子敏感絕緣膜14沉積為與半導(dǎo)體活性層12的上表面接觸。在半導(dǎo)體材料中，具有以下類型的半導(dǎo)體材料:當在其上直接沉積介電常數(shù)高的離子敏感絕緣膜14時，在界面上容易形成缺陷。在這種情況下，在形成半導(dǎo)體活性層12、源電極13s以及漏電極13d之后，可以沉積使缺陷密度變得更小的絕緣膜，之后在其上沉積離子敏感絕緣膜14。如此，能夠進一步提尚靈敏度。
[0086]例如，在將氧化硅膜沉積為與In — Ga — Zn — O膜或硅半導(dǎo)體膜的上表面接觸之后，可以在其上沉積氧化鉭作為離子敏感絕緣膜14。在這種情況下，需要使由氧化硅膜和氧化鉭膜的層疊膜構(gòu)成的靜電電容比柵極絕緣膜的靜電電容大。
[0087](實施例3)蝕刻終止型IGZO- TFT
[0088]圖4是表示實施例3的TFT離子傳感器103的剖視圖。參照圖4對作為第二示例性實施方式的變形例的實施例3進行說明。
[0089]在玻璃基板18上通過濺射對將鉬作為主成分的合金材料進行沉積，并通過使用由抗蝕劑涂敷、曝光、顯影、蝕刻、抗蝕劑剝離構(gòu)成的光刻工藝來形成柵電極19。
[0090]接下來，通過使用等離子體CVD法在基板溫度350°C下，在其上沉積200nm厚的氮化硅膜21并連續(xù)地沉積10nm厚的氧化硅膜22，將它們的300nm的層疊膜用作柵極絕緣膜。
[0091]接下來，通過濺射法，將由In — Sn — Zn — O構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體膜23沉積為50nm厚，作為半導(dǎo)體活性層，并通過光刻工藝將其圖案化成期望的島狀。在圖案化之后，在空氣中在400 °C下進行I小時退火處理。
[0092]然后，通過等離子體CVD法沉積50nm厚的氧化硅膜，并通過光刻工藝形成期望形狀的蝕刻終止膜24。
[0093]另外，通過濺射法沉積鉬金屬，并在抗蝕劑圖案化之后，使用基于磷酸的溶液蝕刻鉬金屬，由此形成期望形狀的源電極13s和漏電極13d。
[0094]之后，通過使用金屬掩膜的濺射法，沉積200nm厚的鈦酸鍶膜，并在空氣中在400°C下進行I小時退火處理，從而形成離子敏感絕緣膜14。鈦酸鍶膜的相對介電常數(shù)為大約50，而氮化硅膜和氧化硅膜的相對介電常數(shù)為7至4。因此，作為離子敏感絕緣膜14的鈦酸鍶膜和作為蝕刻終止膜24的氧化硅膜的層疊膜的每單位面積的靜電電容比由氧化硅膜22和氮化硅膜21的層疊膜構(gòu)成的柵極絕緣膜的每單位面積的靜電電容大。
[0095]之后，形成如下的結(jié)構(gòu):使用丙烯酸樹脂作為保護絕緣膜15，露出氧化物半導(dǎo)體膜23的通道區(qū)域上的離子敏感絕緣膜14的表面，其他區(qū)域被丙烯酸樹脂覆蓋。
[0096]將具有上述結(jié)構(gòu)的TFT浸漬在作為感測對象物質(zhì)16的MacIlvaine緩沖液內(nèi)，并在MacIlvaine緩沖液中設(shè)置由銀/氯化銀構(gòu)成的參照電極17。
[0097]對具有上述結(jié)構(gòu)的TFT離子傳感器103的漏電極13d施加1.5V，并將源電極13s和參照電極17設(shè)為接地電位(OV)。另外，大氣中的TFT的Vg -1d特性偏移到負側(cè)，因此為了獲得適當?shù)穆O電流值，對參照電極17施加一 3V。在這種偏置狀態(tài)下，在一 7V至+8V的范圍內(nèi)改變柵極電壓Vg，并在室溫下測量在各pH的緩沖液中的Vg -1d特性。其結(jié)果，獲得比由能斯特公式確定的理論界限59mV/pH高的感測靈敏度。
