal ausgebildet. Die Auswerteelektronik wird vorzugsweise in konventioneller CMOS-Technologie mittels planarer (Bulk-) MOSFETs erstellt und befindet sich in unmittelbar räumlicher Nähe zu dem (Sensor-)Feldeffekttransistor. Durch die dadurch mögliche monolithische Integration von Sensor- und Auswertestrukturen, insbesondere Signalverstärkungselementen und Schaltern, kann eine erhebliche Verbesserung des Signal-Rauschverhältnisses sowie eine höhere Bauelementintegration erreicht werden.There is preferably one on the semiconductor substrate additional Evaluation electronics for the electrical signal to be detected is formed. The evaluation electronics is preferred in conventional CMOS technology using planar (Bulk) MOSFETs created and located in immediate spatial Proximity to the (sensor) field effect transistor. Because of the possible monolithic Integration of sensor and evaluation structures, especially signal amplification elements and switches, can significantly improve the signal-to-noise ratio as well as a higher one Component integration can be achieved.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion elektrischer Signale zumindest einer biologischen Zelle vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfaßt:According to another aspect of Invention becomes a method for the detection of electrical signals proposed at least one biological cell, the following Steps include:

  • – Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;- Provide a sensor device according to the invention;
  • – Suspendieren der biologischen Zelle in einer Lösung;- Suspend the biological cell in a solution;
  • – Aufbringen der Lösung auf die Sensorvorrichtung, so daß eine der biologischen Zellen an die Anlagefläche und die Sensorfläche angrenzt; und- Apply the solution on the sensor device so that one of the biological cells to the contact surface and the sensor surface adjacent; and
  • – Detektieren bzw. Ableiten der elektrischen Signale der Zelle über deren Einfluß auf die elektrische Leitfähigkeit des Kanalbereichs durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Kanalbereichs.- Detect or deriving the electrical signals of the cell via its Influence on the electrical conductivity of the channel area by measuring the electrical conductivity of the channel area.

Vorzugsweise werden die biologischen Zellen in einer Elektrolytlösung bzw. Nährstofflösung suspendiert. Zur Einzelsignalableitung wird eine Zelle vorzugsweise an die Anlagefläche und an die Sensorfläche angelegt, wobei – wie eingangs beschrieben – kein unmittelbarer physikalischer Kontakt zwischen Zellenwand und Anlage- bzw. Sensorfläche notwendig ist. Vielmehr kann ein (kleiner) Zwischenraum zwischen Zellenwand und Anlage- bzw. Sensorfläche bestehen bleiben, welcher durch die Lösung ausgefüllt wird. Die elektrischen Signale der Zelle werden detektiert über deren Feldeffekteinfluß auf die elektrische Leitfähigkeit des Transistorkanals. Dadurch, daß die Anlagefläche und die Sensorfläche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren getrennt sind, wobei die Sensorfläche von der Anlagefläche vorspringt und gegenüber der Substratflächennormale geneigt ist, kann ein gegenüber herkömmlichen Detektionsverfahren verbesserter Zellen-Sensorkontakt erzielt werden. Bei dem empfindlichen Einfluß des Sensorflächen-Zellenwandabstands bei der kapazitiven Kopplung des Zellsomas an die Sensorfläche wird hierdurch ein verbessertes Detektionssignal gesichert.Preferably the biological Cells in an electrolytic solution or nutrient solution suspended. For individual signal derivation, a cell is preferably attached to the contact surface and to the sensor surface created, whereby - how described at the beginning - none direct physical contact between cell wall and system or sensor surface necessary is. Rather, there is a (small) space between the cell wall and system or sensor surface remain which is filled in by the solution. The electrical Signals from the cell are detected via their field effect on the electric conductivity of the transistor channel. The fact that the contact surface and the sensor area at the inventive method are separated, with the sensor surface projecting from the contact surface and opposite the substrate surface normal is inclined, one can face conventional detection methods improved cell sensor contact can be achieved. With the sensitive Influence of Sensor surface cell wall distance in the capacitive coupling of the cell soma to the sensor surface this ensures an improved detection signal.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf begleitende Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigt:The invention is described below Reference to accompanying drawings of preferred embodiments described as an example. It shows:

1(a)-(d) schematische perspektivische Ansichten von Zwischenstadien einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung während der Herstellung; 1 (a) - (D) schematic perspective views of intermediate stages of a preferred embodiment of a sensor device according to the invention during manufacture;

2 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung; 2 a schematic perspective view of a further preferred embodiment of a sensor device according to the invention;

3 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, welche FINFETs verwendet; 3 a schematic perspective view of a further preferred embodiment of a sensor device according to the invention, which uses FINFETs;

4 eine schematische perspektivische Ansicht einer Abwandlung der in 3 dargestellten Ausführungsform, wobei ein FINFET eine Backgateelektrode aufweist; 4 is a schematic perspective view of a modification of the in 3 illustrated embodiment, wherein a FINFET has a back gate electrode;

5(a)-(c) elektrische Blockschaltbilder bevorzugter Kalibrierungsschaltungen für die in 4 dargestellte Ausführungsform; 5 (a) - (C) electrical block diagrams of preferred calibration circuits for the in 4 illustrated embodiment;

6 schematische Aufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit vier FINFETs mit zurückversetzten Source- und Drainbereichen; 6 schematic plan view of a further preferred embodiment of a sensor device according to the invention with four FINFETs with recessed source and drain regions;

7 schematische Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welcher eine planare Auswerteelektronik in unmittelbarer räumlicher Nähe an den Sensortransistor auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist; 7 schematic sectional view of a further preferred embodiment, in which a planar electronic evaluation system is arranged in close proximity to the sensor transistor on the semiconductor substrate;

8(a)-(f) schematische Schnittansichten weiterer bevorzugter Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sensorvorrichtungen; 8 (a) - (F) schematic sectional views of further preferred embodiments of sensor devices according to the invention;

9(a) eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Sensorvorrichtung; 9 (a) is a schematic sectional view of a conventional sensor device;

9(b) eine schematische perspektivische Ansicht der in 9(a) dargestellten Sensorvorrichtung; und 9 (b) is a schematic perspective view of the in 9 (a) illustrated sensor device; and

9(c) eine lichtmikroskopische Aufsicht auf die in 9(a) dargestellte Sensorvorrichtung mit eingebrachten biologischen Zellen. 9 (c) a light microscopic view of the in 9 (a) Sensor device shown with introduced biological cells.

In 1(a)-(d) sind Prozeßstadien des Herstellungsprozesses einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung dargestellt. 1(a) zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Ausgangsmaterials für die Herstellung der Sensorvorrichtung. Auf einem Halbleitersubstrat SUB, welches vorzugsweise ein einkristallines Siliziumsubstrat ist, wird epitaktisch eine Schichtenfolge dünner Halbleiterschichten abgeschieden. Auf das Halbleitersubstrat SUB wird zunächst eine hochdotierte Halbleiterschicht 10, welche später den gemeinsamen Sourcebereich SOURCE der Sensorvorrichtung bildet, eine nicht- bzw. geringer dotierte Halbleiterschicht 12, welche später den Kanalbereich KANAL des Feldeffekttransistors bildet sowie zuoberst eine wiederum hochdotierte Halbleiterschicht 14, welche später Drainbereiche DRAIN der Sensorvorrichtung darstellt, abgeschieden. Die Schichten 10, 12 und 14 erstrecken sich in Substratflächenebene, welche parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats SUB verläuft.In 1 (a) - (D) Process stages of the manufacturing process of a preferred embodiment of the sensor device according to the invention are shown. 1 (a) shows a schematic, perspective view of the starting material for the production of the sensor device. A layer sequence of thin semiconductor layers is epitaxially deposited on a semiconductor substrate SUB, which is preferably a single-crystalline silicon substrate. A highly doped semiconductor layer is first applied to the semiconductor substrate SUB 10 , which later forms the common source area SOURCE of the sensor device, an undoped or less doped Semiconductor layer 12 , which later forms the channel area CHANNEL of the field effect transistor and, at the top, a again highly doped semiconductor layer 14 , which later represents drain areas DRAIN of the sensor device. The layers 10 . 12 and 14 extend in the substrate surface plane, which runs parallel to the surface of the semiconductor substrate SUB.

