JPH059741B2 - - Google Patents
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- JPH059741B2 JPH059741B2 JP62273246A JP27324687A JPH059741B2 JP H059741 B2 JPH059741 B2 JP H059741B2 JP 62273246 A JP62273246 A JP 62273246A JP 27324687 A JP27324687 A JP 27324687A JP H059741 B2 JPH059741 B2 JP H059741B2
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は半導体イオンセンサに関し、特に半導
体の電界効果を利用するイオン感応性電界効果ト
ランジスタを用いた半導体イオンセンサの構造に
関する。
体の電界効果を利用するイオン感応性電界効果ト
ランジスタを用いた半導体イオンセンサの構造に
関する。
［従来の技術］
従来、溶液中のイオン濃度を測定する半導体装
置にイオン感応性電界効果トランジスタ（Ion
Sensitive Field Effect Transistor、以後
ISFETと略称する）がある。これは電界効果ト
ランジスタの一種で、たとえばシリコンを半導体
として用いた場合、該シリコンの表面が酸化シリ
コン（SiO2）、窒化シリコン（Si3N4）、アルミナ
（Al2O3）、酸化タンタル（Ta2O5）などの絶縁膜
あるいはそれらの組合わせからなるイオン感応膜
で覆われた構造をもち、該ISEFTが溶液中に浸
された際、該溶液中のイオンによつて該ISEFT
のイオン感応膜表面の電位が変化するという現象
を利用している。
置にイオン感応性電界効果トランジスタ（Ion
Sensitive Field Effect Transistor、以後
ISFETと略称する）がある。これは電界効果ト
ランジスタの一種で、たとえばシリコンを半導体
として用いた場合、該シリコンの表面が酸化シリ
コン（SiO2）、窒化シリコン（Si3N4）、アルミナ
（Al2O3）、酸化タンタル（Ta2O5）などの絶縁膜
あるいはそれらの組合わせからなるイオン感応膜
で覆われた構造をもち、該ISEFTが溶液中に浸
された際、該溶液中のイオンによつて該ISEFT
のイオン感応膜表面の電位が変化するという現象
を利用している。
このようなISFETは、イオン選択性電極を用
いたイオンセンサに比べ、(1)トランジスタの集積
化技術を用いて製作されているので、超微小電極
を容易に大量生産でき、(2)イオン感応膜が完全な
絶縁膜でも使用でき、(3)種々の可能膜と組合わせ
ることにより、センサの多機能化が可能で、(4)出
力インピーダンスが低く、(5)信号処理回路などの
周辺電気回路が一体化できるなどの利点を有して
いる。
いたイオンセンサに比べ、(1)トランジスタの集積
化技術を用いて製作されているので、超微小電極
を容易に大量生産でき、(2)イオン感応膜が完全な
絶縁膜でも使用でき、(3)種々の可能膜と組合わせ
ることにより、センサの多機能化が可能で、(4)出
力インピーダンスが低く、(5)信号処理回路などの
周辺電気回路が一体化できるなどの利点を有して
いる。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしならが、微小なISFETを製作する場合、
ISFETを溶液から電気的に絶縁することが不可
欠であるが、従来報告された方法にはそれぞれ欠
点があつた。
ISFETを溶液から電気的に絶縁することが不可
欠であるが、従来報告された方法にはそれぞれ欠
点があつた。
すなわち、シリコンウエーハにエツチングで穴
をあけ、該ウエーハ内に針状構造のシリコンを設
けた後、熱酸化および化学的蒸着法（chemical
Vapor Deposition法、以下CVD法と略称する）
などにより絶縁膜を全面に形成する方法（松尾正
之、江刺正喜：応用物理、vol.49、No.６、p.586、
1980）は、製造工程が複雑でデバイスとしての歩
留りが悪いという欠点があつた。
をあけ、該ウエーハ内に針状構造のシリコンを設
けた後、熱酸化および化学的蒸着法（chemical
