DE4115399C1 - Integrated circuit - having ion-sensitive liq. sensor and reference electrode having gold@ layer - Google Patents

Integrated circuit - having ion-sensitive liq. sensor and reference electrode having gold@ layer

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DE4115399C1 DE19914115399 DE4115399A DE4115399C1 DE 4115399 C1 DE4115399 C1 DE 4115399C1 DE 19914115399 DE19914115399 DE 19914115399 DE 4115399 A DE4115399 A DE 4115399A DE 4115399 C1 DE4115399 C1 DE 4115399C1
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Abstract

Integrated circuit (I) has an ion-sensitive liq. sensor and a reference electrode (II) which has an Au layer bordering on the liq. The improvement is that a) (I) is enclosed in a housing (III); b) (III) has a window within which (II) is positioned; c) (I) is covered with a protective layer (IV); d) (II) has, below its Au layer, a layer of Ni or Ni/Cr which is positioned on layer (IV); e) (II) is positioned on the front side of (I) and is photolithographically structured; f) (II) extends to a contacting area outside the window of (III); and g) (I), with the exceptions of contact surfaces of (II) and of the active sensor surfaces of the liq. sensor, is so covered, at least within the area defined by the window of (III), that a contact of the soln. can be effected only with the Au layer of (II), whereas a contact of the soln. with the Ni or Ni/Cr layer of (II) is prevented. ADVANTAGE - New circuit is simple to produce and easy to handle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schal­ tung mit einem ionenempfindlichen Flüssigkeitssensor und einer Referenzelektrode nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.The present invention relates to an integrated scarf with an ion sensitive liquid sensor and a reference electrode according to the preamble of the patent saying 1.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Herstel­ lungsverfahren für eine integrierte ionenempfindliche Sen­ sorschaltung auf Feldeffekttransistorbasis zum Nachweisen von Ionen in der zu untersuchenden Probenflüssigkeit. Typi­ scherweise werden integrierte ionenempfindliche Sensorschal­ tungen mit ionenempfindlichen Feldeffekttransistoren (ISFET) realisiert, denen zur Signalauswertung eine Auswertungs­ schaltung zugeordnet ist, welche MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) aufweist.In particular, the present invention relates to a manufacture Development process for an integrated ion-sensitive sensor detection circuit based on field effect transistor of ions in the sample liquid to be examined. Typi integrated ion-sensitive sensor scarf with ion-sensitive field effect transistors (ISFET) realized an evaluation for the signal evaluation circuit is assigned which MISFETs (Metal Insulator Semiconductor field effect transistor).

Bei derartigen integrierten ionenempfindliche Sensorschal­ tungen wird die Probenflüssigkeit über eine separate Refe­ renzelektrode auf ein definiertes Potential gesetzt, wodurch die in ihr enthaltenen Ionen, die beispielsweise H⁺-Ionen sein können, an der Sensoroberfläche eine Ladung bilden. Diese bewirkt ebenso wie das Gatepotential bei einem MOS- Transistor innerhalb des ISFET ein elektrisches Feld, wel­ ches den Feldeffekt bewirkt. Bei einem Betrieb des ISFET kann dessen Gate-Source-Spannung gemessen werden, die über eine Eichkennlinie für den jeweils verwendeten ISFET eine Zuordnung der Ionenkonzentration in der Flüssigkeit ermög­ licht, welche beispielsweise im Falle von H⁺-Ionen der pH- Wert ist. Zum Nachweis anderer Ionen können Ionophore oder andere Schichten auf der Oberfläche des ISFET verwendet wer­ den.With such an integrated ion-sensitive sensor scarf The sample liquid is processed via a separate ref renzelektrode set to a defined potential, whereby the ions it contains, for example H⁺ ions can form a charge on the sensor surface. Like the gate potential in a MOS Transistor inside the ISFET an electric field, wel ches the field effect. When the ISFET is operating can be measured its gate-source voltage, which over a calibration curve for the ISFET used Assignment of the ion concentration in the liquid enables light, which in the case of H von ions the pH Is worth. To detect other ions, ionophores or other layers on the surface of the ISFET are used the.

Wird der aktive Gatebereich des ISFET mit einer biologischen oder biochemischen Membran versehen, so kann der ISFET als Biosensor zur Detektion biologischer und/oder biochemischer Stoffe in der Flüssigkeit verwendet werden. Diese Stoffe bringen mit Hilfe von biologisch wirkenden Komponenten, wie beispielsweise Mikroben, oder mit Hilfe von biochemisch wirkenden Komponenten, wie beispielsweise Enzyme, Antikör­ per, Rezeptoren usw., physikalische Effekte hervor, die ihrerseits direkt oder indirekt über weitere Zwischenreak­ tionen innerhalb der Sensoren ein elektrisches Ausgangssig­ nal als Gate-Source-Spannung des ISFET erzeugen.Is the active gate area of the ISFET with a biological or biochemical membrane, so the ISFET can  Biosensor for the detection of biological and / or biochemical Substances used in the liquid. These substances bring with the help of biologically active components, such as for example microbes, or with the help of biochemical acting components, such as enzymes, antibodies per, receptors, etc., physical effects that for their part, directly or indirectly via other intermediate freaks an electrical output signal within the sensors Generate nal as the gate-source voltage of the ISFET.

Die oben geschilderte separate Referenzelektrode hat übli­ cherweise erhebliche Abmessungen, was insbesondere bei Mes­ sungen in geringen Probenvolumina unerwünscht ist. Die in der Referenzelektrode nach dem Stand der Technik enthaltene Referenzflüssigkeit steht in einem direkten Ionenaustausch mit der Meßlösung und muß daher regeneriert werden. Die ty­ pische Lebensdauer der Referenzelektrode bis zu ihrer Rege­ neration beträgt lediglich etwa zwölf Stunden.The separate reference electrode described above has übli significant dimensions, which is particularly the case with mes solutions in small sample volumes is undesirable. In the the reference electrode contained according to the prior art Reference liquid is in a direct ion exchange with the measuring solution and must therefore be regenerated. The ty pical life of the reference electrode until it rains generation is only about twelve hours.

