JP5903872B2 - トランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法 - Google Patents
トランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5903872B2 JP5903872B2 JP2011277524A JP2011277524A JP5903872B2 JP 5903872 B2 JP5903872 B2 JP 5903872B2 JP 2011277524 A JP2011277524 A JP 2011277524A JP 2011277524 A JP2011277524 A JP 2011277524A JP 5903872 B2 JP5903872 B2 JP 5903872B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- sensitive film
- type sensor
- ion
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
本発明は、イオン濃度の高精度な測定が可能なトランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法に関するものである。
近年、疾患の診断、薬物代謝に関する個人差の検出、または、食品若しくは環境モニタ等の目的で、ＤＮＡ、糖鎖、たんぱく質等の生体関連物質、河川水等の自然水や排水等の検査をするための種々の方法が開発されており、特に電気的な信号によってイオン濃度を測定するトランジスタ型センサの研究が進んでいる。最近では、電気的な信号の転換が速く、集積回路とＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）の接続が容易であるという観点から、電解効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、「ＦＥＴ」ともいう。）を使用してイオン濃度を検出するトランジスタ型センサについて多くの研究が為されている。
従来、ＦＥＴを用いたトランジスタ型センサは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からゲート電極を除去し、絶縁層上にイオン感応膜を被着した構造を有しており、ＩＳＦＥＴ（Ｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ＦＥＴ）と呼ばれている。そして、イオン感応膜上に酸化還元酵素、各種タンパク質やＤＮＡ、自然水等を配置することによって、各種トランジスタ型センサとして機能するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、トランジスタ型センサを、ＤＮＡの伸長の有無を検出するためのバイオセンサとして用いている。引用文献１においてバイオセンサに用いられるＦＥＴは、シリコン基板の表面にソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁膜を形成し、ソース電極とドレイン電極間のゲート絶縁物表面に金属電極を有している。この金属電極の表面には、ＤＮＡプローブとアルカンチオールが配置されている。実際に測定を行う場合には、金属電極と、金属電極の表面上に配置されたＤＮＡプローブ及びアルカンチオールと、参照電極とが測定セル内の反応溶液中に配置されるようになっており、参照電極を介して高周波電圧が印加されると、反応溶液中に含まれるターゲットＤＮＡとＤＮＡプローブとの結合の前後で電荷の量が変化し、この電荷量の変化に伴う絶縁ゲート電界効果トランジスタの電気特性変化、すなわち、ソースとドレインとの間を流れる電流値の変化を検出することにより、反応溶液中に含まれるターゲットＤＮＡの伸長の有無を検出することができるようになっている。
現在、トランジスタ型センサを用いたイオン濃度測定方法として、イオン濃度の変化に伴って変化するゲート電圧のシフト量からイオン濃度を測定しようとする試みが為されている。しかしながら、ゲート電圧のシフト量からイオン濃度を測定するにあたっては、イオン濃度に対するゲート電圧の応答が小さい、すなわち、トランジスタ型センサにおけるイオン感応膜の感度が低いという問題点があった。具体的に、イオン濃度に対する一般的なゲート電圧の応答値は、５０ｍＶ／ｐＨ程度である。このように、上記トランジスタ型センサに用いられるイオン感応膜の感度が低いと、測定の際に生じるノイズの影響を受けてしまう。そのため、真の測定値が得られなくなり、高精度な測定を行うことが困難になるという問題点があった。
また、特許文献２では、イオン感応膜の流路表面の荒れ等をなくして滑らかにすることにより、測定対象となる試料液中に含まれるタンパク質等が流路表面に付着することを防ぎ、より精度の高い測定を可能とするイオン選択性電極について提案されている。
しかしながら、特許文献２に記載のイオン選択性電極は、測定対象となる試料液を上述した流路に流して測定する際に生じる課題に対応したものであり、測定対象となる試料がイオン感応膜上に静止している場合に、高精度な測定を実現させるものではない。
しかしながら、特許文献２に記載のイオン選択性電極は、測定対象となる試料液を上述した流路に流して測定する際に生じる課題に対応したものであり、測定対象となる試料がイオン感応膜上に静止している場合に、高精度な測定を実現させるものではない。
さらに、従来では、高精度な測定が可能であるトランジスタ型センサを製造するためには、高精度な設計等が必要であり、製造工程が複雑になってしまうという問題点もあった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、イオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置させて測定する場合に、ノイズの影響を受けずにイオン濃度の高精度な測定を可能とするトランジスタを用いたトランジスタ型センサ、およびその製造方法を提供することを主目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、基材と、上記基材上に形成された半導体層、ならびに上記半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極を有するトランジスタ部と、絶縁性材料を含むイオン感応膜を少なくとも有するセンサ部とを有し、上記イオン感応膜の表面における電気特性の変化を、上記トランジスタ部で検出するトランジスタ型センサであって、上記イオン感応膜の表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であることを特徴とするトランジスタ型センサを提供する。
本発明においては、上記イオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置して、上記被検査流体に可変電圧（参照電圧）を印加すると、上記被検査流体に含まれる正（負）の電荷を有するイオンは、上記イオン感応膜の表面電荷がつくる電場によって引き寄せられ、負（正）の電荷を有するイオンは遠ざけられる。この時、上記イオン感応膜は、上記イオン感応膜の表面に引き寄せられた正（負）の電荷を有するイオンの影響をより強く受けることとなる。すなわち、上記イオン感応膜の表面に近い領域における被検査流体の帯電の様子を感じることができる。
そのため、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とし、上記イオン感応膜の表面に所定の大きさの凹凸形状を形成することで、上記イオン感応膜近傍の電荷（正（負）の電荷を有するイオン）によって影響を受ける単位面積あたりの領域を増やすことができる、すなわち被検査流体の帯電の様子を感じることができる単位面積あたりの領域を増やすことができ、上記イオン感応膜の感度を上げることが可能となる。
そのため、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とし、上記イオン感応膜の表面に所定の大きさの凹凸形状を形成することで、上記イオン感応膜近傍の電荷（正（負）の電荷を有するイオン）によって影響を受ける単位面積あたりの領域を増やすことができる、すなわち被検査流体の帯電の様子を感じることができる単位面積あたりの領域を増やすことができ、上記イオン感応膜の感度を上げることが可能となる。
本発明においては、上記イオン感応膜が、上記半導体層上に配置されているものであってもよい。このような構造をなすことにより、トランジスタ型センサを小型にすることが可能となり、上記トランジスタ型センサの適用範囲が広がるからである。また、イオン感応膜に発生した電荷と半導体層との距離が短くなるため、外部からのノイズの影響を低減することができるといった効果を奏する。
本発明においては、上記トランジスタ部は、上記半導体層に対して絶縁層を介して配置されたゲート電極を有し、上記センサ部は、上記基材上に形成された検知用電極と、上記検知用電極上に形成された上記イオン感応膜とを有し、上記検知用電極は、上記ゲート電極と電気的に接続されているものであってもよい。このような構造であることにより、上記センサ部における上記イオン感応膜を形成する面積を広げることができる。また、上記イオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置した場合に、上記被検査流体によって上記トランジスタ部の機能が劣化することを防止することが可能となるからである。
本発明においては、上記トランジスタ部が、最上部に保護層を有し、上記保護層と上記イオン感応膜とが一体として形成されていることが好ましい。上記トランジスタ部の最上部に保護層が形成されていることにより、上記トランジスタ部の経時劣化を防止することが可能となる。また、上記保護層と上記センサ部のイオン感応膜とが一体として形成されていることにより、本発明のトランジスタ型センサの構成および製造工程を簡略化することができる。
本発明は、上記本発明に係るトランジスタ型センサを製造するトランジスタ型センサの製造方法であって、上記基材を準備する基材準備工程と、上記半導体層を形成する半導体層形成工程と、上記半導体層と接するように上記ソース電極および上記ドレイン電極を形成するソース電極およびドレイン電極形成工程と、上記イオン感応膜を形成するイオン感応膜形成工程と、を有し、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程を有することを特徴とするトランジスタ型センサの製造方法を提供する。
本発明においては、イオン感応膜の表面をドライエッチングするドライエッチング処理工程により、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とすることができる。
このように、本発明においては、上記イオン感応膜の表面の処理を行うに際して、トランジスタ型センサの製造において一般的な製造工程の１つである上記ドライエッチング処理工程を採用しているため、上記イオン感応膜の表面を粗くするための特別な処理等を要することがない。すなわち、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上である上記イオン感応膜を備えたトランジスタ型センサを簡易的に製造することができる。
本発明により得られる上記トランジスタ型センサに用いることで、測定の際に生じるノイズの影響を受けることなく、上記被検査流体のイオン濃度測定をより高精度に行うことが可能となる。
このように、本発明においては、上記イオン感応膜の表面の処理を行うに際して、トランジスタ型センサの製造において一般的な製造工程の１つである上記ドライエッチング処理工程を採用しているため、上記イオン感応膜の表面を粗くするための特別な処理等を要することがない。すなわち、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上である上記イオン感応膜を備えたトランジスタ型センサを簡易的に製造することができる。
本発明により得られる上記トランジスタ型センサに用いることで、測定の際に生じるノイズの影響を受けることなく、上記被検査流体のイオン濃度測定をより高精度に行うことが可能となる。
本発明は、上記本発明に係るトランジスタ型センサを製造するトランジスタ型センサの製造方法であって、上記基材を準備する基材準備工程と、上記基材上に上記ゲート電極および上記検知用電極を一体に形成する電極形成工程と、上記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、上記半導体層を形成する半導体層形成工程と、上記半導体層と接するように上記ソース電極および上記ドレイン電極を形成するソース電極およびドレイン電極形成工程と、上記トランジスタ部の最上部および上記検知用電極上に、上記保護層および上記イオン感応膜を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程と、上記保護層をパターニングするパターニング処理工程と、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程と、を有し、上記パターニング処理工程が、上記ドライエッチング処理工程と同一の工程として行われることを特徴とするトランジスタ型センサの製造方法を提供する。
本発明においては、上記保護層のパターニング処理工程と上記イオン感応膜のドライエッチング処理工程とが、同一の工程として行われることにより、高精度な測定が可能なトランジスタ型センサをより簡易に製造することが可能となる。
また、上記トランジスタ部の最上部および上記検知用電極上に、上記保護層および上記イオン感応膜を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程を有することにより、経時劣化を防止することが可能なトランジスタ型センサをより簡易に製造することができる。
さらに、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程を有することにより、上記イオン感応膜の感度を上げ、高精度な測定が可能なトランジスタ型センサを製造することができる。
また、上記トランジスタ部の最上部および上記検知用電極上に、上記保護層および上記イオン感応膜を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程を有することにより、経時劣化を防止することが可能なトランジスタ型センサをより簡易に製造することができる。
さらに、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程を有することにより、上記イオン感応膜の感度を上げ、高精度な測定が可能なトランジスタ型センサを製造することができる。
本発明においては、イオン濃度の高精度な測定が可能なトランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法を提供することができる。
以下、本発明のトランジスタ型センサおよびトランジスタ型センサの製造方法について詳細に説明する。
Ｉ．トランジスタ型センサ
本発明のトランジスタ型センサは、基材と、上記基材上に形成された半導体層、ならびに上記半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極を有するトランジスタ部と、絶縁性材料を含むイオン感応膜を少なくとも有するセンサ部とを有し、上記イオン感応膜の表面における電気特性の変化を、上記トランジスタ部で検出するトランジスタ型センサであって、上記イオン感応膜の表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であることを特徴とするものである。
本発明のトランジスタ型センサは、基材と、上記基材上に形成された半導体層、ならびに上記半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極を有するトランジスタ部と、絶縁性材料を含むイオン感応膜を少なくとも有するセンサ部とを有し、上記イオン感応膜の表面における電気特性の変化を、上記トランジスタ部で検出するトランジスタ型センサであって、上記イオン感応膜の表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であることを特徴とするものである。
本発明の上記トランジスタ型センサは、上記イオン感応膜の表面における電気特性の変化を、上記トランジスタ部で検出するものである。具体的には、上記イオン感応膜の表面に被検査流体を配置すると、上記被検査流体が有する電荷量が上記イオン感応膜に反映され、その際に上記イオン感応膜の表面で生じる電気特性の変化、すなわち電荷量の変化を上記トランジスタ部が感知して検出することができる。このように、本発明のトランジスタ型センサは、被検査流体を上記イオン感応膜の表面に配置することで、被検査流体のｐＨ等のイオン濃度等を測定することができる。
この際、本発明においては、本発明のトランジスタ型センサに用いられる上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とする、すなわち上記イオン感応膜の表面粗さを粗くすることにより、高精度な測定が可能となる。
