專利名稱：傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及一種例如作為生物傳感器或pH傳感器等來使用的傳感器及其制造方 法，尤其涉及一種具有場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor，F(xiàn)ET)的傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，提出了在生物傳感器或pH傳感器等傳感器中采用了 FET的傳感器(參照 專利文獻1 3)。一般來說，在利用了 FET的傳感器中，源電極及漏電極通過形成在絕 緣膜上的通道進行電連接。通道上形成有被檢測物質(zhì)的反應(yīng)場。反應(yīng)場中設(shè)置著用于將 被檢測物質(zhì)固定的反應(yīng)膜。而且，通常，從反應(yīng)膜上由柵電極施加?xùn)艠O電壓，并測定此 時的源極_漏極電流，由此來測定提供給反應(yīng)場的被檢測物質(zhì)的濃度等。專利文獻專利文獻1 (日本)特開2004-85392號公報專利文獻2 (日本)特開2OO6-2Oll78號公報專利文獻3 (日本)特開2007-139762號公報然而，上述的傳感器中通道作為傳感部而起作用。因此，根據(jù)通道的形狀的不 同，源極-漏極電流相對于柵極電壓的變化量(也就是測定靈敏度)不同。因此，期望 能夠根據(jù)所要測定的被檢測物的種類等來自由地選擇通道的形狀。另一方面，反應(yīng)場的面積也會影響到被檢測物質(zhì)對FET基板施加的電位。因 此，根據(jù)反應(yīng)場的面積，測定靈敏度也不同。因而，也期望能夠根據(jù)所要測定的被檢測 物的種類等來自由地選擇反應(yīng)場的面積。另外，考慮到使用者的便利性、及傳感器的布 局等，期望反應(yīng)場的位置的選擇范圍較廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種減少通道的形狀、反應(yīng)場的面積及位置的限制而使測定靈敏度 及布局的自由度高的傳感器及其制造方法。本發(fā)明第一技術(shù)方案涉及一種傳感器，其包括硅基板，具有氧化硅膜；源電 極、漏電極及柵電極，配置在所述氧化硅膜上；通道，由多晶硅或者非晶硅構(gòu)成，配置 在所述氧化硅膜上，且與所述源電極及漏電極電連接；以及反應(yīng)場，配置在所述氧化硅 膜上。本發(fā)明第二技術(shù)方案涉及一種傳感器的制造方法，所述傳感器包含F(xiàn)ET，所述 FET具有半導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板的表面的氧化硅膜、及連接到所述氧化硅 膜的電極，而且所述氧化硅膜的一部分用作被檢測物的反應(yīng)場，所述傳感器的制造方法 包括下述步驟在硅基板上形成氧化硅膜；在所述氧化硅膜上形成多晶硅膜或者非晶硅 膜；在所述多晶硅膜或者非晶硅膜中摻雜雜質(zhì)；在摻雜了所述雜質(zhì)的所述多晶硅膜或者 非晶硅膜上形成源電極及漏電極；在所述氧化硅膜上形成柵電極；以及在所述氧化硅膜上形成反應(yīng)場。根據(jù)本發(fā)明，由于反應(yīng)場配置在與通道不同的氧化硅膜上，所以通道的形狀、 反應(yīng)場的面積及位置的限制減少，能夠提高測定靈敏度及布局的自由度。而且，由于通 道是由多晶硅或者非晶硅形成，所以能夠使用與制造TFT時相同的半導(dǎo)體制造步驟容易 地形成氧化硅膜、漏電極、源電極及通道，也能夠容易地選擇通道的寬度及氧化硅膜的 厚度。結(jié)果能夠 容易地改變測定靈敏度。


