(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に被検出体を接触させて該被検出体による誘電率変化を検知するセンサＩＣにおいて、
上記半導体基板の表面における同一平面に千鳥状に配置された複数のセンサ回路と、
上記半導体基板の表面近傍に存在する被検出体における各部分の誘電率変化の面内分布を、上記複数のセンサ回路の内の１つの基準となるセンサ回路との対比により検知する検知回路とが設けられており、
前記センサ回路は、メタル層にて形成されたインダクタを含む発振回路から構成されており、
上記被検出体の接触に基づく発振回路の発振周波数と基準となるセンサ回路の発振周波数との発振周波数差により、前記被検出体の誘電率変化を検知すると共に、
上記被検出体の接触に基づく発振回路の発振周波数、及び基準となるセンサ回路の発振周波数は、２０ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚであることを特徴とするセンサＩＣ。
【請求項２】
前記複数のセンサ回路の全てを同時に駆動させる第１駆動制御回路を備えていると共に、
前記検知回路は、上記第１駆動制御回路が上記複数のセンサ回路の全てを駆動させることにより、前記半導体基板の表面近傍に存在する被検出体における各部分の誘電率変化を同時に検知することを特徴とする請求項１記載のセンサＩＣ。
【請求項３】
前記複数のセンサ回路を順次駆動させる第２駆動制御回路を備えていると共に、
前記検知回路は、上記第２駆動制御回路が上記複数のセンサ回路を順次駆動させることにより、前記半導体基板の表面近傍に存在する被検出体における各部分の誘電率変化を順次検知することを特徴とする請求項１記載のセンサＩＣ。
【請求項４】
前記複数のセンサ回路は、該センサ回路の出力信号を前記検知回路に出力するか否かを切り換える出力制御回路をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項３記載のセンサＩＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面に被検出体を接触させて、被検出体の誘電率又は誘電率変化を検知するセンサＩＣ（Integrated Circuit：半導体集積回路）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各家庭や簡易診断所等で利用される診断ツールでは、高速検査、低価格、小型化及び簡便性等の品質が要求される。半導体集積回路上に形成されたセンサＩＣ（Integrated Circuit：半導体集積回路）は、このような要求品質を満たせる可能性がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、上記半導体集積回路上に形成されたセンサＩＣの一例が開示されている。
【０００４】
上記特許文献１に開示されたセンサＩＣ１００は、図１０に示すように、半導体基板１０１にメタル層で形成されるインダクタ１１１・１２１を有する発振回路１１０・１２０を備えている。このセンサＩＣ１００では、半導体基板１０１上に被検出体を接触させると、被検出体に付着させた磁気粒子の変動による電磁誘導によって、インダクタ１１１・１２１のインダクタ値がそれぞれ変化する。インダクタ値がそれぞれ変化することにより、発振回路１１０・１２０が出力する発振周波数が変化し、その変化を図示しない検知器により検知する。
【０００５】
詳細には、発振回路１１０・１２０のうちの一方の発振回路１１０をセンサ部として使用すべく、被検出体を選択的に発振回路１１０に接触させる。他方の発振回路１２０は基準部として使用すべく、発振回路１２０には調整用の被検出体を接触させるか、又は被検出体を接触させない。これによって、Ｅｎａｂｌｅ信号又は／Ｅｎａｂｌｅ信号を利用して、発振回路１１０・１２０の発振周波数差を確認することにより、被検出体の状態を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２６７５９６号明細書（２００９年１０月２９日公開）
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Hiroyuki Yada, Masaya Nagai and Koichiro Tanaka, “The intermolecular stretching vibration mode in water isotopes investigated with broadband terahertz time-domain spectroscopy”, Chemical Physics Letters 473 (2009) pp.279-283.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示されたセンサＩＣ１００では、以下の問題点を有している。
【０００９】
すなわち、図１１に示すように、半導体基板１０１上に接触させる被検出体Ｓが発振回路１１０・１２０よりもサイズが大きく、さらに、被検出体Ｓが有する物理定数が位置によって均一でない場合には、発振回路１１０・１２０だけの実装では半導体基板１０１の近傍に存在する被検出体Ｓの誘電率の面内分布を検知できない。
【００１０】
