(57)【要約】      （修正有）【課題】封止部とＩＳＦＥＴとの接合面について熱疲労に対する接合強度が良好で、小型な半導体イオンセンサを提供する。【解決手段】主表面側に、ドレイン領域１２、ソース領域及びチャネル領域と、ドレイン電極１５及びソース電極と、ドレイン電極及びソース電極を露出させて被覆するフィールド酸化膜１９と、フィールド酸化膜の表面を被覆するイオン感応膜２０と、を設けてイオン感応膜の露出した表面を水溶液に接触するセンサ部２１とした半導体基板１１と、イオン感応膜のセンサ部を除く部分の表面を被覆する保護膜２２と、を有するＩＳＦＥＴ実装基板５と、センサ部を除くＩＳＦＥＴの主表面側と実装基板とを封止する封止部６と、を有する半導体イオンセンサにおいて、ＩＳＦＥＴの保護膜と封止部との接合面にセンサ部の中心位置と、ドレイン電極とソース電極との中点と、を結ぶ直線方向に対して交叉するように、クラック進行抑制部２３を設けた。【選択図】  図２
2004177237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大略直方体状をなす主表面側に、ドレイン領域、ソース領域及びチャネル領域と、ドレイン電極及びソース電極と、ドレイン電極及びソース電極を露出させて被覆するフィールド酸化膜と、フィールド酸化膜の表面を被覆するイオン感応膜と、を設けてイオン感応膜の露出した表面を水溶液に接触するセンサ部とした半導体基板と、イオン感応膜のセンサ部を除く部分の表面を被覆する保護膜と、を有するＩＳＦＥＴと、
ＩＳＦＥＴを実装する実装基板と、
センサ部を除く前記ＩＳＦＥＴの主表面側と前記実装基板とを封止する封止部と、
を有する半導体イオンセンサにおいて、
前記ＩＳＦＥＴの保護膜と前記封止部との接合面に、前記センサ部の中心位置と、前記ドレイン電極と前記ソース電極との中点と、を結ぶ直線方向に対して交叉するように、クラック進行抑制部を設けてなることを特徴とする半導体イオンセンサ。
【請求項２】
前記クラック進行抑制部は、前記接合面がその全体的な平坦な面に対し凹または凸状に設けたものであることを特徴とする請求項１記載の半導体イオンセンサ。
【請求項３】
前記クラック進行抑制部は、複数個設けたものであることを特徴とする請求項２記載の半導体イオンセンサ。
【請求項４】
前記クラック進行抑制部は、前記半導体基板の主表面の上面から見て中心部分で折れ曲がる形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の半導体イオンセンサ。
【請求項５】
前記フィールド酸化膜上に、前記ドレイン電極又は前記ソース電極と少なくともいずれかの材料と同一の材料で膜間凸部を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の半導体イオンセンサ。
【請求項６】
前記ドレイン配線部又は前記ソース配線部の少なくともいずれかを蛇行するように設け、その表面上の前記フィールド酸化膜のみが薄いことを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の半導体イオンセンサ。
【請求項７】
前記ドレイン配線部又は前記ソース配線部の少なくともいずれかをＬＯＣＯＳ工程によって設けることを特徴とする請求項６記載の半導体イオンセンサ。
【請求項８】
前記保護膜の表面にクラック進行抑制部を設けることを特徴とする請求項１乃至４記載の半導体イオンセンサ。
【請求項９】
前記クラック進行抑制部の断面形状が三角形であることを特徴とする請求項８記載の半導体イオンセンサ。
【請求項１０】
凸状の前記クラック進行抑制部の上部にレジスタ片を設けることを特徴とする請求項８記載の半導体イオンセンサ。
【請求項１１】
前記ドレイン電極と前記ソース電極の間に、前記保護膜と前記封止部の接合面に、前記センサ部の中心位置と、前記ドレイン電極と前記ソース電極との中点とを結ぶ直線方向に沿うように、クラック進行抑制部を設けることを特徴とする請求項１乃至請求項１０記載の半導体イオンセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＳＦＥＴ（イオン感応性電界効果トランジスタ）を用いた半導体イオンセンサであって、水溶液中のイオンのセンシングやｐＨの測定に用いられる半導体イオンセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＩＳＦＥＴを用いた半導体イオンセンサの一例を図１８、図１９、図２０に基づいて説明する。図１８は基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図、図１９の図１８のＸ―Ｘの断面図、図２０の図１８のＹ―Ｙの断面図である。この半導体イオンセンサは、ＩＳＦＥＴ１、実装基板５、封止部６を主要構成部材としている。
【０００３】
