JP2006105687A - 電位センサ、その製造方法および電位センサデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】安価で信頼性が高く既存の測定器を用いて簡単に検査可能な電位センサ、その製造方法および電位センサデバイスを提供すること。
【解決手段】被測定物質と接触して化学反応を生じる物質検出材料４と、この物質検出材料４を収容する少なくとも１つの凹部６を有する半導体基板１と、この半導体基板１に設けられた電極３とを備え、前記電極３が前記物質検出材料４と被測定物質との化学反応による電位の変化を検出する電位センサを提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電位センサ、その製造方法および電位センサデバイスに関し、より詳細には、被測定物質(標的物質)がセンサ内の物質検出材料と接触して化学反応した際に生じる電位の変化を検出可能な電位センサに関する。

近年、生体機能利用して物質を測定検出する方法としてバイオセンサの研究開発が盛んに行われている。一般的にバイオセンサデバイスは物質検出部（有機薄膜もしくは生体物質等）と、物質の検出を電気的な信号に変換する信号変換部（半導体デバイス等）で構成されている。このようなバイオセンサデバイスでは、被測定物質（標的物質）と物質検出材料とが化学反応によって起こる物質の状態の変化を、電気信号の変化量としてセンシングしている。その際、物質検出部には、例えば酵素、抗体、レセプタータンパクなどが配されており、信号変換部には、具体的にはＦＥＴ、サーミスタ、ピエゾ素子、ＭＯＳキャパシタ、抵抗素子などが備えられている。しかし、これらデバイスの電極に例えば生体物質等を固定するには歩留まりの低下や品質信頼性の技術的課題があった。

上記課題を解決させるべく、特開２０００−９７８９４号公報（特許文献１）には、インクジェット方式により薄膜材料溶液を微少電極表面上に印字して分子認識膜を形成する高効率で高品質なセンサデバイスが開示されている。しかし、このセンサデバイスを用いて検査を行う場合は、被検査物質をセンサデバイス上に噴射して検査するための専用のインクジェット装置や検査装置の導入が必要であり、設備導入やメンテナンス等によるコスト負担がシステム導入の障壁となることが考えられる。

また、生物が外的刺激を認識した際にその情報を細胞内部に伝達する物質として、優れたセンシング機能を有しているレセプター蛋白質が一般に知られているが、レセプター蛋白質は人工脂質膜カプセル等に入った状態で４〜６nm程度と非常に微細であり、デバイスへの圧着固定および圧着固定する量を一定に保つことは困難である。さらにこの場合、レセプター蛋白質である生体物質が被測定物質と反応し帯電する現象を信号変換部にてセンシングするが、一定量の生体物質を圧着固定できない限り、生体物質が被測定物質と反応し帯電したかどうかの“０”、“１”判定は可能であっても帯電量の測定は信頼性に欠ける。

特開２０００−９７８９４号公報

本発明は、安価で信頼性が高く既存の測定器を用いて簡単に検査可能な電位センサ、その製造方法および電位センサデバイスを提供することを課題とし、さらには、物質検出材料を精度良く安定してセンサに内蔵させる方法を提供することを課題とする。

かくして、本発明によれば、被測定物質と接触して化学反応を生じる物質検出材料と、この物質検出材料を収容する少なくとも１つの凹部を有する半導体基板と、この半導体基板に設けられた電極とを備え、前記電極が前記物質検出材料と被測定物質との化学反応による電位の変化を検出する電位センサが提供される。
また、本発明は別の観点によれば、（ａ）半導体基板の表面に複数の溝部を形成する工程、（ｂ）少なくとも前記溝部の内面に絶縁膜を形成する工程、（ｃ）少なくとも溝部内の前記絶縁膜上に電極を形成する工程、（ｄ）前記半導体基板の溝部間に凹部を形成する工程、および（ｅ）前記凹部内に、被測定物質と接触して化学反応を生じる物質検出材料を埋設する工程を含む電位センサの製造方法が提供される。
また、本発明は別の観点によれば、上記電位センサを複数個備えた電位センサデバイスが提供される。

本発明の電位センサは、半導体基板の表面側の凹部に物質検出材料を収容した半導体基板と、半導体基板の表面側の少なくとも凹部外部に形成された電極を有する構成であり、表面電極を上部電極とし、物質検出材料と接触している半導体基板の例えば裏面を下部電極とする一種のキャパシタ構造をなしている。この電位センサでは、電極と半導体基板の例えば裏面に、電位変化量を測定する既存の容量測定器の端子をそれぞれ電気的に接続し、半導体基板表面に被測定物質（例えばブドウ糖を含む溶液）を滴下することにより、被測定物質が目的とする物質（標的物質）か否かを判別することができる。つまり、被測定物質が標的物質である場合は、物質検出材料（例えばレセプター蛋白質）と接触すると化学反応を生じて融合し、それにより物質検出材料自体が帯電する。その結果、帯電した物質検出材料が半導体基板に電位を誘起し、被測定物質滴下前の電位との変化量を電極で検出し、測定器にて電位の変化量を測定することができる。この際、凹部の容量は一定であるため、凹部内に物質検出材料を一定量収容することが可能であり、よって定量的に電位の変化量を測定可能である。これに加え、凹部を複数個有する場合には、各凹部内の物質検出材料の量のばらつきを少なくすることができる。
このように、本発明の電位センサによれば、構造が簡素であるため安価であり、既存の容量測定器を用いて簡単にかつ高い信頼性で検査することができる。また、凹部を複数個有する場合、各凹部に同一の物質検出材料を埋設することにより電位センサの感度を増幅することができる。

本発明の電位センサの製造方法によれば、半導体基板への溝加工および凹部加工を公知のフォトエッチング技術を用いることができ、表面電極形成は公知の成膜技術（例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等）を用いることがで、半導体基板の加工を容易に行うことができる。
また、半導体基板の凹部に物質検出材料を埋設するので、物質検出材料の半導体基板への固定が容易である。
また、物質検出材料の大きさを考慮に入れながら上記のような半導体装置製造技術を用いて所望の大きさ、形状の凹部を高精度に形成することができるので、所定容量の凹部の加工を容易に行うことができ、凹部に埋設する物質検出材料の量のバラツキを小さくして物質検出材料を安定的にセンサに内蔵させることができる。その結果、信頼性の高い電位センサを得ることができる。特に、凹部が複数個設けられている場合には、各凹部に同量の物質検出材料が埋設可能となる。

本発明の電位センサデバイスの別の観点によれば、物質検出材料を電位センサ毎に異なるものとすれば、同一チップ内に異なる複数の機能が付加されたことになるので複数の異なる標的物質の検出が可能となり、評価能率が大幅に向上する。特に、特定の１つの標的物質を検出するまでの検査時間を大幅に短縮化できる。

以下、本発明の電位センサの実施の形態を図面に基づいて詳説する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。

［実施の形態のＡグループ］
実施の形態のＡグループは、後述する実施の形態１〜１６（図３〜１９）が含まれており、これらの電位センサは、被測定物質と接触して化学反応を生じる物質検出材料と、この物質検出材料を収容する複数の凹部を表面側に有する半導体基板と、半導体基板の凹部の周囲に形成された溝部と、この半導体基板の表面側の各凹部の外部に設けられ、物質検出材料と被測定物質との化学反応による電位の変化を検出するための電極と、半導体基板の溝部の側面と電極との間に形成された第１絶縁膜と、凹部内の物質検出材料を通過させずに被測定物質を通過させるように凹部を封止する被覆膜を備えた構成である。これら実施の形態１〜１６の電位センサは、図１に示すように同一チップ内に凹部が複数個１列に並列して配置される、あるいは図２に示すように同一チップ内に凹部が複数個マトリックス状に配置される。なお、図１および２は、本発明の電位センサから後述の被覆膜を除去した状態での平断面図であって、図中Ａ−Ａ線は図３の断面方向を表し、Ｂ−Ｂ線は図４〜２１の断面方向を表している。

（実施の形態１）
図３は本発明の電位センサの実施の形態１を示す図１および２のＡ−Ａ線断面図であり、図４は実施の形態１を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。
図１〜４を参照しながら説明すると、この実施の形態１の電位センサは、表面側に複数の凹部６および溝部７を有する半導体基板１と、溝部７の側面および底面に形成された第１絶縁膜２と、溝部７の側面および底面の第１絶縁膜２上に形成された電極３と、各凹部６内に埋設された物質検出材料４と、各凹部６の開口部を封止する被覆膜５とを備える。つまり、複数の凹部６を備えた半導体基板１の各凹部６に物質検出材料４を配置し、被測定物質透過膜としての被覆膜５で閉じ込めて物質検出部を構成し、半導体基板１を挟んで物質検出材料４と対向する側面部の少なくとも一部に第１絶縁膜２を介して電極３が配置されて信号変換部を構成している。

本発明において、半導体基板１としては、特に限定されるものではなく、半導体分野で通常使用されるものが使用可能であり、例えば半導体シリコン基板、半導体シリコンゲルマニウム基板、半導体ガリウム砒素基板、半導体インジウム燐基板、サファイア基板、ダイアモンド基板等が挙げられ、単結晶、多結晶およびアモルファスのいずれでもよく、かつ、Ｐ型でもＮ型でもよい。特に、半導体製造に最も多く用いられており、製造の容易性、信頼性の観点から単結晶のＰ型シリコン基板が好ましい。
第１絶縁膜２としては、半導体基板１の表面を熱酸化して得られる酸化膜が適当であり、半導体基板１がシリコン基板の場合は第１絶縁膜としてシリコン酸化膜が形成される。
電極３としては、半導体膜あるいは金属膜を使用することができ、半導体膜としては、半導体基板と逆の導電型のシリコン膜、ゲルマニウム膜等が挙げられ、単結晶、多結晶、アモルファスのいずれでもよく、金属膜としては例えばアルミニウム、タングステン或は銅等の元素を含む金属やニッケル、白金、金等が挙げられる。特に、現在の半導体製造技術において最も信頼性の高いと考えられるとの観点から多結晶のＮ型シリコン基板が好ましい。

