JPS58200155A - マルチイオン電極 - Google Patents
マルチイオン電極Info
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- JPS58200155A JPS58200155A JP57082364A JP8236482A JPS58200155A JP S58200155 A JPS58200155 A JP S58200155A JP 57082364 A JP57082364 A JP 57082364A JP 8236482 A JP8236482 A JP 8236482A JP S58200155 A JPS58200155 A JP S58200155A
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- 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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体基板上に、員なるイオンに選択的に感応
するイオン感応膜を複数個設けて、複数のイオン濃度を
１チツプの電極にて１１１時に測定できるようにしたマ
ルチイオン電極に関するものである。
するイオン感応膜を複数個設けて、複数のイオン濃度を
１チツプの電極にて１１１時に測定できるようにしたマ
ルチイオン電極に関するものである。
複数のイオンに応答するマルチイオン電極は、ＦＩＴを
使ったＦＥＴ複合センヤまたはＩＥ！！ルチセンサとし
て従来知られている。例えば、特開昭５６− ｔｓｓａ
ｅ号、特開昭５４−１４Ｊ１１？号等の公報に示されて
いるように、ＦＩＴのゲート部を複数値設け、それらを
特定のイオンに選択的に応答する感応膜で被覆した構造
のもので、これらゲート部を被検液中に入れたときこの
液中の特定イオン濃度に応じてゲート部の導電性が便化
することを利用して特定イオン濃度を測定するものであ
った。ｌ＃ＩＩ１図ハ特Ｎ昭６４１−７ｇＪＮ１９ 号
公報ニ記載すｔＬり’ＷＥＴ ９合センサを示すもので
あり、第Ｎ９ｆｆ＆は平面図、ｍｓ図すはムーム′での
断面図である。これはＦＩＴを複数個用意し、その各々
のデー４部に例えばＰＨ感感応とＰＮａ感応感応膜けて
ＰＨとＰＮａを同時に測るものである。すなわちＰ型の
半導体基板ｌに、＃１１およヒ＃１ ｍ Ｉ） ＦＩＴ
（７）各＊のｙ−Ｘ領域１−１゜ト１と、チャンネル
ストッパ易と、第１およびＩＩ ３１ （Ｄ ＰＩＴ
）各＊（Ｄ’ｒ −）１１１ｓ４−Ｌ ４−ｊｌ：共通
のドレイン部暴とを形成し、これらの領域の上に絶縁被
験６、ポリシリコン？−１，７−１を形成し１さら＆：
１Ｉ１１およびｌＩｓの１１丁の各々のソース電極Ｂ−
１，Ｂ−ｍと、共通のドレイン電極りとを設けたもので
ある◎ 一つのチップ上に１つのＦＩＴを形成した別の例に対し
これは’Ｉ’ＥＴを平面的に８つ並べて作ったちのであ
る。すなわち細長い半導体基板の基部に、共通の基板端
子ＩＩ 、 ＦＩＴ（１）、 ＦＩＴ（１）の各々のソ
ースｓｌ！９．１０％共通のドレイン部１１を形成する
と共にＦＩＣＴ（１）、 Ｆ］ｉ？（ｇ）の各々のソー
ス拡散層ｌ！１，１８、ドレイン拡散層１４およびチャ
ンネルストッパＩＭを基部から先端部に亘って形成しで
ある。ＦＩＴ（１＞、 ＦＩＴ（ｊ）ノ各ｋ（Ｄ’ｆ−
）Ｈは半’４体Ｍ ｌ歇の先端部に位置しており
、その等価回路は第８図すに示すようになっている。
使ったＦＥＴ複合センヤまたはＩＥ！！ルチセンサとし
て従来知られている。例えば、特開昭５６− ｔｓｓａ
ｅ号、特開昭５４−１４Ｊ１１？号等の公報に示されて
いるように、ＦＩＴのゲート部を複数値設け、それらを
特定のイオンに選択的に応答する感応膜で被覆した構造
のもので、これらゲート部を被検液中に入れたときこの
液中の特定イオン濃度に応じてゲート部の導電性が便化
することを利用して特定イオン濃度を測定するものであ
った。ｌ＃ＩＩ１図ハ特Ｎ昭６４１−７ｇＪＮ１９ 号
公報ニ記載すｔＬり’ＷＥＴ ９合センサを示すもので
あり、第Ｎ９ｆｆ＆は平面図、ｍｓ図すはムーム′での
断面図である。これはＦＩＴを複数個用意し、その各々
のデー４部に例えばＰＨ感感応とＰＮａ感応感応膜けて
ＰＨとＰＮａを同時に測るものである。すなわちＰ型の
半導体基板ｌに、＃１１およヒ＃１ ｍ Ｉ） ＦＩＴ
（７）各＊のｙ−Ｘ領域１−１゜ト１と、チャンネル
ストッパ易と、第１およびＩＩ ３１ （Ｄ ＰＩＴ
）各＊（Ｄ’ｒ −）１１１ｓ４−Ｌ ４−ｊｌ：共通
のドレイン部暴とを形成し、これらの領域の上に絶縁被
験６、ポリシリコン？−１，７−１を形成し１さら＆：
