(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主表面側にドレイン領域とソース領域とが離間して形成され、半導体基板においてドレイン領域とソース領域との間に介在する領域上に絶縁膜を介してイオン感応膜が形成され、ドレイン領域上にドレイン電極が形成され、ソース領域上にソース電極が形成されたＩＳＦＥＴと、ＩＳＦＥＴのソース電極に接続された参照電極と、該参照電極とＩＳＦＥＴのソース電極との間に挿入されＩＳＦＥＴのしきい値電圧と略同じしきい値電圧を有するＦＥＴであってドレインおよびゲートが参照電極に接続され、ソースがＩＳＦＥＴのソース電極に接続された定電圧用ＦＥＴと、定電圧用ＦＥＴのドレイン・ソース間に並列接続される電流制御用抵抗と電圧源との直列回路とを備えることを特徴とする半導体イオンセンサ。
【請求項２】
定電圧用ＦＥＴとＩＳＦＥＴとは隣接して同一半導体基板に形成され、両ＦＥＴのソース領域が共通化されてな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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体イオンセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、溶液（測定液）中のイオンの濃度（活量）を電気信号に変換するデバイスとしてＩＳＦＥＴ（Ion  Sensitive  Field  Effect  Transistor）と呼ばれる半導体イオンセンサが提供されている。この種の半導体イオンセンサは、図３に示すように、ｐ形シリコン基板１の主表面側にｎ+層よりなるドレイン領域２とｎ+層よりなるソース領域３とが離間して形成され、両領域２，３間のチャネル部４上にゲート絶縁膜５を介してイオン感応膜６が形成されている。また、ドレイン領域２上にはドレイン電極７が形成され、ソース領域３上にはソース電極８が形成されており、各電極７，８上には保護膜１０が形成されている。なお、図３中の９はフィールド酸化膜を示す。
【０００３】
要するに、図３に示す構成のＩＳＦＥＴは、電界効果型トランジスタのドレイン・ソース間のチャネル部上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極に相当する部分に、イオン感応膜６を形成してある。したがって、ＩＳＦＥＴでは、イオン濃度の大きさに応じてチャネル部４の電位が変わってチャネル部４の電気抵抗が変化することになり、ドレイン・ソース間の電流が変化する。
【０００４】
この種の半導体イオンセンサでは、ＩＳＦＥＴと別体の参照電極３０をＩＳＦＥＴのソース電極８に可変電圧源Ｖａを介して接続し、溶液（測定液）の電位を参照電極３０を通してＩＳＦＥＴのソース電位に対して一定の値にすることにより、ソース・ゲート間にはイオンの濃度に応じた電圧が加わるから、ドレイン電極７・ソース電極８間に電圧源Ｖ２を介して挿入された電流計４０による測定電流によりイオン濃度を知ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成の半導体イオンセンサでは、製品ごとのＩＳＦＥＴのしきい値電圧Ｖｔｈの違いや温度特性などにより、参照電極３０へ印加する最適な電圧が製品ごとに異なっており、ＩＳＦＥＴのしきい値電圧Ｖｔｈのばらつきや温度変化に関わらず一定の感度および精度を保つために、可変電圧源Ｖａによる参照電極３０への印加電圧をその都度調整する必要があり、手間がかかるという不具合があった。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、参照電極への印加電圧を調整する作業が不要で安定した感度特性を有する半導体イオンセンサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、半導体基板の主表面側にドレイン領域とソース領域とが離間して形成され、半導体基板においてドレイン領域とソース領域との間に介在する領域上に絶縁膜を介してイオン感応膜が形成され、ドレイン領域上にドレイン電極が形成され、ソース領域上にソース電極が形成されたＩＳＦＥＴと、ＩＳＦＥＴのソース電極に接続された参照電極と、該参照電極とＩＳＦＥＴのソース電極との間に挿入されＩＳＦＥＴのしきい値電圧と略同じしきい値電圧を有するＦＥＴであってドレインおよびゲートが参照電極に接続され、ソースがＩＳＦＥＴのソース電極に接続された定電圧用ＦＥＴと、定電圧用ＦＥＴのドレイン・ソース間に並列接続される電流制御用抵抗と電圧源との直列回路とを備えることを特徴とするものであり、参照電極の電位をＩＳＦＥＴのしきい値電圧に略一致させることができるので、従来のように参照電極に印加する電圧を調整するような作業が不要で、半導体イオンセンサの感度特性が温度変化やＩＳＦＥＴのしきい値電圧Ｖｔｈのばらつきなどがあっても変わることなく、製品ごとの感度特性のばらつきが小さい安定した感度特性を有する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、定電圧用ＦＥＴとＩＳＦＥＴとは隣接して同一半導体基板に形成され、両ＦＥＴのソース領域が共通化されているので、両ＦＥＴのしきい値電圧を容易に一致させることができ製品ごとの感度特性のばらつきがより小さくなるとともに、センサの小型化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の半導体イオンセンサの基本構成は図３に示した従来構成と略同じであって、図１に示すように、参照電極３０とＩＳＦＥＴのソース電極８との間に、ＩＳＦＥＴのしきい値電圧と略同じしきい値電圧を有するＭＯＳＦＥＴであってドレインおよびゲートが参照電極３０に接続されソースがＩＳＦＥＴのソース電極８に接続された定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０を設けるとともに、電流制御用抵抗Ｒと電圧源Ｖ１との直列回路を定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０のドレイン・ソース間に並列接続した点に特徴がある。なお、図３に示した従来構成と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１０】
