JP2848818B2 - 延長ゲートｆｅｔセンサ - Google Patents
延長ゲートｆｅｔセンサInfo
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- JP2848818B2 JP2848818B2 JP403997A JP403997A JP2848818B2 JP 2848818 B2 JP2848818 B2 JP 2848818B2 JP 403997 A JP403997 A JP 403997A JP 403997 A JP403997 A JP 403997A JP 2848818 B2 JP2848818 B2 JP 2848818B2
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- gate
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、水素（Ｈ
2 ）や水素化合物濃度を検出することのできるＦＥＴセ
ンサに関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、触媒反応を有するゲート電極を用い、かつ、熱絶縁
されたマイクロヒータを内蔵することにより、温度に対
応した触媒活性を制御することのできる、高感度な水素
または水素化合物検知用のＦＥＴセンサに関するもので
ある。
2 ）や水素化合物濃度を検出することのできるＦＥＴセ
ンサに関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、触媒反応を有するゲート電極を用い、かつ、熱絶縁
されたマイクロヒータを内蔵することにより、温度に対
応した触媒活性を制御することのできる、高感度な水素
または水素化合物検知用のＦＥＴセンサに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来よりＦＥＴイオンセンサ
が知られている。この従来のＦＥＴイオンセンサは、ゲ
ート電極上に選択的に検出物質のイオンを吸着する膜を
被覆させ、その電荷量に従ってソース・ドレイン電流を
変化させて信号を取出すものが一般的であった。
が知られている。この従来のＦＥＴイオンセンサは、ゲ
ート電極上に選択的に検出物質のイオンを吸着する膜を
被覆させ、その電荷量に従ってソース・ドレイン電流を
変化させて信号を取出すものが一般的であった。
【０００３】この従来のセンサの構造は、イオン吸着膜
を特定のものに選択することにより各種の物質、たとえ
ば血液や尿などのｐＨやＮａなどの検出ができるという
特徴をもっている。しかしながら、これらの従来のセン
サは、吸着膜の安定性に問題があり、製造プロセス上の
難しさなどの未解決の問題が残されている。一方、硫化
水素（Ｈ2 Ｓ）やアンモニア（ＮＨ3 ）などの水素化合
物の検知やその分離測定に用いることのできるセンサは
いまだに実現されていない。その理由としては、これら
の水素化合物の分解による解離水素を検知することによ
ってそれら水素化合物の存在を同定するのに欠かせない
分解法が、実用化できるものとしては実現されていない
からである。たとえば、Ｐｔなどの貴金属の触媒反応を
用いることが考えられるが、この反応を実用的なものと
して利用するためには温度を２００〜３００℃程度まで
上げることが必要となる。しかしながら従来のＦＥＴの
構造においては、ゲート電極部分をこのように高温度に
加熱するとＦＥＴは動作しなくなり、使用することがで
きないという致命的な欠陥があった。
を特定のものに選択することにより各種の物質、たとえ
ば血液や尿などのｐＨやＮａなどの検出ができるという
特徴をもっている。しかしながら、これらの従来のセン
サは、吸着膜の安定性に問題があり、製造プロセス上の
難しさなどの未解決の問題が残されている。一方、硫化
水素（Ｈ2 Ｓ）やアンモニア（ＮＨ3 ）などの水素化合
物の検知やその分離測定に用いることのできるセンサは
いまだに実現されていない。その理由としては、これら
の水素化合物の分解による解離水素を検知することによ
ってそれら水素化合物の存在を同定するのに欠かせない
分解法が、実用化できるものとしては実現されていない
