単結晶シリコン選択成長による生体電位計測用スマート極微細多電極チップ形成の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12875061
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 石田 誠 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (30126924)
• 研究分担者: 高尾 英邦 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (40314091)
• キーワード: 脳神経計測 / 神経電位 / VLS成長法 / スマートセンサ / アレイセンサ / 集積回路

研究概要

本研究では、極微細電極アレイを形成するために選択VLS成長法を用いることを提案しており、これによってSi基板上に高アスペクト比をもつSiプローブを構築し、細胞レベルのサイズに適応する直径と電極間のSiプローブをアレイ状に一括構築する。今年度はVLS成長条件を詳細に検討し、プローブ成長速度の改善について検討した。また、Siプローブの電気的特性評価および低抵抗化についても検討し、Siプローブと集積回路の一体化における問題点について解決を試みた。
当初の実験で得られたSiプローブの長さは成長温度700℃、時間120minにおいて10μm程度であった。しかし、脳の皮質から神経細胞までの距離は数ミリメートル程度あり、長いSiプローブの形成が課題であった。プローブ成長速度を向上させるため、従来以上のSi_2H_6ガス量を用いたSiプローブの成長を試みた。新しい成長条件で得られたSiプローブのサイズは長さ160μm、直径3.5μmであり、当初の約10倍の成長速度を実現した。また、成長温度に関しては約500℃まで問題なくプローブ成長可能なことも確認された。
Au-Si_2H_6系VLS成長で成長するSiプローブはノンドープのため、その抵抗率は約10^4Ω・cmと高い。測定用プローブとして使用するには、プローブを低抵抗化し、側面部分も絶縁処理をする必要がある。今回、Siプローブの低抵抗化にはP(りん)拡散による不純物拡散を試みた。1100℃の拡散条件では、直径3.5μm、長さ10μmのSiプローブで抵抗値が77Ωとなった。この時、プローブの抵抗率は約10^<-2>Ω・cmであり、拡散によって約6桁の抵抗率低減が行われている。よって、Siプローブの低抵抗化の十分な見通しが得られた。Siプローブの集積回路上への構築時には、配線に高温プロセスに耐性のあるW(タングステン)を用いる。今回の形成条件においても、W配線の良好な電気的接続性が十分維持されることを確認した。これらの結果より、ワンチップ上の微小Siプローブアレイ形成におけるいくつかの大きな問題点が解決されたと言える。

研究成果

• [文献書誌] M.Ishida: "SOI Sensors and MEMS Devices"Proceedings of The International Conference on Electrical Engineering 2000. 605-608 (2000)
• [文献書誌] M.Ishida: "Epitaxial Technology for MEMS Applications"Dig.of Technical Papers, The 11^<th> International Conference on Solid-State Sensors and Actuators. (2001年6月発表予定). (2001)
• [文献書誌] T.Kawano,Y.Kato,M.Futagawa,R.Tani,H.Takao,K.Sawada,M.Ishida: "Electrical properties of micro-Si probe array chip for neural activity recording"Dig.of Technical Papers,The 11^<th> International Conference on Solid-State Sensors and Actuators. (2001年6月発表予定). (2001)
• [文献書誌] T.Kawano,Y.Kato,M.Futagawa,H.Takao,K.Sawada,and M.Ishida: "Fabrication and properties of ultra small Si wire arrays by vapor-liquid-solid growth with circuits."Technical Digest of The 18^<th> Sensor Symposium. (2001年5月発表予定). (2001)