１Ｉ１１およびｌＩｓの１１丁の各々のソース電極Ｂ−
１，Ｂ−ｍと、共通のドレイン電極りとを設けたもので
ある◎ 一つのチップ上に１つのＦＩＴを形成した別の例に対し
これは’Ｉ’ＥＴを平面的に８つ並べて作ったちのであ
る。すなわち細長い半導体基板の基部に、共通の基板端
子ＩＩ 、 ＦＩＴ（１）、 ＦＩＴ（１）の各々のソ
ースｓｌ！９．１０％共通のドレイン部１１を形成する
と共にＦＩＣＴ（１）、 Ｆ］ｉ？（ｇ）の各々のソー
ス拡散層ｌ！１，１８、ドレイン拡散層１４およびチャ
ンネルストッパＩＭを基部から先端部に亘って形成しで
ある。ＦＩＴ（１＞、 ＦＩＴ（ｊ）ノ各ｋ（Ｄ’ｆ−
）Ｈは半’４体Ｍ ｌ歇の先端部に位置しており
、その等価回路は第８図すに示すようになっている。
従来参照電極としてはカロメル電極等が使われていたが
、ＦＩＣＴのゲート部に疎水性有機高分子膜を被着して
形成した参照電極が、時開昭！１４−１１１８９７号、
特開昭６６−１００８５０号公報に示されている。また
このような参照電極を用いたＦＩＣ’ｒ複合センサが特
開昭６４−８１８９７号公報に示されている。この複合
イオンセンサを第８図に示す。第８１ｍａは全体の平面
図、１４８図すはＢＢ’での断面図である。半導体基板
中に共通ドレイン８１Ｓ１６、各★参照電極およびセン
サのソースＮ５１７および１８を形成し、ドレイン部１
６にはドレイン電−１０を設け、ソース部にはソースの
端子１！１． ｌｌａを設けさらに基板に対する共通の
電極８４を設けている。参照電極およびセンサのゲート
部＄１５． ＄１６は先端部に設けられている。第８図
すに示すように絶縁膜１８．１９が設けられており、こ
れらは、参照電極のゲー）部２６の疎水性有機高分子＠
ａＯと基板とを固く接着すると同時に！気的リークを防
ぐために設けられている。この例では薗定嫂の電位を一
定に保つための疑似電極１９が設けられており、端子３
８に接続されている、 これら１ｒＫＴを用いた複合センサは使用する上では便
利なものであるが、製造するに際し、雰囲気を清浄に保
つための設備を要し、また工程も複雑であり、時間とコ
ストがかかる欠点があった。
、ＦＩＣＴのゲート部に疎水性有機高分子膜を被着して
形成した参照電極が、時開昭！１４−１１１８９７号、
特開昭６６−１００８５０号公報に示されている。また
このような参照電極を用いたＦＩＣ’ｒ複合センサが特
開昭６４−８１８９７号公報に示されている。この複合
イオンセンサを第８図に示す。第８１ｍａは全体の平面
図、１４８図すはＢＢ’での断面図である。半導体基板
中に共通ドレイン８１Ｓ１６、各★参照電極およびセン
サのソースＮ５１７および１８を形成し、ドレイン部１
６にはドレイン電−１０を設け、ソース部にはソースの
端子１！１． ｌｌａを設けさらに基板に対する共通の
電極８４を設けている。参照電極およびセンサのゲート
部＄１５． ＄１６は先端部に設けられている。第８図
すに示すように絶縁膜１８．１９が設けられており、こ
れらは、参照電極のゲー）部２６の疎水性有機高分子＠
ａＯと基板とを固く接着すると同時に！気的リークを防
ぐために設けられている。この例では薗定嫂の電位を一
定に保つための疑似電極１９が設けられており、端子３
８に接続されている、 これら１ｒＫＴを用いた複合センサは使用する上では便
利なものであるが、製造するに際し、雰囲気を清浄に保
つための設備を要し、また工程も複雑であり、時間とコ
ストがかかる欠点があった。
一方上述したよりなｌｒＥτセンサとは異なるタイプの
イオン電極も知られており、その−例の構造を＠４図に
示す。ｌｌ４ｍ＆はイオン電極全体を示す断ｒｋＪ図で
あり第１図す、ｏはイオン感応部の拡大図である。１１
４図すに示す例は半導体基板８４にイオン感応層重８を
つけたもの、第４図０に示す例は半導体基板８４とイオ
ン感応膜８８の間に絶縁膜４０を介挿したものである。
イオン電極も知られており、その−例の構造を＠４図に
示す。ｌｌ４ｍ＆はイオン電極全体を示す断ｒｋＪ図で
あり第１図す、ｏはイオン感応部の拡大図である。１１
４図すに示す例は半導体基板８４にイオン感応層重８を
つけたもの、第４図０に示す例は半導体基板８４とイオ
ン感応膜８８の間に絶縁膜４０を介挿したものである。
１ｊＦｉ４図すおよび０に示されたいずれかの構造を持
つイオン感応部を用いて組立てられたイオン電極８ｍを
第４１４ｕａに示す。半導体基板８４上に絶縁膜４０お
よび感応＠ａＳを順次に形成した第４図０に示す感応部
を外筒δ８の下端面に貼着または融着によって固定し１
外＠Ｓａの上端部にキャップ８９を諷密に嵌合して本体
を構成する。本体内には、外＠８８内に垂下するリード
ｌ１１８７を配設し、リーＦ線の芯４１ｇ６を電極８５
を介して半導体基板ａ４に接続する。リード１ｌＪ１７
