TW202242404A

TW202242404A - 離子感測器及離子感測器之製造方法

Info

Publication number: TW202242404A
Application number: TW110137900A
Authority: TW
Inventors: 若森俊樹; 中東真一
Original assignee: 日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-11-01
Also published as: JP2022101978A; US20240060930A1; WO2022137680A1; CN116635714A; DE112021006703T5

Abstract

本發明之離子感測器具備基板與複數個檢測部。各檢測部具有ID部、ICG電極、TG電極、SG電極、電極焊墊、及離子感應膜。SG電極於基板之主面上，配置於ICG電極與TG電極之間。電極焊墊與SG電極電性連接，隔著SG電極配置於基板之相反側。離子感應膜設置於電極焊墊之表面，相應於與離子感應膜接觸之水溶液之離子濃度變化而使電位變化。ICG電極與TG電極對向之對向方向之離子感應膜之寬度，大於ICG電極與TG電極之間隔寬度。

Description

離子感測器及離子感測器之製造方法

本揭示係關於一種離子感測器及離子感測器之製造方法。

於非專利文獻1，揭示有一種對氣味具有感度之離子感測器。於該離子感測器，採用開口型之像素構造(以下稱為「開口型構造」)。具體而言，於各像素中，於半導體基板上之第1電極(ICG電極)與第2電極(TG電極)之間設置有開口，於該開口之底部配置有離子感應膜(Si ₃N ₄)。於該離子感應膜上，成膜有作為包含檢測對象之物質(例如氣味物質)之介質之聚苯胺感應膜。 [先前技術文獻] [非專利文獻]

非專利文獻1：新名直也、岩田達哉、橋詰賢一、黑木俊一郎、澤田和明(2017)，使用聚苯胺感應膜之電荷傳送型感測器陣列之氣體分佈成像，第64次應用物理學會春季學術演講會，16p-416-6。

[發明所欲解決之問題]

於如上所述之離子感測器中，為獲得充分之感度，而謀求充分確保離子感應膜與介質之接觸面積。另一方面，於如非專利文獻1所記載之開口型構造中，因成為介質之一部分進入開口內之構造，故介質與離子感應膜之接觸面積依存於開口尺寸。又，自像素尺寸及像素間距等要件而言，放大開口尺寸有界限。因此，於上述開口型構造中，有難以確保充分之接觸面積之情形。

本揭示之一態樣之目的在於提供一種可使感度有效地提高之離子感測器及離子感測器之製造方法。 [解決問題之技術手段]

本揭示之一態樣之離子感測器具備：基板；及複數個像素，其等設置於基板之第1面；且各像素具有電荷蓄積部、第1電極、第2電極、第3電極、第4電極、及離子感應膜；電荷蓄積部形成於基板之沿第1面之區域，蓄積用於注入至基板中自基板之厚度方向觀察時形成於與第3電極重疊之部分之電位井之電荷；第1電極配置於第1面上，以控制自電荷蓄積部向電位井之電荷注入量之方式構成；第2電極配置於第1面上，以進行用於自電位井向外部傳送電荷之控制之方式構成；第3電極於第1面上，配置於第1電極與第2電極之間；第4電極與第3電極電性連接，隔著第3電極配置於基板之相反側；離子感應膜設置於第4電極之與基板側成相反側之面上，相應於與離子感應膜接觸之介質之離子濃度變化而使電位變化；且第1電極與第2電極對向之對向方向之離子感應膜之寬度，大於第1電極與第2電極之間隔寬度。

上述離子感測器中，於基板之第1面上，於第1電極與第2電極之間配置有第3電極。又，第3電極與設置有離子感應膜之第4電極電性連接。藉此，實現作為離子感測器之功能。具體而言，可使離子感應膜之電位之變化經由第4電極及第3電極，傳遞至基板。藉此，可根據離子感應膜之電位之變化使電位井之深度變化。其結果，可基於藉由第1電極及第2電極之控制取出至外部之電荷之量(即，與電位井之深度相應之量)，檢測與離子感應膜接觸之介質所接觸之檢查對象物之離子濃度。

此處，假設採用於第1電極與第2電極之間設置開口並於該開口之底部設置離子感應膜之構成(所謂開口型構造)之情形時，離子感應膜之寬度不限制於開口尺寸，無法使離子感應膜之寬度大於第1電極與第2電極之間隔寬度。另一方面，於上述離子感測器，藉由採用經由第3電極及第4電極使離子感應膜之電位變化傳遞至基板之構成，而實現使離子感應膜之寬度大於第1電極與第2電極之間隔寬度之構成。藉此，可充分確保離子感應膜與介質之接觸面積，並可使離子感測器之感度有效地提高。

第4電極之與基板側成相反側之面可為平坦面，離子感應膜亦可沿相反側之面平坦狀地成膜。根據上述構成，與採用上述開口型構造之情形比較，可使配置於離子感應膜上之介質與離子感應膜充分密接。藉此，可使離子感測器之感度進一步有效地提高。

第1電極與第3電極可相互隔開，第1電極與第3電極之第1間隔寬度亦可設定為不產生阻礙到電荷自電荷蓄積部向電位井注入之勢壘之範圍。根據上述構成，確保自電荷蓄積部向電位井之充分之電荷傳送效率。

第2電極與第3電極可相互隔開，第2電極與第3電極之第2間隔寬度亦可設定為不產生阻礙到電荷自電位井向外部傳送之勢壘之範圍。根據上述構成，確保自電位井向外部之充分之電荷傳送效率。

對向方向之第3電極之寬度亦可為第1電極與第2電極之間隔寬度之80%以上。根據上述構成，可較佳地抑制產生上述勢壘。

自厚度方向觀察時，第1電極之一部分亦可與第3電極重疊。根據上述構成，可減少蓄積於電位井之電荷量之不均。

第1電極之一部分亦可隔著第3電極配置於基板之相反側。根據上述構成，與將第1電極之一部分配置於基板與第3電極之間之情形比較，可降低於基板中與第3電極重疊之區域形成電位井所需之電壓值。

第1電極中與第3電極重疊之第1部分之對向方向之寬度，亦可小於第1電極中不與第3電極重疊之第2部分之對向方向之寬度。根據上述構成，可抑制電荷自電位井向電荷蓄積部之意外漏出。

第1部分之寬度亦可為第2部分之寬度之25%以下。根據上述構成，可較佳地抑制電荷自電位井向電荷蓄積部之意外漏出。

於自厚度方向觀察之情形時，第2電極之一部分亦可與第3電極重疊。根據上述構成，可謀求自電位井向外部之電荷傳送效率之提高。

第2電極之一部分亦可隔著第3電極配置於基板之相反側。根據上述構成，與將第2電極之一部分配置於基板與第3電極之間之情形比較，可降低於基板中與第3電極重疊之區域形成電位井所需之電壓值。