また、被検出体Ｓが有する誘電率の分布に対して、密に発振回路１１０・１２０が配置されていないと、位置に対する分解能を得ることができないという問題点を有している。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、被検出体における誘電率変化の面内分布を密に検知し得るセンサＩＣを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様におけるセンサＩＣは、上記の課題を解決するために、半導体基板の表面に被検出体を接触させて該被検出体による誘電率変化を検知するセンサＩＣにおいて、上記半導体基板の表面における同一平面に千鳥状に配置された複数のセンサ回路と、上記半導体基板の表面近傍に存在する被検出体における各部分の誘電率変化の面内分布を、上記複数のセンサ回路の内の１つの基準となるセンサ回路との対比により検知する検知回路とが設けられており、前記センサ回路は、メタル層にて形成されたインダクタを含む発振回路から構成されており、上記被検出体の接触に基づく発振回路の発振周波数と基準となるセンサ回路の発振周波数との発振周波数差により、前記被検出体の誘電率変化を検知すると共に、上記被検出体の接触に基づく発振回路の発振周波数、及び基準となるセンサ回路の発振周波数は、２０ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、被検出体における誘電率変化の面内分布を密に検知し得るセンサＩＣを提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１におけるセンサＩＣの全体構成を示す模式平面図である。
【図２】（ａ）は上記センサＩＣの各発振回路の構成を示す平面図であり、（ｂ）は上記センサＩＣにおける複数の発振回路の配置状態を示す平面図である。
【図３】上記センサＩＣの半導体基板上に被検出体を接触させた状態を示す模式平面図である。
【図４】センサＩＣによる周波数と水の複素誘電率の実部及び虚部との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態２におけるセンサＩＣの全体構成を示す模式平面図である。
【図６】上記センサＩＣの出力制御回路の構成を示す回路図である。
【図７】上記センサＩＣの半導体基板上に被検出体を接触させた状態のセンサＩＣを示す模式平面図である。
【図８】上記センサＩＣの発振回路の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施形態３におけるセンサＩＣの発振回路の並び方を示す平面模式図である。
【図１０】従来のセンサＩＣの構成を示す回路図である。
【図１１】上記従来のセンサＩＣに被検出体を接触させた状態を示す模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００１６】
本実施の形態のセンサＩＣは、半導体基板の表面に被検出体を接触させて該被検出体の誘電率又は誘電率変化を検知する発振回路が、複数配置されたものからなっている。
【００１７】
（発振回路の構成・配置）
最初に、本実施の形態のセンサＩＣ１Ａを構成する発振回路の構成及び配置状態について、図２の（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図２の（ａ）は、本実施の形態のセンサＩＣ１Ａにおける各発振回路の構成を示す平面図である。図２の（ｂ）は、上記センサＩＣ１Ａにおける複数の発振回路の配置状態を示す平面図である。
【００１８】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ａを構成する発振回路１０Ａは、図２の（ａ）に示すように、２つのクロスカップルトランジスタＴＲ１・ＴＲ２にて構成される差動回路Ｄと、上記クロスカップルトランジスタＴＲ１・ＴＲ２の差動間に接続されたメタル層からなるインダクタＬと、分周回路Ｆと、端子１１とを備えている。また、上記インダクタＬと端子１１との間には、電圧ＶＤＤが印加されるようになっている。
【００１９】
上記発振回路１０Ａは、半導体プロセスによって形成されている。具体的には、半導体基板２には、クロスカップルトランジスタＴＲ１・ＴＲ２にて構成される差動回路Ｄが形成されており、さらにその上には、図示しないＳｉＯ２からなる層間絶縁膜を介してインダクタＬが形成されており、さらにその上は、図示しないＳｉＯ２からなる保護膜にて覆われている。
【００２０】
インダクタＬは、メタル層からなっている。図２の（ａ）（ｂ）においては、メタル層は、１層として記載されているが、２層でもよく、さらに多くてもよい。
【００２１】
差動回路Ｄを構成する２つのクロスカップルトランジスタＴＲ１・ＴＲ２は、それぞれｎＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor：金属-酸化物-半導体）トランジスタからなっている。クロスカップルトランジスタＴＲ１のドレインはインダクタＬの一方の端部に接続され、クロスカップルトランジスタＴＲ１のソースはグランドに接続され、クロスカップルトランジスタＴＲ１のゲートはインダクタＬの他方の端部に接続されている。一方、クロスカップルトランジスタＴＲ２のドレインはインダクタＬの他方の端部に接続され、クロスカップルトランジスタＴＲ２のソースはグランドに接続され、クロスカップルトランジスタＴＲ２のゲートはインダクタＬの一方の端部に接続されている。
【００２２】
上記差動回路Ｄは、クロスカップルトランジスタＴＲ１のドレインからの出力信号と、クロスカップルトランジスタＴＲ２のドレインからの出力信号とによって差動信号を出力する。尚、必ずしも差動信号の出力に限らず、いずれか一方の出力信号のみを用いることも可能である。
