JPS6111652A - 電界効果型半導体センサ - Google Patents
電界効果型半導体センサInfo
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- JPS6111652A JPS6111652A JP59133921A JP13392184A JPS6111652A JP S6111652 A JPS6111652 A JP S6111652A JP 59133921 A JP59133921 A JP 59133921A JP 13392184 A JP13392184 A JP 13392184A JP S6111652 A JPS6111652 A JP S6111652A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、化学的物質の濃度測定に用いる電界効果型半
導体センサに関する。
導体センサに関する。
従来からゲート絶縁型電界効果トランジスタ導体センサ
は提案されている。これらは、ＩｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖ
ｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
（ｌ５ＦＥＴ）まなはＣｈｅｍｉｃａｌ ＦＥＴ （
ＣＨＥＭＦＥＴ ）と呼ばれ、特公昭５４−２４３１７
などにこれ等に関する記載がある。 。
は提案されている。これらは、ＩｏｎＳｅｎｓｉｔｉｖ
ｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
（ｌ５ＦＥＴ）まなはＣｈｅｍｉｃａｌ ＦＥＴ （
ＣＨＥＭＦＥＴ ）と呼ばれ、特公昭５４−２４３１７
などにこれ等に関する記載がある。 。
第６図は、ｌ５ＦＢＴ のゲート部分を含む断面の基本
構成図である。例えばｐ−型のシリコン単結晶基板（１
）を用いた場合、表面にソース（２）とドレイン（３）
用のｎ＋型の拡散領域をチャンネル部（４）をはさんで
離間して形成され、この基板表面を ５ｉ０２などの絶
縁層（５）で被覆されている。さらにその上に耐雰囲気
性を向上させるために５ｉＢＮ４などの絶縁層（６）と
特定の化学的物質にのみ選択的に感応する層（７）を各
々１０００Ｘ程度の厚さで形成されである。
構成図である。例えばｐ−型のシリコン単結晶基板（１
）を用いた場合、表面にソース（２）とドレイン（３）
用のｎ＋型の拡散領域をチャンネル部（４）をはさんで
離間して形成され、この基板表面を ５ｉ０２などの絶
縁層（５）で被覆されている。さらにその上に耐雰囲気
性を向上させるために５ｉＢＮ４などの絶縁層（６）と
特定の化学的物質にのみ選択的に感応する層（７）を各
々１０００Ｘ程度の厚さで形成されである。
リード線は２つの絶縁層（５，６）と化学感応層（７）
に穴を空け、ソース・ドレイン拡散領域（２，３）に接
するように形成されているリード・コンタクト用金属層
（８ｅｘＡｌ）を通して取り出す。
に穴を空け、ソース・ドレイン拡散領域（２，３）に接
するように形成されているリード・コンタクト用金属層
（８ｅｘＡｌ）を通して取り出す。
このような電界効果型半導体センサは、微小化、多重化
可能、反応速度が速い等の利点と共に、ゲート部上の化
学感応層（７）を直接被測定雰囲気に触れさせるため、
センサの特性安定のために最も重要なゲート部構造の保
護が充分に行なえないという原理的な欠点を持っている
。
可能、反応速度が速い等の利点と共に、ゲート部上の化
学感応層（７）を直接被測定雰囲気に触れさせるため、
センサの特性安定のために最も重要なゲート部構造の保
護が充分に行なえないという原理的な欠点を持っている
。
この欠点を克服したセンサが特願昭５９−５９９４６号
において提案されている。第７図がその構造を示す平面
図、第８図から第１１図は、第７図の１点鎖線ａ−ａ’
、 ｂ−ｂ’ 、’ ｃ−ｃ’ 、 ｄ−ｄ’におけ
る断面図である。
において提案されている。第７図がその構造を示す平面
図、第８図から第１１図は、第７図の１点鎖線ａ−ａ’