第2電極中與第3電極重疊之第3部分之對向方向之寬度，亦可小於第2電極中不與第3電極重疊之第4部分之對向方向之寬度。根據上述構成，可抑制電荷自電位井向外部之意外漏出。

第3部分之寬度亦可為第4部分之寬度之25%以下。根據上述構成，可較佳地抑制電荷自電位井向外部之意外漏出。

1個像素可包含與互不相同之離子反應之複數個離子感應膜，可與複數個離子感應膜之各者對應設置複數個第4電極，亦可與複數個第4電極之各者對應設置複數個第3電極。根據上述構成，可進一步增加自1個像素獲得之資訊量。即，可藉由1個像素檢測複數種離子之濃度。

本揭示之其他態樣之離子感測器之製造方法係具有基板與形成於基板上之第1電極、第2電極、及第3電極之離子感測器之製造方法，且包含以下步驟：於基板上形成第1絕緣膜；於第1絕緣膜上，形成第1電極、以與第1電極隔開之方式配置之第2電極、及以於第1電極及第2電極之間與第1電極及第2電極兩者隔開之方式配置之第3電極；於基板上，形成覆蓋第1電極、第2電極、及第3電極之第2絕緣膜；以第3電極之一部分露出之方式於第2絕緣膜形成開口，於開口內形成與第3電極電性連接之金屬配線；沿第2絕緣膜之與基板側成相反側之表面上，形成與金屬配線電性連接之第4電極；及於第4電極之與基板側成相反側之面上，形成相應於接觸之介質之離子濃度變化而使電位變化之離子感應膜；且於形成離子感應膜之步驟中，以第1電極與第2電極對向之對向方向之離子感應膜之寬度大於第1電極與第2電極之間隔寬度之方式，形成離子感應膜。根據上述離子感測器之製造方法，可獲得發揮上述效果之離子感測器。

本揭示之進而其他態樣之離子感測器之製造方法係具有基板與形成於基板上之第1電極、第2電極、及第3電極之離子感測器之製造方法，且包含以下步驟：於基板上形成第1絕緣膜；於第1絕緣膜上，形成第3電極；形成覆蓋第3電極之表面之第2絕緣膜；以自基板之厚度方向觀察時，第1電極之一部分介隔第2絕緣膜與第3電極重疊之方式形成第1電極，且以自基板之厚度方向觀察時，第2電極之一部分介隔第2絕緣膜與第3電極重疊之方式形成第2電極；於基板上，形成覆蓋第1電極、第2電極、及第3電極之第3絕緣膜；以第3電極之一部分露出之方式於第3絕緣膜形成開口，於開口內形成與第3電極電性連接之金屬配線；沿第3絕緣膜之與基板側成相反側之表面上，形成與金屬配線電性連接之第4電極；及於第4電極之與基板側成相反側之面上，形成相應於接觸之介質之離子濃度變化而使電位變化之離子感應膜；且於形成離子感應膜之步驟中，以第1電極與第2電極對向之對向方向之離子感應膜之寬度大於第1電極與第2電極之間隔寬度之方式形成離子感應膜。根據上述離子感測器之製造方法，可獲得發揮上述效果之離子感測器。 [發明之效果]

根據本揭示之一態樣，可提供一種可使感度有效地提高之離子感測器及離子感測器之製造方法。

以下，一面參照附加圖式一面詳細說明本揭示之實施形態。於圖式之說明中，於同一或同等之要件使用同一符號，省略重複之說明。

[第1實施形態] 圖1係第1實施形態之離子感測器1之概略俯視圖。圖1之右部模式性顯示於各檢測部5共通之佈局例。圖2係模式性顯示沿圖1之II-II線之檢測部5之剖面構成之圖。如圖2所示，離子感測器1係構成為可藉由於離子感測器1之表面浸漬水溶液3(介質)，而檢測與水溶液3接觸之檢查對象物(未圖示)之離子濃度之感測器裝置。檢查對象物可為固體狀，可為液體狀，亦可為氣體狀。

離子感測器1係將二維狀排列之複數個檢測部5形成於基板100上之感測器。離子感測器1係所謂電荷傳送型之CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：互補金氧半導體)影像感測器。複數個檢測部5藉由於設置於離子感測器1之晶片上之像素形成區域R(於本實施形態，為設置於晶片中央部之矩形狀之區域)，以M列N行(例如256列256行)二維狀排列，而構成像素陣列。M及N為2以上之整數。1個檢測部5對應於1個檢測單位(像素)。1個檢測部5之尺寸(像素尺寸)為例如15 μm×15 μm。

水溶液3於計測時，下滴至像素形成區域R內所包含之複數個檢測部5之表面。藉此，如圖2所示，各檢測部5之表面於計測時，由水溶液3覆蓋。水溶液3為例如SSC(Saline Sodium Citrate：生理鹽水檸檬酸鈉)溶液、pH標準液、細胞之培養液等。又，於計測時，藉由無圖示之電極，對水溶液3施加參照電壓Vref。為施加參照電壓Vref而使用之電極例如可為玻璃電極等外部電極，亦可為內置於離子感測器1之電極(例如，埋入至鈍化層120內，經由設置於鈍化層120之開口與水溶液3電性連接之電極)。上述電極只要由可與水溶液3接觸施加電壓之材料形成即可。

如圖1及圖2所示，各檢測部5形成於基板100之一主面100a(第1面)側。基板100係藉由例如矽形成之第1導電型(作為一例，為p型)之半導體基板。於各檢測部5中，於沿基板100之主面100a之區域，分別形成有第2導電型區域即輸入二極體部21(以下為「ID(Input Diode)部21」)(電荷蓄積部)、浮動擴散部31(以下為「FD(Floating Diffusion)部31」)、及重設汲極部41(以下為「RD(Reset Drain)部41」)。於基板100之ID部21與FD部31之間，形成有第1導電型(作為一例，為p型)之擴散層11。於擴散層11之表面，形成有摻雜為第1導電型之第1導電型區域12。

於基板100之主面100a上，介隔絕緣性之保護膜110，形成(配置)有輸入控制閘極電極22(以下為「ICG(Input Control Gate)電極22」)(第1電極)、轉移閘極電極32(以下為「TG(Transfer Gate)電極32」)(第2電極)、重設閘極電極42(以下為「RG(Reset Gate)電極42」)、及感測閘極電極51(以下為「SG(Sensing Gate)電極51」)(第3電極)。保護膜110為所謂閘極絕緣膜(閘極氧化膜)。作為保護膜110，可使用例如SiO ₂等。保護膜110係例如厚度為10 nm左右之薄膜。又，於基板100之主面100a上，設置有使與蓄積於FD部31之電荷量相應之out信號放大之放大器(信號放大器33)、與輸出藉由放大器33放大之out信號之源極隨耦電路即輸出電路34。

