JPS60181645A - 複合センサ及びその製造方法 - Google Patents
複合センサ及びその製造方法Info
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- JPS60181645A JPS60181645A JP59039145A JP3914584A JPS60181645A JP S60181645 A JPS60181645 A JP S60181645A JP 59039145 A JP59039145 A JP 59039145A JP 3914584 A JP3914584 A JP 3914584A JP S60181645 A JPS60181645 A JP S60181645A
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Classifications
-
- 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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
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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】
く技術分野〉
本発明ハ、シリコンチノプ上に形成したダイオード等の
ｐ−ｎ接合を有する温度センサと同一チップ内に湿度あ
るいは各種ガス薬品有機物等に敏感に感応する電界効果
トランジスタＣＦＥＴ）型セン２ザを組込んだ複合セン
サに関するものである。
ｐ−ｎ接合を有する温度センサと同一チップ内に湿度あ
るいは各種ガス薬品有機物等に敏感に感応する電界効果
トランジスタＣＦＥＴ）型セン２ザを組込んだ複合セン
サに関するものである。
〈発明の背景〉
近年、ＦＥＴのゲート絶縁膜」二に、特定の物質或はイ
オンや各種のガスに感応する膜（以下単に感応膜と略す
）を形成することによって、感ム―膜の表面電位、界面
の電位障壁、静電容量、電気伝導度等の被検知体との相
互作用に基く変化ｅ Ｆ ＥＴのゲート作用変化として
とらえるいわゆるＦ Ｅ Ｔ型センサの研究が多くなさ
れている。例えば、シリコンの酸化膜、シリコン窒化膜
或は各種のカラス全感応膜とすることによって、Ｈ”、
Ｎａ″−１に−などの特定のイオン全検知するＦＥＴ型
のイオンセンサが、パークベルト（Ｐ、Ｂｅｒｇｕｅｌ
ｄ、 ＩＥＥＥＴｒａｎｓ、Ｂｉｏｍｅｄ、Ｅｎｇ、
１７．７０（１９７０））や松属ら（”Ｉ”、Ｍａｔｓ
ｕｏ＋ Ｋ、Ｄ、Ｗｉ Ｓｅ＋ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ
。
オンや各種のガスに感応する膜（以下単に感応膜と略す
）を形成することによって、感ム―膜の表面電位、界面
の電位障壁、静電容量、電気伝導度等の被検知体との相
互作用に基く変化ｅ Ｆ ＥＴのゲート作用変化として
とらえるいわゆるＦ Ｅ Ｔ型センサの研究が多くなさ
れている。例えば、シリコンの酸化膜、シリコン窒化膜
或は各種のカラス全感応膜とすることによって、Ｈ”、
Ｎａ″−１に−などの特定のイオン全検知するＦＥＴ型
のイオンセンサが、パークベルト（Ｐ、Ｂｅｒｇｕｅｌ
ｄ、 ＩＥＥＥＴｒａｎｓ、Ｂｉｏｍｅｄ、Ｅｎｇ、
１７．７０（１９７０））や松属ら（”Ｉ”、Ｍａｔｓ
ｕｏ＋ Ｋ、Ｄ、Ｗｉ Ｓｅ＋ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ
。
Ｂｉｏｍｅｄ、 Ｅｎｇ、２１．４８５（１９７４））
によって提案され、イオン・センシティブ＠Ｆ Ｅ ’
ｒセンサ（ＩＳ、ＦＥＴ）と呼ばれて、その後も多くの
研究かなされている。ｉｌｃ、ルンドンユトロームラ（
ＩＬｕｎｄｓｔｒ６ｍ、 Ｍ＠Ｓ＠Ｓｈｉｕａｒａｍａ
ｎ＋ Ｃ，５ｖｅｎｓｓｏｎ。
によって提案され、イオン・センシティブ＠Ｆ Ｅ ’
ｒセンサ（ＩＳ、ＦＥＴ）と呼ばれて、その後も多くの