Ausgehend von dem so vorbereiteten Halbleitersubstrat SUB mit den epitaktischen Halbleiterschichten 10, 12 und 14 wird in nachfolgenden Prozeßschritten eine Anordnung vertikaler Transistoren (VFETs) strukturiert, welche vorzugsweise eine käfigförmige Anordnung für die zu untersuchende biologische Zelle bilden. Das Dotierungsprofil der epitaktischen Halbleiterschichten 10, 12 und 14 kann sowohl als npn- als auch als pnp-Profil gewählt werden. In 1(a) ist ferner schematisch eine Isolation STI (shallow trench isolation) des aktiven Gebiets durch einen Ätzschritt in das Substrat SUB angedeutet. Die Schichtdicke der einzelnen epitaktischen Halbleiterschichten 10, 12 und 14 richtet sich nach der Größe der später zu fixierenden biologischen Zelle, welche typische Durchmesser von 10 bis 100 μm aufweisen. Das Dotierprofil der Halbleiterschichten 10, 12 und 14 wird vorzugsweise bereits während der epitaktischen Abscheidung in situ festgelegt. Alternativ kann jedoch auch eine Innenimplantation zur Ausbildung des gewünschten Dotierprofils herangezogen werden.Starting from the semiconductor substrate SUB thus prepared with the epitaxial semiconductor layers 10 . 12 and 14 In subsequent process steps, an arrangement of vertical transistors (VFETs) is structured, which preferably form a cage-shaped arrangement for the biological cell to be examined. The doping profile of the epitaxial semiconductor layers 10 . 12 and 14 can be selected as both a npn and pnp profile. In 1 (a) is also schematically an insulation S. TI (shallow trench isolation) of the active area is indicated by an etching step in the substrate SUB. The layer thickness of the individual epitaxial semiconductor layers 10 . 12 and 14 depends on the size of the biological cell to be fixed later, which typically have a diameter of 10 to 100 μm. The doping profile of the semiconductor layers 10 . 12 and 14 is preferably determined in situ already during the epitaxial deposition. Alternatively, however, an internal implantation can also be used to form the desired doping profile.

Nachfolgend werden mit Hilfe einer geeigneten Ätzmaske, beispielsweise einer Lackmaske, einer TEOS- oder Nitrid-Hilfsschicht (Hartmaske), die Halbleiterschichten 10, 12 und 14 in vertikale Halbleitermesen strukturiert und anschließend mit reaktivem Ionenätzen aus dem epitaktischen Schichtstapel geätzt. Die bevorzugte Mesa hat eine im wesentlichen senkrechte Mesaseitenwand, d.h. eine Seitenwand, welche senkrecht zu der Substratflächenebene angeordnet ist. Gleichermaßen können jedoch auch beispielsweise pyramidenförmige Mesen oder durch spezielle anisotrope Ätzverfahren beispielsweise konkave Mesen erzeugt werden. Die Tiefe der Mesaätzung hängt von der Höhe der epitaktischen Halbleiterschichten 10, 12 und 14, bei welchen es sich vorzugsweise um Siliziumschichten handelt, ab. Ziel ist es, die Kanalschicht 12 sicher zu durchätzen und in der an das Halbleitersubstrat SUB angrenzenden (unteren) Sourceschicht 10 zu stoppen. Selbstverständlich können ohne die Betriebsfunktionalität der späteren Sensorvorrichtung wesentlich zu beeinflussen die Drainbereiche in der (unteren) Halbleiterschicht 10 und die Sourcebereiche in der (oberen) Halbleiterschicht 14 ausgebildet werden. Das Herstellungsstadium nach Abschluß des reaktiven Ionenätzschritts ist in 1(b) dargestellt.The semiconductor layers are subsequently described using a suitable etching mask, for example a resist mask, a TEOS or nitride auxiliary layer (hard mask) 10 . 12 and 14 structured in vertical semiconductor meses and then etched from the epitaxial layer stack using reactive ion etching. The preferred mesa has a substantially vertical mesa side wall, ie a side wall which is arranged perpendicular to the plane of the substrate surface. Equally, however, pyramid-shaped mesas, for example, or concave mesas, for example, can also be produced by special anisotropic etching methods. The depth of the mesa etch depends on the height of the epitaxial semiconductor layers 10 . 12 and 14 , which are preferably silicon layers. The goal is the channel layer 12 safe to etch through and in the (lower) source layer adjacent to the semiconductor substrate SUB 10 to stop. Of course, the drain regions in the (lower) semiconductor layer can be significantly influenced without affecting the operational functionality of the later sensor device 10 and the source regions in the (upper) semiconductor layer 14 be formed. The manufacturing stage after completion of the reactive ion etching step is in 1 (b) shown.

Im Anschluß wird ganzflächig eine (nicht dargestellte) dielektrische Schicht an den ausgebildeten Grundstrukturen der VFETs aufgewachsen. Die zumindest eine dielektrische Schicht stellt das Kopplungselement für die kapazitive Kopplung zwischen dem vertikalen Transistorkanal und der biologischen Zelle dar und ist insbesondere an dem Kanalbereich KANAL des vertikalen Transistors angeordnet. Beispielsweise besteht das Kopplungselement aus einer dünnen Oxidschicht, beispielsweise einer Siliziumdioxidschicht, wie sie bei herkömmlichen planaren MOSFETs als Gateoxid eingesetzt wird. Das (nicht näher dargestellte) Kopplungselement grenzt unmittelbar an die Grenzfläche (Mesaseitenfläche) der freigelegten Siliziummesastruktur an. Die (nicht dargestellte) dielektrische Schicht, deren dem Kanalbereich KANAL abgewandte Oberfläche eine Sensorfläche 16 des vertikalen Transistors darstellt, weist eine wesentlich geringere Schichtdicke als Felddielektrika auf, welche die übrigen Grenzflächen des Kanalbereichs schützen. Hierdurch wird erreicht, daß das Kopplungselement lediglich im Bereich der Sensorfläche 16 eine effiziente kapazitive Kopplung zwischen Zelle und Kanalbereich KANAL zuläßt, während die kapazitive Kopplung in den Kanalbereich KANAL über die übrigen Mesagrenzflächen aufgrund des dicken Felddielektrikums sehr klein gehalten wird.A dielectric layer (not shown) is then grown over the entire surface of the basic structures of the VFETs. The at least one dielectric layer represents the coupling element for the capacitive coupling between the vertical transistor channel and the biological cell and is in particular arranged on the channel region CHANNEL of the vertical transistor. For example, the coupling element consists of a thin oxide layer, for example a silicon dioxide layer, as is used as gate oxide in conventional planar MOSFETs. The coupling element (not shown in detail) borders directly on the interface (mesa side surface) of the exposed silicon mesa structure. The dielectric layer (not shown), whose surface facing away from the channel region CHANNEL is a sensor surface 16 of the vertical transistor has a much smaller layer thickness than field dielectrics, which protect the other interfaces of the channel region. This ensures that the coupling element only in the area of the sensor surface 16 permits an efficient capacitive coupling between the cell and the channel area KANAL, while the capacitive coupling into the channel area KANAL is kept very small over the remaining mesa interfaces due to the thick field dielectric.