ＩＳＦＥＴ１は、全体的には、例えば、縦７ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ２ｍｍの略直方体であり、大略的には、半導体基板１１にイオン感応膜２０を設け、所定個所を保護膜２２で被覆している。詳しくは、半導体基板１１は、その主表面側に、トランジスタ機能を構成するドレイン領域１２、ソース領域１３及びチャネル領域１４、外部回路と電気的に接続するためのドレイン電極１５及びソース電極１６、さらに、ドレイン領域１２とドレイン電極１５とを電気的に接続するドレイン配線部１７、ソース領域１３とソース電極１６とを電気的に接続するソース配線部１８を形成している。また、イオン感応膜２０は、チャネル領域１４の上部に設けられ、水溶液と接触するようにしてセンサ部２１を形成している。そして、保護膜２２は、外部応力等から保護するために、センサ部２１、ドレイン電極１５及びソース電極１６を露出させ、これら以外の半導体基板１１の主表面側を被覆している。
【０００４】
実装基板５は、例えば、エポキシ樹脂により平板状の形成され、ＩＳＦＥＴ１や他の回路部品を固定する。ＩＳＦＥＴ１は、この実装基板５上に、後述するように、封止部６により固定される。また、実装基板５は、図外駆動電源回路や電流検知回路を有しており、ドレイン電極１５、ソース電極１６には電線７が接続される。
【０００５】
封止部６は、例えば、エポキシ樹脂により、センサ部２１は露出させた状態で、それ以外は外部（特に、水溶液）に対して電気的に絶縁するべく封止し、それによりＩＳＦＥＴ１を実装基板５に固定する。
【０００６】
この半導体イオンセンサは、図１８のＺ―Ｚ面より先端側部分を水溶液中に浸して、水溶液中のイオンのセンシングやｐＨの測定を行う。すなわち、センサ部２１のイオン感応膜２０は、水溶液と接触すると、水溶液中のイオンとの相互作用により、特定のイオン濃度に応じてイオン感応膜２０とチャネル領域１４との界面の電圧が変化する。この結果、通常のＭＯＳＦＥＴの動作原理により、ドレイン領域１２とソース領域１３との間を流れる電流が変化する。したがって、水溶液中のイオン濃度がＩＳＦＥＴのドレイン―ソースの電流値としてセンシングできる。
【０００７】
この種の半導体イオンセンサに関する封止部の構造に関する先行技術としては、例えば、特開２００２―１６２３８０があり、ここではセンサ部に樹脂が流れ込まない構造が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２―１６２３８０号公報（第４−８頁、図１及び図２）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
封止部とこれに接合しているＩＳＦＥＴの保護膜とは、熱膨張係数が異なるために、温度の上昇・降下が起こると、接合面がずれるような応力を受ける。したがって、上昇温度と降下温度の差がかなり大きい状態で温度変化が繰り返されると、接合面にクラックが発生し、それが拡大し、やがて、両者が剥離する。すなわち、温度変化が繰り返されると、外部応力を受けていなくても接合面が剥離するという熱疲労を起こす。この結果として、界面から水溶液が侵入するという事態を招く恐れがある。クラックの発生から完全に剥離するまでの温度変化が繰り返し回数は、接合面の距離に略比例するので、センサ部とドレイン電極・ソース電極との距離を長くすることで、熱疲労に対する寿命を確保していた。
【００１０】
本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、封止部とＩＳＦＥＴとの接合面について熱疲労に対する接合強度が良好で、小型な半導体イオンセンサを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、大略直方体状をなす主表面側に、ドレイン領域、ソース領域及びチャネル領域と、ドレイン電極及びソース電極と、ドレイン電極及びソース電極を露出させて被覆するフィールド酸化膜と、フィールド酸化膜の表面を被覆するイオン感応膜と、を設けてイオン感応膜の露出した表面を水溶液に接触するセンサ部とした半導体基板と、イオン感応膜のセンサ部を除く部分の表面を被覆する保護膜と、を有するＩＳＦＥＴと、ＩＳＦＥＴを実装する実装基板と、センサ部を除く前記ＩＳＦＥＴの主表面側と前記実装基板とを封止する封止部と、を有する半導体イオンセンサにおいて、前記ＩＳＦＥＴの保護膜と前記封止部との接合面に、前記センサ部の中心位置と、前記ドレイン電極と前記ソース電極との中点と、を結ぶ直線方向に対して交叉するように、クラック進行抑制部を設けてなることを特徴としている。