Aus der Fachveröffentlichung J. Kimura, et al., "An Inte­ grated SOS/FET Multi-Biosensor" Sensors and Actuators, 9 (1986), Seiten 373 bis 387 ist bereits eine integrierte Schaltung mit einem ionenempfindlichen Flüssigkeitssensor in Form eines ISFET bekannt, wobei die integrierte Schaltung in SOS-Technologie (Silicon on Sapphire) realisiert ist. Auf der Rückseite des Saphirträgers dieser Struktur ist eine Goldbeschichtung aufgebracht, die mit der Probenflüssigkeit als Referenzelektrode in Verbindung steht. Diese Ausgestal­ tung einer Referenzelektrode ist beschränkt auf die SOS- Technologie, da eine direkt auf das Halbleitersubstrat aufgebrachte Goldelektrode zu einer Golddiffusion in die Halbleiterstruktur führen würde, die die Eigenschaften der integrierten Schaltung in nicht vorhersehbarer Weise ver­ ändern würde.From the professional publication J. Kimura, et al., "An Inte grated SOS / FET multi-biosensor "Sensors and Actuators, 9 (1986), pages 373 to 387 is already an integrated one Circuit with an ion sensitive liquid sensor in Form of an ISFET known, the integrated circuit in SOS technology (Silicon on Sapphire) is realized. On the back of the sapphire carrier of this structure is one Gold plating applied with the sample liquid is connected as a reference electrode. This shape device of a reference electrode is limited to the SOS Technology because one directly on the semiconductor substrate applied gold electrode for gold diffusion into the Semiconductor structure that would result in the properties of the integrated circuit in an unpredictable manner would change.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung mit einem ionenempfindlichen Flüssigkeitssensor und einer Referenz­ elektrode so weiterzubilden, daß bei einfacher Herstellbar­ keit der integrierten Schaltung eine leichte Handhabbarkeit erzielt wird, wobei darüberhinaus die Lebensdauer der Refe­ renzelektrode erhöht werden soll, ohne daß die integrierte Schaltung in SOS-Technologie realisiert werden muß.The invention is based on this prior art the task of an integrated circuit with a ion sensitive liquid sensor and a reference  to further develop the electrode so that it is easier to manufacture Integrated circuit makes it easy to handle is achieved, the life of the Refe reference electrode should be increased without the integrated Circuit in SOS technology must be realized.

Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This task is accomplished by an integrated circuit Claim 1 solved.

Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred developments of the circuit according to the invention are specified in the subclaims.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungs­ gemäßen integrierten Schaltung näher erläutert. Es zeigen:Below are with reference to the accompanying Drawings preferred embodiments of the Invention according to the integrated circuit explained. Show it:

Fig. 1a bis 1e ein Flußdiagramm eines ersten Verfahrens zum Her­ stellen der erfindungsgemäßen Schaltung; FIG. 1a to 1e is a flow chart of a first method for Her make the circuit of the invention;

Fig. 2a bis 10b Schnittdarstellungen beispielshafter CMOS-Schal­ tungen mit integrierter Referenzelektrode gemäß der Erfindung jeweils nach Ausführung einzelner Prozeßabschnitte des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei sich die mit a bezeichneten Figuren auf eine n-Kanal-Schaltung und die mit b bezeichneten Figuren auf eine p-Kanal-Schaltung der CMOS- Schaltung beziehen; FIGS. 2a to 10b-sectional illustrations of exemplary CMOS scarf invention obligations with integrated reference electrode according to respectively after execution of individual process stages of the procedure according to the invention, with the figures labeled A to an n-channel device and the figures indicated by b p a Obtain the channel circuit of the CMOS circuit;

Fig. 11a und 11b Flußdiagramme der Abwandlungen des in Fig. 1 ge­ zeigten ersten Ausführungsbeispiels für ein zwei­ tes und drittes Ausführungsbeispiel; FIG. 11a and 11b flow diagrams of the modifications of GE in Fig 1 showed first embodiment for a two-tes and third embodiments.

Fig. 12a bis 13b Querschnittsdarstellungen eines zweiten und drit­ ten Ausführungsbeispiels der CMOS-Schaltung mit integrierter Referenzelektrode, wobei wiederum die mit a bezeichneten Figuren n-Kanal-Schaltungen und die b bezeichneten Figuren p-Kanal-Schaltungen der CMOS-Schaltung darstellen; und Represent 12A to 13B are cross sectional views of a second and drit th embodiment of the CMOS circuit with an integrated reference electrode, again with a designated Figures n-channel devices and the b figures referred to p-channel devices of the CMOS circuit. and

Fig. 14 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße inte­ grierte Schaltung. Fig. 14 is a plan view of the inte grated circuit according to the invention.

Bei der nachfolgenden Beschreibung eines ersten Ausführungs­ beispieles wird gleichzeitig auf das Flußdiagramm der Fig. 1 und auf die Querschnittsdarstellungen der Halbleiterstruktur der erfindungsgemäßen integrierten CMOS-Schaltung gemäß den Fig. 2a bis 10b Bezug genommen.In the following description of a first embodiment example, reference is made simultaneously to the flow diagram of FIG. 1 and to the cross-sectional representations of the semiconductor structure of the integrated CMOS circuit according to the invention according to FIGS. 2a to 10b.

Das Verfahren bedient sich als Ausgangsmaterial einer Sili­ ziumscheibe mit einem Durchmesser von 100 mm, welche im Floating Zone-Kristallzuchtverfahren mit einer Orientierung (100) erzeugt ist, mit Bor dotiert ist und einen spezifi­ schen Widerstand von 17 bis 33 Ohm cm aufweist.The process uses a Sili as the starting material zium disc with a diameter of 100 mm, which in the Floating zone crystal growing process with one orientation (100) is produced, is doped with boron and has a specifi resistance of 17 to 33 ohm cm.

Die Fig. 2a, 2b zeigen die Bauelementeeinteilung für den MISFET, den ISFET und im Falle der Fig. 2b einen integrier­ ten Lösungskontakt.The Fig. 2a, 2b, the components division for the MISFET, the ISFET and in the case of Fig. 2b show a BUILT-IN solution contact.

Ein erster bis elfter Prozeßschritt wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3a, 3b beschrieben. Zur Definition der Bauelemente wird die LOCOS-Technologie angewendet.A first to eleventh process step is described below with reference to FIGS . 3a, 3b. LOCOS technology is used to define the components.

Bei einem ersten Verfahrensschritt wird eine Prenitridoxi­ dation als Trockenoxidation bei einer Temperatur von 950° durchgeführt. Hierbei wird eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 40 nm erzeugt.In a first process step, a prenitride oxidation is carried out as dry oxidation at a temperature of 950 °. An SiO 2 layer with a thickness of 40 nm is produced.

Bei dem darauffolgenden zweiten Prozeßschritt wird eine 100 nm dicke Si3N4-Schicht 2 auf dem Substrat 1 abgeschieden. In einem dritten Verfahrensschritt erfolgt die Fototechnik einer Feldoxidmaske. Mit dieser werden die aktiven Gebiete definiert. In einem vierten Schritt wird das Nitrid durch Trockenätzen in einem Plasmareaktor entsprechend struktu­ riert. In einem fünften Prozeßschritt wird der Fotolack entfernt. In the subsequent second process step, a 100 nm thick Si 3 N 4 layer 2 is deposited on the substrate 1 . In a third process step, the photo technique of a field oxide mask is carried out. This defines the active areas. In a fourth step, the nitride is structured accordingly by dry etching in a plasma reactor. The photoresist is removed in a fifth process step.

In einem sechsten Prozeßschritt wird eine n-Wannen-Fototech­ nik zur Festlegung einer n-Wanne 3 (Fig. 3b) als sogenannter Bulk für einen p-Kanal-MISFET bzw. einen p-Kanal-ISFET durchgeführt, wobei der Fotolack für die aufeinanderfolgen­ den Ionenimplantationen dient.In a sixth process step, an n-well phototechnology for determining an n-well 3 ( FIG. 3b) is carried out as a so-called bulk for a p-channel MISFET or a p-channel ISFET, the photoresist for the successive serves the ion implantation.