SG電極51於主面100a上，以自基板100之厚度方向D1(參照圖2)觀察時與第1導電型區域12重疊之方式，配置於ICG電極22與TG電極32之間。又，以覆蓋設置於主面100a上之各電極(ICG電極22、TG電極32、RG電極42、及SG電極51等)之方式，於主面100a上形成有絕緣性之鈍化層120。作為鈍化層120，可使用例如SiO ₂。或，作為鈍化層120，亦可使用Si ₃N ₄。

於鈍化層120之與基板100側成相反側之表面120a，設置有平板狀之電極焊墊52(第4電極)。即，電極焊墊52隔著SG電極51配置於基板100之相反側。電極焊墊52與SG電極51電性連接。於本實施形態，電極焊墊52經由埋入至形成於鈍化層120之開口(接觸孔)之金屬配線53，與SG電極51電性連接。於圖2之例，電極焊墊52埋入至鈍化層120，且電極焊墊52之與基板100側成相反側之表面52a與鈍化層120之表面120a成為齊平面。但，電極焊墊52亦可配置於鈍化層120上。於該情形時，電極焊墊52之表面52a之高度位置成為較鈍化層120之表面120a之高度位置自基板100僅離開電極焊墊52之厚度之位置。

於電極焊墊52之表面52a，設置有薄膜狀之離子感應膜13。離子感應膜13具有根據與離子感應膜13接觸之介質(於本實施形態，為浸漬於離子感測器1之表面之水溶液3)之離子濃度之變化使電位(膜電位)變化之性質。作為離子感應膜13，可使用例如Si ₃N ₄等。離子感應膜13之厚度為例如100 nm左右。ICG電極22與TG電極32對向之對向方向D2之離子感應膜13之寬度大於ICG電極22與TG電極32之間隔寬度。又，電極焊墊52之表面52a為平坦面，離子感應膜13沿電極焊墊52之表面52a平坦狀成膜。另，此處之「平坦面」意為不預先設置稍後敘述之開口型構造之開口等，而以宏觀上觀察成為大致平坦之方式形成之面。因此，例如，為謀求電極焊墊52之表面52a與離子感應膜13之接觸面積增大及密接性提高而設有細微之凹凸構造(例如，高度較測定對象即介質(水溶液3)之厚度充分小之凹凸構造)之表面52a，亦符合上述之「平坦面」。又，如圖2所示，離子感應膜13配置至較電極焊墊52更為外側。即，自厚度方向D1觀察時，離子感應膜13具有超出至電極焊墊52之外側之部分。於離子感應膜13中超出至電極焊墊52之外側之部分雖無助於離子感測器1之感度，但發揮防止電極焊墊52之表面52a露出至外部之作用。藉此，例如，可較佳地抑制水溶液3滲入至電極焊墊52之表面52a。

接著，對檢測部5之功能構成及動作原理進行說明。檢測部5具備感測部10、供給部20、移動/蓄積部30、及去除部40。另，於本實施形態中，電荷為電子。

感測部10係於基板100中與SG電極51對向之區域。更具體而言，感測部10係於ICG電極22與TG電極32之間，SG電極51介隔保護膜110與第1導電型區域12對向之區域。即，感測部10係藉由積層上述擴散層11、第1導電型區域12、保護膜110及SG電極51而構成之感測區域。若為進行檢查對象物之檢查(離子濃度測定)，而對水溶液3或檢查對象物自身賦予刺激，則水溶液3之離子濃度會因檢查對象物之狀態而變化。上述刺激包含例如單純使水溶液3與檢查對象物接觸、或於使水溶液3接觸到檢查對象物之狀態下對水溶液3或檢查對象物賦予物理、化學或藥物之刺激等。且，於離子感應膜13中，產生與水溶液3之離子濃度之變化相應之電位變化。該離子感應膜13之電位變化經由電極焊墊52、金屬配線53、及SG電極51，向第1導電型區域12傳遞。其結果，於基板100中自厚度方向D1觀察之情形時形成於與SG電極51重疊之部分(感測部10)之電位井14之深度變化。

供給部20藉由上述ID部21及ICG電極22構成。ID部21為蓄積用於注入至電位井14之電荷之部分。ICG電極22為控制自ID部21向電位井14之電荷注入量之部分。

移動/蓄積部30藉由TG電極32及FD部31構成。TG電極32為進行用於將電荷自電位井14向FD部31(外部)傳送之控制之部分。FD部31為蓄積自電位井14傳送之電荷之部分。具體而言，藉由使TG電極32之電壓變化，可使基板100中與TG電極32對向之區域(以下為「TG區域」)之電位(potential)變化，並將填充於電位井14之電荷傳送及蓄積於FD部31。

去除部40藉由RG電極42及RD部41構成。去除部40為用於重設(去除)蓄積於FD部31之電荷之部分。具體而言，藉由使RG電極42之電壓變化，可使基板100中與RG電極42對向之區域(以下為「RG區域」)之電位變化，並將蓄積於FD部31之電荷向RD部41(VDD)排出。

接著，對檢測部5之動作例進行說明。圖3顯示藉由於將ICG電極22之電位設為固定之狀態下使ID部21之電位變化，而自ID部21對電位井14注入電荷之方式(以下為「ID驅動方式」)之動作例。圖4顯示藉由於將ID部21之電位設為固定之狀態下使ICG電極22之電位變化，而自ID部21對電位井注入電荷之方式(以下為「ICG驅動方式」)之動作例。

(ID驅動方式) 參照圖3，對ID驅動方式進行說明。首先，若對水溶液3或檢查對象物賦予上述刺激產生該水溶液3之離子濃度之變化，則產生與該水溶液3接觸之離子感應膜13之電位變化，且將該離子感應膜13之電位變化經由電極焊墊52、金屬配線53、及SG電極51傳遞至擴散層11(第1導電型區域12)。藉此，如圖3(A)所示，電位井14之深度根據上述離子感應膜13之電位變化而變化。

接著，如圖3(B)所示，藉由ID部21之電位下降，而於ID部21蓄積電荷。ID部21所蓄積之電荷超過基板100中與ICG電極22對向之區域(以下為「ICG區域」)，向電位井14注入。此時，TG區域之電位以低於ID部21之電位之方式被控制。因此，向電位井14注入之電荷不會超過TG區域到達FD部31。

接著，如圖3(C)所示，藉由ID部21之電位返回(提高)至原始值，而自ID部21提取電荷。其結果，以預先設定之ICG區域之電位之高度消耗之電荷殘留於電位井14。殘留於電位井14之電荷量與電位井14之深度對應。

