場效應晶體管、生物傳感器及其制造方法技術

提供一種能夠減小噪聲、通過簡化的制造方法進行制造并且還具有根據檢測目的而被設計為可組合的多個有源圖案和多個柵極圖案的場效應晶體管、包括該場效應晶體管的生物傳感器、制造該場效應晶體管的方法以及制造該生物傳感器的方法。所述場效應晶體管包括：下硅層和設置在下硅層上的埋設氧化物層；有源圖案，設置在埋設氧化物層上，并包括溝道區、源極區和漏極區；柵極圖案，設置在有源圖案上以與有源圖案至少部分地疊置；源極和漏極，源極設置為與位于有源圖案上的源極區直接接觸，漏極設置為與位于有源圖案上的漏極區直接接觸；以及柵極絕緣膜，設置在有源圖案和柵極圖案之間。

Field-effect transistors, biosensors and their manufacturing methods

A field effect transistor capable of reducing noise, fabricating by a simplified manufacturing method and having multiple active patterns and gate patterns designed for detection purposes, a biosensor including the field effect transistor, a method for fabricating the field effect transistor and a method for fabricating the biosensor are provided. The field effect transistor includes: a lower silicon layer and a buried oxide layer arranged on the lower silicon layer; an active pattern, which is arranged on the buried oxide layer and includes a channel area, a source area and a drain area; a gate pattern, which is arranged on the active pattern to overlap at least partially with the active pattern; a source and a drain pole, which are arranged in direct contact with the source area located on the active pattern; The drain is arranged in direct contact with the drain area located on the active pattern, and the gate insulation film is arranged between the active pattern and the gate pattern.

