JPH07117524B2 - 半導体化学センサ - Google Patents
半導体化学センサInfo
- Publication number
- JPH07117524B2 JPH07117524B2 JP61141398A JP14139886A JPH07117524B2 JP H07117524 B2 JPH07117524 B2 JP H07117524B2 JP 61141398 A JP61141398 A JP 61141398A JP 14139886 A JP14139886 A JP 14139886A JP H07117524 B2 JPH07117524 B2 JP H07117524B2
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- aluminum
- oxide film
- ion
- silicon
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 ゲート絶縁膜としてアルミニウムの陽極酸化膜を用いて
半導体化学センサを簡便に製造する。
半導体化学センサを簡便に製造する。
本発明は半導体化学センサ、特にISFET（Ion Sensitive
Field Effect Transistor,イオン感応性電界効果トラ
ンジスタ）のゲート絶縁膜に関する。
Field Effect Transistor,イオン感応性電界効果トラ
ンジスタ）のゲート絶縁膜に関する。
ISFETはMOSFET（Metal−Oxide−Semiconductor FET）の
ゲート電極を取り除き、ゲート絶縁膜が直接水溶液に接
して、水溶液中のイオン（H+,Na+,K+,…）の濃度を定量
するイオンセンサの一種である。このISFETにおいて、
ゲート絶縁膜はイオン感応膜として作用し、このイオン
感応膜はISFETの特性、性能を決定する重要な要素であ
る。このため、このイオン感応膜を安定に、簡便に形成
する方法が必要とされる。
ゲート電極を取り除き、ゲート絶縁膜が直接水溶液に接
して、水溶液中のイオン（H+,Na+,K+,…）の濃度を定量
するイオンセンサの一種である。このISFETにおいて、
ゲート絶縁膜はイオン感応膜として作用し、このイオン
感応膜はISFETの特性、性能を決定する重要な要素であ
る。このため、このイオン感応膜を安定に、簡便に形成
する方法が必要とされる。
従来のISFETには、イオン感応膜として二酸化ケイ素（S
iO2）、窒化ケイ素（Si3N4）、酸化タンタル（Ta2O5）
および酸化アルミニウム（Al2O3）等が用いられてき
た。これらの膜の製造法としては気相堆積法（CVD法）
が多く使用されている。
iO2）、窒化ケイ素（Si3N4）、酸化タンタル（Ta2O5）
および酸化アルミニウム（Al2O3）等が用いられてき
た。これらの膜の製造法としては気相堆積法（CVD法）
が多く使用されている。
（例えば、松尾、江刺、表面18,495（1980）など）。
従来のISFETのイオン感応膜の製造法では、CVDプロセス
のような大がかりで複雑な装置・工程が必要である。す
なわち、原料ガスの圧力、温度、反応速度（堆積速度）
等を制御することが重要である。
のような大がかりで複雑な装置・工程が必要である。す
なわち、原料ガスの圧力、温度、反応速度（堆積速度）
等を制御することが重要である。
また、ISFETは、本質的に水溶液中で使用される素子で
ある。このため、イオン感応膜の作製法として、CVD法
のようなドライなプロセスよりも、水中で行われるウェ
ットなプロセスの方が、より水に親しみ易い性質の表面
を形成する点で望ましいと考えられる。
ある。このため、イオン感応膜の作製法として、CVD法
のようなドライなプロセスよりも、水中で行われるウェ
ットなプロセスの方が、より水に親しみ易い性質の表面
を形成する点で望ましいと考えられる。
本発明は、上記問題点を解決するために、シリコン半導
体基板と、該シリコン半導体基板に形成されたソースお
よびドレイン領域と、該ソースおよびドレイン領域の間
の該シリコン半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と
を具備した、MOSFETのゲート電極の代りに被検査液が直
接ゲート絶縁膜に接触する構造のイオン感応性FETから
なる半導体化学センサであって、前記ゲート絶縁膜が、
前記ソースおよびドレイン領域の間の前記シリコン半導
体基板上に形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸
化膜上のアルミニウム層と、該アルミニウム層の表面に
形成されたアルミニウム陽極酸化膜とで構成されている
ことを特徴とする半導体化学センサを提供するものであ
る。
体基板と、該シリコン半導体基板に形成されたソースお
よびドレイン領域と、該ソースおよびドレイン領域の間
の該シリコン半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と
を具備した、MOSFETのゲート電極の代りに被検査液が直
接ゲート絶縁膜に接触する構造のイオン感応性FETから
なる半導体化学センサであって、前記ゲート絶縁膜が、
前記ソースおよびドレイン領域の間の前記シリコン半導
体基板上に形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸
化膜上のアルミニウム層と、該アルミニウム層の表面に
形成されたアルミニウム陽極酸化膜とで構成されている
ことを特徴とする半導体化学センサを提供するものであ
る。
アルミニウムの陽極酸化膜は、従来のCVD法等によるイ
オン感応膜と較べて、極く簡便に形成できるとともに、
本質的にウェットプロセスで形成されるので水溶液中で
用いられるイオン感応膜として適していると考えられ
る。
オン感応膜と較べて、極く簡便に形成できるとともに、
本質的にウェットプロセスで形成されるので水溶液中で
用いられるイオン感応膜として適していると考えられ
る。
また、アルミニウムの陽極酸化法によれば、イオン感応
性ゲート絶縁膜の特性の調整が陽極酸化電圧の制御によ
り容易であり、かつ陽極酸化膜の下にアルミニウムを残
すことができるので、陽極酸化膜が損傷しあるいは特性
が変質した場合に容易に修復して再使用できる。
性ゲート絶縁膜の特性の調整が陽極酸化電圧の制御によ
り容易であり、かつ陽極酸化膜の下にアルミニウムを残
すことができるので、陽極酸化膜が損傷しあるいは特性
が変質した場合に容易に修復して再使用できる。
アルミニウムの陽極酸化は中性塩、例えば酒石酸アンモ
ニウムやホウ酸アンモニウムのように弱酸と弱塩基より
なる塩の電解液を用いて実施することが望ましい。陽極
酸化膜を緻密にすることができるからである。
ニウムやホウ酸アンモニウムのように弱酸と弱塩基より
なる塩の電解液を用いて実施することが望ましい。陽極
酸化膜を緻密にすることができるからである。
第１図は本発明の実施例のJSFETを示す。同図中、１はI
SFETを全体として示し、２はアルミニウムの陽極酸化に
よるイオン感応膜、３はソース、４はドレインである。
SFETを全体として示し、２はアルミニウムの陽極酸化に
よるイオン感応膜、３はソース、４はドレインである。
第２図は上記ISFETを製造する手順を示す。第２図Ａを
参照すると、先ず、ｐ形シリコンウェハー（10Ωcm、＜
100＞面）５にホウ素イオンを１×1013/cm2、50KeVで打
込んでチャンネルストッパー６を形成する。
参照すると、先ず、ｐ形シリコンウェハー（10Ωcm、＜
100＞面）５にホウ素イオンを１×1013/cm2、50KeVで打
込んでチャンネルストッパー６を形成する。
第２図Ｂを参照すると、チャンネルストッパ６の内側に
ヒ素イオンを４×1015/cm2、80KeVで打込んでソース領
域３、ドレイン領域４を形成する。ソース・ドレイン間
のチャンネル長は20μｍ、チャンネル幅は2mmである。
ヒ素イオンを４×1015/cm2、80KeVで打込んでソース領
域３、ドレイン領域４を形成する。ソース・ドレイン間
のチャンネル長は20μｍ、チャンネル幅は2mmである。
第２図Ｃを参照すると、シリコンウェハー５を全面熱酸
化して厚さ約3000Åの酸化膜７を形成し、リソグラフ法
でゲート部を選択的にエッチングしてゲート部の酸化膜
８の厚さを約1200Åにする。
化して厚さ約3000Åの酸化膜７を形成し、リソグラフ法
でゲート部を選択的にエッチングしてゲート部の酸化膜
８の厚さを約1200Åにする。
第２図Ｄを参照すると、アルミニウムの蒸着およびバタ
ーニングによりゲート部酸化膜８上にイオン感応膜とな
るべきアルミニウムパターン９を形成する。このアルミ
ニウムパターン９の厚さは１μｍ以上とする。次に、こ
のアルミニウムパターンを形成しシリコンウェハを４％
酒石酸アンモニウム溶液中、20℃に浸漬し、アルミニウ
ムを対極とし、電流密度10mA/cm2で陽極酸化する。電解
電圧が40V以上になった時点で電解を止める。こうし
て、アルミニウムの表面は酸化アルミニウム膜（厚さ約
500Å）で覆われ、イオン感応膜が形成される。
ーニングによりゲート部酸化膜８上にイオン感応膜とな
るべきアルミニウムパターン９を形成する。このアルミ
ニウムパターン９の厚さは１μｍ以上とする。次に、こ
のアルミニウムパターンを形成しシリコンウェハを４％
酒石酸アンモニウム溶液中、20℃に浸漬し、アルミニウ
ムを対極とし、電流密度10mA/cm2で陽極酸化する。電解
電圧が40V以上になった時点で電解を止める。こうし
て、アルミニウムの表面は酸化アルミニウム膜（厚さ約
500Å）で覆われ、イオン感応膜が形成される。
こうして得られたISFETの感度特性を調べた結果を第３
図に示す。
図に示す。
本発明によれば、陽極酸化という簡単な方法で作成した
良質のイオン感応膜を有するISFETが提供される。
良質のイオン感応膜を有するISFETが提供される。
第１図は本発明の実施例のISFETの概略図、第２図Ａ〜
Ｄは第１図のISFETの製造工程要部における側断面図、
第３図は実施例のISFETのpH感度特性を表わすグラフ図
である。 １……ISFET、２……アルミニウムの陽極酸化膜、 ３……ソース、４……ドレイン、 ５……シリコン基板、６……チャンネル領域、 ７……SiO2膜、８……ゲート部SiO2膜、 ９……アルミニウム（陽極酸化アルミニウム）。
Ｄは第１図のISFETの製造工程要部における側断面図、
第３図は実施例のISFETのpH感度特性を表わすグラフ図