このように、上記イオン感応膜の表面粗さを粗くすることで、高精度な測定が可能となる、すなわち上記イオン感応膜の感度が上がるのは、以下の作用によるものであると推測される。
溶液中における電荷の帯電現象は、原則的には電荷中性保存則のもと行われるものである。そのため、上記イオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置して、上記被検査流体に可変電圧（参照電圧）を印加すると、上記被検査流体に含まれる正（負）の電荷を有するイオンは、上記イオン感応膜の表面電荷がつくる電場によって引き寄せられ、負（正）の電荷を有するイオンは遠ざけられる。すなわち、上記被検査流体の上方に負（正）の電荷を有するイオンが多く存在することとなり、上記被検査流体内において、電荷の偏りが生じることとなる。
この時、上記イオン感応膜は、上記イオン感応膜の表面に引き寄せられた正（負）の電荷を有するイオンの影響をより強く受けることとなる。なお、正（負）の電荷が上記イオン感応膜に影響を与えるのに必要な距離をデバイ長という。
上記デバイ長は、溶液（ここでは被検査流体）の濃度によって異なるものであり、例えば、溶液の濃度が１ｍＭのときのデバイ長は１０ｎｍ以下程度とされている。すなわち、溶液の濃度が１ｍＭであるとき、イオン感応膜は、上記イオン感応膜の表面から１０ｎｍ程度の範囲における溶液の帯電の様子を感じることができる。
そのため、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とし、上記イオン感応膜の表面に所定の大きさの凹凸形状を形成することで、上記イオン感応膜近傍の電荷（正（負）の電荷を有するイオン）によって影響を受ける単位面積あたりの領域を増やすことができる、すなわち被検査流体の帯電の様子を感じることができる単位面積あたりの領域を増やすことができ、上記イオン感応膜の感度を上げることが可能となる。
このように、上記イオン感応膜の表面粗さを粗くすることで、高精度な測定が可能となる、すなわち上記イオン感応膜の感度が上がるのは、以下の作用によるものであると推測される。
溶液中における電荷の帯電現象は、原則的には電荷中性保存則のもと行われるものである。そのため、上記イオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置して、上記被検査流体に可変電圧（参照電圧）を印加すると、上記被検査流体に含まれる正（負）の電荷を有するイオンは、上記イオン感応膜の表面電荷がつくる電場によって引き寄せられ、負（正）の電荷を有するイオンは遠ざけられる。すなわち、上記被検査流体の上方に負（正）の電荷を有するイオンが多く存在することとなり、上記被検査流体内において、電荷の偏りが生じることとなる。
この時、上記イオン感応膜は、上記イオン感応膜の表面に引き寄せられた正（負）の電荷を有するイオンの影響をより強く受けることとなる。なお、正（負）の電荷が上記イオン感応膜に影響を与えるのに必要な距離をデバイ長という。
上記デバイ長は、溶液（ここでは被検査流体）の濃度によって異なるものであり、例えば、溶液の濃度が１ｍＭのときのデバイ長は１０ｎｍ以下程度とされている。すなわち、溶液の濃度が１ｍＭであるとき、イオン感応膜は、上記イオン感応膜の表面から１０ｎｍ程度の範囲における溶液の帯電の様子を感じることができる。
そのため、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とし、上記イオン感応膜の表面に所定の大きさの凹凸形状を形成することで、上記イオン感応膜近傍の電荷（正（負）の電荷を有するイオン）によって影響を受ける単位面積あたりの領域を増やすことができる、すなわち被検査流体の帯電の様子を感じることができる単位面積あたりの領域を増やすことができ、上記イオン感応膜の感度を上げることが可能となる。
本発明のトランジスタ型センサに用いられるイオン感応膜の表面粗さとしては、Ｒａ＝６．５ｎｍ以上であれば特に限定されるものではないが、中でも、６．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、特に７ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが好ましい。
なお、ここでの「表面粗さ（Ｒａ）」は、「算術平均粗さ」であり、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に準拠して測定される。上記算術平均粗さとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さｌだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸を、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、下記式によって求められる値をｎｍで表したものをいう。
また、上記イオン感応膜の表面の凸部の高さ（Ｇｒａｉｎ ｈｅｉｇｈｔ）の平均値としては、イオン感応膜の表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上となれば特に限定されるものではないが、例えば、２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であることが好ましく、中でも２２．５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に２５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記イオン感応膜の表面の凸部の高さが上記数値以上であることにより、上記イオン感応膜を感度の高いものとすることができるからである。
なお、測定にはVeeco社のDimension3000、および解析ユニットとしてNanoScopeIVaを用いることができる。
測定条件は、スキャンエリア１μｍ、測定点数２５６、ＳｃａｎＲａｔｅ１Ｈｚとすることができる。
なお、測定にはVeeco社のDimension3000、および解析ユニットとしてNanoScopeIVaを用いることができる。
測定条件は、スキャンエリア１μｍ、測定点数２５６、ＳｃａｎＲａｔｅ１Ｈｚとすることができる。
本発明のトランジスタ型センサは、上述したようにイオン感応膜の表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であれば、特にその構造は限定されるものではない。以下、代表的な例として第１態様および第２態様について説明する。
Ａ．第１態様
本態様のトランジスタ型センサは、上記イオン感応膜が、上記半導体層上に配置されたものである。このような構造はＩＳＦＥＴと呼ばれ、ゲート電極を用いない態様である。
以下、図を参照しながら説明する。
本態様のトランジスタ型センサは、上記イオン感応膜が、上記半導体層上に配置されたものである。このような構造はＩＳＦＥＴと呼ばれ、ゲート電極を用いない態様である。
以下、図を参照しながら説明する。
図１は、ＩＳＦＥＴ構造を有するトランジスタ型センサである。また、図１（ａ）に示すＩＳＦＥＴは、トップゲートボトムコンタクトの構成を有し、図１（ｂ）に示すＩＳＦＥＴは、トップゲートトップコンタクトの構成を有する。
まず、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すトランジスタ型センサ１００は、基材１０とトランジスタ部２０とセンサ部３０とを有するものである。
図１（ａ）および図１（ｂ）における上記トランジスタ部２０は、基材１０上に形成された半導体層２３と、上記半導体層２３に接するように形成されたソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄと、を少なくとも有するものである。
また、図１（ａ）および図１（ｂ）における上記トランジスタ部２０は、上記半導体層２３上に絶縁層２２が形成されている。本態様における上記トランジスタ部２０は、必要に応じて絶縁性材料からなる絶縁層２２（「ゲート絶縁層」ともいう。）を有していても良い。図１（ａ）のトップゲートボトムコンタクトの構成を有する場合には、上記トランジスタ部における絶縁層と、上記センサ部における絶縁性材料からなるイオン感応膜とが、一体として形成されていてもよい。
さらに、センサ部３０は、上述したように、被検査流体４０を測定するためのイオン感応膜３２を少なくとも有するものである。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、イオン感応膜３２上には水溶液または培養液等の被検査流体４０が配置されており、上記被検査流体４０を滞留させるための隔壁４１を有している。
まず、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すトランジスタ型センサ１００は、基材１０とトランジスタ部２０とセンサ部３０とを有するものである。
図１（ａ）および図１（ｂ）における上記トランジスタ部２０は、基材１０上に形成された半導体層２３と、上記半導体層２３に接するように形成されたソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄと、を少なくとも有するものである。
また、図１（ａ）および図１（ｂ）における上記トランジスタ部２０は、上記半導体層２３上に絶縁層２２が形成されている。本態様における上記トランジスタ部２０は、必要に応じて絶縁性材料からなる絶縁層２２（「ゲート絶縁層」ともいう。）を有していても良い。図１（ａ）のトップゲートボトムコンタクトの構成を有する場合には、上記トランジスタ部における絶縁層と、上記センサ部における絶縁性材料からなるイオン感応膜とが、一体として形成されていてもよい。
さらに、センサ部３０は、上述したように、被検査流体４０を測定するためのイオン感応膜３２を少なくとも有するものである。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、イオン感応膜３２上には水溶液または培養液等の被検査流体４０が配置されており、上記被検査流体４０を滞留させるための隔壁４１を有している。
なお、図１（ｂ）に示すトランジスタ型センサ１００は、上記半導体層２３の両端にソース側拡散領域２３ｓおよびドレイン側拡散領域２３ｄが形成されている。
上記ソース側拡散領域２３ｓおよび上記ドレイン側拡散領域２３ｄは、半導体層２３に対してプラズマ処理等（例えば、水素プラズマ、アルゴンプラズマ）の所定の処理を行い、低抵抗化することによって形成される。また、上記ソース側拡散領域２３ｓおよび上記ドレイン側拡散領域２３ｄは、絶縁層２２に形成されたコンタクトホールＨを介してソース電極２４Ｓまたはドレイン電極２４Ｄと電気的に接合される。
上記ソース側拡散領域２３ｓおよび上記ドレイン側拡散領域２３ｄは、半導体層２３に対してプラズマ処理等（例えば、水素プラズマ、アルゴンプラズマ）の所定の処理を行い、低抵抗化することによって形成される。また、上記ソース側拡散領域２３ｓおよび上記ドレイン側拡散領域２３ｄは、絶縁層２２に形成されたコンタクトホールＨを介してソース電極２４Ｓまたはドレイン電極２４Ｄと電気的に接合される。
本態様のトランジスタ型センサは、上述のような構成を有することによって、被検査流体をイオン感応膜上に配置させることができるようになっている。したがって、ソース電極およびドレイン電極の間に一定の電圧Ｖｄｓを印加しつつ、被検査流体内に挿入された参照電極を介して可変電圧（参照電圧）Ｖｇを被検査流体に印加すると、イオン感応膜近傍の溶液内にて生ずる電位（以下、「膜電位」ともいう。）の変化に応じて、ドレイン電流の変化を検出することができる。その結果、参照電圧Ｖｇに基づくドレイン電流Ｉｄの変化、すなわち、トランジスタとしての電流−電圧特性を、予め測定した生体関連物質における電流−電圧特性と比較することによって被検査流体に含まれるイオン濃度を測定することができるようになっている。
本態様においては、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にすることで、上述した作用により上記イオン感応膜の感度を向上させることができるといった効果が得られる。
また、このような構造とすることにより、トランジスタ型センサを小型にすることが可能となり、上記トランジスタ型センサの適用範囲が広がるからである。
さらに、本態様においては、上述したような構造とすることにより、トランジスタ型センサにおけるセンサ部のイオン感応膜上に被検査流体を配置してイオン濃度を測定する際に、上記トランジスタ部を透明部材とすることで、上記被検査流体を透過光で目視観察することが可能となる。
以下、本態様のトランジスタ型センサに用いられる各構成について説明する。
また、このような構造とすることにより、トランジスタ型センサを小型にすることが可能となり、上記トランジスタ型センサの適用範囲が広がるからである。
さらに、本態様においては、上述したような構造とすることにより、トランジスタ型センサにおけるセンサ部のイオン感応膜上に被検査流体を配置してイオン濃度を測定する際に、上記トランジスタ部を透明部材とすることで、上記被検査流体を透過光で目視観察することが可能となる。
以下、本態様のトランジスタ型センサに用いられる各構成について説明する。
１．センサ部
本態様におけるセンサ部について説明する。
本態様におけるセンサ部は、絶縁性材料からなるイオン感応膜を少なくとも有するものである。
本態様におけるセンサ部について説明する。
本態様におけるセンサ部は、絶縁性材料からなるイオン感応膜を少なくとも有するものである。
（１）イオン感応膜
本態様のトランジスタ型センサに用いられるイオン感応膜は、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であることを特徴とするものである。
上記イオン感応膜の表面粗さについては、上述した内容と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本態様のトランジスタ型センサに用いられるイオン感応膜は、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であることを特徴とするものである。
上記イオン感応膜の表面粗さについては、上述した内容と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
上記イオン感応膜の材料としては、イオン感応膜に所望の表面粗さを付与することができる材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、イオン感応膜の純度が９９％以上となるような材料であることが好ましく、中でも９９．９％以上となるような材料であることが好ましく、特に９９．９９％以上となるような材料であることが好ましい。
また、成膜後のイオン感応膜の密度が、９９％以上となるような材料であることが好ましく、中でも９９．９％以上となるような材料であることが好ましく、特に９９．９９％以上となるような材料であることが好ましい。
上記イオン感応膜を、上記のような純度および密度となるようにするためには、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等のドライプロセスにより形成することが好ましい。
また、成膜後のイオン感応膜の密度が、９９％以上となるような材料であることが好ましく、中でも９９．９％以上となるような材料であることが好ましく、特に９９．９９％以上となるような材料であることが好ましい。
上記イオン感応膜を、上記のような純度および密度となるようにするためには、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等のドライプロセスにより形成することが好ましい。
具体的なイオン感応膜の材料としては、絶縁性材料であり、所望のイオンに対する感応性を有するものであれば特に限定されるものではなく、本態様のトランジスタ型センサの用途や、本態様のトランジスタ型センサを用いて評価したい対象に応じて適宜選択される。本態様におけるセンサ部に用いられる絶縁性材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）または酸化アルミニウム膜（Ａｌ２Ｏ３）等を挙げることができる。本態様においては、これらの絶縁性材料のいずれであっても好適に用いることができる。
本態様のトランジスタ型センサがバイオセンサとして用いられる場合、上記イオン感応膜に用いられる絶縁性材料としては、細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質などの生体関連物質を配置可能なものが用いられる。このような絶縁性材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ４）、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）または酸化アルミニウム膜（Ａｌ２Ｏ３）等を挙げることができる。
なお、本態様のトランジスタ型センサがバイオセンサとして用いられる場合は、必要に応じて、イオン感応膜の表面にＤＮＡタンパク質や糖鎖を固定化する為の表面修飾がなされていてもよい。このような表面修飾の例としては、例えば、金チオール反応やシランカップリング材を使った結合、ＬＢ膜等の自己組織化単分子膜の形成方法や静電吸着、物理吸着等を挙げることができる。