【技術實現步驟摘要】
場效應晶體管、生物傳感器及其制造方法
本專利技術涉及一種場效應晶體管、包括該場效應晶體管的生物傳感器、制造該場效應晶體管的方法以及制造該生物傳感器的方法，更具體地，涉及一種可減小噪聲、具有簡化的制造方法并且還具有根據檢測目的而被設計為可組合的多個有源圖案和多個柵極圖案的場效應晶體管、包括該場效應晶體管的生物傳感器、制造該場效應晶體管的方法以及制造該生物傳感器的方法。
技術介紹
離子敏感場效應晶體管(ISFET)是一種能夠靈敏地檢測源自生物樣品和分析物之間的相互作用的信號并將該信號準確地轉換為電信號的電化學傳感器。直到現在，由于基于碳納米管(CNT)、石墨烯或納米線(NW)的ISFET具有諸如快速檢測時間、低制造成本、高可靠性、可無標記檢測、多檢測性和便攜性的期望的特性，因此基于碳納米管(CNT)、石墨烯或納米線(NW)的ISFET已經作為用于快速且容易的定期醫學檢查的診斷裝置(或生物傳感器)而引起關注。然而，由于ISFET在單柵操作模式下驅動并且它們的靈敏度僅由傳感膜的表面電位的改變決定，因此它們的臨床應用已經僅限于pH傳感器。為了解決這個問題，Mark-JanSpijkman提出了一種下電極添加到現有的ISFET的雙柵(DG)ISFET，與現有的ISFET相比，雙柵(DG)ISFET的靈敏度增大。然而，盡管DGISFET的傳感特性高，但僅在實驗室級別進行了小規模的研究，而且由于裝置的小規模生產，還存在關于再現性和穩定性的新問題。因此，本專利技術人通過開發能夠以商用芯片的形式批量生產的場效應晶體管及其制造方法完成了本專利技術。
技術實現思路
1、技術問題本專利技術的技術目的在于提供一種通過精確地定義長度并實現平坦化溝道區以使伴隨電子運動的散射最小化而具有減小的噪聲的場效應晶體管。本專利技術的另一技術目的在于提供一種能夠通過應用柵極先制工藝以自對準柵極來減少光刻工藝并精確地限定溝道區的長度的場效應晶體管制造方法。本專利技術的又一技術目的在于提供一種包括場效應晶體管的生物傳感器，所述場效應晶體管通過將多個有源圖案和多個柵極圖案設計成根據檢測目的可組合而具有各種結構。2、解決問題的方案根據本專利技術的一方面，一種場效應晶體管包括：下硅層和設置在所述下硅層上的埋設氧化物層(BOX)；有源圖案，設置在所述埋設氧化物層上，并包括溝道區、源極區和漏極區；柵極圖案，設置在所述有源圖案上以與所述有源圖案至少部分地疊置；源極和漏極，所述源極設置為與位于所述有源圖案上的所述源極區直接接觸，所述漏極設置為與位于所述有源圖案上的所述漏極區直接接觸；以及柵極絕緣膜，設置在所述有源圖案和所述柵極圖案之間。在本實施例中，所述柵極絕緣膜的側表面和所述柵極圖案的側表面可共面。在本實施例中，所述溝道區可具有連接所述源極區和所述漏極區的橋部，所述橋部具有20μm至70μm的寬度。在本實施例中，所述溝道區可包括多個所述橋部。在本實施例中，所述源極和所述漏極可包括TiN。在本實施例中，所述源極和所述漏極中的每個可通過順序地堆疊包括Ti的第一層、包括TiN的第二層、包括Al的第三層和包括TiN的第四層而形成。在本實施例中，所述有源圖案可具有30nm至100nm的厚度。在本實施例中，所述柵極絕緣膜可具有10nm至20nm的厚度。在本實施例中，所述柵極圖案可包括：第一柵極區域，設置在所述有源圖案的一側處；以及第二柵極區域，從所述第一柵極區域延伸到所述有源圖案以與所述溝道區至少部分地疊置，所述第二柵極區域可具有5μm至30μm的縱向寬度。根據本專利技術的另一方面，一種生物傳感器包括：電化學感測單元，被配置為檢測樣品中的分析物；以及如上所述的場效應晶體管，電連接到所述電化學感測單元并被配置為放大由所述電化學感測單元產生的信號。根據本專利技術的另一方面，一種制造場效應晶體管的方法，所述方法包括：制備硅基板，所述硅基板包括下硅層、設置在所述下硅層上方的上硅層以及設置在所述下硅層和所述上硅層之間的埋設氧化物層；通過使所述上硅層圖案化形成包括溝道區、源極區和漏極區的有源圖案；在所述有源圖案上形成柵極絕緣膜；在所述柵極絕緣膜上形成柵極圖案，以使所述柵極圖案與所述有源圖案至少部分地疊置；以及形成與位于所述有源圖案上的所述源極區直接接觸的源極并形成與位于所述有源圖案上的所述漏極區直接接觸的漏極。在本實施例中，形成柵極圖案的步驟可包括通過圖案化同時形成所述柵極絕緣膜和所述柵極圖案。在本實施例中，在形成有源圖案的步驟中，使所述溝道區可包括連接所述源極區和所述漏極區的橋部，所述橋部可具有20μm至60μm的寬度。在本實施例中，在形成有源圖案的步驟中，使所述溝道區可包括多個所述橋部。在本實施例中，所述柵極圖案、所述源極和所述漏極可包括TiN。在本實施例中，形成源極和漏極的步驟可包括：形成包括Ti的第一層；在所述第一層上形成包括TiN的第二層；在所述第二層上形成包括Al的第三層；以及在所述第三層上形成包括TiN的第四層。在本實施例中，所述方法還可包括在形成所述有源圖案之前執行薄化工藝以使所述上硅層的厚度形成在30nm至100nm的范圍內。在本實施例中，形成柵極圖案的步驟可包括使所述柵極絕緣膜的厚度形成在10nm至20nm的范圍內。在本實施例中，在形成柵極圖案的步驟中，使所述柵極圖案可包括：第一柵極區域，設置在所述有源圖案的一側上；以及第二柵極區域，從所述第一柵極區域延伸到所述有源圖案以與所述溝道區至少部分地疊置，所述第二柵極區域可具有5μm至30μm的縱向寬度。根據本專利技術的另一方面，一種制造生物傳感器的方法包括：形成被配置為檢測樣品中的分析物的電化學感測單元；以及通過上述方法中的任意一種形成電連接到所述電化學感測單元并被配置為放大由所述電化學感測單元產生的信號的場效應晶體管。從下面結合附圖、權利要求和具體實施方式的描述中，本專利技術的以上和其他方面、特征和優點將變得顯而易見。可通過使用系統、方法、計算機程序或它們的組合執行這些總體方面和特定方面。3、有益效果根據如上所述實現的本專利技術的實施例，可實現一種如下的場效應晶體管、包括該場效應晶體管的生物傳感器、制造該場效應晶體管的方法以及制造該生物傳感器的方法：能夠減小噪聲、具有簡化的制造方法并且還具有根據檢測目的而被設計為可組合的多個有源圖案和多個柵極圖案。應領會的是，本專利技術不限于這些有益效果。附圖說明圖1A至圖1H是示意性示出根據本專利技術的實施例的制造場效應晶體管的方法的截面圖和平面圖；圖2是示意性示出根據本專利技術的實施例的場效應晶體管的截面圖；圖3A至圖3C是示意性示出根據本專利技術的實施例的有源圖案的平面圖；圖4A至圖4D是示意性示出根據本專利技術的實施例的柵極圖案的平面圖；圖5是示出根據本專利技術的實施例的場效應晶體管的噪聲減小的曲線圖；圖6A至圖6C是示出根據本專利技術的實施例的場效應晶體管的電特性的曲線圖；圖7是示出根據本專利技術的實施例的傳感器的穩定性的評估結果的曲線圖；圖8是示出根據本專利技術的實施例的當將各種樣品應用于其時傳感器的穩定性的評估結果的曲線圖；圖9A至圖9C是示出根據本專利技術的實施例的傳感器的分析物檢測性能的曲線圖；以及圖10是示意性示出根據本專利技術的實施例的生物傳感器的概念圖。具體實施方式雖然本專利技術容許各種修改和替代形式，但在附圖中以示例的方式示出并且將在此詳細描本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種場效應晶體管，包括：下硅層和設置在所述下硅層上的埋設氧化物層；有源圖案，設置在所述埋設氧化物層上，并包括溝道區、源極區和漏極區；柵極圖案，設置在所述有源圖案上以與所述有源圖案至少部分地疊置；源極和漏極，所述源極設置為與位于所述有源圖案上的所述源極區直接接觸，所述漏極設置為與位于所述有源圖案上的所述漏極區直接接觸；以及柵極絕緣膜，設置在所述有源圖案和所述柵極圖案之間。