からである。たとえば、Ｐｔなどの貴金属の触媒反応を
用いることが考えられるが、この反応を実用的なものと
して利用するためには温度を２００〜３００℃程度まで
上げることが必要となる。しかしながら従来のＦＥＴの
構造においては、ゲート電極部分をこのように高温度に
加熱するとＦＥＴは動作しなくなり、使用することがで
きないという致命的な欠陥があった。
【０００４】そこでこの発明は、以上の通りの問題点に
鑑みてなされたものであり、ゲート電極としてＰｔやＰ
ｄなど、水素（Ｈ2 ）や水素化合物を分解させる能力を
有する金属を用い、温度に対応して触媒活性を制御する
ことのできる水素や水素化合物の検知用の高感度ＦＥＴ
センサを提供することを目的としている。
鑑みてなされたものであり、ゲート電極としてＰｔやＰ
ｄなど、水素（Ｈ2 ）や水素化合物を分解させる能力を
有する金属を用い、温度に対応して触媒活性を制御する
ことのできる水素や水素化合物の検知用の高感度ＦＥＴ
センサを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の目的を実現するために、基板上に、水素または水素化
合物の分解能を有する金属からなり、ソース・ドレイン
電極部の外側に延長された、露出表面を持つゲート電極
部と、この延長されたゲート電極部に配設されたマイク
ロヒータ部による加熱手段とが備えられていることを特
徴とする水素または水素化合物検知用の延長ゲートＦＥ
Ｔセンサを提供する。
の目的を実現するために、基板上に、水素または水素化
合物の分解能を有する金属からなり、ソース・ドレイン
電極部の外側に延長された、露出表面を持つゲート電極
部と、この延長されたゲート電極部に配設されたマイク
ロヒータ部による加熱手段とが備えられていることを特
徴とする水素または水素化合物検知用の延長ゲートＦＥ
Ｔセンサを提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、この発明のセンサの構造
と動作原理を例示した断面図である。この例に示したよ
うに、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極（１）であるＰｔ、Ｐ
ｄ等の金属の薄膜を延長して、マイクロヒータ（２）上
にまで導く。このマイクロヒータ（２）のある高温部の
Ｐｔ、Ｐｄ等の金属からなるゲート電極（１）延長部の
露出表面では水素分子（Ｈ2 ）や水素化合物が分解さ
れ、分解された解離水素がゲート電極（１）中に拡散す
る。これによりゲート電極（１）とＳｉＯ2 等のゲート
絶縁膜（３）との界面で電気二重層が形成される。そこ
でソース・ドレイン間を流れる電流を変調し、検知信号
として取出す。
と動作原理を例示した断面図である。この例に示したよ
うに、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極（１）であるＰｔ、Ｐ
ｄ等の金属の薄膜を延長して、マイクロヒータ（２）上
にまで導く。このマイクロヒータ（２）のある高温部の
Ｐｔ、Ｐｄ等の金属からなるゲート電極（１）延長部の
露出表面では水素分子（Ｈ2 ）や水素化合物が分解さ
れ、分解された解離水素がゲート電極（１）中に拡散す
る。これによりゲート電極（１）とＳｉＯ2 等のゲート
絶縁膜（３）との界面で電気二重層が形成される。そこ
でソース・ドレイン間を流れる電流を変調し、検知信号
として取出す。
【０００７】以上がこの発明の基本的な構造と動作原理
であるが、さらにこの発明の特徴の一つは、マイクロマ
シニングと呼ばれる三次元的な微細加工の方法を適用す
ることにある。すなわち、この方法により、たとえばシ
リコン基板（４）上に周辺のみで支持されたＳｉＯ2 等
の薄いダイアフラム（５）を形成することができ、この
上にマイクロヒータ（２）を配設することによりＦＥＴ
部分への熱伝導を防いだ熱絶縁された局所的な高温部分
を形成することができる。
であるが、さらにこの発明の特徴の一つは、マイクロマ
シニングと呼ばれる三次元的な微細加工の方法を適用す
ることにある。すなわち、この方法により、たとえばシ
リコン基板（４）上に周辺のみで支持されたＳｉＯ2 等
の薄いダイアフラム（５）を形成することができ、この
