JPH09203721A - ｐＨセンサおよびそれを用いたワンチップｐＨセンサ - Google Patents
ｐＨセンサおよびそれを用いたワンチップｐＨセンサInfo
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- G—PHYSICS
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- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単に製造することができるとともに、電気
絶縁性が良好かつ安定で高性能なｐＨセンサおよびそれ
を用いたワンチップｐＨセンサを提供すること。 【解決手段】 ＩＳＦＥＴ１１を形成する基板として、
シリコン単結晶基板１上に酸化アルミニウム薄膜２をエ
ピタキシャル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜２上
にシリコン薄膜３をエピタキシャル成長させたシリコン
／酸化アルミニウム／シリコンからなる構造のエピタキ
シャル成長基板４を用いた。
絶縁性が良好かつ安定で高性能なｐＨセンサおよびそれ
を用いたワンチップｐＨセンサを提供すること。 【解決手段】 ＩＳＦＥＴ１１を形成する基板として、
シリコン単結晶基板１上に酸化アルミニウム薄膜２をエ
ピタキシャル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜２上
にシリコン薄膜３をエピタキシャル成長させたシリコン
／酸化アルミニウム／シリコンからなる構造のエピタキ
シャル成長基板４を用いた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ｐＨセンサおよ
びそれを用いたワンチップｐＨセンサに関する。
びそれを用いたワンチップｐＨセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ｐＨセンサの一つに、ＩＳＦＥＴ（電界
効果トランジスタ型イオンセンサ）があるが、従来のＩ
ＳＦＥＴにおいては、シリコン基板の上面にＩＳＦＥＴ
を形成した後、シリコン基板を切断してＩＳＦＥＴとし
ていた。
効果トランジスタ型イオンセンサ）があるが、従来のＩ
ＳＦＥＴにおいては、シリコン基板の上面にＩＳＦＥＴ
を形成した後、シリコン基板を切断してＩＳＦＥＴとし
ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＩＳＦＥＴにおいては、切断面のシリコンがむき出
しになるため、切断面を樹脂などによって封止して絶縁
をとる必要があるとともに、信頼性も低いものであっ
た。そして、その絶縁性を十分なものにしようとする
と、その製造工程が複雑になり、安価なｐＨセンサや、
これを用いたワンチップｐＨセンサを得ることは困難で
あった。
来のＩＳＦＥＴにおいては、切断面のシリコンがむき出
しになるため、切断面を樹脂などによって封止して絶縁
をとる必要があるとともに、信頼性も低いものであっ
た。そして、その絶縁性を十分なものにしようとする
と、その製造工程が複雑になり、安価なｐＨセンサや、
これを用いたワンチップｐＨセンサを得ることは困難で
あった。
【０００４】これに対して、シリコン・オン・サファイ
ア（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ、以下、
ＳＯＳという）基板の上面にＩＳＦＥＴを形成すれば、
上記問題点は回避できるが、ＳＯＳ基板は、通常のシリ
コン単結晶基板に比べて価格が数倍も高いといった欠点
がある。
ア（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ、以下、
ＳＯＳという）基板の上面にＩＳＦＥＴを形成すれば、
上記問題点は回避できるが、ＳＯＳ基板は、通常のシリ
コン単結晶基板に比べて価格が数倍も高いといった欠点
がある。
【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、簡単に製造することができるとともに、電気