物質検出材料４としては、目的とする標的物質と化学反応を生じて帯電可能な材料であれば特に限定されるものではないが、例えば標的物質がブドウ糖、グルコース、尿素、アミノ酸、その他例えば環境ホルモンのような化学物質等である場合は、物質検出材料としてレセプター蛋白質、酵素、抗体等の生体物質が挙げられる。なお、物質検出材料４の量は、使用する物質検出材料４を考慮した半導体基板１の凹部６の容量によってほぼ決定され、これについては後述する。
被覆膜５としては、絶縁性であり、被測定物質は通過（透過）させるが物質検出材料は通過させず、被測定物質および物質検出材料に対して無反応の膜であれば特に限定されるものではない。例えば、被覆膜としてはセルロース膜、ポリカーボネート、ポリエステル活性炭（繊維状）、エポキシ樹脂、ガラス繊維、コットン、ポリプロピレン、アセテート、アクリル、四フッ化エチレン等が挙げられる。特に、標的物質がブドウ糖、グルコース、アミノ酸等であれば、セルロース膜等が好ましい。

具体的に実施の形態１の電位センサの材料、構造等について説明すると、半導体基板１はＰ型シリコン基板からなる。この半導体基板１のサイズは、例えば1〜100ｍｍ×1〜100ｍｍ程度である。凹部６は、半導体基板１の表面側に所定間隔で並列して複数形成された直方体形の凸部１１を上面から直方体形に刳り抜いた構造であり、各凸部６の周囲が溝部７とされている。ここで、本発明において溝部とは、凸部１１間のみに限らず半導体基板１の外周領域の切欠部分も含むものと定義する。この場合、凹部６の底面の深さ位置は半導体基板１の表面における溝部７の底面の位置とほぼ一致している。

この凹部６の大きさは、収容する物質検出材料４によって異なるが、例えば、物質検出材料４として直径４〜６ｎｍ程度のカプセル型レセプター蛋白質を収容する場合、長手方向（Ａ−Ａ線方向）の幅寸法Ｗ１は10〜1000ｎｍ程度であり、他方向（Ｂ−Ｂ線方向）の幅寸法Ｗ２は5〜500ｎｍ程度であり、深さ寸法Ｈは10〜1000ｎｍ程度である。また、凹部６を形成する壁となる半導体基板１の凸部１１の厚みは5〜100ｎｍ程度である。また、半導体基板１の表面における溝部７の側面間の幅寸法は10〜1000ｎｍ程度である。このようなサイズの１個の凹部６には数個〜数百万個程度のレセプター蛋白質が収容される。

第１絶縁膜２はシリコン酸化膜からなり、溝部７の側面および底面（半導体基板１の外周部分を除く）に膜厚5〜50ｎｍで形成されている。
電極３はＮ型の不純物であるリンを含む多結晶シリコン膜からなり、第１絶縁膜２上に第１絶縁膜２よりも厚い膜厚10〜200ｎｍ程度で形成されている。
被覆膜５はセルロース膜からなり、各凹部６の開口部からそれらの周囲の第１絶縁膜２および電極３の上端面に渡って膜厚10〜1000ｎｍ程度で形成され、凹部６内の物質検出材料４が外部に流出しないように封止している。

このように構成された電位センサは、その電極３の例えば外周部と、半導体基板１の裏面に、外部の容量測定器（キャパシタンス測定器）の端子をそれぞれ電気的に接続し、被測定物質である例えばブドウ糖を含む溶液を半導体基板１の表面に滴下し、被覆膜（セルロース膜）５を通過したブドウ糖溶液が物質検出材料（レセプター蛋白質）４と化学反応して融合することにより、物質検出材料４自体が帯電する。帯電した物質検出材料４が半導体基板１に電位を誘起し、ブドウ糖溶液滴下前の電位との変化量を電極（多結晶シリコン膜）３で形成されるキャパシタ上部電極（端子）で検出し、電位の変化量を外部の容量測定器にて測定する。なお、滴下した被測定物質が物質検出材料と化学反応を起こさなければ、物質検出材料は帯電せず、滴下前の電位との差は生じないので容量測定器の針は変位しない。

実施の形態１の電位センサによれば、半導体基板１に凹部６を設けることにより、安定して定量的に物質検出材料４を凹部６に埋設でき、電位センサの容易な製造が可能となる。
また、凹部６から半導体基板１を挟んで配置する溝部７の側面に電極３を配置することにより、制御よく物質検出材料４の電位変化を測定することができる。
また、溝部７の側面を第１絶縁膜２で被覆することにより、キャパシタ構造が安定に保たれ、電位センサの信頼性の向上を図ることができる。
また、被測定物質を通過せしめる被覆膜５を用いることで、凹部６に埋設した物質検出材料４を安定的に保持することが可能となり、電位センサの安定性および信頼性が向上する。
また、電極３の膜厚は任意に設定すればよい。
また、凸部１１の幅をより薄く設定することにより、物質検出材料４の電位と電極３の間に形成されるキャパシタ容量が増大し、電位の変化量の検出感度が上がるという利点がある。
また、物質検出材料４を収容する凹部６を複数設ける、特にマトリックス状に多数配置することにより、各凹部毎に物質検出材料を収容する際の物質検出材料の収容量のばらつきが平均化されるので、電位センサの測定精度の向上が図られる。

なお、実施の形態１では、物質検出材料として直径４〜６ｎｍ程度のレセプター蛋白質を用いたが、凹部の狭スペース側（Ｂ−Ｂ線方向）の幅は収容される物質検出材料の大きさよりも僅かに大きい幅に設定して凹部に均一に収容されるようにすればよい。また、電位センサのチップサイズや配置する凹部の数にもよるが、凹部の広スペース側（Ａ−Ａ線方向）の幅はできるだけ被測定物質を凹部に効率良く収容できるようできるだけ大きく設定することができる。本発明では便宜上、被測定物質の数を単純化して模式的に図示しており、図３および４のように基板に対して垂直方向に一列に並ばなくても構わない。上述の凹部の大きさに関しては以下の実施の形態についても同様である。また、物質検出材料が埋設された凹部の数は特に限定されるものではないが、同じ物質検出材料を凹部に埋設する場合は凹部の数が多い程検出感度が向上し、例えばレセプター蛋白質を用いる場合は数十個以上が好ましい。

（実施の形態２）
図５は本発明の電位センサの実施の形態２を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図５において、図３、４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態２の電位センサは、実施の形態１とほぼ同様の構成であるが、第１絶縁膜２における溝部７の底面部分２３の膜厚が側面部分２１の膜厚よりも厚く設定されていることが実施の形態１とは異なっている。この場合、上記底面部分２３の膜厚は10〜200ｎｍ程度であり、側面部分２１の膜厚は5〜50ｎｍ程度である。実施の形態２において、その他の構成および動作は実施の形態１と同様である。

つまり、実施の形態２の場合、溝部７の底面が<１１０>面である半導体基板（シリコン基板）１を用いることにより、第１絶縁膜（シリコン酸化膜）２において、溝部７の底面部分２３および凸部１１の側面である<１００>面に形成される側面部分２１を熱酸化法により形成した場合、側面部分２１より底面部分２３の方が厚く形成されていることを特徴としている。

実施の形態２によれば、上述の構成により、帯電した物質検出材料４は主に半導体基板１における凸部１１に電位を誘起するので溝部底面側の電位の変化は無視される。したがって、電位の変化量は、キャパシタ上部電極である電極（多結晶シリコン膜）３と半導体基板１の凸部１１および半導体基板１と対向するキャパシタで検出される容量の変化量の和として検出されるため、半導体基板１と対抗するキャパシタの初期容量が凸部１１と対抗するキャパシタの初期容量に比べて小さければ小さい程、感度が向上するので好ましい。つまり、凸部１１の側面に形成されたキャパシタの容量と凹部の底面に形成されるキャパシタの容量との比を考えた場合に、凹部の底部に形成されるキャパシタの容量が小さいほうが、凸部１１の側面に形成されたキャパシタの容量の変化に対して、感度が向上する。これは、凹部の底部の酸化膜の膜厚が厚くなると、凹部の底部に形成されるキャパシタの容量が小さくなることを目的としている。
すなわち、実施の形態２の電位センサによれば、第１絶縁膜２における溝部７の底面部分２３の膜厚が側面部分２１の膜厚よりも厚く設定することにより、物質検出材料４の電位変化を高率良く電極３に伝播することができ、電位センサの精度を高めることができる。
なお、少なくとも半導体基板１の溝部７の底面に不純部等を選択的に導入し酸化レートを増加してもよく、あるいは溝部エッチング加工時に底面のＳｉ−Ｓｉ結合を弱くして酸化レートを増加させてもよい。

（実施の形態３）
図６は本発明の電位センサの実施の形態３を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図６において、図５と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態３では、実施の形態２と同様に、第１絶縁膜２における溝部７の底面部分２４は側面部分２１に比して厚く形成されているが、底面部分２４と側面部分２１とは別工程にて形成されたものである点が、実施の形態２とは異なっている。この場合、上記底面部分２４の膜厚は10〜300ｎｍ程度であり、側面部分２１の膜厚は5〜50ｎｍ程度である。実施の形態３において、その他の構成は実施の形態２と同様である。

さらに詳しく説明すると、第１絶縁膜２における溝部７の底面部分２４は、具体的にはＨＤＰ―ＣＶＤシリコン酸化膜からなる。
実施の形態３によれば、実施の形態２と同様に物質検出材料４の電位変化を高率良く電極３に伝播することができ、電位センサの精度を高めることができることに加え、実施の形態１および２に比して、半導体基板１の溝部７の底面に形成する絶縁膜の厚さ（容量）を任意に設定でき、特に溝部７の側面部分２１よりも底面部分２４の膜厚を大幅に厚くすることができるため、半導体基板１と対向するキャパシタ（凸部１１に沿って形成されたキャパシタ）の初期容量を小さく設定することができる。