である。 １……ISFET、２……アルミニウムの陽極酸化膜、 ３……ソース、４……ドレイン、 ５……シリコン基板、６……チャンネル領域、 ７……SiO2膜、８……ゲート部SiO2膜、 ９……アルミニウム（陽極酸化アルミニウム）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅間 明夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 中根 尚美 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−37908（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−37907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−24603（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−127157（ＪＰ，Ａ) 「ＩＯＮＩＣＳ（アイオニクス）」, 1978年２月号，第１〜14頁 「電子技術」，第25巻第５号（1983）, 第52〜60頁 「応用物理」，第49巻第６号（1980）, 第586〜593頁
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン半導体基板と、該シリコン半導体
基板に形成されたソースおよびドレイン領域と、該ソー
スおよびドレイン領域の間の該シリコン半導体基板上に
形成されたゲート絶縁膜とを具備した、MOSFETのゲート
電極の代りに被検査液が直接ゲート絶縁膜に接触する構
造のイオン感応性FETからなる半導体化学センサであっ
て、前記ゲート絶縁膜が、前記ソースおよびドレイン領
域の間の前記シリコン半導体基板上に形成されたシリコ
ン酸化膜と、該シリコン酸化膜上のアルミニウム層と、
該アルミニウム層の表面に形成されたアルミニウム陽極
酸化膜とで構成されていることを特徴とする半導体化学
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61141398A JPH07117524B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体化学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61141398A JPH07117524B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体化学センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62298753A JPS62298753A (ja) | 1987-12-25 |
| JPH07117524B2 true JPH07117524B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=15291069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61141398A Expired - Lifetime JPH07117524B2 (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体化学センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117524B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7166214B2 (en) | 2004-09-29 | 2007-01-23 | 3Ma Solutions Incorporated | Dental amalgam separator |
| CA2967022A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Proteosense | Devices, systems, and methods for the detection of analytes |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0233979B2 (ja) * | 1981-08-31 | 1990-07-31 | Anritsu Corp | Yokyokusankaarumikanshitsumakunoseiho |
| JPH0233980B2 (ja) * | 1981-08-31 | 1990-07-31 | Anritsu Corp | Yokyokusankaarumikanshitsumakunoseiho |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP61141398A patent/JPH07117524B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 「ＩＯＮＩＣＳ（アイオニクス）」，１９７８年２月号，第１〜１４頁 |
| 「応用物理」，第４９巻第６号（１９８０），第５８６〜５９３頁 |
| 「電子技術」，第２５巻第５号（１９８３），第５２〜６０頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62298753A (ja) | 1987-12-25 |
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