JPH07294295A - シリコンモノリシックセンサ - Google Patents

シリコンモノリシックセンサ

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JPH07294295A
JPH07294295A JP8492894A JP8492894A JPH07294295A JP H07294295 A JPH07294295 A JP H07294295A JP 8492894 A JP8492894 A JP 8492894A JP 8492894 A JP8492894 A JP 8492894A JP H07294295 A JPH07294295 A JP H07294295A
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Yoshiyuki Sugiura
義幸 杉浦
Shuichiro Yamaguchi
周一郎 山口
Hisakazu Miyajima
久和 宮島
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Japan Science and Technology Agency
Panasonic Electric Works Co Ltd
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Research Development Corp of Japan
Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】複数の入出力を持つセンサアレイ構造を実現で
きるシリコンモノリシックセンサを提供するにある。 【構成】接合型電界効果トランジスタ1は、p型基板2
上にn型エピタキシャル層3を形成したエピタキシャル
基板4を用い、n型エピタキシャル層3の内部にはp型
ゲート領域6、ソース領域7、ドレイン領域8を形成し
ている。これらの領域6、7、8の周囲のn型エピタキ
シャル層3にはp型基板2に表面より到達するようにp
型拡散領域5,5’を拡散形成してある。接合型電界効
果トランジスタ1の近傍にはカンチレバー9の上に圧電
膜10を形成したセンサ部13を設けており、電気的に
は圧電膜10の一端側電極11が上記p型ゲート領域6
に接続され、圧電膜10の他端側電極12が上記p型拡
散領域5’を介して上記p型基板2に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、接合型電界効果トラン
ジスタを用いたシリコンモノリシックセンサに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】各種センサ出力の初段増幅素子とし、高
入力抵抗、低雑音特性から接合型電界効果トランジスタ
が多く用いられている。図5は接合型電界効果トランジ
スタ121のドレイン・ソース間に抵抗123を介して
電源124に接続し、例えば誘電体膜から形成されたセ
ンサ部122をゲートに接続してあるソースフォロワ回
路を示している。
【0003】図6はこれに用いる従来の接合型電界効果
トランジスタ121の断面構造を示す。図6から分かる
ようにシリコン基板であるp型基板102の上部にn型
エピタキシャル層(以下エピ層と称する)103を形成
したエピタキシャル基板(以下エピ基板と称する)10
4を用い、n型エピ層103にはp型基板102に到達
するようにp型拡散領域105を拡散形成するととも
に、p型ゲート領域106、n型ソース領域107、n
型ドレイン領域108を内部に形成し、P型ゲート領域
106をp型拡散領域105を介してp型基板102に
接続している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで図5、図6に
示す従来の接合型電界効果トランジスタ121はそのp
型基板102をp型ゲート領域106に接続する構造と
なっており、そのため図7に示すような複数の入力V
IN1 …、出力VOUT 1 …を持つセンサアレイを同一基板
上に形成する場合、基板領域においてセンサ部122か
らの各入力(ゲート)又は出力(ソース)が短絡すると
いう問題がある。そのためアレイセンサの実現が不可能
であった。
【0005】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもの
で、センサ入力の接合型電界効果トランジスタを用いた
ソースフォロワ回路において、複数の入出力を持つセン
サアレイ構造を実現することができるシリコンモノリシ
ックセンサを提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明では、第1導電型基板上に第2導電型
エピタキシャル層を形成したエピタキシャル基板の表面
より、前記第2導電型エピタキシャル層を平面的に二つ
の領域に分離するようにして前記第1導電型基板に到達
しない深さで第1導電型ゲート拡散領域を形成し、分離
された前記第2導電型エピタキシャル層の一方の領域を
ドレイン領域、他方をソース領域とし、これら領域の周
囲に第1導電型拡散層を第1導電型基板に到達する深さ
まで形成して、前記ゲート拡散領域、前記ソース領域、
前記ドレイン領域及び前記エピタキシャル基板がそれぞ
れ独立した接合型電界効果トランジスタを構成し、前記
接合型電界効果トランジスタと同一の前記エピタキシャ
ル基板上に形成したセンサ部の出力の一端を前記接合型
電界効果トランジスタの上記第1導電型ゲート拡散領域
と接続し、他端を前記第1導電型基板と接続したもので
ある。
【0007】請求項2の発明では、第1導電型基板上に
第2導電型拡散層を形成し、前記第2導電型拡散層の表
面より、前記第2導電型拡散層を平面的に二つの領域に
分離するようにして前記第1導電型基板に到達しない深
さで第1導電型ゲート拡散領域を形成し、分離された前
記第2導電型拡散層の一方の領域をドレイン領域、他方
をソース領域とし、前記ゲート拡散領域、前記ソース領
域、前記ドレイン領域がそれぞれ独立した接合型電界効
果トランジスタを構成し、前記接合型電界効果トランジ
スタと同一の前記第1導電型基板上に形成したセンサ部
の出力の一端を前記接合型電界効果トランジスタのゲー
ト領域と接続して、他端を第1導電型基板と接続したも
のである。
【0008】請求項3の発明では、請求項2又は3の発
明において、前記センサ部、前記接合型電界トランジス
タと同一基板上に第1導電型の拡散或いはその2重拡散
によって抵抗を形成し、前記抵抗の一端を第1導電型基
板に、他端を前記接合型電界効果トランジスタの前記ソ
ース領域に接続したものである。
【0009】
【作用】請求項1の発明によれば、センサ部と同一基板
上に形成する接合型電界効果トランジスタのゲート領域
がセンサ部の出力の一端と、また第1導電型基板がセン
サの出力の他端と接続しているため、複数の接合型電界
効果トランジスタを同一基板に形成して夫々でソースフ
ォロワ回路を構成した場合、各ソースフォロワ回路のゲ
ート部が独立し、その結果センサアレイの実現が可能と
なる。
【0010】またセンサアレイとインピーダンス変換用
と接合型電界効果トランジスタとをごく近傍に形成する
ことができるので、センサ部と接合型電界効果トランジ
スタとの間に乗る雑音を低減でき良好なセンサ信号を得
ることができる。請求項2の発明によれば、2重拡散に
よって形成した接合型電界効果トランジスタをセンサ部
と同一基板に形成し、接合型電界効果トランジスタのゲ
ート領域がセンサ部の出力の一端と、また第1導電型基
板がセンサの出力の他端と接続しているため、複数の接
合型電界効果トランジスタを同一基板に形成して夫々で
ソースフォロワ回路を構成した場合、請求項1の発明と
同様に各ソースフォロワ回路のゲート部が独立し、その
結果センサアレイの実現が可能となる。
【0011】また請求項1の発明と同様にセンサアレイ
とインピーダンス変換用と接合型電界効果トランジスタ
とをごく近傍に形成することができるので、センサ部と
接合型電界効果トランジスタとの間に乗る雑音を低減で
き良好なセンサ信号を得ることができる。請求項3の発
明によれば、請求項2又は3の発明において、センサ
部、接合型電界トランジスタと同一基板上に第1導電型
の拡散或いはその2重拡散によって抵抗を形成し、この
抵抗Rの一端を第1導電型基板に、他端を前記接合型電
界効果トランジスタの前記ソース領域に接続するので、
抵抗がセンサ部及び接合型電界効果トランジスタと同一
基板に形成されることになって素子間の雑音を一層低減
できる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (実施例1)図1(a)は本発明の実施例1の平面図
を、図1(b)は図1(a)のA−A’断面図を示して