はキャップ８９に固定して外部へ導出する。電極８５は
、桝えば導電性接着剤で構成し、半導体基板８４と芯線
８６を導電的に連結するものである。このようなイオン
電極８ｓは構造も簡単で、親造方法も煩雑な工程を要し
ないが、一つのチップで一種のイオン濃度しか測定でき
なかった。また、別個に参照電極を必要とするものであ
った。したがって員なる種類のイオン濃度を測定する際
には複数のイオン電極および参照電極を被検液中に浸漬
しなければならず、非常に面倒であった。
つイオン感応部を用いて組立てられたイオン電極８ｍを
第４１４ｕａに示す。半導体基板８４上に絶縁膜４０お
よび感応＠ａＳを順次に形成した第４図０に示す感応部
を外筒δ８の下端面に貼着または融着によって固定し１
外＠Ｓａの上端部にキャップ８９を諷密に嵌合して本体
を構成する。本体内には、外＠８８内に垂下するリード
ｌ１１８７を配設し、リーＦ線の芯４１ｇ６を電極８５
を介して半導体基板ａ４に接続する。リード１ｌＪ１７
はキャップ８９に固定して外部へ導出する。電極８５は
、桝えば導電性接着剤で構成し、半導体基板８４と芯線
８６を導電的に連結するものである。このようなイオン
電極８ｓは構造も簡単で、親造方法も煩雑な工程を要し
ないが、一つのチップで一種のイオン濃度しか測定でき
なかった。また、別個に参照電極を必要とするものであ
った。したがって員なる種類のイオン濃度を測定する際
には複数のイオン電極および参照電極を被検液中に浸漬
しなければならず、非常に面倒であった。
本発明の目的は、上述した従来の欠点を除来し、一つの
チップによって異なる種類のイオン漉度ヲ測定すること
ができ、しかも特別面倒な製造設備や製造工程を要する
ことなく、簡単かつ安価に製ヤ１ 造することができるマルチイオン電極を提供しようとす
るものである。
チップによって異なる種類のイオン漉度ヲ測定すること
ができ、しかも特別面倒な製造設備や製造工程を要する
ことなく、簡単かつ安価に製ヤ１ 造することができるマルチイオン電極を提供しようとす
るものである。
本発明のマルチイオン電極は、半導体基板と、この半導
体基板を複数の領域に電気的に分離する分離領域と、前
記半導体基板の一方の表面において少なくとも前記複数
の領域上に形成された絶縁膜と、前記電気的に分Ｓされ
た複数の領域上の絶縁膜上に各★選択的に形成された異
なる種類のイオン感応膜と、これらイオン感応膜が形成
されている側とは反対側の半導体基板表面において、前
記複数の領域にそれヤれ形成された複数の電極部とを具
えることを特徴とするものである。
体基板を複数の領域に電気的に分離する分離領域と、前
記半導体基板の一方の表面において少なくとも前記複数
の領域上に形成された絶縁膜と、前記電気的に分Ｓされ
た複数の領域上の絶縁膜上に各★選択的に形成された異
なる種類のイオン感応膜と、これらイオン感応膜が形成
されている側とは反対側の半導体基板表面において、前
記複数の領域にそれヤれ形成された複数の電極部とを具
えることを特徴とするものである。
以下本発明の内容を図面に従って説明する。
第す図ａ〜・は本発明のマルチイオン電１あ一実施例の
順次の製造工程を示すものであり、本例ではｌチップに
４種類の電極を形成する。第す図ａおよびｂに示すよう
に一場電劇半導体基板４１に、反対導電国の分離−拡散
領域４２を基板表裏からの拡散によって形成し、半導体
基板４１を複数、ここでは４個の「島」に分離する。こ
こで、半導体基板４１は、検出イオンが陽イオンの場合
にはｎｍとし、陰イオンの場合にはｐ型とするのが望ま
しい。また、半導体基板４１の穂羨については、ｓＬ
Ｇ１５１ ＧａＡ３等、檀★の材料が利用できるがここ
では、説明を簡単にする為、ｎ型の８１（シリコン）基
板を例にとって説明する。従って分離拡散領域４２はｐ
ｍの不純物を拡散して形成する。第５図ａは第５図すの
ムーム′纏に沿って切った断面図を示している。この分
離拡散の際に半導体基板４１の表面には酸化膜（Ｓｉｎ
、）が形成される。分離拡散領域４２を形成した後、半
導体基板の一方の表面の分離拡散領域４２上の酸化膜４
８のみを残し、他はエツチングして除去する（第Ｓ図Ｏ
）。エツチング処理後に残る酸化膜４ｓの膜厚は数千λ
以上であることが望ましい。次にａＳ図ｄに示すように
、半導体基＆４１の一方の表面に絶縁膜４４を５００〜
５０００λ、望ましくは１０００λ前後の膜厚に形成す
る。この絶縁膜４４の種類としては、耐水性にすぐれ、
化学的に安定な８１．Ｎ。
順次の製造工程を示すものであり、本例ではｌチップに
４種類の電極を形成する。第す図ａおよびｂに示すよう
に一場電劇半導体基板４１に、反対導電国の分離−拡散
領域４２を基板表裏からの拡散によって形成し、半導体