Vapor Deposition法、以下CVD法と略称する）
などにより絶縁膜を全面に形成する方法（松尾正
之、江刺正喜：応用物理、vol.49、No.６、p.586、
1980）は、製造工程が複雑でデバイスとしての歩
留りが悪いという欠点があつた。
また、シリコン・オン・サフアイア（Silicon
On Sapphire、以下SOSと略称する）基板を用
い、サフアイア上の島状シリコン層にISFETを
形成する構造（秋山竜雄他：分析、Vol.30、
p.754、1981）では、上記の欠点が解決され、通
常の集積回路技術を用いて製作できるが、SOSウ
エーハが高価であること、シリコン中の電子の移
動度が低いこと等の欠点があつた。
On Sapphire、以下SOSと略称する）基板を用
い、サフアイア上の島状シリコン層にISFETを
形成する構造（秋山竜雄他：分析、Vol.30、
p.754、1981）では、上記の欠点が解決され、通
常の集積回路技術を用いて製作できるが、SOSウ
エーハが高価であること、シリコン中の電子の移
動度が低いこと等の欠点があつた。
また、pn接合を用いてISFETを溶液から電気
的に絶縁する方法が報告されている（伊藤善孝：
第46回秋季応用物理学会講演予稿集、p.776、
1985）が、この場合、センサに光が照射されると
pn接合を電流が流れ、絶縁が不完全になるとい
う欠点があつた。
的に絶縁する方法が報告されている（伊藤善孝：
第46回秋季応用物理学会講演予稿集、p.776、
1985）が、この場合、センサに光が照射されると
pn接合を電流が流れ、絶縁が不完全になるとい
う欠点があつた。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去
せしめて、絶縁が完全で、かつ容易に製造できる
と共に、シリコン中の電子の移動度が低下せず、
さらにセンサの複合化が簡単に実現できる新規な
半導体イオンセンサを提供することにある。
せしめて、絶縁が完全で、かつ容易に製造できる
と共に、シリコン中の電子の移動度が低下せず、
さらにセンサの複合化が簡単に実現できる新規な
半導体イオンセンサを提供することにある。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、多結晶シリコン基板内に酸化シリコ
ン膜で包囲された単結晶シリコンが埋込まれてな
る誘電体分離型シリコン基板の前記単結晶シリコ
ン領域にイオン感応性電界効果トランジスタが設
けられ、かつ前記イオン感応性電界効果トランジ
スタのソースおよびドレイン領域が絶縁膜で包囲
された多結晶シリコン電極を介して前記多結晶シ
リコン基板上を延長され、それぞれ金属電極と電
気的に結合されてなることを特徴とする半導体イ
オンセンサである。
ン膜で包囲された単結晶シリコンが埋込まれてな
る誘電体分離型シリコン基板の前記単結晶シリコ
ン領域にイオン感応性電界効果トランジスタが設
けられ、かつ前記イオン感応性電界効果トランジ
スタのソースおよびドレイン領域が絶縁膜で包囲
された多結晶シリコン電極を介して前記多結晶シ
リコン基板上を延長され、それぞれ金属電極と電
気的に結合されてなることを特徴とする半導体イ
オンセンサである。
［作用］
本発明によれば、ISFETが形成される単結晶
シリコン領域は、酸化シリコン膜および表面に形
成されたSi3N4、Al2O3やTa2O5などの絶縁体で
囲まれているため、溶液から完全に絶縁される。
また、単結晶シリコンの電子の移動度は通常のバ
ルクシリコンウエーハの場合と同等で、SOSウエ
ーハの場合問題となつた電子の移動度の低下は起
らない。さらに、ソース、ドレイン領域は絶縁膜
で覆われた多結晶シリコンを介して延長され、セ
ンサ部分から離れた金属電極と結合されるため、
複数のISFETを同一チツプ上に設けた場合でも、
それぞれの金属電極をセンサ領域から離すことが
でき電極部分の絶縁も容易である。
シリコン領域は、酸化シリコン膜および表面に形
成されたSi3N4、Al2O3やTa2O5などの絶縁体で
囲まれているため、溶液から完全に絶縁される。
また、単結晶シリコンの電子の移動度は通常のバ
ルクシリコンウエーハの場合と同等で、SOSウエ
ーハの場合問題となつた電子の移動度の低下は起
らない。さらに、ソース、ドレイン領域は絶縁膜
で覆われた多結晶シリコンを介して延長され、セ