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の半導体イオンセンサにおいて、前記クラック進行抑制部は、前記接合面がその全体的な平坦な面に対し凹または凸状に設けたものであることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２記載の半導体イオンセンサにおいて、前記クラック進行抑制部は、複数個設けたものであることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３記載の半導体イオンセンサにおいて、前記クラック進行抑制部は、前記半導体基板の主表面の上面から見て中心部分で折れ曲がる形状であることを特徴としている。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４記載の半導体イオンセンサにおいて、前記フィールド酸化膜上に前記ドレイン電極又は前記ソース電極と少なくともいずれかの材料と同一の材料で膜間凸部を設けることを特徴としている。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項４記載の半導体イオンセンサにおいて、前記ドレイン配線部又は前記ソース配線部の少なくともいずれかを蛇行するように設け、その表面上の前記フィールド酸化膜のみが薄いことを特徴としている。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項６記載の半導体イオンセンサにおいて、前記ドレイン配線部又は前記ソース配線部の少なくともいずれかをＬＯＣＯＳ工程によって設けることを特徴としている。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項４記載の半導体イオンセンサにおいて、前記保護膜の表面にクラック進行抑制部を設けることを特徴としている。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項８記載の半導体イオンセンサにおいて、前記クラック進行抑制部の断面形状が三角形であることを特徴としている。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、請求項８記載の半導体イオンセンサにおいて、凸状の前記クラック進行抑制部の上部にレジスタ片を設けることを特徴としている。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、請求項１乃至請求項１０記載の半導体イオンセンサにおいて、前記ドレイン電極と前記ソース電極の間に、前記保護膜と前記封止部の接合面に、前記センサ部の中心位置と、前記ドレイン電極と前記ソース電極との中点と、を結ぶ直線方向に沿うように、クラック進行抑制部を設けることを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
実施形態１に係る半導体イオンセンサを、図１〜図３に基づいて説明する。図１は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図、図２は図１のＸ―Ｘの断面図、図３は図１のＹ―Ｙの断面図である。なお、従来の技術の項において説明した部材と基本的機能が同様のものは同一の符号を付している。この半導体イオンセンサは、ＩＳＦＥＴ１、実装基板５、封止部６を主要構成部材としている。
【００２３】
ＩＳＦＥＴ１は、全体的には、例えば、縦７ｍｍ、横５ｍｍ、厚さ２ｍｍの略直方体であり、大略的には、半導体基板１１にイオン感応膜２０を設け、所定個所を保護膜２２で被覆している。詳しくは、半導体基板１１は、主要部はシリコンであり、その主表面側に、トランジスタ機能を構成するドレイン領域１２、ソース領域１３及びチャネル領域１４、外部回路と電気的に接続するためのドレイン電極１５及びソース電極１６、さらに、ドレイン領域１２とドレイン電極１５とを電気的に接続するドレイン配線部１７、ソース領域１３とソース電極１６とを電気的に接続するソース配線部１８を形成している。また、フィールド酸化膜１９はシリコン酸化物であり、ドレイン電極１５とソース電極１６を除く上記半導体基板１１の主表面を被覆するように形成している。次に、イオン感応膜２０は、フィールド酸化膜１９を更に被覆するように、チャネル領域１４の上部に設けられ、水溶液と接触するようにしてセンサ部２１を形成している。このイオン感応膜２０の材料は、センシングするイオンの種類で決まるが、例えば、ｐＨ測定用としては、酸化タンタル膜等が用いられる。そして、保護膜２２はシリコン窒化物であり、外部応力等から保護するために、センサ部２１、ドレイン電極１５及びソース電極１６を露出させ、これら以外の半導体基板１１の主表面側を被覆している。さらに、クラック進行抑制部２３は、短冊状の凸状であり、エッチングにより、保護膜２２の表面に、センサ部２１の中心位置と、ドレイン電極１５とソース電極１６との中点とを結ぶ直線方向に対して直交するように、形成される。
【００２４】