絶縁性が良好かつ安定で高性能なｐＨセンサおよびそれ
を用いたワンチップｐＨセンサを提供することを目的と
している。
たもので、簡単に製造することができるとともに、電気
絶縁性が良好かつ安定で高性能なｐＨセンサおよびそれ
を用いたワンチップｐＨセンサを提供することを目的と
している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、ＩＳＦＥＴを形成する基板として、
シリコン単結晶基板上に酸化アルミニウム薄膜をエピタ
キシャル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜上にシリ
コン薄膜をエピタキシャル成長させたシリコン／酸化ア
ルミニウム／シリコンからなる構造のエピタキシャル成
長基板を用いている。
め、この発明では、ＩＳＦＥＴを形成する基板として、
シリコン単結晶基板上に酸化アルミニウム薄膜をエピタ
キシャル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜上にシリ
コン薄膜をエピタキシャル成長させたシリコン／酸化ア
ルミニウム／シリコンからなる構造のエピタキシャル成
長基板を用いている。
【０００７】
【発明の実施の形態】この発明のｐＨセンサは、シリコ
ン単結晶基板上に酸化アルミニウム薄膜をエピタキシャ
ル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜上にシリコン薄
膜をエピタキシャル成長させたシリコン／酸化アルミニ
ウム／シリコンからなる構造のエピタキシャル成長基板
〔Ｓｉ／γ−Ａｌ2 Ｏ3 ／Ｓｉ、以下、エピタキシャル
成長ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）基板という〕上にＩＳＦＥＴを形成している。
ン単結晶基板上に酸化アルミニウム薄膜をエピタキシャ
ル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜上にシリコン薄
膜をエピタキシャル成長させたシリコン／酸化アルミニ
ウム／シリコンからなる構造のエピタキシャル成長基板
〔Ｓｉ／γ−Ａｌ2 Ｏ3 ／Ｓｉ、以下、エピタキシャル
成長ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）基板という〕上にＩＳＦＥＴを形成している。
【０００８】そして、この発明のワンチップｐＨセンサ
は、前記エピタキシャル成長ＳＯＩ基板上にＩＳＦＥＴ
およびこのＩＳＦＥＴの信号処理を行うＩＣ回路部を形
成して構成される。
は、前記エピタキシャル成長ＳＯＩ基板上にＩＳＦＥＴ
およびこのＩＳＦＥＴの信号処理を行うＩＣ回路部を形
成して構成される。
【０００９】また、実際の使用に際しては、上記のよう
に構成したワンチップｐＨセンサをワンチップマイコン
と接続することもできる。
に構成したワンチップｐＨセンサをワンチップマイコン
と接続することもできる。
【００１０】
【実施例】実施例について、図面を参照しながら説明す
る。図１は、この発明のＩＳＦＥＴよりなるｐＨセンサ
の製造工程の一例を示すものである。
る。図１は、この発明のＩＳＦＥＴよりなるｐＨセンサ
の製造工程の一例を示すものである。
【００１１】例えば厚み５００μｍのシリコン単結晶基
板１を用意する〔図１（Ａ）参照〕。
板１を用意する〔図１（Ａ）参照〕。
【００１２】前記シリコン単結晶基板１の上面に、ＣＶ
Ｄ法によりγ−Ａｌ2 Ｏ3 をエピタキシャル成長させ、
酸化アルミニウム薄膜２を形成する〔図１（Ｂ）参
照〕。この酸化アルミニウム薄膜２の厚みは、０．１μ
ｍ程度である。
Ｄ法によりγ−Ａｌ2 Ｏ3 をエピタキシャル成長させ、
酸化アルミニウム薄膜２を形成する〔図１（Ｂ）参
照〕。この酸化アルミニウム薄膜２の厚みは、０．１μ
ｍ程度である。
【００１３】前記酸化アルミニウム薄膜２の上面に、Ｃ
ＶＤ法によりＳｉ単結晶をエピタキシャル成長させ、シ