圖1是示意地表示本發(fā)明的實施方式1的傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是示意地表示所述實施方式1的傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖3是表示所述實施方式1的傳感器的通道的線路寬度與測定靈敏度之間的關(guān)系 的圖。圖4是表示所述實施方式1的傳感器的氧化硅膜的厚度與測定靈敏度之間的關(guān)系 的圖。圖5是所述實施方式1的傳感器的半導(dǎo)體制造步驟。圖6是示意地表示本發(fā)明的實施方式2的傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖7是示意地表示本發(fā)明的實施方式3的傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖8是示意地表示所述實施方式3的傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖9是表示所述實施方式3的傳感器的半導(dǎo)體制造步驟的圖。圖10是示意地表示本發(fā)明的實施方式4的傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖11是示意地表示本發(fā)明的實施方式5的傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖12是表示本發(fā)明的實施方式6的傳感器的半導(dǎo)體制造步驟的圖。符號說明10、40、70、80 傳感器11 硅基板12a、12b 氧化硅膜13、43:柵電極14:漏電極15:源電極16 通道20、50 反應(yīng)場21、51 障壁部30、60 被檢測物質(zhì)識別分子
具體實施例方式以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。(實施方式1)〔傳感器的結(jié)構(gòu)〕圖1是示意地表示本發(fā)明的實施方式1的傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是示意地表示所述傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。本實施方式是將本發(fā)明的傳感器應(yīng)用于生物傳感器 或pH傳感器等中的例子。如圖1及圖2所示，在傳感器10的硅基板11的兩個面上形成有作為絕緣膜的氧 化硅膜12a、12b。在形成了氧化硅膜12a的面上形成有柵電極13。柵電極13被施加參考 電壓Vref。 柵電極13、氧化硅膜12a及硅基板11形成金屬-絕緣體-半導(dǎo)體 (Metal-Insulator-Semiconductor, MIS)結(jié)構(gòu)。因此，柵極電壓并不是直接施加到硅基板
11上。柵電極13的材質(zhì)只要具有導(dǎo)電性，并不特別限制，例如是金、鉬、鈦、鋁等金屬 或?qū)щ娦运芰系燃纯?。另一方面，在形成了氧化硅?2b的面上形成有漏電極14及源電極15。漏電極 14與源電極15在氧化硅膜12b上，經(jīng)由通道16電連接。本實施方式中，通道16由多晶硅形成。由此，氧化硅膜12b、漏電極14、源 電 極15及通道16成為通常的薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)結(jié)構(gòu)，因此，能夠使 用與制造TFT時相同的半導(dǎo)體制造步驟容易地形成氧化硅膜12b、漏電極14、源電極15 及通道16。此外，通道16由多晶硅形成，所以與由碳納米管等形成通道16的情況相比，在 半導(dǎo)體制造步驟中，能夠容易地選擇通道16的線路寬度W。在漏電極14與源電極15之間，經(jīng)由外部配線而連接有電源Vds及電流表17。 由此，通過電源Vds向漏電極14與源電極15之間施加規(guī)定的電壓，并通過電流表17測 定流經(jīng)硅基板11的電流。漏電極14與源電極15之間的間隔并不特別限定，通常在0.5 IOym左右。為 了使由通道16進行的電極間的連接容易，也可使該間隔進一步縮短。源電極及漏電極的 形狀及大小并不特別限定，可根據(jù)目的而適當設(shè)定。此處，如圖2所示，在形成了氧化硅膜12a的面上形成有反應(yīng)場20。反應(yīng)場20 是指提供試樣溶液的區(qū)域。反應(yīng)場20與柵電極13優(yōu)選配置在氧化硅膜12a、12b中的同一面的氧化硅膜(圖 2中是氧化硅膜12a)上。此外，反應(yīng)場20與柵電極13優(yōu)選形成在同一氧化硅膜12a上 的盡可能近的位置。例如，可以在反應(yīng)場20的上側(cè)配置柵電極13，也可以在反應(yīng)場20 的周圍形成柵電極13。