JPS59164951A - Ｆｅｔイオンセンサ - Google Patents
ＦｅｔイオンセンサInfo
- Publication number
- JPS59164951A JPS59164951A JP58039266A JP3926683A JPS59164951A JP S59164951 A JPS59164951 A JP S59164951A JP 58039266 A JP58039266 A JP 58039266A JP 3926683 A JP3926683 A JP 3926683A JP S59164951 A JPS59164951 A JP S59164951A
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- JP
- Japan
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- ion
- fet
- film
- sensor
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- Pending
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-
- 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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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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】
〔発明の利用分野〕
本発明は電界効果形トランジスタ（ＦＥＴ）イオンセン
サに係シ、特に素子絶縁の各易なＦＥＴ導電性無機硅素
ウェハーを使用するＭＯ８ＷＦＥＴを利用していた（例
えば、松属、江刺“電界効果トランジスタ形ケミカルセ
ンサとその応用“、応用物理、４９巻（６号）、９５８
６． ）。このため、イオン感応層が形成される硅素ウ
エノ１−の裏面の絶縁に多大の努力を要し、更に絶縁が
不充分なためセンサ寿命が短いという欠点があった。
サに係シ、特に素子絶縁の各易なＦＥＴ導電性無機硅素
ウェハーを使用するＭＯ８ＷＦＥＴを利用していた（例
えば、松属、江刺“電界効果トランジスタ形ケミカルセ
ンサとその応用“、応用物理、４９巻（６号）、９５８
６． ）。このため、イオン感応層が形成される硅素ウ
エノ１−の裏面の絶縁に多大の努力を要し、更に絶縁が
不充分なためセンサ寿命が短いという欠点があった。
本発明の目的は絶縁加工が容易な親規なＦＥＴイオンセ
ンサを提供することにある。
ンサを提供することにある。
ＦＥＴイオンセンサ素材に導電性珪素ウエノ・−を使用
する限シ、ウエノ為−裏面絶縁加工を省略することは不
可能である。本発明省等は上記珪素ウェハーに代わる素
子材料について鋭意検討した結果、半絶縁性カリウム砒
素ウェハーを用いＦ’ＥＴイオンセンサを製作すれば素
子絶縁の工程が大１陥に省略され、かつセンサ寿命の同
上を構成することが出来ることを見出した。
する限シ、ウエノ為−裏面絶縁加工を省略することは不
可能である。本発明省等は上記珪素ウェハーに代わる素
子材料について鋭意検討した結果、半絶縁性カリウム砒
素ウェハーを用いＦ’ＥＴイオンセンサを製作すれば素
子絶縁の工程が大１陥に省略され、かつセンサ寿命の同
上を構成することが出来ることを見出した。
以下図面を診照して本発明を説明する。第１図は本発明
によるＦ’ＥＴイオンセンサの一実施例の構成を示す断
面図である。本例では面方位（１００）半絶縁性ガリウ
ム砒素ウェハーｌ上にＦＥＴイオンセンサが形成されて
いる。次にこの製作工程を述べる。最初に、ｎ１碩戟２
を半絶縁性ガリウム砒素ウェハーｌ上にシリコンの選択
イオン打ち込みによ多形成する（本例では１５０ＫｅＶ
、１刈ｏ１３ｃｒｎ−２の打込みを行った。）。本領域
がＦＥＴのソース領域、ドレイン領域となる。次に、能
＃層３を先のｎ０領域２形成と同僚にシリコンの選択打
ち込みによ多形成する（本例では１５０ＫｅＶ。
によるＦ’ＥＴイオンセンサの一実施例の構成を示す断
面図である。本例では面方位（１００）半絶縁性ガリウ
ム砒素ウェハーｌ上にＦＥＴイオンセンサが形成されて
いる。次にこの製作工程を述べる。最初に、ｎ１碩戟２
を半絶縁性ガリウム砒素ウェハーｌ上にシリコンの選択
イオン打ち込みによ多形成する（本例では１５０ＫｅＶ
、１刈ｏ１３ｃｒｎ−２の打込みを行った。）。本領域