【００２３】
分周回路Ｆは、クロスカップルトランジスタＴＲ１・ＴＲ２の各ドレインから出力された発振信号を入力する。そして、分周回路Ｆは、分周動作を行うことによって、発振信号を低周波信号に分周し、端子１１に出力するようになっている。
【００２４】
本実施の形態では、発振回路１０Ａの発振周波数は２０ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚのいずれかの周波数となっていると共に、評価する被検出体Ｓが有する誘電率が最適に変化する周波数帯となっている。尚、発振回路１０Ａの発振周波数については、後に詳述する。
【００２５】
上記構成の発振回路１０Ａでは、半導体基板２の表面に接触された被検出体Ｓの物理定数である誘電率変化により変化するインダクタＬのインダクタ値を利用することによって、差動回路Ｄが出力する発振信号の発振周波数変化を検知するようになっている。
【００２６】
ところで、特許文献１に示すセンサＩＣ１００は、２つの発振回路１１０・１２０からなっており、被検出体Ｓの誘電率変化を検出するために、一方の発振回路１１０を検出用の発振回路として使用し、他方の発振回路１２０を基準となる基準用の発振回路として使用するようになっている。
【００２７】
しかしながら、この場合、広い面積の被検出体Ｓの一部の箇所の誘電率変化を検出するためには、被検出体Ｓの一部の箇所が、インダクタＬの近傍位置となるように、被検出体Ｓを水平移動しなければならない。したがって、広い面積の被検出体Ｓの各部分の誘電率変化を検知するためには利便性に欠ける。
【００２８】
そこで、本実施の形態のセンサＩＣ１Ａでは、図２の（ｂ）に示すように、１つの半導体基板２の上に上記発振回路１０Ａが、複数個並べて配置されていると共に、特に、本実施の形態では、複数個の発振回路１０Ａは、千鳥状に並べて配置されている。
【００２９】
すなわち、通常、発振回路１０Ａは、インダクタＬの面積が、２つのクロスカップルトランジスタＴＲ１・ＴＲ２、分周回路Ｆ及び端子１１の面積に比べて最も大きい。このため、例えば、発振回路１０Ａを格子状に配置した場合には、格子の四隅にそれぞれインダクタＬが配置されるだけであるので、格子の中央が空いた状態となる。そこで、本実施の形態では、発振回路１０Ａにおける複数のインダクタＬを千鳥状に配列している。これにより、格子の中央にも発振回路１０Ａが配されることになるので、センサＩＣ１Ａ全体としては、１つの半導体基板２上に、複数の発振回路１０Ａを密に配置できるものとなる。
【００３０】
具体的には、インダクタＬ（１，１）・Ｌ（１，２）・Ｌ（３，１）・Ｌ（３，２）が形成される四角形の中央に、インダクタＬ（２，１）が配置されている。以下同様に、インダクタＬ（Ｘ，Ｙ）・Ｌ（Ｘ，Ｙ＋１）・Ｌ（Ｘ＋２，Ｙ）・Ｌ（Ｘ＋２，Ｙ＋１）によって形成される四角形の中央に、インダクタＬ（Ｘ＋１，Ｙ）が配置される。ここで、Ｘは１〜Ｎ−２の整数であり、Ｙは１〜Ｍ−１の整数である。このように、インダクタＬ（１，１）〜インダクタＬ（Ｎ，Ｍ）を千鳥状に配列することにより、半導体基板２に発振回路１０Ａを密に配列することができる。
【００３１】
（センサＩＣの全体構成）
本実施の形態のセンサＩＣ１Ａの全体構成について、図１に基づいて説明する。図１は、本実施の形態のセンサＩＣ１Ａの全体構成を示す模式平面図である。
【００３２】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ａは、全体としては、図１に示すように、１つの半導体基板２に複数の発振回路１０ＡのインダクタＬ（１，１）〜インダクタＬ（Ｎ，Ｍ）及びユニットセルＵ（１，１）〜ユニットセルＵ（Ｎ，Ｍ）が千鳥状に配されており、さらに、例えば右の端部に第１の駆動制御回路としての駆動制御回路２１が形成されていると共に、左の端部に検知回路２２が設けられている。尚、図１においては、図２の（ａ）（ｂ）に示す差動回路Ｄと分周回路Ｆとを合わせてインダクタＬとして表示している。
【００３３】
上記駆動制御回路２１は、複数の発振回路１０Ａの内のいずれの発振回路１０Ａを駆動するかの選択制御を行う。
【００３４】
また、検知回路２２は、各発振回路１０Ａからの出力信号を集中して入力し、各発振回路１０Ａでの各時間における、周波数変化を検知する。この結果、本実施の形態では、各発振回路１０Ａの位置における、各時間における周波数変化を検知することができ、被検出体Ｓの各位置の各時間における周波数変化を検知することができる。
【００３５】
（検知方法）
本実施の形態におけるセンサＩＣ１Ａに被検出体Ｓを接触させ、被検出体Ｓの各部分における誘電率変化を検知する方法について、図３に基づいて説明する。図３は、本実施の形態のセンサＩＣ１Ａの半導体基板２上に被検出体Ｓを接触させた状態を示す模式平面図である。
【００３６】
最初に、１つの発振回路１０Ａによる検知方法を説明する。
【００３７】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ａを用いて被検出体Ｓの誘電率変化を検知する場合には、図３に示すように、被検出体ＳをセンサＩＣ１Ａの半導体基板２に接触させる。尚、被検出体Ｓの種類に応じて、被検出体Ｓを付着させたり塗布させたりすることが可能である。
【００３８】