基板４１を複数、ここでは４個の「島」に分離する。こ
こで、半導体基板４１は、検出イオンが陽イオンの場合
にはｎｍとし、陰イオンの場合にはｐ型とするのが望ま
しい。また、半導体基板４１の穂羨については、ｓＬ
Ｇ１５１ ＧａＡ３等、檀★の材料が利用できるがここ
では、説明を簡単にする為、ｎ型の８１（シリコン）基
板を例にとって説明する。従って分離拡散領域４２はｐ
ｍの不純物を拡散して形成する。第５図ａは第５図すの
ムーム′纏に沿って切った断面図を示している。この分
離拡散の際に半導体基板４１の表面には酸化膜（Ｓｉｎ
、）が形成される。分離拡散領域４２を形成した後、半
導体基板の一方の表面の分離拡散領域４２上の酸化膜４
８のみを残し、他はエツチングして除去する（第Ｓ図Ｏ
）。エツチング処理後に残る酸化膜４ｓの膜厚は数千λ
以上であることが望ましい。次にａＳ図ｄに示すように
、半導体基＆４１の一方の表面に絶縁膜４４を５００〜
５０００λ、望ましくは１０００λ前後の膜厚に形成す
る。この絶縁膜４４の種類としては、耐水性にすぐれ、
化学的に安定な８１．Ｎ。
風ムｊ、Ｔａの酸化膜または窒化膜、または前記酸化膜
、窒化膜の混合組ａｍを用いることができる、上記絶縁
膜４４は、蒸着、スパッタリング、ＯＶＤ（（３ｈｅｍ
ｉｏａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方
法で形成することが出来る。その後、第す図ｅに示すよ
うに牛４体基板４１に形成された各々「島」の絶縁膜４
４上に、目的とするイオンを選択的に取り込むイオン感
応膜４１１４６を形成し、前記「島」の裏面に電極＠４
７，４８を形成して、マルチイオン電極４０のチップを
完成する。
、窒化膜の混合組ａｍを用いることができる、上記絶縁
膜４４は、蒸着、スパッタリング、ＯＶＤ（（３ｈｅｍ
ｉｏａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方
法で形成することが出来る。その後、第す図ｅに示すよ
うに牛４体基板４１に形成された各々「島」の絶縁膜４
４上に、目的とするイオンを選択的に取り込むイオン感
応膜４１１４６を形成し、前記「島」の裏面に電極＠４
７，４８を形成して、マルチイオン電極４０のチップを
完成する。
次に、前述したイオン感応膜４！ｉ、４６の具体例につ
いて説明する。水素（Ｈ＋）イオン電極として利用する
場合のイオン感応膜としては窒化シリコン（ｓｉ、ｌｉ
、）、アルミナ（ムＪ＊Ｏｓ） ｓ五酸化タンタル（Ｔ
ａｇ）の膜が利用できる。実際１０００λ程度の窃１
番 化シリコン族またはアＡ／セナ（ＡＪ、Ｏ，）膜をイオ
ン感応膜として使用するとＰＨ１〜１８の範囲で従来の
ガラス電極とほとんど変らない６８〜Ｓ６ｍＶ／ＰＨの
界面電位が得られる。更にＴａ、ｏ、膜で構成すると、
室温で６６〜６８ ！ＩＩＶ／ＰＲのすぐれた特性を示
す。従って、もし絶縁ＷＩ４４４が８１．Ｎ、ム１．０
゜及びＴａ、ｏ、のし１１てれか一つの組成で形成され
ている場合には、絶縁１Ｉ４４が同時に水素イオン電極
の感応膜も兼ねることか出来るので、新たにイオン感応
膜を絶縁＄４４上に形成する必要はない。
いて説明する。水素（Ｈ＋）イオン電極として利用する
場合のイオン感応膜としては窒化シリコン（ｓｉ、ｌｉ
、）、アルミナ（ムＪ＊Ｏｓ） ｓ五酸化タンタル（Ｔ
ａｇ）の膜が利用できる。実際１０００λ程度の窃１
番 化シリコン族またはアＡ／セナ（ＡＪ、Ｏ，）膜をイオ
ン感応膜として使用するとＰＨ１〜１８の範囲で従来の
ガラス電極とほとんど変らない６８〜Ｓ６ｍＶ／ＰＨの
界面電位が得られる。更にＴａ、ｏ、膜で構成すると、
室温で６６〜６８ ！ＩＩＶ／ＰＲのすぐれた特性を示
す。従って、もし絶縁ＷＩ４４４が８１．Ｎ、ム１．０
゜及びＴａ、ｏ、のし１１てれか一つの組成で形成され
ている場合には、絶縁１Ｉ４４が同時に水素イオン電極
の感応膜も兼ねることか出来るので、新たにイオン感応
膜を絶縁＄４４上に形成する必要はない。
この他に水素イオン用感応膜としては従来のガラス電極
用ガラスとして知られている６％Ｏａｋ、 ７１％８１
０ ２２％Ｎａ、Ｏ（％はモル比）の組成のソーダ− ライムシリケートガラス、６８慢の部０．ｔ ＩＢＳの
Ｌｌｏ、７％のｏａｏまたは６７％ＳｉＯ，ｌ ｍＧ’
Ａ Ｌｉ、０．８％ＢａＯ組成のリチウムガラス等も感
応膜を構成する材料として用いることができる。これら
の無機質膜ハＯｖＤ法、スパッタリング法、電子ビーム
蒸着法、アルコキシド溶液の撒布法などで形成できる。
用ガラスとして知られている６％Ｏａｋ、 ７１％８１
０ ２２％Ｎａ、Ｏ（％はモル比）の組成のソーダ− ライムシリケートガラス、６８慢の部０．ｔ ＩＢＳの