がＦＥＴのソース領域、ドレイン領域となる。次に、能
＃層３を先のｎ０領域２形成と同僚にシリコンの選択打
ち込みによ多形成する（本例では１５０ＫｅＶ。
５Ｘ１０” ｃｒｎ−”の打ち込みを行った）。本能動
層３がＦＥＴのゲート領域となる。イオン打ち込みの後
、アルシン雰囲気中で８５ＣＩ’、２０分間のキャンプ
レスアニールを行い、ｎ“領域２、能動）０１４３の活
性化をはかった。次に能動層３直下領域にベリリウムを
１２０〜１８０ ＫｅＶ、 ２Ｘ１０”ｃｍ−”の条件
で打ち込みｐ形埋め込み層４を形成した。
層３がＦＥＴのゲート領域となる。イオン打ち込みの後
、アルシン雰囲気中で８５ＣＩ’、２０分間のキャンプ
レスアニールを行い、ｎ“領域２、能動）０１４３の活
性化をはかった。次に能動層３直下領域にベリリウムを
１２０〜１８０ ＫｅＶ、 ２Ｘ１０”ｃｍ−”の条件
で打ち込みｐ形埋め込み層４を形成した。
この後、水素雰囲気中で７００Ｃ，２０分間のキャップ
レスアニールを行い、ｐ形埋め込み層を活性化する。次
にチタン／白金／金合金よシなるショットキゲート電極
５を形成する。次にウェハー全面にわたシニ敵化硅素保
護膜６をＣＶＤ法によ多形成する。次にｎ９饋城２上の
二ば化硅索保護膜６の一部を化学エツチングによジ除去
し、電極用ホールを形成する。このあと２本のオーミッ
ク成極７．７′を形成しドレイン電極、ソース電極とす
る。さらにその上を二戚化硅索保、１１ｇ６で被う。続
いて窒化硅素換８を重畳する。最後にイオン感応族９を
活性領域３上に形成することによシＦＥＴイオンセンサ
が形成される。イオン感応膜９としては、ＮＡＳガラス
、ＬＡＳガラスなどの無、衆薄膜や、可塑化ポリ塩化ビ
ニル中にパリノマイシン、ノナクチン、モナクチンなど
のニュートラルキャリヤーを分散保持した有機薄膜など
を便用することができる。
レスアニールを行い、ｐ形埋め込み層を活性化する。次
にチタン／白金／金合金よシなるショットキゲート電極
５を形成する。次にウェハー全面にわたシニ敵化硅素保
護膜６をＣＶＤ法によ多形成する。次にｎ９饋城２上の
二ば化硅索保護膜６の一部を化学エツチングによジ除去
し、電極用ホールを形成する。このあと２本のオーミッ
ク成極７．７′を形成しドレイン電極、ソース電極とす
る。さらにその上を二戚化硅索保、１１ｇ６で被う。続
いて窒化硅素換８を重畳する。最後にイオン感応族９を
活性領域３上に形成することによシＦＥＴイオンセンサ
が形成される。イオン感応膜９としては、ＮＡＳガラス
、ＬＡＳガラスなどの無、衆薄膜や、可塑化ポリ塩化ビ
ニル中にパリノマイシン、ノナクチン、モナクチンなど
のニュートラルキャリヤーを分散保持した有機薄膜など
を便用することができる。
第２図には以上の工程で製作したＦ Ｅ Ｔイオンセン
サの使用例を示す。ＦＥＴイオンセンサー０と参照′電
極１１を被検ｇｉ２中に浸漬している。
サの使用例を示す。ＦＥＴイオンセンサー０と参照′電
極１１を被検ｇｉ２中に浸漬している。
被検敢の電位は外部６ｊ変電源１６によ）Ａ節できドレ
イン間゛屯圧は外部疋電流源１３及び演算増幅へ 器１４によシー尾とな、０、ｌｉ’ＥＴイオンセンサ１
０のゲート部電圧変化が直読できる構成となっている。
イン間゛屯圧は外部疋電流源１３及び演算増幅へ 器１４によシー尾とな、０、ｌｉ’ＥＴイオンセンサ１
０のゲート部電圧変化が直読できる構成となっている。
ＦＥＴイオンセンサの出力はレコーダ１５によシ記録さ
れる。第３図にはイオン感応族９に酸化タンタル（Ｔａ
２０５ ｌを用いたときのＩ）Ｈ応答図を示す。ｐＨ１
単位当シ約５６ｍＶの感度を持ってお、！ｌ）、ｐＨセ
ンサとして充分に使用できるものであった。
れる。第３図にはイオン感応族９に酸化タンタル（Ｔａ
２０５ ｌを用いたときのＩ）Ｈ応答図を示す。ｐＨ１
単位当シ約５６ｍＶの感度を持ってお、！ｌ）、ｐＨセ
ンサとして充分に使用できるものであった。
つぎに本発明の他の実施例を説明する。ＦＥＴイオンセ
ンサーよ、通常細長い形状で、一端にイオン感応ゲート
部を形成し、他の一端にはリード線を接続するためのコ
ンタクト部が形成される。コンタクト部はイオン感応ゲ
ート部と同一の面に形成されるので、リード線を接続し
た後の形状はセンサチップ自体の２倍以上に厚くなる。
ンサーよ、通常細長い形状で、一端にイオン感応ゲート
部を形成し、他の一端にはリード線を接続するためのコ
ンタクト部が形成される。コンタクト部はイオン感応ゲ
ート部と同一の面に形成されるので、リード線を接続し
た後の形状はセンサチップ自体の２倍以上に厚くなる。
その結果、ＦＥＴイオンセンサは必要以上に太い径を有
するカテーテルなどを用いて製作する必要が生じ、超小