ここにおいて、定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０は、ゲート・ドレイン間が短絡され、ドレイン・ソース間に上記直列回路が並列接続されているので、定電圧源として機能し、参照電極３０の電位を常にＩＳＦＥＴのドレイン電流が流れ始める電位に保つことができる。
【００１１】
しかして、本実施形態の半導体イオンセンサでは、参照電極３０の電位をＩＳＦＥＴのしきい値電圧に略一致させることができるから、従来のように参照電極３０に印加する電圧を可変電圧源Ｖａ（図３参照）によって調整するような作業が不要で、温度変化やＩＳＦＥＴのしきい値電圧Ｖｔｈのばらつきなどがあっても感度特性が変わることなく、製品ごとの感度特性のばらつきが小さくなり、感度特性が安定する。
【００１２】
（実施形態２）
本実施形態の半導体イオンセンサの基本構成は図１に示した従来構成と略同じであって、図２に示すように、実施形態１の定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０をＩＳＦＥＴが形成されたｐ形シリコン基板１に形成し、ソース領域３を共通化した点に特徴がある。すなわち、本実施形態では、ＩＳＦＥＴと定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０とが１チップ内に隣接して形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１３】
定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０は、ＩＳＦＥＴが形成されたｐ形シリコン基板１のの主表面側にｎ+層よりなるドレイン領域２’とソース領域３とが離間して形成され、両領域２’，３間のチャネル部４’上にゲート絶縁膜１５を介してゲート電極１６が形成されている。また、ドレイン領域２’上にはドレイン電極７’が形成され、ソース領域３上にはソース電極８が形成されており、各電極７，８，１６上には保護膜１０が形成されている。ここに、定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０のソース領域３およびソース電極８はＩＳＦＥＴと共通である。
【００１４】
しかして、本実施形態の半導体イオンセンサでは、ＩＳＦＥＴと定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０とが同一チップに形成されソース領域３が共通化されているので、ＩＳＦＥＴのしきい値電圧と定電圧用ＭＯＳＦＥＴ２０のしきい値電圧とを容易に一致させることができ製品ごとの感度特性のばらつきがより小さくなるとともに、両ＦＥＴを別々のチップに形成する場合やソース領域３を共通化しない場合に比べてセンサの小型化を図ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、半導体基板の主表面側にドレイン領域とソース領域とが離間して形成され、半導体基板においてドレイン領域とソース領域との間に介在する領域上に絶縁膜を介してイオン感応膜が形成され、ドレイン領域上にドレイン電極が形成され、ソース領域上にソース電極が形成されたＩＳＦＥＴと、ＩＳＦＥＴのソース電極に接続された参照電極と、該参照電極とＩＳＦＥＴのソース電極との間に挿入されＩＳＦＥＴのしきい値電圧と略同じしきい値電圧を有するＦＥＴであってドレインおよびゲートが参照電極に接続され、ソースがＩＳＦＥＴのソース電極に接続された定電圧用ＦＥＴと、定電圧用ＦＥＴのドレイン・ソース間に並列接続される電流制御用抵抗と電圧源との直列回路とを備えるので、参照電極の電位をＩＳＦＥＴのしきい値電圧に略一致させることができるから、従来のように参照電極に印加する電圧を調整するような作業が不要で、半導体イオンセンサの感度特性が温度変化やＩＳＦＥＴのしきい値電圧Ｖｔｈのばらつきなどがあっても変わることなく、製品ごとの感度特性のばらつきが小さい安定した感度特性を有するという効果がある。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、定電圧用ＦＥＴとＩＳＦＥＴとは隣接して同一半導体基板に形成され、両ＦＥＴのソース領域が共通化されているので、両ＦＥＴのしきい値電圧を容易に一致させることができ製品ごとの感度特性のばらつきがより小さくなるとともに、センサの小型化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す概略構成図である。
【図２】実施形態２を示す概略構成図である。
【図３】従来例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  ｐ形シリコン基板
２  ドレイン領域
３  ソース領域
４  チャネル部
５  ゲート絶縁膜
６  イオン感応膜
７  ドレイン電極
８  ソース電極
９  フィールド酸化膜
１０  保護膜
２０  定電圧用ＭＯＳＦＥＴ
３０  参照電極
Ｒ  電流制御用抵抗
Ｖ１  電圧源
【図１】
0003982090.tif 000002
【図２】
0003982090.tif 000003
【図３】
0003982090.tif 000004