実装基板５は、例えば、エポキシ樹脂により平板状の形成され、ＩＳＦＥＴ１や他の回路部品を固定する。ＩＳＦＥＴ１は、この実装基板５上に、後述するように、封止部６により固定される。また、実装基板５は、図外駆動電源回路や電流検知回路を有しており、ドレイン電極１５、ソース電極１６には電線７が接続される。
【００２５】
封止部６は、例えば、エポキシ樹脂により、センサ部２１は露出させた状態で、それ以外は外部（特に、水溶液）に対して電気的に絶縁するべく封止し、それによりＩＳＦＥＴ１を実装基板５に固定する。ここで、封止部６は、未硬化状態のエポキシ樹脂をディスペンサ等により滴下させて、加熱硬化させることで、形成される。
【００２６】
上記の半導体イオンセンサは、図１のＺ―Ｚ面より先端部を水溶液中に浸して、水溶液中のイオンのセンシングやｐＨの測定を行う。すなわち、センサ部２１のイオン感応膜２０は水溶液と接触し、水溶液中のイオンとの相互作用により、特定のイオン濃度に応じて、イオン感応膜２０とチャネル領域１４との界面の電圧が変化する。この結果、通常のＭＯＳＦＥＴの動作原理により、ドレイン領域１２とソース領域１３との間を流れる電流が変化する。したがって、水溶液中のイオン濃度がＩＳＦＥＴ１のドレイン―ソースの電流値としてセンシングできる。
【００２７】
ここで、封止部６とこれに接合している保護膜２２とは、熱膨張係数が異なるために、温度の上昇・低下が起こると、接合面で両者がずれるような応力を受ける。この温度上昇・低下が繰り返し起こると、接合面にクラックが発生する。例えば、図２で、クラック２４が、接合面の場所Ａに最初に発生したとする。さらに、この温度上昇・低下の繰り返しが続くと、クラック２４の拡大する方向と前記応力の方向が一致するので、クラック２４は両側に接合面に沿って容易に拡大していく。しかし、クラック進行抑制部２３のコーナー部分Ｂまでクラック２４が拡大すると、これ以上のクラック２４の拡大はクラック進行抑制部２３のコーナー部分Ｂで抑制される。つまり、クラック２４の拡大にとってクラック進行抑制部２３は障害物となる。この後、さらに、温度上昇・低下の繰り返しが続くと、各部でクラック２４が発生し、それらが拡大することで、最後には、封止部６と保護膜２２との界面が完全に剥離してしまう。この状態によると、剥離した界面から、水溶液が進入し、ドレイン電極１５とソース電極１６とが導通して、半導体イオンセンサとしての機能を果たさなくなる。このような過程により、半導体イオンセンサが機能停止するまでの温度上昇・低下の繰り返し回数は、本実施形態のものは、保護膜と封止部の接合面にクラック進行抑制部が形成されているので、従来のものよりも多くなっている。すなわち、ＩＳＦＥＴ１の形状を同じにすれば、本実施形態のものは、従来のものよりも長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、本実施形態のものの方が小型となる。
【００２８】
（実施形態２）
実施形態２に係る半導体イオンセンサについて図４、図５に基づいて説明する。図４は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図であり、図５は図４のＸ―Ｘの断面図である。
【００２９】
実施形態２の半導体イオンセンサの構造は、実施形態１とほぼ同様である。実施形態１の構造と異なるのは、図４、５に示すように、保護膜２２に３個の凸状のクラック進行抑制部２３ａ、２３ｂ、２３ｃを形成していることである。
【００３０】
本実施形態では、封止部６と保護膜２２との接合面に複数のクラック進行抑制部２３ａ、２３ｂ、２３ｃが存在するので、温度上昇・低下の繰り返しによって発生したクラックの拡大をさらに抑制することができる。この結果として、ＩＳＦＥＴ１の形状を同じにすれば、本実施形態のものは、実施形態１のものよりも長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、本実施形態のものの方が小型となる。
【００３１】
（実施形態３）
実施形態３に係る半導体イオンセンサについて図６、図７に基づいて説明する。図６は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図であり、図７は図６のＸ―Ｘの断面図である。
【００３２】
実施形態３の半導体イオンセンサの構造は、実施形態２とほぼ同様である。実施形態２の構造と異なるのは、図６、図７に示すように、保護膜２２に形成した短冊状の凸状のクラック進行抑制部２３ｄ、２３ｅ、２３ｆは、半導体基板１１の主表面の上面から見て中心部分で折れ曲がる形状となり、くの字状となっている。つまり、中心付近ではセンサ部との距離が短く、周辺部ではセンサ部からの距離が長い構造となっていることである。
【００３３】