形化に適さなくなるなどの欠点がある。史に、コンタク
ト部の耐水性を高める目的から、この部分を樹脂等で被
覆する際に、複雑な形状となるため、十分な樹脂被覆が
困難であり、長Ｍｆ用時の劣化の原因となる。このよう
な現象はしばしばセンサ持合を支配する大きな原因の一
つとなっている。
するカテーテルなどを用いて製作する必要が生じ、超小
形化に適さなくなるなどの欠点がある。史に、コンタク
ト部の耐水性を高める目的から、この部分を樹脂等で被
覆する際に、複雑な形状となるため、十分な樹脂被覆が
困難であり、長Ｍｆ用時の劣化の原因となる。このよう
な現象はしばしばセンサ持合を支配する大きな原因の一
つとなっている。
ＦＥＴイオンセンサのコンタクト部は従来のＭＯＳＦＥ
Ｔなどと同様のプロセスで製作するために、イオン都応
ゲートと同一面に形成されていた。
Ｔなどと同様のプロセスで製作するために、イオン都応
ゲートと同一面に形成されていた。
本発明では、従来のプロセス加え更に一段のプロセスを
加えることによシ、コンタクト部をイオン感応ゲート部
に直交する面に形成する方法を採用し、ＦＥＴイオンセ
ンサの問題点を回避した。
加えることによシ、コンタクト部をイオン感応ゲート部
に直交する面に形成する方法を採用し、ＦＥＴイオンセ
ンサの問題点を回避した。
不発明のこの実施例を第４図〜第６図の図面によυ詳細
に説明する。第４図はシリコンオンサファイア（ＳＯＳ
＞形層板上に形成した本発明の１” Ｅ Ｔイオンセン
サである。センサチップ４１の上ニ″ドレン４２、ソー
ス４３及びチャンネル４４からなるゲート部が形成され
、ドレン及びソースの夫々の舛長上にドレン用コンタク
ト４５とソース用コンタクト４６が設置されている。従
来のイオンセンサはコンタクト用金属の上に直接、リー
ド線を接続していたが、本発明では、チップの側面に接
続した。
に説明する。第４図はシリコンオンサファイア（ＳＯＳ
＞形層板上に形成した本発明の１” Ｅ Ｔイオンセン
サである。センサチップ４１の上ニ″ドレン４２、ソー
ス４３及びチャンネル４４からなるゲート部が形成され
、ドレン及びソースの夫々の舛長上にドレン用コンタク
ト４５とソース用コンタクト４６が設置されている。従
来のイオンセンサはコンタクト用金属の上に直接、リー
ド線を接続していたが、本発明では、チップの側面に接
続した。
本発明のＦＥＴイオンセンサを製作するのには、先ず、
上部のコンタクト用金属展を形成し、チップをスクライ
プした後に、側面にも金属膜を蒸着し、リード線を接続
する。これは、ゲート材料のｎシリコン又はｎシリコン
と金属のコンタクトを十分な面積で接触させることを目
的として案出したものである。第５図は本発明のＦＥＴ
イオンセンサを製作する途中段階のコンタクト部の構造
を示すものである。この実施例はシリコンオンサファイ
ア（ＳＯ８１基板５０に島状シリコンからなるドレン、
ソース及びコンタクト部を形成した物である。通常のＦ
ＥＴプロセスを用い、ｎ形シリコンからなるソースター
ミナル５１及びドレンターミナル５２を形成し、これら
を酸化膜５３、絶ダ 縁ｍ Ｓ １３Ｎ４ Ｘ４ ＴａｚＯｓ膜５５で被覆し
た。その後コンタクトホールをドライエツチングで形成
し、その部分にＡ７を蒸着し、コンタクト４５．４６を
形成する。この際通常のＦＥＴとは異なシ第４図に示す
如く、素子の端部までＡ４を蒸着する。
上部のコンタクト用金属展を形成し、チップをスクライ
プした後に、側面にも金属膜を蒸着し、リード線を接続
する。これは、ゲート材料のｎシリコン又はｎシリコン
と金属のコンタクトを十分な面積で接触させることを目
的として案出したものである。第５図は本発明のＦＥＴ
イオンセンサを製作する途中段階のコンタクト部の構造
を示すものである。この実施例はシリコンオンサファイ
ア（ＳＯ８１基板５０に島状シリコンからなるドレン、
ソース及びコンタクト部を形成した物である。通常のＦ
ＥＴプロセスを用い、ｎ形シリコンからなるソースター
ミナル５１及びドレンターミナル５２を形成し、これら
を酸化膜５３、絶ダ 縁ｍ Ｓ １３Ｎ４ Ｘ４ ＴａｚＯｓ膜５５で被覆し
た。その後コンタクトホールをドライエツチングで形成
し、その部分にＡ７を蒸着し、コンタクト４５．４６を
形成する。この際通常のＦＥＴとは異なシ第４図に示す
如く、素子の端部までＡ４を蒸着する。
この段階で、チップをウエノ・−から切出し、第５図の
断面に第６図の如＜ｈｔを蒸着し、本発明のコンタクト
とする。
断面に第６図の如＜ｈｔを蒸着し、本発明のコンタクト
とする。
従来のＦＥＴセンサは第６図のコンタクト部分上面にリ
ード線を接続していたのに対し、不発明のＦＥＴセンサ
