JPS61280558A - イオン高感度電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明はバイオセンサーとして用いるのに適したイオン
高感度電界効果トランジスタ（以下「！５ＦＥＴＪとい
う）の製造方法に関するものである。

〔従来技術〕

各種センサーの開発の一端として、酵素センサー、微生
物センサー、免疫センサーなどのバイオセンサーが種々
試みられている。これは特定の酵素などが特定の物質に
反応することを利用して物質の検出を行うものである。

このようなバイオセンサーをＭｏ５ｍ電界効果トランジ
スタの構造を利用して形成するのが一般的である。これ
は、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極に代えて酵素などを付着
させた膜などで形成するものである。酵素などの反応に
よって生じる電位の変化をソース・ドレイン間の信号の
変化として検出するものである。

上記のようなｌ５ＦＥＴにおいてゲートの絶縁膜に酵素
などを付着させる方法としては、酵素を滴下したシ、感
光性樹脂と混ぜて塗付し死後にマスク露光して部分的に
残すなどといったものがある。しかし、密着性が十分に
得られなかったシ、感光性樹脂を固めるときの熱で酵素
効果が低下するなどの問題が生じていた。また、これを
解決してゲート絶縁膜と酵素固定化膜の密着性を上げる
ために、γ−アミノブロビルトリエトギシシランで表面
を処理して（−ＮＨ，）基を設け、この上に付着する有
機模の中の−ＣＨ０基と−ＣＨ＝　Ｎ−の型を形成する
ことも試みられているが、密着性を十分に上げるまでに
至っていない。

〔発明の目的〕

本発明は、バイオセンサーとして用いる生化学物質の密
着性を改善したｌ５ＦＥＴを得ることを目的とする。

また、感度を向上させるとともに、寿命・安定性などを
向上させることを目的とする。

そして、これらの目的を達成するｒＳＦＥＴの製造方法
を改善することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、多孔質シリコン層に酵素などを付着させ固定
することによって上記の目的を達成するものである。

すなわち、ＭＯ８型電界効果トランジスタのゲート電極
の金属膜に代えて生化学物質を付着させた模を具えたイ
オン高感度電界効果トランジスタの製造方法において、
ソース及びドレイン領域を形成した基板のソース・ドレ
イン間の表面を絶縁膜で覆い、この絶縁膜上に多結晶シ
リコン層を形成し、その多結晶シリコン層を形成し、そ
の多結晶シリコン層を陽極化成処理して多孔質シリコン
層とし、その多孔質シリコン層内に塩素を充填し。

この塩素と生化学物質を置換してその多孔質シリコン層
に生化学物質を付着させることに特徴を有するものであ
る。

〔原　理〕

本発明の実施列について説明する前に、多孔質クリコ／
について説明しておく。

多孔質シリコンはシリコン結晶内に多数の小さな孔が形
成されたもので、フッ化水素溶液中で１ｓ極化成処理す
ることによって得られる。陽極化成処理の条件によって
孔径は制御できる。したがって、模の表面積を大きくす
ることができる。

また、多孔質シリコンは室温においても活性な膜で６シ
、酸素などと反応し易い性質を持っている。したがって
、シリコンを酵素などと結合させることが容易であるの
で、接着の強度を上げることができる。

更に、多孔質シリコン層は二酸化シリコンや窒化シリコ
ンと密着性が良好であるので、酵素などの生化学物質が
付着した模のゲート部分への支持も確実となる。

〔実施列〕

以下、図面に従って１本発明の実施列について説明する
。第１図は本発明により製造されるｌ５ＦＥＴの一列を
示す平面図、第２図はその正面断面図である。

単結晶シリコン基板１０の表面からソース１１゜ドレイ
／１２の拡散領域が形成され、二つの拡散領域は櫛歯状
に配置されている。この櫛歯状の領域上に二酸化シリコ
ン嘆１３と窒化シリコ／模１４が形成されてゲート絶縁
膜を形成している。ソース１１．ドレイン１２は多結晶
シリコン１５によりで配線接続されている。ゲート酸化
膜の窒化シリコン嘆１４上には多孔質シリコン層１６が
形成されている。ＭＯＳＦＥＴにおけるゲート電躯に相
当するものである。図ではこの部分の配線を省略しであ
る。

多孔質シリコン層１６には酵素など生化学物質が付着し
ている。これらの生化学物質は特定の物質に反応すると
多孔質シリコン層１６の電位に変化を生じる。この電位
の変化がノース１１，１フ４フ１２間の電流の変化とな
って検出されることによってセンサーの機能を有する。

