JPS60252253A - Fetセンサ - Google Patents
FetセンサInfo
- Publication number
- JPS60252253A JPS60252253A JP59108018A JP10801884A JPS60252253A JP S60252253 A JPS60252253 A JP S60252253A JP 59108018 A JP59108018 A JP 59108018A JP 10801884 A JP10801884 A JP 10801884A JP S60252253 A JPS60252253 A JP S60252253A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- channel
- insulating film
- source
- gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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
- G01N27/4145—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors
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- Pathology (AREA)
- 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、抗体、イオンなどの荷電微粒子を検出するの
に有効なFETセンサに関する。
に有効なFETセンサに関する。
FF:”rセンサはFET (電界効果I・ランジスタ
)のゲート電極を取除き、ゲート部絶縁膜に検出対象の
荷電微粒子がイ」着しやすいような加工を施してなる。
)のゲート電極を取除き、ゲート部絶縁膜に検出対象の
荷電微粒子がイ」着しやすいような加工を施してなる。
荷電微粒子がゲート部絶縁膜に付着すると周囲の電位が
変り、ソース、ドレインを結ぶチャネルを流れる電流が
変れば、該電流変化で荷電微粒子の存在、その量などを
検出することができる。FETセンサには温度検出用、
P H検出用各センザなどもある。蛋白質をゲーI一部
絶縁膜に付着させるには抗原抗体反応を利用する。即ち
該絶縁膜上に抗体を含む膜(固定化膜)を形成しておき
、力弓るセンサを血液中に挿入すると、ll11 ??
に中の抗原が固定化膜の抗体と結合(抗原抗体反応)し
、ゲート部絶縁膜に付着するごとになる。
変り、ソース、ドレインを結ぶチャネルを流れる電流が
変れば、該電流変化で荷電微粒子の存在、その量などを
検出することができる。FETセンサには温度検出用、
P H検出用各センザなどもある。蛋白質をゲーI一部
絶縁膜に付着させるには抗原抗体反応を利用する。即ち
該絶縁膜上に抗体を含む膜(固定化膜)を形成しておき
、力弓るセンサを血液中に挿入すると、ll11 ??
に中の抗原が固定化膜の抗体と結合(抗原抗体反応)し
、ゲート部絶縁膜に付着するごとになる。
FETFETセンサTのゲート電極を除去した構造をし
ているが、こ\で若干問題がある。その1つは、FET
のチャネル長に比べて微粒子の1¥が小さいと、ソース
、トレイン間にチャネルが形成されないことがあるとい
う点である。第3図で説明すると、S、DはF IΣ′
rセンザセンース、トレイン、IFは半導体基板表面の
絶縁膜である。
ているが、こ\で若干問題がある。その1つは、FET
のチャネル長に比べて微粒子の1¥が小さいと、ソース
、トレイン間にチャネルが形成されないことがあるとい
う点である。第3図で説明すると、S、DはF IΣ′
rセンザセンース、トレイン、IFは半導体基板表面の
絶縁膜である。
ソース、ドレイン間の絶縁膜IF−にに荷電微粒子CP
が付着するとソース、ドレイン間の基板表面部にチャネ
ルCHができ、電流が流れるが、荷電微粒子CPがチャ
ネル長に比べて小さいとチャネルは−RI+にしかでき
ず、結局ソース・ドレイン間に電流は流れない。FET
センサではチャネル部に予め不純物を導入してチャネル
を形成しておくものが多いが、この場合は荷電粒子の径
が小さくてもチャネル電流が流れないことはないが、低
抵抗チャネルは一部にしか形成されないからチャネル電
流の変化が小さく、感度が低い。
が付着するとソース、ドレイン間の基板表面部にチャネ
ルCHができ、電流が流れるが、荷電微粒子CPがチャ
ネル長に比べて小さいとチャネルは−RI+にしかでき
ず、結局ソース・ドレイン間に電流は流れない。FET
センサではチャネル部に予め不純物を導入してチャネル
を形成しておくものが多いが、この場合は荷電粒子の径
が小さくてもチャネル電流が流れないことはないが、低
抵抗チャネルは一部にしか形成されないからチャネル電