In einem siebten Prozeßschritt erfolgt die n-Wannen-Implan­ tation mit P++-Ionen bei einer Implantationsenergie von 150 keV bei einer Implantationsdosis von 6×1012 cm-2. Bei dem darauffolgenden achten Verfahrensschritt erfolgt die p-Ka­ nal-Stop-Implantation mit As⁺-Ionen bei einer Energie von 100 keV und einer Dosis von 6×1012 cm-2. Nach dem Entfernen des Fotolacks in einem neunten Prozeßschritt und einem naßchemischen Ätzen des Prenitridoxids in einem zehnten Pro­ zeßschritt schließt sich in einem elften Prozeßschritt die Wanneneintreibung der n-Wanne 3 bei 1150°C in einer Stick­ stoffatmosphäre an. Zweckmäßigerweise erfolgt vor der Wan­ neneintreibung eine Standardreinigung und eine anschließende Trockenoxidation bei 950°C.In a seventh process step, the n-well implantation with P ++ ions takes place with an implantation energy of 150 keV and an implantation dose of 6 × 10 12 cm -2 . In the subsequent eighth process step, the p-channel stop implantation with As⁺ ions takes place at an energy of 100 keV and a dose of 6 × 10 12 cm -2 . After the removal of the photoresist in a ninth process step and a wet chemical etching of the prenitride oxide in a tenth process step, in an eleventh process step, the tub collection of the n-tub 3 at 1150 ° C. in a nitrogen atmosphere follows. It is advisable to carry out a standard cleaning and subsequent dry oxidation at 950 ° C before collecting the tub.

Nunmehr wird für die nachfolgende Erläuterung der folgenden Prozeßschritte auf die Fig. 4a, 4b Bezug genommen. In einem zwölften Prozeßschritt erfolgt eine maskenlose Borimplanta­ tion zur Erhöhung der Feldschwellenspannung im Substratbe­ reich als sogenannte n-Kanal-Stop-Implantation. Die Parame­ tereinstellung (B⁺, 16 keV, 3×1013 cm-2) ermöglicht ein Eindringen der Ionen nur in den nitridfreien Gebieten. Bei der anschließenden Feuchtoxidation bei 1000°C wachsen lokal Feldoxidbereiche 4 mit einer Dicke von etwa 650 nm auf.For the following explanation of the following process steps, reference is now made to FIGS. 4a, 4b. In a twelfth process step, a maskless boron implantation takes place to increase the field threshold voltage in the substrate region as a so-called n-channel stop implantation. The parameter setting (B⁺, 16 keV, 3 × 10 13 cm -2 ) allows the ions to penetrate only in the nitride-free areas. In the subsequent wet oxidation at 1000 ° C., field oxide regions 4 grow locally with a thickness of approximately 650 nm.

In einem vierzehnten Verfahrensschritt erfolgt ein Naßätzen, um das von der Feuchtoxidation verbliebene Restnitrid zu entfernen.In a fourteenth process step, wet etching takes place, around the residual nitride left over from the wet oxidation remove.

Bei einem fünfzehnten Prozeßschritt wird das Prenitridoxid zunächst aufoxidiert, wobei das Oxinitrid in Oxid umgewan­ delt wird. Dieses sogenannte "Sacrificial Oxide" wird sodann naß geätzt. In a fifteenth process step, the prenitride oxide initially oxidized, the oxynitride being converted into oxide delt is. This so-called "sacrificial oxide" is then wet etched.  

Wie insbesondere die Detaildarstellung des Gateisolators ge­ mäß 4b zeigt, ist diese in zweischichtiger Bauweise reali­ siert. Das Substrat 1 ist nacheinander mit einer Silizium­ dioxidschicht 5 und einem Siliziumnitrid 5a beschichtet. Das Nitrid als oberste Lage des Gateisolators ist im Gegensatz zum Oxid hydrophob und verhindert eine Absorption von H⁺-Ionen, die das Sensormeßergebnis verfälschen würden, falls sie im Gateisolator eingebaut würden. Da jedoch die Haftfähigkeit von Siliziumnitrid auf Silizium durch mecha­ nische Spannungen eingeschränkt ist, wird die Silizium­ dioxidschicht 5 als Zwischenschicht verwendet. Zudem wird mit ihr die Störstellendichte an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und dem Siliziumdioxid 5 herabge­ setzt.As shown in particular in the detailed illustration of the gate insulator according to FIG. 4b, this is realized in a two-layer construction. The substrate 1 is successively coated with a silicon dioxide layer 5 and a silicon nitride 5 a. In contrast to the oxide, the nitride as the top layer of the gate insulator is hydrophobic and prevents absorption of H⁺ ions, which would falsify the sensor measurement result if they were installed in the gate insulator. However, since the adhesiveness of silicon nitride to silicon is restricted by mechanical stresses, the silicon dioxide layer 5 is used as an intermediate layer. In addition, the impurity density at the interface between the silicon substrate 1 and the silicon dioxide 5 is reduced.

In einem sechzehnten Prozeßschritt erfolgt neben einer Stan­ dardreinigung und einem HF-Dip eine Trockenoxidation bei 950°C zum Erzeugen einer Gateoxiddicke von 30 nm.In a sixteenth process step, there is a Stan dry cleaning and an HF dip 950 ° C to generate a gate oxide thickness of 30 nm.

Hierauf folgt der siebzehnte Prozeßschritt in Form einer maskenlosen Kanalimplantation (Enhancement-Implantation) von Bor mit einer Energie von 20 keV. Mit der Splittung der Ionendosis (0; 2,5×1011 cm-2; 5,0×1011 cm-2; 7,5× 1011 cm-2) kann die Einsatzspannung der Transistoren eingestellt sowie deren Klassifizierung als Anreicherungstyp oder Ver­ armungstyp festgelegt werden.This is followed by the seventeenth process step in the form of a maskless channel implantation (enhancement implantation) of boron with an energy of 20 keV. By splitting the ion dose (0; 2.5 × 10 11 cm -2 ; 5.0 × 10 11 cm -2 ; 7.5 × 10 11 cm -2 ) the threshold voltage of the transistors can be set and their classification as enrichment type or Depletion type.

In einem achtzehnten Prozeßschritt wird eine Nitridabschei­ dung in einem LPCVD-Reaktor zur Erzeugung einer Nitrid­ schichtdicke von 70 nm vorgenommen. Diesem Schritt wird eine Standardreinigung vorgeschaltet.In an eighteenth process step, a nitride separator in an LPCVD reactor to produce a nitride layer thickness of 70 nm. This step will be a Standard cleaning upstream.

Nach Ausführung dieses Prozeßschrittes ergibt sich das Bau­ elementbild nach den Fig. 4a, 4b.After executing this process step, the construction element picture results according to FIGS. 4a, 4b.