In 1(c) sind ferner Sourcekontakte 20, welche die Halbleiterschicht 10 für den (gemeinsamen Sourcebereich SOURCE kontaktieren) dargestellt. Die Drainbereiche DRAIN der individuellen vertikalen Transistoren lassen sich über separate Drainkontakte 22 unabhängig voneinander anschließen. Nicht dargestellt in 1(c) sind die Verdrahtungen der Kontakte 20 und 22. Alternativ zu Metallen können auch hockdotierte Polysiliziumbahnen oder alternative gut leitende Materialien verwendet werden. Die (nicht näher dargestellten) Metallbahnen zur Kontaktierung der vertikalen Transistoren laufen in der in 1 dargestellten Ausführungsform oberhalb der durch die VFETs gebildeten Käfige. Dennoch können mehrere derartiger Käfiganordnungen zu einem Zellenfeld kombiniert werden, indem bei der Prozessierung zwischen den Transistorkäfigen Platz für verbindende Neuriten gelassen wird.In 1 (c) are also source contacts 20 which is the semiconductor layer 10 for (contact SOURCE shared source area). The drain areas DRAIN of the individual vertical transistors can be connected to separate drain contacts 22 connect independently. Not shown in 1 (c) are the wiring of the contacts 20 and 22 , As an alternative to metals, high-density doped polysilicon tracks or alternative highly conductive materials can also be used. The metal tracks (not shown) for contacting the vertical transistors run in the in 1 Embodiment shown above the cages formed by the VFETs. Nevertheless, several such cage arrangements can be combined to form a cell array by leaving space for connecting neurites during processing between the transistor cages.

l(d) zeigt schematisch eine in den "Käfig", welcher durch die einzelnen vertikalen Transistoren gebildet wird, eingesetzte biologische Zelle 24. Die Zelle 24 ist vereinfacht als kugelförmiges Gebilde dargestellt. Die dem Zellenraum 18 bzw. der eingesetzten biologischen Zelle 24 zugewandten Mesaseitenflächen stellen die Sensorflächen 16 der vertikalen Sensortransistoren dar. Nur über diese Sensorflächen 16 ist eine effiziente kapazitive Kopplung möglich, da die übrigen Mesagrenzflächen durch wesentlich dickere Felddielektrika geschützt sind. Zwischen den einzelnen in l(d) gezeigten vertikalen Mesastrukturen sind lateral Zwischenräume bzw. Spalten vorgesehen, welche kleiner als der typische Durchmesser des Zellsomas sind. Jedoch können Neuriten durch diese Zwischenräume hindurchwachsen und sich, sofern ein Zellenfeld gebildet wird, mit Neuriten anderer Zellen verbinden. Die Neuritenverkürzung, die in sämtlichen herkömmlichen Sensorvorrichtungen die Signalübertragung zwischen Neuron und Sensorfläche beeinträchtig hat, trägt bei der vorliegenden Anordnung sogar zur Signalverbesserung bei. Durch die Neuritenverkürzüng wird nämlich der für die kapazitive Kopplung wesentliche Abstand zwischen der Zellmembran des Zellsomas und der Sensorfläche 16 verkleinert, wodurch die Effizienz der kapazitiven Signalübertragung steigt. l (d) shows schematically a biological cell inserted in the "cage" which is formed by the individual vertical transistors 24 , The cell 24 is shown simplified as a spherical structure. The cell room 18 or the biological cell used 24 facing mesa side surfaces represent the sensor surfaces 16 of the vertical sensor transistors. Only through these sensor areas 16 efficient capacitive coupling is possible because the remaining mesa interfaces are protected by much thicker field dielectrics. Between the individual in l (d) The vertical mesa structures shown are laterally provided with spaces or gaps that are smaller than the typical diameter of the cell soma. However, neurites can grow through these spaces and, if a cell field is formed, connect to neurites of other cells. The Neuritenver Shortening, which has impaired the signal transmission between neuron and sensor surface in all conventional sensor devices, even contributes to signal improvement in the present arrangement. Because of the neurite shortening, the essential distance for the capacitive coupling between the cell membrane of the cell soma and the sensor surface becomes 16 reduced, which increases the efficiency of capacitive signal transmission.

Ein weiterer Vorteil der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Möglichkeit, mit mehreren Sensoren (mehreren vertikalen Feldeffektransistoren mit Kopplungselementen mit Sensorflächen) gleichzeitig dasselbe Neuron extrazellulär abzuleiten. Je nach Zellenraumgröße und Somagröße sowie neuritischer Verknüpfung des Neurons besteht die Möglichkeit, elektrische Signale von gegenüberliegenden Seiten eines Neurons abzuleiten. Vorteilhaft ist hierbei auch die redundante Kontaktierungsmöglichkeit sowie die erhöhte Kontaktierungswahrscheinlichkeit des Neurons. Werden sämtliche Sensorflächen 16 der vertikalen Transistoren zur Signalableitung genutzt, ergibt sich eine erhebliche Vergrößerung der aktiven Sensorfläche und ein dementsprechend verbessertes Signal-Rauschverhältnis durch bessere Signaleinbzw. Auskopplung in die Zelle bzw. in den Transistor.Another advantage of in 1 The preferred embodiment shown is the possibility of simultaneously deriving the same neuron extracellularly using a plurality of sensors (a plurality of vertical field effect transistors with coupling elements with sensor areas). Depending on the cell space size and soma size, as well as the neuritic connection of the neuron, there is the possibility of deriving electrical signals from opposite sides of a neuron. The redundant contact possibility and the increased contact probability of the neuron are also advantageous here. All sensor surfaces 16 the vertical transistors used for signal derivation, there is a considerable increase in the active sensor area and a correspondingly improved signal-to-noise ratio due to better signal input and output. Coupling into the cell or into the transistor.

Gegenüber herkömmlichen Sensorvorrichtungen, welche beispielsweise Polyimidsäulen verwenden, weist die vorgestellte bevorzugte Ausführungsform einen erheblich einfacheren Herstellungsprozeß auf, da dieser vollständig mit herkömmlichen CMOS-Herstellungsprozessen kompatibel ist. Die vertikalen Transistoren müssen nicht durch Sonderprozesse, wie beispielsweise mikromechanische Prozeßschritte oder CMOSfremde Materialien wie Polyimid angereichert werden, wodurch die Herstellung der Sensorvorrichtung stark vereinfacht wird. Auch sind für die Herstellung der kombinierten Sensor- Haltevorrichtung keine weiteren Zusatzmasken notwendig. Statt der im Stand der Technik verwendeten Polyimidätzung wird nun eine Siliziumätzung verwendet. Der Silizium-Trench bzw. die Silizium-Mesa kann im Gegensatz zum Polyimid, welches im Stand der Technik die Haltestruktur bildet, für weitere Schaltungselemente (aktive und passive Bauelemente) verwendet werden. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Sensorvorrichtung mit Polyimid-Käfigen besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise ausschließlich aus mechanisch stark belastbaren, anorganischen Materialien, was die Handhabung und Reinigung der Sensorvorrichtung wesentlich erleichtert. Die Geometrie des Grabens (bzw. invers der Mesen) kann sowohl planar über das Layout der verwendeten Maske als auch vertikal (senkrecht, konisch) über den verwendeten Ätzprozeß (isotrop/anisotrop) optimiert werden.Compared to conventional sensor devices, which, for example, polyimide columns use, the presented preferred embodiment a much simpler manufacturing process, since this is completely with conventional CMOS manufacturing processes is compatible. The vertical transistors do not have to go through special processes, such as micromechanical process steps or non-CMOS materials how polyimide can be enriched, thereby making the sensor device is greatly simplified. Are also combined for the manufacture Sensor holder no additional masks required. Instead of that in the prior art used polyimide etching will now be a silicon etch used. The silicon trench or silicon mesa can do the opposite to polyimide, which forms the holding structure in the prior art, for further Circuit elements (active and passive components) are used. In contrast to the conventional one Sensor device with polyimide cages there is the device according to the invention preferably exclusively from mechanically strong, inorganic materials, what the handling and cleaning of the sensor device much easier. The geometry of the trench (or inverse of the mesa) can be planar via the Layout of the mask used as well as vertically (vertically, conically) over the etching process used (isotropic / anisotropic) be optimized.