、 ｂ−ｂ’ 、’ ｃ−ｃ’ 、 ｄ−ｄ’におけ
る断面図である。
このセンサの構成要素として、第６図に示す従来技術に
よる最も基本的なセンサと異なるのは、第１０図に特徴
的にあられれているようにゲート部における金属等の導
電性物質層（９）の存在と、それにともなう保護層（Ｉ
ｆｆ）の存在である。即ち、この部分は完全なゲート絶
縁型電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ ）となって
いる。これが導電性物質層（９）を介して化学感応層（
７）と電気的に接続されている。
よる最も基本的なセンサと異なるのは、第１０図に特徴
的にあられれているようにゲート部における金属等の導
電性物質層（９）の存在と、それにともなう保護層（Ｉ
ｆｆ）の存在である。即ち、この部分は完全なゲート絶
縁型電界効果トランジスタ（ＭＩＳＦＥＴ ）となって
いる。これが導電性物質層（９）を介して化学感応層（
７）と電気的に接続されている。
つまり、第７図に示す様にＭＩＳＦＥＴ構造はチップ上
の一方の端に集中的に形成し、化学感応層を他方の端に
形成すれば、平面的にゲート部分、換言するとゲート酸
化膜と化学感応部即ち化学感応層の位置関係を離すこと
が可能とな、す、延いてはゲート部構造の保護が容易と
なる。
の一方の端に集中的に形成し、化学感応層を他方の端に
形成すれば、平面的にゲート部分、換言するとゲート酸
化膜と化学感応部即ち化学感応層の位置関係を離すこと
が可能とな、す、延いてはゲート部構造の保護が容易と
なる。
ところが、このとき導電性物質層（９）は他の電気的に
安定に保たれている導電性物質層とは原理的に接続でき
・ず、全く遊離した状態になっている。
安定に保たれている導電性物質層とは原理的に接続でき
・ず、全く遊離した状態になっている。
このなめ、この導電性物質層（９）の電位は、外乱の影
響を受は易く、これがそのまま七ンサ自体ノ特性の不安
定さにつながっていた。
響を受は易く、これがそのまま七ンサ自体ノ特性の不安
定さにつながっていた。
本発明は、長時間にわたり安定な測定が行ｆｒ、え、か
つ特性が均一なものを大量に生産できる電界効果型半導
体センサを提案す゛ることを目的とする。
つ特性が均一なものを大量に生産できる電界効果型半導
体センサを提案す゛ることを目的とする。
本発明は、特願昭５９−５９９４６号において提案され
ているトランジスタのゲート部分と化学感応部を少なく
とも平面的もしくは空間的に連続な位置関係にない離れ
た位置に形成することによりゲート部分の保護を容易な
らしめた電界効果型半導より電位を変動させず、センサ
として安定に動作するように、この導電性物質層の大部
分、即ち主にその上に化学感応層が形成されている部分
を除いなところを絶縁層をはさんで、他の一定電位に保
たれた導電性物質層で覆われていることを特徴とする。
ているトランジスタのゲート部分と化学感応部を少なく
とも平面的もしくは空間的に連続な位置関係にない離れ
た位置に形成することによりゲート部分の保護を容易な
らしめた電界効果型半導より電位を変動させず、センサ
として安定に動作するように、この導電性物質層の大部
分、即ち主にその上に化学感応層が形成されている部分
を除いなところを絶縁層をはさんで、他の一定電位に保
たれた導電性物質層で覆われていることを特徴とする。
これは、一般には静電シールドと呼ばれる方法でゲート
酸化膜と化学感応層を接続する導電性物質層は他の導電
性物質層から遊離していて、電気的な外乱に対しては一
種のアンテナのような働きをするので、極論すれば、外
部の雑音をアンテナで検出して信号に混入させるような
構造となっているが、そのアンテナを一定電位に葆たれ
た導電性物質層でシールドすることにより外乱から完全
に隔離して雑音の混入を防いでいる。
酸化膜と化学感応層を接続する導電性物質層は他の導電
性物質層から遊離していて、電気的な外乱に対しては一
種のアンテナのような働きをするので、極論すれば、外
部の雑音をアンテナで検出して信号に混入させるような
構造となっているが、そのアンテナを一定電位に葆たれ
