JP2000187017A - 半導体イオンセンサ - Google Patents
半導体イオンセンサInfo
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- JP2000187017A JP2000187017A JP10363960A JP36396098A JP2000187017A JP 2000187017 A JP2000187017 A JP 2000187017A JP 10363960 A JP10363960 A JP 10363960A JP 36396098 A JP36396098 A JP 36396098A JP 2000187017 A JP2000187017 A JP 2000187017A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高感度で高精度の半導体イオンセンサを提供す
る。 【解決手段】誘電体分離基板３０の一方の半導体島状領
域３２ａに電界効果型トランジスタ４０が形成され、他
方の半導体島状領域３２ｂの主表面上に絶縁膜２５を介
してイオン感応膜６が形成されている。電界効果型トラ
ンジスタ４０は、前記一方の半導体島状領域３２ａの主
表面側のチャネル部４上にゲート絶縁膜１５を介してゲ
ート電極１６が形成されている。ドレイン電極７、ソー
ス電極８、ゲート電極１６上には絶縁膜１９が形成さ
れ、絶縁膜１９上には電界効果型トランジスタ４０を覆
い該電界効果型トランジスタ４０への外光を遮光する遮
光膜２７が形成されている。前記他方の半導体島状領域
３２ｂと電界効果型トランジスタ４０のゲート電極１６
とを接続する配線２６を備えている。
る。 【解決手段】誘電体分離基板３０の一方の半導体島状領
域３２ａに電界効果型トランジスタ４０が形成され、他
方の半導体島状領域３２ｂの主表面上に絶縁膜２５を介
してイオン感応膜６が形成されている。電界効果型トラ
ンジスタ４０は、前記一方の半導体島状領域３２ａの主
表面側のチャネル部４上にゲート絶縁膜１５を介してゲ
ート電極１６が形成されている。ドレイン電極７、ソー
ス電極８、ゲート電極１６上には絶縁膜１９が形成さ
れ、絶縁膜１９上には電界効果型トランジスタ４０を覆
い該電界効果型トランジスタ４０への外光を遮光する遮
光膜２７が形成されている。前記他方の半導体島状領域
３２ｂと電界効果型トランジスタ４０のゲート電極１６
とを接続する配線２６を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体イオンセン
サに関するものである。
サに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、溶液（測定液）中のイオンの
濃度（活量）を電気信号に変換するデバイスとしてＩＳ
ＦＥＴ（Ion Sensitive Field Effect Transisto
r）と呼ばれる半導体イオンセンサが提供されている。
この種の半導体イオンセンサは、図２に示すように、ｐ
形シリコン基板１の主表面側にｎ+層よりなるドレイン
領域２’とｎ+層よりなるソース領域３’とが離間して
形成され、両領域２’，３’間のチャネル部４’上にゲ
ート絶縁膜５を介してイオン感応膜６が形成されてい
る。また、ドレイン領域２’上にはドレイン電極７’が
形成され、ソース領域３’上にはソース電極８’が形成
されており、各電極７’，８’上には保護膜１０が形成
されている。なお、図２中の９は絶縁酸化膜を示す。
濃度（活量）を電気信号に変換するデバイスとしてＩＳ
ＦＥＴ（Ion Sensitive Field Effect Transisto
r）と呼ばれる半導体イオンセンサが提供されている。
この種の半導体イオンセンサは、図２に示すように、ｐ
形シリコン基板１の主表面側にｎ+層よりなるドレイン
領域２’とｎ+層よりなるソース領域３’とが離間して
形成され、両領域２’，３’間のチャネル部４’上にゲ
ート絶縁膜５を介してイオン感応膜６が形成されてい
る。また、ドレイン領域２’上にはドレイン電極７’が
形成され、ソース領域３’上にはソース電極８’が形成
されており、各電極７’，８’上には保護膜１０が形成
されている。なお、図２中の９は絶縁酸化膜を示す。
【０００３】要するに、図２に示す構成のＩＳＦＥＴ
は、電界効果型トランジスタのドレイン・ソース間のチ
ャネル部上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電
極に相当する部分に、イオン感応膜６を形成してあるの
で、イオン濃度の大きさに応じてチャネル部４’の電位
が変わって、チャネル部４’の電気抵抗が変化すること
になり、ドレイン・ソース間の電流が変化する。
は、電界効果型トランジスタのドレイン・ソース間のチ
ャネル部上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電
極に相当する部分に、イオン感応膜６を形成してあるの
で、イオン濃度の大きさに応じてチャネル部４’の電位
が変わって、チャネル部４’の電気抵抗が変化すること
になり、ドレイン・ソース間の電流が変化する。
【０００４】したがって、この種の半導体イオンセンサ
は、ドレイン・ソース間に流れた電流を増幅する増幅回
路や増幅回路の出力信号を信号処理してイオン濃度を演
算する制御回路などと組み合わせて使用される。
は、ドレイン・ソース間に流れた電流を増幅する増幅回
路や増幅回路の出力信号を信号処理してイオン濃度を演