センサＩＣ１Ａに被検出体Ｓが接触した場合、駆動制御回路２１が例えばユニットセルＵ（１,１）を駆動させる。駆動されたユニットセルＵ（１,１）では、被検出体Ｓが有する誘電率の変化の電磁誘導により、ユニットセルＵ（１,１）に対応するインダクタＬ（１,１）のインダクタ値にΔＬの変化が生じる。インダクタ値が変化したことにより、ユニットセルＵ（１,１）の発振回路１０Ａの発振周波数は、
ｆ＋Δｆ＝１／（２π√（（Ｌ＋ΔＬ）Ｃ））
と変化する。
【００３９】
ユニットセルＵ（１,１）は、変化した発振周波数信号を分周回路Ｆ（１,１）に出力し、分周回路Ｆ（１,１）はこの発振周波数信号を低周波信号に分周する。分周回路Ｆ（１,１）から出力された低周波信号は、端子１１を介して検知回路２２へと出力され、検知回路２２にて被検出体Ｓの誘電率が検知される。
【００４０】
ここで、検知回路２２における被検出体Ｓの検知に対しては、基準の発振周波数信号を出力する基準の発振回路１０Ａが必要である。そこで、本実施の形態のセンサＩＣ１Ａでは、複数の発振回路１０Ａの内のいずれかが基準の発振回路１０Ａとして作用するようになっている。具体的には、発振回路１０Ａのうち少なくとも１つは、被検出体Ｓの誘電率の影響を受けないように構成されている。例えば、被検出体Ｓの誘電率の影響を受けないように構成する発振回路１０Ａについては、半導体基板２上に保護膜を形成しておき、この発振回路１０Ａを基準の発振周波数信号を出力するようにしておく。
【００４１】
これによって、この基準となる発振回路１０Ａの基準の発振周波数信号と、他の発振回路１０Ａを用いた被検出体Ｓの誘電体の測定値とを比較することにより、被検出体Ｓが有する誘電体により、発振回路１０Ａの発振周波数差を測定することが可能となる。
【００４２】
次に、センサＩＣ１Ａ全体での検知について説明する。
【００４３】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ａでは、駆動制御回路２１が設けられている。そして、前述したように、各インダクタＬ（１，１）〜インダクタＬ（Ｎ，Ｍ）に対しては、ユニットセルＵ（１，１）〜ユニットセルＵ（Ｎ，Ｍ）が備えられている。この結果、各ユニットセルＵ（１，１）〜ユニットセルＵ（Ｎ，Ｍ）は、駆動制御回路２１から出力された信号を受けて駆動する。
【００４４】
したがって、本実施の形態では、駆動制御回路２１がいずれの発振回路１０Ａを選択するかによって、各発振回路１０Ａ…は、被検出体Ｓにおける半導体基板２の近傍に存在する部分の誘電率を検出するために、同時又は順次に駆動される。
【００４５】
例えば、全ての発振回路１０Ａ…を同時に駆動した場合には、その出力信号が検知回路２２に出力され、被検出体Ｓの各部分の誘電率が各位置の発振回路１０Ａから出力がそれぞれ同時に得られる。
【００４６】
また、時間の経過に伴って、被検出体Ｓの各部の誘電率が変化する場合には、その部分における被検出体Ｓの各部の誘電率変化を検出することができる。この結果、刻々と変わる被検出体Ｓの誘電率変化を評価することができる。
【００４７】
発振回路１０Ａの発振周波数として、例えば１ＧＨｚ程度で発振させるとする。しかしながら、発振回路１０ＡのインダクタＬは、発振周波数が低周波数になる程サイズが大きくなる。このため、１ＧＨｚ程度の周波数発振器に利用するインダクタを半導体基板上で作成すると、通常は１００μｍから３００μｍと大きくなる。
【００４８】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ａは、バイオ分子から構成される被検出体Ｓの誘電率変化を求めることを目的にしており、バイオ分子が含む水の状態を評価することによって、バイオ分子から構成される被検出体Ｓの活性度を評価することができる。
【００４９】
一方、被検出体Ｓがバイオ分子から構成される場合には、図４に示すように、水の複素誘電率は実部及び虚部が共に２０ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚ程度の電磁波で大きく変化する。尚、この図４に示すグラフは、非特許文献１に開示されている。
【００５０】
２０ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚのような高周波信号を発振する発振回路１０ＡのインダクタＬのサイズは数μｍから数１０μｍと小さいので、解析したい被検出体Ｓの、より詳細な分布するデータを取得することができる。
【００５１】
センサＩＣ１Ａの表面に実装される発振回路１０Ａの発振周波数が１ＧＨｚ程度では、水の複素誘電率の実部及び虚部が大きく変化する周波数である２０ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚから外れていることと、インダクタＬのサイズも大きいことから、バイオ分子の状態変化を正確に読み取ることができない可能性がある。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、前述したように、発振回路１０Ａの発振周波数は２０ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚのいずれかの周波数となっている。これによって、バイオ分子から構成される被検出体Ｓの誘電率変化を求めることが可能であり、バイオ分子が含む水の状態を評価することによって、バイオ分子から構成される被検出体Ｓの活性度を評価することが可能となっている。因みに、センサＩＣ１Ａの表面に実装される発振回路１０Ａの発振周波数が２０ＧＨｚ以下の低周波数では、特に実部の誘電率が変化する周波数帯域を外れている。このため、２０ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚ程度で顕著に変化するバイオ分子が含む水の状態変化を正確に読み取ることができない可能性がある。