本実施形態では、クラック進行抑制部２３ｄ、２３ｅ、２３ｆが、くの字状となっているので、温度上昇・低下の繰り返しによって発生したクラックが、クラック進行抑制部のコーナー部にまで拡大し、さらに、クラック進行抑制部の長さ方向に沿って拡大したときに、くの字状の中心部で拡大が停止する。この結果として、ＩＳＦＥＴ１の形状を同じにすれば、本実施形態のものは、実施形態２のものよりも長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、本実施形態のものの方が小型となる。なお、クラック進行抑制部２３ｄ、２３ｅ、２３ｆは、上面から見て、逆の字状、すなわち、中心付近ではセンサ部との距離が長く、周辺部ではセンサ部からの距離が短い構造としてもほぼ同じ効果を得ることができる。
【００３４】
（実施形態４）
実施形態４に係る半導体イオンセンサについて図８、図９に基づいて説明する。図８は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図であり、図９は図８のＸ―Ｘの断面図である。
【００３５】
実施形態４の半導体イオンセンサの構造は、実施形態２とほぼ同様である。実施形態２の構造と異なるのは、図８及び図９に示すように、保護膜２２に断面が鋭角三角形の４個の凸状のクラック進行抑制部２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊを形成していることである。
【００３６】
実施形態２のクラック進行抑制部の断面は四角形となっているのに対して、本実施形態では、クラック進行抑制部の断面が鋭角三角形となっている。このために、接合面の長さが同じなら、本実施形態の方がより多くのクラック進行抑制部を設けることができる。この結果として、ＩＳＦＥＴの形状を同じにすれば、本実施形態のものは、実施形態２のものよりも長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、本実施形態のものの方が小型となる。なお、クラック進行抑制部の断面は、直角三角形や鈍角三角形であっても、クラック進行抑制部の個数が同一なら同じ効果を得ることができる。
【００３７】
（実施形態５）
実施形態５に係る半導体イオンセンサについて図１０、図１１に基づいて説明する。図１０は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図であり、図１１は図１０のＸ―Ｘの断面図である。
【００３８】
実施形態５の半導体イオンセンサの構造は、実施形態２とほぼ同様である。実施形態２の構造と異なるのは、図１０、図１１に示すように、保護膜２２に形成した凸状のクラック進行抑制部２３ａ、２３ｂ、２３ｃの上部にレジスタ片２５ａ、２５ｂ、２５ｃを設けている構造となっていることである。すなわち、保護膜２２にマスキング用のレジスタ片２５ａ、２５ｂ、２５ｃを保護膜の表面に取付けてエッチングをしてクラック進行抑制部２３ａ、２３ｂ、２３ｃを形成した後に、レジスタ片２５ａ、２５ｂ、２５ｃを除去することなく、封止部６を形成することで、この構造を得ることができる。
【００３９】
本実施形態では、封止部６と保護膜２２との接合面に上部にレジスタ片を有するクラック進行抑制部が存在するので、温度上昇・低下の繰り返しによって発生したクラックの拡大をさらに抑制することができる。この結果として、ＩＳＦＥＴの形状を同じにすれば、本実施形態のものは、実施形態２のものよりも長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、本実施形態のものの方が小型となる。
【００４０】
（実施形態６）
実施形態６に係る半導体イオンセンサについて図１２、図１３に基づいて説明する。図１２は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図であり、図１３は図１２のＸ―Ｘの断面図である。
【００４１】
実施形態６の半導体イオンセンサの構造は、実施形態２とほぼ同様である。実施形態２の構造と異なるのは、図１２、図１３に示すように、ドレイン電極１６とソース電極１７との間で、保護膜２２と封止部６との接合面に電極間クラック進行抑制部２６ａ、２６ｂ、２６ｃを形成していることである。
【００４２】
本実施形態では、例えば、センサ部２１とドレイン電極１５と間において、保護膜２２と封止部６との界面が剥離した場合でも、電極間での両者の接合が、クラック進行抑制部２６ａ、２６ｂ、２６ｃのために維持されていれば、ドレイン電極１５とソース電極１６との絶縁は維持される。この結果として、ＩＳＦＥＴ１の形状を同じにすれば、本実施形態のものは、実施形態２のものよりも長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、本実施形態のものの方が小型となる。
【００４３】
（実施形態７）
実施形態７に係る半導体イオンセンサについて図１４、図１５に基づいて説明する。図１４は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図であり、図１５は図１４のＸ―Ｘの断面図である。