接著，如圖3(D)所示，藉由提高TG電極32之電壓，而將殘留於電位井14之電荷傳送至FD部31。之後，藉由TG電極32之電壓返回至原始值，而成為圖3(E)所示之狀態。於此種狀態下，與蓄積於FD部31之電荷量相應之out信號經由放大器33及輸出電路34輸出至無圖示之測定部。藉此，於測定部中，基於out信號自基準電位之變化量檢測檢查對象物之離子濃度。接著，如圖3(F)所示，藉由提高RG電極42之電壓，而將蓄積於FD部31之電荷排出至RD部41。RD部41連接於VDD電源。藉此，於RD部41中，吸取帶負電荷之電荷。

另，亦可複數次重複上述圖3(B)～(E)之動作。藉此，可使蓄積於FD部31之電荷量增大，並僅以重複次數使out信號放大。又，亦可藉由此種重複動作使out信號放大，藉此省略放大器33。可藉由執行重複圖3(B)～(E)之動作(累積動作)，而謀求解析度之提高。

(ICG驅動方式) 接著，參照圖4，對ICG驅動方式進行說明。ICG驅動方式係將圖3(A)～(C)之動作置換為圖4(A)～(C)之動作者。首先，如圖4(A)所示，ID部21之電位被設定為低於電位井14之電位且高於TG區域之電位之固定之值。另一方面，ICG區域之電位低於ID部21之電位。接著，如圖4(B)所示，藉由使ICG區域之電位高於電位井14之電位，而將電荷自ID部21向電位井14供給。接著，如圖4(C)所示，藉由再次使ICG區域之電位低於ID部21之電位，達到預先設定之ID部21之電位之高度之電荷殘留於電位井14。藉由以上，於電位井14蓄積與ID部21同等之電位之電荷。ICG驅動方式之後之動作與圖3(D)～(F)之動作同樣。

接著，參照圖5及圖6，對ICG電極22、TG電極32、及SG電極51之配置(位置關係)進行說明。ICG電極22、TG電極32、及SG電極51需相互絕緣。因此，如圖5所示，ICG電極22與SG電極51以相互隔開之方式配置。同樣地，TG電極32與SG電極51以相互隔開之方式配置。

圖5(A)～(C)對應於圖4(ICG驅動方式)之(A)～(C)。此處，於ICG電極22與SG電極51之間隔寬度大於固定以上之情形時，有產生阻礙電荷自ID部21向電位井14注入之勢壘61之虞。即，即使以ICG區域之電位高於電位井14之電位之方式控制ICG電極22之電壓，亦如圖5(B)所示，於ICG電極22與SG電極51之間之區域中，可產生仍維持於較電位井14之電位低之電位之勢壘61。於產生勢壘61之情形時，自ID部21向電位井14之電荷注入由勢壘61阻擋，自ID部21向電位井14之電荷傳送效率惡化。

同樣地，於TG電極32與SG電極51之間隔寬度大於固定以上之情形時，有產生阻礙電荷自電位井14向FD部31傳送之勢壘62之虞。即，如圖3(D)所示即使以TG區域之電位高於電位井14之電位之方式控制TG電極32之電壓，亦可於TG電極32與SG電極51之間之區域中，產生仍維持於較電位井14之電位低之電位之勢壘62。於產生勢壘62之情形時，自電位井14向FD部31之電荷注入由勢壘62阻擋，自電位井14向FD部31之電荷傳送效率惡化。

因此，於離子感測器1，為不產生勢壘61，而設定ICG電極22與SG電極51之間隔寬度d2(第1間隔寬度)(參照圖6)。此處，不產生阻礙電荷自ID部21向電位井14注入之程度之勢壘61之間隔寬度d2之條件(上限值)依存於施加於ICG電極22之電壓之大小、保護膜110之厚度、及第1導電型區域12之雜質濃度等。更具體而言，施加於ICG電極22之電壓越大，則間隔寬度d2之上限值越大。又，保護膜110之厚度越大，則間隔寬度d2之上限值越大。但，於該情形時，需以增大保護膜110之厚度之量增大施加於ICG電極22之電壓。又，第1導電型區域12之雜質濃度越大(越濃)，則間隔寬度d2之上限值越小。藉由將例如此種對ICG電極22之施加電壓、保護膜110之厚度、及第1導電型區域12之雜質濃度等作為參數進行實驗及模擬等，算出間隔寬度d2之上限值。於離子感測器1，基於對ICG電極22之施加電壓、保護膜110之厚度、及第1導電型區域12之雜質濃度，算出不產生勢壘61之間隔寬度d2之上限值，並於不超過算出之上限值之範圍設定間隔寬度d2。由此，確保自ID部21向電位井14之充分之電荷傳送效率。

同樣地，為不產生勢壘62，而設定TG電極32與SG電極51之間隔寬度d3(第2間隔寬度)(參照圖6)。此處，不產生阻礙電荷自電位井14向FD部31傳送之程度之勢壘62之間隔寬度d3之條件(上限值)依存於施加於TG電極32之電壓之大小、保護膜110之厚度、及第1導電型區域12之雜質濃度等。更具體而言，施加於TG電極32之電壓越大，則間隔寬度d2之上限值越大。又，保護膜110之厚度越大，則間隔寬度d3之上限值越大。但，於該情形時，需以增大保護膜110之厚度之量增大施加於TG電極32之電壓。又，第1導電型區域12之雜質濃度越大(越濃)，則間隔寬度d3之上限值越小。藉由將例如此種對TG電極32之施加電壓、保護膜110之厚度、及第1導電型區域12之雜質濃度等作為參數進行實驗及模擬等，算出間隔寬度d2之上限值。於離子感測器1，基於對TG電極32之施加電壓、保護膜110之厚度、及第1導電型區域12之雜質濃度，算出不產生勢壘62之間隔寬度d3之上限值，並於不超過算出之上限值之範圍設定間隔寬度d3。由此，確保自電位井14向FD部31之充分之電荷傳送效率。

作為一例，對向方向D2之SG電極51之寬度w(參照圖6)為ICG電極22與TG電極32之間隔寬度d1(參照圖6)之80%以上。即，將ICG電極22與SG電極51之間隔寬度d2及TG電極32與SG電極51之間隔寬度d3之各者設定為ICG電極22與TG電極32之間隔寬度d1之10%以下左右。如此，藉由設定ICG電極22、TG電極32、及SG電極51之配置及尺寸，而於與對上述ICG電極22及TG電極32之施加電壓、保護膜110之厚度、以及第1導電型區域12之雜質濃度等相關之一般條件下，可較佳地抑制產生上述勢壘61、62。

接著，參照圖7，對離子感測器1之製造方法之一例進行說明。此處，著眼於與各像素(各檢測部5)之ICG電極22、TG電極32、及SG電極51關聯之部分之製造步驟進行說明。