這樣，能夠增大相對于提供給反應(yīng)場20的被檢測物的濃度變化等 的、通道16中的電壓變化，因此能夠提高測定靈敏度。配置了反應(yīng)場20的區(qū)域的氧化硅膜12a的厚度，優(yōu)選比它周圍的氧化硅膜12a的 厚度更薄。即，反應(yīng)場20優(yōu)選位于凹部的內(nèi)部。由此，不僅能夠?qū)⒃嚇尤芤河行У叵?制在反應(yīng)場20內(nèi)，而且也能夠使從柵電極13向基板面方向泄漏的電力線(line of electric force)更有效地穿過反應(yīng)場20。而且，即使在氧化硅膜12a上設(shè)置包圍反應(yīng)場20的障 壁，也能夠有效地將試樣溶液限制在反應(yīng)場20內(nèi)。將傳感器10用作生物傳感器時，只要使抗體或酶、凝集素等蛋白質(zhì)、核酸、寡 糖或多糖、或者具有這些結(jié)構(gòu)的物質(zhì)即被檢測物質(zhì)識別分子21固定在反應(yīng)場20內(nèi)即可。 通過使被檢測物質(zhì)識別分子固定在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，能夠特別地檢測出特定的蛋白質(zhì)或化學(xué) 物質(zhì)等。另外，將傳感器10用作pH傳感器等時，無須將被檢測物質(zhì)識別分子21固定在反應(yīng)場20內(nèi)。圖3是表示通道的線路寬度與測定靈敏度之間的關(guān)系的圖，圖3表示由多晶硅形 成通道16時通道16的線路寬度W、與相對于柵極電壓的源極-漏極電流之間的關(guān)系。如 圖3所示，可知通道16的線路寬度W越寬，則源極-漏極電流相對于柵極電壓的變化 的變化量越大；也就是，使線路寬度W越寬，則越能夠提高測定靈敏度。而且，根據(jù)圖 3可知，從測定靈敏度方面考慮，通道16的線路寬度W優(yōu)選為50μιη 200μιη左右。另外，在半導(dǎo)體制造步驟中，也能夠通過選擇氧化硅膜12b的厚度來調(diào)整測定 靈敏度。圖4是表示氧化硅膜12b的厚度與測定靈敏度之間的關(guān)系的圖，圖4表示氧化硅 膜12b的厚度、與相對于柵極電壓的源極-漏極電流之間的關(guān)系。如圖4所示，可知 氧化硅膜12b越薄，則源極_漏極電流相對于柵極電壓的變化的變化量越大；也就是，使 氧化硅膜12b越薄，則越能夠提高測定靈敏度。此外，根據(jù)圖4可知，從測定靈敏度方 面考慮，氧化硅膜12b的厚度優(yōu)選為27nm IOOnm左右。

〔傳感器的制造方法〕以下，說明上述結(jié)構(gòu)的傳感器10的制造方法。圖5是表示傳感器10的半導(dǎo)體 制造步驟的圖。首先，如圖5A所示，在硅基板上利用熱氧化法形成氧化硅膜(SiO2)。接著，如圖5B所示，在氧化硅膜上的規(guī)定位置(通道16的位置)形成多晶硅 膜。此時，例如，首先在氧化硅膜上沉積非晶硅，且對該非晶硅照射激光束，從而形成 多晶硅即可。然后，如圖5C所示，向多晶硅膜中埋入雜質(zhì)，并利用熱處理使所述雜質(zhì)擴散， 從而形成NPN型的通道16。圖5C中作為一例表示了通過使多晶硅膜為NPN型而形成 通道16的情況，但也可以通過使多晶硅膜為PNP型而形成通道16。此外，也可以通過 使多晶硅膜為NiP型或者PiP型而形成通道16。使通道16為NPN型或者PNP型時，帶隙(biind gap)變大，所以與NiP型或PiP
型相比，漏電流較小。因此，在構(gòu)成要求減少待機狀態(tài)下的消耗電流的電路的情況下較 為有效。另一方面，與NPN型或PNP型相比，NiN型或PiP型的制造步驟數(shù)要少1 2 個步驟。因此，能夠降低成本，在構(gòu)成對減少待機狀態(tài)下的消耗電流的要求并不嚴格的 電路的情況下較為有效。這樣，可形成由多晶硅構(gòu)成的通道16。然后，如圖5D所示，形成覆蓋通道16的層間絕緣膜18。另外，圖2D中，為 了將圖簡化，省略層間絕緣膜18而進行表示。繼而，如圖5E所示，形成漏電極14及源電極15。另外，漏電極14及源電極 15通過接觸孔而電連接到通道16。接著，如圖2所示，進行經(jīng)由電流表17將漏電極14與源電極15加以連接的處 理(外部配線處理)。然后，如圖2所示，在氧化硅膜12a上形成柵電極13之后，形成 反應(yīng)場20。這樣，能夠使用與制造TFT時相同的半導(dǎo)體制造步驟容易地形成氧化硅膜12b、 漏電極14、源電極15及通道16。此外，使柵電極13及反應(yīng)場20形成在與通道16不同 的位置，因此，柵電極13及反應(yīng)場20的制造也變得容易，而且也能夠自由地選擇反應(yīng)場 20的面積等。