Ｌｌｏ、７％のｏａｏまたは６７％ＳｉＯ，ｌ ｍＧ’
Ａ Ｌｉ、０．８％ＢａＯ組成のリチウムガラス等も感
応膜を構成する材料として用いることができる。これら
の無機質膜ハＯｖＤ法、スパッタリング法、電子ビーム
蒸着法、アルコキシド溶液の撒布法などで形成できる。
またナトリウム（Ｈａ”）電極としては、アルミノシリ
ケートガラス（Ｓｉｎ、−ムｊ ｓＯａ −１１ａ ｓ
Ｏ） 、特に６０〜８０％Ｓ１０，１０〜８０％ムｊ、
０，１０〜’１０％ ＭａｓＯの組成のものおよびボロ
シリケートガラス（８１０，−Ｂ、Ｏ，）が利用できる
。さらにカリウム（Ｋ＋）電極としてはアルミノシリケ
ートガラス、符に６９％ ８１０．、４％ム１，０．．
２７％Ｈａ、ｏの組成のものおよびボロシリケートガラ
スを有効に用いることができる。これらのガラス膜もＯ
ＶＤ法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法またはア
ルコキシド溶液の塗布法などによって形成できる。前記
ＰＨ，ｐＮａ及びＰＫ電極用のイオン感応膜の膜厚はｌ
５ＯＯ〜ｇｏｏｏλの範囲が望ましい。
ケートガラス（Ｓｉｎ、−ムｊ ｓＯａ −１１ａ ｓ
Ｏ） 、特に６０〜８０％Ｓ１０，１０〜８０％ムｊ、
０，１０〜’１０％ ＭａｓＯの組成のものおよびボロ
シリケートガラス（８１０，−Ｂ、Ｏ，）が利用できる
。さらにカリウム（Ｋ＋）電極としてはアルミノシリケ
ートガラス、符に６９％ ８１０．、４％ム１，０．．
２７％Ｈａ、ｏの組成のものおよびボロシリケートガラ
スを有効に用いることができる。これらのガラス膜もＯ
ＶＤ法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法またはア
ルコキシド溶液の塗布法などによって形成できる。前記
ＰＨ，ｐＮａ及びＰＫ電極用のイオン感応膜の膜厚はｌ
５ＯＯ〜ｇｏｏｏλの範囲が望ましい。
上述したような無機物質の代りに幾つかのイオン電極の
感応膜は、ポリ塩化ビニル、ｌリウレタン１シリコンゴ
ムまたは他の中性の疎水性マトリックス中に維持される
イオン交換物質、抗生物質等で構成することもできる。
感応膜は、ポリ塩化ビニル、ｌリウレタン１シリコンゴ
ムまたは他の中性の疎水性マトリックス中に維持される
イオン交換物質、抗生物質等で構成することもできる。
例えばカリウムイオオン（Ｏａ）にはカルシウムのジド
デシルフォスヘイトなどのイオン交換物質を用いること
ができる。以上代表的な陽ざオンに対するイオン感応膜
の構成について述べてきたが、本発明のイオン電−は−
イオンに対しても十分に機能するものである。例えば硫
化銀／曹つ化銀混合物で感応膜を構成すれば、ＯＮ−に
対する電極として使用することができ、ムｇＯＪ−で構
成すれば、塩素イオン（０７−） １電−として使
用できる。但し上記陰イオンの感応膜を形成する場合に
は、前述したように半導体基板４１としてはｐ型を用い
、従って、分離拡散領域４２はｎ型不純物を拡散して形
成するのがより望ましい。
デシルフォスヘイトなどのイオン交換物質を用いること
ができる。以上代表的な陽ざオンに対するイオン感応膜
の構成について述べてきたが、本発明のイオン電−は−
イオンに対しても十分に機能するものである。例えば硫
化銀／曹つ化銀混合物で感応膜を構成すれば、ＯＮ−に
対する電極として使用することができ、ムｇＯＪ−で構
成すれば、塩素イオン（０７−） １電−として使
用できる。但し上記陰イオンの感応膜を形成する場合に
は、前述したように半導体基板４１としてはｐ型を用い
、従って、分離拡散領域４２はｎ型不純物を拡散して形
成するのがより望ましい。
以上１半導体基板４１の分離拡散領域４ｍによって分離
された「島」の絶縁膜４４上に、種々のイオン感応膜を
形成して、ｌチップ上に複数のイオン電極を構成する本
発明の新規なマルチイオン電極に関し説明してきたが、
複数の電極のうちの１つの感応膜を成る種の疎水性有機
高分子膜で形成することにより、従来、イオン電極とは
別に必要であった参照電極を、同一チップ上に実現する
ことが出来る。この場合の有機高分子膜としては、□例
えばポリパラキシリレン（商品名パリレン）が有効であ
る。原料となるバラキシリレンのダイマーをｓｏ 〜ｗ
ｏｏ℃の温度で昇華し、ｇｏｏ 〜ｓｏｏ’ｃ ノ温度
で七ツマ−に分解した後、所望の絶縁膜上に蒸着させる
。この時形成されるｌリマーは任意の形状の固体表面上
に極めて均一に形成され、同時に゛ポリマー表面のイオ
ン解−基が金属酸化物絶縁体等と比較すると、はるかに
少ないので、イオンに不感な参照電極としての働きをす
る。この他、ポリ塩化ビニル、ｌり塩化ビニリデンの膜
も有効である。これらは、溶媒に溶解させたｌリマーを