In 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in schematischer, perspektivischer Ansicht dargestellt. Im folgenden werden gleiche oder ähnliche Merkmale weiterer Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sensorvorrichtungen mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform wird in der Schlußphase des Herstellungsprozesses, welcher ähnlich zu dem von 1 verläuft, die Oberfläche beispielsweise mit einem Oxid planarisiert. Nachfolgend wird ein Graben (trench) für die biologische Zelle 24 geöffnet, um den Zellenraum 18 zu definieren. Der Sourcekontakt 20 wird über ein Kontaktloch an die Halbleiterschicht 10 angeschlossen. Aufgrund der flacheren Topologie ist diese Ausführungsform hinsichtlich der Metallleiterbahnen im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 1 einfacher. Andererseits ist die Ausführungsform von 1 für das Neuritenwachstum günstiger.In 2 Another preferred embodiment of a sensor device according to the invention is shown in a schematic, perspective view. In the following, the same or similar features of further embodiments of sensor devices according to the invention are provided with the same reference symbols, and a renewed description is dispensed with. At the in 2 Embodiment shown is in the final phase of the manufacturing process, which is similar to that of 1 runs, the surface planarized with an oxide, for example. Below is a trench for the biological cell 24 opened to the cell room 18 define. The source contact 20 is via a contact hole to the semiconductor layer 10 connected. Because of the flatter topology, this embodiment is in contrast to the embodiment according to FIG 1 easier. On the other hand, the embodiment of 1 cheaper for neurite growth.

Die Source- und Drainzuleitungen der vertikalen Transistoren werden von Metallbahnen versorgt, die durch eine ausreichend dicke Passivierung gegenüber dem Elektrolyt bzw. der Nährstofflösung, in welcher die biologischen Zellen suspendiert sind, isoliert werden müssen. Es werden deshalb Ausführungsformen der Transistoren bevorzugt, bei welchen die Metallbahnen zur Source- bzw. Drainkontaktierung in deutlichem Abstand vor dem Transistorkanal enden. Dieser Abstand ist vorzugsweise mindestens so groß wie die Dicke der Passivierungsschicht.The source and drain lines of the vertical transistors are supplied by metal tracks that through a sufficiently thick passivation compared to the electrolyte or Nutrient solution, in which the biological cells are suspended can be isolated have to. Therefore, there are embodiments preferred of the transistors in which the metal tracks to the source or drain contact at a clear distance in front of the transistor channel end up. This distance is preferably at least as large as that Passivation layer thickness.

3 zeigt in schematischer, perspektivischer Ansicht eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Bei dieser Ausführungsform kommen sogenannte FINFETs zum Einsatz. FINFETs zeichnen sich dadurch aus, daß ihr Stromfluß im Gegensatz zu den zuvor vorgestellten vertikalen Transistoren parallel zu der Substratflächenebene verläuft. Der Source-, Kanal- und Drainbereich eines FINFET-Transistors ist in einer stegartigen Rippe (Finne) aus Halbleitermaterial, vorzugsweise einkristallinem Silizium, ausgebildet. Ausgangspunkt für die Herstellung ist ein S0I-Substrat (silicon-on-insulator-Substrat), bei welchem auf einem Halbleitersubstrat SUB eine vergrabene Oxidschicht BOX (buried oxide) angeordnet wird, auf welcher eine dünne, einkristalline (TOP-)Siliziumschicht aufgebracht wird. In dieser dünnen (Top-)Siliziumschicht, welche sich parallel zu der Substratflächenebene erstreckt, werden dünne Halbleiterrippen bzw. Finnen strukturiert, in welchen der Sourcebereich SOURCE, der Kanalbereich KANAL und der Drainbereich DRAIN ausgebildet sind. 3 shows a schematic, perspective view of a further particularly preferred embodiment of a sensor device according to the invention. So-called FINFETs are used in this embodiment. FINFETs are distinguished by the fact that their current flow, in contrast to the vertical transistors previously presented, runs parallel to the substrate surface plane. The source, channel and drain region of a FINFET transistor is formed in a web-like rib (fin) made of semiconductor material, preferably single-crystal silicon. The starting point for the production is an SOI substrate (silicon-on-insulator substrate), in which a buried oxide layer BOX (buried oxide) is arranged on a semiconductor substrate SUB, on which a thin, single-crystal (TOP) silicon layer is applied. Thin semiconductor ribs or fins are structured in this thin (top) silicon layer, which extends parallel to the substrate surface plane, in which the source region SOURCE, the channel region KANAL and the drain region DRAIN are formed.

Bei der in 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist die Finne aus Halbleitermaterial einen im wesentlichen rechtecksförmigen Querschnitt in einer Schnittebene senkrecht zu der Finnenlängsachse (Stromflußrichtung) auf. Vorzugsweise sind daher die seitlichen Grenzflächen der Halbleiterfinne senkrecht zu der Substratflächenebene orientiert. Das Kopplungselement, welches in 3 nicht näher dargestellt ist, besteht vorzugsweise aus einer oder mehreren dielektrischen Schichten, welche insbesondere an dem Kanalbereich KANAL des FINFETS angeordnet sind. Die Sensorfläche 16 des Kopplungselements verläuft vorzugsweise parallel zu der Mesaseitenfläche des Kanalbereichs KANAL des FINFETS und ist somit parallel zu einer Flächennormale der Auflagefläche 26. Die Metallleitung für Sourcekontakte 20 und Drainkontakte 22 kommen bei der in 3 dargestellten FINFET-Ausführungsform in einer Ebene zu liegen. Die Metallisierungsebene kann sich dabei oberhalb oder unterhalb der Auflageebene der Zelle 24 befinden. Die Herstellung derartiger FINFETs mit horizontalem Kanal lehnt sich an die bekannten Verfahren zur Herstellung von FINFETS an.At the in 3 In the preferred embodiment shown, the fin made of semiconductor material has an essentially rectangular cross section in a sectional plane perpendicular to the fin longitudinal axis (current flow direction). The lateral boundary surfaces of the semiconductor fin are therefore preferably oriented perpendicular to the plane of the substrate surface. The coupling element, which in 3 is not shown in detail, preferably consists of one or more dielectric layers, which are arranged in particular on the channel region CHANNEL of the FINFET. The sensor area 16 of the coupling element preferably runs parallel to the mesa side surface of the channel region CHANNEL of the FINFET and is thus parallel to a surface normal of the contact surface 26 , The metal line for source contacts 20 and drain contacts 22 come at the in 3 FINFET embodiment shown to lie in one plane. The metallization level can be above or below the support level of the cell 24 are located. The production of such FINFETs with a horizontal channel is based on the known methods for producing FINFETS.

Eine besonders bevorzugte Abwandlung der in 3 dargestellten FINFET-Ausführungsform ist in schematischer Aufsicht in 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Source- und Drainbereiche DRAIN, SOURCE vom Zellenraum 18 bzw. von der Zelle 24 abgewandt, indem sie sich winklig vom Kanalbereich KANAL wegerstrecken. Dadurch ist es möglich, elektrische Signale einer einzigen biologischen Zelle mit einer großen Anzahl von Sensortransistoren abzuleiten.A particularly preferred modification of the in 3 FINFET embodiment shown is a schematic top view in 6 shown. In this embodiment, the source and drain regions are DRAIN, SOURCE from the cell space 18 or from the cell 24 turned away from them by extending at an angle from the channel area CHANNEL. This makes it possible to derive electrical signals from a single biological cell with a large number of sensor transistors.