おり、本実施例の接合型電界効果トランジスタ(以下J
FETと略す)1は、シリコンよりなる第1導電型基板
たるp型基板2上に第2導電型であるn型エピ層3を形
成したエピ基板4を用い、n型エピ層3の内部には平面
的に二つの領域に分離するように表面より第1導電型で
あるp型ゲート領域6を形成し、二つの領域に分離され
た第2導電型のn型半導体領域の一方をソース領域7と
し、他方の領域をドレイン領域8としている。これらの
領域6、7、8の周囲のn型エピ層3には表面よりp型
基板2に到達する深さの第1導電型のp型拡散領域5,
5’を拡散形成してある。
【0013】このように構成されたJFET1の近傍に
はカンチレバー9上に圧電膜10を形成した振動センサ
等を構成するセンサ部13を設けており、電気的には圧
電膜10の一端側電極11が接合型電界効果トランジス
タ1のゲートを構成するp型ゲート領域6に接続され、
圧電膜10の他端側電極12がp型拡散領域5’を介し
てJFET1のp型基板2に接続されている。この構造
は図2に示す回路図において破線で囲まれた部分を示し
ており、抵抗14をJFET1のソースとグランド間
に、また電源15をドレインとグランドの間に接続する
ことによって、ソースフォロワ回路を形成している。
【0014】この場合抵抗14は図3に示すようにn型
エピ層3にp層16を形成し、そのp層16の内部にn
層17を形成したものを、n層17の一端をソース領域
7に接続し、n層17の他端とp層16とp型拡散領域
5とを接続することにより、センサ部13及びJFET
1とが同一のエピ基板4上に形成され、素子間の雑音を
より低減できることになる。
【0015】以上のように構成した本実施例では、JF
ET1のゲート、ソース、及び基板4が独立した形とな
るため、図5のような複数の入出力を持つセンサアレイ
を構成する場合、各センサ部13の入出力が独立し、各
センサ部13の入力を、センサ部13を接続するソース
フォロワ回路で独立にインピーダンズ変換して後段に伝
えるセンサアレイの実現が可能となる。
【0016】(実施例2)本実施例はJFET1を2重
拡散により形成したもので、図4に示すようにシリコン
基板からなる第1導電型のp型基板2内部に第2導電型
のn型拡散層3’を形成し、このn型拡散層3’内部に
p型ゲート領域6を形成し、p型基板2内にp型拡散領
域5,5’を拡散形成し、n型拡散層3’をソース領
域、ドレイン領域とに分けている。センサ部13の構造
は実施例1と同様に構成してある。尚実施例1と同じ役
割を持つ構成には同じ番号を付し説明を省略する。
【0017】以上のように構成した本実施例も、各セン
サ部13の入出力が独立し、各センサ部13の入力を、
センサ部13を接続するソースフォロワ回路で独立にイ
ンピーダンズ変換して後段に伝えるセンサアレイの実現
が可能となる。
【0018】
【発明の効果】請求項1の発明は、センサ部と同一基板
上に形成する接合型電界効果トランジスタのゲート領域
がセンサ部の出力の一端と、また第1導電型基板がセン
サの出力の他端と接続しているため、複数の接合型電界
効果トランジスタを同一基板に形成して夫々でソースフ
ォロワ回路を構成した場合、各ソースフォロワ回路のゲ
ート部が独立し、その結果センサアレイの実現が可能と
なり、またセンサアレイとインピーダンス変換用と接合
型電界効果トランジスタとをごく近傍に形成することが
できるので、センサ部と接合型電界効果トランジスタと
の間に乗る雑音を低減でき良好なセンサ信号を得ること
ができるという効果がある。
【0019】請求項2の発明は、2重拡散によって形成
した接合型電界効果トランジスタをセンサ部と同一基板
に形成し、接合型電界効果トランジスタのゲート領域が
センサ部の出力の一端と、また第1導電型基板がセンサ
の出力の他端と接続しているため、複数の接合型電界効
果トランジスタを同一基板に形成して夫々でソースフォ
ロワ回路を構成した場合、請求項1の発明と同様に各ソ
ースフォロワ回路のゲート部が独立し、その結果センサ
アレイの実現が可能となり、また請求項1の発明と同様
にセンサアレイとインピーダンス変換用と接合型電界効
果トランジスタとをごく近傍に形成することができるの
で、センサ部と接合型電界効果トランジスタとの間に乗
る雑音を低減でき良好なセンサ信号を得ることができる
という効果がある。
【0020】請求項3の発明は、請求項2又は3の発明
において、センサ部、接合型電界トランジスタと同一基