なお、本態様のトランジスタ型センサがバイオセンサとして用いられる場合は、必要に応じて、イオン感応膜の表面にＤＮＡタンパク質や糖鎖を固定化する為の表面修飾がなされていてもよい。このような表面修飾の例としては、例えば、金チオール反応やシランカップリング材を使った結合、ＬＢ膜等の自己組織化単分子膜の形成方法や静電吸着、物理吸着等を挙げることができる。
上記イオン感応膜の膜厚としては、所望の表面粗さとすることができる程度であれば特に限定されるものではなく、イオン感応膜と一体として形成されるトランジスタ部における構成要素によって適宜調整されるものである。具体的に、後述するトランジスタ部が、後述する絶縁層を有し、上記絶縁層と上記イオン感応膜とが一体として形成される場合には、上記イオン感応膜の膜厚は、上記絶縁層の膜厚である５０ｎｍ〜１μｍの範囲内となる。
（２）センサ部
本態様のトランジスタ型センサを用いて測定を行う場合は、センサ部のイオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置し、これに伴う電圧変化を後述するトランジスタ部で検知することになる。ここで、本態様のトランジスタ型センサの用途によっては、単に電圧変化を評価するのみではなく、イオン感応膜上に配置された被検査流体の形態変化の評価も同時に行えることが望ましい場合がある。特に、本態様のトランジスタ型センサをバイオセンサとして用いる場合には、生物関連試料を上記イオン感応膜上に付与することになるが、当該生物関連試料の評価に際しては、単に電圧変化を評価することにより、ｐＨ等の変化を測定することのみならず、生物関連試料の経時的な形態変化の評価を同時に行えることが望ましい場合がある。また、このような場合において、イオン感応膜上の生物関連試料の形態を観察する方法としては、生物関連試料は、例えば細胞等のサイズが微小なものである場合が多いことから、顕微鏡観察が行えることがより好ましいといえる。このような観点から、本態様におけるセンサ部は、上記イオン感応膜が透明性を有するものであることが好ましい。これにより、イオン感応膜上の生物関連試料を、例えば、倒立型の透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。なお、この場合、後述する基材も、透明性を有することが必要となる。
本態様のトランジスタ型センサを用いて測定を行う場合は、センサ部のイオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置し、これに伴う電圧変化を後述するトランジスタ部で検知することになる。ここで、本態様のトランジスタ型センサの用途によっては、単に電圧変化を評価するのみではなく、イオン感応膜上に配置された被検査流体の形態変化の評価も同時に行えることが望ましい場合がある。特に、本態様のトランジスタ型センサをバイオセンサとして用いる場合には、生物関連試料を上記イオン感応膜上に付与することになるが、当該生物関連試料の評価に際しては、単に電圧変化を評価することにより、ｐＨ等の変化を測定することのみならず、生物関連試料の経時的な形態変化の評価を同時に行えることが望ましい場合がある。また、このような場合において、イオン感応膜上の生物関連試料の形態を観察する方法としては、生物関連試料は、例えば細胞等のサイズが微小なものである場合が多いことから、顕微鏡観察が行えることがより好ましいといえる。このような観点から、本態様におけるセンサ部は、上記イオン感応膜が透明性を有するものであることが好ましい。これにより、イオン感応膜上の生物関連試料を、例えば、倒立型の透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。なお、この場合、後述する基材も、透明性を有することが必要となる。
ここで、上述したイオン感応膜に用いられる絶縁性材料のうち、透明性を有するイオン感応膜を形成可能なものとしては、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３等を挙げることができる。
２．トランジスタ部
本態様におけるトランジスタ部について説明する。
本態様におけるトランジスタ部は、上記基材上に形成された半導体層、ならびに上記半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極を有するものである。
本態様におけるトランジスタ部について説明する。
本態様におけるトランジスタ部は、上記基材上に形成された半導体層、ならびに上記半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極を有するものである。
（１）半導体層
本態様における半導体層について説明する。本態様における半導体層は、後述する基材上に形成されるものであり、半導体特性を示すものである。本態様における半導体層としては、半導体としての機能を有する材料からなるものであれば特に限定されるものではない。
本態様における半導体層について説明する。本態様における半導体層は、後述する基材上に形成されるものであり、半導体特性を示すものである。本態様における半導体層としては、半導体としての機能を有する材料からなるものであれば特に限定されるものではない。
このように、上記半導体層に用いられる材料は透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよい。透明性を有する材料としては、例えば、ＩｎＭＺｎＯ（Ｍはガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）のうち少なくとも１種）を主成分とするアモルファス酸化物等を挙げることができる。この場合、特に、ＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物が好ましい。また、このＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物を用いる場合には、必要に応じて、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｎ等を構成元素として加えたものであってもよい。また、上記透明性を有する材料としては、酸化物亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする酸化物半導体を用いることもできる。このＺｎＯを主成分とする材料には、真性の酸化物亜鉛の他に、必要に応じて、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、窒素（Ｎ）及び炭素（Ｃ）等のｐ型ドーパント及びホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）等のｎ型ドーパントがドーピングされた酸化亜鉛及びマグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）などがドーピングされた酸化亜鉛を加えたものであってもよい。さらに、上記透明性を有する材料としては、錫を添加した酸化インジウム（インジウム錫オキサイド：ＩＴＯ）、インジウム亜鉛オキサイド（ＩＺＯ）または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの材料を用いることもできる。
一方、上記不透明な材料の例としては、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、有機半導体等を挙げることができる。
本態様においては、中でも酸化物半導体であることが好ましい。酸化物半導体は、アモルファスシリコンに比べて安定性に優れており、また、ポリシリコンに比べて安価であるという利点がある。
一方、上記不透明な材料の例としては、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、有機半導体等を挙げることができる。
本態様においては、中でも酸化物半導体であることが好ましい。酸化物半導体は、アモルファスシリコンに比べて安定性に優れており、また、ポリシリコンに比べて安価であるという利点がある。
本態様における半導体層の厚みは、構成材料の種類等に応じて所望の半導体特性を実現できる範囲内であれば特に限定されるものではないが、通常、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とされる。
（２）ソース電極およびドレイン電極
本態様におけるソース電極およびドレイン電極について説明する。
本態様におけるソース電極およびドレイン電極は、上記半導体層に接するように形成されるものである。
本態様におけるソース電極およびドレイン電極について説明する。
本態様におけるソース電極およびドレイン電極は、上記半導体層に接するように形成されるものである。
本態様におけるソース電極およびドレイン電極は、透明性を有するものであってもよく、または透明性を有さないものであってもよい。透明性を有するソース電極およびドレイン電極としては、例えば、インジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等からなるものを挙げることができる。また透明性を有さないソース電極およびドレイン電極としては、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ等からなるものを挙げることができる。
本態様におけるソース電極およびドレイン電極の厚みは特に限定されるものではないが、通常、２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内が好ましい。
本態様におけるソース電極およびドレイン電極は、上記半導体層に接するように形成されるものである。
ここで、「上記半導体層に接するように形成される」とは、上記ソース電極および上記ドレイン電極が、上記半導体層に所定の間隔を空けて形成されることであり、例えば、半導体層の両端に接するようにソース電極およびドレイン電極が形成される態様等が挙げられる。
また、「上記半導体層に接するように形成される」態様としては、上記半導体層の底面と接するように形成される態様（図１（ａ））であってもよく、または上記半導体層上に接するように形成される態様（図１（ｂ））であってもよい。ここで、前者の態様の場合、本態様におけるトランジスタ部は、ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタとなり、後者の態様の場合は、トップコンタクト型の薄膜トランジスタとなる。
ここで、「上記半導体層に接するように形成される」とは、上記ソース電極および上記ドレイン電極が、上記半導体層に所定の間隔を空けて形成されることであり、例えば、半導体層の両端に接するようにソース電極およびドレイン電極が形成される態様等が挙げられる。
また、「上記半導体層に接するように形成される」態様としては、上記半導体層の底面と接するように形成される態様（図１（ａ））であってもよく、または上記半導体層上に接するように形成される態様（図１（ｂ））であってもよい。ここで、前者の態様の場合、本態様におけるトランジスタ部は、ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタとなり、後者の態様の場合は、トップコンタクト型の薄膜トランジスタとなる。
（３）絶縁層
本態様における絶縁層について説明する。
本態様における絶縁層は、所望の絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではない。
本態様における絶縁層について説明する。
本態様における絶縁層は、所望の絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではない。
このような絶縁層としては、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ２）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、窒化酸化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）などのシリコン酸化物、若しくはシリコン窒化物からなるもの等を挙げることができる。
また、本態様における絶縁層の厚みは、通常、５０ｎｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましい。
なお、上記絶縁層は、上述したイオン感応膜と接するように形成されている場合には、一体として形成されていてもよく、あるいは、単独の構成要素として形成されていてもよい。すなわち、図１（ａ）に示すように、上記絶縁層２２と上記イオン感応膜３２とが接するように形成されている場合に、トランジスタ部２０の構成要素である絶縁層２２とセンサ部３０の構成要素であるイオン感応膜３２とが一体として形成されていても良い。
本態様においては、上述したように、上記イオン感応膜がトランジスタ部の構成要素である絶縁層と一体として形成されていることが好ましい。上記イオン感応膜がこのような態様で形成されていることにより、本態様のトランジスタ型センサの構成をより簡略化することができるため、より簡易な工程で製造することができるトランジスタ型センサを提供することができるからである。
本態様においては、上述したように、上記イオン感応膜がトランジスタ部の構成要素である絶縁層と一体として形成されていることが好ましい。上記イオン感応膜がこのような態様で形成されていることにより、本態様のトランジスタ型センサの構成をより簡略化することができるため、より簡易な工程で製造することができるトランジスタ型センサを提供することができるからである。
ここで、「一体として」とは、上記イオン感応膜と、トランジスタ部の構成要素である絶縁層とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。
上記絶縁層がイオン感応膜と一体として形成される場合、上記絶縁層兼イオン感応膜に用いられる絶縁性材料としては、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３等を挙げることができる。
（４）トランジスタ部
本態様のトランジスタ型センサを用いて測定を行う場合は、センサ部のイオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置し、これに伴う電圧変化を上記トランジスタ部で検知することとなる。ここで、本態様のトランジスタ型センサの用途によっては、上記被検査流体の形態変化の評価も同時に行えることが好ましい。なお、詳しい理由については、上記「１．センサ部 （２）センサ部」に記載した内容と同様とすることができる。
本態様のトランジスタ型センサを用いて測定を行う場合は、センサ部のイオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置し、これに伴う電圧変化を上記トランジスタ部で検知することとなる。ここで、本態様のトランジスタ型センサの用途によっては、上記被検査流体の形態変化の評価も同時に行えることが好ましい。なお、詳しい理由については、上記「１．センサ部 （２）センサ部」に記載した内容と同様とすることができる。
本態様において、上記被検査流体の形態変化の評価を同時に行う場合には、被検査流体を観察する際に、上記トランジスタ型センサの平面視上、上記被検査流体と重なるように配置された部材が透明性を有する必要がある。具体的に、上記トランジスタ型センサが、図１（ａ）に示す構造である場合には、後述する基材１０と、トランジスタ部２０における半導体層２３および絶縁層２２と、上述したセンサ部３０におけるイオン感応膜３２とが透明性を有することが必要となる。
３．基材
本態様における基材について説明する。
本態様における基材としては、上述したトランジスタ部、およびセンサ部を支持できるものであれば特に限定されるものではない。このような基材としては、例えば、ガラス等の無機材料、ＰＥＮまたはＰＥＴなどのプラスチック（ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂）で代表される有機材料を挙げることができる。
本態様における基材について説明する。
本態様における基材としては、上述したトランジスタ部、およびセンサ部を支持できるものであれば特に限定されるものではない。このような基材としては、例えば、ガラス等の無機材料、ＰＥＮまたはＰＥＴなどのプラスチック（ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂）で代表される有機材料を挙げることができる。
また、本態様における基材の形状も限定されるものではなく、例えば、平板、平膜、フィルム、多孔質膜等の平坦な形状や、シリンダ、スタンプ、マルチウェルプレート、マイクロ流路等の立体的な形状が挙げられる。フィルムを使用する場合、その厚さは特に制限されないが、通常、１μｍ〜１ｍｍの範囲内とされる。
なお、本態様における基材は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよい。