リコン薄膜３を形成する〔図１（Ｃ）参照〕。このシリ
コン薄膜３の厚みは、１μｍ程度である。これによっ
て、シリコン単結晶基板１、酸化アルミニウム薄膜２お
よびシリコン薄膜３からなる構造のエピタキシャル成長
ＳＯＩ基板４が形成される。
ＶＤ法によりＳｉ単結晶をエピタキシャル成長させ、シ
リコン薄膜３を形成する〔図１（Ｃ）参照〕。このシリ
コン薄膜３の厚みは、１μｍ程度である。これによっ
て、シリコン単結晶基板１、酸化アルミニウム薄膜２お
よびシリコン薄膜３からなる構造のエピタキシャル成長
ＳＯＩ基板４が形成される。
【００１４】前記シリコン薄膜３の上面に熱酸化の手法
により、酸化膜（ＳｉＯ2 ）５を形成する〔図１（Ｄ）
参照〕。この酸化膜５の厚みは、０．５μｍ程度であ
る。
により、酸化膜（ＳｉＯ2 ）５を形成する〔図１（Ｄ）
参照〕。この酸化膜５の厚みは、０．５μｍ程度であ
る。
【００１５】適宜のマスクを施してエッチングを行っ
て、前記酸化膜５の一部を除去する〔図１（Ｅ）参
照〕。図１（Ｅ）において、符号６はエッチングによっ
て形成された穴である。
て、前記酸化膜５の一部を除去する〔図１（Ｅ）参
照〕。図１（Ｅ）において、符号６はエッチングによっ
て形成された穴である。
【００１６】前記穴６に対して不純物拡散を行って、露
出したシリコン薄膜３にソース７およびドレイン８を形
成する〔図１（Ｆ）参照〕。
出したシリコン薄膜３にソース７およびドレイン８を形
成する〔図１（Ｆ）参照〕。
【００１７】適宜のマスクを施してエッチングを行っ
て、前記ソース７とドレイン８との間の酸化膜５を除去
する〔図１（Ｇ）参照〕。
て、前記ソース７とドレイン８との間の酸化膜５を除去
する〔図１（Ｇ）参照〕。
【００１８】熱酸化を行って、シリコン薄膜３、ソース
７およびドレイン８の表面に酸化膜９を形成（ゲート酸
化）する〔図１（Ｈ）参照〕。この酸化膜９の厚みは、
０．１μｍ程度である。
７およびドレイン８の表面に酸化膜９を形成（ゲート酸
化）する〔図１（Ｈ）参照〕。この酸化膜９の厚みは、
０．１μｍ程度である。
【００１９】ＣＶＤ法によりＳｉ3 Ｎ4 薄膜を上面に堆
積させ、これをｐＨ応答膜１０とすることにより、ＩＳ
ＦＥＴ１１が形成され、エピタキシャル成長ＳＯＩ基板
４上にＩＳＦＥＴ１１を形成してなるｐＨセンサが得ら
れる〔図１（Ｉ）参照〕。
積させ、これをｐＨ応答膜１０とすることにより、ＩＳ
ＦＥＴ１１が形成され、エピタキシャル成長ＳＯＩ基板
４上にＩＳＦＥＴ１１を形成してなるｐＨセンサが得ら
れる〔図１（Ｉ）参照〕。
【００２０】上述のようにして製造されるｐＨセンサ１
１においては、シリコン単結晶基板１の上面にγ−Ａｌ
2 Ｏ3 をエピタキシャル成長させて酸化アルミニウム薄
膜２を形成し、さらに、この酸化アルミニウム薄膜２の
表面にＳｉ単結晶をエピタキシャル成長させたシリコン
薄膜３を形成してなる構造のエピタキシャル成長ＳＯＩ
基板４を半導体基板としているので、電気絶縁性が良好
かつ安定である。
１においては、シリコン単結晶基板１の上面にγ−Ａｌ
2 Ｏ3 をエピタキシャル成長させて酸化アルミニウム薄
膜２を形成し、さらに、この酸化アルミニウム薄膜２の
表面にＳｉ単結晶をエピタキシャル成長させたシリコン
薄膜３を形成してなる構造のエピタキシャル成長ＳＯＩ
基板４を半導体基板としているので、電気絶縁性が良好
かつ安定である。
【００２１】図２は、上記ＩＳＦＥＴ１１を、ＩＣ回路
とともに組み込んだワンチップｐＨセンサ１２の一例を
示す。この図において、１３は上述のようにして製作さ
れるＩＳＦＥＴ１１を含むセンサ部であり、１４はこの
センサ部１３からの信号を処理するＩＣ回路部である。
このＩＣ回路部１４は、ＩＳＦＥＴ１１と製造プロセス
上の整合性を有するＭＯＳ集積回路となるように形成さ
れる。そして、１５は外部装置との接続部であるインタ
フェース部である。
とともに組み込んだワンチップｐＨセンサ１２の一例を
示す。この図において、１３は上述のようにして製作さ
れるＩＳＦＥＴ１１を含むセンサ部であり、１４はこの
センサ部１３からの信号を処理するＩＣ回路部である。