4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Die Ausführungsform ähnelt derjenigen von 3, wobei an eine rückseitige Mesaseitenfläche des Kanalbereichs KANAL des FINFETS eine Backgateelektrode angeordnet ist. Die Backgateelektrode 28, welche in bekannter Weise durch ein Gatedielektrikum 30 von dem Kanalbereich KANAL des FINFETs beabstandet ist, ist somit an derjenigen Mesaseitenfläche des FINFETs angeordnet, welche der Sensorfläche 16 gegenüberliegt. Im Fall nicht zu dünner Bodybereiche (Kanalbereiche) und insbesondere für Kanaldicken (Abstand zwischen vertikalen Mesaseitenflächen des FINFETs im Kanalbereich) von mehr als 50 bis 100 nm kann das resultierende Bauelement durch das in 5 dargestellte Ersatzschaltbild modelliert werden. Mit der Backgateelektrode 28 kann somit in dem Kanalbereich KANAL, in welchem auch der "Sensortransistor" zu der Detektion der elektrischen Signale der zu untersuchenden Zelle ausgebildet ist, ein weiterer Transistorkanal gebildet werden. Dieser zusätzliche Transistor kann zur Kompensation von Parametervariationen des "Sensortransistors" insbesondere bei Sensor-Array-Anwendungen verwendet werden. Bei geeigneter Ansteuerung lassen sich durch den Zusatztransistor prozeßbedingte Parametervariationen unterschiedlicher FINFETs kompensieren. 4 shows a further preferred embodiment of a sensor device according to the invention. The embodiment is similar to that of 3 , a backgate electrode being arranged on a rear mesa side surface of the channel region CHANNEL of the FINFET. The backgate electrode 28 , which in a known manner by a gate dielectric 30 is spaced from the channel region CHANNEL of the FINFET, is thus arranged on the mesa side surface of the FINFET that corresponds to the sensor surface 16 opposite. In the case of not too thin body areas (channel areas) and in particular for channel thicknesses (distance between vertical mesa side surfaces of the FINFET in the channel area) of more than 50 to 100 nm, the resulting component can be 5 shown equivalent circuit diagram are modeled. With the backgate electrode 28 A further transistor channel can thus be formed in the channel region CHANNEL, in which the “sensor transistor” is also designed for the detection of the electrical signals of the cell to be examined. This additional transistor can be used to compensate for parameter variations of the "sensor transistor", particularly in sensor array applications. With suitable control, process-related parameter variations of different FINFETs can be compensated for by the additional transistor.

Die Kalibrierungsschaltung bzw. das Kalibrierungsverfahren basiert darauf, daß in einer Kalibrierungsphase Ladung auf einem Gatekno.ten der Backgateelektrode 28 gespeichert wird, wobei die Größe des gespeicherten Ladungsbetrags jeweils die Variation der "Sensortransistoren" innerhalb des Sensorarrays kompensiert. Vorzugsweise wird in der Kalibrierphase, welche in 5(a) dargestellt ist, an das Elektrolytbad eine feste Spannung bezüglich des Sourcekontakts des FINFETs angelegt. Der Schalter S_cal, welcher beispielsweise durch einen weiteren Transistor realisiert werden kann, wird geschlossen und es wird ein Strom I_cal in die gegebene Schaltungskonfiguration eingeprägt. Das Potential auf der Backgateelektrode 28 stellt sich unter dieser Zwangsbedingung so ein, daß die Transistoren T1 (Sensortransistor) und T2 (Kalibriertransistor) unabhängig von den Abweichungen ihrer Kennparameter vom Mittelwert dieser Parameter den Strom I_cal führen. Der Schalter S_sel ist symbolisch in die Leitung zwischen der Schaltung aus den Transistoren T1 und T2 und der Stromquelle eingefügt und symbolisiert einen oder mehrere Auswahlschalter, die bei Betrieb der Konfiguration aus T1 und T2 in einem Sensorarray für die Positionsauswahl benötigt werden. Auch der Schalter S_sel wird üblicherweise mittels Feldeffekttransistoren realisiert.The calibration circuit or the calibration method is based on the fact that, in a calibration phase, charge is applied to a gate node of the backgate electrode 28 is stored, the size of the stored amount of charge compensating for the variation of the "sensor transistors" within the sensor array. Preferably in the calibration phase, which in 5 (a) is shown, a fixed voltage is applied to the electrolyte bath with respect to the source contact of the FINFET. The switch S_cal, which can be implemented, for example, by a further transistor, is closed and a current I_cal is impressed into the given circuit configuration. The potential on the backgate electrode 28 under this constraint, the transistors T1 (sensor transistor) and T2 (calibration transistor) carry the current I_cal regardless of the deviations of their characteristic parameters from the mean value of these parameters. The switch S_sel is symbolically inserted in the line between the circuit comprising the transistors T1 and T2 and the current source and symbolizes one or more selection switches which are required for the position selection when the configuration from T1 and T2 is operated in a sensor array. The switch S_sel is also usually implemented using field effect transistors.

Während der Meßphase ist der Schalter S_cal geöffnet und auf der Backgateelektrode 28 verbleibt genau die elektrische Ladungsmenge, welche dort dasjenige Potential bewirkt, welches sich während der Kalibrierungsphase an diesem Knoten eingestellt hat. Variationen der Steuerspannung, die durch das Meßobjekt Zelle 24 bewirkt werden, wirken sich auf den Transistor T1 nun als Strommodulation des Gesamtstroms von T1 und T2 um den Wert I_cal herum aus. Sofern die Zelle 24 kein elektrisches Signal abgibt, führt die Parallelschaltung aus den Transistoren T1 und T2 genau den Strom I_cal. Im Lesebetrieb kann die Schaltung beispielsweise gegen einen Lastwiderstand arbeiten, so daß ein Spannungssignal abgegriffen werden kann (vgl. 5(b)) oder eine Stromquelle, so daß am Ausgangs der Schaltung ein Differenzstrom abgegriffen werden kann (vgl. 5(c)).During the measurement phase, the switch S_cal is open and on the backgate electrode 28 Exactly the amount of electrical charge remains, which causes the potential that was established at this node during the calibration phase. Variations in the control voltage caused by the cell under test 24 are effected, transistor T1 now acts as current modulation of the total current of T1 and T2 around the value I_cal. Unless the cell 24 emits no electrical signal, the parallel connection from the transistors T1 and T2 carries exactly the current I_cal. In read mode, the circuit can work against a load resistor, for example, so that a voltage signal can be tapped (cf. 5 (b) ) or a current source so that a differential current can be tapped at the output of the circuit (cf. 5 (c) ).

Für den Fall, daß der Kanal- bzw. Bodybereich sehr dünn ausgeführt ist, gilt das in 5 gezeigte Ersatzschaltbild aus zwei (unabhängigen) Transistoren nicht mehr. In diesem Fall wirkt sich eine gewichtete Summe aus Zellsignal und Spannung der Backgatelektrode 28 auf den Kanalbereich eines Transistors aus. Die Möglichkeit der Kalibrierung über eine Ladungsspeicherung auf der Backgateelektrode 28 besteht jedoch auch in diesem Fall.In the event that the channel or body area is made very thin, this applies in 5 shown equivalent circuit diagram of two (independent) transistors no longer. In this case, a weighted sum of the cell signal and the voltage of the back gate electrode acts 28 on the channel area of a transistor. The possibility of calibration via charge storage on the backgate electrode 28 however, also exists in this case.