研究かなされている。ｉｌｃ、ルンドンユトロームラ（
ＩＬｕｎｄｓｔｒ６ｍ、 Ｍ＠Ｓ＠Ｓｈｉｕａｒａｍａ
ｎ＋ Ｃ，５ｖｅｎｓｓｏｎ。
Ｌ、Ｌｕｎｄｋｕｉ ｓｔ、 Ａｐｐｌ、Ｐｂｙｓ、Ｌ
ｅｔｔ、、 ２６．５５（１９７５））ｉＪ、パラジウ
ム（ｉ’ ｄ ）膜を感応膜に用いることによって、Ｆ
ＥＴのソース書ドレイン間のしきい値電圧が水素濃度に
よって変化することを見出した。このセンサは、Ｐｄ−
ＭＯＳＦＥＴ型の水素センサとして知られている。その
他、酵素や微生物を有機膜に固着した膜を感応膜とする
ことによって、ＦＥＴ型の生物電気化学センサも可能と
なり、既に幾多の成果が発表されている。
ｅｔｔ、、 ２６．５５（１９７５））ｉＪ、パラジウ
ム（ｉ’ ｄ ）膜を感応膜に用いることによって、Ｆ
ＥＴのソース書ドレイン間のしきい値電圧が水素濃度に
よって変化することを見出した。このセンサは、Ｐｄ−
ＭＯＳＦＥＴ型の水素センサとして知られている。その
他、酵素や微生物を有機膜に固着した膜を感応膜とする
ことによって、ＦＥＴ型の生物電気化学センサも可能と
なり、既に幾多の成果が発表されている。
このように、ＦＥＴ素子と各種の感応膜とを組み合せた
いわゆるＦ Ｉ！： Ｔ型センサｉｊ、ＦＥＴ素子の高
い入力インピーダンスと増幅作用をたくみに利用したも
のであり、小形化・集積化か容易であるとともに、上に
例示した様に、はとんと同一の素子構造にて、感応膜の
種類を代えることにより、広い分野に適用できる各種の
センサを実現し得る特徴を廟する。
いわゆるＦ Ｉ！： Ｔ型センサｉｊ、ＦＥＴ素子の高
い入力インピーダンスと増幅作用をたくみに利用したも
のであり、小形化・集積化か容易であるとともに、上に
例示した様に、はとんと同一の素子構造にて、感応膜の
種類を代えることにより、広い分野に適用できる各種の
センサを実現し得る特徴を廟する。
水分の吸着に伴なって膜の静電芥量或ＣＪ電気伝導度か
変化する材料を上述の感応膜とすればＦ Ｅ １”型湿
度センサを作製することができる。例えば、陽極酸化法
によって作製した多孔質のアルミナ膜を感応膜としたＦ
ＥＴ型湿度センサが既に知られている。即ち、Ｆ Ｅ
Ｔ素子のソリコン酸化膜（Ｓ ｉ Ｏ２）表面に、金属
アルミニウム膜を蒸着した後、これをリン酸浴中で陽極
酸化して多孔質アルミナ膜とする。その後、フォトリン
グラフィ技術を用いて、多孔質アルミナ膜を化学エツチ
ングすることによって、ゲート絶縁膜上に多孔質アルミ
ナ膜からなる湿度感応膜を形成する。更に、その表面に
、透湿性金属膜を被着して、ゲート電極としたものであ
る。尚、詳細については文献Ｓ。
変化する材料を上述の感応膜とすればＦ Ｅ １”型湿
度センサを作製することができる。例えば、陽極酸化法
によって作製した多孔質のアルミナ膜を感応膜としたＦ
ＥＴ型湿度センサが既に知られている。即ち、Ｆ Ｅ
Ｔ素子のソリコン酸化膜（Ｓ ｉ Ｏ２）表面に、金属
アルミニウム膜を蒸着した後、これをリン酸浴中で陽極
酸化して多孔質アルミナ膜とする。その後、フォトリン
グラフィ技術を用いて、多孔質アルミナ膜を化学エツチ
ングすることによって、ゲート絶縁膜上に多孔質アルミ
ナ膜からなる湿度感応膜を形成する。更に、その表面に
、透湿性金属膜を被着して、ゲート電極としたものであ
る。尚、詳細については文献Ｓ。
Ｉ ｎａｇａｋｉ、 Ｙ、Ｋａｗａｎｏ、 Ｓ＋ Ｋｏ
ｄａｔｏ、 Ｋ、Ｍｉ ｙａｇｉ＋Ｐｒｏｃ ｏｆ ｔ
ｈｅ １ｓｔ 、５ｅｎｓｏｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ。
ｄａｔｏ、 Ｋ、Ｍｉ ｙａｇｉ＋Ｐｒｏｃ ｏｆ ｔ
ｈｅ １ｓｔ 、５ｅｎｓｏｒ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ。
ｐｐ、１１５〜１１８（１９８１）に記載されている。
このＦ Ｅ Ｔ型湿度センサは、多孔質アルミナ膜の静
電容量が、外界囲気の相対湿度に応じて変化するために
生ずるＦＥＴ素子のゲート作用の変化を利用したもので
ある。
電容量が、外界囲気の相対湿度に応じて変化するために