所定の絶縁膜に塗布した後溶媒を蒸発させるが、＆ Ｉ
Ｊマーを溶融状態で塗布した後、冷却するがまたはモノ
マーもしくはプレポリマーを該当絶縁膜に塗布し、加熱
、開始剤添加により重合させるか放射線、紫外線の照射
により重合させるか、プラズマ重合させるかして形成で
きる。
された「島」の絶縁膜４４上に、種々のイオン感応膜を
形成して、ｌチップ上に複数のイオン電極を構成する本
発明の新規なマルチイオン電極に関し説明してきたが、
複数の電極のうちの１つの感応膜を成る種の疎水性有機
高分子膜で形成することにより、従来、イオン電極とは
別に必要であった参照電極を、同一チップ上に実現する
ことが出来る。この場合の有機高分子膜としては、□例
えばポリパラキシリレン（商品名パリレン）が有効であ
る。原料となるバラキシリレンのダイマーをｓｏ 〜ｗ
ｏｏ℃の温度で昇華し、ｇｏｏ 〜ｓｏｏ’ｃ ノ温度
で七ツマ−に分解した後、所望の絶縁膜上に蒸着させる
。この時形成されるｌリマーは任意の形状の固体表面上
に極めて均一に形成され、同時に゛ポリマー表面のイオ
ン解−基が金属酸化物絶縁体等と比較すると、はるかに
少ないので、イオンに不感な参照電極としての働きをす
る。この他、ポリ塩化ビニル、ｌり塩化ビニリデンの膜
も有効である。これらは、溶媒に溶解させたｌリマーを
所定の絶縁膜に塗布した後溶媒を蒸発させるが、＆ Ｉ
Ｊマーを溶融状態で塗布した後、冷却するがまたはモノ
マーもしくはプレポリマーを該当絶縁膜に塗布し、加熱
、開始剤添加により重合させるか放射線、紫外線の照射
により重合させるか、プラズマ重合させるかして形成で
きる。
以上の説明では、１チツプ上で複数の感応膜を形成する
場合の電極「島」の分離を、シリコン半導体基板４１と
は反対導電掴の不純物の拡散によって実現したが、他に
も絶縁分離の方法があり、その実施例を第６ｂｌＪ〜第
８図に示す。
場合の電極「島」の分離を、シリコン半導体基板４１と
は反対導電掴の不純物の拡散によって実現したが、他に
も絶縁分離の方法があり、その実施例を第６ｂｌＪ〜第
８図に示す。
５ａｖ４は、半導体基板５１として、例えばｌリシリコ
ンのような酸化速度の早い材料を用いた例である。分離
すべき領域以外の基板表裏をマスク５ｇでおおう（ＩＩ
６１ｉ！ｊ＆）。このマスクとしてはＳｉ、Ｎ、＠を用
いる。その後、酸化性雰囲気で筒用しているポリシリコ
ンを酸化し、酸化分離領域５８を形成する（第６図ｂ）
。その後、第６図Ｏに示すように、チップ表面に絶縁膜
６４を被着し、第６図ｄに示すようにイオン感応膜！ｉ
ｌｓ、 ５６及び電極部６７、８８を形成してマルチ電
極のチップを完成する。
ンのような酸化速度の早い材料を用いた例である。分離
すべき領域以外の基板表裏をマスク５ｇでおおう（ＩＩ
６１ｉ！ｊ＆）。このマスクとしてはＳｉ、Ｎ、＠を用
いる。その後、酸化性雰囲気で筒用しているポリシリコ
ンを酸化し、酸化分離領域５８を形成する（第６図ｂ）
。その後、第６図Ｏに示すように、チップ表面に絶縁膜
６４を被着し、第６図ｄに示すようにイオン感応膜！ｉ
ｌｓ、 ５６及び電極部６７、８８を形成してマルチ電
極のチップを完成する。
第７図は、マスク６２を一方の表面のみに形成した場合
である（第７図ａ）。このとき基板６１の裏面からは一
様に酸化が進行するので１酸化分離領域６８は第７図す
に示すようになる。その後の工程は、第６図０およびｄ
の例と同様であるが、電極部６７、６８を形成する時は
、裏面の絶縁膜６８を一様に除去するか又は、ＩＩＩ？
図ｄの如く、電極部６７、６８を形成する部分だけ、絶
縁膜６８を除去する必要がある。
である（第７図ａ）。このとき基板６１の裏面からは一
様に酸化が進行するので１酸化分離領域６８は第７図す
に示すようになる。その後の工程は、第６図０およびｄ
の例と同様であるが、電極部６７、６８を形成する時は
、裏面の絶縁膜６８を一様に除去するか又は、ＩＩＩ？
図ｄの如く、電極部６７、６８を形成する部分だけ、絶
縁膜６８を除去する必要がある。
第８図に示す例では、先ず第８図ａに示す絶縁基板７１
上に半導体基板（ｌリシリコン）１！（第８図ｂ）を形
成し酸化マス、り７８を被着した後（第８図０）、絶縁
基板７「１まで達する酸化分離領域７１’を形成する（
ＩＩ？図ｄ）。その後、第７図ｄと同様にイオン感応膜
フｉ、７６及び電−［７７、ｆｉｌを形成して完成する
。
上に半導体基板（ｌリシリコン）１！（第８図ｂ）を形
成し酸化マス、り７８を被着した後（第８図０）、絶縁
基板７「１まで達する酸化分離領域７１’を形成する（
ＩＩ？図ｄ）。その後、第７図ｄと同様にイオン感応膜
フｉ、７６及び電−［７７、ｆｉｌを形成して完成する
。
次に、上述したマルチイオン電極チップを組込んだイオ
ン電極の実際例を第９図に示す。
