(57)【要約】      （修正有）【課題】微細化に適したセンサ用トランジスタを提供する。【解決手段】センサ用トランジスタ１０であって、シリコン基板２０と、シリコン基板２０上に設けられているゲート絶縁膜３２と、シリコン基板２０上に設けられており、ゲート絶縁膜３２の周囲を一巡する層間絶縁膜３４と、層間絶縁膜３４上に設けられており、ゲート絶縁膜３２の周囲を一巡する隔壁を有する試料容器５２と、試料容器５２の隔壁で囲まれた範囲内に露出しており、層間絶縁膜３４に配設されている参照電極４３Ｅと、試料容器５２の隔壁で囲まれた範囲外に露出しており、層間絶縁膜３４に配設されている参照電極端子と、参照電極４３Ｅと参照電極端子の間を伸びており、層間絶縁膜３４に配設されている参照電極配線４３と、を備える、センサ用トランジスタ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ用トランジスタであって、
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられているゲート絶縁膜と、
前記半導体基板上に設けられており、前記ゲート絶縁膜の周囲を一巡する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられており、前記ゲート絶縁膜の周囲を一巡する隔壁を有する試料容器と、
前記試料容器の前記隔壁で囲まれた範囲内に露出しており、前記層間絶縁膜に配設されている参照電極と、
前記試料容器の前記隔壁で囲まれた範囲外に露出しており、前記層間絶縁膜に配設されている参照電極端子と、
前記参照電極と前記参照電極端子の間を伸びており、前記層間絶縁膜に配設されている参照電極配線と、を備える、センサ用トランジスタ。
【請求項２】
前記参照電極配線は、前記層間絶縁膜内を通って配設されている、請求項１に記載のセンサ用トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、センサ用トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象に依存して変化するチャネル抵抗に基づいて電気信号を出力するように構成されているセンサ用トランジスタが開発されている。例えば、特許文献１は、ゲート絶縁膜上に配置された試料溶媒内に含まれるターゲット生分子を検出するセンサ用トランジスタを開示する。このセンサ用トランジスタでは、ターゲット生分子に特異的に結合するプローブ生分子がゲート絶縁膜の表面に固定されている。プローブ生分子にターゲット生分子が結合すると、ターゲット分子の電荷に依存してセンサ用トランジスタのチャネル抵抗が変化する。このセンサ用トランジスタでは、そのチャネル抵抗の変化を測定することで、ターゲット生分子を検出することができる。また、特許文献２は、ゲート絶縁膜上に配置された試料溶媒のｐＨを測定するセンサ用トランジスタを開示する。このセンサ用トランジスタでは、ゲート絶縁膜がイオン感応膜として作用し、試料溶媒のｐＨに依存してセンサ用トランジスタのチャネル抵抗が変化する。このセンサ用トランジスタでは、そのチャネル抵抗の変化を測定することで、試料溶媒のｐＨを測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０４０８９号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０２８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらのセンサ用トランジスタでは、試料溶媒を基準電位に固定するために、基準電位に固定された参照電極が試料溶媒に接触するように設置される。参照電極は、例えば支持台に支持された状態で試料溶媒に接触するように設置される。しかしながら、センサ用トランジスタの微細化を進めるためには、参照電極及び支持台も微細化する必要があるが、このような参照電極及び支持台を正確に設置することは困難である。本明細書は、微細化に適したセンサ用トランジスタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示するセンサ用トランジスタは、様々な用途に用いられ、その用途を特に限定するものではない。