首先，如圖7(A)所示，準備基板100，於基板100之主面100a上，形成作為閘極氧化膜之保護膜110(第1絕緣膜)。保護膜110形成於ID部21與FD部31之間，至少配置ICG電極22、TG電極32、及SG電極51之預定之區域。

接著，如圖7(B)所示，於保護膜110上，形成ICG電極22、TG電極32、及SG電極51。ICG電極22、TG電極32、及SG電極51藉由例如多晶矽等形成。TG電極32以與ICG電極22隔開之方式配置。又，SG電極51以於ICG電極22及TG電極32之間與ICG電極22及TG電極32之兩者隔開之方式配置。

接著，如圖7(C)所示，於基板100之主面100a上，形成覆蓋ICG電極22、TG電極32、及SG電極51之鈍化層120(第2絕緣膜)。接著，如圖7(D)所示，以SG電極51之一部分露出之方式於鈍化層120形成開口(接觸孔)，於該開口內形成與SG電極51電性連接之金屬配線53(埋入)。

接著，如圖7(E)所示，沿鈍化層120之表面120a上，平板狀形成與金屬配線53電性連接之電極焊墊52。接著，如圖7(F)所示，於電極焊墊52之表面52a上，形成離子感應膜13。此處，離子感應膜13以對向方向D2之離子感應膜13之寬度大於ICG電極22與TG電極32之間隔寬度之方式形成。藉由以上，獲得上述像素構造(檢測部5)。另，於圖7(F)中，因僅圖示檢測部5之一部分，故雖離子感應膜13之寬度與電極焊墊52之寬度一致，但離子感應膜13亦可形成至較電極焊墊52更靠外側。更具體而言，於上述製造方法中，於鈍化層120上形成電極焊墊52之時點，電極焊墊52之表面52a及側面露出至外部。因此，亦可以覆蓋電極焊墊52之表面52a及側面、以及鈍化層120之較電極焊墊52更靠外側之部分之方式，形成離子感應膜13。根據如此形成之離子感應膜13，可防止電極焊墊52之表面52a及側面露出至外部，並可較佳地抑制水溶液3向電極焊墊52之表面52a滲入。

於以上所述之離子感測器1，於基板100之主面100a上，於ICG電極22與TG電極32之間配置有SG電極51。又，SG電極51與設置離子感應膜13之電極焊墊52電性連接。藉此，實現作為離子感測器1之功能。具體而言，可將離子感應膜13之電位之變化經由電極焊墊52及SG電極51，傳遞至基板100(具體而言，於沿基板100之主面100a之區域中自厚度方向D1觀察之情形時與SG電極51重疊之區域)。藉此，可根據離子感應膜13之電位之變化使電位井14之深度變化。其結果，可基於藉由ICG電極22及TG電極32之控制(電壓之控制)取出至外部(FD部31)之電荷之量(即，與電位井14之深度相應之量)，檢測與離子感應膜13接觸之介質(於本實施形態為水溶液3)所接觸之檢查對象物之離子濃度。

此處，假設採用於ICG電極22與TG電極32之間設置開口(未形成鈍化層之凹部)並於該開口之底部設置離子感應膜之構成(開口型構造)之情形時，離子感應膜之寬度限制於開口尺寸，無法使離子感應膜之寬度大於ICG電極22與TG電極32之間隔寬度。另一方面，於離子感測器1，藉由採用經由上述SG電極51及電極焊墊52使離子感應膜13之電位變化傳遞至基板100之構成，而實現使離子感應膜13之寬度大於ICG電極22與TG電極32之間隔寬度之構成。藉此，可充分確保離子感應膜13與水溶液3之接觸面積，並可使離子感測器1之感度有效地提高。

又，於離子感測器1，實現藉由於基板100之正上方僅介隔極薄(於本實施形態為10 nm)之保護膜110配置SG電極51，而容易自SG電極51之底面(保護膜110側之面)向基板100傳遞電場之構造(容易形成通道之構造)。藉此，可將上述開口型構造中需要之用於容易於基板100形成通道之耗盡之注入(即，形成第1導電型區域12)設為無需。即，於離子感測器1，亦可省略第1導電型區域12。伴隨於此，亦可將耗盡之注入所需之負電壓(即，用於將基板100之ICG電極22、TG電極32、及RG電極42之正下方之區域之通道設為斷開(OFF)之負電壓)設為無需。

又，電極焊墊52之表面52a為平坦面，離子感應膜13沿表面52a平坦狀成膜。根據上述構成，與採用上述開口型構造之情形比較，可使配置於離子感應膜13上之介質(水溶液3)與離子感應膜13充分密接。藉此，可使離子感測器1之感度進一步有效地提高。

[第2實施形態] 圖8係模式性顯示第2實施形態之離子感測器1A之檢測部5A之剖面構成之圖。離子感測器1於代替檢測部5(參照圖2)具有檢測部5A作為像素構造之點與離子感測器1不同，針對離子感測器1A之其他構成，與離子感測器1同樣。檢測部5A於主要代替ICG電極22及TG電極32，具有ICG電極22A及TG電極32A之點，與檢測部5不同。

如圖8所示，於自厚度方向D1觀察之情形時，ICG電極22A之一部分與SG電極51重疊。本實施形態中，為使ICG電極22A與SG電極51絕緣，形成有覆蓋SG電極51之上表面(與保護膜110側成相反側之面)及側面之保護膜130。即，ICG電極22A之一部分介隔保護膜130與SG電極51接觸。保護膜130可藉由與例如保護膜110同一材料(例如SiO ₂)形成。保護膜130之厚度為例如50 nm左右。

於ICG電極22A中與SG電極51重疊之部分(第1部分)之對向方向D2之寬度w11小於ICG電極22A中不與SG電極51重疊之部分(第2部分)之對向方向D2之寬度w12。此乃依據以下理由。即，若第2部分之寬度w12不充分，則ICG區域無法作為控制ID部21與電位井14之間之電荷流通之閘極區域發揮功能，而可能產生自電位井14向ID部21之電荷漏出。因此，ICG電極22A以成為「w11＜w12」之方式，與SG電極51重疊。更佳而言，ICG電極22A以第1部分之寬度w11成為第2部分之寬度w12之25%以下之方式(即，以「w11≦0.25×w12｣成立之方式)，與SG電極51重疊。根據上述構成，可較佳地抑制電荷自電位井14向ID部21之意外漏出。