上にマイクロヒータ（２）を配設することによりＦＥＴ
部分への熱伝導を防いだ熱絶縁された局所的な高温部分
を形成することができる。
【０００８】
【実施例】図２は、この発明の延長ゲートＦＥＴセンサ
の一つの具体例を示している。この例においては、Ｐ−
Ｓｉ基板（６）上に、ソース（７）、ドレイン（８）、
ゲート（９）電極からなるｎチャンネルＭＯＳＦＥＴが
形成される。ゲート絶縁膜（１０）は７００ÅのＳｉＯ
2 （１１）と８００ÅのＳｉ3 Ｎ4 （１２）膜の二層と
している。Ｓｉ3 Ｎ4 （１２）膜は、水素分子（Ｈ2 ）
または水素化合物の分解によって生成される水素が酸化
膜中に浸透し水素誘起ドリフトを起すことを防ぐ働きが
あり、これを利用するために二層としている。ゲート電
極（１３）は、Ｐｔ−Ｐｄ−Ｐｔの三層構造としてい
る。それぞれの膜厚は５００〜１０００Å程度である。
Ｐｄは、ＰＥＣＶＤを用いてＳｉＯ2 を形成する際に、
ＳｉＨ4 が分解して生成する水素によって損傷をうける
ことから、このような三層の構造としている。
の一つの具体例を示している。この例においては、Ｐ−
Ｓｉ基板（６）上に、ソース（７）、ドレイン（８）、
ゲート（９）電極からなるｎチャンネルＭＯＳＦＥＴが
形成される。ゲート絶縁膜（１０）は７００ÅのＳｉＯ
2 （１１）と８００ÅのＳｉ3 Ｎ4 （１２）膜の二層と
している。Ｓｉ3 Ｎ4 （１２）膜は、水素分子（Ｈ2 ）
または水素化合物の分解によって生成される水素が酸化
膜中に浸透し水素誘起ドリフトを起すことを防ぐ働きが
あり、これを利用するために二層としている。ゲート電
極（１３）は、Ｐｔ−Ｐｄ−Ｐｔの三層構造としてい
る。それぞれの膜厚は５００〜１０００Å程度である。
Ｐｄは、ＰＥＣＶＤを用いてＳｉＯ2 を形成する際に、
ＳｉＨ4 が分解して生成する水素によって損傷をうける
ことから、このような三層の構造としている。
【０００９】マイクロヒータ（１４）は、ＳｉＯ2 （１
１）とＳｉ3 Ｎ4 （１２）からなるダイアフラム（１
５）に２０００Å厚のＮｉを用いて、形成している。ゲ
ート電極（１３）の表面は、マイクロヒータ（１４）部
分を除外して、ゲート電極（１３）中を拡散する水素が
水素分子（Ｈ2 ）として大気中に飛散しないようにＳｉ
Ｏ2 膜で被覆することが好ましい。
１）とＳｉ3 Ｎ4 （１２）からなるダイアフラム（１
５）に２０００Å厚のＮｉを用いて、形成している。ゲ
ート電極（１３）の表面は、マイクロヒータ（１４）部
分を除外して、ゲート電極（１３）中を拡散する水素が
水素分子（Ｈ2 ）として大気中に飛散しないようにＳｉ
Ｏ2 膜で被覆することが好ましい。
【００１０】このような構造のセンサは、たとえば図３
に沿った次の製造工程によって形成することができる。 （ａ）２００μｍ厚のＰ- （１００）シリコン基板
（６）を酸化後、フォトエッチングを行い、ソース・ド
レイン用のｎ+ 拡散をする。再びフォトエッチングした
後、チャネルストッパ用のＰ+ 拡散を行う。 （ｂ）フォトエッチング後、ドライ酸化により７００Å
厚のＳｉＯ2 （１１）ゲート酸化膜を形成する。両面に
Ｓｉ3 Ｎ4 （１２）膜をＣＶＤし、両面フォトエッチン
グを行って、表面にコンタクトホール、裏側にＳｉエッ
チング用マスクをそれぞれ形成する。 （ｃ）Ｎｉからなるマイクロヒータ（１４）をＥＢ蒸着
で２０００Åの厚さに付け、フォトエッチングする。Ｓ
ｉＯ2 （１１）をＰＥＣＶＤによって５０００Å堆積
し、フォトエッチングしてＰｔ−Ｐｄ−Ｐｔのゲート電
極（１３）とＮｉマイクロヒータ（１４）間の絶縁膜と
する。 （ｄ）Ｐｔ−Ｐｄ−Ｐｔをマスク蒸着し、熱処理（空気
中２５０℃）する。ＳｉＯ2 をＰＥＣＶＤで５０００Å
付けフォトエッチングしてマイクロヒータ（１４）上の
Ｐｔ−Ｐｄ−Ｐｔを露出させる。なお蒸着用のマスクに
は、ベリリウム銅にメッキしたＮｉに窓のパターンを形
成したコンポジットマスクを使用する。 （ｅ）裏面からマイクロヒータ（１４）部のＳｉをエッ
チングした後、ボンディングパッドにＡｌをマスク蒸着
し、スクライブして完成する。
に沿った次の製造工程によって形成することができる。 （ａ）２００μｍ厚のＰ- （１００）シリコン基板