（実施の形態４）
図７は本発明の電位センサの実施の形態４を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図７において、図６と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態４では、実施の形態３と同様に、第１絶縁膜２における溝部７の底面部分２４は側面部分２１とは別工程にて、かつ大幅に厚く形成されているが、半導体基板１の凸部１１における第１絶縁膜２の底面部分２４と接する部分（溝部７の側面と底面との間）に傾斜面７ａを有している。実施の形態４において、その他の構成は実施の形態３と同様である。
実施の形態４によれば、実施の形態３と同様に物質検出材料４の電位変化を高率良く電極３に伝播することができ、電位センサの精度を高めることができることに加え、実施の形態１および２に比して、半導体基板１の溝部７の底面に形成する絶縁膜の厚さ（容量）を任意に設定でき、特に溝部７の側面部分２１よりも底面部分２４の膜厚を大幅に厚くすることができるため、半導体基板１と対向するキャパシタの初期容量を小さく設定することができる。

（実施の形態５）
図８は本発明の電位センサの実施の形態５を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図８において、図５と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態５では、第１絶縁膜２における溝部７の底面部分２５は側面部分２１よりも実施の形態２の場合よりも大幅に厚く形成されており、さらに半導体基板１の凸部１１における第１絶縁膜２の底面部分２５と接する部分（溝部７の側面と底面との間）に実施の形態２よりも大きい曲面７ｂを有している。実施の形態５において、その他の構成は実施の形態２と同様である。
実施の形態５によれば、実施の形態４と同様に物質検出材料４の電位変化を高率良く電極３に伝播することができ、電位センサの精度を高めることができることに加え、実施の形態１および２に比して、半導体基板１の溝部７の底面に形成する絶縁膜の厚さ（容量）を任意に設定でき、特に溝部７の側面部分２１よりも底面部分２５の膜厚を大幅に厚くすることができるため、半導体基板１と対向するキャパシタの初期容量を小さく設定することができる。

（実施の形態６）
図９は本発明の電位センサの実施の形態６を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図９において、図８と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態６は実施の形態５と構造が似ているが、異なる点は、第１絶縁膜２の上端部分２６が、凹部６から溝部７に渡って膨出状に形成され、その上端部分２６の膜厚が側面部分２１よりも厚く設定されている。実施の形態６において、その他の構成は実施の形態５と同様である。
実施の形態６によれば、第１絶縁膜２の上端部分２６でのフリンジ容量が無視でき、より精度の高い容量測定が可能となる。

（実施の形態７）
図１０は本発明の電位センサの実施の形態７を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１０において、図４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態７の実施の形態１と構造が似ているが、異なる点は、半導体基板１の凹部６の深さが溝部７の深さよりも浅いことであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
つまり、実施の形態７の電位センサは、凹部６の底面の位置が溝部７の底面の位置よりも高く設定されており、このような凹部６の底面の高さ位置は、収容する物質検出材料４の大きさ、形状、性質等を考慮したものである。
すなわち、実施の形態７によれば、凹部６の深さ（容積）を任意に設定することができるため、応用範囲が広がり、同一の電位センサチップ内の各凹部６の容量を異ならせて異なる種類の物質検出材料４を収容することが可能となり、同一チップ内に異なる物質検出部を設けることが可能となる。

（実施の形態８）
図１１は本発明の電位センサの実施の形態８を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１１において、図４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態８の実施の形態１と構造が似ているが、異なる点は、半導体基板１の凹部６の深さが溝部７の深さよりも深いことであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
つまり、実施の形態８の電位センサは、凹部６の底面の位置が溝部７の底面の位置よりも低く設定されており、このような凹部６の底面の高さ位置は、収容する物質検出材料４の大きさ、形状、性質等を考慮したものである。
すなわち、実施の形態８によれば、凹部６の深さ（容積）を任意に設定することができるため、応用範囲が広がり、同一の電位センサチップ内の各凹部６の容量を異ならせて異なる種類の物質検出材料４を収容することが可能となり、同一チップ内に異なる物質検出部を設けることが可能となる。

（実施の形態９）
図１２は本発明の電位センサの実施の形態９を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１２において、図４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態９の実施の形態１と異なる点は、半導体基板１の凹部６は、その側面が開口幅よりも奥部幅（底幅）が小さくなる傾斜面であり、さらに溝部７の側面も凸部１１が断面山型となる傾斜面となっていることであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
つまり、実施の形態９によれば、凹部６の断面形状をすり鉢状とすることで、上方から伝達される被測定物質がより多くの物質検出材料４と反応しやすくなるため、より感度に優れた電位センサを得ることができる。

（実施の形態１０）
図１３は本発明の電位センサの実施の形態１０を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１３において、図４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１０の実施の形態１と異なる点は、半導体基板１の凹部６は、その側面と底面が連続した曲面であることであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
つまり、実施の形態９によれば、凹部６の断面形状を半球状とすることで、上方から伝達される被測定物質がより多くの物質検出材料４と反応しやすくなるため、より感度に優れた電位センサを得ることができる。

（実施の形態１１）
図１４は本発明の電位センサの実施の形態１１を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１４において、図４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１１は実施の形態１と構造が似ているが、異なる点は、半導体基板１の溝部７の側面に形成された電極３の上端面の高さが、半導体基板１における凹部６と溝部７との間の凸部１１の上端面の高さよりも低いことであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
つまり、実施の形態１１では、半導体基板１の凸部１１の上端部と電極３をオフセット構造とすることで、各凹部６に収容される物質検出材料４の数量がばらついても凹部６の上部に電位の伝播に寄与しない領域（物質検出材料４の量の多少のばらつきを許容する領域）を設けることにより、検出精度のばらつきを発生させないようにしている。

（実施の形態１２）
図１５は本発明の電位センサの実施の形態１２を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１５において、図１４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１２は実施の形態１１と構造が似ているが、異なる点は、被覆膜５が凹部６の開口部に埋設されており、さらに詳しくは被覆膜５の下面を電極３の上端面より下方位置とすることであり、その他の構成は実施の形態１１と同様である。
このようにすれば、被覆膜５にて上部の物質検出材料４が電極３の上端面よりも低く押え付けられるので、半導体基板１の凹部６に埋設される物質検出材料４の量のばらつきを無くすことができ、上部の物質検出材料４を電極３の上端面よりも確実に低く設定することができ、確実に高い検出精度を得ることができる。

（実施の形態１３）
図１６は本発明の電位センサの実施の形態１３を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１６において、図４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１２の実施の形態１と異なる点は、第１絶縁膜２が半導体基板１の凸部１１の側面から上端面に同じ膜厚で連続して形成された上端部２７を有し、電極３が凸部１１の上端面側の第１絶縁膜２上に形成された上端部３３を有し、さらに電極３上に形成された被覆膜５の一部が凹部６の開口部に埋設されていることである。実施の形態１３において、その他の構成は実施の形態１と同様である。
実施の形態１３によれば、このような構成によって実施の形態１２と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態１４）
図１７は本発明の電位センサの実施の形態１４を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１７において、図４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１４の電位センサの実施の形態１と異なる点は、第１絶縁膜２が半導体基板１の凸部１１の側面から上端面に同じ膜厚で連続して形成された上端部２７を有し、溝部が埋め込み絶縁膜８にて埋め込まれ、埋め込み絶縁膜８を有する半導体基板１の表面全面に被覆膜５が形成され、さらに半導体基板１の外周部における電極３の一部を露出するように被覆膜５および埋め込み絶縁膜８にコンタクト孔９が形成されたことである。実施の形態１６において、その他の構成は実施の形態１と同様である。
埋め込み絶縁膜８は、無機物および有機物のどちらでもよい。無機物であればシリコン酸化膜、多孔質シリカ膜、SiOC、SiOF等が挙げられ、有機物であればオキサゾール樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。半導体における信頼性の観点からは、最も広く使われているシリコン酸化膜が望ましいが、低誘電率の膜を用いることで、配線遅延が少なく、動作の速度の観点からは無機物、有機物の区別なく低誘電率の膜が好ましい。
実施の形態１４によれば、溝部を埋め込み絶縁膜８により平坦に埋め込んでおくことで、凹部６に物質検出材料４を収容する際に、半導体基板１へ物質検出材料４を滴下しても溝部に流れ込まなくなるので滴下量を削減することができ、安価なデバイスを提供することができる。また、コンタクト孔９を通して外部の容量測定器の一方の端子を電極３に電気的に接続可能となる。なお、このコンタクト孔９に金属材料を埋め込んで半導体基板１の表面側に検出端子としての配線を形成してもよい。

（実施の形態１５）
図１８は本発明の電位センサの実施の形態１５を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１８において、図１７と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１５の電位センサは実施の形態１４と構造が似たものであるが、主な相違点は、半導体基板１の凸部１１と電極３とがオフセット構造であり、コンタクト孔に金属材料を埋め込んで検出端子としてのコンタクトおよび配線１０が形成されたことである。コンタクトや配線の材料としては例えばタングステンやアルミニウム等の電子部品分野で一般的に用いられている金属材料を使用することができる。
実施の形態１５によれば、実施の形態１４の効果に加え、オフセット構造による実施の形態１１の効果や、配線１０が半導体基板１の表面側に設けられたことにより、外部の容量測定器の一方の端子と容易に接続可能となる利点がある。