算する制御回路などと組み合わせて使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成の半導体イオンセンサでは、感度を上げたり安定
化を図るためにチャネル部４’の不純物濃度を変更した
りイオン感応膜６の面積や表面形状を変えると、トラン
ジスタ特性も変化してしまい、オン抵抗の増大やしきい
値電圧の大幅な変動が生じ、上述の増幅回路や制御回路
の動作が困難になることがあった。
来構成の半導体イオンセンサでは、感度を上げたり安定
化を図るためにチャネル部４’の不純物濃度を変更した
りイオン感応膜６の面積や表面形状を変えると、トラン
ジスタ特性も変化してしまい、オン抵抗の増大やしきい
値電圧の大幅な変動が生じ、上述の増幅回路や制御回路
の動作が困難になることがあった。
【０００６】また、イオン感応膜６は、溶液（測定液）
と直接接触する必要があるので、該イオン感応膜６上に
光の影響を避けるための遮光材を設けることができず、
外光の影響でドレイン・ソース間に光による漏れ電流が
流れ、イオン濃度を正確に測定できなかった。
と直接接触する必要があるので、該イオン感応膜６上に
光の影響を避けるための遮光材を設けることができず、
外光の影響でドレイン・ソース間に光による漏れ電流が
流れ、イオン濃度を正確に測定できなかった。
【０００７】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、高感度で高精度の半導体イオンセン
サを提供することにある。
あり、その目的は、高感度で高精度の半導体イオンセン
サを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、誘電体により互いに分離された
２つの半導体島状領域と、一方の半導体島状領域に形成
された電界効果型トランジスタと、他方の半導体島状領
域の主表面上に絶縁膜を介して形成されたイオン感応膜
と、前記他方の半導体島状領域と電界効果型トランジス
タのゲート電極とを接続する配線と、電界効果型トラン
ジスタを覆い該電界効果型トランジスタへの外光を遮光
する遮光膜とを備えることを特徴とするものであり、両
半導体島状領域に形成された素子の特性をそれぞれ独立
して設定することができ且つ前記一方の半導体島状領域
に形成された素子である電界効果型トランジスタへ外光
が入射するのを防止することができるので、高感度およ
び高精度化を図ることができる。
目的を達成するために、誘電体により互いに分離された
２つの半導体島状領域と、一方の半導体島状領域に形成
された電界効果型トランジスタと、他方の半導体島状領
域の主表面上に絶縁膜を介して形成されたイオン感応膜
と、前記他方の半導体島状領域と電界効果型トランジス
タのゲート電極とを接続する配線と、電界効果型トラン
ジスタを覆い該電界効果型トランジスタへの外光を遮光
する遮光膜とを備えることを特徴とするものであり、両
半導体島状領域に形成された素子の特性をそれぞれ独立
して設定することができ且つ前記一方の半導体島状領域
に形成された素子である電界効果型トランジスタへ外光
が入射するのを防止することができるので、高感度およ
び高精度化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本実施形態の半導体イオンセンサ
は、図１に示すように、多結晶シリコンからなる誘電体
部３１により互いに分離された単結晶シリコンからなる
２つの半導体島状領域３２ａ，３２ｂを備えたいわゆる
誘電体分離基板３０に形成されている。本実施形態で
は、一方の半導体島状領域３２ａに電界効果型トランジ
スタ４０が形成され、他方の半導体島状領域３２ｂの主
表面上に絶縁膜２５を介してイオン感応膜６が形成され
ている。
は、図１に示すように、多結晶シリコンからなる誘電体
部３１により互いに分離された単結晶シリコンからなる
２つの半導体島状領域３２ａ，３２ｂを備えたいわゆる
誘電体分離基板３０に形成されている。本実施形態で
は、一方の半導体島状領域３２ａに電界効果型トランジ
スタ４０が形成され、他方の半導体島状領域３２ｂの主
表面上に絶縁膜２５を介してイオン感応膜６が形成され
ている。
【００１０】ここにおいて、電界効果型トランジスタ４
０は、前記一方の半導体島状領域３２ａの主表面側にド
レイン領域２とソース領域３とが離間して形成され、両
領域２，３間のチャネル部４上にシリコン酸化膜よりな
るゲート絶縁膜１５を介してゲート電極１６が形成され
ている。また、ドレイン領域２上にはドレイン電極７が
形成され、ソース領域３上にはソース電極８が形成され
ており、各電極１６，７，８上にはシリコン酸化膜より
なる絶縁膜１９が形成され、絶縁膜１９上には電界効果
型トランジスタ４０を覆い該電界効果型トランジスタ４
０への外光を遮光する遮光膜２７が形成されている。こ
こに、遮光膜２７は、例えばアルミニウムや多結晶シリ
コンなどにより形成すればよい。なお、図２中の９は絶
縁酸化膜を示す。
０は、前記一方の半導体島状領域３２ａの主表面側にド
レイン領域２とソース領域３とが離間して形成され、両
領域２，３間のチャネル部４上にシリコン酸化膜よりな
るゲート絶縁膜１５を介してゲート電極１６が形成され
ている。また、ドレイン領域２上にはドレイン電極７が
形成され、ソース領域３上にはソース電極８が形成され
ており、各電極１６，７，８上にはシリコン酸化膜より
なる絶縁膜１９が形成され、絶縁膜１９上には電界効果
型トランジスタ４０を覆い該電界効果型トランジスタ４
０への外光を遮光する遮光膜２７が形成されている。こ
こに、遮光膜２７は、例えばアルミニウムや多結晶シリ
コンなどにより形成すればよい。なお、図２中の９は絶
縁酸化膜を示す。
【００１１】また、本実施形態の半導体イオンセンサ