[0098]在上述的實施例2和實施例3中，對使用氧化物半導(dǎo)體作為島狀的半導(dǎo)體活性層的情況進行了說明。但是，當使用氧化物半導(dǎo)體時，也可以使用氧化鋁作為柵極絕緣膜。在使用氧化鋁作為柵極絕緣膜的情況下，與使用氧化硅或氮化硅的情況相比，柵極絕緣膜和氧化物半導(dǎo)體之間的界面上的氧缺損等的缺陷密度變小。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)更先進的TFT離子傳感器。
[0099]另外，作為島狀的半導(dǎo)體活性層，也可以使用氫化非晶硅。在這種情況下，可通過插入將作為雜質(zhì)的磷摻雜到氫化的無定形硅膜和源極-漏電極之間所獲得的η型氫化非晶硅，來提高歐姆接觸特性，由此提高檢測用漏極電流值。另外，不僅可以使用無機物(諸如，氧化物半導(dǎo)體和氫化非晶硅)，還可以使用由有機物(諸如并五苯)構(gòu)成的半導(dǎo)體活性層。
[0100](實施例4)多晶硅一TFT
[0101]圖5是表示實施例4的TFT離子傳感器104的剖視圖。參照圖5對作為第二示例性實施方式的變形例的實施例4進行說明。
[0102]在玻璃基板18上通過濺射來沉積將鎢作為主成分的合金材料，并通過使用由抗蝕劑涂敷、曝光、顯影、蝕刻、抗蝕劑剝離構(gòu)成的光刻工藝來形成柵電極19。
[0103]接著，通過使用等離子體CVD法在基板溫度350 °C下，在其上沉積200nm厚的氧化硅膜，并將其用作柵極絕緣膜20。
[0104]接下來，通過等離子體CVD法，沉積50nm厚的氫化非晶硅膜。在400°C下通過退火進行脫氫處理以去除氫化非晶硅膜中的氫之后，對脫氫處理后的氫化非晶硅膜照射準分子激光，從而形成多晶硅膜。通過將多晶硅膜圖案化成期望的島狀，形成多晶硅膜25。接下來，將硼導(dǎo)入到成為多晶硅膜25的源極-漏極區(qū)域的一部分，從而將該部分形成為P型區(qū)域。當然，可以通過將磷導(dǎo)入到該部分中來形成η型源極-漏極區(qū)域。
[0105]之后，通過使用金屬掩膜的濺射法，沉積200nm厚的氧化鉭膜，并在大氣中在400°C下進行I小時退火處理，由此形成離子敏感絕緣膜14。氧化鉭膜的相對介電常數(shù)為大約20，而氧化硅膜的相對介電常數(shù)為4。因此，作為離子敏感絕緣膜14的氧化鉭膜的每單位面積的靜電電容比由氧化硅膜形成的柵極絕緣膜20的每單位面積的靜電電容大。
[0106]在相應(yīng)于源極-漏極區(qū)域的氧化鉭膜中形成接觸孔。之后，通過濺射沉積鉬。通過將鉬膜圖案化成期望的形狀，形成與源極-漏極區(qū)域分別連接的源電極13s和漏電極13d。
[0107]之后，形成如下的結(jié)構(gòu):使用環(huán)氧樹脂作為保護絕緣膜15，露出多晶硅膜25的通道區(qū)域上的離子敏感絕緣膜14的表面，其他區(qū)域被環(huán)氧樹脂覆蓋。
[0108]將具有上述結(jié)構(gòu)的多晶硅TFT浸漬在作為感測對象物質(zhì)16的MacIlvaine緩沖液內(nèi)，并在MacIlvaine緩沖液中設(shè)置由鉑構(gòu)成的參照電極17。
[0109]對具有上述結(jié)構(gòu)的TFT離子傳感器104的漏電極13d施加0.5V，并將源電極13s和參照電極17設(shè)為接地電位(0V)。另外，在這種偏置狀態(tài)下，在一 2V至+7V的范圍內(nèi)改變柵極電壓，并在各PH的緩沖液中，在室溫下測量Vg — Id特性。其結(jié)果，獲得比由能斯特公式確定的理論界限59mV/pH高的感測靈敏度。