本態様のトランジスタ型センサを用いて測定を行う場合に、上記イオン感応膜の表面に配置された被検査流体の形態変化の評価も同時に行うことがある。この場合には、上記トランジスタ型センサの平面視上、上記被検査流体と重なるように配置された部材が透明性を有する必要がある。すなわち、上述したような用途がある場合には、上記基材が透明性を有する必要がある。
なお、詳しい記載については、「１．センサ部 （２）センサ部」および「２．トランジスタ部 （４）トランジスタ部」に記載した内容と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
なお、詳しい記載については、「１．センサ部 （２）センサ部」および「２．トランジスタ部 （４）トランジスタ部」に記載した内容と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
４．隔壁
イオン濃度を測定する際に用いられる隔壁について説明する。
上記隔壁は、イオン感応膜上に形成されており、水溶液または培養液などの被検査流体をイオン感応膜上に滞留させるように積層方向に対して所定の高さを有している。上記隔壁の材料としては、被検査流体の漏出を防止できる材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス、プラスチック、または金属等が挙げられる。
イオン濃度を測定する際に用いられる隔壁について説明する。
上記隔壁は、イオン感応膜上に形成されており、水溶液または培養液などの被検査流体をイオン感応膜上に滞留させるように積層方向に対して所定の高さを有している。上記隔壁の材料としては、被検査流体の漏出を防止できる材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス、プラスチック、または金属等が挙げられる。
Ｂ．第２態様
本態様のトランジスタ型センサは、上記トランジスタ部は、上記半導体層に対して絶縁層を介して配置されたゲート電極を有し、上記センサ部は、上記基材上に形成された検知用電極と、上記検知用電極上に形成された上記イオン感応膜とを有し、上記検知用電極は、上記ゲート電極と電気的に接続されていることを特徴とするものである。よって、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが、上記基材の同一面側に並列するように配置されていていてもよい。
また、本態様のトランジスタ型センサは、トランジスタ部が最上部に保護層を有し、上記保護層と前記イオン感応膜とが一体として形成されたものであってもよい。
以下、図を参照しながら説明する。
本態様のトランジスタ型センサは、上記トランジスタ部は、上記半導体層に対して絶縁層を介して配置されたゲート電極を有し、上記センサ部は、上記基材上に形成された検知用電極と、上記検知用電極上に形成された上記イオン感応膜とを有し、上記検知用電極は、上記ゲート電極と電気的に接続されていることを特徴とするものである。よって、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが、上記基材の同一面側に並列するように配置されていていてもよい。
また、本態様のトランジスタ型センサは、トランジスタ部が最上部に保護層を有し、上記保護層と前記イオン感応膜とが一体として形成されたものであってもよい。
以下、図を参照しながら説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、本態様のトランジスタ型センサの一例を示す概略断面図である。
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本態様のトランジスタ型センサ１００は、基材１０上にトランジスタ部２０とセンサ部３０とを有するものである。
図２（ａ）に示すトランジスタ型センサ１００は、上記トランジスタ部２０は、基材１０上に電極２１（「ゲート電極」ともいう。）が形成され、上記ゲート電極２１を覆うようにゲート絶縁層２２が形成されている。また、上記ゲート絶縁層２２上には、半導体層２３が形成され、上記半導体層２３にそれぞれ接するように、所定の間隔を空けてソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄが形成されたものである。なお、上記ソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄによって、チャネル領域が画定される。
上記センサ部３０は、基材１０上に検知用電極３１が形成され、上記検知用電極３１上にイオン感応膜３２が形成されたものである。
なお、本態様におけるトランジスタ型センサ１００は、トランジスタ部２０における上記ゲート電極２１と、センサ部３０における上記検知用電極３１とは電気的に接続されたものである。上記ゲート電極と上記検知用電極とが電気的に接続された態様としては、図２（ａ）に示すように、一般的に、上記ゲート電極２１と検知用電極３１とが一体として形成された態様が挙げられる。
また、図２（ａ）に示すトランジスタ型センサ１００は、トランジスタ部２０におけるゲート絶縁層２２と、センサ部３０におけるイオン感応膜３２とが一体として形成されたものである。
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本態様のトランジスタ型センサ１００は、基材１０上にトランジスタ部２０とセンサ部３０とを有するものである。
図２（ａ）に示すトランジスタ型センサ１００は、上記トランジスタ部２０は、基材１０上に電極２１（「ゲート電極」ともいう。）が形成され、上記ゲート電極２１を覆うようにゲート絶縁層２２が形成されている。また、上記ゲート絶縁層２２上には、半導体層２３が形成され、上記半導体層２３にそれぞれ接するように、所定の間隔を空けてソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄが形成されたものである。なお、上記ソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄによって、チャネル領域が画定される。
上記センサ部３０は、基材１０上に検知用電極３１が形成され、上記検知用電極３１上にイオン感応膜３２が形成されたものである。
なお、本態様におけるトランジスタ型センサ１００は、トランジスタ部２０における上記ゲート電極２１と、センサ部３０における上記検知用電極３１とは電気的に接続されたものである。上記ゲート電極と上記検知用電極とが電気的に接続された態様としては、図２（ａ）に示すように、一般的に、上記ゲート電極２１と検知用電極３１とが一体として形成された態様が挙げられる。
また、図２（ａ）に示すトランジスタ型センサ１００は、トランジスタ部２０におけるゲート絶縁層２２と、センサ部３０におけるイオン感応膜３２とが一体として形成されたものである。
また、図２（ｂ）に示すトランジスタ型センサ１００は、上記トランジスタ部２０の最上部に保護層２５が形成されたものである。
なお、図２（ｂ）に示すトランジスタ型センサ１００は、トランジスタ部２０における上記ゲート電極２１と、センサ部３０における上記検知用電極３１とが電気的に接続され、また、トランジスタ部２０における保護層２５と、センサ部３０におけるイオン感応膜３２とが一体として形成されたものである。
なお、図２（ｂ）で説明しなかった符号については、図２（ａ）と同様とすることができる。
なお、図２（ｂ）に示すトランジスタ型センサ１００は、トランジスタ部２０における上記ゲート電極２１と、センサ部３０における上記検知用電極３１とが電気的に接続され、また、トランジスタ部２０における保護層２５と、センサ部３０におけるイオン感応膜３２とが一体として形成されたものである。
なお、図２（ｂ）で説明しなかった符号については、図２（ａ）と同様とすることができる。
また、図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサ１００は、上記センサ部３０における検知用電極３１とイオン感応膜３２との間に、検知用絶縁層３３が形成されており、上記検知用絶縁層３３およびトランジスタ部２０におけるゲート絶縁層２２が、一体として形成されたものである。
さらに、図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサ１００は、トランジスタ部２０における上記ゲート電極２１と、センサ部３０における上記検知用電極３１とが電気的に接続されたものである。
なお、図２（ｃ）において説明しなかった符号については、図２（ａ）と同様とすることができる。
さらに、図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサ１００は、トランジスタ部２０における上記ゲート電極２１と、センサ部３０における上記検知用電極３１とが電気的に接続されたものである。
なお、図２（ｃ）において説明しなかった符号については、図２（ａ）と同様とすることができる。
本態様のトランジスタ型センサは、被検査流体をイオン感応膜上に配置させることにより、測定を行うものである。
本態様の上記トランジスタ型センサを用いたイオン濃度の測定の一例としては、まず、ドレイン電流を電流原としてソース電極およびドレイン電極間に一定のドレイン電流Ｉｄ：１００ｎＡを流しつつ、被検査流体内に参照電極を挿入し、上記挿入された参照電極を介して可変電圧（参照電圧）Ｖｇ（Ｖ）：５Ｖを被検査流体に印加する。このとき、被検査流体が帯電することに伴って膜電位に変化が生じ、上記ゲート電極にかかる電圧が、５Ｖ＋αとなる。ここでの＋αは、被検査流体が帯電した分に相当する。これにより、ソース電極およびドレイン電極間にかかる電圧Ｖｄ（Ｖ）が変化し、この変化から被検査流体におけるイオン濃度を測定することができる。なお、トランジスタの抵抗が一定であれば、上記電圧Ｖｄ（Ｖ）は一定となり、また、トランジスタの抵抗が高くなれば、上記電圧Ｖｄ（Ｖ）は高くなる。すなわち、トランジスタの抵抗変化を観察することで、被検査流体におけるイオン濃度を測定できるようになっている。
なお、測定装置としてはAgilent社製の半導体パラメータアナライザ4156Cを用いることができる。また、ドレイン電極にはＳＭＵ（Source Measure Unit）を用いて電流と電圧を同時に印加、計測を行うことができる。
本態様の上記トランジスタ型センサを用いたイオン濃度の測定の一例としては、まず、ドレイン電流を電流原としてソース電極およびドレイン電極間に一定のドレイン電流Ｉｄ：１００ｎＡを流しつつ、被検査流体内に参照電極を挿入し、上記挿入された参照電極を介して可変電圧（参照電圧）Ｖｇ（Ｖ）：５Ｖを被検査流体に印加する。このとき、被検査流体が帯電することに伴って膜電位に変化が生じ、上記ゲート電極にかかる電圧が、５Ｖ＋αとなる。ここでの＋αは、被検査流体が帯電した分に相当する。これにより、ソース電極およびドレイン電極間にかかる電圧Ｖｄ（Ｖ）が変化し、この変化から被検査流体におけるイオン濃度を測定することができる。なお、トランジスタの抵抗が一定であれば、上記電圧Ｖｄ（Ｖ）は一定となり、また、トランジスタの抵抗が高くなれば、上記電圧Ｖｄ（Ｖ）は高くなる。すなわち、トランジスタの抵抗変化を観察することで、被検査流体におけるイオン濃度を測定できるようになっている。
なお、測定装置としてはAgilent社製の半導体パラメータアナライザ4156Cを用いることができる。また、ドレイン電極にはＳＭＵ（Source Measure Unit）を用いて電流と電圧を同時に印加、計測を行うことができる。
本態様においては、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にすることで、「Ｉ．トランジスタ型センサ」の項で記載した作用により、上記イオン感応膜の感度を向上させることができるといった効果が得られる。
本態様におけるセンサ部は、上記基材上に形成された検知用電極と上記検知用電極上に形成された上記イオン感応膜とを有するものである。これにより、上記センサ部におけるイオン感応膜を形成する面積を広げることができ、また、上記イオン感応膜上に測定対象となる被検査流体を配置した場合に、上記被検査流体の上記イオン感応膜への浸みこみ等によってトランジスタ部の機能が劣化することを防止することができるという利点を有する。
また、本態様におけるトランジスタ部は、上記半導体層に対して上記絶縁層を介して配置された上記ゲート電極を有するものである。例えば、上記半導体層表面の基材と反対側の面に上記絶縁層を形成し、さらに上記ゲート電極を上記絶縁層上に形成してもよい。また、上記半導体層表面の基材側の面に上記絶縁層を形成し、さらに上記ゲート電極を上記絶縁層の下に形成してもよい。
なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサにおいては、いずれも、半導体層２３の下にゲート電極２１を有する場合の構造となっている。
本態様のトランジスタ型センサにおいて、半導体層表面の基材側の面に絶縁層を有し、上記半導体層に対して上記絶縁層を介して上記ゲート電極を配置する構造は、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが基材の同一面側にある場合に、トランジスタ部における上記ゲート電極とセンサ部における検知用電極とを容易に一体として形成することができるため、上記トランジスタ型センサを簡易に形成することができるという利点を有する。
このように、本態様においては、半導体層表面の基材側の面に絶縁層を有し、上記半導体層に対して上記絶縁層を介して上記ゲート電極を配置する構造であり、かつ、上記トランジスタ部および上記センサ部が、基材の同一面側に並列するような構造であることが好ましい。このような場合には、さらに上記トランジスタ部における絶縁層と上記センサ部におけるイオン感応膜とを一体として形成することができ、また、上記トランジスタ部の最上部に保護層を有する際に、上記保護層と上記イオン感応膜とを一体として形成することができるという利点を有する。
なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサは、トランジスタ部およびセンサ部が、基材の同一面側に並列するような構造を有するものである。
以下、本態様のトランジスタ型センサに用いられる各構成について説明する。
また、本態様におけるトランジスタ部は、上記半導体層に対して上記絶縁層を介して配置された上記ゲート電極を有するものである。例えば、上記半導体層表面の基材と反対側の面に上記絶縁層を形成し、さらに上記ゲート電極を上記絶縁層上に形成してもよい。また、上記半導体層表面の基材側の面に上記絶縁層を形成し、さらに上記ゲート電極を上記絶縁層の下に形成してもよい。
なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサにおいては、いずれも、半導体層２３の下にゲート電極２１を有する場合の構造となっている。
本態様のトランジスタ型センサにおいて、半導体層表面の基材側の面に絶縁層を有し、上記半導体層に対して上記絶縁層を介して上記ゲート電極を配置する構造は、上記トランジスタ部と、上記センサ部とが基材の同一面側にある場合に、トランジスタ部における上記ゲート電極とセンサ部における検知用電極とを容易に一体として形成することができるため、上記トランジスタ型センサを簡易に形成することができるという利点を有する。
このように、本態様においては、半導体層表面の基材側の面に絶縁層を有し、上記半導体層に対して上記絶縁層を介して上記ゲート電極を配置する構造であり、かつ、上記トランジスタ部および上記センサ部が、基材の同一面側に並列するような構造であることが好ましい。このような場合には、さらに上記トランジスタ部における絶縁層と上記センサ部におけるイオン感応膜とを一体として形成することができ、また、上記トランジスタ部の最上部に保護層を有する際に、上記保護層と上記イオン感応膜とを一体として形成することができるという利点を有する。
なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサは、トランジスタ部およびセンサ部が、基材の同一面側に並列するような構造を有するものである。
以下、本態様のトランジスタ型センサに用いられる各構成について説明する。
１．センサ部
本態様のトランジスタ型センサにおけるセンサ部は、後述する基材上に形成された検知用電極と、上記検知用電極上に形成されたイオン感応膜とを有するものである。また、上記イオン感応膜と検知用電極との間に、必要に応じて検知用絶縁層を有していてもよい。
本態様のトランジスタ型センサにおけるセンサ部は、後述する基材上に形成された検知用電極と、上記検知用電極上に形成されたイオン感応膜とを有するものである。また、上記イオン感応膜と検知用電極との間に、必要に応じて検知用絶縁層を有していてもよい。
（１）イオン感応膜
本態様のトランジスタ型センサに用いられるイオン感応膜は、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であることを特徴とするものである。
上記イオン感応膜の表面粗さについては、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ」の項で記載した内容と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本態様のトランジスタ型センサに用いられるイオン感応膜は、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であることを特徴とするものである。