Eine besonders bevorzugte Eigenschaft von erfindungsgemäßen Sensorvorrichtungen ist es, den zu untersuchenden biologischen Zellen eine erneute Verknüpfung zu einem neuronalen Netzwerk zu ermöglichen. Um die gesamten Netzwerkeigenschaften erfassen zu können, muß die Sensorvorrichtung in der Lage sein, mehrere Sensortransistoren mit Kopplungselementen und Sensorflächen parallel betreiben zu können. Ab einer bestimmten Mindestzahl von "Sensorkäfigen" ist es deshalb notwendig, die Anzahl der Zugangsleitungen für die Sensortransistoren über entsprechende Schaltungen, wie beispielsweise Multiplexer, zu reduzieren. Besonders bevorzugt kommen daher Sensorvorrichtungen zum Einsatz, welche eine monolithisch integrierte Auswerte- und Ansteuereinheit in unmittelbarer Nähe zu den Sensortransistoren aufweisen. Eine derartige Ausführungsform ist in schematischer Schnittansicht in 7 dargestellt. Diese Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung weist ein Zellenfeld mit vertikalen Transistoren auf, welches insgesamt mit 32 bezeichnet ist. Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform verläuft die Schnittebene senkrecht zu der Substratflächenebene durch zwei Zellenräume 18 hindurch. Die verwendeten vertikalen Sensortransistoren werden später in Zusammenhang mit 8(c) detaillierter beschrieben.A particularly preferred property of sensor devices according to the invention is to enable the biological cells to be examined to be re-linked to a neural network. In order to be able to record the entire network properties, the sensor device must be able to operate several sensor transistors with coupling elements and sensor areas in parallel. From a certain minimum number of "sensor cages", it is therefore necessary to change the number of access lines for the sensor transistors via appropriate circuits, as in for example, multiplexers to reduce. Sensor devices which have a monolithically integrated evaluation and control unit in the immediate vicinity of the sensor transistors are therefore particularly preferably used. Such an embodiment is in a schematic sectional view in 7 shown. This embodiment of a sensor device according to the invention has a cell array with vertical transistors, which is denoted overall by 32. At the in 7 In the embodiment shown, the section plane runs perpendicular to the substrate surface plane through two cell spaces 18 therethrough. The vertical sensor transistors used will be related later 8 (c) described in more detail.

An den Zellenfeldbereich 32 schließt sich ein Auswerte- und Ansteuerelektronikbereich 34 an, welcher vorzugsweise in konventioneller, planarer CMOS-Technologie ausgeführt wird. Der Auswerte- und Ansteuerelektronikbereich 34 ist gegenüber dem Zellenfeldbereich 32 durch eine Trenchisolation 36 isoliert. In dem Auswerte- und Ansteuerelektronikbereich sind eine Vielzahl von horizontalen Bulk-Transistoren mit mehreren darüberliegenden Verdrahtungsebenen vorgesehen, womit insbesondere Schalter und Verstärker in unmittelbarer Nähe der Sensorkäfige integrierbar sind. Beispielsweise wird bei der in 7 dargestellten Ausführungsform der Drainbereich DRAIN eines Sensortransistors über ein elektrisch leitfähiges Brückenelement 38 mit einem Verstärkungs- bzw. Impedanzwandeltransistor 40 verbunden. Bei dem Impedanzwandel- bzw. Verstärkungstransistor handelt es sich um einen konventionellen, planaren CMOS-Transistor.To the cell field area 32 an evaluation and control electronics area closes 34 which is preferably carried out in conventional, planar CMOS technology. The evaluation and control electronics area 34 is opposite the cell field area 32 through trench insulation 36 isolated. A large number of horizontal bulk transistors with a plurality of wiring levels above them are provided in the evaluation and control electronics area, with which switches and amplifiers in particular can be integrated in the immediate vicinity of the sensor cages. For example, in 7 Embodiment shown the drain region DRAIN of a sensor transistor via an electrically conductive bridge element 38 with a gain or impedance conversion transistor 40 connected. The impedance conversion or amplification transistor is a conventional, planar CMOS transistor.

In 8 sind in schematischen Schnittansichten weitere bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sensorvorrichtungen dargestellt. Die Schnittebene verläuft hierbei senkrecht zur Substratflächenebene durch Source- und Drainbereiche SOURCE, DRAIN der Sensortransistoren. Bei der in 8(a) dargestellten Ausführungsform wird die Zelle 24 in einen Zellenraum 18 plaziert, welcher als Graben (Trench) ausgebildet ist. Der Sourcebereich SOURCE stellt den Boden des Grabens dar und bildet die Anlagefläche 26. Optional kann eine Verjüngungselement 42 vorgesehen sein, welches den Graben beidseitig oder partiell einseitig verjüngt, um die örtliche Fixierung der biologischen Zelle 24 zu verbessern. Um diese zusätzliche Grabenverjüngung herzustellen, muß der Graben zuvor mit einer zweiten Hilfsschicht, beispielsweise einer Nitridschicht, aufgefüllt werden. Danach wird die Verjüngungsschicht, bei welcher es sich vorzugsweise um eine Oxidschicht handelt, strukturiert. Nachfolgend wird die Nitridschicht selektiv zur Oxidschicht entfernt, beispielsweise mittels einer Naßätzung in heißer Phosphorsäure. Bei der in 8(a) dargestellten Ausführungsform sind die Source- und Drainbereiche SOURCE, DRAIN durch Ionenimplantation dotiert. Die Grabengrundfläche, welche der Anlagefläche 26 entspricht, ist bei dieser Ausführungsform kleiner als die Grabenhöhe in Substratnormalenrichtung.In 8th Further preferred embodiments of sensor devices according to the invention are shown in schematic sectional views. The section plane runs perpendicular to the substrate surface plane through source and drain regions SOURCE, DRAIN of the sensor transistors. At the in 8 (a) embodiment shown is the cell 24 into a cell room 18 placed, which is designed as a trench. The source area SOURCE represents the bottom of the trench and forms the contact surface 26 , Optionally, a tapered element 42 be provided which tapers the trench on both sides or partially on one side in order to fix the biological cell in place 24 to improve. In order to produce this additional trench taper, the trench must first be filled with a second auxiliary layer, for example a nitride layer. The tapered layer, which is preferably an oxide layer, is then structured. The nitride layer is then selectively removed from the oxide layer, for example by means of wet etching in hot phosphoric acid. At the in 8 (a) In the embodiment shown, the source and drain regions SOURCE, DRAIN are doped by ion implantation. The trench base, which of the contact surface 26 is smaller than the trench height in the substrate normal direction in this embodiment.

Bei der in 8(b) dargestellten Ausführungsform liegen sowohl Source- als auch Drainbereich SOURCE, DRAIN in einer oberen Halbleiterschicht. Bei dieser Anordnung stellen die vertikalen, d.h. parallel zur Substratnormalenrichtung verlaufenden Trenchseitenflächen die Sensorflächen 16 dar. Zusätzlich wirkt jedoch auch die Anlagefläche 26 als Sensorfläche 16. Bei der in 8(c) dargestellten Ausführungsform ist in einer oberen Halbleiterschicht der Drainbereich DRAIN gebildet. Die beiden Trenchseitenflächen bilden voneinander unabhängige Sensortransistoren, welche einen gemeinsamen Sourcebereich aufweisen, der als vergrabene Halbleiterschicht dargestellt ist. Die Anlagefläche 26 ist in der gemeinsamen Sourcebereichsschicht angeordnet. Bei der in 8(d) dargestellten Ausführungsform kommt eine pyramidenförmige Trenchätzung zum Einsatz, wodurch ein pyramidenförmiger Zellenraum 18 mit Verjüngungselement 42 erstellt wird. 8(e) und (f) zeigen mögliche Ausgestaltungen der Sourcekontakte 20 und Drainkontakte 22. Bei der in 8(e) dargestellten Ausführungsform wird ein (nicht dargestellter) gemeinsamer Sourcekontakt und individuelle Drainkontakte 22 verwendet, welche gegenüber dem Zellenraum 18 (dem Trench) zurückversetzt sind. Bei der in 8(f) dargestellten Ausführungsform ist die Kontaktierung des gemeinsamen Sourcebereichs SOURCE durch einen Sourcekontakt 22 dargestellt. Zusätzlich weist diese Ausführungsform noch einen Bodykontakt 44 auf, welcher zur Vermeidung des Floating-Body-Effekts eingesetzt werden kann.At the in 8 (b) In the embodiment shown, both the source and drain regions SOURCE, DRAIN lie in an upper semiconductor layer. In this arrangement, the vertical, ie parallel to the substrate normal direction trench side surfaces represent the sensor surfaces 16 However, the contact surface also has an effect 26 as a sensor surface 16 , At the in 8 (c) In the embodiment shown, the drain region DRAIN is formed in an upper semiconductor layer. The two trench side surfaces form mutually independent sensor transistors which have a common source region, which is shown as a buried semiconductor layer. The investment area 26 is arranged in the common source region layer. At the in 8 (d) shown embodiment, a pyramid-shaped trench etching is used, thereby creating a pyramid-shaped cell space 18 with tapered element 42 is created. 8 (e) and (F) show possible configurations of the source contacts 20 and drain contacts 22 , At the in 8 (e) The embodiment shown is a common source contact (not shown) and individual drain contacts 22 used which opposite the cell room 18 (the trench) are set back. At the in 8 (f) The embodiment shown is the contacting of the common source area SOURCE by a source contact 22 shown. In addition, this embodiment also has a body contact 44 which can be used to avoid the floating body effect.