ンサ部分から離れた金属電極と結合されるため、
複数のISFETを同一チツプ上に設けた場合でも、
それぞれの金属電極をセンサ領域から離すことが
でき電極部分の絶縁も容易である。
［実施例］
以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すｎチヤンネル
形の半導体イオンセンサの概略平面図で、二重破
線で囲まれた領域は、酸化シリコン膜で囲まれた
単結晶シリコンであり、その中にISFET１１が
形成される。ISFET１１のソース領域１２およ
びドレイン領域１３はそれぞれ絶縁体で覆われた
多結晶シリコン８を介して延長され、多結晶基板
上のセンサ部分から離れた位置にある金属電極９
と結合されている。
形の半導体イオンセンサの概略平面図で、二重破
線で囲まれた領域は、酸化シリコン膜で囲まれた
単結晶シリコンであり、その中にISFET１１が
形成される。ISFET１１のソース領域１２およ
びドレイン領域１３はそれぞれ絶縁体で覆われた
多結晶シリコン８を介して延長され、多結晶基板
上のセンサ部分から離れた位置にある金属電極９
と結合されている。
第２図ａ，ｂおよびｃは、それぞれ第１図のａ
−a′線、ｂ−b′線およびｃ−c′線における縦断面
図で、１は多結晶シリコン基板、２は酸化シリコ
ン、３はｐ形シリコン、４はn+形シリコン、５
はp+形シリコン、６は酸化シリコン、７は
Si3N4、Al2O3、Ta2O5などの絶縁性イオン感応
膜、８は多結晶シリコン、９は金属電極である。
−a′線、ｂ−b′線およびｃ−c′線における縦断面
図で、１は多結晶シリコン基板、２は酸化シリコ
ン、３はｐ形シリコン、４はn+形シリコン、５
はp+形シリコン、６は酸化シリコン、７は
Si3N4、Al2O3、Ta2O5などの絶縁性イオン感応
膜、８は多結晶シリコン、９は金属電極である。
図からわかるように、ISFET１１は多結晶シ
リコン基板１内に酸化シリコン２を介して埋込ま
れた単結晶シリコン領域に形成されていると共
に、表面は酸化シリコン６およびイオン感応膜７
に覆われた構造となつている。このため溶液との
電気的絶縁が完全で、かつ光の照射によるリーク
が起ることもない。
リコン基板１内に酸化シリコン２を介して埋込ま
れた単結晶シリコン領域に形成されていると共
に、表面は酸化シリコン６およびイオン感応膜７
に覆われた構造となつている。このため溶液との
電気的絶縁が完全で、かつ光の照射によるリーク
が起ることもない。
第３図は、本発明の他の実施例を示したもの
で、複数のISFET３１を同一チツプ上に集積し
た構造を示す概略平面図である。この場合にも、
各々のISFET３１は互いに電気的に絶縁され、
さらに金属電極３９もセンサ部分から離れた部分
に設けることができるので溶液からの絶縁が容易
である。また、各ISFET上には、同一の機能膜
を設けることもできるが、それぞれ別の機能膜、
たとえばナトリウムイオン感応膜、カリウムイオ
ン感応膜などのイオン感応膜、酵素固定化膜を設
けることにより、種々のセンサができ、その組合
わせにより多機能化したセンサを形成することも
可能である。
で、複数のISFET３１を同一チツプ上に集積し
た構造を示す概略平面図である。この場合にも、
各々のISFET３１は互いに電気的に絶縁され、
さらに金属電極３９もセンサ部分から離れた部分
に設けることができるので溶液からの絶縁が容易
である。また、各ISFET上には、同一の機能膜
を設けることもできるが、それぞれ別の機能膜、
たとえばナトリウムイオン感応膜、カリウムイオ
ン感応膜などのイオン感応膜、酵素固定化膜を設
けることにより、種々のセンサができ、その組合
わせにより多機能化したセンサを形成することも
可能である。
［発明の効果］
以上説明したように、本発明による半導体イオ
ンセンサは、ISFETが、多結晶シリコン基板内
に酸化シリコンを介して埋込まれた単結晶シリコ
ン領域に形成され、また絶縁性イオン感応膜に覆
われているため、溶液との電気的絶縁は完全であ
り、光の照射によるリークは起らない。また、電
子の移動度も通常の単結晶シリコンと同様に良好
なISFET特性が得られるという利点を有してい
る。さらに、複数のISFETを同一チツプ上に集
積化することが可能で、この場合にも各々の
ISFEBは互いに電気的に絶縁され、さらに、金
