JPH0584070B2 - - Google Patents
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- JPH0584070B2 JPH0584070B2 JP58191500A JP19150083A JPH0584070B2 JP H0584070 B2 JPH0584070 B2 JP H0584070B2 JP 58191500 A JP58191500 A JP 58191500A JP 19150083 A JP19150083 A JP 19150083A JP H0584070 B2 JPH0584070 B2 JP H0584070B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体複合センサに関し、特にイオン
センサと圧力センサが同一半導体チツプに形成さ
れた半導体複合センサに関するものである。
センサと圧力センサが同一半導体チツプに形成さ
れた半導体複合センサに関するものである。
溶液中のイオン濃度を測定する半導体イオンセ
ンサの一種に電界効果型イオンセンサ（Ion
Sensitve Field Effect Transitor；以下ISFET
と略す）が知られている。該ISFETは従来の
MOSFETにおいてゲート電極がイオン感応膜を
おきかえられた構造を持つものであるが、溶液中
で使用されるためISFETの半導体基板は溶液か
ら絶縁されなければならない。
ンサの一種に電界効果型イオンセンサ（Ion
Sensitve Field Effect Transitor；以下ISFET
と略す）が知られている。該ISFETは従来の
MOSFETにおいてゲート電極がイオン感応膜を
おきかえられた構造を持つものであるが、溶液中
で使用されるためISFETの半導体基板は溶液か
ら絶縁されなければならない。
従来、該ISFETはバルク状シリコンウエーハ
を用いて製作されてきたが、該バルク状シリコン
ウエーハをトランジスタ工程の完了後チツプ状に
切断してセンサを形成する際、シリコン基板が露
出するため、該シリコン基板を溶液から絶縁する
ためには、さらにエポキシ樹脂やシリコン樹脂を
該シリコン基板が露出した部分に塗布することが
必要で製造工程が複雑になるという欠点があつ
た。
を用いて製作されてきたが、該バルク状シリコン
ウエーハをトランジスタ工程の完了後チツプ状に
切断してセンサを形成する際、シリコン基板が露
出するため、該シリコン基板を溶液から絶縁する
ためには、さらにエポキシ樹脂やシリコン樹脂を
該シリコン基板が露出した部分に塗布することが
必要で製造工程が複雑になるという欠点があつ
た。
近年、この欠点を取り除くためサフアイア基板
上に設けられた島状シリコン層を用いて形成され
たISFETが報告されている。該シリコンオンサ
フアイア基板を用いて形成されたISFETはサフ
アイアが良好な絶縁体であるため、基板領域の絶
縁が容易に達成されるという利点があつた。
上に設けられた島状シリコン層を用いて形成され
たISFETが報告されている。該シリコンオンサ
フアイア基板を用いて形成されたISFETはサフ
アイアが良好な絶縁体であるため、基板領域の絶
縁が容易に達成されるという利点があつた。
一方、ISFETはIC技術により製作され微小化
が可能なため医療用として血液のPH測定用に血管
内に留置できるものが使用され始めている。医療
における診断、検査のためには血液のPHの他、イ
オン濃度、血圧を同時に測定することが強く望ま
れており、圧力センサとイオンセンサを一体化し
た微小な複合センサをつくることが必要となつて
いる。
が可能なため医療用として血液のPH測定用に血管
内に留置できるものが使用され始めている。医療
における診断、検査のためには血液のPHの他、イ
オン濃度、血圧を同時に測定することが強く望ま
れており、圧力センサとイオンセンサを一体化し
た微小な複合センサをつくることが必要となつて
いる。
従来、圧力測定用半導体素子として、シリコン
ウエーハの局部的に薄くしてダイアフラムを形成
し、該ダイアフラムにピエゾ抵抗領域が設けられ
た半導体圧力センサが知られている。しかし、従
来のバルク状シリコンウエーハを用いてピエゾ抵
抗型の圧力センサを形成し、さらにイオンセンサ
を同一チツプに一体化した場合、前述したように
シリコン基板の溶液からの絶縁が面倒であるとい
う問題が生じた。一方、サフアイア基板上の島状
シリコン層を用いるとイオンセンサの絶縁は容易