板上に第1導電型の拡散或いはその2重拡散によって抵
抗を形成し、この抵抗Rの一端を第1導電型基板に、他
端を前記接合型電界効果トランジスタの前記ソース領域
に接続するので、抵抗がセンサ部及び接合型電界効果ト
ランジスタと同一基板に形成されることになって素子間
の雑音を一層低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施例1の一部省略せる平面
図である。(b)は(a)のA−A’断面図である。
【図2】同上を使用したソースフォロワ回路を示す回路
図である。
【図3】同上の抵抗部位の断面図である。
【図4】本発明の実施例2の断面図である。
【図5】従来例の回路図である。
【図6】従来例の断面図である。
【図7】センサアレイの回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 接合型電界効果トランジスタ 2 p型基板 3 n型エピ層 4 エピ基板 5,5’ p型拡散領域 6 p型ゲート領域 7 ソース領域 8 ドレイン領域 9 カンチレバー 10 圧電膜 11 一端側電極 12 他端側電極 13 センサ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/808 (72)発明者 宮島 久和 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型基板上に第2導電型エピタキシ
    ャル層を形成したエピタキシャル基板の表面より、前記
    第2導電型エピタキシャル層を平面的に二つの領域に分
    離するようにして前記第1導電型基板に到達しない深さ
    で第1導電型ゲート拡散領域を形成し、分離された前記
    第2導電型エピタキシャル層の一方の領域をドレイン領
    域、他方をソース領域とし、これら領域の周囲に第1導
    電型拡散層を第1導電型基板に到達する深さまで形成し
    て、前記ゲート拡散領域、前記ソース領域、前記ドレイ
    ン領域及び前記エピタキシャル基板がそれぞれ独立した
    接合型電界効果トランジスタを構成し、前記接合型電界
    効果トランジスタと同一の前記エピタキシャル基板上に
    形成したセンサ部の出力の一端を前記接合型電界効果ト
    ランジスタの上記第1導電型ゲート拡散領域と接続し、
    他端を前記第1導電型基板と接続したことを特徴とする
    シリコンモノリシックセンサ。
  2. 【請求項2】第1導電型基板上に第2導電型拡散層を形
    成し、前記第2導電型拡散層の表面より、前記第2導電
    型拡散層を平面的に二つの領域に分離するようにして前
    記第1導電型基板に到達しない深さで第1導電型ゲート
    拡散領域を形成し、分離された前記第2導電型拡散層の
    一方の領域をドレイン領域、他方をソース領域とし、前
    記ゲート拡散領域、前記ソース領域、前記ドレイン領域
    がそれぞれ独立した接合型電界効果トランジスタを構成
    し、前記接合型電界効果トランジスタと同一の前記第1
    導電型基板上に形成したセンサ部の出力の一端を前記接
    合型電界効果トランジスタのゲート領域と接続して、他
    端を第1導電型基板と接続したことを特徴とするシリコ
    ンモノリシックセンサ。
  3. 【請求項3】前記センサ部、前記接合型電界トランジス
    タと同一基板上に第1導電型の拡散或いはその2重拡散
    によって抵抗を形成し、前記抵抗の一端を第1導電型基
    板に、他端を前記接合型電界効果トランジスタの前記ソ
    ース領域に接続することを特徴とする請求項1又は2記
    載のシリコンモノリシックセンサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003078301A3 (en) * 2002-03-20 2004-04-22 Qinetiq Ltd Micro-electromechanical systems
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CN110943156A (zh) * 2019-12-24 2020-03-31 中山大学 一种基于压电材料的压力传感器及制备方法

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