【００５３】
このように、本実施の形態のセンサＩＣ１Ａでは、半導体基板２の表面に被検出体Ｓを接触させて該被検出体Ｓによる誘電率変化を検知する。また、半導体基板２の表面における同一平面に千鳥状に配置された複数のセンサ回路としての発振回路１０Ａと、半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化の面内分布を、複数の発振回路１０Ａの内の１つの基準となる発振回路１０Ａとの対比により検知する検知回路２２とが設けられている。
【００５４】
上記構成によれば、センサＩＣ１Ａは、複数の発振回路１０Ａを備えている。このため、被検出体Ｓを移動させずに、半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化の面内分布を各発振回路１０Ａの位置毎に検知することができる。この結果、評価時間を短縮することができる。
【００５５】
また、特に、本実施の形態では、複数の発振回路１０Ａは、半導体基板２の表面における同一平面に千鳥状に配置されている。このため、複数の発振回路１０Ａを密に配列することが可能になり、並列に配置するよりも分解能の高いセンサＩＣ１Ａを得ることができる。
【００５６】
したがって、被検出体Ｓにおける誘電率変化の面内分布を密に検知し得るセンサＩＣ１Ａを提供することができる。
【００５７】
また、本実施の形態におけるセンサＩＣ１Ａでは、センサ回路は、メタル層にて形成されたインダクタＬを含む発振回路１０Ａから構成されているので、インダクタＬに被検出体Ｓを近づけると、被検出体Ｓに基づく誘電率変化に伴ってインダクタ値が変化する。そして、被検出体Ｓの接触に基づく発振回路１０Ａの発振周波数と基準となる発振回路１０Ａの発振周波数との発振周波数差により、被検出体Ｓの誘電率変化を検知することができる。
【００５８】
したがって、簡単な構成にて、被検出体Ｓの誘電率変化の面内分布を容易に検知することができる。
【００５９】
また、本実施の形態におけるセンサＩＣ１Ａは、複数の発振回路１０Ａの全てを同時に駆動させる第１駆動制御回路としての駆動制御回路２１を備えている。また、検知回路２２は、駆動制御回路２１が複数の発振回路１０Ａの全てを駆動させることにより、半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化を同時に検知するとすることができる。
【００６０】
このように、同時に複数の発振回路１０Ａを駆動することにより、半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化を同時に検知することができる。したがって、被検出体Ｓの誘電率変化の面内分布を短時間で検知することができる。また、この測定を繰り返すことにより、被検出体Ｓの誘電率変化の面内分布の経時変化を求めることができる。すなわち、被検出体Ｓの誘電率が時間によって変化する場合においても、時間経過に伴う被検出体Ｓの誘電率の変化の推移を検知することができる。
【００６１】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図５〜図８基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６２】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ｂは、前記実施の形態１のセンサＩＣ１Ａの構成に加えて、図５に示すように、複数の発振回路１０Ｂのそれぞれには、該発振回路１０Ｂの出力信号を検知回路３２に出力するか否かを切り換える出力制御回路Ｃ（１，１）〜出力制御回路Ｃ（Ｎ，Ｍ）がそれぞれ設けられている点が異なっている。
【００６３】
（センサＩＣの構成）
本実施の形態におけるセンサＩＣ１Ｂの構成について、図５及び図６に基づいて説明する。図５は、本実施の形態におけるセンサＩＣ１Ｂの全体構成を示す模式平面図である。図６は、上記センサＩＣ１Ｂの発振回路１０Ｂに設けられた出力制御回路Ｃの構成を示す回路図である。
【００６４】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ｂは、図５に示すように、前記実施の形態１のセンサＩＣ１Ａと同様に、インダクタＬ、及び差動回路Ｄと分周回路Ｆとを一緒にしたユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）を備えた発振回路１０Ｂが、半導体基板２上にアレイ状に配列されて複数形成される。そして、前記実施の形態のセンサＩＣ１Ａと同様に、複数のインダクタＬは、千鳥状に配置されている。
【００６５】
ここで、本実施の形態のセンサＩＣ１Ｂでは、発振回路１０Ｂの内部では、ユニットセルＵに出力制御回路Ｃがそれぞれ接続されており、発振回路１０ＢのユニットセルＵ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）の出力は、それぞれ出力制御回路Ｃ（１，１）〜Ｃ（Ｎ，Ｍ）によって制御されるようになっている。
【００６６】
すなわち、本実施の形態のセンサＩＣ１Ｂでは、第２駆動制御回路としての駆動制御回路３１は、複数の発振回路１０Ｂを順次駆動させる。そして、各出力制御回路Ｃ（１，１）〜Ｃ（Ｎ，Ｍ）は、それぞれのユニットセルＵ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）から信号が出力された場合にのみ駆動して、検知回路３２にそれぞれ出力するようになっている。
