JPH029306B2 - - Google Patents
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- JPH029306B2 JPH029306B2 JP56076960A JP7696081A JPH029306B2 JP H029306 B2 JPH029306 B2 JP H029306B2 JP 56076960 A JP56076960 A JP 56076960A JP 7696081 A JP7696081 A JP 7696081A JP H029306 B2 JPH029306 B2 JP H029306B2
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- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 22
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体電界効果形イオンセンサの構造
に関する。
に関する。
従来溶液中のイオン濃度を電界効果形トランジ
スタの中を流れる電流値に変換して測定する半導
体装置に半導体電界効果形イオンセンサ（以後IS
FETと呼ぶ）がある。これはたとえばシリコン
（Si）を半導体としてバルク状シリコンウエーハ
を用いて形成された電界効果形トランジスタの一
種で、該シリコンの表面が酸化タンタル
（Ta2O5）などの絶縁膜からなるイオン感応膜で
覆われた構造をもち、該IS FETが溶液に浸され
た際、該溶液中のイオンによつて該IS FET中を
流れる電流の値が変化するという現象を利用して
いる。
スタの中を流れる電流値に変換して測定する半導
体装置に半導体電界効果形イオンセンサ（以後IS
FETと呼ぶ）がある。これはたとえばシリコン
（Si）を半導体としてバルク状シリコンウエーハ
を用いて形成された電界効果形トランジスタの一
種で、該シリコンの表面が酸化タンタル
（Ta2O5）などの絶縁膜からなるイオン感応膜で
覆われた構造をもち、該IS FETが溶液に浸され
た際、該溶液中のイオンによつて該IS FET中を
流れる電流の値が変化するという現象を利用して
いる。
このようなIS FETは、イオン選択性電極を用
いたイオンセンサに比べ、(1)トランジスタの集積
化技術を用いて製作されているので、超微小電極
を容量に大量生産でき、(2)イオン感応膜が完全な
絶縁膜でも使用でき、(3)出力インピーダンスが低
く、高入力抵抗の増幅器が不要であるなどの利点
を有している。
いたイオンセンサに比べ、(1)トランジスタの集積
化技術を用いて製作されているので、超微小電極
を容量に大量生産でき、(2)イオン感応膜が完全な
絶縁膜でも使用でき、(3)出力インピーダンスが低
く、高入力抵抗の増幅器が不要であるなどの利点
を有している。
しかしながら、生体内のイオン濃度を測定する
ために超微小なIS FETを製作する場合、従来の
バルク状シリコンウエーハを用いる方法は製造工
程が複雑になる欠点があつた。すなわち、該生体
内イオン濃度測定用IS FETは生体内で用いるた
め微小にする必要があり針状構造を持つが、該針
状構造IS FETが溶液と電気的に絶縁されるため
には針状シリコンの全面を絶縁体で覆う必要があ
つた。そのため従来構造ではシリコンウエーハに
エツチングで穴をあけ、該ウエーハ内に針状構造
のシリコンを設けた後、熱酸化あるいは化学的付
着法（Chcmical Vapor Deposition）などによ
り絶縁膜を全面に形成しなければならなかつた。
該シリコンウエーハはウエーハ強度を保つため
150μm程度の厚さのものが用いられるが、エツチ
ングにより穴をあけるためには、該ウエーハの両
面をマスク目合せし、両面から長時間エツチング
する必要がある等その製造工程が複雑である欠点
と共にデバイスとしての歩留りが悪いと云う欠点
があつた。
ために超微小なIS FETを製作する場合、従来の
バルク状シリコンウエーハを用いる方法は製造工
程が複雑になる欠点があつた。すなわち、該生体
内イオン濃度測定用IS FETは生体内で用いるた
め微小にする必要があり針状構造を持つが、該針
状構造IS FETが溶液と電気的に絶縁されるため
には針状シリコンの全面を絶縁体で覆う必要があ
つた。そのため従来構造ではシリコンウエーハに
エツチングで穴をあけ、該ウエーハ内に針状構造
のシリコンを設けた後、熱酸化あるいは化学的付
着法（Chcmical Vapor Deposition）などによ
り絶縁膜を全面に形成しなければならなかつた。
該シリコンウエーハはウエーハ強度を保つため
150μm程度の厚さのものが用いられるが、エツチ
ングにより穴をあけるためには、該ウエーハの両
面をマスク目合せし、両面から長時間エツチング
する必要がある等その製造工程が複雑である欠点
と共にデバイスとしての歩留りが悪いと云う欠点
があつた。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
せしめて、絶縁が完全で容易に製造でき、またセ
ンサーの複合化が簡単に実現できる新規な半導体
