基于超薄絕緣層soi上的mosfet背柵生物傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物傳感器件及其制備方法，特別是涉及一種基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物傳感器(b1sensor)對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識(shí)別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì))與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器(如氧電極、光敏管、場(chǎng)效應(yīng)管、壓電晶體等等)及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器具有接受器與轉(zhuǎn)換器的功能。對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。各種生物傳感器有以下共同的結(jié)構(gòu):包括一種或數(shù)種相關(guān)生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表達(dá)的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的物理或化學(xué)換能器(傳感器)，二者組合在一起，用現(xiàn)代微電子和自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行生物信號(hào)的再加工，構(gòu)成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統(tǒng)。
[0003]1967年S.J.烏普迪克等制出了第一個(gè)生物傳感器葡萄糖傳感器。將葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺膠體中加以固化，再將此膠體膜固定在隔膜氧電極的尖端上，便制成了葡萄糖傳感器。當(dāng)改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得檢測(cè)其對(duì)應(yīng)物的其他傳感器。固定感受膜的方法有直接化學(xué)結(jié)合法；高分子載體法；高分子膜結(jié)合法?，F(xiàn)已發(fā)展了第二代生物傳感器(微生物、免疫、酶免疫和細(xì)胞器傳感器)，研制和開(kāi)發(fā)第三代生物傳感器，將系統(tǒng)生物技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合起來(lái)的場(chǎng)效應(yīng)生物傳感器，90年代開(kāi)啟了微流控技術(shù)，生物傳感器的微流控芯片集成為藥物篩選與基因診斷等提供了新的技術(shù)前景。由于酶膜、線粒體電子傳遞系統(tǒng)粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗體膜對(duì)生物物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)具有選擇性識(shí)別功能，只對(duì)特定反應(yīng)起催化活化作用，因此生物傳感器具有非常高的選擇性。缺點(diǎn)是生物固化膜不穩(wěn)定。生物傳感器涉及的是生物物質(zhì)，主要用于臨床診斷檢查、治療時(shí)實(shí)施監(jiān)控、發(fā)酵工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境和機(jī)器人等方面。
[0004]生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門交叉學(xué)科，是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測(cè)方法與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。在未來(lái)21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，生物傳感器技術(shù)必將是介于信息和生物技術(shù)之間的新增長(zhǎng)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的臨床診斷、工業(yè)控制、食品和藥物分析(包括生物藥物研宄開(kāi)發(fā))、環(huán)境保護(hù)以及生物技術(shù)、生物芯片等研宄中有著廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器及其制備方法，以實(shí)現(xiàn)一種具有更高的亞閾值斜率、更高的靈敏度、可以對(duì)生物分子進(jìn)行高靈敏的檢測(cè)的生物傳感器。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的制備方法，所述制備方法包括步驟:
[0007]I)提供一 SOI襯底，所述SOI襯底包括體硅襯底、絕緣層及頂層硅，所述絕緣層的厚度為20nm?40nm ；
[0008]2)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于所述SOI襯底表面制作出器件區(qū)域；
[0009]3)采用離子注入工藝于所述SOI襯底的頂層硅中進(jìn)行離子注入，形成源區(qū)及漏區(qū)，所述源區(qū)及漏區(qū)之間為溝道區(qū)；
[0010]4)于所述SOI襯底的頂層娃表面形成介質(zhì)層；
[0011]5)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于與所述源區(qū)及漏區(qū)對(duì)應(yīng)的介質(zhì)層中形成金屬接觸開(kāi)孔，并制作金屬接觸電極；
[0012]6)制作電極保護(hù)層，并露出柵極傳感區(qū)域，所述柵極傳感區(qū)域?yàn)樗鰷系绤^(qū)對(duì)應(yīng)的區(qū)域；
[0013]7)于所述體硅襯底背面制作背柵；
[0014]8)對(duì)柵極傳感區(qū)域表面進(jìn)行表面活化修飾，用于對(duì)生物分子的探測(cè)。
[0015]作為本發(fā)明的基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)所述的介質(zhì)層為氧化鋁層。
[0016]作為本發(fā)明的基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟6)包括步驟:
[0017]6-1)采用PECVD方法生長(zhǎng)一層氮化硅層；