（６）を酸化後、フォトエッチングを行い、ソース・ド
レイン用のｎ+ 拡散をする。再びフォトエッチングした
後、チャネルストッパ用のＰ+ 拡散を行う。 （ｂ）フォトエッチング後、ドライ酸化により７００Å
厚のＳｉＯ2 （１１）ゲート酸化膜を形成する。両面に
Ｓｉ3 Ｎ4 （１２）膜をＣＶＤし、両面フォトエッチン
グを行って、表面にコンタクトホール、裏側にＳｉエッ
チング用マスクをそれぞれ形成する。 （ｃ）Ｎｉからなるマイクロヒータ（１４）をＥＢ蒸着
で２０００Åの厚さに付け、フォトエッチングする。Ｓ
ｉＯ2 （１１）をＰＥＣＶＤによって５０００Å堆積
し、フォトエッチングしてＰｔ−Ｐｄ−Ｐｔのゲート電
極（１３）とＮｉマイクロヒータ（１４）間の絶縁膜と
する。 （ｄ）Ｐｔ−Ｐｄ−Ｐｔをマスク蒸着し、熱処理（空気
中２５０℃）する。ＳｉＯ2 をＰＥＣＶＤで５０００Å
付けフォトエッチングしてマイクロヒータ（１４）上の
Ｐｔ−Ｐｄ−Ｐｔを露出させる。なお蒸着用のマスクに
は、ベリリウム銅にメッキしたＮｉに窓のパターンを形
成したコンポジットマスクを使用する。 （ｅ）裏面からマイクロヒータ（１４）部のＳｉをエッ
チングした後、ボンディングパッドにＡｌをマスク蒸着
し、スクライブして完成する。
【００１１】もちろん、この発明は、以上の例によって
何ら限定されるものではない。公知技術等を用いて、様
々な態様が可能であることはいうまでもない。図４
（ａ）（ｂ）は、この発明のＦＥＴセンサの検知例を示
した図である。試験用ガスとして水素ガスを用いてい
る。図４（ａ）はマイクロヒータに通電しない場合の、
図４（ｂ）はマイクロヒータに通電し、ヒータ温度を２
５０℃とした場合の、各々の水素濃度１０００ｐｐｍに
対する検知出力を示している。
何ら限定されるものではない。公知技術等を用いて、様
々な態様が可能であることはいうまでもない。図４
（ａ）（ｂ）は、この発明のＦＥＴセンサの検知例を示
した図である。試験用ガスとして水素ガスを用いてい
る。図４（ａ）はマイクロヒータに通電しない場合の、
図４（ｂ）はマイクロヒータに通電し、ヒータ温度を２
５０℃とした場合の、各々の水素濃度１０００ｐｐｍに
対する検知出力を示している。
【００１２】この図４（ａ）（ｂ）から明らかなよう
に、通電しない場合は、飽和出力が５ｍＶであるのに対
して、２５０℃の加熱により２５ｍＶとなり、４倍以上
に感度が増大したことを示している。
に、通電しない場合は、飽和出力が５ｍＶであるのに対
して、２５０℃の加熱により２５ｍＶとなり、４倍以上
に感度が増大したことを示している。
【００１３】
【発明の効果】以上のように、この発明によって、触媒
活性を温度によって制御可能とし、かつ高感度なＦＥＴ
センサが実現される。
活性を温度によって制御可能とし、かつ高感度なＦＥＴ
センサが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＦＥＴセンサの構造および動作原理
を例示した断面図である。
を例示した断面図である。
【図２】この発明のＦＥＴセンサの実施例を示した断面
図である。
図である。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、製造工程
プロセスを順次に示した断面図である。
プロセスを順次に示した断面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、各々、マイクロヒーターに通
電しない場合と、通電してヒーター温度を２５０℃とし
た場合のこの発明のＦＥＴセンサの検知例を示した出力
電圧図である。
電しない場合と、通電してヒーター温度を２５０℃とし
た場合のこの発明のＦＥＴセンサの検知例を示した出力
電圧図である。
１ ゲート電極 ２ マイクロヒータ ３ ゲート絶縁膜 ４ シリコン基板 ５ ダイヤフラム ６ Ｐ−Ｓｉ基板 ７ ソース ８ ドレイン ９ ゲート １０ ゲート絶縁膜 １１ ＳｉＯ2 １２ Ｓｉ3 Ｎ4 １３ ゲート電極 １４ マイクロヒータ １５ ダイヤフラム
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に、水素または水素化合物の分解