例えば、センサ用トランジスタは、試料溶媒内の細胞の活動の様子を観察する目的で用いられ得る。また、センサ用トランジスタは、ゲート絶縁膜上にプローブ生分子を固定することで、試料溶媒内のターゲット生分子を検出する目的で用いられ得る。このセンサ用トランジスタは、半導体基板、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、試料容器、参照電極、参照電極端子及び参照電極配線を備えることができる。ゲート絶縁膜は、半導体基板上に設けられている。層間絶縁膜は、半導体基板上に設けられており、ゲート絶縁膜の周囲を一巡する。試料容器は、層間絶縁膜上に設けられており、ゲート絶縁膜の周囲を一巡する隔壁を有する。参照電極は、試料容器の隔壁で囲まれた範囲内に露出しており、層間絶縁膜に配設されている。参照電極端子は、試料容器の隔壁で囲まれた範囲外に露出しており、層間絶縁膜に配設されている。参照電極配線は、参照電極と参照電極端子の間を伸びており、層間絶縁膜に配設されている。参照電極配線は、層間絶縁膜内を通って配設されていてもよく、層間絶縁膜の表面上に配設されていてもよい。このセンサ用トランジスタでは、参照電極、参照電極端子及び参照電極配線が層間絶縁膜に配設されている。参照電極、参照電極端子及び参照電極配線は、半導体製造技術を利用して、層間絶縁膜に配設することができる。このように、上記センサ用トランジスタは、微細化に適した構造を有していると評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】センサ用トランジスタの要部断面図を模式的に示しており、図３のI-I線に対応した要部断面図である。
【図２】センサ用トランジスタの要部断面図を模式的に示しており、図３のII-II線に対応した要部断面図である。
【図３】センサ用トランジスタの平面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１〜図３に、細胞の活動の様子を観察するためのセンサ用トランジスタ１０を示す。センサ用トランジスタ１０は、シリコン基板２０、ゲート絶縁膜３２、層間絶縁膜３４、各種電極４３Ｅ，４４Ｅ，４６Ｅ，４８Ｅ、各種電極配線４３，４４，４６，４８、各種電極端子４３Ｔ，４４Ｔ，４６Ｔ，４８Ｔ、及び、試料容器５２を備える。
【０００８】
図１に示されるように、シリコン基板２０は、ｐ型のドリフト領域２２、ｎ+型のソース領域２４、ｎ+型のドレイン領域２６及びｐ+型のベース領域２８を有する。ソース領域２４、ドレイン領域２６及びベース領域２８は、シリコン基板２０の表層部に設けられており、相互に離れて配置されている。ソース領域２４とドレイン領域２６は隣り合う位置関係で配置されており、それらの間にはドリフト領域２２の一部が配置されている。ソース領域２４とドレイン領域２６の間に配置されるドリフト領域２２の一部を特にチャネル領域ＣＨという。
【０００９】
ソース領域２４は、ソース電極４４Ｅに接触しており、そのソース電極４４Ｅはソース電極配線４４に接続されている。図３に示されるように、ソース電極配線４４は、層間絶縁膜３４内を通って配設されており、ソース電極４４Ｅとソース電極端子４４Ｔの間を伸びて両者を電気的に接続するように構成されている。同様に、ドレイン領域２６は、ドレイン電極４６Ｅに接触しており、そのドレイン電極４６Ｅはドレイン電極配線４６に接続されている。ドレイン電極配線４６は、層間絶縁膜３４内を通って配設されており、ドレイン電極４６Ｅとドレイン電極端子４６Ｔの間を伸びて両者を電気的に接続するように構成されている。ベース領域２８も、ベース電極４８Ｅに接触しており、そのベース電極４８Ｅはベース電極配線４８に接続されている。ベース電極配線４８は、層間絶縁膜３４内を通って配設されており、ベース電極４８Ｅとベース電極端子４８Ｔの間を伸びて両者を電気的に接続するように構成されている。
【００１０】
図２に示されるように、参照電極配線４３は、一端が参照電極４３Ｅに接続されており、他端が参照電極端子４３Ｔに接続されている。参照電極４３Ｅは、試料容器５２の隔壁で囲まれた範囲内に露出して培養液５４に接触しており、層間絶縁膜３４の表面上に配設されている。参照電極端子４３Ｔは、試料容器５２の隔壁で囲まれた範囲外に露出しており、層間絶縁膜３４の表面上に配設されている。参照電極配線４３は、層間絶縁膜３４内を通って配設されており、参照電極４３Ｅと参照電極端子４３Ｔの間を伸びて両者を電気的に接続するように構成されている。なお、この例に代えて、参照電極配線４３は、層間絶縁膜３４の表面上に配設され、層間絶縁膜３４と試料容器５２の隔壁の間を通過するように設けられていてもよい。参照電極４３Ｅの材料は、化学的に安定な不活性材料であり、例えば銀又は白金が用いられている。