（実施の形態１６）
図１９は本発明の電位センサの実施の形態１６を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１９において、図１８と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１６の電位センサは実施の形態１５と構造が似たものであるが、異なる点は、被覆膜５の一部が各凹部６の開口部に埋め込まれたことである。なお、実施の形態１６の構造ではコンタクト孔９を介して電極３と接触するコンタクトおよび配線を有していないが、コンタクトおよび配線を形成してもよい。
実施の形態１６によれば、実施の形態１４の効果に加え、オフセット構造による実施の形態１１の効果や、被覆膜５の一部を凹部開口部に埋め込んだ実施の形態１２の効果が得られる。

[実施の形態のＢグループ]
実施の形態のＢグループは、後述する実施の形態１７および１８（図２０〜２３）が含まれており、これらの電位センサは、基本構成は上記実施の形態のＡグループと同じであるが、さらに、凹部の側面および底面に第２絶縁膜を備えている。これら実施の形態１７および１８の電位センサは、図２０に示すように同一チップ内に凹部が複数個１列に並列して配置される、あるいは図２１に示すように同一チップ内に凹部が複数個マトリックス状に配置される。なお、図２０および２１は、本発明の電位センサから後述する被覆膜を除去した状態での平断面図であって、図中Ｂ−Ｂ線は図２２および２３の断面方向を表している。

（実施の形態１７）
図２２は本発明の電位センサの実施の形態１７を示す図２０および２１のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２２において、図４と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１７の電位センサは実施の形態１と構造が似たものであるが、異なる点は、上述したように各凹部６の側面および底面に第２絶縁膜２２が形成されていることである。実施の形態１７においてその他の構成は実施の形態１と同様である。
第２絶縁膜２２は、半導体基板１の表面を熱酸化して得られる酸化膜が適当であり、半導体基板１がシリコン基板の場合は第２絶縁膜としてシリコン酸化膜が形成される。つまり、第２絶縁膜２２は第１絶縁膜２と同一工程により同じ材料にて形成されることが好ましい。
実施の形態１７の場合、帯電した物質検出材料４は第２絶縁膜２２を介して半導体基板１の凸部１１に電位を誘起する以外は実施の形態１と同じ動作をする。
実施の形態１７によれば、凹部６の内面にも絶縁膜を形成することにより、より一層キャパシタ構造が安定に保たれ、電位センサの信頼性がより向上する。

（実施の形態１８）
図２３は本発明の電位センサの実施の形態１８を示す図２０および２１のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２３において、図２２と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１８の電位センサは実施の形態１７と構造が似たものであるが、異なる点は、第１絶縁膜２が、半導体基板１の凸部１１の上端面に形成された上端部分２７を有し、この上端部分２７と第２絶縁膜２２が連続していることと、被覆膜５の一部が各凹部６の開口部に埋設されていることである。実施の形態１８においてその他の構成は実施の形態１７と同様である。

[実施の形態のＣグループ]
実施の形態のＣグループは、後述する実施の形態１９〜２１（図２４〜２８）が含まれており、これらの電位センサは、基本構成は上記実施の形態のＢグループと同じであるが、さらに、凹部内面の第２絶縁膜上に導電膜を備えている。これら実施の形態１９〜２１の電位センサは、図２４に示すように同一チップ内に凹部が複数個１列に並列して配置される、あるいは図２５に示すように同一チップ内に凹部が複数個マトリックス状に配置される。なお、図２４および２５は、本発明の電位センサから後述する被覆膜を除去した状態での平断面図であって、図中Ｂ−Ｂ線は図２６〜２８の断面方向を表している。

（実施の形態１９）
図２６は本発明の電位センサの実施の形態１９を示す図２４および２５のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２６において、図２３と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態１９の電位センサは実施の形態１８と構造が似たものであるが、異なる点は、電極３の上端位置が凸部１１の上端位置よりも低いオフセット構造であり、かつ、各凹部６の内面の第２絶縁膜２２上に導電膜３２がオフセット位置に形成されていることである。実施の形態１９においてその他の構成は実施の形態１８と同様である。
導電膜３２の材料としては導電性を有していれば特に限定されるものではないが、製造の容易性の観点から電極３と同じ材料が好ましい。
実施の形態１９の場合、帯電した物質検出材料４は導電膜３２および第２絶縁膜２２を介して半導体基板１の凸部１１に電位を誘起する以外は実施の形態１と同じ動作をする。
実施の形態１９によれば、第２絶縁膜２２上に導電膜３２を設けたことにより、電極３の形成後に物質検出材料４を内蔵する凸部１１の加工を行わなくて済む、あるいは、導電膜３２を除去する工程が不要である為、工程の簡略化が図られる。また、第２絶縁膜２２が凸部１１を完全に被覆している事により、良好な絶縁をする為には好適であるという利点がある。

（実施の形態２０）
図２７は本発明の電位センサの実施の形態２０を示す図２４および２５のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２７において、図２６と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態２０の電位センサは実施の形態１９と構造が似たものであるが、異なる点は、電極３および導電膜３２の上端位置と凸部１１の上端位置はほぼ一致し、かつ、凸部１１上の第１絶縁膜２の上端部分２８が側面部分２１よりも厚く形成されており、さらに第１絶縁膜２および第２絶縁膜２２の各底面部分が各側面部分よりも厚く形成されていることである。実施の形態２０においてその他の構成は実施の形態１９と同様である。
実施の形態２０によれば、実施の形態１９の効果に加えて、実施の形態６の効果が得られる。

（実施の形態２１）
図２８は本発明の電位センサの実施の形態２１を示す図２４および２５のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２８において、図２６と同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態２１の電位センサは実施の形態１９と構造が似たものであるが、異なる点は、第１絶縁膜２の底面部分２４が側面部分２１とは別工程にて厚く形成されると共に、第２絶縁膜２２の底面部分２２ｂが側面部分２２ａとは別工程にて厚く形成されていることである。この場合、第１絶縁膜２の底面部分２４と第２絶縁膜２２の底面部分２２ｂは同一工程で同一材料にて形成されている。実施の形態２１においてその他の構成は実施の形態１９と同様である。
実施の形態２１によれば、実施の形態１９の効果に加えて、実施の形態３の効果が得られる。

次に、上記実施の形態１〜２１の何れかの電位センサを複数個備えた本発明の電位センサデバイスについて説明する。

（実施の形態２２）
図２９は本発明の実施の形態２２の電位センサデバイスを示す構成説明図である。この電位センサデバイス（図中センサチップと記載）は、同一の半導体基板に複数個の電位センサ（図中センサと記載）が形成されたものである。詳しく説明すると、電位センサデバイスは、１〜Ｎ個の電位センサを有しており、各電位センサにはそれぞれの電極に接続された検出端子と半導体基板に接続されたＧＮＤ端子が備えられている。例えば、１００μｍ×１００μｍの矩形の検出端子（電極パッド）が電極に接続されており、同様に１００μｍ×１００μｍの矩形のＧＮＤ端子（電極パッド）が隣の検出端子と例えば１００μｍ程度の間隔を空けて併設されている。好ましくは各センサの検出端子とＧＮＤ端子の間隔は一定であるのが好ましく、さらには図２９に示すように各センサが規則正しく整然と並ぶのが好ましい。

実施の形態２２の電位センサデバイスによれば、少なくとも２本のプローブ（針）を備えたキャパシタンス測定器を用いて容易に被測定物質に起因する電位変化量の測定が可能となる。さらに、各センサの電極パッドを整然と配置することにより、単純な平行移動により複数の電位センサについての測定が容易となり、測定装置の新たな投資が不要でありシステムトータルで安価な測定が可能となる。ここで各センサ（センサ１，２，３，…Ｎ）は、各々機能が同一でも異なるものでもよい。機能が同一の場合は、各センサの凹部には同一の物質検出材料が収容されるので、各電位センサの凹部の形状、大きさ等は同一条件で設定することができる。機能が異なる場合は、各センサの凹部には異なる物質検出材料が収容されるので、各電位センサの凹部の形状、大きさ等は各物質検出材料に応じた条件に設定される。

（実施の形態２３）
図３０は本発明の実施の形態２３の電位センサデバイスを示す構成説明図である。この電位センサデバイス（図中センサチップと記載）では、実施の形態２２（図２９）の電位センサデバイスのＧＮＤ端子を半導体基板の裏面としており、一般的な測定装置の測定台全体を金属製端子として利用すれば実施の形態２２と同様な測定が可能であり、実施の形態２３の場合は少なくとも１本のプローブ（針）を備えたキャパシタンス測定器により容易に測定が可能となる。チップ裏面端子の作製は、半導体基板の裏面を研磨して自然酸化膜を除去すればよい。なお、上記実施の形態では一例としてプローブ（針）を１本ないし２本あれば測定可能であるが、既存の測定器の仕様に各電極パッドのレイアウトを合わせ、２本以上の多本プローブを使用できるように構成してもよい。

次に、本発明の電位センサの製造方法について説明する。
本発明の電位センサ（実施の形態１〜２１）の製造方法は、基本的に、（ａ）半導体基板の表面に複数の溝部を形成する工程、（ｂ）少なくとも前記溝部の内面に絶縁膜を形成する工程、（ｃ）少なくとも溝部内の前記絶縁膜上に電極を形成する工程、（ｄ）前記半導体基板の溝部間に凹部を形成する工程、および（ｅ）前記凹部内に、被測定物質と接触して化学反応を生じる物質検出材料を埋設する工程を含む。
さらに、本発明の電位センサの製造方法は、凹部内の物質検出材料を通過させずに被測定物質を通過させる被覆膜にて、物質検出材料が埋設された凹部の開口部を封止する工程（ｆ）を含むものとしてもよい。

本発明の電位センサの製造方法において、例えば実施の形態１１、１２（図１４、１５）の電位センサのように電極が第１絶縁膜に対してオフセット位置となる場合には、上記工程（ｃ）が、溝部の開口部周辺の電極を除去する工程を含む。
また、例えば実施の形態１４、１５、１６（図１７、１８、１９）の電位センサのように、溝部に埋め込み絶縁膜を有する場合には、溝部に埋め込み絶縁膜を埋設する工程（ｇ）を含む。