又，自厚度方向D1觀察時，TG電極32A之一部分與SG電極51重疊。本實施形態中，TG電極32A之一部分介隔上述保護膜130與SG電極51接觸。TG電極32A中與SG電極51重疊之部分(第3部分)之對向方向D2之寬度w21，小於TG電極32A中不與SG電極51重疊之部分(第4部分)之對向方向D2之寬度w22。此乃依據以下理由。即，若第4部分之寬度w22不充分時，則TG區域無法作為控制電位井14與FD部31之間之電荷流通之閘極區域發揮功能，而可能產生自電位井14向FD部31之電荷漏出。因此，TG電極32A以成為「w21＜w22」之方式，與SG電極51重疊。更佳而言，TG電極32A以第3部分之寬度w21成為第4部分之寬度w22之25%以下之方式(即，以「w21≦0.25×w22｣成立之方式)，與SG電極51重疊。根據上述構成，可較佳地抑制電荷自電位井14向FD部31之意外漏出。

參照圖9，對藉由離子感測器1A之像素構造(檢測部5A)發揮之效果進一步進行說明。圖9(A)～(F)顯示ICG驅動方式之檢測部5A之動作之各步驟。如上所述，於檢測部5A，形成有ICG電極22A與SG電極51重疊之部分。藉此，於基板100中ICG電極22A與SG電極51重疊之部分，形成具有ICG區域之電位與電位井14之電位之間之大小之電位之區域63。藉由形成此種區域63，而發揮以下之效果。假設於未形成區域63之情形時(即，於ICG區域之電位為平坦狀之情形時)，於ICG區域之電位低於ID部21之電位時(即，自圖9(B)之狀態向圖9(C)之狀態遷移時)，不確定ICG區域之電荷移動至ID部21或移動至電位井14側。因此，針對ICG區域之電荷中移動至電位井14側之電荷量(即，蓄積於電位井14之電荷量)，可能產生偏差(雜訊)。另一方面，於形成區域63之情形時，於ICG區域之電位低於ID部21之電位時，因可自ID部21向電位井14階段狀(大致傾斜狀)產生電位差，故可使ICG區域之電荷順利向電位井14側移動。藉此，可減少蓄積於電位井14之電荷量之偏差。

又，ICG電極22A之一部分(第1部分)隔著SG電極51配置於基板100之相反側。即，於ICG電極22A與基板100之間，配置有SG電極51之緣部。根據上述構成，與將ICG電極22A之一部分配置於基板100與SG電極51之間之情形(稍後敘述之第3實施形態之離子感測器1B)比較，可降低於基板100中與SG電極51重疊之區域形成電位井14所需之電壓值。具體而言，於稍後敘述之離子感測器1B(參照圖11)，於SG電極151與基板100之間形成保護膜110及保護膜130，與此相對，於離子感測器1A，於SG電極51與基板100之間僅形成保護膜110。即，於離子感測器1A，相較於離子感測器1B，SG電極51與基板100之距離小保護膜130之厚度量。藉此，發揮上述之效果(減少必要之電壓值)。

又，於檢測部5A，形成有TG電極32A與SG電極51重疊之部分。藉此，於基板100中TG電極32A與SG電極51重疊之部分，形成具有TG區域之電位與電位井14之電位之間之大小之電位之區域64。藉由形成此種區域64，而可於自電位井14向FD部31之電荷傳送時(參照圖9(D))，使電荷傳送效率提高。即，因藉由區域64，而可自電位井14向FD部31階段狀(大致傾斜狀)產生電位差，故可自電位井14向FD部31順利傳送電荷。

又，TG電極32A之一部分(第3部分)隔著SG電極51配置於基板100之相反側。即，於TG電極32A與基板100之間，配置有SG電極51之緣部。根據上述構成，藉由與上述理由同樣之理由，與將TG電極32A之一部分配置於基板100與SG電極51之間之情形(稍後敘述之第3實施形態之離子感測器1B)比較，可降低於基板100中與SG電極51重疊之區域形成電位井14所需之電壓值。

接著，參照圖10，對離子感測器1A之製造方法之一例進行說明。此處，著眼於與各像素(各檢測部5A)之ICG電極22A、TG電極32A、及SG電極51關聯之部分之製造步驟進行說明。

首先，如圖10(A)所示，準備基板100，於基板100之主面100a上，形成作為閘極氧化膜之保護膜110(第1絕緣膜)。保護膜110形成於ID部21與FD部31之間，至少配置有ICG電極22A、TG電極32A、及SG電極51之預定之區域。接著，於保護膜110上，形成SG電極51。

接著，如圖10(B)所示，形成覆蓋SG電極51之表面(至少與ICG電極22A及TG電極32A接觸之部分之表面)之保護膜130(第2絕緣膜)。接著，如圖10(C)所示，於自厚度方向D1觀察之情形時，以ICG電極22A之一部分介隔保護膜130與SG電極51重疊之方式，形成ICG電極22A。又，於自厚度方向D1觀察之情形時，以TG電極32A之一部分介隔保護膜130與SG電極51重疊之方式，形成TG電極32A。

接著，實施與上述離子感測器1之製造方法同樣之步驟(與圖7(C)～(F)對應之步驟)。即，於基板100之主面100a上，形成覆蓋ICG電極22A、TG電極32A、及SG電極51之鈍化層120(第3絕緣膜)。接著，以SG電極51之一部分露出之方式於鈍化層120形成開口(接觸孔)，於該開口內形成與SG電極51電性連接之金屬配線53。另，於本實施形態，因保護膜130以覆蓋SG電極51之上表面整體之方式形成，故於上述鈍化層120設置開口之步驟中，於保護膜130亦形成開口(參照圖8)。接著，沿鈍化層120之表面120a上，平板狀形成與金屬配線53電性連接之電極焊墊52。接著，於電極焊墊52之表面52a上，形成離子感應膜13。此處，離子感應膜13以對向方向D2之離子感應膜13之寬度大於ICG電極22A與TG電極32A之間隔寬度之方式形成。藉由以上，獲得上述像素構造(檢測部5A)。

根據以上所述之離子感測器1A，可確實地防止於隔開配置ICG電極及TG電極與SG電極之情形時可能產生之勢壘61、62之產生，且如上所述，可使自ID部21向電位井14之電荷傳送及自電位井14向FD部31之電荷傳送之效率提高。

[第3實施形態] 圖11係模式性顯示第3實施形態之離子感測器1B之檢測部5B之剖面構成之圖。離子感測器1B於代替檢測部5(參照圖2)具有檢測部5B作為像素構造之點與離子感測器1不同，針對離子感測器1B之其他構成，與離子感測器1同樣。檢測部5B於主要代替SG電極51，具有SG電極151之點，與檢測部5不同。

檢測部5B於自厚度方向D1觀察之情形時，於ICG電極22之一部分與SG電極151重疊且TG電極32之一部分與SG電極151重疊之點，具有與檢測部5A同樣之特徵。但，於檢測部5A，ICG電極22A之一部分及TG電極32A之一部分位於較SG電極51更靠上側(相對於SG電極51與基板100側成相反側)，與此相對，於檢測部5B，ICG電極22之一部分及TG電極32之一部分位於較SG電極151更靠下側(相對於SG電極51為基板100側)。