上記イオン感応膜の表面粗さについては、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ」の項で記載した内容と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本態様におけるイオン感応膜は、図２（ａ）に示すように、トランジスタ部２０の構成要素であるゲート絶縁層２２と一体として形成されていても良く、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、トランジスタ部２０の構成要素である保護層２５と一体として形成されていても良い。本態様においては、上記イオン感応膜がトランジスタ部の構成要素と一体として形成されていることが好ましい。上記イオン感応膜がこのような態様で形成されていることにより、本態様のトランジスタ型センサの構成を簡略化することができるため、より簡易な工程で製造することができるトランジスタ型センサを提供することができるからである。
ここで、「一体として」とは、上記イオン感応膜と、トランジスタ部の構成要素である絶縁層または保護層とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。
なお、本態様おけるイオン感応膜については、上記「Ａ．第１態様 １．センサ部 （１）イオン感応膜」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
（２）検知用電極
本態様におけるセンサ部に用いられる検知用電極について説明する。本態様における検知用電極は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記基材上に形成され、かつ後述するトランジスタ部のゲート電極と電気的に接続されたものである。電気的に接続された態様としては、例えば、上記検知用電極と上記ゲート電極とが、一体として形成された態様が一般的である。
ここで、「一体として」とは、上記検知用電極と、上記ゲート電極とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。
本態様におけるセンサ部に用いられる検知用電極について説明する。本態様における検知用電極は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、上記基材上に形成され、かつ後述するトランジスタ部のゲート電極と電気的に接続されたものである。電気的に接続された態様としては、例えば、上記検知用電極と上記ゲート電極とが、一体として形成された態様が一般的である。
ここで、「一体として」とは、上記検知用電極と、上記ゲート電極とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。
本態様おける検知用電極としては、電極として機能を有するものであれば特に限定されるものではない。
本態様おける検知用電極としては、例えば、Ａｌなどの一般的な金属材料に加え、ＩＴＯなどの透明電極を使用することができる。また本態様における検知用電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
ここで、上述した検知用電極に用いられる材料のうち、透明性を有する検知用電極を形成可能なものとしては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等を挙げることができる。
本態様おける検知用電極としては、例えば、Ａｌなどの一般的な金属材料に加え、ＩＴＯなどの透明電極を使用することができる。また本態様における検知用電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
ここで、上述した検知用電極に用いられる材料のうち、透明性を有する検知用電極を形成可能なものとしては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等を挙げることができる。
（３）検知用絶縁層
本態様におけるセンサ部は、少なくとも上記イオン感応膜、および上記検知用電極を有するものであるが、必要に応じて他の構成を有するものであってもよい。
上記他の構成としては、センサ部の機能を損なうものでなければ特に限定されるものではなく、所望の機能を備える構成を適宜選択して用いることができる。このような他の構成として、本態様に好適に用いられるものとしては、例えば、図２（ｃ）に示すように、上記検知用電極３１および上記イオン感応膜３２の間に形成され、絶縁性材料からなる検知用絶縁層３３を挙げることができる。
なお、センサ部に上記検知用絶縁層を形成する場合には、本態様のトランジスタ型センサを簡略化するという観点から、後述するトランジスタ部のゲート絶縁層と一体として形成されていることが好ましい。
本態様におけるセンサ部は、少なくとも上記イオン感応膜、および上記検知用電極を有するものであるが、必要に応じて他の構成を有するものであってもよい。
上記他の構成としては、センサ部の機能を損なうものでなければ特に限定されるものではなく、所望の機能を備える構成を適宜選択して用いることができる。このような他の構成として、本態様に好適に用いられるものとしては、例えば、図２（ｃ）に示すように、上記検知用電極３１および上記イオン感応膜３２の間に形成され、絶縁性材料からなる検知用絶縁層３３を挙げることができる。
なお、センサ部に上記検知用絶縁層を形成する場合には、本態様のトランジスタ型センサを簡略化するという観点から、後述するトランジスタ部のゲート絶縁層と一体として形成されていることが好ましい。
なお、検知用絶縁層については、上記「Ａ．第１態様 ２．トランジスタ部 （３）絶縁層」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
２．トランジスタ部
本態様のトランジスタ型センサに用いられるトランジスタ部について説明する。
本態様におけるトランジスタ部は、上記半導体層に対して絶縁層を介して配置されたゲート電極を有するものである。
なお、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極およびドレイン電極については、上記「Ａ．第１態様 ２．トランジスタ部」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。また、ゲート電極については、上記「Ｂ．第２態様 １．センサ部 （２）検知用電極」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
以下、本態様におけるトランジスタ部に用いられる保護層について説明する。
本態様のトランジスタ型センサに用いられるトランジスタ部について説明する。
本態様におけるトランジスタ部は、上記半導体層に対して絶縁層を介して配置されたゲート電極を有するものである。
なお、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極およびドレイン電極については、上記「Ａ．第１態様 ２．トランジスタ部」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。また、ゲート電極については、上記「Ｂ．第２態様 １．センサ部 （２）検知用電極」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
以下、本態様におけるトランジスタ部に用いられる保護層について説明する。
本態様におけるトランジスタ部は、少なくとも上記ゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極およびドレイン電極を有するものであるが、必要に応じて他の構成を有してもよいものである。上記他の構成としては、トランジスタ部の機能を損なうものでなければ特に限定されるものではなく、所望の機能を備える構成を適宜選択して用いることができる。このような他の構成として、本態様に好適に用いられるものとしては、例えば、トランジスタ部の最上部に形成される保護層を挙げることができる。当該保護層が用いられることにより、トランジスタ部の経時劣化を防止できるという利点がある。
本態様における保護層としては、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３等からなるものを挙げることができる。また、本態様における保護層の厚みは特に限定されるものではないが、通常、５０ｎｍ〜１μｍの範囲内とされる。
また、上記トランジスタ部が最上部に保護層を有する場合には、上記保護層と上記イオン感応膜とが一体として形成されていることが好ましい。上記保護層と上記センサ部のイオン感応膜とが一体として形成されていることにより、本態様のトランジスタ型センサの構成を簡略化することができるからである。
３．基材
本態様における基材については、上記「Ａ．第１態様 ３．基材」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
本態様における基材については、上記「Ａ．第１態様 ３．基材」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
４．隔壁
本態様においては、図３に示すように、トランジスタ型センサ１００のセンサ部におけるイオン感応膜３２上に被検査流体４０を配置して測定を行う。この際に、上記被検査流体４０の漏出を防止するために、隔壁４１を設けることが好ましい。
なお、図３において説明していない符号については、図２と同様である。
本態様における隔壁については、上記「Ａ．第１態様 ４．隔壁」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
本態様においては、図３に示すように、トランジスタ型センサ１００のセンサ部におけるイオン感応膜３２上に被検査流体４０を配置して測定を行う。この際に、上記被検査流体４０の漏出を防止するために、隔壁４１を設けることが好ましい。
なお、図３において説明していない符号については、図２と同様である。
本態様における隔壁については、上記「Ａ．第１態様 ４．隔壁」の項で説明したものと同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
Ｃ．その他
上述したトランジスタ型センサの製造方法としては、所望の効果が得られるトランジスタ型センサとすることができる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、上記「Ａ．第１態様」および「Ｂ．第２態様」の項に示した態様のトランジスタ型センサを製造する場合には、以下、「ＩＩ．トランジスタ型センサの製造方法」の項で記載する方法を用いることができる。
上述したトランジスタ型センサの製造方法としては、所望の効果が得られるトランジスタ型センサとすることができる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、上記「Ａ．第１態様」および「Ｂ．第２態様」の項に示した態様のトランジスタ型センサを製造する場合には、以下、「ＩＩ．トランジスタ型センサの製造方法」の項で記載する方法を用いることができる。
ＩＩ．トランジスタ型センサの製造方法
本発明のトランジスタ型センサの製造方法は、２つの態様を有する。
以下、第３態様、第４態様に分けてそれぞれ説明する。
本発明のトランジスタ型センサの製造方法は、２つの態様を有する。
以下、第３態様、第４態様に分けてそれぞれ説明する。
Ａ．第３態様
本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ」の項に記載したトランジスタ型センサを製造するトランジスタ型センサの製造方法であって、上記基材を準備する基材準備工程と、上記半導体層を形成する半導体層形成工程と、上記半導体層と接するように上記ソース電極および上記ドレイン電極を形成するソース電極およびドレイン電極形成工程と、上記イオン感応膜を形成するイオン感応膜形成工程と、を有し、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程を有することを特徴とする製造方法である。
以下、図を参照しながら説明する。
本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ」の項に記載したトランジスタ型センサを製造するトランジスタ型センサの製造方法であって、上記基材を準備する基材準備工程と、上記半導体層を形成する半導体層形成工程と、上記半導体層と接するように上記ソース電極および上記ドレイン電極を形成するソース電極およびドレイン電極形成工程と、上記イオン感応膜を形成するイオン感応膜形成工程と、を有し、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程を有することを特徴とする製造方法である。
以下、図を参照しながら説明する。
図４は、本態様のトランジスタ型センサの製造方法の一例を示す概略工程図である。
図４に示すように、上述した第１態様のトランジスタ型センサ１００（図１（ａ））を製造する本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、基材１０を準備する基材準備工程（図４（ａ））と、上記基材１０上に、ソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄを所定の間隔を空けて形成するソース電極およびドレイン電極形成工程（図４（ｂ））と、上記ソース電極２４Ｓおよび上記ドレイン電極２４Ｄに接するように、上記ソース電極２４Ｓおよび上記ドレイン電極２４Ｄの間に半導体層２３を形成する半導体層形成工程（図４（ｃ））と、上記半導体層２３を覆うように絶縁層２２を形成する絶縁層形成工程（図４（ｄ））と、上記絶縁層２２上にイオン感応膜３２を形成するイオン感応膜形成工程（図４（ｅ））と、上記イオン感応膜３２の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜３２表面をドライエッチングするドライエッチング処理工程（図４（ｅ））とを有するものである。
なお、図４に示す製造方法は、上記半導体層２３を覆うように絶縁層２２を形成する絶縁層形成工程（図４（ｄ））を有する製造方法であるが、「Ｉ．トランジスタ型センサ」の項で説明したように、上記絶縁層と上記イオン感応膜とが一体として形成される場合には、図４（ｄ）に示す絶縁層形成工程は省略することができる。
図４に示すように、上述した第１態様のトランジスタ型センサ１００（図１（ａ））を製造する本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、基材１０を準備する基材準備工程（図４（ａ））と、上記基材１０上に、ソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄを所定の間隔を空けて形成するソース電極およびドレイン電極形成工程（図４（ｂ））と、上記ソース電極２４Ｓおよび上記ドレイン電極２４Ｄに接するように、上記ソース電極２４Ｓおよび上記ドレイン電極２４Ｄの間に半導体層２３を形成する半導体層形成工程（図４（ｃ））と、上記半導体層２３を覆うように絶縁層２２を形成する絶縁層形成工程（図４（ｄ））と、上記絶縁層２２上にイオン感応膜３２を形成するイオン感応膜形成工程（図４（ｅ））と、上記イオン感応膜３２の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜３２表面をドライエッチングするドライエッチング処理工程（図４（ｅ））とを有するものである。
なお、図４に示す製造方法は、上記半導体層２３を覆うように絶縁層２２を形成する絶縁層形成工程（図４（ｄ））を有する製造方法であるが、「Ｉ．トランジスタ型センサ」の項で説明したように、上記絶縁層と上記イオン感応膜とが一体として形成される場合には、図４（ｄ）に示す絶縁層形成工程は省略することができる。
また、ここでは、図４に示すように、図１（ａ）に示すトランジスタ型センサの製造方法について説明したが、本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、図１（ｂ）に示すトランジスタ型センサの製造方法も含むものである。
本発明においては、イオン感応膜の表面をドライエッチングするドライエッチング処理工程により、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とすることができる。
このように、本発明においては、上記イオン感応膜の表面の処理を行うに際して、トランジスタ型センサの製造において一般的な製造工程の１つである上記ドライエッチング処理工程を採用しているため、上記イオン感応膜の表面を粗くするための特別な処理等を要することがない。すなわち、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上である上記イオン感応膜を備えたトランジスタ型センサを簡易的に製造することができる。