また、例えば実施の形態１７、１８（図２２、２３）の電位センサのように、凹部の内面に第２絶縁膜を有する場合には、上記工程（ｂ）が、凹部の内面に絶縁膜を形成する工程を含む。
また、例えば実施の形態１９、２０、２１（図２６、２７、２８）の電位センサのように、凹部内面の第２絶縁膜上に電極を有する場合には、工程（ｃ）が、凹部内の絶縁膜上に電極を形成する工程を含む。
また、例えば実施の形態実施の形態３、４、２１（図６、７、２８）の電位センサのように、第１絶縁膜における底面部分の膜厚が側面部分よりも厚く、かつそれぞれ別工程にて形成されたものである場合は、工程（ｂ）が、溝部の側面および底部に、側面部分よりも底面部分の膜厚を厚くして絶縁膜を形成し、溝部の側面部分の絶縁膜を除去して底面部分の絶縁膜を残存させる工程を含む。

また、例えば実施の形態６（図９）の電位センサのように第１絶縁膜の上端部分および底面部分の膜厚が側面部分よりも厚い場合には、工程（ｂ）が、複数の溝部を有する半導体基板の表面に第１の酸化絶縁膜を形成し、前記第１の酸化膜上に窒化膜を形成し、前記窒化膜をエッチバックして溝部の側面に窒化膜のサイドウォールを形成し、第１の酸化絶縁膜の露出部分を熱酸化して、第１の酸化絶縁膜よりも膜厚の厚い第２の酸化絶縁膜を形成し、窒化膜を除去して、半導体基板における溝部間および溝部の底面に厚く側面に薄い絶縁膜を形成する工程を含む。

また、例えば実施の形態１５（図１８）の電位センサのように埋め込み絶縁膜の一部に形成されたコンタクト孔を通して電極と接続する検出端子を有する場合には、埋め込み絶縁膜の一部に電極に達するコンタクト孔を開口し、このコンタクト孔に導電性材料を埋設することにより電極と接続する検出端子を形成する工程（ｈ）を含む。
次に、上述の実施の形態で説明した電位センサの幾つかについての製造方法を説明する。

（実施の形態１３の電位センサの製造方法）
図３１から図４３は上記実施の形態１３（図１６）の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。
この場合、まずＰ型半導体基板１００上にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジストパターンＲ１を形成し（図３１）、該フォトレジストパターンＲ１をマスクに用いて半導体基板１００を異方性エッチングとして例えばＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）により深さが例えば１μｍ程度の溝部７を備えた半導体基板１０１を形成する（図３２）。次に、レジストマスクＲ１を剥離した後、例えば熱酸化法により、膜厚が１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜から成るキャパシタ酸化膜２００を形成し（図３３）、キャパシタゲートの材料となるリンが不純物として１Ｅ１９〜１Ｅ２１/ｃｍ³程度ドープされた多結晶シリコン膜３００を例えばＣＶＤ法等で膜厚２００ｎｍ程度堆積させる（図３４）。その後、キャパシタ電極を定義するフォトレジストパターンＲ２をフォトリソグラフィ技術により形成し（図３５）、フォトレジストパターンＲ２をマスクに用いて多結晶シリコン膜３００を例えばＲＩＥ法を用いてエッチング加工して多結晶シリコン膜３０１を形成する（図３７）。この際、下地のキャパシタ酸化膜２００と選択比の高いエッチング条件を用いることで選択的にキャパシタ電極材料である多結晶シリコン膜のみエッチング加工が行える。

続いて、レジストマスクＲ２を剥離し、その後新たにフォトリソグラフィ技術により、パターニングされたフォトレジストパターンＲ３を半導体基板１０１の凸部上に開口すべく形成し（図３７）、レジストマスクＲ３をマスクに用いて多結晶シリコン膜３０１、キャパシタ酸化膜２００および半導体基板１０１の凸部を順次エッチングし、凹部６を備えた半導体基板１０２を形成する（図３８）。この時、上記溝部７に対する凹部６の深さは、浅くても深くてもよく（図１０、１１参照）、図３８のように同等の深さでもよく、以下の製造方法も同様である。

続いて、各凹部６に物質検出材料を配置すべく、例えば直径４〜６ｎｍ程度のレセプター蛋白質４００を半導体基板１０２の表面全面に例えば滴下やスプレー等の方法により塗りつける（図３９）。その後、半導体基板１０２を例えば回転や水平往復動等させることで上部のレセプター蛋白質４００を落として多結晶シリコン膜３０２の上部を露出させ（図４０）、被測定物質を通過せしめ、かつ、レセプター蛋白質４００を凹部６に閉じ込める役割を果たす被覆膜として例えばセルロース膜５００をラミネート膜としてラッピングもしくはＰＶＤ法などで成膜し、セルロース膜５００の一部が凹部の開口部に埋設されるようにして多結晶シリコン膜３０２の上部に密着させる（図４１）。その後、上記多結晶シリコン膜３０２の上部に密着しかつ凹部６の開口部に一部が埋設された部分のセルロース膜５００を残存させるべく、例えばレーザー照射などによりセルロース膜５００をパターニングして、セルロース膜５０１を形成する（図４２）。その後、溝部７に残存したレセプター蛋白質４００を洗浄除去し、凹部６のみにレセプター蛋白質４００を配置させる（図４３）。これにより多結晶シリコン膜３０２が例えば化学反応物質の電位変化を検値する電極となる電位センサが製造される。

（実施の形態１１の電位センサの製造方法）
図４４から図５２は上記実施の形態１１（図１４）の構造の電位センサの製造工程（一部）を説明する断面図である。
この場合、キャパシタ電極（電極）の材料となるリンが不純物としてドープされた多結晶シリコン膜３００を堆積させるところまでは実施の形態１３（図３１〜３５）と同様で、フォトレジストパターンＲ２を除去した後、図４４に示すように、キャパシタ電極を定義するフォトレジストパターンＲ４をフォトリソグラフィ技術により形成する。この際、多結晶シリコン膜３００の上端部の一部を露出させてパターニングする。次いで、フォトレジストパターンＲ４をマスクに用いて多結晶シリコン膜３００を例えばＲＩＥ法を用いてエッチング加工を行って多結晶シリコン膜３０１を形成する（図４５）。この際、下地のキャパシタ酸化膜２００と選択比の高いエッチング条件を用いることで選択的にキャパシタ電極材料である多結晶シリコン膜のみエッチング加工が行える。

続いて、レジストマスクＲ４を剥離した後、新たにフォトリソグラフィ技術により、パターニングされたフォトレジストパターンＲ３を半導体基板１０１の凸部上に開口すべく形成し（図４６）、レジストマスクＲ３をマスクに用いてキャパシタ酸化膜２００および半導体基板１０１の凸部１１を順次エッチングし、凹部６を備えた半導体基板１０２を形成する（図４７）。続いて、各凹部６に物質検出材料を配置すべく、例えば直径４〜６ｎｍ程度のレセプター蛋白質４００を半導体基板１０２全体に例えば滴下する（図４８）。その後、半導体基板１０２を例えば回転させることで、半導体基板１０２の凸部上端側もしくは多結晶シリコン膜３０１の上端面を露出させる（図４９）。

その後、被測定物質を通過せしめ、かつ、レセプター蛋白質４００を凹部６に閉じ込める役割を果たす被覆膜として例えばセルロース膜５００でラミネート膜をラッピングもしくはＰＶＤ法などで成膜し、少なくとも半導体基板１０２の上端（この場合、凸部上のキャパシタ酸化膜２０１）に密着させ、凹部６の開口部を封止する（図５０）。この時、セルロース膜５００は多結晶シリコン膜３０１の上端面に密着してもよい。

その後、図５１に示すように、半導体基板１０２の凸部上に密着して凹部開口部を封止した部分のセルロース膜５０１を残存させ、かつ、溝部を開口させるよう、セルロース膜５０１を例えばレーザー照射などによりパターニングする（図５１）。その後、溝部７に残存したレセプター蛋白質４００を洗浄除去し、凹部６のみにレセプター蛋白質４００を配置させる（図５２）。これにより多結晶シリコン膜３０１が例えば化学反応物質の電位変化を検値する電極となる電位センサが製造される。

（実施の形態１２の電位センサの製造方法）
図５３〜５５は上記実施の形態１２（図１５）の構造の電位センサの製造工程（一部）を説明する断面図である。
この場合、凹部６に物質検出材料を配置すべく、例えば直径４〜６ｎｍ程度のレセプター蛋白質４００を半導体基板１０２全体に例えば滴下し、半導体基板を例えば回転させることで半導体基板１０２の上端部もしくは多結晶シリコン膜３０２の上端部を露出させるところまでは実施の形態１３、１１（図３１〜３５、４４〜４９）と同様で、その後、例えばセルロース膜５００をラッピングもしくはＰＶＤ法などで凹部６の開口部に一部が埋設されるように形成する（図５３）。その後は、図５４に示すように、凹部６の開口部に埋設された部分のセルロース膜５０１のみ残存するように化学反応エッチングもしくはＲＩＥ等によるエッチバックを行うことで、凹部６の上端内面に密着したセルロース膜５００を残存させ、それ以外の部分のセルロース膜５０１を除去する。その後、溝部７に残存したレセプター蛋白質４００を洗浄除去し、凹部６のみにレセプター蛋白質４００を配置させる（図５５）。これにより多結晶シリコン膜３０１が例えば化学反応物質の電位変化を検値する電極となる電位センサが製造される。