可例如以下般製造檢測部5B。首先，ICG電極22及TG電極32形成於保護膜110上。接著，形成至少覆蓋ICG電極22之表面(上表面及內側(TG電極32側)之側面)及TG電極32之表面(上表面及內側(ICG電極22側)之側面)之保護膜130。接著，於自厚度方向D1觀察之情形時，以SG電極151之一部分介隔保護膜130與ICG電極22之一部分重疊且SG電極151之其他一部分介隔保護膜130與TG電極32之一部分重疊之方式，將SG電極151形成於保護膜130上。

藉由以上所述之離子感測器1B，亦與上述離子感測器1A同樣，可確實地防止勢壘61、62之產生。

[變化例] 以上，雖對本揭示之較佳實施形態進行詳細說明，但本揭示不限定於上述實施形態。例如，於離子感測器1、1A、1B中，複數個檢測部5、5A、5B亦可一維狀排列。又，基板100未必為半導體基板，亦可為例如於表面形成半導體區域(例如半導體膜等)之半導體以外之基板。又，形成於各電極構件與基板100之間之保護膜110亦可連續形成。即，亦可於基板100之主面100a上之整體形成保護膜110。

又，配置於離子感應膜13上之介質亦可為水溶液3以外之物質(例如，具有於吸附氣味物質之情形時使電性特性變化之性質之物質吸附膜等)。此處，氣味物質為成為氣味之原因之化學物質(例如，特定之分子單體或分子群以特定之濃度集合者)。作為物質吸附膜之例，列舉例如對氨等具有感度之聚苯胺感應膜等。於該情形時，離子感測器1作為檢測氣味之氣味感測器發揮功能。另，即使於設置不限於吸附氣味物質者之固體狀之物質吸附膜作為介質之情形時，亦如圖2所示，較佳將離子感應膜13形成至較電極焊墊52更靠外側。於該情形時，於將物質吸附膜成膜於離子感應膜13上之過程中，可較佳地抑制成膜所使用之溶劑等滲入至電極焊墊52之表面52a。

又，於上述第2實施形態及第3實施形態中，SG電極亦可以僅與ICG電極及TG電極中之一者重疊，且與ICG電極及TG電極中之另一者隔開之方式配置。

又，如圖12所示，1個檢測部5、5A、5B(像素)可包含與互不相同之離子反應之複數個(此處作為一例為4個)離子感應膜13A、13B、13C、13D。又，可與複數個離子感應膜13A、13B、13C、13D之各者對應設置複數個電極焊墊52。即，設置離子感應膜13A之電極焊墊52、設置離子感應膜13B之電極焊墊52、設置離子感應膜13C之電極焊墊52、及設置離子感應膜13D之電極焊墊52可相互獨立(分離)設置。且，可以與如上所述之複數個電極焊墊52之各者對應之方式，將複數個SG電極51A、51B、51C、51D相互獨立(分離)設置。根據上述構成，可使自1個像素獲得之資訊量更多。即，可藉由1個像素檢測複數種離子之濃度。具體而言，可藉由1個像素，檢測複數種離子之濃度之合計值。例如，考慮分別藉由具有根據第1～第4離子之離子濃度使電位變化之性質之材料形成離子感應膜13A～13D之情形。根據上述構成，例如於水質檢查等中，於不包含第1～第4離子之情形時判定為通過(OK)之情形(即，於包含第1～第4離子中之至少1個之情形時判定為不通過(NG)之情形)時，可僅藉由自1個像素獲得之資訊進行上述判定。

又，於上述實施形態，如圖1所示，於自厚度方向D1觀察之情形時，雖ICG電極22與TG電極32以大致相同大小之矩形狀形成，且配置於該等之間之SG電極51以矩形狀形成，但各電極之形狀及尺寸不限於該等。例如，為謀求自ID部21向FD部31之電荷傳送效率之提高，而如圖13所示，於自厚度方向D1觀察之情形時，亦可使ICG電極22以小於TG電極32之矩形狀形成，且使SG電極51以隨著自ICG電極22側朝向TG電極32側成為寬幅之梯形狀形成。

1:離子感測器 1A:離子感測器 1B:離子感測器 3:水溶液(介質) 5:檢測部(像素) 5A:檢測部(像素) 5B:檢測部(像素) 10:感測部 11:擴散層 12:第1導電型區域 13:離子感應膜 13A:離子感應膜 13B:離子感應膜 13C:離子感應膜 13D:離子感應膜 14:電位井 20:供給部 21:ID部(電荷蓄積部) 22:ICG電極(第1電極) 22A:ICG電極(第1電極) 30:移動/蓄積部 31:FD部(外部) 32:TG電極(第2電極) 32A:TG電極(第2電極) 33:信號放大器 34:輸出電路 40:去除部 41:RD部 42:RG電極 51:SG電極(第3電極) 51A:SG電極(第3電極) 51B:SG電極(第3電極) 51C:SG電極(第3電極) 51D:SG電極(第3電極) 52:電極焊墊(第4電極) 52a:表面 53:金屬配線 61:勢壘 62:勢壘 63:區域 64:區域 100:基板 100a:主面(第1面) 110:保護膜(第1絕緣膜) 120:鈍化層(第2絕緣膜、第3絕緣膜) 120a:表面 130:保護膜(第2絕緣膜) 151:SG電極(第3電極) D1:厚度方向 d1:間隔寬度 D2:對向方向 d2:間隔寬度 d3:間隔寬度 out:信號 R:像素形成區域 VDD:電源 Vref:參照電壓 w:寬度 w11:寬度 w12:寬度 w21:寬度 w22:寬度

圖1係第1實施形態之離子感測器之概略俯視圖。圖2係模式性顯示檢測部(像素)之剖面構成之圖。圖3(A)～(F)係顯示ID驅動方式之檢測部之動作例之圖。圖4(A)～(C)係顯示ICG驅動方式之檢測部之動作例之圖。圖5(A)～(C)係顯示ICG電極-SG電極間及TG電極-SG電極間之勢壘之一例之圖。圖6係顯示ICG電極、TG電極、及SG電極之配置尺寸之圖。圖7(A)～(F)係顯示第1實施形態之離子感測器之製造步驟之圖。圖8係模式性顯示第2實施形態之離子感測器之檢測部之剖面構成之圖。圖9(A)～(F)係顯示第2實施形態之離子感測器之檢測部之動作例之圖。圖10(A)～(C)係顯示第2實施形態之離子感測器之製造步驟之圖。圖11係模式性顯示第3實施形態之離子感測器之檢測部之剖面構成之圖。圖12係顯示離子感測器之第1變化例之圖。圖13係顯示離子感測器之第2變化例之圖。