[0110](第三示例性實施方式)
[0111]圖6A和圖6B是表示根據(jù)第三示例性實施方式的TFT離子傳感器105的剖視圖。
[0112]如圖6A所示，在形成有熱氧化膜10的硅基板11上依次形成源電極13s和漏電極13d、島狀的半導(dǎo)體活性層12、柵極絕緣膜20、以及柵電極19。
[0113]另外，如圖6B所示，在硅基板11上設(shè)置開口部61，以使位于半導(dǎo)體活性層12的下面的熱氧化膜26露出。通過移除硅基板11的位于半導(dǎo)體活性層12的下面的部分，露出位于半導(dǎo)體活性層12下面的熱氧化膜26。該露出的熱氧化膜26用作離子敏感絕緣膜。另夕卜，使熱氧化膜10中的熱氧化膜26部分露出，其他的部分被保護絕緣膜15覆蓋。將具有這種結(jié)構(gòu)的TFT設(shè)置在感測對象物質(zhì)16內(nèi)，并在感測對象物質(zhì)16中設(shè)置參照電極17。
[0114]在具有上述結(jié)構(gòu)的TFT離子傳感器105中，離子敏感絕緣膜(熱氧化膜26)的每單位面積的靜電電容比柵極絕緣膜20的每單位面積的靜電電容大，并根據(jù)Vg -1g特性的閾值電壓的變化來檢測感測對象物質(zhì)16中的離子濃度變化。
[0115]在第三示例性實施方式中，離子敏感絕緣膜是熱氧化膜26。因此，作為浸入感測溶液的原因的缺陷(諸如離子敏感絕緣膜中的針孔)的數(shù)量極少，因此能夠提高生產(chǎn)量。第三示例性實施方式的其他結(jié)構(gòu)、作用及效果與第一和第二示例性實施方式的結(jié)構(gòu)、作用及效果相同。
[0116](實施例5)
[0117]接下來，參照圖6A和圖6B對將第三示例性實施方式進一步具體化的實施例5進行說明。
[0118]如圖6A所示，在形成有10nm厚的熱氧化膜10的硅基板11上，通過濺射沉積將鉬作為主成分的合金材料，并通過使用由抗蝕劑涂敷、曝光、顯影、蝕刻、抗蝕劑剝離構(gòu)成的光刻工藝來形成源電極13s和漏電極13d。
[0119]接下來，通過派射法，將由In — Ga — Zn — O構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體膜沉積為50nm厚，作為半導(dǎo)體活性層12，并通過光刻工藝圖案化成期望的島狀。在圖案化之后，在大氣中在400 °C下進行I小時退火處理。
[0120]然后，通過等離子體CVD法在350°C下沉積300nm厚的氧化硅膜，將其圖案化以形成柵極絕緣膜20。
[0121]另外，通過濺射沉積鉬金屬，并在抗蝕劑圖案化之后，使用基于磷酸的溶液蝕刻鉬金屬，由此形成期望形狀的柵電極19。
[0122]如圖6B所示，在硅基板11的背面上，將抗蝕劑圖案化，通過蝕刻移除硅基板11的位于半導(dǎo)體活性層12的下面的部分，露出位于半導(dǎo)體活性層12的下面的熱氧化膜26。
[0123]之后，形成如下的結(jié)構(gòu):僅露出位于半導(dǎo)體活性層12的下面的熱氧化膜10的表面，其他部分被由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的保護膜15覆蓋。在這種結(jié)構(gòu)中，暴露的熱氧化膜26用作離子敏感絕緣膜。
[0124]由于離子敏感絕緣膜(熱氧化膜26)和柵極絕緣膜20都是由相同材料制成的氧化硅膜，因此，為了使離子敏感絕緣膜(熱氧化膜26)的靜電電容比柵極絕緣膜20的靜電電容大，將離子敏感絕緣膜(熱氧化膜26)的膜厚形成為比柵極絕緣膜(等離子體CVD膜)20的膜厚薄。這種根據(jù)膜厚之差進行的電容值的控制也可在上述實施例1至實施例3中進行。