た導電性物質層でシールドすることにより外乱から完全
に隔離して雑音の混入を防いでいる。
以下、本発明を実施例の図面にもとすいて説明する。
本実施例では、シールド用の導電性物質層の電位は、ソ
ースと同電位に保っである。第１図は本実施例の電界効
果型半導体センサの構造を示す平面図、第２図から第５
図は第１図の１点鎖線ａ −ａ 、 ｂ−ｂ 、 ｃ−
ｃ 、 ｒｊ−ｄ’ における断面図である。
ースと同電位に保っである。第１図は本実施例の電界効
果型半導体センサの構造を示す平面図、第２図から第５
図は第１図の１点鎖線ａ −ａ 、 ｂ−ｂ 、 ｃ−
ｃ 、 ｒｊ−ｄ’ における断面図である。
本実施例のセンサチップの大きさは、 １．０ｍｍＸ
５．０ｎｕｎである。
５．０ｎｕｎである。
本実施例の電界効果型半導体センサと、特願昭５．９−
５９９４６号において提案されているセンサと構成要素
として異なるのは、前述しなシールド用の導電性物質層
αυの存在とそれにより保護層（１０゜１２）が少なく
とも２層は必要となつなことである。
５９９４６号において提案されているセンサと構成要素
として異なるのは、前述しなシールド用の導電性物質層
αυの存在とそれにより保護層（１０゜１２）が少なく
とも２層は必要となつなことである。
そして、その導電性物質層１１）は第４図に示されるよ
うに、ソース領域（２）とのリードコンタクト用金属層
（８）と接続され、ソース領域と同じく一定電位に保な
れる。
うに、ソース領域（２）とのリードコンタクト用金属層
（８）と接続され、ソース領域と同じく一定電位に保な
れる。
上記導電性物質層（９，１１） は共にＭまたはイオ
ン注入により導電性を持にせに多結晶シリコンが有力で
ある。この２層の導電性物質層（９，１１）と少なくと
も２層の保護層（１０，１２） を形成する技術は既
に半導体の高集積回路の製造で実用化されている多層配
線技術を用いればよい。実際、上記保護層（１０，１２
）の材質としてはプラズマＣＶＤなと低温のプロセスで
形成できるものが有力で、５ｉＢＮ４． ＡＪ１２０Ｂ
、 ＳｉＯｘＮｙ、 Ａ３０ｘＮｙ、 ＰＳＧ （Ｐｈ
ｏｓｐｈ。
ン注入により導電性を持にせに多結晶シリコンが有力で
ある。この２層の導電性物質層（９，１１）と少なくと
も２層の保護層（１０，１２） を形成する技術は既
に半導体の高集積回路の製造で実用化されている多層配
線技術を用いればよい。実際、上記保護層（１０，１２
）の材質としてはプラズマＣＶＤなと低温のプロセスで
形成できるものが有力で、５ｉＢＮ４． ＡＪ１２０Ｂ
、 ＳｉＯｘＮｙ、 Ａ３０ｘＮｙ、 ＰＳＧ （Ｐｈ
ｏｓｐｈ。
−５ｉｌｉｃａｔｅ Ｐ＋Ｏｓ −Ｓｉｎｇ）、 Ｐｂ
（ＬＡｈＯａ ・Ｓｉｎｇ（Ｌｅａｄ−Ａｌｕｍｉｎｏ
−８ｉｌｉｃａｔｅ ）、 ＰｂＯ−Ｂ２０ｇ−８ｉＯ
ａ（Ｌｅａｄ −Ｂｏｒｏ−８ｉｌ １ｃａｔｅ ）
、 ＰｂＯ・Ａ３２０ａ ・Ｂ２０１１ ・５ｉ０２
（Ｌｅａｄ −Ａｌｕｍｉｎｏ −Ｂｏｒｏ−８ｉｌｉ
ｃａｔｅ ） もしくはポリイミド系樹脂などの同一
材質による多層構造でもよいし、これらの任意の組合せ
による多層構造も考えられ、目的に適した材質を自由に
選べばよい。また、各々の膜厚は１μｍ程度が適当と思
われる。
（ＬＡｈＯａ ・Ｓｉｎｇ（Ｌｅａｄ−Ａｌｕｍｉｎｏ
−８ｉｌｉｃａｔｅ ）、 ＰｂＯ−Ｂ２０ｇ−８ｉＯ
ａ（Ｌｅａｄ −Ｂｏｒｏ−８ｉｌ １ｃａｔｅ ）
、 ＰｂＯ・Ａ３２０ａ ・Ｂ２０１１ ・５ｉ０２
（Ｌｅａｄ −Ａｌｕｍｉｎｏ −Ｂｏｒｏ−８ｉｌｉ
ｃａｔｅ ） もしくはポリイミド系樹脂などの同一
材質による多層構造でもよいし、これらの任意の組合せ
による多層構造も考えられ、目的に適した材質を自由に
選べばよい。また、各々の膜厚は１μｍ程度が適当と思
われる。
化学感応層（７）も簡単のために第２図では単層で示し
であるが、実際には膜と膜の密着性などの問題から化学
感応膜を最外層とした多層構造とすることも多い。
であるが、実際には膜と膜の密着性などの問題から化学
感応膜を最外層とした多層構造とすることも多い。
この感応膜の種類として考えられるものを〔〕内に示す