ン電極の実際例を第９図に示す。
ｓｕｍに示すように、前記実施例に従って形成したチッ
プ９８を外筒９４の先端に取付ける。この場合、電気的
漏洩および液体の漏洩のないよう、外筒＠番とチップ９
８の間は絶縁性接着剤９６で封する。さらに・外筒９４
内にリード線９６−１．９６−３を垂下し、その芯線９
ｍ−１，９２１を電極９１−１゜９し１を介してセンナ
チップ９８に接続する。リ−Ｆｌｉ１９６−１． ９６
−１は蓋９）に固定して外部へ導出する。電−９１−１
，９１−１は例えば導電性接着剤で構成し、センサチッ
プ９８と芯線９１１−１゜９１１を接続する。このよう
な構成の本発明のマルチイオン電極の感応部は、極めて
簡単な構造をしており一感応展と基板の間に絶縁膜を介
することにより感応膜の膨潤と、それに伴なう電気的リ
ークの恐れはな（な・□ｊす、長期間に亘って良好な特
性を安定に維持することができる。
プ９８を外筒９４の先端に取付ける。この場合、電気的
漏洩および液体の漏洩のないよう、外筒＠番とチップ９
８の間は絶縁性接着剤９６で封する。さらに・外筒９４
内にリード線９６−１．９６−３を垂下し、その芯線９
ｍ−１，９２１を電極９１−１゜９し１を介してセンナ
チップ９８に接続する。リ−Ｆｌｉ１９６−１． ９６
−１は蓋９）に固定して外部へ導出する。電−９１−１
，９１−１は例えば導電性接着剤で構成し、センサチッ
プ９８と芯線９１１−１゜９１１を接続する。このよう
な構成の本発明のマルチイオン電極の感応部は、極めて
簡単な構造をしており一感応展と基板の間に絶縁膜を介
することにより感応膜の膨潤と、それに伴なう電気的リ
ークの恐れはな（な・□ｊす、長期間に亘って良好な特
性を安定に維持することができる。
以上実施例で示したように本発明によれば、ｌチップ上
に多種イオン濃度を同時に測定できるマルチイオン電極
が実現でき、その瓢造装置や製造工程を簡単とすること
ができる。
に多種イオン濃度を同時に測定できるマルチイオン電極
が実現でき、その瓢造装置や製造工程を簡単とすること
ができる。
また、電極の１つをイオンに不感な有機高分子膜でおお
うことにより、イオン濃度測定の際の参照電極も同一チ
ップ上に形成することが可能なので電極の小型化が実現
できる、
うことにより、イオン濃度測定の際の参照電極も同一チ
ップ上に形成することが可能なので電極の小型化が実現
できる、
第１図ａおよびｂは従来のＦＩＴ＠合七ンサセン例の構
成を示す平面図および断面図、第８図ａおよびｂは従来
のＦＩＣＴＩＣ上ンナの他の例の構成を示す平面図およ
び等価回路図、第８図ａおよびｂはイオン電極と参照電
極とを一体に形成した従来のＦＥＴ複合センサのさらに
他の例を示す平面図および断面図、 １！４図ａ、ｂおよびＣは半導体ウェファを用いた従来
のイオン電極の他の例を示す断面図、！５図ａ−ｅは本
発明のマルチイオン電極の一例の順次の峡造工程におけ
る構成を示す断面図および平面図、 第６１ｉ）ｊａ−ｄ、第テ図ａ −ｄおよび第８図ａ〜
・は本発明のマルチイオン電極の他の三例の順次の製造
工程における構成を示す断面図、第９ｉ１１１は本発明
のマルチイオン電極を組込んだイオン電極の一例の構成
を示す断面図である。 ４１、 ！１１．８Ｌ ７＋１ ・・・半導体基板、４
Ｊ ＨＩ＊ ６８＊フ１．フｌ′・・・分離領域、４Ｌ
５Ｌ ６ｇｔテ８・・・マスク、４４＊ ５４＋ ６
４＋７番・・・絶縁膜、４Ｂ、 ４６１６５．６６、
ａｓ、 ａｓ、 ７５１フロ・・・イオン感応１ＩＮ ４Ｌ ４８． ６７、 ６８． ６？、 ａｓｓ
７７１ フ８，９１−１． ９１−ｇ・・・電極部
、 ９ｇ−１，ＩＨ−８・・・芯線、 ９８・・・チップ、９４・・・外筒、 ９ｂ・・・絶縁性接着剤。 第１図 （ａ） （ｂ） 第３図 （ａ） （ｂ） 第４図 （Ａ） 第５図 １ （Ｃ） （ｄ） （ｅ） 第６図 第７図 第Ｓ図 （ａ）
成を示す平面図および断面図、第８図ａおよびｂは従来
のＦＩＣＴＩＣ上ンナの他の例の構成を示す平面図およ
び等価回路図、第８図ａおよびｂはイオン電極と参照電
極とを一体に形成した従来のＦＥＴ複合センサのさらに
他の例を示す平面図および断面図、 １！４図ａ、ｂおよびＣは半導体ウェファを用いた従来
のイオン電極の他の例を示す断面図、！５図ａ−ｅは本
発明のマルチイオン電極の一例の順次の峡造工程におけ
る構成を示す断面図および平面図、 第６１ｉ）ｊａ−ｄ、第テ図ａ −ｄおよび第８図ａ〜
・は本発明のマルチイオン電極の他の三例の順次の製造
工程における構成を示す断面図、第９ｉ１１１は本発明
のマルチイオン電極を組込んだイオン電極の一例の構成
を示す断面図である。 ４１、 ！１１．８Ｌ ７＋１ ・・・半導体基板、４
Ｊ ＨＩ＊ ６８＊フ１．フｌ′・・・分離領域、４Ｌ