生ずるＦＥＴ素子のゲート作用の変化を利用したもので
ある。
〈発明の目的〉
本発ＢＡ／ｌｉ以上のような各種のＦ Ｅ Ｔ型センサ
の素子製作プロセスと同一プロセスで同一チノブ内にタ
イオード型温度センサを作製し組込んだものであり、接
合センサとして素子の旬加価値を向上させ、多機能化を
目指すことのできる新規有用な複合センサ及びその製造
方法を提供することを目的とするものである。特にＦ
Ｅ Ｔ型湿度センサと温度センサの複合化は、湿度制御
を必要とするところでは必らず温度制御が欠かせないこ
とからも極めて有効なセンサデバイスとなり空調機器等
へ適用すれは非常に効果があると期待される。
の素子製作プロセスと同一プロセスで同一チノブ内にタ
イオード型温度センサを作製し組込んだものであり、接
合センサとして素子の旬加価値を向上させ、多機能化を
目指すことのできる新規有用な複合センサ及びその製造
方法を提供することを目的とするものである。特にＦ
Ｅ Ｔ型湿度センサと温度センサの複合化は、湿度制御
を必要とするところでは必らず温度制御が欠かせないこ
とからも極めて有効なセンサデバイスとなり空調機器等
へ適用すれは非常に効果があると期待される。
〈実施例〉
第１図は、本発明の１実施例を示すタイオード型温度セ
ンサとＦ Ｅ Ｔ型湿度センサを組込んだ複合センサの
構造模式図である。Ｆ Ｅ Ｔ素子はＭＯＳ型のｎチャ
ンネルＦＥＴ−？’ｐ型のソリコン基板ｌに、リン（Ｐ
） 全拡散することによって、ｎ型のソース２とドレイ
ン３ｆ：並設して形成し、同時に、ダイオード温度セン
サの１１型拡散層４を形成する。ゲート絶縁膜はソリコ
ン基板ｌ上に堆積された二酸化シリコン膜（Ｓ ｉｏ
２ ＞ ５と窒化シリコン膜（ｂ ｉ３ Ｎ ４ ）
７との２重層のソース２とドレイン３を結ぶ領域からな
り、窒化シリコン膜７は更にソース２及びドレイン３に
片端が接触した電極用導体膜６およびダイオード型温度
センサの電極用導体膜８の上面をも被覆し、素子全体の
保護膜としての役割りも兼ねている。ゲート絶縁膜上に
は感湿体９と厚さ約１００Ａ程度の金蒸着膜等から成る
透湿性のゲート電極１０が積層されＦＥＴ型湿度センサ
が形成される。ダイオード型温度センサの電極用導体膜
８はソース２及びドレイン３の電極用導体膜６と同じく
アルミニウム蒸着膜を用い、化学エツチングによって図
の様に加工した。本実施例に於いてはソリコン基板Ｉ
Ｋ ｐ−５’ｉ （１００）ウェハ（比抵抗ｐ＝５オー
ムｃｎｎ）を用い、リン拡散層は深さ０．２μｍ、（比
抵抗ρ＝４５オームｃｍ）で形成した。感湿体９として
は熱焼成によって結晶化したポリビニルアルコール膜、
アセチルセルロース膜、固体電解質又は酸化アルミニウ
ム等が用いられる。但し、これらの素子構成材料は必ず
しも本実施例に限定されるものではなく、夫々その他の
適微夕材料に代替することによっても本発明全実施する
こ♂はできる。
ンサとＦ Ｅ Ｔ型湿度センサを組込んだ複合センサの
構造模式図である。Ｆ Ｅ Ｔ素子はＭＯＳ型のｎチャ
ンネルＦＥＴ−？’ｐ型のソリコン基板ｌに、リン（Ｐ
） 全拡散することによって、ｎ型のソース２とドレイ
ン３ｆ：並設して形成し、同時に、ダイオード温度セン
サの１１型拡散層４を形成する。ゲート絶縁膜はソリコ
ン基板ｌ上に堆積された二酸化シリコン膜（Ｓ ｉｏ
２ ＞ ５と窒化シリコン膜（ｂ ｉ３ Ｎ ４ ）
７との２重層のソース２とドレイン３を結ぶ領域からな
り、窒化シリコン膜７は更にソース２及びドレイン３に
片端が接触した電極用導体膜６およびダイオード型温度
センサの電極用導体膜８の上面をも被覆し、素子全体の
保護膜としての役割りも兼ねている。ゲート絶縁膜上に
は感湿体９と厚さ約１００Ａ程度の金蒸着膜等から成る
透湿性のゲート電極１０が積層されＦＥＴ型湿度センサ
が形成される。ダイオード型温度センサの電極用導体膜
８はソース２及びドレイン３の電極用導体膜６と同じく
アルミニウム蒸着膜を用い、化学エツチングによって図
の様に加工した。本実施例に於いてはソリコン基板Ｉ
Ｋ ｐ−５’ｉ （１００）ウェハ（比抵抗ｐ＝５オー
ムｃｎｎ）を用い、リン拡散層は深さ０．２μｍ、（比
抵抗ρ＝４５オームｃｍ）で形成した。感湿体９として
は熱焼成によって結晶化したポリビニルアルコール膜、
アセチルセルロース膜、固体電解質又は酸化アルミニウ
ム等が用いられる。但し、これらの素子構成材料は必ず
しも本実施例に限定されるものではなく、夫々その他の
適微夕材料に代替することによっても本発明全実施する
こ♂はできる。
次にタイオート（ｐ−ｎ接合）の温度特性について述へ
る。ｐ−ｎ接合の順方向電圧をＶＦｌ、電流全１１．２
するとこれらの関係は ■ １ −１ （ｅｑ１ゝ／＜Ｔ ＋） Ｆ Ｓ ただしＩＳ °接合部温度で定まる飽和電流ｑ、ｑ〒子
の電荷量 に ポルツマン定数 ′Ｆ 絶対温度 であられさノー１．１１．−全一定とすれば■１．．は
温度′１−と比例関係にあることが知られている。
る。ｐ−ｎ接合の順方向電圧をＶＦｌ、電流全１１．２
するとこれらの関係は ■ １ −１ （ｅｑ１ゝ／＜Ｔ ＋） Ｆ Ｓ ただしＩＳ °接合部温度で定まる飽和電流ｑ、ｑ〒子
の電荷量 に ポルツマン定数 ′Ｆ 絶対温度 であられさノー１．１１．−全一定とすれば■１．．は
温度′１−と比例関係にあることが知られている。
本実施例により作製したタイオード温朋センサの温度−
出力１ｉ１Ｔ圧の特性プロット′（ｉｌ−第２図に示す
。
出力１ｉ１Ｔ圧の特性プロット′（ｉｌ−第２図に示す
。
第２図においてタイオード電流値１ｊ１００７＋Ａとし
た０ 第２図より温度お出力電圧の関係（・１良好な直線性を
有し、温度係数は−２，０４ｍＶ／℃の値が得られた。
た０ 第２図より温度お出力電圧の関係（・１良好な直線性を
有し、温度係数は−２，０４ｍＶ／℃の値が得られた。
以上本実施例におけるダイオード型温度センサは好％Ｉ
−い特性を有することが実証された。
−い特性を有することが実証された。
さらにＦ Ｅ Ｔ型温度センサについても所望の特性が
得られ、ダイオード温度センサとの組合せで、二つの異
なった基本情報がｌチップから同時に得られる。本複合
センサは同一プロセスで作製できることから、製造工程
が簡単で省エネルギー、省資源、省スペース効果をｒＪ
シめ多機能化、ソフトウェアの拡大、付加価値の向上な
どその複合化効果は極めて大きい。
得られ、ダイオード温度センサとの組合せで、二つの異
なった基本情報がｌチップから同時に得られる。本複合
センサは同一プロセスで作製できることから、製造工程
が簡単で省エネルギー、省資源、省スペース効果をｒＪ
シめ多機能化、ソフトウェアの拡大、付加価値の向上な
どその複合化効果は極めて大きい。
尚、上記実施例では温度センサと湿度センサとの複合化
について説明したが、ガスセンサ、圧力センサ、ｌ５Ｆ
ＥＴなどの各種Ｆ Ｅ ＴセンサヲハしめＳ１テクノロ
ジーを利用するセンサ、ＭＯＳデクノロジーを利用する
センサと温度センサきの複合化筒も可能である。
について説明したが、ガスセンサ、圧力センサ、ｌ５Ｆ
ＥＴなどの各種Ｆ Ｅ ＴセンサヲハしめＳ１テクノロ
ジーを利用するセンサ、ＭＯＳデクノロジーを利用する
センサと温度センサきの複合化筒も可能である。
′ｆ、た温度センサとしてダイオード温度センサをＭＯ
Ｓ）ランジスタ型温度センザ等に置換えることも可能で
ある。
Ｓ）ランジスタ型温度センザ等に置換えることも可能で
ある。
Claims (2)
- （１） 半導体温度センサと電界効果型トランジスタを
用いた他の種類のセンサとを同一チップ内に配置したこ
とを特徴とする複合センサ。 - （２） 電界効果型トランジスタ金柑いたセンサの作製
プロセスで同時にトランジスタ型あるいけダイオード型
のｐ−ｎ接合を有する温度センサ全作製することにより
温度センサと他の種類のセンサとを、同一チップ内に配
置することを特徴とする複合センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59039145A JPS60181645A (ja) | 1984-02-28 | 1984-02-28 | 複合センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59039145A JPS60181645A (ja) | 1984-02-28 | 1984-02-28 | 複合センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60181645A true JPS60181645A (ja) | 1985-09-17 |
Family
ID=12544936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59039145A Pending JPS60181645A (ja) | 1984-02-28 | 1984-02-28 | 複合センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60181645A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007529722A (ja) * | 2004-03-18 | 2007-10-25 | ミクロナス ゲーエムベーハー | ガス又はガス混合気を検出する装置 |
| EP3244201A1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-15 | Honeywell International Inc. | Fet based humidity sensor with barrier layer protecting gate dielectric |
| JPWO2017002854A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2018-04-19 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びその使用方法 |
| US10677747B2 (en) | 2015-02-17 | 2020-06-09 | Honeywell International Inc. | Humidity sensor |
-
1984
- 1984-02-28 JP JP59039145A patent/JPS60181645A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007529722A (ja) * | 2004-03-18 | 2007-10-25 | ミクロナス ゲーエムベーハー | ガス又はガス混合気を検出する装置 |
| US10677747B2 (en) | 2015-02-17 | 2020-06-09 | Honeywell International Inc. | Humidity sensor |
| JPWO2017002854A1 (ja) * | 2015-06-30 | 2018-04-19 | 富士通株式会社 | ガスセンサ及びその使用方法 |
| US11156576B2 (en) | 2015-06-30 | 2021-10-26 | Fujitsu Limited | Gas sensor and method of using the same |
| EP3244201A1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-15 | Honeywell International Inc. | Fet based humidity sensor with barrier layer protecting gate dielectric |
| US10585058B2 (en) | 2016-05-13 | 2020-03-10 | Honeywell International Inc. | FET based humidity sensor with barrier layer protecting gate dielectric |
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