は第６図の如く、側面にリード線を接続する。
ード線を接続していたのに対し、不発明のＦＥＴセンサ
は第６図の如く、側面にリード線を接続する。
本発明のＦＥＴイオンセンサの完成図を第７図に示す。
ＦＥＴセンサチッグ４１はカデーテル７４内に設置され
、感応ゲート７０が露出した構造となっておシ、カテー
テルの先端部から、コンタクト部７１．！Ｊ−ド勝７３
の途中までを樹脂７２で埋めた。第７図で明確なように
、本発明のＦＥＴセンサはコンタクト部の構造が極めて
簡単な物となシ、かつ絶縁性、耐水性の点で優れた物と
することができる。
、感応ゲート７０が露出した構造となっておシ、カテー
テルの先端部から、コンタクト部７１．！Ｊ−ド勝７３
の途中までを樹脂７２で埋めた。第７図で明確なように
、本発明のＦＥＴセンサはコンタクト部の構造が極めて
簡単な物となシ、かつ絶縁性、耐水性の点で優れた物と
することができる。
本発明は、第５図に示したＳＯ８基板を用いるＦＥＴセ
ンサばかシでなく、シリコン基板を用いたセンサにも直
接的に応用できる。また、センサとしてはイオンセンサ
のみならず、ＦＥＴを利用したガスセンサ、酵素利用上
ンサにも便利に適用することができる。
ンサばかシでなく、シリコン基板を用いたセンサにも直
接的に応用できる。また、センサとしてはイオンセンサ
のみならず、ＦＥＴを利用したガスセンサ、酵素利用上
ンサにも便利に適用することができる。
本発明の目的を達成するためには、コンタクト部を感応
ゲート向と直交する面以外にも、斜めに父差する面など
に設置することもできる。
ゲート向と直交する面以外にも、斜めに父差する面など
に設置することもできる。
本発明によればＦＥＴ累子打子材料絶縁性ガリウム砒素
ウエノ・−を用いるため、ＦＥＴイオンセンサを製作す
る場合、ウエノ・−裏面の絶縁加工が不要であり、セン
サ寿命の向上を容易に達成できるという効果がある。
ウエノ・−を用いるため、ＦＥＴイオンセンサを製作す
る場合、ウエノ・−裏面の絶縁加工が不要であり、セン
サ寿命の向上を容易に達成できるという効果がある。
さらに本発明のＦＥＴイオンセンサは微小センサを構成
する際に極めて肴利な構造とすることができる。これは
、構造のみではなく、性能面でも絶縁性、耐水性の優れ
たセンサが可能となるなどの利点がある。これらの利点
は製造プロセスが若干複雑になる欠点を桶って余シある
ものである。
する際に極めて肴利な構造とすることができる。これは
、構造のみではなく、性能面でも絶縁性、耐水性の優れ
たセンサが可能となるなどの利点がある。これらの利点
は製造プロセスが若干複雑になる欠点を桶って余シある
ものである。
第１図は本発明によるＦＥＴイオンセンサの断面図、第
２図は本イオンセンナの使用例を示す図、第３図は本Ｆ
ＥＴイオンセンサ構造を持つｐＨ感応七ンサの応答曲線
を示す図、第４図は本発明のＦＥＴイオンセンサの他の
実施例を示す図、第５図及び第６図は第４図の詳細説明
図、第７図は本発明のＦＥＴセンサの完成図である。 １・・・ガリウム砒素ウェハー、２・・・ｎ０領域、３
・・・ｎｑ能動層、４・・・ｐ型埋込層、５・・・ゲー
ト電極、６・・・二酸化硅素膜、７・・・ソース′屯極
、７′・・・ドレイン電極、８・・・望化硅素膜、９・
・・イオン感応族、１０・・・ＦＥＴイオンセンサ、１
１・・・参照電極、１２・・・被検漱、１３・−・定電
流源、１４・・・演算増幅器、１５・・・レコーダー、
１６・・・電圧計、４１・・・センサチップ、４２４・
・ドレン、４３・・・ソース、４４・・・チャンネル、
４５・・・ドレン用コンタクト、４６・・・ソース用コ
ンタクト、４７．４８・・・リード縁、５０・・・基板
、５１・・・ソース用ターミナル、５２・−・ドレン用
ターミナル、６０・・・ボン、ディング部、６１・・・
リード線、７０・・ン感応ゲート、７１・・・コンタク
ト部、７２・・・樹脂、７３・・・リード線、７４・・
・第 １ 図 第 ２ 図 篤 ３ 図 Ｌ
２図は本イオンセンナの使用例を示す図、第３図は本Ｆ
ＥＴイオンセンサ構造を持つｐＨ感応七ンサの応答曲線
を示す図、第４図は本発明のＦＥＴイオンセンサの他の
実施例を示す図、第５図及び第６図は第４図の詳細説明
図、第７図は本発明のＦＥＴセンサの完成図である。 １・・・ガリウム砒素ウェハー、２・・・ｎ０領域、３
・・・ｎｑ能動層、４・・・ｐ型埋込層、５・・・ゲー
ト電極、６・・・二酸化硅素膜、７・・・ソース′屯極
、７′・・・ドレイン電極、８・・・望化硅素膜、９・
・・イオン感応族、１０・・・ＦＥＴイオンセンサ、１
１・・・参照電極、１２・・・被検漱、１３・−・定電
流源、１４・・・演算増幅器、１５・・・レコーダー、