【００６７】
出力制御回路Ｃは、図６に示すように、例えば、トランジスタＴＲ３・ＴＲ４と、スイッチ回路３３とを備えている。そして、出力制御回路Ｃにおいては、ユニットセルＵの駆動時には駆動制御信号ＣＮＴがオン入力されることによって、トランジスタＴＲ３・ＴＲ４がインバータ回路として動作する。一方、出力制御回路Ｃにおいては、ユニットセルＵの非駆動時には、駆動制御信号ＣＮＴがオフ入力されることによって、トランジスタＴＲ３・ＴＲ４の出力がオフ動作し、その出力がハイインピーダンスとなるようになっている。
【００６８】
この結果、出力制御回路Ｃは、ユニットセルＵの駆動時のみ、その出力を検知回路３２に出力するようになる。
【００６９】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ｂでは、出力制御回路Ｃ（１，１）〜Ｃ（Ｎ，Ｍ）のいずれか一つだけを動作させる。これによって、出力配線ＶＯＵＴを全ての出力制御回路Ｃ（１，１）〜Ｃ（Ｎ，Ｍ）に対して接続し、検知回路３２への配線を１本にまとめることができる。これにより、配線と検知回路３２とを共通化できるため、配線面積及び回路構成を簡略化することができる。
【００７０】
（検知方法）
上記構成のセンサＩＣ１Ｂにおける検知方法について、図７及び図８に基づいて説明する。図７は、半導体基板２上に被検出体Ｓを接触させた状態のセンサＩＣ１Ｂを示す模式平面図である。図８は、上記センサＩＣ１Ｂの発振回路１０Ｂの駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００７１】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ｂを用いて被検出体Ｓの誘電率変化を検知する場合には、図７に示すように、被検出体ＳをセンサＩＣ１Ｂの半導体基板２に接触させる。
【００７２】
センサＩＣ１Ｂに被検出体Ｓが接触した場合、駆動制御回路３１が例えばユニットセルＵ（１,１）を駆動させる。駆動されたユニットセルＵ（１,１）では、被検出体Ｓが有する誘電率の変化の電磁誘導により、ユニットセルＵ（１,１）に対応するインダクタＬ（１,１）のインダクタ値にΔＬの変化が生じる。インダクタ値が変化したことにより、ユニットセルＵ（１,１）の発振回路１０Ｂの発振周波数は、
ｆ＋Δｆ＝１／（２π√（（Ｌ＋ΔＬ）Ｃ））
と変化する。
【００７３】
ユニットセルＵ（１,１）は、変化した発振周波数信号を分周回路Ｆ（１,１）に出力し、分周回路Ｆ（１,１）はこの発振周波数信号を低周波信号に分周する。分周回路Ｆ（１,１）から出力された低周波信号は、出力制御回路Ｃ（１,１）により、検知回路３２へと出力され、検知回路３２にて被検出体Ｓの誘電率が検知される。
【００７４】
詳細には、図８に示すように、前記駆動制御回路３１は、インダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）が、被検出体Ｓの半導体基板２の表面近傍にある誘電率変化の時間分布を検知するために、時間ｔ、時間ｔ＋１から時間ｔ＋ＮＭというように、その時間毎に対応するユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）を順次駆動させるように制御する。
【００７５】
複数のユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）を順次動作させることによって、その出力信号を検知回路３２にてインダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）の位置での発振周波数差を検知する。
【００７６】
尚、時間ｔ＋ＮＭの後のユニットセルＵ（Ｎ，Ｍ）を評価した後、ユニットセルＵ（１，１）に戻って再度評価をしてもよい。これにより、インダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）の位置での発振周波数差の時間変化を検知することができる。
【００７７】
この結果、本実施の形態では、被検出体Ｓが有する時間毎及び位置毎に誘電率変化を取得できることから、刻々と変わる被検出体Ｓの誘電率変化を評価することができる。
【００７８】
このように、本実施の形態のセンサＩＣ１Ｂは、複数のセンサ回路としての発振回路１０Ｂを順次駆動させる第２駆動制御回路としての駆動制御回路３１を備えている。また、検知回路３２は、駆動制御回路３１が複数の発振回路１０Ｂを順次駆動させることにより、半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化を順次検知する。
【００７９】
これにより、複数の発振回路１０Ｂを順次駆動することによって、半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化を順次検知することができる。したがって、被検出体Ｓの誘電率変化の面内分布を順次検知することができる。また、最後の発振回路１０Ｂを駆動した後、再度、最初の発振回路１０Ｂを駆動することにより、刻々と変化する被検出体Ｓの誘電率変化の時間的変化を求めることができる。
【００８０】