５Ｌ ６ｇｔテ８・・・マスク、４４＊ ５４＋ ６
４＋７番・・・絶縁膜、４Ｂ、 ４６１６５．６６、
ａｓ、 ａｓ、 ７５１フロ・・・イオン感応１ＩＮ ４Ｌ ４８． ６７、 ６８． ６？、 ａｓｓ
７７１ フ８，９１−１． ９１−ｇ・・・電極部
、 ９ｇ−１，ＩＨ−８・・・芯線、 ９８・・・チップ、９４・・・外筒、 ９ｂ・・・絶縁性接着剤。 第１図 （ａ） （ｂ） 第３図 （ａ） （ｂ） 第４図 （Ａ） 第５図 １ （Ｃ） （ｄ） （ｅ） 第６図 第７図 第Ｓ図 （ａ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、 半導体基板と、この半導体基板を１！！数の領域
に電気的に分離する分離領域とＳ前記半導体基板の一方
の表面において少なくとも前記複数の領域上に形成され
た絶縁膜と、前記電気的に分離された複数の領域上の絶
縁膜上に各々選択的に形成された員なる種類のイオン感
応膜と、これらイオン感応膜が形成されている側とは反
対側の半導体基板表面において、前記複数の領域にそれ
ぞれ形成された複数の電極部とを其えることを特徴とす
るマルチイオン電極。 ２、 前記半導体基板を複数の値域に分離する分離領域
を、半導体基板とは反対導電型の不純物拡散領域を以っ
て構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１］Ｊ１
記載のマルチイオン電極。 ８ 前記半導体基板を複数の領域に分離する分離領域を
、半導体基板の酸化によって形成された絶縁物領域を以
って構成したことを特徴とする特許請求の範８１Ｉ１項
記載のマルチイオン電極。 本 前記半導体基板の表面に形成された絶縁膜を、シリ
コン、アルミまたはタンタルの酸化物または窒化物、ま
たはこれら酸化物と窒化物の混合組成物を以って構成し
たことを特徴とする特許−求の範囲第１項記載のマルチ
イオン電極、 ６、 前記複数の領域の一つの上に形成された絶縁膜上
に、イオンに不感な有機高分子膜を設けて１服電極を構
成したことを特徴とする特許−求の範！１１１１１１［
記載のマルチイオン電極。 ６、 前記半導体基板をシリコンを以って構成しここと
を特徴とする特許請求の範囲Ｍ１＊Ｑ＊８．４または６
項記載のマルチイオン電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57082364A JPS58200155A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | マルチイオン電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57082364A JPS58200155A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | マルチイオン電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58200155A true JPS58200155A (ja) | 1983-11-21 |
| JPH0227621B2 JPH0227621B2 (ja) | 1990-06-19 |
Family
ID=13772522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57082364A Granted JPS58200155A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | マルチイオン電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58200155A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108139351A (zh) * | 2015-10-09 | 2018-06-08 | 哈希公司 | 基于膜的水质量传感器 |
-
1982
- 1982-05-18 JP JP57082364A patent/JPS58200155A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108139351A (zh) * | 2015-10-09 | 2018-06-08 | 哈希公司 | 基于膜的水质量传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0227621B2 (ja) | 1990-06-19 |
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