であるがサフアイアが機械的に強く、耐エツチン
グ性をもつためサフアイアを加工してダイアフラ
ムを形成することは困難であつた。
ウエーハの局部的に薄くしてダイアフラムを形成
し、該ダイアフラムにピエゾ抵抗領域が設けられ
た半導体圧力センサが知られている。しかし、従
来のバルク状シリコンウエーハを用いてピエゾ抵
抗型の圧力センサを形成し、さらにイオンセンサ
を同一チツプに一体化した場合、前述したように
シリコン基板の溶液からの絶縁が面倒であるとい
う問題が生じた。一方、サフアイア基板上の島状
シリコン層を用いるとイオンセンサの絶縁は容易
であるがサフアイアが機械的に強く、耐エツチン
グ性をもつためサフアイアを加工してダイアフラ
ムを形成することは困難であつた。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
し容易に溶液からの電気的絶縁が達成でき、かつ
ダイアフラムの形成も容易な、イオンセンサと圧
力センサを一体化した新規な半導体複合センサを
提供することにある。
し容易に溶液からの電気的絶縁が達成でき、かつ
ダイアフラムの形成も容易な、イオンセンサと圧
力センサを一体化した新規な半導体複合センサを
提供することにある。
本発明によれば、シリコン基板上に絶縁体薄膜
をはさんで形成された複数の島状シリコン層の少
なくとも一つに電界効果型イオンセンサ
（ISFET）が設けられ、かつ他の一つの島状シリ
コン層下のシリコン基板が局所的に取り除かれ該
島状シリコン層と上記絶縁体薄膜によりダイアフ
ラムが形成され、該ダイアフラムを形成する島状
シリコン層の一部にピエゾ抵抗素子がつくられて
なる圧力センサが設けられたことを特徴とする半
導体複合センサが得られる。
をはさんで形成された複数の島状シリコン層の少
なくとも一つに電界効果型イオンセンサ
（ISFET）が設けられ、かつ他の一つの島状シリ
コン層下のシリコン基板が局所的に取り除かれ該
島状シリコン層と上記絶縁体薄膜によりダイアフ
ラムが形成され、該ダイアフラムを形成する島状
シリコン層の一部にピエゾ抵抗素子がつくられて
なる圧力センサが設けられたことを特徴とする半
導体複合センサが得られる。
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。第１図は本発明の一実施例を示す平
面図で、シリコン基板上に絶縁体薄膜をはさんで
設けられた島状シリコン層を用いて形成され、か
つ該シリコン基板の一部が圧力センサ用ダイアフ
ラム形成のため局所的に取り除かれた構造を持
つ。各々のセンサは細長い島状シリコンにより形
成される延長部によつて電極と結ばれている。第
２図は、第１図の一点鎖線ａ−a′における断面図
で、同図において１はシリコン基板、２は絶縁体
薄膜、３は第１導電型高不純物濃度シリコン領域
で、イオンセンサにおいてはソース及びドレイン
領域を形成する。４は第２導電型低不純物濃度シ
リコン領域で、イオンセンサにおいてはチヤネル
領域を形成している。５は二酸化シリコン膜、６
は窒化シリコン膜、７はイオン感応膜である。８
は第１導電型シリコン領域で圧力センサのピエゾ
抵抗領域を形成する。シリコン基板１は通常の集
積回路用に用いられるもので、本実施例では、約
350μｍの厚さのシリコンウエハを使用した。絶
縁体薄膜２は二酸化シリコンあるいはマグネシア
スピネルで、マグネシアスピネルを使用すればシ
リコン基板１上にマグネシアスピネル及び厚さ
0.4μｍ〜20μｍの単結晶シリコン層がエピタキシ
ヤル成長法により容易に形成できた。絶縁体薄膜
上のシリコン層は異方性エツチング液、たとえば
ヒドラジンにより島状に形成される。二酸化シリ
コン膜５は上記島状シリコン層の熱酸化により形
成され、６の窒化シリコン膜は化学気相蒸着法に
より形成された。７のイオン感応膜はPHセンサ用
に五酸化タンタル膜を用いたが、測定対象となる
イオンの種類によりイオン感応膜材料を変える必
要があり、たとえばナトリウムイオンに対しては
ナトリウムアルミノシリケートガラス、カリウム
イオンに対してはバリノマイシンを含有した有機
薄膜を使用した。イオンに対し選択性をもつ異な
つたイオン感応膜を複数のISFETにそれぞれ設
けることにより、多種類のイオンを同時に検出す
ることも可能である。また、本実施例では圧力セ
ンサのダイアフラム内に設けた抵抗は１つである
が、たとえば４個の抵抗をダイアフラム内に設け
てブリツジを組み信号を取り出すことが可能であ
ることは明らかである。