Sämtliche zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele sind untereinander beliebig kombinierbar, so daß Elemente, welche lediglich im Zusammenhang einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch bei anderen Ausführungsformen Verwendung finden können.All Exemplary embodiments described above are freely combinable with each other, so that elements that only in the context of an embodiment have also been used in other embodiments can.

DRAINDRAIN
Drainbereichdrain region
KANALCHANNEL
Kanalbereichchannel area
SOURCESOURCE
Sourcebereichsource region
SUBSUB
HalbleitersubstratSemiconductor substrate
1010
Halbleiterschicht für SourcebereichSemiconductor layer for source area
1212
Halbleiterschicht für KanalbereichSemiconductor layer for channel area
1414
Halbleiterschicht für DrainbereichSemiconductor layer for drain area
1616
Sensorfläche des KopplungselementsSensor area of the coupler
1818
Zellenraumcell space
2020
Sourcekontaktsource contact
2222
Drainkontaktdrain contact
2424
biologische Zellebiological cell
2626
Auf- bzw. AnlageflächeOn- or contact surface
2828
BackgateelektrodeBack gate electrode
3030
Gatedielektrikum für Backgateelektrodegate dielectric for backgate electrode
3232
ZellenfeldbereichCell array region
3434
Auswerte- und Ansteuerelektronikbereichevaluation and control electronics area
3636
Trenchisolationtrench isolation
38 38
Brückenelementbridge element
4040
Verstärkungstransistoramplifying transistor
4242
Verjüngungselementrejuvenation element
4444
BodykontaktBody Contact

Claims (15)

Sensorvorrichtung zur Detektion elektrischer Signale zumindest einer biologischen Zelle (24) umfassend – ein sich entlang einer Substratflächenebene erstreckendes flächiges Halbleitersubstrat (SUB) mit einer Anlagefläche (26), an welche die biologische Zelle (24) anlegbar ist; – zumindest einen auf dem Halbleitersubstrat (SUB) ausgebildeten Feldeffekttransistor, welcher einen Source-, einen Drain- und einen dazwischen angeordneten Kanalbereich (SOURCE, DRAIN, KANAL) aufweist; – zumindest ein an den Kanalbereich (KANAL) angrenzendes Kopplungselement mit einer Sensorfläche (16), wobei eine Normalenrichtung der Sensorfläche (16) zumindest bereichsweise gegenüber einer Normalenrichtung der Substratflächenebene geneigt ist, so daß die Sensorfläche (16) von der Anlagefläche (26) vorspringt; wobei das Kopplungselement derart ausgelegt ist, daß die elektrischen Signale der an die Sensorfläche (16) angrenzenden biologischen Zelle (24) über eine kapazitive Kopplung die elektrische Leitfähigkeit des Kanalbereichs (KANAL) beeinflussen.Sensor device for the detection of electrical signals of at least one biological cell ( 24 ) comprising - a flat semiconductor substrate (SUB) extending along a plane of the substrate surface with a contact surface ( 26 ) to which the biological cell ( 24 ) can be created; - At least one field effect transistor formed on the semiconductor substrate (SUB), which has a source, a drain and an intermediate channel region (SOURCE, DRAIN, KANAL); - at least one coupling element adjacent to the channel area (CHANNEL) with a sensor surface ( 16 ), with a normal direction of the sensor surface ( 16 ) is inclined at least in some areas with respect to a normal direction of the substrate surface plane, so that the sensor surface ( 16 ) from the contact surface ( 26 ) protrudes; the coupling element being designed such that the electrical signals to the sensor surface ( 16 ) adjacent biological cell ( 24 ) influence the electrical conductivity of the channel area (CHANNEL) via a capacitive coupling. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kopplungselement aus zumindest einer dielektrischen Schicht besteht.Sensor device according to claim 1, wherein the coupling element consists of at least one dielectric layer. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Kopplungselement eine Schichtdicke im Bereich von 1 nm bis 100 nm aufweist.Sensor device according to claim 2, wherein the coupling element has a layer thickness in the range from 1 nm to 100 nm. Sensorvorrichtung nach einem der vorangegangenen, wobei die Anlagefläche (26) im wesentlichen parallel zu der Substratflächenebene ist.Sensor device according to one of the preceding, wherein the contact surface ( 26 ) is substantially parallel to the plane of the substrate surface. Sensorvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Normalenrichtung der Sensorfläche (16) gegenüber der Normalenrichtung der Substratflächenebene um einen Winkel im Bereich von 30 bis 130 Grad, vorzugsweise etwa 90 Grad, geneigt ist.Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the normal direction of the sensor surface ( 16 ) is inclined relative to the normal direction of the substrate surface plane by an angle in the range from 30 to 130 degrees, preferably about 90 degrees. Sensorvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung eine Vielzahl der Feldeffekttransistoren mit jeweils einem der Kopplungselemente aufweist und die Kopplungselemente derart angeordnet sind, daß die Sensorflächen (16) der Kopplungselemente zumindest teilweise einen Zellenraum (18) in Richtungen parallel zu der Substratflächenebene begrenzen.Sensor device according to one of the preceding claims, wherein the sensor device has a plurality of field-effect transistors, each with one of the coupling elements, and the coupling elements are arranged in such a way that the sensor surfaces ( 16 ) of the coupling elements at least partially a cell space ( 18 ) in directions parallel to the substrate surface plane. Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei sich die Normalenrichtungen der Sensorflächen (16) nahezu in einem zentralen Bereich des Zellenraums (18) schneiden.Sensor device according to claim 6, wherein the normal directions of the sensor surfaces ( 16 ) almost in a central area of the cell room ( 18 ) to cut. Sensorvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Halbleitersubstrat ein SOI-Substrat und der Feldeffekttransistor ein FINFET ist.Sensor device according to one of the preceding Expectations, wherein the semiconductor substrate is an SOI substrate and the field effect transistor is a FINFET. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, wobei sich der Sourceund der Drainbereich (SOURCE, DRAIN) des FINFETs in einer Richtung parallel zu der Normalenrichtung der Sensorfläche (16) von der Sensorfläche (16) weg erstrecken.Sensor device according to claim 8, wherein the source and the drain region (SOURCE, DRAIN) of the FINFET in a direction parallel to the normal direction of the sensor surface ( 16 ) from the sensor surface ( 16 ) stretch away. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Kanalbereich (KANAL) zwei gegenüberliegende Grenzflächen aufweist und an einer der Grenzflächen das Kopplungselement und an der anderen der Grenzflächen eine Backgateelektrode (28) angeordnet ist.Sensor device according to one of claims 8 or 9, wherein the channel region (CHANNEL) has two opposite interfaces and on one of the interfaces the coupling element and on the other of the interfaces a back gate electrode ( 28 ) is arranged. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Feldeffekttransistor ein vertikaler Transistor ist, bei welchem der Source-, der Kanal- und der Drainbereich (SOURCE, KANAL, DRAIN) in Halbleiterschichten (10, 12, 14) ausgebildet sind, welche in Normalenrichtung der Substratflächenebene aneinander angrenzen.Sensor device according to one of claims 1 to 7, wherein the field effect transistor is a vertical transistor, in which the source, the channel and the drain region (SOURCE, KANAL, DRAIN) in semiconductor layers ( 10 . 12 . 14 ) are formed which adjoin one another in the normal direction of the substrate surface plane. Sensorvorrichtung nach Anspruch 11 mit Anspruch 6 oder 7, wobei alle der Sourcebereiche (SOURCE) der Feldeffekttransistoren in derselben Halbleiterschicht (10) als gemeinsamer Sourcebereich ausgebildet sind.Sensor device according to claim 11 with claim 6 or 7, wherein all of the source regions (SOURCE) of the field effect transistors in the same semiconductor layer ( 10 ) are designed as a common source area. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei an dem Kanalbereich (KANAL) des FINFETs ein ohmscher Bodykontakt (44) ausgebildet ist.Sensor device according to one of the claims che 11 or 12, whereby at the channel area (CHANNEL) of the FINFET an ohmic body contact ( 44 ) is trained. Sensorvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei auf dem Halbleitersubstrat (SUB) eine zusätzliche Auswerteelektronik (34) für das zu detektierende elektrische Signal ausgebildet ist.Sensor device according to one of the preceding claims, wherein on the semiconductor substrate (SUB) additional evaluation electronics ( 34 ) is designed for the electrical signal to be detected. Verfahren zur Detektion elektrischer Signale zumindest einer biologischen Zelle (24) umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Sensorvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche; – Suspendieren der biologischen Zellen (24) in einer Lösung; – Aufbringen der Lösung auf die Sensorvorrichtung, so daß eine der biologischen Zellen (24) an die Anlagefläche (26) und die Sensorfläche (16) angrenzt; und – Detektieren der elektrischen Signale der Zelle (24) über deren Einfluß auf die elektrische Leitfähigkeit des Kanalbereichs (KANAL) durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Kanalbereichs (KANAL).Method for the detection of electrical signals of at least one biological cell ( 24 ) comprising the steps: - providing a sensor device according to one of the preceding claims; - suspending the biological cells ( 24 ) in a solution; - Applying the solution to the sensor device so that one of the biological cells ( 24 ) to the contact surface ( 26 ) and the sensor surface ( 16 ) adjoins; and - detecting the electrical signals of the cell ( 24 ) about their influence on the electrical conductivity of the channel area (KANAL) by measuring the electrical conductivity of the channel area (KANAL).
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005010032A1 (en) * 2005-03-04 2006-09-07 Siemens Ag Gas-sensitive field-effect transistor, operating method and use
WO2007052079A1 (en) * 2005-11-03 2007-05-10 Immunoclin Limited Particle detector
EP1898211A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-12 Université Catholique de Louvain Insulated substrate impedance transducer
US8052931B2 (en) 2010-01-04 2011-11-08 International Business Machines Corporation Ultra low-power CMOS based bio-sensor circuit
US8940548B2 (en) 2009-08-06 2015-01-27 International Business Machines Corporation Sensor for biomolecules
US9068935B2 (en) 2010-04-08 2015-06-30 International Business Machines Corporation Dual FET sensor for sensing biomolecules and charged ions in an electrolyte
EP3502682A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-26 IMEC vzw A method for manufacturing a fluid sensor device and a fluid sensor device
US20190391127A1 (en) * 2018-06-25 2019-12-26 Imec Vzw A device for analysis of cells and a method for manufacturing of a device
WO2021083885A1 (en) * 2019-10-28 2021-05-06 ChanPharm GmbH Electrophysiological measuring apparatus and measurement method for detecting at least one electrical measured value of a biological cell sample