次に５本発明によるｌ５ＦＥＴの製造方法について説明
する。第３図は本発明によるｌ５ＦＥＴの製造方法の実
′ＶＪｊζ列を示す正面断面図である。

単結晶シリコン基板１０の表面にソース１１゜ドレイン
１２の拡散領域を形成した後に、この基板表面に５００
０〜７００−　ＯＡの比較的厚い二酸化シリコンの絶縁
膜２３を形成する（Ａ）。この二酸化シリコンの絶縁膜
２３は配線パターンをその上に形成するだめのものであ
る。

次に、ゲートとなる部分、すなわちソース・ドレイン間
の二酸化シリコンの絶縁膜２３を除去し。

酸化によってこの部分の表面に１００〜５００Ａの比較
的薄い二酸化シリコンのゲート酸化膜１３を形成し、更
にその上に２００〜５０−ＯＡの窒化シリコン嗅１４を
形成する（Ｂ）。この窒化シリコン＠１４は後の陽極化
成処理を行５際にゲ・−ト酸化喚１３を保護するための
ものである。この目的に適合する池の模を用いても良い
（飼えば酸化イリジウムなど）。

二酸化シリコンの絶縁層２３のうちソース１１゜ドレイ
ン１２のコンタクト穴を部分を除去し１表面に多結晶シ
リコン層２５を形成する（Ｃ）。この多結晶シリコン層
２５はゲー）電極（ｌ５ＦＥＴの生化学物質付着層）に
なるとともにソース１１゜ドレイン１２の配線層として
も用いられる。この多結晶シリコン層２５の厚みは５〜
１０μｍとし。

Ｎ型の導電性としておくのが良い。

また、ここでゲート部分の多結晶シリコン層２５にＰ型
の不純物を拡散して、この部分の導電型をＰ型に変えて
おくと、後の陽極化成処理が容易となる。

アルミニウムを全面に蒸着し、ゲート部分のＰ型の多結
晶シリコン層２５′上にレジス）ＩＩＥを形成した後陽
甑化成処理を行う。アルミニウム２７はＰ型の多結晶シ
リコン層２５′の端部にかかるようにして、Ｐ型の多結
晶シリコン層２５′の表面をエツチングする。これＫよ
ってＰ型。の多結晶クリボン層２５′が露出し１曲の部
分は表面が酸化されたアルミニウムで覆われることくな
る。この状態でフッ化水素溶液中で陽極化成処理すると
。

アルミニウム２７が形成された部分はこれがマスクとな
り、露出している多結晶シリコン層２５′のみが処理さ
れて多孔質シリコン層１６となる（Ｄ）。

最後に不要なアルミニウムと多結晶シリコン層を除去し
てゲート酸化膜上に多孔質シリコン層１６を具えたｌ５
ＦＥＴ用素子が得られる。

上記のようにして得られた多孔質シリコ／層に酵素など
を付着させる方法について説明する。７フ化水素溶液中
で陽極化成処理すると、多孔質シリコン膜の中には５ｉ
−Ｈや５Ｌ−００結合が見られる。これは水溶液中のＨ
，ＯがＨとＯＨ基に分解して存在するためである。５Ｌ
−０の酸素を除去するため真空乾燥させ水分を除いた後
に同じベルジャ内で水素の還元性雰囲気中で熱する。更
に同一ベルジャ内にＨＣＬガスを導入して多孔質シリコ
ンを塩素で埋める。そして、この塩素塩と酵素を室温で
置換してシリコン原子と酵素を結合させる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多孔質シリコンを用いるので。

酵素などの生化学物質の付着する表面積が大きくとれ、
感度を上げることができる。

また、多孔質シリコンを用いるので、室温で酵素などと
結合でき、接着強度、生化学物質の寿命。

安定性が改善される。その上、多種類の物質を隣接する
素子に個別に固定できるので、多機能のセンサーが容易
に得られる。

更に、シリコンの結晶から成る支持台に酵素などが支持
されることになるので６機械的な強度も向上する利点が
るる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造されるＩＳ、ＦＥＴの−し１
１を示す平面図、第２図は同じく正面断面図。 第３図は本発明によるｌ５ＦＥＴの製造方法を示す正面
断面図である。 １３．２３・・・・・・二酸化シリコン。 １４・・・・・・窒化シリコン。 １５．２５・・・・・・多結晶シリコン。 １６・・・・・・多孔質シリコン層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＭＯＳ型電界効果トランジスタのゲート電極の金
   属膜に代えて生化学物質を付着させた膜を具えたイオン
   高感度電界効果トランジスタの製造方法において、ソー
   ス及びドレイン領域を形成した基板のソース・ドレイン
   間の表面を絶縁膜で覆い、該絶縁膜上に多結晶シリコン
   層を形成し、該多結晶シリコン層を陽極化成処理して多
   孔質シリコン層とし、該多孔質シリコン層内に塩素を充
   填し、該塩素と生化学物質を置換して該多孔質シリコン
   層に生化学物質を付着させることを特徴とするイオン高
   感度電界効果トランジスタの製造方法。