また、本実施の形態におけるセンサＩＣ１Ｂでは、複数の発振回路１０Ｂは、該発振回路１０Ｂの出力信号を検知回路３２に出力するか否かを切り換える出力制御回路Ｃをそれぞれ備えている。このため、各発振回路１０Ｂから検知回路３２への配線を各出力制御回路Ｃと検知回路３２とを接続する共通配線として１本にすることができる。また、検知回路３２においても少なくとも一個の検知部を備えていれば、各発振回路１０Ｂの出力信号を順次入力することにより順次検知することができる。
【００８１】
したがって、接続配線と検知回路３２とを共通化できるので、配線面積及び検知回路構成を簡略化することができる。
【００８２】
〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８３】
前記実施の形態２のセンサＩＣ１Ｂでは、発振回路１０ＢにおけるインダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）及びユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）が縦方向において同じ向きに並んでいた。これに対して、本実施の形態のセンサＩＣ１Ｃでは、発振回路１０ＢにおけるインダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）及びユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）が縦方向において交互に反対向きに並んでいる点が異なっている。
【００８４】
本実施の形態のセンサＩＣ１Ｃの構成について、図９に基づいて説明する。図９は、本実施の形態のセンサＩＣ１Ｃにおける発振回路１０Ｂの並び方を示す平面模式図である。
【００８５】
前記実施の形態２のセンサＩＣ１Ｂでは、発振回路１０ＢにおけるインダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）及びユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）が縦方向において同じ向きに並んでいた。
【００８６】
しかし、この並び方では、インダクタＬの面積が大きいため、縦方向に互いに同じ向きに並べると配置上不都合になることがある。つまり、十分密に並んでいるとは言えない。
【００８７】
そこで、本実施の形態のセンサＩＣ１Ｃでは、図９に示すように、発振回路１０ＢにおけるインダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）及びユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）を縦方向において交互に反対向きに並べて配置している。
【００８８】
この結果、本実施の形態のセンサＩＣ１Ｃでは、面積の大きいインダクタＬを千鳥状に配置する際に、インダクタＬを効率的にさらに密に配置することが可能になる。
【００８９】
尚、上記の説明では、前記実施の形態２のセンサＩＣ１Ｂの発振回路１０ＢにおけるインダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）及びユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）を縦方向において交互に反対向きに並べているとして説明した。
【００９０】
しかしながら、本発明においては、必ずしもこれに限らず、例えば、前記実施の形態１のセンサＩＣ１Ａの発振回路１０ＡにおけるインダクタＬ（１，１）〜Ｌ（Ｎ，Ｍ）及びユニットセルＵ（１，１）〜Ｕ（Ｎ，Ｍ）を縦方向において交互に反対向きに並べるとすることも可能である。
【００９１】
これによっても、同様に、面積の大きいインダクタＬを千鳥状に配置する際に、インダクタＬを効率的にさらに密に配置することが可能になる。
【００９２】
〔まとめ〕
本発明の態様１におけるセンサＩＣ１Ａ・ＩＣ１Ｂ・ＩＣ１Ｃは、半導体基板２の表面に被検出体Ｓを接触させて該被検出体Ｓによる誘電率変化を検知する。半導体基板２の表面における同一平面に千鳥状に配置された複数のセンサ回路（発振回路１０Ａ・１０Ｂ）と、上記半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化の面内分布を、上記複数のセンサ回路（発振回路１０Ａ・１０Ｂ）の内の１つの基準となるセンサ回路（発振回路１０Ａ・１０Ｂ）との対比により検知する検知回路２２・３２とが設けられていることを特徴としている。
【００９３】
上記の発明によれば、センサＩＣは、複数のセンサ回路を備えている。このため、被検出体を移動させずに、半導体基板の表面近傍に存在する被検出体における各部分の誘電率変化の面内分布を各センサ回路の位置毎に検知することができる。この結果、評価時間を短縮することができる。
【００９４】
また、特に、本発明では、複数のセンサ回路は、半導体基板の表面における同一平面に千鳥状に配置されている。このため、複数のセンサ回路を密に配列することが可能になり、並列に配置するよりも分解能の高いセンサＩＣを得ることができる。
【００９５】
したがって、被検出体における誘電率変化の面内分布を密に検知し得るセンサＩＣを提供することができる。
【００９６】
本発明の態様２におけるセンサＩＣ１Ａ・ＩＣ１Ｂ・ＩＣ１Ｃは、態様１におけるセンサＩＣにおいて、前記センサ回路（発振回路１０Ａ・１０Ｂ）は、メタル層にて形成されたインダクタＬを含む発振回路から構成されており、上記被検出体Ｓの接触に基づく発振回路１０Ａ・１０Ｂの発振周波数と基準となるセンサ回路（発振回路１０Ａ・１０Ｂ）の発振周波数との発振周波数差により、前記被検出体Ｓの誘電率変化を検知するとすることができる。