In einem neunzehnten Verfahrensschritt erfolgt die Foto­ technik einer Polykontaktmaske zur Definition der Bereiche der vergrabenen Kontakte. Hierzu wird das Gatenitrid 5a an den mit den Bezugszeichen 6 bezeichneten Stellen in einem zwanzigsten Prozeßschritt in einem Plasmaätzverfahren trockengeätzt.In a nineteenth process step, the photo technique of a poly contact mask is used to define the areas of the buried contacts. For this purpose, the gate nitride 5 a is dry-etched in a plasma etching process in a twentieth process step at the locations identified by reference number 6 .

Bei dem darauffolgenden Prozeßschritt wird der Fotolack ent­ fernt. Nach dem Entfernen des Fotolacks dient das verblie­ bene Nitrid als Maske zum Naßätzen des Gateoxids in einem zweiundzwanzigsten Prozeßschritt, wodurch die Kontaktgebiete freigelegt werden.In the subsequent process step, the photoresist is removed distant. After removing the photoresist, this remains bene nitride as a mask for wet etching of the gate oxide in one twenty-second process step, creating the contact areas be exposed.

In einem dreiundzwanzigsten Prozeßschritt findet nach einer Standardreinigung und einem HF-Dip eine Polysiliziumabschei­ dung in einem LPCVD-Reaktor zur Erzeugung einer resultieren­ den Gesamtdicke von 500 nm statt.In a twenty-third process step, after a Standard cleaning and an HF dip a polysilicon separator in an LPCVD reactor to produce a result the total thickness of 500 nm instead.

In einem vierundzwanzigsten Prozeßschritt findet die Dotie­ rung der Polysiliziumschicht 7 in einem Belegungs- und Diffusionsprozeß innerhalb eines POCl3-Ofens bei 950°C mit Phosphor statt. Hierbei stellt sich ein Schichtwiderstand der Polysiliziumschicht 7 von 17 bis 31 Ohm/sq ein. Gleich­ zeitig diffundiert der Phosphor an den Kontaktgebieten 6 in das darunter befindliche, einkristalline p-Silizium 1, wo­ durch ein hochdotiertes n⁺-Gebiet 8 entsteht, das mit dem Polysilizium 7 einen Ohmschen Kontakt bildet und somit den Stromtransport von der durch die Polysiliziumschicht 7 ge­ bildeten Leiterbahn zu dem Source- bzw. Drainbereich ermög­ licht. Anschließend findet ein Entfernen des Phosphorsili­ katglases durch Ätzen statt. Die sich ergebende Struktur ist in den Fig. 5a, 5b dargestellt.In a twenty-fourth process step, the doping of the polysilicon layer 7 takes place in a coating and diffusion process within a POCl 3 furnace at 950 ° C. with phosphorus. This results in a sheet resistance of the polysilicon layer 7 of 17 to 31 ohms / sq. At the same time, the phosphorus diffuses at the contact areas 6 into the monocrystalline p-silicon 1 underneath, where a highly doped n⁺ region 8 is formed, which forms an ohmic contact with the polysilicon 7 and thus the current transport from through the polysilicon layer 7 ge formed conductor path to the source or drain area enables light. The phosphor silicate glass is then removed by etching. The resulting structure is shown in FIGS. 5a, 5b.

Bei der Beschreibung der nun folgenden Prozeßschritte wird auf die Fig. 6a, 6b Bezug genommen. In einem fünfundzwanzig­ sten Prozeßschritt findet eine fototechnische Definition einer Polysiliziummaske statt. Im nächsten Prozeßschritt wird die Polysiliziumschicht 7 naßchemisch strukturiert, woraufhin in einem siebenundzwanzigsten Prozeßschritt der Fotolack entfernt wird. In the description of the following process steps, reference is made to FIGS. 6a, 6b. In a twenty-fifth process step, a photo-technical definition of a polysilicon mask takes place. In the next process step, the polysilicon layer 7 is structured wet-chemically, whereupon the photoresist is removed in a twenty-seventh process step.

Wie nachfolgend erläutert werden wird, dient die struktu­ rierte Polysiliziumschicht 7 als Maske fur die noch zu er­ läuternde Implantation der Source-Gebiete und Drain-Gebiete der Transistoren und Sensoren in n-Kanal- und p-Kanal-Aus­ führung in der selbstjustierenden Silicon-Gate-Technologie, die auch als Polysiliziumtechnologie bezeichnet wird.As will be explained below, the structured polysilicon layer 7 serves as a mask for the implantation of the source regions and drain regions of the transistors and sensors in the n-channel and p-channel version in the self-adjusting silicone version, which will be explained later. Gate technology, also known as polysilicon technology.

Nach einem HF-Dip zur Oberflächenreinigung und einer Stan­ dardreinigung findet in einem achtundzwanzigsten Prozeß­ schritt eine Temperung bzw. ein Ausheizschritt bei 850°C statt. Nach einer weiteren Standardreinigung wird in einem neunundzwanzigsten Prozeßschritt innerhalb eines LPCVD-Reak­ tors eine TEOS-Abscheidung (Si(OC2H5)4) zur Erzeugung einer 50 nm dicken SiO2-Schicht statt. Ein dreißigster fototech­ nischer Prozeßschritt dient zur fototechnischen Definition der Maske für die folgende Implantation der Source-/Drain- Gebiete der n-Kanal-Transistoren bzw. -Sensoren. Mit der als SN-Maske bezeichneten Maske werden die Gebiete der p-Kanal- Transistoren abgedeckt, woraufhin nach dem Naßätzen der TEOS-Schicht in einem einunddreißigsten Verfahrensschritt die Source-/Drain-Inseln der n-Kanal-Transistoren und -Sen­ soren implantiert werden. Die P⁺-Implantation findet mit einer Energie von 110 keV bei einer Dosis von 5×1015 cm-2 in einem zweiunddreißigsten Prozeßschritt statt.After an HF dip for surface cleaning and a standard cleaning, an annealing or baking step at 850 ° C takes place in a twenty-eighth process step. After a further standard cleaning, a TEOS deposition (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) takes place in a twenty-ninth process step within an LPCVD reactor to produce a 50 nm thick SiO 2 layer. A thirtieth phototechnical process step is used for the phototechnical definition of the mask for the subsequent implantation of the source / drain regions of the n-channel transistors or sensors. With the mask referred to as the SN mask, the areas of the p-channel transistors are covered, whereupon after the wet etching of the TEOS layer in a thirty-first method step, the source / drain islands of the n-channel transistors and sensors are implanted . The P⁺ implantation takes place with an energy of 110 keV at a dose of 5 × 10 15 cm -2 in a thirty-second process step.