電界効果形イオンセンサを提供することにある。
せしめて、絶縁が完全で容易に製造でき、またセ
ンサーの複合化が簡単に実現できる新規な半導体
電界効果形イオンセンサを提供することにある。
本発明によれば、細長い平面形状をもつたサフ
アイア基板上の一端部にそれぞれ独立した一つ以
上の半導体シリコン層が設けられ、該各半導体シ
リコン層に能動領域と、該能動領域をはさんだ一
方の側に前記能動領域と異なる導電性を有する高
不純物濃度領域からなるドレイン領域を、前記能
動領域をはさんだ他の側に該能動領域と異なる導
電性を有する高不純物濃度領域からなるソース領
域と、前記能動領域と同一導電性を有する高不純
物濃度領域からなるアース領域とが構成されてな
り、前記ドレイン領域にはドレイン電極が、前記
ソース領域とアース領域には両者を短絡するよう
にソース電極が設けられ、かつ前記ドレイン電極
およびソース電極が前記サフアイア基板の他端ま
で延長されていると共に、少なくとも前記能動領
域はイオン感応膜で覆われ、ドレイン電極および
ソース電極は電気的絶縁膜で覆われていることを
特徴とする半導体電界効果形イオンセンサが得ら
れる。
アイア基板上の一端部にそれぞれ独立した一つ以
上の半導体シリコン層が設けられ、該各半導体シ
リコン層に能動領域と、該能動領域をはさんだ一
方の側に前記能動領域と異なる導電性を有する高
不純物濃度領域からなるドレイン領域を、前記能
動領域をはさんだ他の側に該能動領域と異なる導
電性を有する高不純物濃度領域からなるソース領
域と、前記能動領域と同一導電性を有する高不純
物濃度領域からなるアース領域とが構成されてな
り、前記ドレイン領域にはドレイン電極が、前記
ソース領域とアース領域には両者を短絡するよう
にソース電極が設けられ、かつ前記ドレイン電極
およびソース電極が前記サフアイア基板の他端ま
で延長されていると共に、少なくとも前記能動領
域はイオン感応膜で覆われ、ドレイン電極および
ソース電極は電気的絶縁膜で覆われていることを
特徴とする半導体電界効果形イオンセンサが得ら
れる。
以下本発明について実施例を示す図面を参照し
て説明する。
て説明する。
第１図は一実施例を示すセンサ部の部分平面図
で細長い平面形状をもつたサフアイア基板上の一
端部に設けられた半導体シリコン層にIS FETが
形成されている。第２図および第３図は、それぞ
れ第１図の一点鎖線ａ―a′，ｂ―b′における断面
図で、ｎチヤンネル形の場合１はサフアイア、２
はｐ形シリコン基板層、３は高不純物濃度ｎ形ソ
ース領域、４は高不純物濃度ｎ形ドレイン領域、
５は高不純物濃度ｐ形アース領域、６はソース電
極、７はドレイン電極、８は絶縁膜、９はイオン
感応膜である。該シリコン層の厚さは0.3μm〜
2μmである。図示してないが前記ソース電極およ
びドレイン電極はサフアイア基板の他端まで延長
されている。
で細長い平面形状をもつたサフアイア基板上の一
端部に設けられた半導体シリコン層にIS FETが
形成されている。第２図および第３図は、それぞ
れ第１図の一点鎖線ａ―a′，ｂ―b′における断面
図で、ｎチヤンネル形の場合１はサフアイア、２
はｐ形シリコン基板層、３は高不純物濃度ｎ形ソ
ース領域、４は高不純物濃度ｎ形ドレイン領域、
５は高不純物濃度ｐ形アース領域、６はソース電
極、７はドレイン電極、８は絶縁膜、９はイオン
感応膜である。該シリコン層の厚さは0.3μm〜
2μmである。図示してないが前記ソース電極およ
びドレイン電極はサフアイア基板の他端まで延長
されている。
本発明によるIS FETはサフアイア上に形成さ
れているため半導体シリコン層の下面が絶縁され
ており、該半導体シリコン層を表面からエツチン
グして島状化する事により、該IS FETが絶縁分
離できる。該半導体シリコン層は上述したように
きわめて薄くエツチングが容易である。また従来
のバルク状シリコンウエーハを用いた場合、深い
エツチングにより面内で横方向にエツチング領域
が広がり、ウエーハの有効面積が大きく減少する
という欠点があつたが、本発明ではこの横方向へ
のエツチングがほとんどなくウエーハを有効に利
用できるという利点を有している。さらに、IS
FET間の絶縁分離が容易であることから、複数
の種類のイオンセンサを同一サフアイア上にのせ
たマルチセンサが簡単に製作できる。第４図は該
マルチセンサの一例として２個の異なるイオン感
応膜をもつIS FETで形成されるマルチセンサー
を示す。さらに多数のIS FETを複合化すること
も、本発明の構造によれば可能である。
れているため半導体シリコン層の下面が絶縁され
ており、該半導体シリコン層を表面からエツチン
グして島状化する事により、該IS FETが絶縁分
離できる。該半導体シリコン層は上述したように
きわめて薄くエツチングが容易である。また従来
のバルク状シリコンウエーハを用いた場合、深い
エツチングにより面内で横方向にエツチング領域
が広がり、ウエーハの有効面積が大きく減少する
という欠点があつたが、本発明ではこの横方向へ
のエツチングがほとんどなくウエーハを有効に利
用できるという利点を有している。さらに、IS
FET間の絶縁分離が容易であることから、複数