流の変化が小さく、感度が低い。
またゲート部絶縁膜ばSiO2とS i 3 N 4の
2層構造になっているが共に1000人程度0薄いもの
であるので、配線などの加工を行なうべくプラズマエツ
チングを行なうと該絶縁膜が多少削られて予定の特性が
得られなかったり、或いは該絶縁膜が電荷を帯びてこれ
またFETセンサの特性を変えてしまったりする。
2層構造になっているが共に1000人程度0薄いもの
であるので、配線などの加工を行なうべくプラズマエツ
チングを行なうと該絶縁膜が多少削られて予定の特性が
得られなかったり、或いは該絶縁膜が電荷を帯びてこれ
またFETセンサの特性を変えてしまったりする。
本発明は、デー1一部の絶縁層にフローティングの金属
層を形成することにより上記問題を除去しようとするも
のである。
層を形成することにより上記問題を除去しようとするも
のである。
本発明は半導体基板にソース、l−レイン領域を形成し
、これらの間のゲート絶縁膜」二に抗体とか酵素の固定
化膜またはイオンセンシティブ膜を形成したFETセン
サにおいて、該固定化膜またはイオンセンシティブ膜と
ゲート絶縁膜との間に、ソース、ドレイン間のチャネル
部を覆うフローティングゲート電極を設置たことを特徴
とするものである。
、これらの間のゲート絶縁膜」二に抗体とか酵素の固定
化膜またはイオンセンシティブ膜を形成したFETセン
サにおいて、該固定化膜またはイオンセンシティブ膜と
ゲート絶縁膜との間に、ソース、ドレイン間のチャネル
部を覆うフローティングゲート電極を設置たことを特徴
とするものである。
本発明ではセンザ用FETの製造に際し、ゲート部絶縁
膜形成直後に、該絶縁股上に金属層を被着し、ついで該
金属層をパターニングしてデー1一部のみ残し、他は除
去する。このようにすると、その後の配線、絶縁層形成
などの各種工程に伴う影響をゲート部絶縁層が受けずに
済む。FETセンサでは抗体、酵素の固定化用膜、ある
いはイオンセンシティブな無機膜をゲート部に形成する
が、この直前に」二記金属層を薄くエツチングすると一
定の清浄度の金属表面を得ることができ、汚染金属層に
よる悪影響はない。しかも残された金属層はフローティ
ングゲート電極としてToらき、荷電微粒子がゲーi一
部に局部的に被着してもそれによる電位変化をチャネル
全体に及ぼすようにするので、検出感度の向上、均一化
が得られる。
膜形成直後に、該絶縁股上に金属層を被着し、ついで該
金属層をパターニングしてデー1一部のみ残し、他は除
去する。このようにすると、その後の配線、絶縁層形成
などの各種工程に伴う影響をゲート部絶縁層が受けずに
済む。FETセンサでは抗体、酵素の固定化用膜、ある
いはイオンセンシティブな無機膜をゲート部に形成する
が、この直前に」二記金属層を薄くエツチングすると一
定の清浄度の金属表面を得ることができ、汚染金属層に
よる悪影響はない。しかも残された金属層はフローティ
ングゲート電極としてToらき、荷電微粒子がゲーi一
部に局部的に被着してもそれによる電位変化をチャネル
全体に及ぼすようにするので、検出感度の向上、均一化
が得られる。
第1図および第2図は本発明に係るFETセンサを示し
、1はp型シリコン基板、2,3ばn型ソース、ドレイ
ン領域、4はn−型チャネル領域である。5は二酸化シ
リコンの絶縁層、6は窒化シリコンの絶縁層で、これら
がゲー1−1@I縁層を構成する。通常のFETのゲー
ト絶縁膜は二酸化シリコン層5のみであるが、FETセ
ンサは被検体例えば血液中にン畳したりするので二酸化
シリコン層のめでは絶縁不充分であり、このため緻密な
絶縁層である窒化シリコン層6で更に覆うようにする。
、1はp型シリコン基板、2,3ばn型ソース、ドレイ
ン領域、4はn−型チャネル領域である。5は二酸化シ
リコンの絶縁層、6は窒化シリコンの絶縁層で、これら
がゲー1−1@I縁層を構成する。通常のFETのゲー
ト絶縁膜は二酸化シリコン層5のみであるが、FETセ
ンサは被検体例えば血液中にン畳したりするので二酸化
シリコン層のめでは絶縁不充分であり、このため緻密な
絶縁層である窒化シリコン層6で更に覆うようにする。
7ば二酸化シリコンのフィールド絶縁層、8は前述のフ
ローティングゲート電極、9は抗体、酵素の固定化膜ま
たはイオンセンシティブ膜である。
ローティングゲート電極、9は抗体、酵素の固定化膜ま
たはイオンセンシティブ膜である。
ゲート電極8はソース、ドレイン間のチャネル領域4」
二の絶縁層5.6を覆うのみで、外部回路との接続用の
配線は施されていない。ソース、ドレイン領域2.3に
は該配線が施されるが、該領域の近傍は同じn1型の拡
散層で形成され、被検体に浸漬されない上部が金属配線
1.0.11により形成される。10a、11.aは金
属配線10.11とソース、ドレイン拡散層延長部2a