【００４４】
実施形態７の半導体イオンセンサの構造は、実施形態２とほぼ同様である。実施形態２の構造と異なるのは、図１４、図１５に示すように、フィールド酸化膜１９と保護膜２２との間に、ドレイン電極１５及びソース電極１６と同じ材料により、膜間凸部２７ａ、２７ｂ、２７ｃを形成することにより、結果的に保護膜２２と封止部６との間に凸状のクラック進行抑制部２３ａ、２３ｂ、２３ｃが形成されることである。すなわち、イオン感応膜２０を形成した後に、ドレイン電極１５及びソース電極１６の外部回路と接続する部分を、銅をスパッター等により形成するときに、同時に、フィールド酸化膜１９の表面上に膜間凸部２７ａ、２７ｂ、２７ｃを形成する。この後、従来と同様に保護膜２２を形成すれば、結果的に保護膜２２の表面にクラック進行抑制部２３ａ、２３ｂ、２３ｃが得られる。なお、イオン感応膜２０が、広い範囲に形成されている場合には、イオン感応膜２０の表面に膜間凸部２７ａ、２７ｂ、２７ｃを形成すればよい。
【００４５】
本実施形態では、ドレイン電極とソース電極を形成する工程で、膜間凸部が同時に形成され、この結果としてクラック進行抑制部が形成される。したがって、保護膜をエッチングする工程が不必要となり、実施形態２と比較して、生産性が向上する。
【００４６】
（実施形態８）
実施形態８に係る半導体イオンセンサについて図１６、図１７に基づいて説明する。図１６は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図であり、図１７は図１６のＸ―Ｘの断面図である。
【００４７】
実施形態８の半導体イオンセンサの構造は、実施形態２とほぼ同様である。実施形態２の構造と異なるのは、図１６、図１７に示すように、ドレイン配線部１７及びソース配線部１８を蛇行するように形成し、その表面上のフィールド酸化膜である配線上酸化膜２８ａ、２８ｂを、他部分のフィールド酸化膜１９よりも薄くすることである。このことにより、結果的に保護膜２２と封止部６との間に蛇行クラック進行抑制部２９ａ、２９ｂが形成されることになる。
【００４８】
本実施形態では、まず、半導体基板１１の主表面側を酸化処理することで、フィールド酸化膜１９を形成する。次に、ドレイン領域１２、ソース領域１３、チャネル領域１４、ドレイン配線部１７、ソース配線部１８、ドレイン電極１５及びソース電極１６となる部分をエッチングすることにより、フィールド酸化膜１９を除去する。このとき、ドレイン配線部１５とソース配線部１６は、図１６に示すように、蛇行するパターンとしておく。この後、拡散処理により、ドレイン領域１２、ソース領域１３、チャネル領域１４、ドレイン配線部１７、ソース配線部１８、ドレイン電極１５及びソース電極１６を形成する。さらに、酸化処理をすることで、各部の表面にフィールド酸化膜１９を再度形成する。ここで、ドレイン配線部１７及びソース配線部１８の表面上のフィールド酸化膜は、先にエッチングされないで残存していたフィールド酸化膜よりも薄くなっている。この状態で、イオン感応膜２０、保護膜２２を形成する。このようにして得られたＩＳＦＥＴ１の保護膜２２の表面は、結果的にドレイン配線部１７及びソース配線部１８の形状の蛇行クラック進行抑制部２８ａ、２８ｂが形成される。
【００４９】
本実施形態では、ドレイン配線部とソース配線部を形成する工程の結果として、保護膜２２と封止部６との間に蛇行クラック進行抑制部２８ａ、２８ｂが形成されることになる。したがって、保護膜をエッチングする工程が不必要となり、実施形態２と比較して、生産性が向上する。
【００５０】
（実施形態９）
実施形態９に係る半導体イオンセンサについて図１６、図１７に基づいて説明する。図１６は実装基板に固定されたＩＳＦＥＴの平面図であり、図１７は図１６のＸ―Ｘの断面図である。
【００５１】
実施形態９の半導体イオンセンサの構造は、実施形態８とほぼ同様である。実施形態８と異なるのは、蛇行形状のドレイン配線部１７とソース配線部１８を形成する工程として、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｏｃｏｎ）工程を用いていることである。すなわち、半導体基板１１の主表面側で、ドレイン領域１２、ソース領域１３、チャネル領域１４、ドレイン配線部１７、ソース配線部１８、ドレイン電極１５及びソース電極１６となる部分以外の部分をＬＯＣＯＳ工程によってフィールド酸化膜１９を形成する。この後は、実施形態８と同様の工程で、保護膜２２の表面は、結果的にドレイン配線部及びソース配線部の形状に蛇行クラック進行抑制部２８ａ、２８ｂが形成されているＩＳＦＥＴ１を作成する。
【００５２】