の種類のイオンセンサを同一サフアイア上にのせ
たマルチセンサが簡単に製作できる。第４図は該
マルチセンサの一例として２個の異なるイオン感
応膜をもつIS FETで形成されるマルチセンサー
を示す。さらに多数のIS FETを複合化すること
も、本発明の構造によれば可能である。
本発明は、実施例に示したＮチヤネル形に限ら
れずｐチヤネル形も可能で、またIS FETを流れ
る電流量を調節するために基板シリコン層表面に
不純物をイオン注入しIS FETの閾電圧を変化さ
せることも可能である。
れずｐチヤネル形も可能で、またIS FETを流れ
る電流量を調節するために基板シリコン層表面に
不純物をイオン注入しIS FETの閾電圧を変化さ
せることも可能である。
第１図は本発明の一実施例を示すセンサ部の部
分平面図、第２図および第３図は、第１図の一点
鎖線ａ―a′，ｂ―b′における断面図、第４図は本
発明によるIS FETで構成されるマルチセンサの
一実施例である。 図において、１……サフアイア、２……ｐ形シ
リコン層、３……高不純物濃度ｎ形ソース領域、
４……高不純物濃度ｎ形ドレイン領域、５……高
不純物濃度ｐ形アース領域、６……ソース電極、
７……ドレイン電極、８……絶縁膜、９……イオ
ン感応膜。
分平面図、第２図および第３図は、第１図の一点
鎖線ａ―a′，ｂ―b′における断面図、第４図は本
発明によるIS FETで構成されるマルチセンサの
一実施例である。 図において、１……サフアイア、２……ｐ形シ
リコン層、３……高不純物濃度ｎ形ソース領域、
４……高不純物濃度ｎ形ドレイン領域、５……高
不純物濃度ｐ形アース領域、６……ソース電極、
７……ドレイン電極、８……絶縁膜、９……イオ
ン感応膜。
Claims (1)
- １ 細長い平面形状をもつたサフアイア基板上の
一端部にそれぞれ独立した一つ以上の半導体シリ
コン層が設けられ該各半導体シリコン層に能動領
域と、該能動領域をはさんだ一方の側に前記能動
領域と異なる導電性を有する高不純物濃度領域か
らなるドレイン領域を、前記能動領域をはさんだ
他の側に該能動領域と異なる導電性を有する高不
純物濃度領域からなるソース領域と、前記能動領
域と同一導電性を有する高不純物濃度領域からな
るアース領域とが構成されてなり、前記ドレイン
領域にはドレイン電極が、前記ソース領域とアー
ス領域には両者を短絡するようにソース電極が設
けられ、かつ前記ドレイン電極およびソース電極
が前記サフアイア基板の他端まで延長されている
と共に、少なくとも前記能動領域はイオン感応膜
で覆われ、ドレイン電極およびソース電極は電気
的絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体
電界効果形イオンセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56076960A JPS57191540A (en) | 1981-05-21 | 1981-05-21 | Semiconductor field effect type ion sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56076960A JPS57191540A (en) | 1981-05-21 | 1981-05-21 | Semiconductor field effect type ion sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57191540A JPS57191540A (en) | 1982-11-25 |
| JPH029306B2 true JPH029306B2 (ja) | 1990-03-01 |
Family
ID=13620348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56076960A Granted JPS57191540A (en) | 1981-05-21 | 1981-05-21 | Semiconductor field effect type ion sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57191540A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59171852A (ja) * | 1983-03-22 | 1984-09-28 | Nec Corp | 半導体イオンセンサ |
| JPH068800B2 (ja) * | 1985-02-20 | 1994-02-02 | 株式会社東芝 | 半導体センサ及びその製造方法 |
-
1981
- 1981-05-21 JP JP56076960A patent/JPS57191540A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57191540A (en) | 1982-11-25 |
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