Nach der Fotolackentfernung in einem dreiunddreißigsten Pro­ zeßschritt und der TEOS-Entfernung in einem vierunddreißig­ sten Prozeßschritt werden die implantierten Phosphorgebiete in einem fünfunddreißigsten REOX-Prozeßschritt nach einer Standardreinigung durch Trockenoxidation bei 975°C einge­ trieben und aktiviert, wobei gleichzeitig ein 120 nm dickes Oxid 9 auf den polykristallinen Flächen 7, nicht jedoch auf dem Gatenitrid 5a aufwächst.After the photoresist removal in a thirty-third process step and the TEOS removal in a thirty-fourth process step, the implanted phosphor regions are driven in and activated in a thirty-fifth REOX process step after standard cleaning by dry oxidation at 975 ° C., with a 120 nm thick oxide 9 grows on the polycrystalline surfaces 7 , but not on the gate nitride 5 a.

Diese thermische Oxidschicht bzw. SiO2-Schicht 9 schützt die Gateelektroden vor dem Eindringen von Boratomen in das Poly­ silizium bei der auf die fototechnische Definition einer so­ genannten SP-Maske folgenden p-Kanal-Source-/Drain-Implanta­ tion mit B⁺-Ionen bei 60 keV und einer Dosis von 3×1015 cm-2. Hierbei dient sie aus Gründen der Symmetrie gleichzei­ tig als "Spacer". Mit der sogenannten Spacer-Technik wird durch Oxidation der Polysilizium-Gatekanten eine bei Borato­ men im Vergleich zu Phosphoratomen stärker ausgeprägte Un­ terdiffusion und damit eine Kanallängenverkürzung während des Ausheilvorganges vermindert. Die sich ergebende Struktur ist in den Fig. 6a, 6b dargestellt.This thermal oxide layer or SiO 2 layer 9 protects the gate electrodes against the penetration of boron atoms into the polysilicon in the p-channel source / drain implantation with B⁺- following the photo-technical definition of a so-called SP mask. Ions at 60 keV and a dose of 3 × 10 15 cm -2 . Here it serves for reasons of symmetry simultaneously as a "spacer". With the so-called spacer technique, oxidation of the polysilicon gate edges reduces the amount of underdiffusion in Borato men compared to phosphorus atoms, thereby reducing the length of the channels during the healing process. The resulting structure is shown in Figures 6a, 6b.

Mit den bisher beschriebenen Prozeßschritten ist die Ent­ wicklung der Bauelemente unterhalb der Siliziumoberfläche abgeschlossen. Wie in den Fig. 6a, 6b zu sehen ist, sind die MISFETs und ISFETs bis zu dem jetzt beschriebenen Prozeß­ schritt identisch ausgeführt.With the process steps described so far, the development of the components below the silicon surface is completed. As can be seen in FIGS . 6a, 6b, the MISFETs and ISFETs are identical until the process described now.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7a, 7b die Strukturierung des Halbleiteroberbaus erläutert.The structuring of the semiconductor superstructure is explained below with reference to FIGS. 7a, 7b.

Nach dem Fotolackentfernen in einem achtunddreißigsten Pro­ zeßschritt findet in einem neununddreißigsten Prozeßschritt die fototechnische Definition einer Maske für die aktiven Sensorbereiche statt. Diese Maske dient der Festlegung der aktiven Sensor-FET-Gebiete, bei denen der Gate-Isolator oberhalb des Kanalbereichs mit der Probenflüssigkeit in Kontakt kommt und den Feldeffekt bewirkt. Hierzu wird in einem vierzigsten Prozeßschritt die Oxidschicht naßchemisch geätzt und in einem einundvierzigsten Prozeßschritt die Po­ lysiliziumschicht 7 naßchemisch geätzt und der Gate-Isolator an dem mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten aktiven Sensor­ bereich freigelegt.After removing the photoresist in a thirty-eighth process step, the phototechnical definition of a mask for the active sensor areas takes place in a thirty-ninth process step. This mask is used to define the active sensor FET areas, in which the gate insulator comes into contact with the sample liquid above the channel area and causes the field effect. For this purpose, the oxide layer is wet-chemically etched in a forty-th process step and the polysilicon layer 7 is wet-chemically etched in a forty-first process step, and the gate insulator is uncovered at the active sensor region designated by reference number 10 .

In einem dreiundvierzigsten Prozeßschritt wird nach einem durch Ätzen bewirkten Entfernen von Phosphorsilikatglas eine Standardreinigung durchgeführt, woraufhin in einem LPCVD- Reaktor eine TEOS-Abscheidung zur Erzeugung einer Schicht von 100 nm Dicke durchgeführt wird. Diese TEOS-Schicht 11 dient zum Schutz des Gate-Isolators im aktiven Sensorbereich 10 beispielsweise vor Polymerisationsreaktionen mit Foto­ lacken und als Ätzstoppschicht und verbleibt dort bis zum Prozeßende. Als Vorbereitung für ein zu Reinigungszwecken der Halbleiterstruktur angewandtes Getterverfahren, das den fünfundvierzigsten Prozeßschritt bildet, wird bei einem vierundvierzigsten Prozeßschritt ein rückseitiges Ätzen der Halbleiterstruktur ausgeführt. Dazu wird die Scheibenvorder­ seite mit Fotolack abgedeckt, bevor auf der Rückseite nach­ einander die TEOS-Schicht, die Gatenitrid-Schicht und die Gateoxid-Schicht geätzt werden. Anschließend wird der Foto­ lack entfernt.In a forty-third process step, after removal of phosphorus silicate glass by etching, a standard cleaning is carried out, whereupon a TEOS deposition is carried out in an LPCVD reactor to produce a layer having a thickness of 100 nm. This TEOS layer 11 serves to protect the gate insulator in the active sensor region 10, for example against polymerisation reactions with photo lacquers and as an etching stop layer, and remains there until the end of the process. In preparation for a getter method used for cleaning the semiconductor structure, which forms the forty-fifth process step, a back-etching of the semiconductor structure is carried out in a forty-fourth process step. For this purpose, the front of the pane is covered with photoresist before the TEOS layer, the gate nitride layer and the gate oxide layer are successively etched on the back. Then the photo varnish is removed.

Das Gettern erfolgt nach einer Standardreinigung in einem POCl3-Dotierofen bei 900°C, womit der letzte Hochtemperatur­ schritt vor der noch zu erläuternden Passivierung ausgeführt ist. Abschließend wird ein Phosphorsilikatglasätzen durchge­ führt, woraufhin der Flächenwiderstand 18 bis 20 Ohm/sq be­ tragen soll.Gettering is carried out after standard cleaning in a POCl 3 doping furnace at 900 ° C, which means that the last high-temperature step has been carried out before the passivation to be explained. Finally, a phosphor silicate glass etching is carried out, whereupon the surface resistance should be 18 to 20 ohms / sq.

In einem sechsundvierzigsten und siebenundvierzigsten Prozeßschritt wird nach einer Standardreinigung der Struktur eine Nitrid-Abscheidung in einem LPCVD-Reaktor vorgenommen. Die sich ergebende Si3N4- Schicht 12 hat eine Dicke von 100 nm. Diese als Hochtemperaturpassivierung eingesetzte Nitrid­ schicht bedeckt somit die Polysiliziumleiterbahnen und be­ deutet einen Flüssigkeitsschutz.In a forty-sixth and forty-seventh process step, after standard cleaning of the structure, nitride deposition is carried out in an LPCVD reactor. The resulting Si 3 N 4 layer 12 has a thickness of 100 nm. This nitride layer, which is used as a high-temperature passivation, thus covers the polysilicon conductor tracks and means a liquid protection.