は、前記他方の半導体島状領域３２ｂと電界効果型トラ
ンジスタ４０のゲート電極１６とを接続する配線２６を
備えている。ここに、配線２６は、上記絶縁膜１９中に
形成され、ゲート電極１６に一端部が接続された配線２
６の他端部は、前記他方の半導体島状領域３２ｂの主表
面側に形成されたコンタクト用の高濃度不純物領域１２
に接続される。
は、前記他方の半導体島状領域３２ｂと電界効果型トラ
ンジスタ４０のゲート電極１６とを接続する配線２６を
備えている。ここに、配線２６は、上記絶縁膜１９中に
形成され、ゲート電極１６に一端部が接続された配線２
６の他端部は、前記他方の半導体島状領域３２ｂの主表
面側に形成されたコンタクト用の高濃度不純物領域１２
に接続される。
【００１２】要するに、本実施形態の半導体イオンセン
サは、イオン感応膜６を備えたイオン感応部と電界効果
型トランジスタ４０とがそれぞれ電気的に分離された半
導体島状領域３２ａ，３２ｂに形成され、イオン感応部
の一部である半導体島状領域３２ｂの表面部分１４の電
位を配線２６により電界効果型トランジスタ４０のゲー
ト電極１６に伝達することにより、電界効果型トランジ
スタ４０のドレイン電流を変化させる構造になってい
る。
サは、イオン感応膜６を備えたイオン感応部と電界効果
型トランジスタ４０とがそれぞれ電気的に分離された半
導体島状領域３２ａ，３２ｂに形成され、イオン感応部
の一部である半導体島状領域３２ｂの表面部分１４の電
位を配線２６により電界効果型トランジスタ４０のゲー
ト電極１６に伝達することにより、電界効果型トランジ
スタ４０のドレイン電流を変化させる構造になってい
る。
【００１３】ここにおいて、電界効果型トランジスタ４
０上には上記遮光膜２７が存在するから、半導体イオン
センサ全体に外光が当たっても、電界効果型トランジス
タ４０には外光の影響による漏れ電流は生じない。しか
も、電界効果型トランジスタ４０が形成された前記一方
の半導体島状領域３２ａは周辺を誘電体部３１により絶
縁分離されているので、周辺からの電流注入もない。こ
のため、イオン感応膜６を溶液に直接接触しても外光に
よる特性変動のない半導体イオンセンサを提供できる。
０上には上記遮光膜２７が存在するから、半導体イオン
センサ全体に外光が当たっても、電界効果型トランジス
タ４０には外光の影響による漏れ電流は生じない。しか
も、電界効果型トランジスタ４０が形成された前記一方
の半導体島状領域３２ａは周辺を誘電体部３１により絶
縁分離されているので、周辺からの電流注入もない。こ
のため、イオン感応膜６を溶液に直接接触しても外光に
よる特性変動のない半導体イオンセンサを提供できる。
【００１４】しかして、本実施形態では、上記構成を採
用したことにより、両半導体島状領域３２ａ，３２ｂに
形成された素子の特性をそれぞれ独立して設定すること
ができ、また、半導体イオンセンサ全体に外光があたっ
ても前記一方の半導体島状領域３２ａに形成された素子
である電界効果型トランジスタ４０へ外光が入射するの
を防止することができるから、外光の影響による漏れ電
流が流れることもなく、高感度および高精度化を図るこ
とができる。
用したことにより、両半導体島状領域３２ａ，３２ｂに
形成された素子の特性をそれぞれ独立して設定すること
ができ、また、半導体イオンセンサ全体に外光があたっ
ても前記一方の半導体島状領域３２ａに形成された素子
である電界効果型トランジスタ４０へ外光が入射するの
を防止することができるから、外光の影響による漏れ電
流が流れることもなく、高感度および高精度化を図るこ
とができる。
【００１５】
【発明の効果】請求項１の発明は、誘電体により互いに
分離された２つの半導体島状領域と、一方の半導体島状
領域に形成された電界効果型トランジスタと、他方の半
導体島状領域の主表面上に絶縁膜を介して形成されたイ
オン感応膜と、前記他方の半導体島状領域と電界効果型
トランジスタのゲート電極とを接続する配線と、電界効
果型トランジスタを覆い該電界効果型トランジスタへの
外光を遮光する遮光膜とを備えるので、両半導体島状領
域に形成された素子の特性をそれぞれ独立して設定する
ことができ且つ前記一方の半導体島状領域に形成された
素子である電界効果型トランジスタへ外光が入射するの
を防止することができるから、高感度および高精度化を
図ることができるという効果がある。
分離された２つの半導体島状領域と、一方の半導体島状
領域に形成された電界効果型トランジスタと、他方の半
導体島状領域の主表面上に絶縁膜を介して形成されたイ
オン感応膜と、前記他方の半導体島状領域と電界効果型
トランジスタのゲート電極とを接続する配線と、電界効
果型トランジスタを覆い該電界効果型トランジスタへの
外光を遮光する遮光膜とを備えるので、両半導体島状領
域に形成された素子の特性をそれぞれ独立して設定する
ことができ且つ前記一方の半導体島状領域に形成された
素子である電界効果型トランジスタへ外光が入射するの
を防止することができるから、高感度および高精度化を
図ることができるという効果がある。
【図１】実施形態を示す断面図である。
【図２】従来例を示す断面図である。
６ イオン感応膜 ７ ドレイン電極 ８ ソース電極 １６ ゲート電極 ２５ 絶縁膜 ２６ 配線 ２７ 遮光膜 ３０ 誘電体分離基板 ３１ 誘電体部 ３２ａ 半導体島状領域 ３２ｂ 半導体島状領域 ４０ 電界効果型トランジスタ
Claims (1)
- 【請求項１】 誘電体により互いに分離された２つの半
導体島状領域と、一方の半導体島状領域に形成された電
界効果型トランジスタと、他方の半導体島状領域の主表