[0125]將具有上述結(jié)構(gòu)的TFT浸漬在作為感測對象物質(zhì)16的MacIlvaine緩沖液內(nèi)，并在MacIlvaine緩沖液中設(shè)置由鉑構(gòu)成的參照電極17。
[0126]對具有上述結(jié)構(gòu)的TFT離子傳感器105的漏電極13d施加0.5V，將源電極13s和參照電極17設(shè)為接地電位(0V)。另外，在這種偏置狀態(tài)下，在一 2V至+7V的范圍內(nèi)改變柵極電壓，從而在各PH的緩沖液中，在室溫下測量Vg — Id特性。其結(jié)果，獲得比由能斯特公式確定的理論界限59mV/pH高的感測靈敏度。另外，熱氧化膜26極縝密并且?guī)缀醪痪哂嗅樋兹毕荩虼四軌驅(qū)崿F(xiàn)高生產(chǎn)量。
[0127](第四示例性實施方式)
[0128]圖7A和圖7B是表示根據(jù)第四示例性實施方式的TFT離子傳感器106的剖視圖。
[0129]如圖7A所示，在由具有比氧化硅的相對介電常數(shù)更高的相對介電常數(shù)的材料形成的絕緣基板27上依次形成源電極13s和漏電極13d、島狀的半導(dǎo)體活性層12、柵極絕緣膜20、以及柵電極19。
[0130]另外，如圖7B所示，在絕緣基板27上，在半導(dǎo)體活性層12的相反側(cè)設(shè)置凹部62，使得絕緣基板27的薄部(絕緣基板28)露出。即，通過移除位于島狀的半導(dǎo)體活性層12的下面的絕緣基板27的一部分，露出位于半導(dǎo)體活性層12的下面的殘留的絕緣基板28。該露出的絕緣基板28用作離子敏感絕緣膜。另外，露出絕緣基板27中的絕緣基板28部分，并且絕緣基板28以外的部分被保護絕緣膜15覆蓋。將具有這種結(jié)構(gòu)的TFT設(shè)置在感測對象物質(zhì)16內(nèi)，并在感測對象物質(zhì)16中設(shè)置參照電極17。
[0131]在具有上述結(jié)構(gòu)的TFT離子傳感器106中，使離子敏感絕緣膜(絕緣基板28)的每單位面積的靜電電容比柵極絕緣膜20的每單位面積的靜電電容大，并且根據(jù)Vg — Id特性的閾值電壓的變化來檢測感測對象物質(zhì)16中的離子濃度的變化。
[0132]在第四示例性實施方式中，使用由單結(jié)晶構(gòu)成的絕緣基板27，并將其用作離子敏感絕緣膜。因此，成為浸入感測溶液的原因的離子敏感絕緣膜中的缺陷(諸如針孔)的數(shù)量極少，因此可提高生產(chǎn)量。
[0133](實施例6)
[0134]接下來，參照圖7A和圖7B對將第四示例性實施方式進一步具體化的實施例6進行說明。
[0135]如圖7A所示，在作為由鈦酸鍶構(gòu)成的厚度為0.3mm的單結(jié)晶基板的絕緣基板27上，通過派射法將由In — Ga — Zn — O構(gòu)成的氧化物半導(dǎo)體膜沉積為50nm厚，作為半導(dǎo)體活性層12，并通過光刻工藝將其圖案化成期望的島狀。
[0136]然后，通過濺射沉積鈦金屬，并通過使用由抗蝕劑涂敷、曝光、顯影、蝕刻、抗蝕劑剝離構(gòu)成的光刻工藝來形成源電極13s和漏電極13d。在源電極13s和漏電極13d形成之后，在大氣中在400°C下進行I小時退火處理。
[0137]接下來，通過使用等離子體CVD法，在350°C的基板溫度下，將300nm厚的氧化硅膜沉積為柵極絕緣膜20。
[0138]另外，通過濺射沉積鉬金屬，并在抗蝕劑圖案化之后，使用基于磷酸的溶液蝕刻鉬金屬，由此形成期望形狀的柵電極19。
[