Eine anstelle der LPCVD-Nitrid-Passivierungsschicht bei an­ deren CMOS-Prozessen übliche Abdeckung mit PECVD-Nitrid (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) weist aufgrund seiner nicht-stöchiometrischen Bindungsverhältnisse sowie einer geringeren Dichte eine größere Anzahl von Defektstel­ len als LPCVD-Nitrid auf und würde als Flüssigkeitsschutz versagen.One instead of the LPCVD nitride passivation layer at an their CMOS processes usual coverage with PECVD nitride (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) indicates its non-stoichiometric bond relationships as well a lower density, a larger number of defects len as LPCVD nitride and would as a liquid protection to fail.

Unter erneuter Verwendung einer fototechnisch definierten Maske für den aktiven Sensorbereich, die im achtundvierzig­ sten Verfahrensschritt gebildet wird, findet ein Trocken­ ätzen des aktiven Sensorbereichs mittels eines Plasmaätzers im neunundvierzigsten Verfahrensschritt statt. Hierbei dient die TEOS-Schicht 11 als Ätzstopp. Die Fig. 7a, 7b zeigen die sich ergebenden Strukturen nach Entfernen des Fotolacks in einem fünfzigsten Verfahrensschritt.Using a phototechnically defined mask for the active sensor area, which is formed in the forty-eighth method step, the active sensor area is dry-etched using a plasma etcher in the forty-ninth method step. Here, the TEOS layer 11 serves as an etch stop. FIGS. 7a, 7b show the resultant structure after removing the photoresist in a fiftieth process step.

Zur Realisierung von Kontaktlöchern sowohl zu den Polysili­ ziumbahnen als auch zu den Diffusionsbahnen dient eine Me­ tallkontaktmaske, die in einem einundfünfzigsten und einem zweiundfünfzigsten Prozeßschritt fototechnisch definiert wird.To realize contact holes both to the polysili Zium tracks as well as the diffusion tracks are used for a measurement tall contact mask that in a fifty-first and a Fifty-second process step defined photo-technically becomes.

In einem dreiundfünfzigsten, vierundfünfzigsten, fünfund­ fünfzigsten und sechsundfünfzigsten Verfahrensschritt findet abwechselnd ein Nitridtrockenätzen und ein Oxidtrockenätzen statt, wobei die Passivierungsnitridschicht, die Oxid­ schicht, die Gatenitridschicht und das Gateoxid trocken und damit anisotrop geätzt werden. Die sich ergebenden Kontakt­ löcher 13 sind in den Fig. 8a, 8b dargestellt.In a fifty-third, fifty-fourth, fifty-fifth and fifty-sixth process step, a nitride dry etching and an oxide dry etching take place alternately, the passivation nitride layer, the oxide layer, the gate nitride layer and the gate oxide being dry and thus anisotropically etched. The resulting contact holes 13 are shown in Figs. 8a, 8b.

Nach dem Lackentfernen in einem siebenundfünfzigsten Ver­ fahrensschritt werden im Rahmen eines achtundfünfzigsten Prozeßschrittes nach Durchführen einer Standardreinigung und eines der Oberflächenreinigung dienenden HF-Dip eine 1 µm dicke Aluminiumschicht 14 mit 1% Siliziumgehalt abgeschie­ den.After removing the paint in a fifty-seventh procedural step, a 1 micron thick aluminum layer 14 with a 1% silicon content is deposited as part of a fifty-eighth process step after performing standard cleaning and an HF dip for surface cleaning.

In dem folgenden Prozeßschritt wird fototechnisch eine Maske zur Definition metallischer Leiterbahnen festgelegt. Die Strukturierung der Metall-Leiterbahnen findet in einem sech­ zigsten Prozeßschritt durch Aluminiumtrockenätzen mittels eines Plasmaätzers statt.In the following process step, a mask becomes phototechnically defined for the definition of metallic conductor tracks. The Structuring of the metal conductor tracks takes place in a six umpteenth process step by dry aluminum etching using a plasma etcher instead.

Nach dem Ablösen des Fotolacks in einem einundsechzigsten Prozeßschritt schließt sich eine Legierung durch Formier­ gastempern in einem zweiundsechzigsten Prozeßschritt an. Zum Schutz vor Korrosion des Aluminiums wird eine 100 nm dicke Oxidschicht 15 in einem Plasmareaktor (PECVD-Reaktor) abge­ schieden. Die sich ergebende Struktur ist in den Fig 8a, 8b gezeigt.After the photoresist has been stripped off in a sixty-first process step, an alloy is joined by forming gas tempering in a sixty-second process step. To protect against corrosion of the aluminum, a 100 nm thick oxide layer 15 is deposited in a plasma reactor (PECVD reactor). The resulting structure is shown in Figures 8 a, 8 b.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 9a, 9b die Erzeu­ gung eines erfindungsgemäßen integrierten Lösungskontaktes beschrieben, der die Probenflüssigkeit auf Massepotential bringen und eine zusätzlich benötigte Referenzelektrode er­ setzen soll. Hierzu wird zunächst eine Haftschicht 16 aus Nickel oder Nickel/Chrom in einer Spatteranlage mit einer Dicke von 100 nm in einem vierundsechzigsten Prozeßschritt abgeschieden, bevor in einem fünfundsechzigsten Prozeß­ schritt ebenfalls durch Sputtern eine Goldschicht von 500 nm Dicke aufgebracht wird.The generation of an integrated solution contact according to the invention is described below with reference to FIGS . 9a, 9b, which brings the sample liquid to ground potential and is intended to set an additionally required reference electrode. For this purpose, an adhesive layer 16 made of nickel or nickel / chromium is first deposited in a spatter system with a thickness of 100 nm in a sixty-fourth process step, before a step in a sixty-fifth process is also applied with a gold layer of 500 nm thickness by sputtering.

In einem sechsundsechzigsten Prozeßschritt wird eine Lo­ sungskontaktmaske fototechnisch definiert. In den folgenden siebenundsechzigsten und achtundsechzigsten Prozeßschritten werden die Goldschicht und die Nickelschicht naßchemisch strukturiert, woraufhin in einem neunundsechzigsten Prozeß­ schritt der Fotolack entfernt wird. Die sich ergebende Struktur ist in den Fig. 9a, 9b gezeigt.In a sixty-sixth process step, a solution contact mask is photo-technically defined. In the following sixty-seventh and sixty-eighth process steps, the gold layer and the nickel layer are patterned wet-chemically, whereupon the photoresist is removed in a sixty-ninth process step. The resulting structure is shown in Figures 9a, 9b.