その測定対象物と共に列挙すると、５ｉＢＮ４ 、 Ａ
ｌ ｇｃ）ａ 、 Ｔａ２ｋｓ ＣＨ＋イオン〕、各種
ＮＡＳ（Ｎａ２０−Ａｌ ｇＯａ Ｓｉｎｇ合成）ガ
ラス〔Ｋ＋イオンＮａ＋イオン〕、パリノマイシン固定
膜〔Ｋ＋イオン〕、各種クラウンエーテル固定膜〔Ｋ＋
イオン。
その測定対象物と共に列挙すると、５ｉＢＮ４ 、 Ａ
ｌ ｇｃ）ａ 、 Ｔａ２ｋｓ ＣＨ＋イオン〕、各種
ＮＡＳ（Ｎａ２０−Ａｌ ｇＯａ Ｓｉｎｇ合成）ガ
ラス〔Ｋ＋イオンＮａ＋イオン〕、パリノマイシン固定
膜〔Ｋ＋イオン〕、各種クラウンエーテル固定膜〔Ｋ＋
イオン。
Ａｇ＋イオン、 ＴＩ＋イオンｅｔｃ）、ウレアーゼ固
定膜 抗体固定膜〔アルデミン〕、アセチルコリンエステラー
ゼ固定膜〔アセチルコリン〕などがある。
定膜 抗体固定膜〔アルデミン〕、アセチルコリンエステラー
ゼ固定膜〔アセチルコリン〕などがある。
本発明の最大の効果は、センサが電気的外乱に非常に強
くな、つなことで、例えばイオンなど電荷の移動が激し
い被測定雰囲気中など従来のセンサでは安定な測定が期
待できなかった場所での測定が可能となつに０そして、
本発明は導電性物質層を用いてゲート部構造と化学感応
部を分離したことによる効果 （ａ）安定性の向上 （ｂ）長寿命化 （Ｃ）各センサ間の特性のバラツキの減少の何れも損な
うことなく、特に（ａ）に関しては、さらに向上させて
いる。
くな、つなことで、例えばイオンなど電荷の移動が激し
い被測定雰囲気中など従来のセンサでは安定な測定が期
待できなかった場所での測定が可能となつに０そして、
本発明は導電性物質層を用いてゲート部構造と化学感応
部を分離したことによる効果 （ａ）安定性の向上 （ｂ）長寿命化 （Ｃ）各センサ間の特性のバラツキの減少の何れも損な
うことなく、特に（ａ）に関しては、さらに向上させて
いる。
一方、製造面から見ても化学感応部の形成はほとんどＭ
ＩＳＦＥＴ部の製造と切りはなして考えることができ、
かつ２層の導電性物質層も先に述べた様に多層配線と同
じ技術で製造できるので、一般のシリコンＩＣ製造ライ
ンでの大量生産も可能である。
ＩＳＦＥＴ部の製造と切りはなして考えることができ、
かつ２層の導電性物質層も先に述べた様に多層配線と同
じ技術で製造できるので、一般のシリコンＩＣ製造ライ
ンでの大量生産も可能である。
第１図は本発明の一実施例としての電界効果型半導体セ
ンサの構造を示す平面図である。第２図は第１図の１点
鎖線ａ−ａ’における断面図で、同じく第３図はｂ−ｂ
’における断面図、第４図はＣ−Ｃ’における断面図、
第５図はｄ−ｄ’における断面図である。 第６図は従来技術のシリコン単結晶基板を用いた電界効
果型半導体センサのゲート部分を含む断面の基本構成を
示す図である。 第７図は従来技術により化学感応用絶縁層とゲート部の
平面的位置関係を離した電界効果型半導体センサの構造
を示す平面図である。第８図は第７図の１点鎖線ａ−ａ
’における断面図で、同じく第９図はｂ−ｂ’における
断面図、第１０図はｃ −ｃ’における断面図、第１１
図はｄ−ｄ’おける断面図である。 ■、 シリコン単結晶基板（ｐ−型） ２、 ソース拡散領域 （ｎ＋型） ３． ドレイン拡散領域 （ｎ＋型）屯 チャンネル
部 ５、絶縁Ｎ（その１． ８１０２ ） ６、絶縁層（そのｆ３．’５ｉＢＮ４ ）７． 化学感
応層 ８、 リードコンタクト用金属層（Ａ１）９、 金属等
の導電性物質層 １０、 保護層（そのｌ） １１、 シールド用導電性物質層 １２゜ 保護層（その２） 代理人 弁理士 上 代 哲 司 箒１図
ンサの構造を示す平面図である。第２図は第１図の１点
鎖線ａ−ａ’における断面図で、同じく第３図はｂ−ｂ
’における断面図、第４図はＣ−Ｃ’における断面図、
第５図はｄ−ｄ’における断面図である。 第６図は従来技術のシリコン単結晶基板を用いた電界効
果型半導体センサのゲート部分を含む断面の基本構成を
示す図である。 第７図は従来技術により化学感応用絶縁層とゲート部の
平面的位置関係を離した電界効果型半導体センサの構造
を示す平面図である。第８図は第７図の１点鎖線ａ−ａ