如圖1及圖2所示，傳感器10在硅基板11的兩面上形成有作為絕緣膜的氧化硅 膜 12a、 12b。在形成了氧化硅膜12a的面上 形成有柵電極13。柵電極13被施加參考 電壓Vref。 柵電極13、氧化硅膜12a及硅基板11形成金屬-絕緣體-半導(dǎo)體 (Metal-Insulator-Semiconductor, MIS)結(jié)構(gòu)。因此，柵極電壓并不是直接施加到硅基板
11上。柵電極13的材質(zhì)只要具有導(dǎo)電性，并不特別限定，例如是金、鉬、鈦、鋁等金屬 或?qū)щ娦运芰系燃纯?。另一方面，在形成了氧化硅?2b的面上形成有漏電極14及源電極15。漏電極 14與源電極15在氧化硅膜12b上，經(jīng)由通道16而電連接。如以上的詳細說明，根據(jù)本實施方式，傳感器10包括配置在氧化硅膜12a、 12b上的源電極15、漏電極14及柵電極13 ；配置在氧化硅膜12a、12b上且與源電極15 及漏電極14電連接的通道16;以及配置在氧化硅膜12a、12b上的反應(yīng)場20 ；而且，在 與通道16不同的氧化硅膜12a上形成反應(yīng)場20。通過該結(jié)構(gòu)，能夠分別獨立地選擇通 道16的形狀及反應(yīng)場20的面積。其結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)測定靈敏度及布局的自由度高的傳感 器10。此外，由多晶硅形成通道16，由此能夠使用與制造TFT時相同的半導(dǎo)體制造步 驟容易地形成氧化硅膜12b、漏電極14、源電極15及通道16。此外，與由碳納米管等形 成通道16的情況相比，在半導(dǎo)體制造步驟中，能夠容易且高精度地選擇通道16的線路寬 度W，所以能夠容易且高精度地選擇測定靈敏度。另外，本實施方式中，敘述了如圖5E所示那樣形成層間絕緣膜18并經(jīng)過接觸孔 而使漏電極14及源電極15電連接到通道16的情況，但也可省略層間絕緣膜18。此時， 例如，形成覆蓋通道16的P型區(qū)域的抗蝕層，使通過該抗蝕層而電性分離的漏電極14及 源電極15直接形成在氧化硅膜12b上即可。(實施方式2)圖6是示意地表示本發(fā)明的實施方式2的傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。對與圖2相 同的結(jié)構(gòu)部分，標注相同符號并省略重復(fù)部分的說明。實施方式1中說明了在形成了漏電極14、源電極15及通道16的氧化硅膜12b的 背面?zhèn)鹊难趸枘?2a上形成柵電極13及反應(yīng)場20的情況。實施方式2中說明在氧化 硅膜12b上形成柵電極13及反應(yīng)場20的例子。如圖6所示，傳感器30在與形成了漏電極14、源電極15及通道16的氧化硅膜 12b為同一氧化硅膜12b上，形成柵電極13及反應(yīng)場20。也可以省略圖6所示的傳感器 30的氧化硅膜12a。與圖6所示的結(jié)構(gòu)相比，圖2所示的結(jié)構(gòu)存在可降低作為傳感部的漏電極14、源 電極15及通道16因被檢測物(試樣溶液)的飛散而受損的可能性的情形。另外，實施方式1及2中，說明了由多晶硅形成通道16的情況，但通道16也可 以由非晶硅形成。此時，也能夠使用與制造TFT時相同的半導(dǎo)體制造步驟容易地形成氧 化硅膜12b、漏電極14、源電極15及通道16。上述實施方式1及2中，說明了反應(yīng)場配置在與通道不同的氧化硅膜上的傳感 器。上述實施方式1及2的傳感器中反應(yīng)場配置在與通道不同的氧化硅膜上，所以通道的形狀、反應(yīng)場的面積及位置的限制減少，能夠提高測定靈敏度及布局的自由度。然而，生物傳感器中，為了提高檢測精度，期望含有被檢測物質(zhì)的試樣溶液在 反應(yīng)場上的擴散面積為固定。即，如果能夠使該面積固定，則生物分子反應(yīng)的區(qū)域為固 定，所以施加到FET基板的電位為固定。