【００１１】
図１に示されるように、ゲート絶縁膜３２は、シリコン基板２０の表面上の一部を被覆しており、ソース領域２４とドレイン領域２６の間に配置されており、チャネル領域ＣＨに接触している。ゲート絶縁膜３２の厚みは、例えば５〜５０ｎｍである。ゲート絶縁膜３２の材料は、例えばシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜である。このように、シリコン基板２０には、ｎ型チャネルのＭＯＳＦＥＴが構成されている。
【００１２】
図１及び図３に示されるように、層間絶縁膜３４は、シリコン基板２０の表面上に設けられており、ゲート絶縁膜３２の周囲を一巡するように構成されている。換言すると、層間絶縁膜３４の一部に開口が形成されており、その開口内にゲート絶縁膜３２が設けられている。上記したように、層間絶縁膜３４には、各種電極、各種電極配線及び各種電極端子が配設されている。
【００１３】
図１及び図３に示されるように、試料容器５２は、ゲート絶縁膜３２の周囲を一巡するように層間絶縁膜３４上に設けられている隔壁を有する。試料容器５２の隔壁は、筒状の形態を有する。試料容器５２は、その一端が層間絶縁膜３４の表面に固定されており、滴下された培養液５４を留めて置くための空間を画定する。
【００１４】
センサ用トランジスタ１０では、ゲート絶縁膜３２の表面３２ａに細胞が接着している。ゲート絶縁膜３２の表面３２ａに接着している細胞が特定の刺激を受けて活性化すると、細胞の生体膜のイオンチャネルが開いて培養液５４に含まれるイオンが細胞内に流入し、細胞の膜電位が変化する。これにより、チャネル領域ＣＨのチャネル抵抗が変化する。センサ用トランジスタ１０では、このチャネル抵抗の変化が出力電圧の変化として測定される。このようにして、センサ用トランジスタ１０は、細胞の活動の様子を観察することができる。
【００１５】
センサ用トランジスタ１０は、参照電極４３Ｅ、参照電極配線４３及び参照電極端子４３Ｔが、層間絶縁膜３４に配設されていることを特徴とする。参照電極４３Ｅ、参照電極配線４３及び参照電極端子４３Ｔは、半導体製造技術を利用して層間絶縁膜３４にパターニングして形成することができる。背景技術で説明したように、従来のセンサ用トランジスタは、支持台に支持された棒状の参照電極が試料溶媒に接触するように設置されていた。このような従来のセンサ用トランジスタに比して、上記のセンサ用トランジスタ１０は、微細化に適した構造を有していると評価することができる。
【００１６】
また、従来のセンサ用トランジスタでは、参照電極の設置位置が安定せず、これにより、培養液の電位が安定せず、出力のバラツキが増加するという問題があった。一方、センサ用トランジスタ１０では、試料容器５２内における参照電極４３Ｅの位置が固定である。これにより、センサ用トランジスタ１０では、培養液５４の電位が安定し、出力のバラツキが抑えられる。
【００１７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００１８】
１０：センサ用トランジスタ、  ２０：シリコン基板、  ２２：ドリフト領域、  ２４：ソース領域、  ２６：ドレイン領域、  ２８：ベース領域、  ３２：ゲート絶縁膜、  ３４：層間絶縁膜、  ４３：参照電極配線、  ４３Ｅ：参照電極、  ４３Ｔ：参照電極端子、  ４４：ソース電極配線、  ４４Ｅ：ソース電極、  ４４Ｔ：ソース電極端子、  ４６：ドレイン電極配線、  ４６Ｅ：ドレイン電極、  ４６Ｔ：ドレイン電極端子、  ４８：ベース電極配線、  ４８Ｅ：ベース電極、  ４８Ｔ：ベース電極端子、  ５２：試料容器、  ５４：培養液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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