（実施の形態３の電位センサの製造方法）
図５６および５７は上記実施の形態３（図６）の構造の電位センサの製造工程（一部）を説明する断面図である。
この場合、半導体基板１０１に複数の溝部７を形成するところまでは実施の形態１３（図３１〜３２）と同様で、その後、フォトレジストパターンを除去した半導体基板１０１上にシリコン酸化膜２２０を例えばＨＤＰ−ＣＶＤ（高密度プラズマ化学気相成長）法を用いて堆積する（図５６）。シリコン酸化膜２２０において、溝部７の底面（水平面）と側面および凸部１１上に成膜される膜厚はそれぞれ異なり、底面に対して側面および凸部１１上の膜厚は薄く成膜される。次に、希釈ＨＦ溶液等を用いて溝部７の側面および凸部１１上のシリコン酸化膜をウエットエッングにてエッチバックを行って、底面にのみ膜厚２００〜３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜２２１を埋め込み形成する。

その後は、熱酸化法により半導体基板１０１の凸部１１の表面に膜厚１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜を形成し、この薄いシリコン酸化膜と先に形成した厚いシリコン酸化膜２２１とで第１絶縁膜を構成する（図６参照）。次に、シリコン酸化膜上に電極として多結晶シリコン膜を形成し、フォトレジストパターンを半導体基板１０１の凸部１１上に開口すべく形成し（図４４参照）、凸部１１上の多結晶シリコン膜およびシリコン酸化膜を順じエッチングにより除去する。その後は、実施の形態１１等と同様に、半導体基板上へ物質検出材料を滴下し、半導体基板上に被覆膜を形成し、溝部を開口させるよう被覆膜をパターニングし、溝部から余分な物質検出材料を洗浄除去して、凹部内のみに物質検出材料を配置する。これにより多結晶シリコン膜３０１が例えば化学反応物質の電位変化を検値する電極となる電位センサが製造される。

（実施の形態６の電位センサの製造方法）
図５８〜６１は上記実施の形態６（図９）の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。
この場合、半導体基板１０１に複数の溝部７を形成するところまでは実施の形態１３（図３１〜３２）と同様で、その後、レジストマスクを剥離した後、半導体基板１０１上に熱酸化法によりシリコン酸化膜２３０を２０ｎｍ程度形成する（図５８）。その後、耐酸化膜としてＣＶＤ（化学気相成長）法により５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜８００を形成する（図５９）。

次に、ＲＩＥ法等によりシリコン窒化膜８００をエッチバックすることにより、凸部１１の側面にシリコン酸化膜２３０を介してシリコン窒化膜からなるサイドウォール８０１を形成する（図６０）。その後、熱酸化法によって、凸部上端側および溝部７の底面側のシリコン酸化膜２３０の露出部分２３０ａ、２３０ｂを２００ｎｍ程度に厚くする（図６１）。続いて、シリコン窒化膜からなるサイドウォール８０１を熱リン酸にて除去し、さらに、半導体基板１０１の凸部１１の側面にあるシリコン酸化膜を希釈ＨＦ溶液等を用いて除去する。その後は、図示省略するが、凸部１１の側面側部分に熱酸化法によりキャパシタ酸化膜２００を形成し、半導体基板１０１の表面及び凸部上端の酸化膜２３０ａ、２３０ｂとキャパシタ酸化膜２００とを連続的に一体化させ、キャパシタ電極となる多結晶シリコン膜を堆積し、例えば露光エッチバック法により所望の形状にフォトレジスト膜を形成し、例えばCDE(Chemical Dry Etching)等の等方性エッチングを行い、凸部上端の多結晶シリコン及びシリコン基板状の多結晶シリコンの選択的にエッチングする。半導体基板１０１の凸部１１に凹部６を形成し、凹部６に物質検出材料を収容し、凹部６の開口部を被覆膜にて封止する。これにより図９に示す構造の電位センサが製造される。

（実施の形態１４の電位センサの製造方法）
図６２〜６７は上記実施の形態１４（図１７）の構造の電位センサの製造工程（一部）を説明する断面図である。
この場合、実施の形態１３（図３１〜３４）と同様に半導体基板の表面に複数の溝部を形成し、半導体基板の表面にキャパシタ酸化膜２０１および多結晶シリコン膜３０１を形成する。その後、半導体基板の表面にシリコン酸化膜を例えばＨＤＰ−ＣＶＤ（高密度プラズマ化学気相成長）法を用いて堆積した後、図６２に示すように、ＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）等により半導体基板１０１の凸部１１上のキャパシタ酸化膜２０１が露出する程度に平坦化を行い、それによって溝部内にシリコン酸化膜からなる埋め込み絶縁膜２１０を形成する。

続いて、フォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジストパターンＲ３を半導体基板１０１の凸部１１上に開口すべく形成し、キャパシタ酸化膜２０１および半導体基板１０１の凸部１１を順次エッチングし、凹部６を形成する（図６３）。次に、図６４に示すように、半導体基板１０２の表面に例えば直径４〜６nm程度のレセプター蛋白質４００を滴下して、各凹部６内にレセプター蛋白質４００を収容する。このとき、溝部は埋め込み絶縁膜２１０にて埋め込まれているので、少ない滴下量でレセプター蛋白質４００を各凹部６に収容することができる。

その後、半導体基板を例えば回転させることで埋め込み絶縁膜２１０上のレセプター蛋白質４００を除去し（図６５）、半導体基板１０２上に例えばセルロース膜５００でラミネート膜をラッピングもしくはＰＶＤ法などで成膜して密着させる（図６６）。その後、上部電極端子を形成すべくフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジストパターン（図示せず）を用いて、セルロース膜５００および埋め込み絶縁膜２１０の一部を例えばＲＩＥ法等によりパターニング加工することで、多結晶シリコン３０１に達するコンタクト孔がセルロース膜５０１および埋め込み絶縁膜２１１に形成される（図６７）。これにより、図１７に示す構造の電位センサが製造される。なお、この後に、コンタクト孔に金属材料を埋め込んで上部電極端子（検出端子）を形成してもよい。

（実施の形態１６の電位センサの製造方法）
図６８〜７５は上記実施の形態１６（図１９）の構造の電位センサの製造工程（一部）を説明する断面図である。
この場合、レジストマスクＲ３をマスクに凹部６を備えた半導体基板１０２を形成するところまでは実施の形態１３、１１（図３１〜３４、４４〜４７）と同様であり、その後図６８に示すように、埋め込み絶縁膜として、例えばフォトレジスト膜７００（詳しくはポジ型有機レジスト材料膜）を半導体基板１０２上に表面が平らになるように塗布する。その後、レジスト膜７００の表面層を露光もしくは現像液などにより全体を水平にエッチバックを行い、半導体基板１０２の凸部１１の上端を露出させた後（図６９）、各凹部６のみをフォトリソグラフィー技術により部分露光し、露光された各凹部６内部のフォトレジスト膜７０２を除去する（図７０）。続いて、各凹部６に物質検出材料を配置すべく、例えば直径４〜６ｎｍ程度のレセプター蛋白質４００を半導体基板１０２全体に例えば滴下する（図７１）。その後、半導体基板を例えば回転させることで半導体基板１０２の凸部１１上端もしくは多結晶シリコン膜３０１の上端を露出させ（図７２）、例えばセルロース膜５００でラミネート膜をラッピングもしくはＰＶＤ法などで成膜する。この際、セルロース膜５００の一部が各凹部６に埋設され、半導体基板１０２の凸部１１および多結晶シリコン膜３０１の上端面に密着する（図７３）。

その後、図７４に示すように、上部電極端子を形成すべくフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジストパターンＲ５を用いて、フォトレジスト膜７０２上のセルロース膜５００を例えばＲＩＥ法等によりパターニング加工し、続いて、多結晶シリコン膜３０１上のフォトレジスト膜７０２とセルロース膜５０１上のレジストマスクＲ５を同時に例えばＲＩＥ法などによりエッチングする。これにより、コンタクト孔９を備えるフォトレジスト膜７０３が形成される（図７５）。フォトレジスト膜７０３を形成する際、セルロース膜５００と選択比のある条件を用いれば、凹部６に埋設された物質検出材料は保護される。あるいは、セルロース膜５００を透過する光源を用い、かつ、フォトレジストパターンＲ５ないしフォトレジスト膜７０２の材料に感光性材料を用いることで、セルロース膜５００に開口部を形成した後、再度現像液に浸すことで多結晶シリコン膜３０１上のフォトレジスト膜７０２を開口させても構わない。これにより多結晶シリコン膜３０１が例えば化学反応物質の電位変化を検値する電極となる電位センサが製造される。なお、この後に、コンタクト孔に金属材料を埋め込んで上部電極端子（検出端子）を形成してもよい。

（実施の形態１８の電位センサの製造方法）
図７６〜８７は上記実施の形態１８（図２３）の構造の電位センサの製造工程（一部）を説明する断面図である。
この場合、図７６に示すように、Ｐ型半導体基板１００上にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジストパターンＲ１１を形成し、該フォトレジストパターンＲ１１をマスクに用いて半導体基板１００を異方性エッチングとして例えばＲＩＥにより深さが例えば１μｍ程度の溝部７および凹部６を形成する（図７７）。この場合、凹部６の内面には後工程で酸化膜が形成されるため、酸化膜の厚みを考慮した幅寸法に凹部６を形成する。次に、得られた半導体基板１０１上のフォトレジストパターンＲ１１を剥離した後、例えば熱酸化法により、膜厚が１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜から成るキャパシタ酸化膜２００を、半導体基板１０１の凹部６および溝部７を有する表面に形成する（図７８）。

続いて、キャパシタ電極材料となるリンが不純物として１Ｅ１９〜１Ｅ２１/ｃｍ³程度ドープされた多結晶シリコン膜３００を例えばＣＶＤ法等で膜厚２００ｎｍ程度で、キャパシタ酸化膜２００上に堆積させる（図７９）。その後、キャパシタ電極を定義するフォトレジストパターンＲ４をフォトリソグラフィ技術により形成し（図８０）、フォトレジストパターンＲ４をマスクに用いて多結晶シリコン膜３００を例えばＣＤＥ法（ケミカルドライエッチング）とＲＩＥを組み合わせてエッチング加工し、キャパシタ電極となる多結晶シリコン膜３０１を形成する（図８１）。この際、下地のキャパシタ酸化膜２００と選択比の高いエッチング条件を用いることで、選択的にキャパシタ電極材料である多結晶シリコン膜のみエッチング加工を行うことができ、図８１に示すように、凹部６内および凸部１１の上端側の多結晶シリコン膜が除去される。