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19512117A1 (en) * 1995-04-04 1996-10-10 Itt Ind Gmbh Deutsche Measuring device
US6051422A (en) * 1997-05-30 2000-04-18 Board Of Trustees, Leland Stanford, Jr., University Hybrid biosensors
WO2001070002A2 (en) * 2000-03-22 2001-09-27 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Signal recording of a receptor-effector-system by an extracellular planar potential-sensitive electrode
US6475869B1 (en) * 2001-02-26 2002-11-05 Advanced Micro Devices, Inc. Method of forming a double gate transistor having an epitaxial silicon/germanium channel region

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19512117A1 (en) * 1995-04-04 1996-10-10 Itt Ind Gmbh Deutsche Measuring device
US6051422A (en) * 1997-05-30 2000-04-18 Board Of Trustees, Leland Stanford, Jr., University Hybrid biosensors
WO2001070002A2 (en) * 2000-03-22 2001-09-27 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Signal recording of a receptor-effector-system by an extracellular planar potential-sensitive electrode
US6475869B1 (en) * 2001-02-26 2002-11-05 Advanced Micro Devices, Inc. Method of forming a double gate transistor having an epitaxial silicon/germanium channel region

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. Zeck, P. Frommherz: "Noninvasive neurorelec- tronic interfacing with synaptically connected snail neurons immobilized on a semiconductor chip" , Proceedings of the national Academy of Science, vol. 98, no. 18, Seite 10457 bis 10462,(2001)
G. Zeck, P. Frommherz: "Noninvasive neurorelec- tronic interfacing with synaptically connected snail neurons immobilized on a semiconductor chip", Proceedings of the national Academy of Science, vol. 98, no. 18, Seite 10457 bis 10462,(2001) *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005010032A1 (en) * 2005-03-04 2006-09-07 Siemens Ag Gas-sensitive field-effect transistor, operating method and use
WO2007052079A1 (en) * 2005-11-03 2007-05-10 Immunoclin Limited Particle detector
US8635920B2 (en) 2005-11-03 2014-01-28 Immunoclin Limited Particle detector
EP1898211A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-12 Université Catholique de Louvain Insulated substrate impedance transducer
WO2008028683A1 (en) * 2006-09-08 2008-03-13 Universite Catholique De Louvain Insulated substrate impedance transducers
US8940548B2 (en) 2009-08-06 2015-01-27 International Business Machines Corporation Sensor for biomolecules
US9029132B2 (en) 2009-08-06 2015-05-12 International Business Machines Corporation Sensor for biomolecules
US8052931B2 (en) 2010-01-04 2011-11-08 International Business Machines Corporation Ultra low-power CMOS based bio-sensor circuit
US8409867B2 (en) 2010-01-04 2013-04-02 International Business Machines Corporation Ultra low-power CMOS based bio-sensor circuit
US9068935B2 (en) 2010-04-08 2015-06-30 International Business Machines Corporation Dual FET sensor for sensing biomolecules and charged ions in an electrolyte
US9417208B2 (en) 2010-04-08 2016-08-16 International Business Machines Corporation Dual FET sensor for sensing biomolecules and charged ions in an electrolyte
EP3502682A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-26 IMEC vzw A method for manufacturing a fluid sensor device and a fluid sensor device
WO2019121931A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Imec Vzw A method for manufacturing a fluid sensor device and a fluid sensor device
US11676851B2 (en) 2017-12-22 2023-06-13 Imec Vzw Method for manufacturing a fluid sensor device and a fluid sensor device
US20190391127A1 (en) * 2018-06-25 2019-12-26 Imec Vzw A device for analysis of cells and a method for manufacturing of a device
US11668697B2 (en) * 2018-06-25 2023-06-06 Imec Vzw Device for analysis of cells and a method for manufacturing of a device
WO2021083885A1 (en) * 2019-10-28 2021-05-06 ChanPharm GmbH Electrophysiological measuring apparatus and measurement method for detecting at least one electrical measured value of a biological cell sample

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