、3aとのコンタクト部を示す。FETセンサば一対設
けられ、一方は実際のセンサ、他方は荷電微粒子が付着
しない基準用として用いられる〈両者の出力の差をとれ
ばヘース゛分またはノイズが除去される)。
二の絶縁層5.6を覆うのみで、外部回路との接続用の
配線は施されていない。ソース、ドレイン領域2.3に
は該配線が施されるが、該領域の近傍は同じn1型の拡
散層で形成され、被検体に浸漬されない上部が金属配線
1.0.11により形成される。10a、11.aは金
属配線10.11とソース、ドレイン拡散層延長部2a
、3aとのコンタクト部を示す。FETセンサば一対設
けられ、一方は実際のセンサ、他方は荷電微粒子が付着
しない基準用として用いられる〈両者の出力の差をとれ
ばヘース゛分またはノイズが除去される)。
フローティングゲート電極付きFETセンサは製造工程
における前述の利点があると共に、チャネル長より小さ
い径を持つ荷電微粒子の検出もできるという利点がある
。即ち第3図でフローティングゲート電極8があると、
該電極8は荷電微粒子CPの電荷により定まる電位をと
り(電極8内の電位はどこも同じ)、該電極8はチャネ
ルCHの全長に亘っているから、荷電ig[粒子CPに
よる影響(41m度の変化)はチャネル全体に亘って現
われ、荷電微粒子の電荷に応じた変化をソースドレイン
電流(チャネル電流)に生じさせる。電極8がなげれば
、荷電微粒子CPの電荷しオチャネルCF(の4jm度
を局部的に変更するのみであり、該変更がない高抵抗部
分と該変更があった低抵抗部分との直列となるから、ソ
ースドレイン電流に目立った変化を与えない(該高抵抗
部分が絶縁状態なら電流は断のま−)。
における前述の利点があると共に、チャネル長より小さ
い径を持つ荷電微粒子の検出もできるという利点がある
。即ち第3図でフローティングゲート電極8があると、
該電極8は荷電微粒子CPの電荷により定まる電位をと
り(電極8内の電位はどこも同じ)、該電極8はチャネ
ルCHの全長に亘っているから、荷電ig[粒子CPに
よる影響(41m度の変化)はチャネル全体に亘って現
われ、荷電微粒子の電荷に応じた変化をソースドレイン
電流(チャネル電流)に生じさせる。電極8がなげれば
、荷電微粒子CPの電荷しオチャネルCF(の4jm度
を局部的に変更するのみであり、該変更がない高抵抗部
分と該変更があった低抵抗部分との直列となるから、ソ
ースドレイン電流に目立った変化を与えない(該高抵抗
部分が絶縁状態なら電流は断のま−)。
デー11部絶縁膜上に設けるフローティングゲート電極
の材*−1は導電体であればよいが、多結晶シリコン、
モリブデン、タングステン、アルミニウムなどの単体の
金属、あるいはモリブデン、タングステン、パラジウム
、白金などのシリケイトが従来のウェハプロセス技術を
踏襲している点から使い易い。
の材*−1は導電体であればよいが、多結晶シリコン、
モリブデン、タングステン、アルミニウムなどの単体の
金属、あるいはモリブデン、タングステン、パラジウム
、白金などのシリケイトが従来のウェハプロセス技術を
踏襲している点から使い易い。
イオンセンシティブなFETセンサとするにはイオンセ
ンシティブ膜を設けるが、これはフローティングゲート
電極7−にに設け、そして該イオンセンシティブ膜とし
ては窒化シリコン、酸化タンタル、酸化錫、アルミナ、
あるいはリンガラス、二酸化シリコンなどでよい。
ンシティブ膜を設けるが、これはフローティングゲート
電極7−にに設け、そして該イオンセンシティブ膜とし
ては窒化シリコン、酸化タンタル、酸化錫、アルミナ、
あるいはリンガラス、二酸化シリコンなどでよい。
バイオセンサ(免疫センサ又は酵素センサ)とするとき
は有機固定化膜を設けるが、該膜としてはl−リアセチ
ルセルロース/グルタルアルデヒド/トリアミン系のも
の、またはポリアミノシロキサン膜などを用い、これら
の固定化膜とフローティングゲート電極との間には酸化
金属層を設けてもよい。次に実施例を挙げる。
は有機固定化膜を設けるが、該膜としてはl−リアセチ
ルセルロース/グルタルアルデヒド/トリアミン系のも
の、またはポリアミノシロキサン膜などを用い、これら
の固定化膜とフローティングゲート電極との間には酸化
金属層を設けてもよい。次に実施例を挙げる。
例1:二酸化シリコン(SiO2)層を500人の厚み
に、また窒化シリコン(Si3Na)層を500人の厚
みに形成したp型シリコンウェハのソース、ゲー1−、
ドレイン部のみをレジストで覆い、他の部分の窒化シリ
コンをプラズマエツチングによりそして二酸化シリコン
をフン酸H−rF)系ウェットエツチングにより除去し
、ホウ素(B)イオンを40KeV、I X ] O”
’/cI?lでイオン注入し、p″−型ヂャネルストソ
バを形成した。レジスト除去後950 ’cのウェット
酸化により8000人の二酸化シリコン層(フィールド