[0018]6-2)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝去除所述溝道區(qū)上方對(duì)應(yīng)的氮化硅層，以露出柵極傳感區(qū)域。
[0019]作為本發(fā)明的基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟8)采用APTES對(duì)柵極傳感區(qū)域表面進(jìn)行表面活化修飾。
[0020]作為本發(fā)明的基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟8)包括步驟:
[0021]8-1)將器件放入乙醇、水及APTES的混合溶液中進(jìn)行處理，處理時(shí)間為I?10小時(shí)；
[0022]8-2)處理完成后分別采用乙醇及去離子水進(jìn)行清洗，并在60?120°C下進(jìn)行烘干。
[0023]本發(fā)明還提供一種基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器，包括:
[0024]SOI襯底，SOI襯底包括體硅襯底、絕緣層及頂層硅，所述絕緣層的厚度為20nm?40nm ；
[0025]源區(qū)及漏區(qū)，形成于所述SOI襯底的頂層硅中，所述源區(qū)及漏區(qū)之間為溝道區(qū)；
[0026]介質(zhì)層，形成于所述SOI襯底的頂層娃表面，所述介質(zhì)層與所述源區(qū)及漏區(qū)對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成有金屬接觸開(kāi)孔，所述金屬接觸開(kāi)孔中形成有金屬接觸電極；
[0027]電極保護(hù)層，覆蓋于所述金屬接觸電極，并露出柵極傳感區(qū)域，所述柵極傳感區(qū)域?yàn)樗鰷系绤^(qū)對(duì)應(yīng)的區(qū)域；
[0028]背柵，形成于所述體硅襯底背面；
[0029]活化修飾材料，形成于所述柵極傳感區(qū)域表面。
[0030]作為本發(fā)明的基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的一種優(yōu)選方案，所述介質(zhì)層為氧化鋁層。
[0031]作為本發(fā)明的基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的一種優(yōu)選方案，所述電極保護(hù)層為氮化硅層。
[0032]作為本發(fā)明的基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的一種優(yōu)選方案，所述活化修飾材料為APTES。
[0033]如上所述，本發(fā)明提供一種基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器及其制備方法，所述制備方法包括步驟:1)提供一 SOI襯底，所述SOI襯底包括體硅襯底、絕緣層及頂層硅，所述絕緣層的厚度為20nm?40nm ;2)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于所述SOI襯底表面制作出器件區(qū)域；3)采用離子注入工藝于所述SOI襯底的頂層硅中進(jìn)行離子注入，形成源區(qū)及漏區(qū)，所述源區(qū)及漏區(qū)之間為溝道區(qū)；4)于所述SOI襯底的頂層硅表面形成介質(zhì)層；5)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于與所述源區(qū)及漏區(qū)對(duì)應(yīng)的介質(zhì)層中形成金屬接觸開(kāi)孔，并制作金屬接觸電極；6)制作電極保護(hù)層，并露出柵極傳感區(qū)域，所述柵極傳感區(qū)域?yàn)樗鰷系绤^(qū)對(duì)應(yīng)的區(qū)域；7)于所述體硅襯底背面制作背柵；8)對(duì)柵極傳感區(qū)域表面進(jìn)行表面活化修飾，用于對(duì)生物分子的探測(cè)。本發(fā)明與其他背柵結(jié)構(gòu)相比，SOI襯底中的絕緣層很薄，厚度控制在20nm?40nm，在溝道材料厚度一定的條件下，增加了背柵對(duì)溝道的控制能力，增大溝道材料的耗盡從而得到更高的亞閾值斜率，得到更高的靈敏度。因此本發(fā)明的生物傳感器可以對(duì)生物分子進(jìn)行高靈敏的檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1?圖9顯示為本發(fā)明的基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的制備方法各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0036]101體硅襯底
[0037]102絕緣層
[0038]103溝道區(qū)
[0039]104頂層硅
[0040]105源區(qū)
[0041]106漏區(qū)
[0042]107介質(zhì)層
[0043]108金屬接觸開(kāi)孔
[0044]109金屬接觸電極
[0045]110電極保護(hù)層
[0046]111背柵
[0047]112活化修飾材料
【具體實(shí)施方式】
[0048]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0049]請(qǐng)參閱圖1?圖9。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0050]如圖1?圖9所示，本實(shí)施例提供一種基于超薄絕緣層SOI上的MOSFET背柵生物傳感器的制備方法，所述制備方法包括步驟:
[0051]如圖1所示，首先進(jìn)行步驟I)，提供一 SOI襯底，所述SOI襯底包括體娃襯底101、絕緣層102及頂層硅104，所述絕緣層102的厚度為20nm?40nm。在本實(shí)施例中，所述絕緣層102的厚度為30nm，當(dāng)然，所述絕緣層102的厚度也可以是25nm、35nm等，并不限定于此處所列舉的示例。與其他背柵結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的SOI襯底中的絕緣層很薄，厚度控制在20nm?40nm，在溝道材料厚度一定的條件下，增加了背柵對(duì)溝道的控制能力，增大溝道材料的耗盡從而得到更高的亞閾值斜率，得到更高的靈敏度。
[0052]如圖1所示，然后進(jìn)行步驟2)，利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于所述SOI襯底表面制作出器件區(qū)域。
[0053]如圖2所示，接著進(jìn)行步驟3)，采用離子注入工藝于SOI襯底的頂層硅104中進(jìn)行離子注入，形成源區(qū)105及漏區(qū)106，所述源區(qū)105及漏區(qū)106之間為溝道區(qū)103。
[0054]作為示例，先于所述SOI襯底表面形成掩膜層，然后采用光刻工藝及刻蝕工藝于所述溝道區(qū)