1:離子感測器

3:水溶液(介質)

5:檢測部(像素)

10:感測部

11:擴散層

12:第1導電型區域

13:離子感應膜

14:電位井

20:供給部

21:ID部(電荷蓄積部)

22:ICG電極(第1電極)

30:移動/蓄積部

31:FD部(外部)

32:TG電極(第2電極)

33:信號放大器

40:去除部

41:RD部

42:RG電極

51:SG電極(第3電極)

52:電極焊墊(第4電極)

52a:表面

53:金屬配線

100:基板

100a:主面(第1面)

110:保護膜(第1絕緣膜)

120:鈍化層(第2絕緣膜、第3絕緣膜)

120a:表面

D1:厚度方向

D2:對向方向

VDD:電源

Vref:參照電壓

Claims

一種離子感測器，其具備：基板；及複數個像素，其等設置於上述基板之第1面；且各上述像素具有電荷蓄積部、第1電極、第2電極、第3電極、第4電極、及離子感應膜；上述電荷蓄積部形成於上述基板之沿上述第1面之區域，蓄積用於注入至上述基板中自上述基板之厚度方向觀察時形成於與上述第3電極重疊之部分之電位井之電荷；上述第1電極配置於上述第1面上，以控制自上述電荷蓄積部向上述電位井之電荷注入量之方式構成；上述第2電極配置於上述第1面上，以進行用於自上述電位井向外部傳送電荷之控制之方式構成；上述第3電極於上述第1面上，配置於上述第1電極與上述第2電極之間；上述第4電極與上述第3電極電性連接，隔著上述第3電極配置於上述基板之相反側；上述離子感應膜設置於上述第4電極之與上述基板側成相反側之面上，相應於與上述離子感應膜接觸之介質之離子濃度變化而使電位變化；且上述第1電極與上述第2電極對向之對向方向之上述離子感應膜之寬度，大於上述第1電極與上述第2電極之間隔寬度。
如請求項1之離子感測器，其中上述第4電極之與上述基板側成相反側之面為平坦面，上述離子感應膜沿上述相反側之面平坦狀地成膜。
如請求項1或2之離子感測器，其中上述第1電極與上述第3電極相互隔開，將上述第1電極與上述第3電極之第1間隔寬度設定為不產生阻礙到電荷自上述電荷蓄積部向上述電位井注入之勢壘之範圍。
如請求項1至3中任一項之離子感測器，其中上述第2電極與上述第3電極相互隔開，將上述第2電極與上述第3電極之第2間隔寬度設定為不產生阻礙電到荷自上述電位井向外部傳送之勢壘之範圍。
如請求項1至4中任一項之離子感測器，其中上述對向方向之上述第3電極之寬度為上述第1電極與上述第2電極之間隔寬度之80%以上。
如請求項1或2之離子感測器，其中自上述厚度方向觀察時，上述第1電極之一部分與上述第3電極重疊。
如請求項6之離子感測器，其中上述第1電極之上述一部分隔著上述第3電極配置於上述基板之相反側。
如請求項6或7之離子感測器，其中上述第1電極中與上述第3電極重疊之第1部分之上述對向方向之寬度，小於上述第1電極中不與上述第3電極重疊之第2部分之上述對向方向之寬度。
如請求項8之離子感測器，其中上述第1部分之上述寬度為上述第2部分之上述寬度之25%以下。
如請求項1、2、6至9中任一項之離子感測器，其中於自上述厚度方向觀察之情形時，上述第2電極之一部分與上述第3電極重疊。
如請求項10之離子感測器，其中上述第2電極之上述一部分隔著上述第3電極配置於上述基板之相反側。
如請求項10或11之離子感測器，其中上述第2電極中與上述第3電極重疊之第3部分之上述對向方向之寬度，小於上述第2電極中不與上述第3電極重疊之第4部分之上述對向方向之寬度。
如請求項12之離子感測器，其中上述第3部分之上述寬度為上述第4部分之上述寬度之25%以下。
如請求項1至13中任一項之離子感測器，其中1個上述像素包含與互不相同之離子反應之複數個上述離子感應膜，與上述複數個上述離子感應膜之各者對應設置有複數個上述第4電極，且與上述複數個上述第4電極之各者對應設置有複數個上述第3電極。
一種離子感測器之製造方法，其係具有基板與形成於上述基板上之第1電極、第2電極、及第3電極之離子感測器之製造方法，且包含以下步驟：於上述基板上形成第1絕緣膜；於上述第1絕緣膜上，形成上述第1電極、以與上述第1電極隔開之方式配置之上述第2電極、及以於上述第1電極及上述第2電極之間與上述第1電極及上述第2電極兩者隔開之方式配置之上述第3電極；於上述基板上，形成覆蓋上述第1電極、上述第2電極、及上述第3電極之第2絕緣膜；以上述第3電極之一部分露出之方式於上述第2絕緣膜形成開口，於上述開口內形成與上述第3電極電性連接之金屬配線；沿上述第2絕緣膜之與上述基板側成相反側之表面上，形成與上述金屬配線電性連接之第4電極；及於上述第4電極之與上述基板側成相反側之面上，形成相應於接觸之介質之離子濃度變化而使電位變化之離子感應膜；且於形成上述離子感應膜之步驟中，以上述第1電極與上述第2電極對向之對向方向之上述離子感應膜之寬度大於上述第1電極與上述第2電極之間隔寬度之方式，形成上述離子感應膜。
一種離子感測器之製造方法，其係具有基板與形成於上述基板上之第1電極、第2電極、及第3電極之離子感測器之製造方法，且包含以下步驟：於上述基板上形成第1絕緣膜；於上述第1絕緣膜上，形成上述第3電極；形成覆蓋上述第3電極之表面之第2絕緣膜；以自上述基板之厚度方向觀察時，上述第1電極之一部分介隔上述第2絕緣膜與上述第3電極重疊之方式形成上述第1電極，且以自上述基板之厚度方向觀察時，上述第2電極之一部分介隔上述第2絕緣膜與上述第3電極重疊之方式形成上述第2電極；於上述基板上，形成覆蓋上述第1電極、上述第2電極、及上述第3電極之第3絕緣膜；以上述第3電極之一部分露出之方式於上述第3絕緣膜形成開口，於上述開口內形成與上述第3電極電性連接之金屬配線；沿上述第3絕緣膜之與上述基板側成相反側之表面上，形成與上述金屬配線電性連接之第4電極；及於上述第4電極之與上述基板側成相反側之面上，形成相應於接觸之介質之離子濃度變化而使電位變化之離子感應膜；且於形成上述離子感應膜之步驟中，以上述第1電極與上述第2電極對向之對向方向之上述離子感應膜之寬度大於上述第1電極與上述第2電極之間隔寬度之方式，形成上述離子感應膜。