絶縁層)を形成した。次に残っていた窒化シリコン層及
び二酸化シリコン層をエツチングにより除去し、100
0°Cでのドライ酸化により全面に二酸化シリコンを5
00人の厚みに形成した。次に多結晶シリコンをCVD
法などにより5000人形成し、レジスI・を用いてゲ
ー(・部を残して残りをエツチングし、除去した。レジ
ス]・除去後、ヒ素(As)イオンを120Keν、5
x l Q ” /caでイオン注入し、nl−型ソー
ス、ドレイン領域を形成した。そのあと1000°Cの
ウェット酸化により二酸化シリコン100OAを形成し
た。次いでゲート上の二酸化シリコン層を除去し、更に
コンタクトボール部の二酸化シリコン層をエツチングし
て除去した。全面にアルミニウム10000人を蒸着し
、電極のバターニングを行なったあと、ポリシリコン層
を軽′くドライエツチングし、さらに450 c、窒素
(N2)中で1時間熱処理した。
に、また窒化シリコン(Si3Na)層を500人の厚
みに形成したp型シリコンウェハのソース、ゲー1−、
ドレイン部のみをレジストで覆い、他の部分の窒化シリ
コンをプラズマエツチングによりそして二酸化シリコン
をフン酸H−rF)系ウェットエツチングにより除去し
、ホウ素(B)イオンを40KeV、I X ] O”
’/cI?lでイオン注入し、p″−型ヂャネルストソ
バを形成した。レジスト除去後950 ’cのウェット
酸化により8000人の二酸化シリコン層(フィールド
絶縁層)を形成した。次に残っていた窒化シリコン層及
び二酸化シリコン層をエツチングにより除去し、100
0°Cでのドライ酸化により全面に二酸化シリコンを5
00人の厚みに形成した。次に多結晶シリコンをCVD
法などにより5000人形成し、レジスI・を用いてゲ
ー(・部を残して残りをエツチングし、除去した。レジ
ス]・除去後、ヒ素(As)イオンを120Keν、5
x l Q ” /caでイオン注入し、nl−型ソー
ス、ドレイン領域を形成した。そのあと1000°Cの
ウェット酸化により二酸化シリコン100OAを形成し
た。次いでゲート上の二酸化シリコン層を除去し、更に
コンタクトボール部の二酸化シリコン層をエツチングし
て除去した。全面にアルミニウム10000人を蒸着し
、電極のバターニングを行なったあと、ポリシリコン層
を軽′くドライエツチングし、さらに450 c、窒素
(N2)中で1時間熱処理した。
例2:例1で(MたFET形成ウェハ上にCVDによっ
てリンガラス(P S G)を500人形成し、ボンデ
ィングバソド部のみウェットエツチングで除去し、湿度
検出用FETセンサを得た。
てリンガラス(P S G)を500人形成し、ボンデ
ィングバソド部のみウェットエツチングで除去し、湿度
検出用FETセンサを得た。
例3:例2と同様、例1のFET形成ウェハ上に酸化タ
ンタル層を500人形成し、l) H検出用FETセン
サを得た。
ンタル層を500人形成し、l) H検出用FETセン
サを得た。
例4:例2と同様、例IのFET形成ウェハ上にスピン
コ−1・及び加熱硬化によってポリアミノシロキサン膜
を1000人形成し、ゲート部以外をエツチングで除去
し、抗体酵素固定化膜を形成されたFETセンサを得た
。
コ−1・及び加熱硬化によってポリアミノシロキサン膜
を1000人形成し、ゲート部以外をエツチングで除去
し、抗体酵素固定化膜を形成されたFETセンサを得た
。
なお説明を省略したがウェハは処理完了後チップにスク
ライブされ、該チップがプリント板などの基板に俄イ」
りられ、配線等されてF E Tセンサになる。
ライブされ、該チップがプリント板などの基板に俄イ」
りられ、配線等されてF E Tセンサになる。
本発明によれば、フローティングゲ−1・電極が設けら
れるのでゲート絶縁膜が保護され、チャネルへの荷電微
粒子の影響が均一化され、微小、微M被検体の検出が可
能な、再現性のあるFETセンサが得られる。
れるのでゲート絶縁膜が保護され、チャネルへの荷電微
粒子の影響が均一化され、微小、微M被検体の検出が可
能な、再現性のあるFETセンサが得られる。
第1図および第2図は本発明に係るFETセンサを説明
する図で、第1図は概略断面図、第2図は同平面図であ
る。第3図は検出動作の説明図である。 図面で1は半導体基板、2.3はソースドレイン領域、
5はゲーI・絶縁膜、8は固定化膜またはイオンセンシ
ティブ映、7ばフローティングゲート電極である。 出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 1
する図で、第1図は概略断面図、第2図は同平面図であ
る。第3図は検出動作の説明図である。 図面で1は半導体基板、2.3はソースドレイン領域、
5はゲーI・絶縁膜、8は固定化膜またはイオンセンシ