て説明する。第１図は本発明の一実施例を示す平
面図で、シリコン基板上に絶縁体薄膜をはさんで
設けられた島状シリコン層を用いて形成され、か
つ該シリコン基板の一部が圧力センサ用ダイアフ
ラム形成のため局所的に取り除かれた構造を持
つ。各々のセンサは細長い島状シリコンにより形
成される延長部によつて電極と結ばれている。第
２図は、第１図の一点鎖線ａ−a′における断面図
で、同図において１はシリコン基板、２は絶縁体
薄膜、３は第１導電型高不純物濃度シリコン領域
で、イオンセンサにおいてはソース及びドレイン
領域を形成する。４は第２導電型低不純物濃度シ
リコン領域で、イオンセンサにおいてはチヤネル
領域を形成している。５は二酸化シリコン膜、６
は窒化シリコン膜、７はイオン感応膜である。８
は第１導電型シリコン領域で圧力センサのピエゾ
抵抗領域を形成する。シリコン基板１は通常の集
積回路用に用いられるもので、本実施例では、約
350μｍの厚さのシリコンウエハを使用した。絶
縁体薄膜２は二酸化シリコンあるいはマグネシア
スピネルで、マグネシアスピネルを使用すればシ
リコン基板１上にマグネシアスピネル及び厚さ
0.4μｍ〜20μｍの単結晶シリコン層がエピタキシ
ヤル成長法により容易に形成できた。絶縁体薄膜
上のシリコン層は異方性エツチング液、たとえば
ヒドラジンにより島状に形成される。二酸化シリ
コン膜５は上記島状シリコン層の熱酸化により形
成され、６の窒化シリコン膜は化学気相蒸着法に
より形成された。７のイオン感応膜はPHセンサ用
に五酸化タンタル膜を用いたが、測定対象となる
イオンの種類によりイオン感応膜材料を変える必
要があり、たとえばナトリウムイオンに対しては
ナトリウムアルミノシリケートガラス、カリウム
イオンに対してはバリノマイシンを含有した有機
薄膜を使用した。イオンに対し選択性をもつ異な
つたイオン感応膜を複数のISFETにそれぞれ設
けることにより、多種類のイオンを同時に検出す
ることも可能である。また、本実施例では圧力セ
ンサのダイアフラム内に設けた抵抗は１つである
が、たとえば４個の抵抗をダイアフラム内に設け
てブリツジを組み信号を取り出すことが可能であ
ることは明らかである。
本発明による半導体複合センサは、ISFETが
シリコン基板上に絶縁体薄膜をはさんで形成され
た島状シリコン層に設けられているため、該島状
シリコン層の熱酸化と窒化シリコン膜の蒸着によ
り、溶液から絶縁され、かつ圧力センサ用ダイア
フラムもシリコン基板がKOH溶液、ヒドラジン
などの異方性エツチング液により容易にエツチさ
れるため簡単に形成できた。また、該シリコン基
板上の絶縁体薄膜として200Å以上の厚さの二酸
化シリコン膜あるいはマグネシアスピネル膜を使
用しているため、エツチングの選択性により該絶
縁膜で基板シリコンのエツチングが自動的に停止
されるという利点も持つている。
シリコン基板上に絶縁体薄膜をはさんで形成され
た島状シリコン層に設けられているため、該島状
シリコン層の熱酸化と窒化シリコン膜の蒸着によ
り、溶液から絶縁され、かつ圧力センサ用ダイア
フラムもシリコン基板がKOH溶液、ヒドラジン
などの異方性エツチング液により容易にエツチさ
れるため簡単に形成できた。また、該シリコン基
板上の絶縁体薄膜として200Å以上の厚さの二酸
化シリコン膜あるいはマグネシアスピネル膜を使
用しているため、エツチングの選択性により該絶
縁膜で基板シリコンのエツチングが自動的に停止
されるという利点も持つている。
本発明による半導体複合センサは、上記のよう
に微小な複合センサを実現するのに適しており、
第３図及び第４図に本発明による半導体複合セン
サの応用例を示す。第３図及び第４図は共に断面
構造を示し、９はシリコン樹脂、１０は直径が約
0.5mmのプラスチツク製カテーテルである。１１
はパイレツクスガラスで、圧力センサのダイアフ
ラムの下の空間を密閉するのに使用される。両図
から分るように本発明により血管内で使用できる
微小な半導体複合センサが実現できた。
に微小な複合センサを実現するのに適しており、
第３図及び第４図に本発明による半導体複合セン
サの応用例を示す。第３図及び第４図は共に断面
構造を示し、９はシリコン樹脂、１０は直径が約
0.5mmのプラスチツク製カテーテルである。１１
はパイレツクスガラスで、圧力センサのダイアフ
ラムの下の空間を密閉するのに使用される。両図
から分るように本発明により血管内で使用できる
微小な半導体複合センサが実現できた。
第１図は本発明による一実施例の平面図、第２