１６・・・電圧計、４１・・・センサチップ、４２４・
・ドレン、４３・・・ソース、４４・・・チャンネル、
４５・・・ドレン用コンタクト、４６・・・ソース用コ
ンタクト、４７．４８・・・リード縁、５０・・・基板
、５１・・・ソース用ターミナル、５２・−・ドレン用
ターミナル、６０・・・ボン、ディング部、６１・・・
リード線、７０・・ン感応ゲート、７１・・・コンタク
ト部、７２・・・樹脂、７３・・・リード線、７４・・
・第 １ 図 第 ２ 図 篤 ３ 図 Ｌ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性ガリウム砒素基板我面層に分離形成された
導電性ソース領域、ドレイン領域、及び前記２領域には
さまれる導電性能動領域懺面上に設けられたゲート電極
より構成されるショットキーバリヤ電界効果形トランジ
スタを使用し、前記ゲート電極上に保ａＨＦ膜、イオン
感応膜を多層化したことを特徴とするイオンセンサ。 ２、ゲート部分にイオン感応性膜を塗付して構成する電
界効果トランジスタ形イオンセンサにおいて、コンタク
ト部をイオン感応ゲート部とは別の一端に、また該イオ
ン感応ゲート面と直交する一面に設置することを特徴と
するイオンセンサ。 ３、上記コンタクト部を形成する導電性金属薄厚をイオ
ン感応ゲート面及び、これと直交する面の２面に渡って
形成し、リード線−をゲート面に直交する面に接続する
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のイオンセ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58039266A JPS59164951A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | Ｆｅｔイオンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58039266A JPS59164951A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | Ｆｅｔイオンセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59164951A true JPS59164951A (ja) | 1984-09-18 |
Family
ID=12548334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58039266A Pending JPS59164951A (ja) | 1983-03-11 | 1983-03-11 | Ｆｅｔイオンセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59164951A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6082846A (ja) * | 1983-10-12 | 1985-05-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電界効果型半導体センサ |
| US5143857A (en) * | 1988-11-07 | 1992-09-01 | Triquint Semiconductor, Inc. | Method of fabricating an electronic device with reduced susceptiblity to backgating effects |
-
1983
- 1983-03-11 JP JP58039266A patent/JPS59164951A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6082846A (ja) * | 1983-10-12 | 1985-05-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電界効果型半導体センサ |
| US5143857A (en) * | 1988-11-07 | 1992-09-01 | Triquint Semiconductor, Inc. | Method of fabricating an electronic device with reduced susceptiblity to backgating effects |
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