ティブ映、7ばフローティングゲート電極である。 出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 青 柳 稔 1
Claims (1)
- 半導体基板にソース、1−レイン領域を形成し、これら
の間のデーl−絶縁股上に抗体もしくは酵素の固定化膜
またはイオンセンシティブ膜を形成したFETセンサに
おいて、該固定化膜またはイオンセンシティブ膜とゲー
ト絶縁膜との間に、ソース、ドレイン間のチャネル部を
覆うフローティングゲート電極を設けたことを特徴とす
るFETセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59108018A JPS60252253A (ja) | 1984-05-28 | 1984-05-28 | Fetセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59108018A JPS60252253A (ja) | 1984-05-28 | 1984-05-28 | Fetセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60252253A true JPS60252253A (ja) | 1985-12-12 |
Family
ID=14473890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59108018A Pending JPS60252253A (ja) | 1984-05-28 | 1984-05-28 | Fetセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60252253A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008130463A2 (en) * | 2007-02-06 | 2008-10-30 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Multiplexed nanoscale electrochemical sensors for multi-analyte detection |
US7550310B2 (en) | 1997-08-08 | 2009-06-23 | California Institute Of Technology | Techniques and systems for analyte detection |
JP2016526790A (ja) * | 2013-06-20 | 2016-09-05 | ストレイティオ, インコーポレイテッドStratio, Inc. | Cmos画像センサ用のゲート制御型電荷変調デバイス |
-
1984
- 1984-05-28 JP JP59108018A patent/JPS60252253A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7550310B2 (en) | 1997-08-08 | 2009-06-23 | California Institute Of Technology | Techniques and systems for analyte detection |
WO2008130463A2 (en) * | 2007-02-06 | 2008-10-30 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Multiplexed nanoscale electrochemical sensors for multi-analyte detection |
WO2008130463A3 (en) * | 2007-02-06 | 2009-03-12 | Univ Pennsylvania | Multiplexed nanoscale electrochemical sensors for multi-analyte detection |
US8877518B2 (en) | 2007-02-06 | 2014-11-04 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Multiplexed nanoscale electrochemical sensors for multi-analyte detection |
JP2016526790A (ja) * | 2013-06-20 | 2016-09-05 | ストレイティオ, インコーポレイテッドStratio, Inc. | Cmos画像センサ用のゲート制御型電荷変調デバイス |
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