本実施形態では、ＬＯＣＯＳ工程によってフィールド酸化膜１９を形成する工程の結果として、保護膜２２と封止部６との間に蛇行クラック進行抑制部２８ａ、２８ｂが形成されることになる。したがって、半導体基板や保護膜をエッチングする工程が不必要となり、実施形態２と比較して、生産性が向上する。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１に係る半導体イオンセンサは、大略直方体状をなす主表面側に、ドレイン領域、ソース領域及びチャネル領域と、ドレイン電極及びソース電極と、ドレイン電極及びソース電極を露出させて被覆するフィールド酸化膜と、フィールド酸化膜の表面を被覆するイオン感応膜と、を設けてイオン感応膜の露出した表面を水溶液に接触するセンサ部とした半導体基板と、イオン感応膜のセンサ部を除く部分の表面を被覆する保護膜と、を有するＩＳＦＥＴと、ＩＳＦＥＴを実装する実装基板と、センサ部を除く前記ＩＳＦＥＴの主表面側と前記実装基板とを封止する封止部と、を有する半導体イオンセンサにおいて、前記ＩＳＦＥＴの保護膜と前記封止部との接合面に、前記センサ部の中心位置と、前記ドレイン電極と前記ソース電極との中点と、を結ぶ直線方向に対して交叉するように、クラック進行抑制部を設けたことを特徴としているので、温度上昇・低下の繰り返しによって発生するクラックの拡大を前記クラック進行抑制部によって抑制できるので、半導体イオンセンサが熱疲労に対して長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、小型とすることができる。
【００５４】
請求項２に係る半導体イオンセンサは、請求項１記載の構成において、前記クラック進行抑制部は、前記接合面がその全体的な平坦な面に対し凹または凸状に設けたものであることを特徴としているので、請求項１の効果に加えて、半導体イオンセンサがさらに長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、さらに小型とすることができる。
【００５５】
請求項３に係る半導体イオンセンサは、請求項１又は請求項２記載の構成において、前記クラック進行抑制部は、複数個設けたものであることを特徴としているので、請求項１又は請求項２の効果に加えて、半導体イオンセンサがさらに長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、さらに小型とすることができる。
【００５６】
請求項４に係る半導体イオンセンサは、請求項１乃至請求項３記載の構成において、前記クラック進行抑制部は、前記半導体基板の主表面の上面から見て中心部分で折れ曲がる形状であることをことを特徴としているので、請求項１乃至請求項３の効果に加えて、半導体イオンセンサがさらに長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、さらに小型とすることができる。
【００５７】
請求項５に係る半導体イオンセンサは、請求項１乃至請求項４記載の構成において、前記フィールド酸化膜上に、前記ドレイン電極又は前記ソース電極と少なくともいずれかの材料と同一の材料で膜間凸部を設けることを特徴としているので、工程数を増すことなく、クラック進行抑制部を得ることができるため、請求項１乃至請求項４の効果に加えて、生産性を向上することができる。
【００５８】
請求項６に係る半導体イオンセンサは、請求項１乃至請求項４記載の構成において、前記ドレイン配線部又は前記ソース配線部の少なくともいずれかを蛇行するように設け、その表面上の前記フィールド酸化膜のみが薄いことを特徴としているので、工程数を増すことなく、クラック進行抑制部を得ることができるため、請求項１乃至請求項４の効果に加えて、生産性を向上することができる。また、半導体イオンセンサを薄くするのに有効となる。
【００５９】
請求項７に係る半導体イオンセンサは、請求項６記載の構成において、前記ドレイン配線部又は前記ソース配線部の少なくともいずれかをＬＯＣＯＳ工程によって設けることを特徴としているので、請求項６の効果に加えて、ドレイン領域、ソース領域、チャネル領域等をより精密に形成することができ、この結果として、信頼性を向上することができる。
【００６０】
請求項８に係る半導体イオンセンサは、請求項１乃至請求項４記載の構成において、前記保護膜の表面にクラック進行抑制部を設けることを特徴としているので、前記保護膜よりも下部でのエッチング等の工程が不必要となるため、請求項１乃至請求項４の効果に加えて、エッチング等の工程等により配線等を傷つけることがなくなり、歩留りが向上する。
【００６１】
請求項９に係る半導体イオンセンサは、請求項８記載の構成において、前記クラック進行抑制部又は前記クラック進行抑制部の断面形状が三角形であることを特徴としているので、請求項８の効果に加えて、半導体イオンセンサがさらに長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、さらに小型とすることができる。本半導体イオンセンサは、特に、小型化に有効となる。