’における断面図で、同じく第９図はｂ−ｂ’における
断面図、第１０図はｃ −ｃ’における断面図、第１１
図はｄ−ｄ’おける断面図である。 ■、 シリコン単結晶基板（ｐ−型） ２、 ソース拡散領域 （ｎ＋型） ３． ドレイン拡散領域 （ｎ＋型）屯 チャンネル
部 ５、絶縁Ｎ（その１． ８１０２ ） ６、絶縁層（そのｆ３．’５ｉＢＮ４ ）７． 化学感
応層 ８、 リードコンタクト用金属層（Ａ１）９、 金属等
の導電性物質層 １０、 保護層（そのｌ） １１、 シールド用導電性物質層 １２゜ 保護層（その２） 代理人 弁理士 上 代 哲 司 箒１図
Claims (2)
- （１）ゲート絶縁型電界効果トランジスタのゲート絶縁
膜上に金属などの導電性を持つた物質の層をゲート部分
は完全に覆い、かつゲート部以外の領域も充分に余裕を
持つて覆うように設け、この導電性層上に特定の被測定
物質にのみ選択的に感応する層を最上層とする多層構造
の膜をゲート部上に掛ることなく形成した電界効果型半
導体センサにおいて、上記導電性物質層が特定の被測定
物質にのみ選択的に感応する層が形成されている部分を
除き、その大部分を絶縁層をはさんで一定電位に保たれ
た他の導電性物質層で覆われていることを特徴とする電
界効果型半導体センサ。 - （２）上記ゲート絶縁型電界効果トランジスタを複数個
設け、かつ個々の感応層の組成を変化させ、複数個の物
質に対する選択特性を具えたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の電界効果型半導体センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59133921A JPS6111652A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | 電界効果型半導体センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59133921A JPS6111652A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | 電界効果型半導体センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6111652A true JPS6111652A (ja) | 1986-01-20 |
Family
ID=15116197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59133921A Pending JPS6111652A (ja) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | 電界効果型半導体センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6111652A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63131056A (ja) * | 1986-11-20 | 1988-06-03 | Terumo Corp | Ｆｅｔ電極 |
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| JP2007225644A (ja) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Epson Imaging Devices Corp | 電気光学装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器 |
-
1984
- 1984-06-27 JP JP59133921A patent/JPS6111652A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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