その後、フォトレジストパターンＲ４を剥離し（図８２）、各凹部６に物質検出材料を配置すべく、例えば直径４〜６ｎｍ程度のレセプター蛋白質４００を半導体基板１０１全体に例えば滴下し（図８３）、半導体基板１０１を回転等させることで半導体基板１０１の凸部上端側もしくは多結晶シリコン膜３０１の上端面を露出させる（図８４）。次いで、例えばセルロース膜５００でラミネート膜をラッピングもしくはＰＶＤ法などで成膜し（図８５）、その後、半導体基板１０１の凸部上端側および多結晶シリコン膜３０１の上端面に密着したセルロース膜５００を残存させるように例えばレーザー照射などにより選択的に除去し、物質検出材料を埋設する各凹部６の開口部をセルロース膜５０１にて封止する（図８６）。その後、溝部７に残存したレセプター蛋白質４００を洗浄除去し、各凹部６のみにレセプター蛋白質４００を配置させる（図８７）。これにより多結晶シリコン膜３０１が例えば化学反応物質の電位変化を検値する電極となる電位センサが製造される。

（実施の形態１９の電位センサの製造方法）
図８８〜９８は上記実施の形態１９（図２６）の構造の電位センサの製造工程（一部）を説明する断面図である。
この場合、図８８に示すように、Ｐ型半導体基板１００上にフォトリソグラフィ技術によりパターニングされたフォトレジストパターンＲ１２を形成し、該フォトレジストパターンＲ１２をマスクに用いて半導体基板１００を異方性エッチングとして例えばＲＩＥを行って、深さが例えば１μｍ程度の凹部６および溝部７を形成する（図８９）。この場合、凹部６の内面には後工程で酸化膜および導電膜が形成されるため、酸化膜および導電膜の厚みを考慮した幅寸法に凹部６を形成する。次に、得られた半導体基板１０１上のフォトレジストパターンＲ１１を剥離した後、例えば熱酸化法により、膜厚が１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜から成るキャパシタ酸化膜２００を形成する（図９０）。

続いて、図９１に示すように、キャパシタ電極材料となるリンが不純物として１Ｅ１９〜１Ｅ２１/ｃｍ³程度ドープされた多結晶シリコン膜３００を、例えばＣＶＤ法等により膜厚２００ｎｍ程度でキャパシタ酸化膜２００上に堆積させる。これにより、凹部６の内面にはキャパシタ酸化膜２００と多結晶シリコン膜３００の積層膜が形成されることとなる。その後、キャパシタ電極を定義するフォトレジストパターンＲ４をフォトリソグラフィ技術により形成し（図９２）、フォトレジストパターンＲ４をマスクに用いて多結晶シリコン膜３００の上部を例えばＲＩＥによりエッチングして、凹部の内面側に導電膜としての多結晶シリコン膜３０１と溝部の内面側に電極としての多結晶シリコン膜３０１を形成する（図９３）。この際、下地のキャパシタ酸化膜２００と選択比の高いエッチング条件を用いることで、選択的にキャパシタ電極材料である多結晶シリコン膜のみエッチング加工を行うことができる。

その後、フォトレジストパターンＲ４を剥離し、各凹部６に物質検出材料を配置すべく、例えば直径４〜６ｎｍ程度のレセプター蛋白質４００を半導体基板１０１全体に例えば滴下し（図９４）、半導体基板１０１を例えば回転させることで半導体基板１０１の凸部上端側もしくは多結晶シリコン膜３０１の上端面を露出させる（図９５）。その後、各凹部に一部が埋設されるように、半導体基板１０１上に例えばセルロース膜５００をラッピングもしくはＰＶＤ法などで形成する（図９６）。続いて、各凹部６の周辺に密着した部分のセルロース膜５００を残存させるように例えばレーザー照射などにより選択的にパターニングする（図９７）。その後、溝部７に残存したレセプター蛋白質４００を洗浄除去し、各凹部６のみにレセプター蛋白質４００を配置させる（図９８）。これにより図２６に示した構造の電位センサが製造される。

以上、実施の形態３、６、１１、１２、１３、１４、１６、１８、１９の電位センサの製造方法を述べたが、これら以外の実施の形態の電位センサも、上述の製造方法のいくつかを種々組み合わせて実施することができる。

（他の実施の形態）
１．上記実施の形態では、既存の容量測定器を用いて電位変化量を測定するように構成した場合を例示したが、電位センサデバイスと同一チップ内に容量測定回路を備えてもよく、さらに表示部もしくは測定値を記憶するメモリ部を一体化していても構わない。この時、事前に取得していた被測定物質（例えばブドウ糖溶液）の濃度と物質検出材料（例えばレセプター蛋白質）の反応特性（電位変化量）である相関データを用いて読み取った電位変化量に対応した被測定物質の濃度を外部表示機器に表示すれば良い。
２．さらに、電位センサデバイス（センサチップ）毎の測定精度を高くするために、校正手段を設けてもよく、例えば基準濃度のサンプルにて測定値を読み取り、測定器の表示との差を補正すれば良い。補正情報は本発明の電位センサデバイスと同チップ内に収めるのが好ましく、例えばＲＯＭ（リードオンリーメモリ）やＦＬＡＳＨメモリ（不揮発性半導体）等の半導体デバイスに補正係数を書き込み、測定値が自動で補正されるのが好ましい。あるいはチップに補正情報を印字し、測定時に補正情報を入力した計算機でデータ処理時等の補正計算を行っても構わない。
３．上記実施の形態では、複数個の凹部を有する１つの電位センサにおいて、複数個の凹部（物質検出部）に対して１個の検出端子を設けた場合を例示したが、各凹部（物質検出部）にそれぞれ１個ずつ検出端子を設けてもよい。この場合、各凹部にはそれぞれ異なる物質検出材料を収容し、各凹部間で電極を分割し、各凹部に対応する電極にそれぞれ検出端子を接続する。
４．上記実施の形態では、半導体基板の溝部側面さらには凹部側面に絶縁膜を形成した場合を例示したが、この絶縁膜は省略しても電位センサとしての機能は確保される。
５．上記実施の形態では、半導体基板の表面に溝部を設けた場合を例示したが、溝部を省略することも可能である。この場合、凹部の基板平面に対して垂直方向の断面形状を蟻溝状とし、凹部開口部を除く半導体基板の表面に少なくとも電極を形成する。
６．上記実施の形態では、凹部内の物質検出材料を通過させずに被測定物質を通過させる被覆膜にて各凹部の開口部を封止する場合を例示したが、各凹部を封止する方法としては、例えばプラスチックフィルムを半導体基板の表面に剥離可能に貼り付け、使用時にこのフィルムを剥がして凹部を開口し、被測定物質を凹部内に滴下できるように構成してもよい。この場合、フィルムは剥離面に物質検出材料が付着しない素材が好ましい。また、フィルムの半導体基板表面への貼り付けは、半導体基板表面（凹部と溝部の間）に粘着剤を例えば塗りつけ、粘着剤によりフィルムを半導体基板表面に剥離可能に固定する方法が考えられる。あるいは、物質検出材料が凹部から容易に出ないものであれば、被覆膜を省略することも可能であり、プラスチック包装袋等にて包装しておけばよい。

本発明の電位センサは、ある特定の物質およびその量を検出するセンサとして用いることができ、例えば、ブドウ糖、グルコース、尿素、アミノ酸、その他例えば環境ホルモンのような化学物質等の物質およびその量を高精度に検出するためのバイオセンサとして好適である。

本発明の電位センサ（実施の形態Ａグループ）の被覆膜を除去した状態での平断面図であって、凹部が１列に配置された状態を示す。 本発明の電位センサ（実施の形態Ａグループ）の被覆膜を除去した状態での平断面図であって、凹部がマトリックス状に配置された状態を示す。 本発明の電位センサの実施の形態１を示す図１および２のＡ−Ａ線断面図である。 実施の形態１を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態２を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態３を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態４を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態５を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態６を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態７を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態８を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態９を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１０を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１１を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１２を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１３を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１４を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１５を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１６を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の電位センサ（実施の形態Ｂグループ）の被覆膜を除去した状態での平断面図であって、凹部が１列に配置された状態を示す。

本発明の電位センサ（実施の形態Ｂグループ）の被覆膜を除去した状態での平断面図であって、凹部がマトリックス状に配置された状態を示す。 実施の形態１７を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１８を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の電位センサ（実施の形態Ｃグループ）の被覆膜を除去した状態での平断面図であって、凹部が１列に配置された状態を示す。 本発明の電位センサ（実施の形態Ｃグループ）の被覆膜を除去した状態での平断面図であって、凹部がマトリックス状に配置された状態を示す。 実施の形態１９を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態２０を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態２１を示す図１および２のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態２２の電位センサデバイスを示す構成説明図である。 実施の形態２３の電位センサデバイスを示す構成説明図である。 実施の形態１３の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。 図３１の工程のつづきを示す断面図である。 図３２の工程のつづきを示す断面図である。 図３３の工程のつづきを示す断面図である。 図３４の工程のつづきを示す断面図である。 図３５の工程のつづきを示す断面図である。 図３６の工程のつづきを示す断面図である。 図３７の工程のつづきを示す断面図である。 図３８の工程のつづきを示す断面図である。 図３９の工程のつづきを示す断面図である。