このＩＣ回路部１４は、ＩＳＦＥＴ１１と製造プロセス
上の整合性を有するＭＯＳ集積回路となるように形成さ
れる。そして、１５は外部装置との接続部であるインタ
フェース部である。
【００２２】上述したワンチップｐＨセンサ１２におい
ては、構造のエピタキシャル成長ＳＯＩ基板４上に、Ｉ
ＳＦＥＴ１１を含むセンサ部１３およびＩＣ回路部１４
を設けているので、絶縁を容易にとることができ、溶液
に接することが多い化学センサとして優れた構造とする
ことができる。
ては、構造のエピタキシャル成長ＳＯＩ基板４上に、Ｉ
ＳＦＥＴ１１を含むセンサ部１３およびＩＣ回路部１４
を設けているので、絶縁を容易にとることができ、溶液
に接することが多い化学センサとして優れた構造とする
ことができる。
【００２３】また、上述の実施例から理解されるよう
に、半導体プロセスでｐＨセンサ（ＩＳＦＥＴ）のみを
作製するのではなく、増幅回路を含む電子回路をも同時
に作製できるので、装置全体を安価に製造できるといっ
た利点がある。
に、半導体プロセスでｐＨセンサ（ＩＳＦＥＴ）のみを
作製するのではなく、増幅回路を含む電子回路をも同時
に作製できるので、装置全体を安価に製造できるといっ
た利点がある。
【００２４】なお、上記構造のワンチップｐＨセンサ１
２の適用分野としては、例えば水道水監視のメータに取
り付けたり、食品のｐＨを測定する装置に組み込むこと
が考えられる。
２の適用分野としては、例えば水道水監視のメータに取
り付けたり、食品のｐＨを測定する装置に組み込むこと
が考えられる。
【００２５】図３は、前記ワンチップｐＨセンサ１２の
使用状態を示す図で、この図において、１６はインタフ
ェース部１５に接続されるワンチップマイコン、１７は
表示部である。そして、センサ部１３は、前記ＩＳＦＥ
Ｔ１１のほか、例えばＡｇ／ＡｇＣｌよりなる比較電極
１９、ＩＳＦＥＴ１１の電気特性の温度補償ダイオード
１９、ｐＨ感度の温度補償用温度センサ２０などよりな
る。また、ＩＣ回路部１４は、アンプ部２１や判別回路
２２などよりなる。２３はｐＨが７より小さいときに発
光する赤色ランプ、２４はｐＨが７より大きいときに発
光する青色ランプである。
使用状態を示す図で、この図において、１６はインタフ
ェース部１５に接続されるワンチップマイコン、１７は
表示部である。そして、センサ部１３は、前記ＩＳＦＥ
Ｔ１１のほか、例えばＡｇ／ＡｇＣｌよりなる比較電極
１９、ＩＳＦＥＴ１１の電気特性の温度補償ダイオード
１９、ｐＨ感度の温度補償用温度センサ２０などよりな
る。また、ＩＣ回路部１４は、アンプ部２１や判別回路
２２などよりなる。２３はｐＨが７より小さいときに発
光する赤色ランプ、２４はｐＨが７より大きいときに発
光する青色ランプである。
【００２６】上述の実施例においては、センサ部１３と
ＩＣ回路部１４とを同一のエピタキシャル成長ＳＯＩ基
板４上に形成していたが、センサ部１３とＩＣ回路部１
４とを別々の基板上に設けるようにしてもよい。すなわ
ち、センサ部１３をエピタキシャル成長ＳＯＩ基板４上
に形成し、ＩＣ回路部１４を従来のシリコン基板上に設
けてもよい。
ＩＣ回路部１４とを同一のエピタキシャル成長ＳＯＩ基
板４上に形成していたが、センサ部１３とＩＣ回路部１
４とを別々の基板上に設けるようにしてもよい。すなわ
ち、センサ部１３をエピタキシャル成長ＳＯＩ基板４上
に形成し、ＩＣ回路部１４を従来のシリコン基板上に設
けてもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のｐＨセ
ンサは、シリコン単結晶基板上に酸化アルミニウム薄膜
をエピタキシャル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜
上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたシリコン
／酸化アルミニウム／シリコンからなる構造のエピタキ
シャル成長ＳＯＩ基板上にＩＳＦＥＴを形成しているの
で、電気絶縁性が良好かつ安定で高性能である。