【００９７】
これにより、センサ回路は、メタル層にて形成されたインダクタを含む発振回路から構成されているので、インダクタに被検出体を近づけると、被検出体に基づく誘電率変化に伴ってインダクタ値が変化する。そして、被検出体の接触に基づく発振回路の発振周波数と基準となるセンサ回路の発振周波数との発振周波数差により、被検出体の誘電率変化を検知することができる。
【００９８】
したがって、簡単な構成にて、被検出体の誘電率変化の面内分布を容易に検知することができる。
【００９９】
本発明の態様３におけるセンサＩＣ１Ａは、態様１又は２におけるセンサＩＣにおいて、前記複数のセンサ回路（発振回路１０Ａ）の全てを同時に駆動させる第１駆動制御回路（駆動制御回路２１）を備えていると共に、前記検知回路（検知回路２２）は、上記第１駆動制御回路（駆動制御回路２１）が上記複数のセンサ回路（発振回路１０Ａ）の全てを駆動させることにより、前記半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化を同時に検知するとすることができる。
【０１００】
これにより、同時に複数のセンサ回路を駆動することにより、半導体基板の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化を同時に検知することができる。したがって、被検出体の誘電率変化の面内分布を短時間で検知することができる。また、この測定を繰り返すことにより、被検出体Ｓの誘電率変化の面内分布の経時変化を求めることができる。
【０１０１】
本発明の態様４におけるセンサＩＣ１Ｂは、態様１又は２におけるセンサＩＣにおいて、前記複数のセンサ回路（発振回路１０Ｂ）を順次駆動させる第２駆動制御回路（駆動制御回路３１）を備えていると共に、前記検知回路（検知回路３２）は、上記第２駆動制御回路（駆動制御回路３１）が上記複数のセンサ回路（発振回路１０Ｂ）を順次駆動させることにより、前記半導体基板２の表面近傍に存在する被検出体Ｓにおける各部分の誘電率変化を順次検知するとすることができる。
【０１０２】
これにより、複数のセンサ回路を順次駆動することにより、半導体基板の表面近傍に存在する被検出体における各部分の誘電率変化を順次検知することができる。したがって、被検出体の誘電率変化の面内分布を順次検知することができる。また、最後のセンサ回路を駆動した後、再度、最初のセンサ回路を駆動することにより、刻々と変化する被検出体の誘電率変化の時間的変化を求めることができる。
【０１０３】
本発明の態様５におけるセンサＩＣ１Ｂは、態様４におけるセンサＩＣにおいて、前記複数のセンサ回路（発振回路１０Ｂ）は、該センサ回路（発振回路１０Ｂ）の出力信号を前記検知回路（検知回路３２）に出力するか否かを切り換える出力制御回路Ｃをそれぞれ備えていることが好ましい。
【０１０４】
これにより、各センサ回路毎に該センサ回路の出力信号を前記検知回路に出力するか否かを切り換える出力制御回路が設けられている。このため、各センサ回路から検知回路への配線を各出力制御回路と検知回路とを接続する共通配線として１本にすることができる。また、検知回路においても少なくとも一個の検知部を備えていれば、各センサ回路の出力信号を順次入力することにより、順次検知することができる。
【０１０５】
したがって、接続配線と検知回路とを共通化できるので、配線面積及び検知回路構成を簡略化することができる。
【０１０６】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、半導体基板の表面に被検出体を接触させて、該被検出体による誘電率変化を検知するセンサＩＣに利用することができる。例えば、各家庭や簡易診断所等で利用される診断ツールとして、高速検査、低価格、小型化及び簡便性等に優れたセンサＩＣに適用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１Ａ      センサＩＣ
１Ｂ      センサＩＣ
１Ｃ      センサＩＣ
２        半導体基板
１０Ａ      発振回路
１０Ｂ      発振回路
１１        端子
２１        駆動制御回路（第１駆動制御回路）
２２        検知回路
３１        駆動制御回路（第２駆動制御回路）
３２        検知回路
３３        スイッチ回路
Ｃ        出力制御回路
Ｄ        差動回路
Ｆ        分周回路
Ｌ        インダクタ
ＴＲ１      クロスカップルトランジスタ
ＴＲ２      クロスカップルトランジスタ
ＴＲ３      トランジスタ
ＴＲ４      トランジスタ
Ｕ        ユニットセル
【図１】
0006486740.tif 000002
【図２】
0006486740.tif 000003
【図３】
0006486740.tif 000004
【図４】
0006486740.tif 000005
【図５】
0006486740.tif 000006
【図６】
0006486740.tif 000007
【図７】
0006486740.tif 000008
【図８】
0006486740.tif 000009
【図９】
0006486740.tif 000010
【図１０】
0006486740.tif 000011
【図１１】
0006486740.tif 000012