其結(jié)果能夠使相對于濃度的校準曲線穩(wěn)定，并 提高生物傳感的精度。此外，如果能夠制造反應(yīng)場的面積為多種多樣的生物傳感器，則 使用者能夠從中選擇具有適合于實驗的反應(yīng)場面積的生物傳感器。實施方式3 5中，說明了能夠使試樣溶液在反應(yīng)場上的擴散面積固定的傳感 器的制造方法。此外，說明能夠較容易地自由選擇并形成反應(yīng)場的面積的傳感器制造方 法。(實施方式3)〔傳感器的結(jié)構(gòu)〕圖7是示意地表示本發(fā)明的實施方式3的傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖8是示意 地表示上述傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。對與圖2相同的結(jié)構(gòu)部分，標注相同符號并省略重 復(fù)部分的說明。如圖7及圖8所示，在傳感器40的硅基板11的兩面上形成有作為絕緣膜的氧化 硅膜 12a、12b。在與形成了氧化硅膜12a的面相向的位置形成有柵電極43。柵電極43被施加參 考電壓Vref。柵電極43、氧化硅膜12a及硅基板11形成金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)結(jié) 構(gòu)。因此，柵極電壓并不是直接施加到硅基板11。柵電極43的材質(zhì)只要具有導(dǎo)電性， 并不特別限定，例如是金、鉬、鈦、鋁等金屬或?qū)щ娦运芰系燃纯伞Ａ硪环矫?，在形成了氧化硅?2b的面上形成有漏電極14及源電極15。漏電極 14與源電極15在氧化硅膜12b上，經(jīng)由通道16而電連接。通道16是由例如多晶硅或碳 納米管形成。此外，在漏電極14與源電極15之間，經(jīng)由外部配線而連接有電源Vds及 電流表17。由此，通過電源Vds向漏電極14與源電極15之間施加規(guī)定的電壓，并通過 電流表17測定流經(jīng)硅基板11的電流。漏電極14與源電極15之間的間隔并不特別限定，通常在0.5 IOym左右。為 了使由通道16進行的電極間的連接容易，該間隔也可進一步縮短。源電極及漏電極的形 狀及大小并不特別限定，根據(jù)目的而適當設(shè)定即可。此處，如圖8所示，在形成了氧化硅膜12a的面上形成有與柵電極43相向的反 應(yīng)場(柵極氧化膜)50、及包圍反應(yīng)場50的障壁部51。反應(yīng)場50具有固定被檢測物質(zhì) 識別分子60的功能。本實施方式中，反應(yīng)場50及障壁部51都由氧化硅形成。作為被檢測物質(zhì)識別分子的例子，包括抗體或酶、凝集素等蛋白質(zhì)、核酸、寡 糖或者多糖、或者具有這些結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。將本發(fā)明的傳感器用作pH傳感器等時，無須將 被檢測物質(zhì)固定。 反應(yīng)場50的厚度設(shè)為200nm以下，實際上優(yōu)選1 200nm左右(例如IOOnm)。 障壁部51的厚度比反應(yīng)場50的厚度厚，且設(shè)為數(shù)千nm以下，實際上優(yōu)選200 IOOOnm 左右(例如600nm)。另外，反應(yīng)場50的上表面與障壁部51的上表面的差(即高度差) 優(yōu)選200 800nm左右(例如500nm)。而且實際上，反應(yīng)場50的面積為25mm2左右。另外，障壁部51優(yōu)選完全包圍反應(yīng)場50，但也可不完全包圍反應(yīng)場50?？傊?，只要以能夠限制從反應(yīng)場50的試樣溶液的流出程度進行包圍即可。這樣，本實施方式的傳感器40中形成了包圍反應(yīng)場50的障壁部51，由此在反應(yīng)場50內(nèi)載置了被檢測物質(zhì)或被檢測物質(zhì)識別分子時，這些物質(zhì)受到障壁部51的限制，從 而能夠防止這些物質(zhì)擴散到反應(yīng)場50的面積以外。S卩，可使試樣溶液在反應(yīng)場50上的 擴散面積固定?！采飩鞲衅鞯闹圃旆椒ā骋韵拢f明上述結(jié)構(gòu)的傳感器40的制造方法。圖9是表示傳感器40的半導(dǎo)體 制造步驟的圖。本實施方式中的生物傳感器的制造方法的特征尤其在于利用硅的局部 氧化(Local Oxidation of Silicon，LOCOS 元件分離氧化膜)法)形成障壁部51，所以以