図４０の工程のつづきを示す断面図である。 図４１の工程のつづきを示す断面図である。 図４２の工程のつづきを示す断面図である。 実施の形態１１の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。 図４４の工程のつづきを示す断面図である。 図４５の工程のつづきを示す断面図である。 図４６の工程のつづきを示す断面図である。 図４７の工程のつづきを示す断面図である。 図４８の工程のつづきを示す断面図である。 図４９の工程のつづきを示す断面図である。 図５０の工程のつづきを示す断面図である。 図５１の工程のつづきを示す断面図である。 実施の形態１２の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。 図５３の工程のつづきを示す断面図である。 図５４の工程のつづきを示す断面図である。 実施の形態３の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。 図５６の工程のつづきを示す断面図である。 実施の形態１４の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。 図５８の工程のつづきを示す断面図である。 図５９の工程のつづきを示す断面図である。

図６０の工程のつづきを示す断面図である。 図６１の工程のつづきを示す断面図である。 図６２の工程のつづきを示す断面図である。 図６３の工程のつづきを示す断面図である。 図６４の工程のつづきを示す断面図である。 図６５の工程のつづきを示す断面図である。 図６６の工程のつづきを示す断面図である。 実施の形態１６の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。 図６８の工程のつづきを示す断面図である。 図６９の工程のつづきを示す断面図である。 図７０の工程のつづきを示す断面図である。 図７１の工程のつづきを示す断面図である。 図７２の工程のつづきを示す断面図である。 図７３の工程のつづきを示す断面図である。 図７４の工程のつづきを示す断面図である。 実施の形態１８の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。 図７６の工程のつづきを示す断面図である。 図７７の工程のつづきを示す断面図である。 図７８の工程のつづきを示す断面図である。 図７９の工程のつづきを示す断面図である。

図８０の工程のつづきを示す断面図である。 図８１の工程のつづきを示す断面図である。 図８２の工程のつづきを示す断面図である。 図８３の工程のつづきを示す断面図である。 図８４の工程のつづきを示す断面図である。 図８５の工程のつづきを示す断面図である。 図８６の工程のつづきを示す断面図である。 実施の形態１９の構造の電位センサの製造工程を説明する断面図である。 図８８の工程のつづきを示す断面図である。 図８９の工程のつづきを示す断面図である。 図９０の工程のつづきを示す断面図である。 図９１の工程のつづきを示す断面図である。 図９２の工程のつづきを示す断面図である。 図９３の工程のつづきを示す断面図である。 図９４の工程のつづきを示す断面図である。 図９５の工程のつづきを示す断面図である。 図９６の工程のつづきを示す断面図である。 図９７の工程のつづきを示す断面図である。

符号の説明

1,100,101,102 半導体基板(シリコン基板)
2，201 シリコン酸化膜(第１絶縁膜)
3，301，302 キャパシタ電極（電極）
4,400 レセプター蛋白質（物質検出材料）
5,501 セルロース膜（被覆膜）
6 凹部
7 溝部
8,211,703 埋め込み絶縁膜（フォトレジスト膜）
9 コンタクト孔
11凸部
32 導電膜
800,801 シリコン窒化膜
R1，R2，R3，R4，R5，R11，R12 フォトレジストパターン

Claims (38)

1. 被測定物質と接触して化学反応を生じる物質検出材料と、この物質検出材料を収容する少なくとも１つの凹部を有する半導体基板と、この半導体基板に設けられた電極とを備え、前記電極が前記物質検出材料と被測定物質との化学反応による電位の変化を検出することを特徴とする電位センサ。
2. 物質検出材料を収容した凹部の開口部が、凹部内の物質検出材料を通過させずに被測定物質を通過させる被覆膜にて封止された請求項１に記載の電位センサ。
3. 凹部半導体基板に溝部を有し、前記溝部の凹部側の側面に少なくとも上記電極が形成された請求項１または２に記載の電位センサ。
4. 半導体基板溝部の側面と上記電極との間に第１絶縁膜が形成されている請求項３に記載の電位センサ。
5. 半導体基板の凹部に第２絶縁膜が形成されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の電位センサ。
6. 第１絶縁膜と第２絶縁膜が同一の材料で形成されている請求項５に記載の電位センサ。
7. 半導体基板の凹部内の第２絶縁膜上に導電膜が形成されている請求項５または６に記載の電位センサ。
8. 前記電極と前記導電膜が同一の材料で形成されている請求項７に記載の電位センサ。
9. 前記電極の膜厚が第１絶縁膜の膜厚よりも厚い請求項４〜８のいずれか１つに記載の電位センサ。
10. 第１絶縁膜が半導体基板の溝部の底面にも形成されると共に、電極が第１絶縁膜の底面部分上にも形成されており、第１絶縁膜における底面部分の膜厚が側面部分の膜厚より厚い請求項４〜９のいずれか１つに記載の電位センサ。
11. 第２絶縁膜が半導体基板の凹部の底面にも形成されると共に、導電膜が第２絶縁膜の底面部分上にも形成されており、第２絶縁膜における底面部分の膜厚が側面部分の膜厚より厚い請求項５〜１０のいずれか１つに記載の電位センサ。
12. 第１絶縁膜の上端部分が、凹部から溝部に渡って膨出状に形成された請求項４〜１１のいずれか１つに記載の電位センサ。
13. 半導体基板の凹部の深さが溝部の深さよりも深い請求項３〜１２のいずれか１つに記載の電位センサ。
14. 半導体基板の凹部の深さが溝部の深さよりも浅い請求項３〜１２のいずれか1つに記載の電位センサ。
15. 凹部の側面は、開口幅よりも奥部幅が小さくなる傾斜面である請求項１〜１４のいずれか１つに記載の電位センサ。
16. 凹部の側面と底面は連続した曲面である請求項１〜１４のいずれか１つに記載の電位センサ。
17. 溝部の側面と底面との間に傾斜面を有する請求項３〜１４のいずれか１つに記載の電位センサ。
18. 溝部の側面と底面との間に曲面を有する請求項３〜１４のいずれか１つに記載の電位センサ。
19. 半導体基板の溝部の側面に形成された電極の上端面の高さが、半導体基板における凹部と溝部の間の凸部上端面の高さよりも低い請求項３〜１８のいずれか1つに記載の電位センサ。
20. 被覆膜の一部が、凹部の開口部に埋設されている請求項１〜１９のいずれか1つに記載の電位センサ。
21. 溝部が埋め込み絶縁膜で埋め込まれている請求項３〜２０のいずれか１つに記載の電位センサ。
22. 埋め込み絶縁膜が無機物である請求項２１に記載の電位センサ。
23. 埋め込み絶縁膜が有機物である請求項２１に記載の電位センサ。
24. 凹部が複数個マトリックス状に配置されている請求項１〜２３のいずれか１つに記載の電位センサ。
25. 埋め込み絶縁膜の一部に形成されたコンタクト孔を介して電極と接続する検出端子を有する請求項２１〜２４のいずれか１つに記載の電位センサ。
26. 複数個の凹部にそれぞれ異なる物質検出材料が収容され、かつ、各凹部にそれぞれ対応した複数個の検出端子を有する請求項２５に記載の電位センサ。
27. 物質検出材料が生体物質である請求項１〜２６のいずれか１つに記載の電位センサ。
28. （ａ）半導体基板の表面に複数の溝部を形成する工程、
    （ｂ）少なくとも前記溝部の内面に絶縁膜を形成する工程、
    （ｃ）少なくとも溝部内の前記絶縁膜上に電極を形成する工程、
    （ｄ）前記半導体基板の溝部間に凹部を形成する工程、
    （ｅ）前記凹部内に、被測定物質と接触して化学反応を生じる物質検出材料を埋設する工程を含むことを特徴とする電位センサの製造方法。
29. 凹部内の物質検出材料を通過させずに被測定物質を通過させる被覆膜にて、物質検出材料が埋設された凹部の開口部を封止する工程（ｆ）を含む請求項２８に記載の電位センサの製造方法。
30. 工程（ｃ）が、溝部の開口部周辺の電極を除去する工程を含む請求項２８または２９に記載の電位センサの製造方法。
31. 溝部に埋め込み絶縁膜を埋設する工程（ｇ）を含む請求項２８〜３０のいずれか１つに記載の電位センサの製造方法。
32. 工程（ｂ）が、凹部の内面に絶縁膜を形成する工程を含む請求項２８〜３１のいずれか１つに記載の電位センサの製造方法。
33. 工程（ｃ）が、凹部内の絶縁膜上に電極を形成する工程を含む請求項３２に記載の電位センサの製造方法。
34. 工程（ｂ）が、溝部の側面および底部に、側面部分よりも底面部分の膜厚を厚くして絶縁膜を形成し、溝部の側面部分の絶縁膜を除去して底面部分の絶縁膜を残存させる工程を含む請求項２８〜３３のいずれか１つに記載の電位センサの製造方法。
35. 工程（ｂ）が、複数の溝部を有する半導体基板の表面に第１の酸化絶縁膜を形成し、前記第１の酸化膜上に窒化膜を形成し、前記窒化膜をエッチバックして溝部の側面に窒化膜のサイドウォールを形成し、第１の酸化絶縁膜の露出部分を熱酸化して、第１の酸化絶縁膜よりも膜厚の厚い第２の酸化絶縁膜を形成し、窒化膜を除去して、半導体基板における溝部間および溝部の底面に厚く側面に薄い絶縁膜を形成する工程を含む請求項２８〜３４のいずれか１つに記載の電位センサの製造方法。
36. 埋め込み絶縁膜の一部に電極に達するコンタクト孔を開口し、このコンタクト孔に導電性材料を埋設することにより電極と接続する検出端子を形成する工程（ｈ）を含む請求項３０〜３５のいずれか１つに記載の電位センサの製造方法。
37. 上記請求項１〜２７のいずれか１つに記載の電位センサを複数個備えたことを特徴とする電位センサデバイス。
38. 物質検出材料が電位センサ毎に異なる請求項３７に記載の電位センサデバイス。

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