Da Nickel bzw. Nickel/Chrom im Gegensatz zu Gold nicht gegen aggressive Probenflüssigkeiten resistent ist, müssen die Kanten des Lösungskontaktes abgedeckt werden. Durch diese Abdeckung sollen gleichzeitig die oxidbedeckten Aluminium­ bahnen 14 gehäuseunabhängig geschützt werden. Hierzu wird in einem Prozeßschritt siebzig a eine Maske zur Definition der Flüssigkeitssensorbereiche erzeugt, die zur Strukturierung einer Fotopolymerschicht 18 dient, mit der die gesamte Oberfläche der integrierten Schaltung bedeckt ist.Since nickel or nickel / chrome, unlike gold, is not resistant to aggressive sample liquids, the edges of the solution contact must be covered. With this cover, the oxide-covered aluminum sheets 14 are to be protected independently of the housing. For this purpose, in a process step seventy a, a mask for defining the liquid sensor regions is generated, which is used to structure a photopolymer layer 18 , with which the entire surface of the integrated circuit is covered.

Bei einem siebzigsten Verfahrensschritt, der üblicherweise das Verfahren abschließt, werden mit Hilfe der durch die Fotopolymerschicht 18 gebildeten Maske die Bondpads, der Lösungskontakt 16, 17 und der aktive Sensorbereich 10 ge­ öffnet, aus welchem die während des Halbleiterprozesses be­ nötigte TEOS-Schutzschicht 11 durch Ätzen entfernt wird. Der Fotolack bzw. die Fotopolymerschicht 18 verbleibt jedoch auf der Oberfläche der integrierten Schaltung als zusätzliche Passivierungsschicht. Die sich ergebende fertige Struktur der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung ist in den Fig. 10a, 10b gezeigt.In a seventieth process step, which usually concludes the process, the bond pads, the solution contact 16 , 17 and the active sensor region 10 are opened using the mask formed by the photopolymer layer 18 , from which the TEOS protective layer 11 required during the semiconductor process is passed through Etching is removed. However, the photoresist or the photopolymer layer 18 remains on the surface of the integrated circuit as an additional passivation layer. The resulting finished structure of the integrated circuit according to the invention is shown in FIGS. 10a, 10b.

Der Gateisolator der Transistoren der CMOS-Schaltung ist im Gegensatz zu herkömmlichen MOS-Transistoren, die in Poly­ siliziumtechnolgie erzeugt werden, in Sandwich-Technik aufgebaut. Wie erwähnt, umfaßt der Gateisolator auf dem Siliziumsubstrat 1 eine Doppelschicht bestehend aus 30 nm thermisch oxidiertem SiO2 5 und 70 nm LPCVD- Si3N4 5a.The gate insulator of the transistors of the CMOS circuit is in contrast to conventional MOS transistors, which are produced in poly silicon technology, in sandwich technology. As mentioned, the gate insulator on the silicon substrate 1 comprises a double layer consisting of 30 nm thermally oxidized SiO 2 5 and 70 nm LPCVD-Si 3 N 4 5a.

Nitrid weist gegenüber Flüssigkeiten eine hohe chemische Be­ ständigkeit auf und ist insbesondere durch seine im Gegen­ satz zu thermischem Oxid hydrophobe Eigenschaft resistent gegen H⁺-Ionen und bildet zudem eine Barriere gegen Na⁺-Ionen.Nitride has a high chemical load compared to liquids steadfastness and is in particular due to its counter Set resistant to thermal oxide hydrophobic property against H⁺ ions and also forms a barrier against Na⁺ ions.

Die Sensorbauelemente sind daher durch eine hohe Durchbruch­ festigkeit bei geringem Leckstrom gekennzeichnet. Gleich­ falls weist die Struktur eine geringe Gateisolatordicke auf, wie sie MOS-Transistoren angestrebt wird.The sensor components are therefore of a high breakthrough strength with low leakage current. Soon if the structure has a small gate insulator thickness, as it is aimed at MOS transistors.

Die Eigenschaft des LPCVD-Nitrids wird gleichfalls für die Passivierung ausgenutzt. Entsprechend dem Temperaturprofil des Gesamtprozesses erfolgt aus Gründen der Haftfestigkeit und Oberflächenspannung die Hochtemperaturpassivierung nach der Polysiliziumoxidation und der Getterung sowie vor der Metallisierung mit Aluminium.The property of the LPCVD nitride is also used for the Passivation exploited. According to the temperature profile the entire process is done for reasons of adhesive strength and surface tension after the high temperature passivation of polysilicon oxidation and gettering as well as before Metallization with aluminum.

Die erfindungsgemäße integrierte Schaltung kann mit Ausnahme der aktiven Sensorfläche und der Fläche des Lösungskontaktes in einem Gehäuse verkapselt werden. Dies muß derart gesche­ hen, daß sämtliche Aluminiumbahnen von dem Gehäuse umschlos­ sen werden und nicht der Flüssigkeit ausgesetzt werden kön­ nen. Hingegen können Diffusionsbahnen und Polysiliziumbahnen zu den Drain- und Source-Gebieten bis unmittelbar an den ak­ tiven Bereich 10 herangeführt werden, da sie durch die Hoch­ temperaturpassivierung mit LPCVD-Nitrid 12 bzw. LPCVD- Nitridschicht des Gateisolators den nötigen Schutz erhalten.With the exception of the active sensor area and the area of the solution contact, the integrated circuit according to the invention can be encapsulated in a housing. This must be done in such a way that all aluminum sheets are enclosed by the housing and cannot be exposed to the liquid. In contrast, diffusion paths and polysilicon paths to the drain and source regions can be brought up directly to the active region 10 , since they receive the necessary protection through the high temperature passivation with LPCVD nitride 12 or LPCVD nitride layer of the gate insulator.

Das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens gemäß Fig. 11 unterscheidet sich dahingehend von dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel, daß die Kon­ taktierung der n-Kanal-FETs durch Diffusionsbahnen und nicht durch Polysiliziumbahnen erfolgt. Dementsprechend können der neunzehnte bis zweiundzwanzigste Prozeßschritt entfallen.The second embodiment of the present invention Ver procedure in accordance with Fig. 11 then differs from the previously described embodiment in that the Kon clocking of the n-channel FETs by diffusion paths and not by polysilicon lines. Accordingly, the nineteenth to twenty-second process steps can be omitted.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, welche eine Ausschnittsdarstel­ lung der erfindungsgemäßen integrierten Schaltung darstellt, liegt die integrierte Schaltung innerhalb eines Gehäuses 33, das ein Fenster 34 aufweist, innerhalb dessen einerseits vier aktive Gatebereiche 21, 22, 23, 24 von vier ISFETs und andererseits zwei Referenzelektroden 25, 26 angeordnet sind. Die integrierte Schaltung ist mit Ausnahme der aktiven Gatebereiche 21 bis 24 der ISFETs und von Teilfensterberei­ chen 27, 28 der integrierten Referenzelektroden 25, 26 mit einer Schutzschicht bedeckt, die durch einen Fotopolymerfilm 29 gebildet ist. Die Referenzelektroden 25, 26 stehen also lediglich im Bereich der Fensterausschnitte 27, 28 an ihren Goldschichten mit der Probenflüssigkeit in Verbindung.As shown in FIG. 13, which shows a detail of the integrated circuit according to the invention, the integrated circuit lies within a housing 33 which has a window 34 , within which, on the one hand, four active gate areas 21 , 22 , 23 , 24 of four ISFETs and on the other hand, two reference electrodes 25 , 26 are arranged. With the exception of the active gate areas 21 to 24 of the ISFETs and partial window areas 27 , 28 of the integrated reference electrodes 25 , 26 , the integrated circuit is covered with a protective layer which is formed by a photopolymer film 29 . The reference electrodes 25 , 26 are therefore only connected to the sample liquid at their gold layers in the area of the window cutouts 27 , 28 .