本発明により得られる上記トランジスタ型センサを用いることで、測定の際に生じるノイズの影響を受けることなく、上記被検査流体のイオン濃度測定をより高精度に行うことが可能となる。
以下、本態様のトランジスタ型センサの製造方法に含まれる各工程について説明する。
このように、本発明においては、上記イオン感応膜の表面の処理を行うに際して、トランジスタ型センサの製造において一般的な製造工程の１つである上記ドライエッチング処理工程を採用しているため、上記イオン感応膜の表面を粗くするための特別な処理等を要することがない。すなわち、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上である上記イオン感応膜を備えたトランジスタ型センサを簡易的に製造することができる。
本発明により得られる上記トランジスタ型センサを用いることで、測定の際に生じるノイズの影響を受けることなく、上記被検査流体のイオン濃度測定をより高精度に行うことが可能となる。
以下、本態様のトランジスタ型センサの製造方法に含まれる各工程について説明する。
１．基材準備工程
本態様における基材準備工程は、基材を準備する工程である。
なお、基材については、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ Ａ．第１態様 ３．基材」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本態様における基材準備工程は、基材を準備する工程である。
なお、基材については、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ Ａ．第１態様 ３．基材」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
２．半導体層形成工程
本態様における半導体形成工程は、半導体層を形成する工程である。
本態様における半導体形成工程は、半導体層を形成する工程である。
半導体層の形成方法としては、半導体材料を成膜可能な方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、ＣＶＤ法や、真空蒸着法、ＤＣスパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法を用いることができる。
半導体材料の成膜後は、通常、所望のパターン形状にパターニングを行う。パターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィー法を用いることができる。また、フォトレジストパターンをマスクとして半導体層をエッチングする際、エッチング方法としては、ウェットエッチングおよびドライエッチングのいずれも適用することができる。
なお、半導体層については、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ Ａ．第１態様 ２．トランジスタ部」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
３．ソース電極およびドレイン電極形成工程
本態様におけるソース電極およびドレイン電極形成工程は、上記半導体層に接するようにソース電極およびドレイン電極を形成する工程である。
ここで、「上記半導体層に接するようにソース電極およびドレイン電極を形成する」とは、上記ソース電極および上記ドレイン電極を、上記半導体層におけるチャネル領域を画定するように所定の間隔を空けて形成することであり、例えば、半導体層の両端に接するようにソース電極およびドレイン電極を形成する態様等が挙げられる。
本態様におけるソース電極およびドレイン電極形成工程は、上記半導体層に接するようにソース電極およびドレイン電極を形成する工程である。
ここで、「上記半導体層に接するようにソース電極およびドレイン電極を形成する」とは、上記ソース電極および上記ドレイン電極を、上記半導体層におけるチャネル領域を画定するように所定の間隔を空けて形成することであり、例えば、半導体層の両端に接するようにソース電極およびドレイン電極を形成する態様等が挙げられる。
ソース電極およびドレイン電極の形成方法としては、本態様の薄膜トランジスタの構造により適宜選択されるものである。
トップコンタクト構造のように、ソース電極およびドレイン電極を半導体層上に形成する場合、ソース電極およびドレイン電極の形成方法は、例えば、ＤＣスパッタリング法、対向ターゲット式スパッタリング法、ＥＣＲスパッタリング法、塗布法等を用いることができる。
一方、ボトムコンタクト構造のように、半導体層形成前にソース電極およびドレイン電極を形成する場合、ソース電極およびドレイン電極の形成方法は、導電性材料の種類に応じて適宜選択され、例えば、低温ＣＶＤ法や、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法を用いることができる。
トップコンタクト構造のように、ソース電極およびドレイン電極を半導体層上に形成する場合、ソース電極およびドレイン電極の形成方法は、例えば、ＤＣスパッタリング法、対向ターゲット式スパッタリング法、ＥＣＲスパッタリング法、塗布法等を用いることができる。
一方、ボトムコンタクト構造のように、半導体層形成前にソース電極およびドレイン電極を形成する場合、ソース電極およびドレイン電極の形成方法は、導電性材料の種類に応じて適宜選択され、例えば、低温ＣＶＤ法や、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法を用いることができる。
上記方法による導電性材料の成膜後は、通常、所望のパターン形状にパターニングを行う。パターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィー法を用いることができる。また、フォトレジストパターンをマスクとしてソース電極およびドレイン電極をエッチングする際、エッチング方法としては、ウェットエッチングおよびドライエッチングのいずれも適用することができる。
なお、ソース電極およびドレイン電極については、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ Ａ．第１態様 ２．トランジスタ部」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
４．イオン感応膜形成工程
本態様におけるイオン感応膜形成工程は、上記イオン感応膜を形成する工程である。
本態様におけるイオン感応膜形成工程は、上記イオン感応膜を形成する工程である。
イオン感応膜の形成方法としては、イオン感応膜の形成に用いられる上記絶縁性材料の種類等に応じて適宜選択されるものであり、例えば、ＣＶＤ法や、スパッタリング法等のＰＶＤ法等のドライプロセスが用いられる。
上記方法を用いて上記絶縁性材料を成膜した後は、所望のパターン形状にパターニングを行ってもよい。パターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィー法を用いることができる。また、絶縁性材料が感光性を持たない場合には、フォトレジストパターンをマスクとしてイオン感応膜をエッチングする。この際、エッチング方法としては、ウェットエッチングおよびドライエッチングのいずれも適用することができ、絶縁性材料に応じて適宜選択される。
また、イオン感応膜については、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ Ａ．第１態様 １．センサ部」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
５．ドライエッチング処理工程
本態様におけるドライエッチング処理工程は、イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理する工程である。すなわち、イオン感応膜が全て無くならない程度にドライエッチング処理を行うことによって、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上のイオン感応膜を形成する工程である。
本態様におけるドライエッチング処理工程は、イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理する工程である。すなわち、イオン感応膜が全て無くならない程度にドライエッチング処理を行うことによって、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上のイオン感応膜を形成する工程である。
本態様のトランジスタ型センサの製造方法において、上記ドライエッチング処理工程は、イオン感応膜形成工程後に行われる工程である。
本態様におけるドライエッチング処理工程は、上述したように、イオン感応膜が全て無くならない程度にドライエッチング処理をすることで、イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にできれば特に限定されるものではなく、ドライエッチング処理に要する時間としては、イオン感応膜の材料等に応じて適宜調整されるものである。
ドライエッチング処理の際に用いられるガスとしては、イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にできるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ＣＦ４およびＯ２を用いたＣＦＯ、ＳＦ６、ＳＦ６に酸素を微量（例えば５％未満）混ぜた混合ガス等が挙げられる。
なお、上記イオン感応膜の表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上であることについては、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ」の項に記載したものと同様とすることができ、また、ドライエッチング処理を行うイオン感応膜については、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ Ａ．第１態様 １．センサ部」の項に記載したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略することができる。
６．絶縁層形成工程
本態様においては、必要に応じて絶縁層を形成する絶縁層形成工程を有してもよい。
本態様においては、必要に応じて絶縁層を形成する絶縁層形成工程を有してもよい。
絶縁層の形成方法については、上記「４．イオン感応膜形成工程」の項で説明するものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
なお、絶縁層については、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ Ａ．第１態様 ２．トランジスタ部」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
Ｂ．第４態様
本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、「Ｉ．トランジスタ型センサ Ｂ．第２態様」の項に記載したトランジスタ型センサを製造するトランジスタ型センサの製造方法であって、上記基材を準備する基材準備工程と、上記基材上に上記ゲート電極および上記検知用電極を一体に形成する電極形成工程と、上記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、上記半導体層を形成する半導体層形成工程と、上記半導体層と接するように上記ソース電極および上記ドレイン電極を形成するソース電極およびドレイン電極形成工程と、上記トランジスタ部の最上部および上記検知用電極上に、上記保護層および上記イオン感応膜を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程と、上記保護層をパターニングするパターニング処理工程と、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程と、を有し、上記パターニング処理工程が、上記ドライエッチング処理工程と同一の工程として行われることを特徴とする製造方法である。
以下、図を参照しながら説明する。
本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、「Ｉ．トランジスタ型センサ Ｂ．第２態様」の項に記載したトランジスタ型センサを製造するトランジスタ型センサの製造方法であって、上記基材を準備する基材準備工程と、上記基材上に上記ゲート電極および上記検知用電極を一体に形成する電極形成工程と、上記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、上記半導体層を形成する半導体層形成工程と、上記半導体層と接するように上記ソース電極および上記ドレイン電極を形成するソース電極およびドレイン電極形成工程と、上記トランジスタ部の最上部および上記検知用電極上に、上記保護層および上記イオン感応膜を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程と、上記保護層をパターニングするパターニング処理工程と、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程と、を有し、上記パターニング処理工程が、上記ドライエッチング処理工程と同一の工程として行われることを特徴とする製造方法である。
以下、図を参照しながら説明する。
図５は、本態様のトランジスタ型センサの製造方法の他の例を示す概略工程図である。
図５に示すように、上述した第２態様のトランジスタ型センサ１００（図２（ｃ））を製造する本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、基材１０を準備する基材準備工程（図５（ａ））と、上記基材１０上にゲート電極２１および検知用電極３１を一体に形成する電極形成工程（図５（ｂ））と、上記ゲート電極２１上および上記検知用電極３１上にゲート絶縁層２２および検知用絶縁層３３を一体に形成するゲート絶縁層および検知用絶縁層形成工程（図５（ｃ））と、上記ゲート絶縁層２２上に半導体層２３を形成する半導体層形成工程（図５（ｄ））と、上記半導体層２３と接するようにソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄを形成するソース電極およびドレイン電極形成工程（図５（ｅ））と、トランジスタ部の最上部および上記検知用絶縁層３３上に、保護層２５およびイオン感応膜３２を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程（図５（ｆ））と、を有する。
また、本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、上記保護層をパターニングしてコンタクトホールＨを形成するパターニング処理工程（図５（ｇ））と、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程（図５（ｇ））とを有するものである。上記パターニング処理工程および上記ドライエッチング処理工程は、同一の工程として行われるものである。
なお、図５では、図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサの製造方法について説明したが、本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すトランジスタ型センサの製造方法も含むものである。
図５に示すように、上述した第２態様のトランジスタ型センサ１００（図２（ｃ））を製造する本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、基材１０を準備する基材準備工程（図５（ａ））と、上記基材１０上にゲート電極２１および検知用電極３１を一体に形成する電極形成工程（図５（ｂ））と、上記ゲート電極２１上および上記検知用電極３１上にゲート絶縁層２２および検知用絶縁層３３を一体に形成するゲート絶縁層および検知用絶縁層形成工程（図５（ｃ））と、上記ゲート絶縁層２２上に半導体層２３を形成する半導体層形成工程（図５（ｄ））と、上記半導体層２３と接するようにソース電極２４Ｓおよびドレイン電極２４Ｄを形成するソース電極およびドレイン電極形成工程（図５（ｅ））と、トランジスタ部の最上部および上記検知用絶縁層３３上に、保護層２５およびイオン感応膜３２を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程（図５（ｆ））と、を有する。
また、本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、上記保護層をパターニングしてコンタクトホールＨを形成するパターニング処理工程（図５（ｇ））と、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、上記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程（図５（ｇ））とを有するものである。上記パターニング処理工程および上記ドライエッチング処理工程は、同一の工程として行われるものである。