此步驟為中心進行說明。首先，如圖9A所示，在ρ型硅基板上，利用熱氧化法形成氧化硅膜(SiO2)。其次，如圖9B所示，在氧化硅膜上，利用化學(xué)氣相沉積(Chemical VaporDeposition，CVD)技術(shù)沉積氮化硅膜(Si3N4)。然后，如圖9C所示，利用微影(lithographic)和蝕刻技術(shù)去除Si3N4膜。去除了 的部分是形成障壁部51的部分。此外，殘留有Si3N4膜的部分是形成著反應(yīng)場50的部 分。繼而，如圖9D所示，以1000°C左右的溫度，在WetO2環(huán)境氣體中進行氧化處 理。Si3N4不會被氧化，所以僅選擇性地對去除了 Si3N4的部分進行氧化。此時，形成得 較厚的氧化膜的一部分潛入Si3N4膜的正下方(所謂的鳥嘴(bird' sbeak))。這樣，形成 障壁部51。接下來，如圖9E所示去除Si3N4膜之后，如圖9F所示，利用熱氧化法或者氣相 生長法形成柵極氧化膜即反應(yīng)場50。繼而，使硅基板翻轉(zhuǎn)，在形成了障壁部51及反應(yīng)場50的面的相反側(cè)的面上形成 源極及漏極，并形成通道，形成覆蓋通道的層間膜，在進行外部配線處理之后，形成表 面保護膜。最后，將被檢測物質(zhì)識別分子60固定在反應(yīng)場50內(nèi)。這樣，根據(jù)本實施方式的生物傳感器制造方法，將以往作為元件分離技術(shù)而使 用的LOCOS法用于形成包圍反應(yīng)場的障壁部51，由此能夠容易且以高精度地形成障壁部 51及反應(yīng)場50。此外，如果也使用LOCOS法形成漏極及源極的元件分離，則能夠使形 成漏電極14及源電極15的步驟、與制造障壁部51及反應(yīng)場50的步驟的一部分為共用， 從而能夠簡化制造步驟及制造裝置。但是，漏電極及源電極的元件分離未必一定要采用 LOCOS法來形成，總之，只要在形成了反應(yīng)場50與障壁部51的區(qū)域以外的半導(dǎo)體基板 上形成即可。(實施方式4)實施方式3中敘述了將柵電極43設(shè)置在與反應(yīng)場50相向的位置的情況，但柵電 極43的形成位置并不限于此。實施方式4中，說明將柵電極43固定安裝在障壁部51的 表面的例子。圖10是示意地表示本發(fā)明的實施方式4的傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。對與圖8相 同的結(jié)構(gòu)部分，標注相同符號并省略重復(fù)部分的說明。如圖10所示，傳感器70中將柵電極43固定安裝在障壁部51的表面。S卩，傳感器70中，并未將柵電極43形成在與反應(yīng)場50相向的位置，而是固定安裝在障壁部51 的表面。此時，例如在障壁部51的上表面是包圍反應(yīng)場50的四邊的框形狀時，如果使 柵電極43也與該形狀匹配而為四邊框形狀并與障壁部51的整個上表面接觸，則可增強通 過反應(yīng)場50的電場。而且，與如圖8所示將柵電極43設(shè)置在與反應(yīng)場50相向的位置的情況相比，實 施方式4的結(jié)構(gòu)能夠防止由柵電極43與障壁部51或試樣溶液接觸所引起的靜電。(實施方式5)實施方式3及4中說明了被稱作所謂的背柵型的傳感器40的結(jié)構(gòu)。S卩，說明了 在形成了反應(yīng)場50及障壁部51的硅基板面的背面?zhèn)刃纬闪寺╇姌O14及源電極15的情 況。實施方式5中，說明側(cè)柵型的生物傳感器的應(yīng)用例。圖11是示意地表示本發(fā) 明 的實施方式5的傳感器的結(jié)構(gòu)的截面圖。對與圖10相同的結(jié)構(gòu)部分，標注相同符號并省 略重復(fù)部分的說明。如圖11所示，傳感器80在形成了反應(yīng)場50及障壁部51的硅基板面的同一面?zhèn)?上，形成漏電極14及源電極15。S卩，傳感器80在形成了反應(yīng)場50及障壁部51的硅基 板面的同一面?zhèn)壬希纬陕╇姌O14及源電極15。