ンサは、シリコン単結晶基板上に酸化アルミニウム薄膜
をエピタキシャル成長させ、この酸化アルミニウム薄膜
上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたシリコン
／酸化アルミニウム／シリコンからなる構造のエピタキ
シャル成長ＳＯＩ基板上にＩＳＦＥＴを形成しているの
で、電気絶縁性が良好かつ安定で高性能である。
【００２８】そして、この発明のワンチップｐＨセンサ
は、前記エピタキシャル成長基板上にＩＳＦＥＴおよび
このＩＳＦＥＴの信号処理を行うＩＣ回路部を形成して
いるので、電気絶縁性が良好かつ安定で高性能である。
は、前記エピタキシャル成長基板上にＩＳＦＥＴおよび
このＩＳＦＥＴの信号処理を行うＩＣ回路部を形成して
いるので、電気絶縁性が良好かつ安定で高性能である。
【００２９】また、この発明のワンチップｐＨセンサ
は、センサ部とＩＣ回路部とを分離自在とすることがで
き、その適用範囲が広い。
は、センサ部とＩＣ回路部とを分離自在とすることがで
き、その適用範囲が広い。
【図１】この発明のｐＨセンサの製造工程の一例を示す
図である。
図である。
【図２】この発明のワンチップｐＨセンサの概略的構成
を示す図である。
を示す図である。
【図３】前記ワンチップｐＨセンサの使用状態の一例を
示す概略構成図である。
示す概略構成図である。
１…シリコン単結晶基板、２…酸化アルミニウム薄膜、
３…シリコン薄膜、４…エピタキシャル成長ＳＯＩ基
板、１１…ＩＳＦＥＴ、１２…ワンチップｐＨセンサ、
１４…ＩＣ回路部、１６…ワンチップマイコン。
３…シリコン薄膜、４…エピタキシャル成長ＳＯＩ基
板、１１…ＩＳＦＥＴ、１２…ワンチップｐＨセンサ、
１４…ＩＣ回路部、１６…ワンチップマイコン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 聡 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内 (72)発明者 田邉 裕貴 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン単結晶基板上に酸化アルミニウ
ム薄膜をエピタキシャル成長させ、この酸化アルミニウ
ム薄膜上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたシ
リコン／酸化アルミニウム／シリコンからなる構造のエ
ピタキシャル成長基板上にＩＳＦＥＴを形成したことを
特徴とするｐＨセンサ。 - 【請求項２】 シリコン単結晶基板上に酸化アルミニウ
ム薄膜をエピタキシャル成長させ、この酸化アルミニウ
ム薄膜上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたシ
リコン／酸化アルミニウム／シリコンからなる構造のエ
ピタキシャル成長基板上にＩＳＦＥＴおよびこのＩＳＦ
ＥＴの信号処理を行うＩＣ回路部を形成したことを特徴
とするワンチップｐＨセンサ。 - 【請求項３】 ワンチップマイコンと接続するようにし
た請求項２に記載のワンチップｐＨセンサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8289370A JPH09203721A (ja) | 1995-11-24 | 1996-10-11 | ｐＨセンサおよびそれを用いたワンチップｐＨセンサ |
| US08/752,580 US5814280A (en) | 1995-11-24 | 1996-11-21 | Semiconductor PH sensor and circuit and method of making same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32983695 | 1995-11-24 | ||
| JP7-329836 | 1995-11-24 | ||
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