なお、図５では、図２（ｃ）に示すトランジスタ型センサの製造方法について説明したが、本態様のトランジスタ型センサの製造方法は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すトランジスタ型センサの製造方法も含むものである。
本態様においては、上記保護層のパターニング処理工程と上記イオン感応膜のドライエッチング処理工程とが、同一の工程として行われることにより、上記トランジスタ型センサをより簡易に製造することが可能となる。
また、上記ゲート電極および上記検知用電極を一体に形成する電極形成工程と、上記ゲート絶縁層および上記検知用絶縁層を一体に形成するゲート絶縁層および検知用絶縁層形成工程と、上記保護層および上記イオン感応膜を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程とを有することにより、経時劣化を防止することが可能な上記トランジスタ型センサをより簡易に製造することが可能となる。
さらに、本態様においては、イオン感応膜の表面をドライエッチングするドライエッチング処理工程により、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とすることができる。
このように、本態様においては、上記イオン感応膜の表面の処理を行うに際して、トランジスタ型センサの製造において一般的な製造工程の１つである上記ドライエッチング処理工程を採用しているため、上記イオン感応膜の表面を粗くするための特別な処理等を要することがない。すなわち、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上である上記イオン感応膜を備えたトランジスタ型センサを簡易的に製造することができる。
本態様により得られる上記トランジスタ型センサに用いることで、測定の際に生じるノイズの影響を受けることなく、上記被検査流体のイオン濃度測定をより高精度に行うことが可能となる。
以下、本態様のトランジスタ型センサに含まれる各工程について説明する。
また、上記ゲート電極および上記検知用電極を一体に形成する電極形成工程と、上記ゲート絶縁層および上記検知用絶縁層を一体に形成するゲート絶縁層および検知用絶縁層形成工程と、上記保護層および上記イオン感応膜を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程とを有することにより、経時劣化を防止することが可能な上記トランジスタ型センサをより簡易に製造することが可能となる。
さらに、本態様においては、イオン感応膜の表面をドライエッチングするドライエッチング処理工程により、上記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とすることができる。
このように、本態様においては、上記イオン感応膜の表面の処理を行うに際して、トランジスタ型センサの製造において一般的な製造工程の１つである上記ドライエッチング処理工程を採用しているため、上記イオン感応膜の表面を粗くするための特別な処理等を要することがない。すなわち、表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上である上記イオン感応膜を備えたトランジスタ型センサを簡易的に製造することができる。
本態様により得られる上記トランジスタ型センサに用いることで、測定の際に生じるノイズの影響を受けることなく、上記被検査流体のイオン濃度測定をより高精度に行うことが可能となる。
以下、本態様のトランジスタ型センサに含まれる各工程について説明する。
本態様における基材準備工程、半導体層形成工程、ソース電極およびドレイン電極形成工程、ドライエッチング処理工程については、上記「Ａ．第３態様」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
また、本態様の保護層およびイオン感応膜形成工程は、上記「Ａ．第３態様 ４．イオン感応膜形成工程」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
以下、本態様における電極形成工程とパターニング処理工程とについて説明する。
また、本態様の保護層およびイオン感応膜形成工程は、上記「Ａ．第３態様 ４．イオン感応膜形成工程」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
以下、本態様における電極形成工程とパターニング処理工程とについて説明する。
１．電極形成工程
本態様における電極形成工程は、上記基材上に、ゲート電極および検知用電極を一体に形成する工程である。
本態様における電極形成工程は、上記基材上に、ゲート電極および検知用電極を一体に形成する工程である。
上記ゲート電極および検知用電極の形成方法としては、導電性材料を成膜可能な方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ＤＣスパッタリング法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ法等を用いることができる。
導電性材料の成膜後は、通常、所望のパターン形状にパターニングを行う。パターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィー法を用いることができる。また、フォトレジストパターンをマスクとしてゲート電極をエッチングする際、エッチング方法としては、ウェットエッチングおよびドライエッチングのいずれも適用することができる。
なお、ゲート電極および検知用電極については、上記「Ｉ．トランジスタ型センサ Ａ．第２態様」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
２．パターニング処理工程
本態様の製造方法におけるパターニング処理工程は、上記保護層をパターニングする工程である。すなわち、保護層にコンタクトホールを形成する工程である。
本態様の製造方法におけるパターニング処理工程は、上記保護層をパターニングする工程である。すなわち、保護層にコンタクトホールを形成する工程である。
本態様においては、ドライエッチング処理を行うことで上記保護層にコンタクトホールを形成することができる。
なお、ドライエッチング処理については、上記「Ａ．第３態様 ５．ドライエッチング処理工程」の項で説明したものと同様とすることができる。
なお、ドライエッチング処理については、上記「Ａ．第３態様 ５．ドライエッチング処理工程」の項で説明したものと同様とすることができる。
また、本態様においては、イオン感応膜をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程と、上記保護層をパターニングするパターニング処理工程とを同一の工程として行われるものである。上記保護層のパターニング処理工程と上記イオン感応膜のドライエッチング処理工程とが、同一の工程として行われることにより、高精度な測定が可能なトランジスタ型センサをより簡易に製造することが可能となる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
[実施例]
本実施例では、本発明に係る第２態様のトランジスタ型センサを作製した。
本実施例では、本発明に係る第２態様のトランジスタ型センサを作製した。
（基材準備工程）
先ず、ガラス基材を準備した。
先ず、ガラス基材を準備した。
（電極形成工程）
上記ガラス基材上に、厚さ１００ｎｍの電極をスパッタ法により成膜した。その後、レジストパターンをフォトリソグラフィー法により形成し、エッチング処理を行うことで、上記電極を所定のパターンにパターニングし、ゲート電極および検知用電極とした。
上記ガラス基材上に、厚さ１００ｎｍの電極をスパッタ法により成膜した。その後、レジストパターンをフォトリソグラフィー法により形成し、エッチング処理を行うことで、上記電極を所定のパターンにパターニングし、ゲート電極および検知用電極とした。
（ゲート絶縁層および検知用絶縁層形成工程）
次に、上記ゲート電極および検知用電極を覆うように、厚さ３００ｎｍの酸化ケイ素を全面に形成し、これをゲート絶縁層および検知用絶縁層とした。
この絶縁層は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、８インチのＳｉＯ２ターゲットに投入電力：２．０ｋＷ（＝６Ｗ／ｃｍ２）、圧力：０．３Ｐａ、Ｏ２とＡｒの混合ガスにて形成した。
次に、上記ゲート電極および検知用電極を覆うように、厚さ３００ｎｍの酸化ケイ素を全面に形成し、これをゲート絶縁層および検知用絶縁層とした。
この絶縁層は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、８インチのＳｉＯ２ターゲットに投入電力：２．０ｋＷ（＝６Ｗ／ｃｍ２）、圧力：０．３Ｐａ、Ｏ２とＡｒの混合ガスにて形成した。
（半導体層形成工程）
上記ゲート絶縁層および検知用絶縁層を覆うように、全面に、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎが１：１：１のＩｎＧａＺｎＯ系ＩＧＺＯ半導体層（ＩｎＧａＺｎＯ４）を厚さ２５ｎｍとなるように形成した。ＩＧＺＯ半導体層は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、室温（２５℃）、Ａｒ：Ｏ２を３０：５０とした条件下で、４インチのＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）ターゲットを用いて形成した。次に、このＩＧＺＯ半導体層上にレジストパターンをフォトリソグラフィー法により形成し、シュウ酸溶液でウェットエッチング処理を行うことで、上記ＩＧＺＯ半導体層を所定のパターンにパターニングして半導体層を形成した。
上記ゲート絶縁層および検知用絶縁層を覆うように、全面に、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎが１：１：１のＩｎＧａＺｎＯ系ＩＧＺＯ半導体層（ＩｎＧａＺｎＯ４）を厚さ２５ｎｍとなるように形成した。ＩＧＺＯ半導体層は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、室温（２５℃）、Ａｒ：Ｏ２を３０：５０とした条件下で、４インチのＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）ターゲットを用いて形成した。次に、このＩＧＺＯ半導体層上にレジストパターンをフォトリソグラフィー法により形成し、シュウ酸溶液でウェットエッチング処理を行うことで、上記ＩＧＺＯ半導体層を所定のパターンにパターニングして半導体層を形成した。
（ソース電極およびドレイン電極形成工程）
上記ＩＧＺＯ半導体層上の全面に、厚さ２００ｎｍのチタニウム層をソース電極及びドレイン電極とするためにスパッタ法により成膜した。次に、レジストパターンをフォトリソグラフィー法により形成し、過酸化水素水とアンモニアの混合溶液でウェットエッチング処理を行うことで、チタニウム層を所定のパターンにパターニングしてソース電極およびドレイン電極を形成した。このとき、ソース電極およびドレイン電極は、ＩＧＺＯ半導体層上であってＩＧＺＯ半導体層の中央部直上以外に離間したパターンとなるように形成した。
上記ＩＧＺＯ半導体層上の全面に、厚さ２００ｎｍのチタニウム層をソース電極及びドレイン電極とするためにスパッタ法により成膜した。次に、レジストパターンをフォトリソグラフィー法により形成し、過酸化水素水とアンモニアの混合溶液でウェットエッチング処理を行うことで、チタニウム層を所定のパターンにパターニングしてソース電極およびドレイン電極を形成した。このとき、ソース電極およびドレイン電極は、ＩＧＺＯ半導体層上であってＩＧＺＯ半導体層の中央部直上以外に離間したパターンとなるように形成した。
（保護層およびイオン感応膜形成工程）
次に、ソース電極、ドレイン電極及びＩＧＺＯ半導体層の全てを覆うように、厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素を保護層およびイオン感応膜としてＲＦマグネトロンスパッタリング法により形成した。
次に、ソース電極、ドレイン電極及びＩＧＺＯ半導体層の全てを覆うように、厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素を保護層およびイオン感応膜としてＲＦマグネトロンスパッタリング法により形成した。
その後、上記保護層をパターニングしてコンタクトホールを形成しつつ、イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とするために、ドライエッチング処理を行った。
次いで、３００℃・６０分間の熱処理を大気雰囲気下で行った。
こうしてトランジスタ型センサを作製した。
次いで、３００℃・６０分間の熱処理を大気雰囲気下で行った。
こうしてトランジスタ型センサを作製した。
[比較例]
イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とするためのドライエッチング処理を行わないこと以外は、実施例と同様にトランジスタ型センサを作製した。
イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上とするためのドライエッチング処理を行わないこと以外は、実施例と同様にトランジスタ型センサを作製した。
（イオン感応膜の表面粗さの評価）
実施例および比較例におけるイオン感応膜の表面を、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｅｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）を用いて観察した。図６（ａ）は、実施例におけるイオン感応膜の表面画像であり、図６（ｂ）は、比較例におけるイオン感応膜の表面画像である。
ドライエッチング処理を行った実施例におけるイオン感応膜の表面粗さ（Ｒａ）は、６．５ｎｍであり、一方、ドライエッチング処理を行っていない比較例におけるイオン感応膜の表面粗さ（Ｒａ）は、３．７ｎｍであった。
実施例および比較例におけるイオン感応膜の表面を、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｅｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）を用いて観察した。図６（ａ）は、実施例におけるイオン感応膜の表面画像であり、図６（ｂ）は、比較例におけるイオン感応膜の表面画像である。
ドライエッチング処理を行った実施例におけるイオン感応膜の表面粗さ（Ｒａ）は、６．５ｎｍであり、一方、ドライエッチング処理を行っていない比較例におけるイオン感応膜の表面粗さ（Ｒａ）は、３．７ｎｍであった。
次いで、実施例および比較例におけるイオン感応膜の表面の凸部の大きさを測定した。図７（ａ）は、実施例におけるイオン感応膜の表面の凸部の大きさを測定した結果であり、図７（ｂ）は、比較例におけるイオン感応膜の表面の凸部の大きさを測定した結果である。
ドライエッチング処理を行った実施例におけるイオン感応膜の表面の凸部の高さ（Ｇｒａｉｎ ｈｅｉｇｈｔ）は、２６．８ｎｍであり、一方、ドライエッチング処理を行っていない比較例におけるイオン感応膜の表面の凸部の高さは、１７ｎｍであった。
ドライエッチング処理を行った実施例におけるイオン感応膜の表面の凸部の高さ（Ｇｒａｉｎ ｈｅｉｇｈｔ）は、２６．８ｎｍであり、一方、ドライエッチング処理を行っていない比較例におけるイオン感応膜の表面の凸部の高さは、１７ｎｍであった。
（ｐＨ溶液試験）
上記イオン感応膜上にｐＨ４およびｐＨ７の溶液を配置して、ｐＨ溶液試験を行った。
図８は、実施例（図８（ａ））および比較例（図８（ｂ））のトランジスタ型センサにおけるトランジスタのトランスファー特性を測定した結果である。図８に示すように、実施例および比較例でトランスファー特性に大きな差はない。
図９は、ｐＨ４およびｐＨ７のｐＨ溶液に対するイオン感応膜の感度を、実施例と比較例とで比較したグラフであり、図９（ａ）がOutput Voltage（以下、Ｖｇ（ｖ）とする。）を示し、図９（ｂ）がDrain Voltage（以下、Ｖｄ（ｖ）とする。）を示している。図９（ａ）に示すように、実施例（Ｒａ＝６．５ｎｍ）および比較例（Ｒａ＝３．７ｎｍ）のいずれにおいても、Ｖｇ（ｖ）の値が変化していることから、被検査流体であるｐＨ溶液が帯電することに伴って膜電位に変化が生じ、ゲート電極にかかる電圧が、５Ｖから５Ｖ＋αとなっていることが分かる。したがって、図９（ｂ）に示すＶｄ（ｖ）の値に変化が生じているのは、トランジスタによる影響ではないと言える。
次いで、図９（ｂ）に示すように、実施例（Ｒａ＝６．５ｎｍ）におけるＶｄ（ｖ）の変化量と比較例（Ｒａ＝３．７ｎｍ）におけるＶｄ（ｖ）の変化量とをそれぞれ比較すると、実施例（Ｒａ＝６．５ｎｍ）におけるＶｄ（ｖ）の変化量が、比較例（Ｒａ＝３．７ｎｍ）におけるＶｄ（ｖ）の変化量の約１０倍大きくなっていることが分かる。