属電極もセンサ部分から離れた部分に設けること
ができ溶液からの絶縁が容易になるという利点を
持つ。
ンセンサは、ISFETが、多結晶シリコン基板内
に酸化シリコンを介して埋込まれた単結晶シリコ
ン領域に形成され、また絶縁性イオン感応膜に覆
われているため、溶液との電気的絶縁は完全であ
り、光の照射によるリークは起らない。また、電
子の移動度も通常の単結晶シリコンと同様に良好
なISFET特性が得られるという利点を有してい
る。さらに、複数のISFETを同一チツプ上に集
積化することが可能で、この場合にも各々の
ISFEBは互いに電気的に絶縁され、さらに、金
属電極もセンサ部分から離れた部分に設けること
ができ溶液からの絶縁が容易になるという利点を
持つ。
第１図は本発明の一実施例を示す概略平面図、
第２図ａ，ｂおよびｃはそれぞれ第１図のａ−
a′線、ｂ−b′線およびｃ−c′線における縦断面図、
第３図は本発明の他の一実施例を示す概略平面図
である。 １……多結晶シリコン基板、２，６……酸化シ
リコン、３……ｐ形シリコン、４……n+形シリ
コン、５……p+形シリコン、７……イオン感応
膜、８，３８……多結晶シリコン、９，３９……
金属電極、１１，３１……ISEFT、１２……ソ
ース領域、１３……ドレイン領域。
第２図ａ，ｂおよびｃはそれぞれ第１図のａ−
a′線、ｂ−b′線およびｃ−c′線における縦断面図、
第３図は本発明の他の一実施例を示す概略平面図
である。 １……多結晶シリコン基板、２，６……酸化シ
リコン、３……ｐ形シリコン、４……n+形シリ
コン、５……p+形シリコン、７……イオン感応
膜、８，３８……多結晶シリコン、９，３９……
金属電極、１１，３１……ISEFT、１２……ソ
ース領域、１３……ドレイン領域。
Claims (1)
- １ 多結晶シリコン基板内に酸化シリコン膜で包
囲された単結晶シリコンが埋込まれてなる誘導体
分離型シリコン基板の前記単結晶シリコン領域に
イオン感応性電界効果トランジスタが設けられ、
かつ前記イオン感応性電界効果トランジスタのソ
ースおよびドレイン領域が絶縁膜で包囲された多
結晶シリコン電極を介して前記多結晶シリコン基
板上を延長され、それぞれ金属電極と電気的に結
合されてなることを特徴とする半導体イオンセン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62273246A JPH01116442A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体イオンセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62273246A JPH01116442A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体イオンセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01116442A JPH01116442A (ja) | 1989-05-09 |
| JPH059741B2 true JPH059741B2 (ja) | 1993-02-05 |
Family
ID=17525160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62273246A Granted JPH01116442A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体イオンセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01116442A (ja) |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP62273246A patent/JPH01116442A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01116442A (ja) | 1989-05-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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