【技術特征摘要】
2017.06.16 KR 10-2017-00767831.一種場效應晶體管，包括：下硅層和設置在所述下硅層上的埋設氧化物層；有源圖案，設置在所述埋設氧化物層上，并包括溝道區、源極區和漏極區；柵極圖案，設置在所述有源圖案上以與所述有源圖案至少部分地疊置；源極和漏極，所述源極設置為與位于所述有源圖案上的所述源極區直接接觸，所述漏極設置為與位于所述有源圖案上的所述漏極區直接接觸；以及柵極絕緣膜，設置在所述有源圖案和所述柵極圖案之間。2.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其中，所述柵極絕緣膜的側表面和所述柵極圖案的側表面共面。3.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其中，所述溝道區具有連接所述源極區和所述漏極區的橋部，所述橋部具有20μm至70μm的寬度。4.根據權利要求3所述的場效應晶體管，其中，所述溝道區包括多個所述橋部。5.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其中，所述源極和所述漏極包括TiN。6.根據權利要求5所述的場效應晶體管，其中，所述源極和所述漏極中的每個通過順序地堆疊包括Ti的第一層、包括TiN的第二層、包括Al的第三層和包括TiN的第四層而形成。7.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其中，所述有源圖案具有30nm至100nm的厚度。8.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其中，所述柵極絕緣膜具有10nm至20nm的厚度。9.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其中，所述柵極圖案包括：第一柵極區域，設置在所述有源圖案的一側處；以及第二柵極區域，從所述第一柵極區域延伸到所述有源圖案以與所述溝道區至少部分地疊置，所述第二柵極區域具有5μm至30μm的寬度。10.一種生物傳感器，包括：電化學感測單元，被配置為檢測樣品中的分析物；以及根據權利要求1至9中任一項所述的場效應晶體管，電連接到所述電化學感測單元并被配置為放大由所述電化學感測單元產生的信號。11.一種制造場效應晶體管的方法，所述方法包括：制備硅基板，所述硅基板包括下硅層、設置在所述下硅層上...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李寬熙，全珉弘，李錫，金尚慶，樸性旭，
申請(專利權)人：韓國科學技術研究院，
類型：發明
國別省市：韓國,KR