這樣，根據(jù)本實施方式，可獲得與實施方式3及4的背柵型傳感器相同的效果， 艮口，形成包圍反應(yīng)場50的障壁部51，由此在反應(yīng)場50內(nèi)載置了被檢測物質(zhì)或被檢測物質(zhì) 識別分子時，這些物質(zhì)受到障壁部51的限制，能夠防止這些物質(zhì)擴散到反應(yīng)場50的面積 以外，使試樣溶液在反應(yīng)場50上的擴散面積為固定。(實施方式6)實施方式3 5中說明了利用LOCOS法形成障壁部51，并使用氣相生長法形成 反應(yīng)場50的情況。實施方式6中，說明使用光刻法形成障壁部51及反應(yīng)場50的傳感器 的制造方法。圖12是表示本發(fā)明的實施方式6的傳感器的半導(dǎo)體制造步驟的圖。首先，如圖12A所示，在硅基板上，利用熱氧化法形成氧化硅膜。此處，氧化 硅膜的厚度為從障壁部51的厚度減去反應(yīng)場50的厚度后所得的值。接下來，如圖12B所示，在氧化硅的整個表面涂敷抗蝕劑，使相當于反應(yīng)場50 的區(qū)域曝光。然后，如圖12C所示，通過顯影處理去除曝光后的抗蝕劑。其次，如圖12D所示，去除已利用氫氟酸去除了抗蝕劑的部分的氧化硅。繼而，如圖12E所示，在去除抗蝕劑之后，利用熱氧化法或者氣相生長法形成 反應(yīng)場50的厚度的氧化硅膜。由此，能夠形成反應(yīng)場50、及厚度比反應(yīng)場50厚的障壁 部51。以上說明是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的例證，本發(fā)明的范圍并不限于此。例如， 在上述各實施方式中說明了將本發(fā)明應(yīng)用于生物傳感器的制造方法的情況，但本發(fā)明并 不限于此，其可廣泛應(yīng)用于包含F(xiàn)ET的傳感器的制造方法中。另外，在將本發(fā)明應(yīng)用于 生物傳感器以外的包含F(xiàn)ET的傳感器的制造方法中時，可省略上述的將被檢測物質(zhì)識別 分子固定在反應(yīng)場內(nèi)的步驟。此外，上述各實施方式中采用傳感器及傳感器制造方法這一稱呼，但這是為了便于說明，當然也可以稱為生物傳感器等。此外，上述傳感器及傳感器制造方法所使用 的被檢測物質(zhì)或被檢測物質(zhì)識別分子的種類、數(shù)量及處理方法等并不限于所述的實施方 式。2008年5月28日提交的日本專利申請第2008-139045號所包含的說明書、附圖 及說明書摘要的公開內(nèi)容全部引用于本申請。

工業(yè)實用性本發(fā)明的傳感器及傳感器制造方法可廣泛應(yīng)用于包含F(xiàn)ET的傳感器的制造方法 中。
權(quán)利要求
1.一種傳感器，其特征在于，包括 硅基板，具有氧化硅膜；源電極、漏電極及柵電極，配置在所述氧化硅膜上；通道，由多晶硅或者非晶硅構(gòu)成，配置在所述氧化硅膜上，且與所述源電極及漏電 極電連接；以及反應(yīng)場，配置在所述氧化硅膜上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述通道為NPN型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述通道為PNP型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述通道為NiN型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述通道為PiP型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述硅基板在兩面上具有所述氧化硅膜；所述柵電極配置在與配置有所述源電極、漏電極及通道的氧化硅膜相反面的氧化硅 膜上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述硅基板在兩面或者單面上具有氧化硅膜；所述柵電極配置在與配置有所述源電極、漏電極及通道的氧化硅膜為同一面的氧化 硅膜上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 所述硅基板在兩面上具有所述氧化硅膜；所述柵電極與所述反應(yīng)場配置在所述氧化硅膜的兩面中的同一面的氧化硅膜上。