【００６２】
請求項１０に係る半導体イオンセンサは、請求項８記載の構成において、凸状の前記クラック進行抑制部の上部にレジスタ片を設けることを特徴としているので、請求項８の効果に加えて、半導体イオンセンサがさらに長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、さらに小型とすることができる。本半導体イオンセンサは、特に、長寿命化に有効となる。
【００６３】
請求項１１に係る半導体イオンセンサは、請求項１乃至請求項１０記載の構成において、前記ドレイン電極と前記ソース電極の間に、前記保護膜と前記封止部の接合面に、前記センサ部の中心位置と、前記ドレイン電極と前記ソース電極との中点と、を結ぶ直線方向に沿うように、クラック進行抑制部を設けることを特徴としているので、請求項１乃至請求項１０の効果に加えて、半導体イオンセンサがさらに長寿命となる。また、寿命を同じとなるように設計すれば、さらに小型とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図２】同じく、図１のＸ―Ｘの断面図である。
【図３】同じく、図１のＹ―Ｙの断面図である。
【図４】実施形態２に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図５】同じく、図４のＸ―Ｘの断面図である。
【図６】実施形態３に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図７】同じく、図６のＸ―Ｘの断面図である。
【図８】実施形態４に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図９】同じく、図８のＸ―Ｘの断面図である。
【図１０】実施形態５に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図１１】同じく、図１０のＸ―Ｘの断面図である。
【図１２】実施形態６に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図１３】同じく、図１２のＸ―Ｘの断面図である。
【図１４】実施形態７に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図１５】同じく、図１４のＸ―Ｘの断面図である。
【図１６】実施形態８に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図１７】同じく、図１６のＸ―Ｘの断面図である。
【図１８】従来の技術に係る実装基板に取付けたＩＳＦＥＴの平面図である。
【図１９】同じく、図１８のＸ―Ｘの断面図である。
【図２０】同じく、図１８のＹ―Ｙの断面図である。
【符号の説明】
１        ＩＳＦＥＴ
１１      半導体基板
１２      ドレイン領域
１３      ソース領域
１４      チャネル領域
１５      ドレイン電極
１６      ソース電極
１７      ドレイン配線部
１８      ソース配線部
１９      フィールド酸化膜
２０      イオン感応膜
２１      センサ部
２２      保護膜
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ      クラック進行抑制部
２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ            くの字状クラック進行抑制部
２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ    断面三角形状のクラック進行抑制部
２４      クラック
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ            レジスタ片
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ            電極間クラック進行抑制部
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ            膜間凸部
２８ａ、２８ｂ                    蛇行クラック進行抑制部
５        実装基板
６        封止部
７        電線
Ａ        クラック発生位置
Ｂ        クラック進行抑制部コーナー部分
Ｃ        くの字状クラック進行抑制部の中心部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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