面上に絶縁膜を介して形成されたイオン感応膜と、前記
他方の半導体島状領域と電界効果型トランジスタのゲー
ト電極とを接続する配線と、電界効果型トランジスタを
覆い該電界効果型トランジスタへの外光を遮光する遮光
膜とを備えることを特徴とする半導体イオンセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10363960A JP2000187017A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 半導体イオンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10363960A JP2000187017A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 半導体イオンセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000187017A true JP2000187017A (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=18480628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10363960A Withdrawn JP2000187017A (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 半導体イオンセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000187017A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005079342A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Japan Science & Technology Agency | 電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタ並びにそれを用いたセンサ |
| WO2011114706A1 (ja) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | ミツミ電機株式会社 | 電界効果トランジスタを具備するバイオセンサ |
| KR101427348B1 (ko) | 2011-11-11 | 2014-08-06 | 서울대학교산학협력단 | 수평형 플로팅 게이트를 갖는 ｆｅｔ형 가스 감지소자 |
-
1998
- 1998-12-22 JP JP10363960A patent/JP2000187017A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005079342A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Japan Science & Technology Agency | 電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタ並びにそれを用いたセンサ |
| JP4669213B2 (ja) * | 2003-08-29 | 2011-04-13 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 電界効果トランジスタ及び単一電子トランジスタ並びにそれを用いたセンサ |
| US8502277B2 (en) | 2003-08-29 | 2013-08-06 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same |
| US8766326B2 (en) | 2003-08-29 | 2014-07-01 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor |
| US8772099B2 (en) | 2003-08-29 | 2014-07-08 | Japan Science And Technology Agency | Method of use of a field-effect transistor, single-electron transistor and sensor |
| US9506892B2 (en) | 2003-08-29 | 2016-11-29 | Japan Science And Technology Agency | Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same |
| WO2011114706A1 (ja) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | ミツミ電機株式会社 | 電界効果トランジスタを具備するバイオセンサ |
| JP2011196851A (ja) * | 2010-03-19 | 2011-10-06 | Mitsumi Electric Co Ltd | 電界効果トランジスタを具備するバイオセンサ |
| KR101427348B1 (ko) | 2011-11-11 | 2014-08-06 | 서울대학교산학협력단 | 수평형 플로팅 게이트를 갖는 ｆｅｔ형 가스 감지소자 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060307 |