能を有する金属からなり、ソース・ドレイン電極部の外
側に延長された、露出表面を持つゲート電極部と、この
延長されたゲート電極部に配設されたマイクロヒータ部
による加熱手段とが備えられていることを特徴とする水
素または水素化合物検知用の延長ゲートＦＥＴセンサ。 - 【請求項２】 ゲート電極は、ＰｔおよびＰｄの少くと
も１種からなる請求項１の延長ゲートＦＥＴセンサ。 - 【請求項３】 ゲート電極がＰｔとＰｄとの多層とされ
ている請求項２の延長ゲートＦＥＴセンサ。 - 【請求項４】 マイクロヒータ部のゲート電極表面を除
外して、ゲート電極の表面がＳｉＯ2 膜で被覆されてい
る請求項１の延長ゲートＦＥＴセンサ。 - 【請求項５】 ＦＥＴのゲート絶縁膜としてＳｉＯ2 と
Ｓｉ3 Ｎ4 の二層構造を形成してなる請求項１の延長ゲ
ートＦＥＴセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP403997A JP2848818B2 (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 延長ゲートｆｅｔセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP403997A JP2848818B2 (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 延長ゲートｆｅｔセンサ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63037803A Division JP2706252B2 (ja) | 1988-02-21 | 1988-02-21 | 延長ゲートｆｅｔイオンセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09218172A JPH09218172A (ja) | 1997-08-19 |
| JP2848818B2 true JP2848818B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=11573822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP403997A Expired - Fee Related JP2848818B2 (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 延長ゲートｆｅｔセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2848818B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7129552B2 (en) * | 2003-09-30 | 2006-10-31 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | MOSFET structures with conductive niobium oxide gates |
| DE102004013678A1 (de) * | 2004-03-18 | 2005-10-20 | Micronas Gmbh | Vorrichtung zur Detektion eines Gases oder Gasgemischs |
| GB2523173A (en) * | 2014-02-17 | 2015-08-19 | Nokia Technologies Oy | An apparatus and associated methods |
-
1997
- 1997-01-13 JP JP403997A patent/JP2848818B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09218172A (ja) | 1997-08-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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