すなわち、イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするためにドライエッチング処理を行うことで、イオン感応膜の感度が上がったことが分かる。具体的には、比較例（Ｒａ＝３．７ｎｍ）におけるイオン感応膜の感度が、０．０３Ｖ／ｐＨ〜０.０５Ｖ／ｐＨ程度であるのに対し、実施例（Ｒａ＝６．５ｎｍ）におけるイオン感応膜の感度は、０．５Ｖ／ｐＨ〜０．５３Ｖ／ｐＨであった。
なお、図示はしないが、イオン感応膜の表面粗さがＲａ＝１ｎｍのときの感度は、０．０２Ｖ／ｐＨ〜０．０４５Ｖ／ｐＨであった。
上記イオン感応膜上にｐＨ４およびｐＨ７の溶液を配置して、ｐＨ溶液試験を行った。
図８は、実施例（図８（ａ））および比較例（図８（ｂ））のトランジスタ型センサにおけるトランジスタのトランスファー特性を測定した結果である。図８に示すように、実施例および比較例でトランスファー特性に大きな差はない。
図９は、ｐＨ４およびｐＨ７のｐＨ溶液に対するイオン感応膜の感度を、実施例と比較例とで比較したグラフであり、図９（ａ）がOutput Voltage（以下、Ｖｇ（ｖ）とする。）を示し、図９（ｂ）がDrain Voltage（以下、Ｖｄ（ｖ）とする。）を示している。図９（ａ）に示すように、実施例（Ｒａ＝６．５ｎｍ）および比較例（Ｒａ＝３．７ｎｍ）のいずれにおいても、Ｖｇ（ｖ）の値が変化していることから、被検査流体であるｐＨ溶液が帯電することに伴って膜電位に変化が生じ、ゲート電極にかかる電圧が、５Ｖから５Ｖ＋αとなっていることが分かる。したがって、図９（ｂ）に示すＶｄ（ｖ）の値に変化が生じているのは、トランジスタによる影響ではないと言える。
次いで、図９（ｂ）に示すように、実施例（Ｒａ＝６．５ｎｍ）におけるＶｄ（ｖ）の変化量と比較例（Ｒａ＝３．７ｎｍ）におけるＶｄ（ｖ）の変化量とをそれぞれ比較すると、実施例（Ｒａ＝６．５ｎｍ）におけるＶｄ（ｖ）の変化量が、比較例（Ｒａ＝３．７ｎｍ）におけるＶｄ（ｖ）の変化量の約１０倍大きくなっていることが分かる。
すなわち、イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするためにドライエッチング処理を行うことで、イオン感応膜の感度が上がったことが分かる。具体的には、比較例（Ｒａ＝３．７ｎｍ）におけるイオン感応膜の感度が、０．０３Ｖ／ｐＨ〜０.０５Ｖ／ｐＨ程度であるのに対し、実施例（Ｒａ＝６．５ｎｍ）におけるイオン感応膜の感度は、０．５Ｖ／ｐＨ〜０．５３Ｖ／ｐＨであった。
なお、図示はしないが、イオン感応膜の表面粗さがＲａ＝１ｎｍのときの感度は、０．０２Ｖ／ｐＨ〜０．０４５Ｖ／ｐＨであった。
１０ … 基材
２０ … トランジスタ部
２１ … ゲート電極
２２ … 絶縁層
２３ … 半導体層
２４Ｓ、２４Ｄ … ソース電極、ドレイン電極
２５ … 保護層
３０ … センサ部
３１ … 検知用電極
３２ … イオン感応膜
３３ … 検知用絶縁層
１００ … トランジスタ型センサ
２０ … トランジスタ部
２１ … ゲート電極
２２ … 絶縁層
２３ … 半導体層
２４Ｓ、２４Ｄ … ソース電極、ドレイン電極
２５ … 保護層
３０ … センサ部
３１ … 検知用電極
３２ … イオン感応膜
３３ … 検知用絶縁層
１００ … トランジスタ型センサ
Claims (6)
- 基材と、
前記基材上に形成された半導体層、ならびに前記半導体層に接するように形成されたソース電極およびドレイン電極を有するトランジスタ部と、
絶縁性材料を含むイオン感応膜を少なくとも有するセンサ部とを有し、
前記イオン感応膜の表面における電気特性の変化を、前記トランジスタ部で検出するトランジスタ型センサであって、
前記イオン感応膜の表面粗さがＲａ＝６．５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であり、
前記イオン感応膜の表面の凸部の高さの平均値が、２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、
前記絶縁性材料が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、タンタル酸化膜、酸化アルミニウム膜からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とするトランジスタ型センサ。 - 前記イオン感応膜が、前記半導体層上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ型センサ。
- 前記トランジスタ部は、前記半導体層に対して絶縁層を介して配置されたゲート電極を有し、
前記センサ部は、前記基材上に形成された検知用電極と、前記検知用電極上に形成された前記イオン感応膜とを有し、
前記検知用電極は、前記ゲート電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ型センサ。 - 前記トランジスタ部が、最上部に保護層を有し、前記保護層と前記イオン感応膜とが一体として形成されていることを特徴とする請求項３に記載のトランジスタ型センサ。
- 請求項１に記載のトランジスタ型センサを製造するトランジスタ型センサの製造方法であって、
前記基材を準備する基材準備工程と、前記半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層と接するように前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成するソース電極およびドレイン電極形成工程と、前記イオン感応膜を形成するイオン感応膜形成工程と、を有し、
前記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、前記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程を有することを特徴とするトランジスタ型センサの製造方法。 - 請求項４に記載のトランジスタ型センサを製造するトランジスタ型センサの製造方法であって、
前記基材を準備する基材準備工程と、前記基材上に前記ゲート電極および前記検知用電極を一体に形成する電極形成工程と、前記絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層と接するように前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成するソース電極およびドレイン電極形成工程と、前記トランジスタ部の最上部および前記検知用電極上に、前記保護層および前記イオン感応膜を一体に形成する保護層およびイオン感応膜形成工程と、前記保護層をパターニングするパターニング処理工程と、前記イオン感応膜の表面粗さをＲａ＝６．５ｎｍ以上にするために、前記イオン感応膜の表面をドライエッチング処理するドライエッチング処理工程と、を有し、
前記パターニング処理工程が、前記ドライエッチング処理工程と同一の工程として行われることを特徴とするトランジスタ型センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011277524A JP5903872B2 (ja) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | トランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011277524A JP5903872B2 (ja) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | トランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013127428A JP2013127428A (ja) | 2013-06-27 |
| JP5903872B2 true JP5903872B2 (ja) | 2016-04-13 |
Family
ID=48778040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011277524A Active JP5903872B2 (ja) | 2011-12-19 | 2011-12-19 | トランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5903872B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015088055A1 (ko) * | 2013-12-09 | 2015-06-18 | 나노칩스(주) | 상온동작 단전자 트랜지스터를 이용한 바이오센서, 그 바이오센서의 제조방법, 그 바이오센서를 갖는 분석시스템 및 분석방법 |
| CN107463867B (zh) * | 2016-06-03 | 2021-01-01 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | 传感器及其制备方法 |
| JP2018036154A (ja) * | 2016-08-31 | 2018-03-08 | 国立大学法人大阪大学 | 標的物質の電気的検出方法、定量方法、検出システム、定量システム及び試薬 |
| JP6949397B2 (ja) * | 2016-08-31 | 2021-10-13 | 国立大学法人大阪大学 | 標的物質の電気的定量方法、定量システム及び試薬 |
| WO2024024637A1 (ja) * | 2022-07-29 | 2024-02-01 | 三井金属鉱業株式会社 | デバイス並びにこれを備える水酸化物イオン濃度の測定装置及びこれを用いた水酸化物イオン濃度の測定方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6283641A (ja) * | 1985-10-08 | 1987-04-17 | Sharp Corp | 電界効果型半導体センサ |
| JP2002181776A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-06-26 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体イオンセンサおよびその製造方法 |
| JP3867510B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2007-01-10 | セイコーエプソン株式会社 | バイオセンサおよびその製造方法 |
| US6914279B2 (en) * | 2002-06-06 | 2005-07-05 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Multifunctional biosensor based on ZnO nanostructures |
| FR2893934B1 (fr) * | 2005-11-25 | 2008-11-14 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif nanostructure |
| KR100923947B1 (ko) * | 2007-12-10 | 2009-10-29 | 한국전자통신연구원 | 검출 소자 및 검출 시스템 |
-
2011
- 2011-12-19 JP JP2011277524A patent/JP5903872B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013127428A (ja) | 2013-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Maity et al. | Pulse-driven capacitive lead ion detection with reduced graphene oxide field-effect transistor integrated with an analyzing device for rapid water quality monitoring | |
| TWI422818B (zh) | 氫離子感測場效電晶體及其製造方法 | |
| Knopfmacher et al. | Nernst limit in dual-gated Si-nanowire FET sensors | |
| CN104838249B (zh) | 包括局部脱盐系统的生物传感器设备和方法 | |
| KR101359735B1 (ko) | 연장된 게이트 전극이 형성된 전계효과 트랜지스터형 신호변환기를 이용한 투명성 이온 감지 센서칩 및 이의 제조방법 | |
| JP5903872B2 (ja) | トランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法 | |
| US20120138458A1 (en) | Cell-based transparent sensor capable of real-time optical observation of cell behavior, method for manufacturing the same and multi-detection sensor chip using the same | |
| JP4962599B2 (ja) | 電界効果トランジスタ型バイオセンサ | |
| WO2013049463A2 (en) | Double gate ion sensitive field effect transistor | |
| Kumar et al. | thin-film transistors (TFTs) for highly sensitive biosensing applications: a review | |
| CN103901089A (zh) | 检测神经细胞电生理信号的传感器及制作方法和检测方法 | |
| CN107356649B (zh) | 多路生物传感器及其制造方法 | |
| Son et al. | Bilayer indium gallium zinc oxide electrolyte-gated field-effect transistor for biosensor platform with high reliability | |
| Rim et al. | Optimized operation of silicon nanowire field effect transistor sensors | |
| KR100987105B1 (ko) | 유기 전계효과 트랜지스터를 적용한 바이오센서 및 그제조방법 | |
| KR101161371B1 (ko) | 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서 및 그 제작방법 | |
| JP6360294B2 (ja) | 溶液内蔵バイオセンサ | |
| CN116936640A (zh) | 离子敏感薄膜晶体管及生物传感芯片 | |
| Yang et al. | Improved Sensitivity and Stability for SnO Ion-Sensitive Field-Effect Transistor-Based pH Sensor by Electrical Double Layer Gate and AlO Sensitive Film | |
| JP5392344B2 (ja) | 電界効果トランジスタ型バイオセンサ | |
| JP5472013B2 (ja) | トランジスタ型センサ | |
| CN108275647A (zh) | 微流体传感元件及其制作方法 | |
| CN104880501A (zh) | 一种快速检测重金属离子的多通道传感器及其制作方法 | |
| CN107293581A (zh) | 薄膜晶体管及制造方法与应用方法 | |
| Pregl et al. | Signal and noise of Schottky-junction parallel silicon nanowire transducers for biochemical sensing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141024 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150610 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150630 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150828 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160216 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160229 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Ref document number: 5903872 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |