JPS60252253A - Fetセンサ - Google Patents

Fetセンサ

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Publication number
JPS60252253A
JPS60252253A JP59108018A JP10801884A JPS60252253A JP S60252253 A JPS60252253 A JP S60252253A JP 59108018 A JP59108018 A JP 59108018A JP 10801884 A JP10801884 A JP 10801884A JP S60252253 A JPS60252253 A JP S60252253A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
channel
insulating film
source
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP59108018A
Other languages
English (en)
Inventor
Shiro Takeda
武田 志郎
Motoo Nakano
元雄 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPS60252253A publication Critical patent/JPS60252253A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4145Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、抗体、イオンなどの荷電微粒子を検出するの
に有効なFETセンサに関する。
〔従来の技術〕
FF:”rセンサはFET (電界効果I・ランジスタ
)のゲート電極を取除き、ゲート部絶縁膜に検出対象の
荷電微粒子がイ」着しやすいような加工を施してなる。
荷電微粒子がゲート部絶縁膜に付着すると周囲の電位が
変り、ソース、ドレインを結ぶチャネルを流れる電流が
変れば、該電流変化で荷電微粒子の存在、その量などを
検出することができる。FETセンサには温度検出用、
P H検出用各センザなどもある。蛋白質をゲーI一部
絶縁膜に付着させるには抗原抗体反応を利用する。即ち
該絶縁膜上に抗体を含む膜(固定化膜)を形成しておき
、力弓るセンサを血液中に挿入すると、ll11 ??
に中の抗原が固定化膜の抗体と結合(抗原抗体反応)し
、ゲート部絶縁膜に付着するごとになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
FETFETセンサTのゲート電極を除去した構造をし
ているが、こ\で若干問題がある。その1つは、FET
のチャネル長に比べて微粒子の1¥が小さいと、ソース
、トレイン間にチャネルが形成されないことがあるとい
う点である。第3図で説明すると、S、DはF IΣ′
rセンザセンース、トレイン、IFは半導体基板表面の
絶縁膜である。
ソース、ドレイン間の絶縁膜IF−にに荷電微粒子CP
が付着するとソース、ドレイン間の基板表面部にチャネ
ルCHができ、電流が流れるが、荷電微粒子CPがチャ
ネル長に比べて小さいとチャネルは−RI+にしかでき
ず、結局ソース・ドレイン間に電流は流れない。FET
センサではチャネル部に予め不純物を導入してチャネル
を形成しておくものが多いが、この場合は荷電粒子の径
が小さくてもチャネル電流が流れないことはないが、低
抵抗チャネルは一部にしか形成されないからチャネル電
流の変化が小さく、感度が低い。
またゲート部絶縁膜ばSiO2とS i 3 N 4の
2層構造になっているが共に1000人程度0薄いもの
であるので、配線などの加工を行なうべくプラズマエツ
チングを行なうと該絶縁膜が多少削られて予定の特性が
得られなかったり、或いは該絶縁膜が電荷を帯びてこれ
またFETセンサの特性を変えてしまったりする。
本発明は、デー1一部の絶縁層にフローティングの金属
層を形成することにより上記問題を除去しようとするも
のである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は半導体基板にソース、l−レイン領域を形成し
、これらの間のゲート絶縁膜」二に抗体とか酵素の固定
化膜またはイオンセンシティブ膜を形成したFETセン
サにおいて、該固定化膜またはイオンセンシティブ膜と
ゲート絶縁膜との間に、ソース、ドレイン間のチャネル
部を覆うフローティングゲート電極を設置たことを特徴
とするものである。
〔作用〕
本発明ではセンザ用FETの製造に際し、ゲート部絶縁
膜形成直後に、該絶縁股上に金属層を被着し、ついで該
金属層をパターニングしてデー1一部のみ残し、他は除
去する。このようにすると、その後の配線、絶縁層形成
などの各種工程に伴う影響をゲート部絶縁層が受けずに
済む。FETセンサでは抗体、酵素の固定化用膜、ある
いはイオンセンシティブな無機膜をゲート部に形成する
が、この直前に」二記金属層を薄くエツチングすると一
定の清浄度の金属表面を得ることができ、汚染金属層に
よる悪影響はない。しかも残された金属層はフローティ
ングゲート電極としてToらき、荷電微粒子がゲーi一
部に局部的に被着してもそれによる電位変化をチャネル
全体に及ぼすようにするので、検出感度の向上、均一化
が得られる。
第1図および第2図は本発明に係るFETセンサを示し
、1はp型シリコン基板、2,3ばn型ソース、ドレイ
ン領域、4はn−型チャネル領域である。5は二酸化シ
リコンの絶縁層、6は窒化シリコンの絶縁層で、これら
がゲー1−1@I縁層を構成する。通常のFETのゲー
ト絶縁膜は二酸化シリコン層5のみであるが、FETセ
ンサは被検体例えば血液中にン畳したりするので二酸化
シリコン層のめでは絶縁不充分であり、このため緻密な
絶縁層である窒化シリコン層6で更に覆うようにする。
7ば二酸化シリコンのフィールド絶縁層、8は前述のフ
ローティングゲート電極、9は抗体、酵素の固定化膜ま
たはイオンセンシティブ膜である。
ゲート電極8はソース、ドレイン間のチャネル領域4」
二の絶縁層5.6を覆うのみで、外部回路との接続用の
配線は施されていない。ソース、ドレイン領域2.3に
は該配線が施されるが、該領域の近傍は同じn1型の拡
散層で形成され、被検体に浸漬されない上部が金属配線
1.0.11により形成される。10a、11.aは金
属配線10.11とソース、ドレイン拡散層延長部2a
、3aとのコンタクト部を示す。FETセンサば一対設
けられ、一方は実際のセンサ、他方は荷電微粒子が付着
しない基準用として用いられる〈両者の出力の差をとれ
ばヘース゛分またはノイズが除去される)。
フローティングゲート電極付きFETセンサは製造工程
における前述の利点があると共に、チャネル長より小さ
い径を持つ荷電微粒子の検出もできるという利点がある
。即ち第3図でフローティングゲート電極8があると、
該電極8は荷電微粒子CPの電荷により定まる電位をと
り(電極8内の電位はどこも同じ)、該電極8はチャネ
ルCHの全長に亘っているから、荷電ig[粒子CPに
よる影響(41m度の変化)はチャネル全体に亘って現
われ、荷電微粒子の電荷に応じた変化をソースドレイン
電流(チャネル電流)に生じさせる。電極8がなげれば
、荷電微粒子CPの電荷しオチャネルCF(の4jm度
を局部的に変更するのみであり、該変更がない高抵抗部
分と該変更があった低抵抗部分との直列となるから、ソ
ースドレイン電流に目立った変化を与えない(該高抵抗
部分が絶縁状態なら電流は断のま−)。
デー11部絶縁膜上に設けるフローティングゲート電極
の材*−1は導電体であればよいが、多結晶シリコン、
モリブデン、タングステン、アルミニウムなどの単体の
金属、あるいはモリブデン、タングステン、パラジウム
、白金などのシリケイトが従来のウェハプロセス技術を
踏襲している点から使い易い。
イオンセンシティブなFETセンサとするにはイオンセ
ンシティブ膜を設けるが、これはフローティングゲート
電極7−にに設け、そして該イオンセンシティブ膜とし
ては窒化シリコン、酸化タンタル、酸化錫、アルミナ、
あるいはリンガラス、二酸化シリコンなどでよい。
バイオセンサ(免疫センサ又は酵素センサ)とするとき
は有機固定化膜を設けるが、該膜としてはl−リアセチ
ルセルロース/グルタルアルデヒド/トリアミン系のも
の、またはポリアミノシロキサン膜などを用い、これら
の固定化膜とフローティングゲート電極との間には酸化
金属層を設けてもよい。次に実施例を挙げる。
〔実施例〕
例1:二酸化シリコン(SiO2)層を500人の厚み
に、また窒化シリコン(Si3Na)層を500人の厚
みに形成したp型シリコンウェハのソース、ゲー1−、
ドレイン部のみをレジストで覆い、他の部分の窒化シリ
コンをプラズマエツチングによりそして二酸化シリコン
をフン酸H−rF)系ウェットエツチングにより除去し
、ホウ素(B)イオンを40KeV、I X ] O”
’/cI?lでイオン注入し、p″−型ヂャネルストソ
バを形成した。レジスト除去後950 ’cのウェット
酸化により8000人の二酸化シリコン層(フィールド
絶縁層)を形成した。次に残っていた窒化シリコン層及
び二酸化シリコン層をエツチングにより除去し、100
0°Cでのドライ酸化により全面に二酸化シリコンを5
00人の厚みに形成した。次に多結晶シリコンをCVD
法などにより5000人形成し、レジスI・を用いてゲ
ー(・部を残して残りをエツチングし、除去した。レジ
ス]・除去後、ヒ素(As)イオンを120Keν、5
x l Q ” /caでイオン注入し、nl−型ソー
ス、ドレイン領域を形成した。そのあと1000°Cの
ウェット酸化により二酸化シリコン100OAを形成し
た。次いでゲート上の二酸化シリコン層を除去し、更に
コンタクトボール部の二酸化シリコン層をエツチングし
て除去した。全面にアルミニウム10000人を蒸着し
、電極のバターニングを行なったあと、ポリシリコン層
を軽′くドライエツチングし、さらに450 c、窒素
(N2)中で1時間熱処理した。
例2:例1で(MたFET形成ウェハ上にCVDによっ
てリンガラス(P S G)を500人形成し、ボンデ
ィングバソド部のみウェットエツチングで除去し、湿度
検出用FETセンサを得た。
例3:例2と同様、例1のFET形成ウェハ上に酸化タ
ンタル層を500人形成し、l) H検出用FETセン
サを得た。
例4:例2と同様、例IのFET形成ウェハ上にスピン
コ−1・及び加熱硬化によってポリアミノシロキサン膜
を1000人形成し、ゲート部以外をエツチングで除去
し、抗体酵素固定化膜を形成されたFETセンサを得た
なお説明を省略したがウェハは処理完了後チップにスク
ライブされ、該チップがプリント板などの基板に俄イ」
りられ、配線等されてF E Tセンサになる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、フローティングゲ−1・電極が設けら
れるのでゲート絶縁膜が保護され、チャネルへの荷電微
粒子の影響が均一化され、微小、微M被検体の検出が可
能な、再現性のあるFETセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明に係るFETセンサを説明
する図で、第1図は概略断面図、第2図は同平面図であ
る。第3図は検出動作の説明図である。 図面で1は半導体基板、2.3はソースドレイン領域、
5はゲーI・絶縁膜、8は固定化膜またはイオンセンシ
ティブ映、7ばフローティングゲート電極である。 出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板にソース、1−レイン領域を形成し、これら
    の間のデーl−絶縁股上に抗体もしくは酵素の固定化膜
    またはイオンセンシティブ膜を形成したFETセンサに
    おいて、該固定化膜またはイオンセンシティブ膜とゲー
    ト絶縁膜との間に、ソース、ドレイン間のチャネル部を
    覆うフローティングゲート電極を設けたことを特徴とす
    るFETセンサ。
JP59108018A 1984-05-28 1984-05-28 Fetセンサ Pending JPS60252253A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59108018A JPS60252253A (ja) 1984-05-28 1984-05-28 Fetセンサ

Applications Claiming Priority (1)

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JP59108018A JPS60252253A (ja) 1984-05-28 1984-05-28 Fetセンサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60252253A true JPS60252253A (ja) 1985-12-12

Family

ID=14473890

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JP59108018A Pending JPS60252253A (ja) 1984-05-28 1984-05-28 Fetセンサ

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008130463A2 (en) * 2007-02-06 2008-10-30 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Multiplexed nanoscale electrochemical sensors for multi-analyte detection
US7550310B2 (en) 1997-08-08 2009-06-23 California Institute Of Technology Techniques and systems for analyte detection
JP2016526790A (ja) * 2013-06-20 2016-09-05 ストレイティオ, インコーポレイテッドStratio, Inc. Cmos画像センサ用のゲート制御型電荷変調デバイス

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