図は第１図の一点鎖線ａ−a′における断面構造
で、１はシリコン基板、２は絶縁体薄膜、３は第
１導電型高不純物濃度シリコン領域、４は第２導
電型低不純物濃度シリコン領域、５は二酸化シリ
コン膜、６は窒化シリコン膜、７はイオン感応
膜、８は第１導電型シリコン領域である。 第３図及び第４図は本発明による半導体複合セ
ンサを用いて組立てられるセンサの応用例を示す
断面図で、両図において９はシリコーン樹脂、１
０はプラスチツク製カテーテル、１１はパレツク
スガラスである。
図は第１図の一点鎖線ａ−a′における断面構造
で、１はシリコン基板、２は絶縁体薄膜、３は第
１導電型高不純物濃度シリコン領域、４は第２導
電型低不純物濃度シリコン領域、５は二酸化シリ
コン膜、６は窒化シリコン膜、７はイオン感応
膜、８は第１導電型シリコン領域である。 第３図及び第４図は本発明による半導体複合セ
ンサを用いて組立てられるセンサの応用例を示す
断面図で、両図において９はシリコーン樹脂、１
０はプラスチツク製カテーテル、１１はパレツク
スガラスである。
Claims (1)
- １ シリコン基板上に絶縁体薄膜をはさんで形成
された複数の島状シリコン層の少なくとも一つに
電界効果型イオンセンサ（Ion Sensitive Field
Effect Transistor）が設けられ、かつ他の一つ
の島状シリコン層下のシリコン基板が局所的に取
り除かれ該島状シリコン層と上記絶縁体薄膜によ
りダイアフラムが形成され、該ダイアフラムを形
成する島状シリコン層の一部にピエゾ抵抗素子が
つくられてなる圧力センサが設けられたことを特
徴とする半導体複合センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191500A JPS6083379A (ja) | 1983-10-13 | 1983-10-13 | 半導体複合センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58191500A JPS6083379A (ja) | 1983-10-13 | 1983-10-13 | 半導体複合センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6083379A JPS6083379A (ja) | 1985-05-11 |
| JPH0584070B2 true JPH0584070B2 (ja) | 1993-11-30 |
Family
ID=16275681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58191500A Granted JPS6083379A (ja) | 1983-10-13 | 1983-10-13 | 半導体複合センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6083379A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63215929A (ja) * | 1987-03-04 | 1988-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体式圧力検知装置 |
| US5320977A (en) * | 1990-02-06 | 1994-06-14 | United Technologies Corporation | Method and apparatus for selecting the resistivity of epitaxial layers in III-V devices |
| US6278167B1 (en) * | 1998-08-14 | 2001-08-21 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor sensor with a base element and at least one deformation element |
-
1983
- 1983-10-13 JP JP58191500A patent/JPS6083379A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6083379A (ja) | 1985-05-11 |
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