Die Referenzelektroden 25, 26 gehen in einen Leiteranschluß 30 über, der sich zunächst unter der Fotopolymerschicht 29 verlaufend bis zu demjenigen Bereich erstreckt, welcher von dem Gehäuse 33 abgedeckt ist. Der Leiteranschluß erstreckt sich bis zu einem Bondpad 31, welches für einen Bondanschluß mit einem Bonddraht 32 dient.The reference electrodes 25 , 26 merge into a conductor connection 30 , which first extends under the photopolymer layer 29 to the area which is covered by the housing 33 . The conductor connection extends up to a bond pad 31 , which serves for a bond connection with a bond wire 32 .

Claims (6)

1. Integrierte Schaltung mit einem ionenempfindlichen Flüs­ sigkeitssensor und einer Referenzelektrode, welche eine an die Flüssigkeit angrenzende Goldschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die integrierte Schaltung von einem Gehäuse (33) um­ schlossen ist,
daß das Gehäuse (33) ein Fenster (34) aufweist, inner­ halb dessen die Referenzelektrode (25, 26) angeordnet ist,
daß die integrierte Schaltung mit einer Schutzschicht (15) bedeckt ist,
daß die Referenzelektrode (25, 26) unterhalb ihrer Goldschicht eine Schicht aus Nickel oder Nickel/Chrom aufweist, die ihrerseits auf der Schutzschicht (15) angeordnet ist,
daß die Referenzelektrode (25, 26) auf der Vorderseite der integrierten Schaltung angeordnet ist und fo­ tolithographisch strukturiert ist,
daß sich die Referenzelektrode (25, 26) bis zu einem Kontaktierungsbereich (31) außerhalb des Fensters (34) des Gehäuses (33) erstreckt, und
daß die integrierte Schaltung mit Ausnahme von Kontakt­ flächen (27, 28) der Referenzelektrode (25, 26) und der aktiven Sensorflächen (21, 22, 23, 24) des Flüs­ sigkeitssensors zumindest innerhalb des durch das Fenster (34) des Gehäuses (33) definierten Bereiches derart bedeckt ist, daß ein Kontakt der Lösung nur zu der Goldschicht der Referenzelektrode (25, 26) erfolgen kann, jedoch ein Kontakt der Lösung zu der aus Nickel oder Nickel/Chrom bestehenden Schicht der Referenzelek­ trode (25, 26) verhindert wird.
1. Integrated circuit with an ion-sensitive liquid sensor and a reference electrode which has a gold layer adjacent to the liquid, characterized in that
that the integrated circuit is closed by a housing ( 33 ),
that the housing ( 33 ) has a window ( 34 ) within which the reference electrode ( 25 , 26 ) is arranged,
that the integrated circuit is covered with a protective layer ( 15 ),
that the reference electrode ( 25 , 26 ) has a layer of nickel or nickel / chrome below its gold layer, which in turn is arranged on the protective layer ( 15 ),
that the reference electrode ( 25 , 26 ) is arranged on the front of the integrated circuit and is structured photolithographically,
that the reference electrode ( 25 , 26 ) extends to a contacting area ( 31 ) outside the window ( 34 ) of the housing ( 33 ), and
that the integrated circuit with the exception of contact surfaces ( 27 , 28 ) of the reference electrode ( 25 , 26 ) and the active sensor surfaces ( 21 , 22 , 23 , 24 ) of the liquid sensor at least within the window ( 34 ) of the housing ( 33 ) defined area is covered in such a way that contact of the solution can only take place to the gold layer of the reference electrode ( 25 , 26 ), but contact of the solution to the layer of nickel or nickel / chromium of the reference electrode ( 25 , 26 ) prevents it becomes.
2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die aus Nickel oder Nickel/Chrom bestehende Schicht auf einer Oxidschicht (15), die einen Teil der Schutz­ schicht bildet, angeordnet ist.
2. Integrated circuit according to claim 1, characterized in that
that the layer consisting of nickel or nickel / chromium is arranged on an oxide layer ( 15 ) which forms part of the protective layer.
3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die Oxidschicht die oberste Schicht einer Schichten­ folge aus einer Gateisolatornitridschicht, einer Schutz­ schicht für das Gatenitrid, einer Passivierungsschicht aus Nitrid und der Oxidschicht selbst ist.
3. Integrated circuit according to claim 2, characterized in that
that the oxide layer is the uppermost layer of a layer consisting of a gate insulator nitride layer, a protective layer for the gate nitride, a passivation layer made of nitride and the oxide layer itself.
4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die Schichtenfolge auf einem Feldoxidbereich (4) in unmittelbarer Nähe des Flüssigkeitssensors angeordnet ist.
4. Integrated circuit according to claim 3, characterized in that
that the layer sequence is arranged on a field oxide region ( 4 ) in the immediate vicinity of the liquid sensor.
5. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der Goldschicht ungefähr 500 nm und die der Nickel oder Nickel/Chrom-Schicht ungefähr 100 nm be­ trägt.
5. Integrated circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in
that the thickness of the gold layer is approximately 500 nm and that of the nickel or nickel / chromium layer is approximately 100 nm.
6. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der ionenempfindliche Sensor ein ISFET ist.
6. Integrated circuit according to one of claims 1 to 5, characterized in
that the ion sensitive sensor is an ISFET.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10241779A1 (en) * 2002-09-06 2004-03-18 Mettler-Toledo Gmbh Electrochemical sensor
CN114280116A (en) * 2021-12-22 2022-04-05 北京航空航天大学 Sensing chip with on-chip reference electrode based on CMOS (complementary Metal-oxide-semiconductor transistor) process

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sensors and Actualtors, Bd. 9, 1986, S. 373-387 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10241779A1 (en) * 2002-09-06 2004-03-18 Mettler-Toledo Gmbh Electrochemical sensor
US7241369B2 (en) 2002-09-06 2007-07-10 Mettler-Toledo Ag Electrochemical sensor
CN114280116A (en) * 2021-12-22 2022-04-05 北京航空航天大学 Sensing chip with on-chip reference electrode based on CMOS (complementary Metal-oxide-semiconductor transistor) process

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