9.一種傳感器制造方法，所述傳感器包含場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管具有半 導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板的表面的氧化硅膜、及連接到所述氧化硅膜的電極， 而且所述氧化硅膜的一部分用作被檢測物的反應(yīng)場，其特征在于，所述傳感器制造方法 包括下述步驟在硅基板上形成氧化硅膜；在所述氧化硅膜上形成多晶硅膜或者非晶硅膜；在所述多晶硅膜或者非晶硅膜中摻雜雜質(zhì)；在摻雜了所述雜質(zhì)的所述多晶硅膜或者非晶硅膜上形成源電極及漏電極； 在所述氧化硅膜上形成柵電極；以及 在所述氧化硅膜上形成反應(yīng)場。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器制造方法，其特征在于，包括下述步驟使用硅的局部氧化法來形成包圍所述反應(yīng)場且其厚度比所述反應(yīng)場厚的障壁部；以及形成柵極氧化膜即所述反應(yīng)場。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器制造方法，其特征在于，還包括下述步驟在所述氧化硅膜上的、與所述反應(yīng)場及所述障壁部的位置不同的位置，形成漏電極 及源電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器制造方法，其特征在于， 在形成所述漏電極及源電極的步驟中，在形成有所述反應(yīng)場及所述障壁部的半導(dǎo)體基板面的背面?zhèn)?，形成所述漏電極及源 電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器制造方法，其特征在于， 在形成所述漏電極及源電極的步驟中，在形成有所述反應(yīng)場及所述障壁部的半導(dǎo)體基板面的同一面?zhèn)?，形成所述漏電極及 源電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器制造方法，其特征在于，還包括下述步驟 將被檢測物質(zhì)識別分子固定在所述反應(yīng)場內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的傳感器制造方法，其特征在于，包括下述步驟 使用光刻法形成包圍所述反應(yīng)場且其厚度比所述反應(yīng)場厚的障壁部；以及 形成柵極氧化膜即所述反應(yīng)場。
16.一種傳感器制造方法，所述傳感器包含場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管具有半 導(dǎo)體基板、形成在所述半導(dǎo)體基板的表面的氧化硅膜、及連接到所述氧化硅膜的電極， 而且所述氧化硅膜的一部分用作被檢測物的反應(yīng)場，其特征在于，所述傳感器制造方法 包括下述步驟利用硅的局部氧化法來形成包圍所述反應(yīng)場且其厚度比所述反應(yīng)場厚的障壁部；以及形成柵極氧化膜即所述反應(yīng)場。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減少通道的形狀、反應(yīng)場的面積及位置的限制而使測定靈敏度及布局的自由度高的傳感器及其制造方法。傳感器(10)包括源電極(15)、漏電極(14)及柵電極(13)，配置在氧化硅膜(12a、12b)上；通道(16)，配置在氧化硅膜(12a、12b)上，且與源電極15及漏電極14電連接；以及反應(yīng)場(20)，配置在氧化硅膜(12a、12b)上；而且，在與通道(16)不同的氧化硅膜(12a)上形成反應(yīng)場(20)。通過所述結(jié)構(gòu)，能夠分別獨立地選擇通道(16)的形狀及反應(yīng)場(20)的面積。其結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)測定靈敏度及布局的自由度高的傳感器(10)。
文檔編號G01N27/414GK102027357SQ20098011770
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者山林智明, 菊地洋明, 近藤勝則, 高橋理 申請人:三美電機株式會社