本发明专利技术提供一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器及制作方法，包括制作具有三角形截面的硅纳米线沟道的硅纳米线隧穿场效应晶体管的步骤、于所述硅纳米线沟道表面进行试剂修饰形成活性薄膜以及于所述活性薄膜表面形成捕获探针的步骤。本发明专利技术工艺过程简单，可控性强，与现有半导体工艺完全兼容；成本较低，适于批量生产；器件具有双极特性，对双向检测结果进行对照，保证检测的准确性，特别适合生化分子检测的应用。另外，本发明专利技术的硅纳米线传感器中纳米线为三角形截面，该结构与其他纳米线结构（如圆柱，梯形截面）相比，比表面积更大，调制效率更高，且硅纳米线暴露的两（111）面更易形成致密的定向单分子生物敏感膜，对于生化传感有利。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，包括制作具有三角形截面的硅纳米线沟道的硅纳米线隧穿场效应晶体管的步骤、于所述硅纳米线沟道表面进行试剂修饰形成活性薄膜以及于所述活性薄膜表面形成捕获探针的步骤。本专利技术工艺过程简单，可控性强，与现有半导体工艺完全兼容；成本较低，适于批量生产；器件具有双极特性，对双向检测结果进行对照，保证检测的准确性，特别适合生化分子检测的应用。另外，本专利技术的硅纳米线传感器中纳米线为三角形截面，该结构与其他纳米线结构（如圆柱，梯形截面）相比，比表面积更大，调制效率更高，且硅纳米线暴露的两（111）面更易形成致密的定向单分子生物敏感膜，对于生化传感有利。【专利说明】
本专利技术涉及一种半导体器件结构及其制作方法，特别是涉及一种。
技术介绍
分子生物学诊断技术是现代分子生物学与分子遗传学取得巨大进步的结晶，是在人们对基因的结构以及基因的表达和调控等生命本质问题的认识日益加深的基础上产生的。对生物分子的高灵敏度检测在疾病检测、临床医学、环境监测、药物分析、食品领域等有广泛的应用前景。纳米材料具有与块体材料截然不同的性质，其独特的电学、磁学、光学、热学性质，为生物分子的检测提供了全新的途径。基于纳米材料的传感器具有高灵敏度、高特异性、快速响应等优点，但目前常用的纳米粒子、量子点等传感器需要与光学检测设备结合进行可读信号的转换，这使得花费成本较高。基于纳米线场效应管的传感器采用直接电读出的方式，在生物分子传感领域有一定的优势。该传感器是在纳米线表面修饰生物识别分子，利用修饰分子与被分析物特异性结合在纳米线表面产生的电场或电势变化，实现针对特定基团的生物检测。纳米线场效应管的传感器敏感性强，同时也易受外界噪声、静电等环境因素的干扰，容易出现假阳(阴)性信号，检测结果的准确性收到一定程度的影响。隧穿场效应晶体管(tunnelingfield effect transistor, TFET)是一种基于载流子的隧道效应工作的器件，由于源漏的结构对称，当所加栅压反向时，载流子也可以在漏区一侧发生隧穿，产生泄露电流的大小几乎与导通电流相当，因此具有双极特性。利用这一特性，采用同一器件将双向检测结果进行对照，可以避免假阳(阴)性信号，保证检测的准确性，为器件的稳定应用提供保障，特别适于生化分子检测的应用。此外，TFET器件在室温下可以实现小于60mV/dec的亚阈值摆幅，突破常规MOS管的亚阈值摆幅限制，在一定程度上提高器件的检测灵敏度。因此，TFET被认为是最有潜力的生化分子检测器件，纳米线TFET在高灵敏度、高可靠性的生物传感领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种，用于解决现有技术中基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制作成本高，定位困难、以及因硅纳米线比表面低而导致敏感度较低等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法，包括步骤:I)提供一 SOI衬底，所述SOI衬底包括底层硅、埋氧层及顶层硅；2)减薄所述顶硅层并于所述顶硅层表面形成二氧化硅层；3)采用光刻工艺定义出硅纳米线沟道以及连接于该硅纳米线沟道两端的源区、漏区图形，采用湿法腐蚀工艺形成硅纳米线沟道、源区及漏区；4)于所述源区、漏区的周侧及硅纳米线沟道的一侧形成保护层，采用湿法腐蚀工艺对所述硅纳米线沟道的另一侧进行腐蚀，形成具有三角形截面的硅纳米线沟道；5)去除所述保护层，采用热氧化工艺于所述硅纳米线沟道表面形成氧化层；6)分别通过离子注入工艺及退火工艺形成源区及漏区；7)于所述源区、漏区表面制作源电极及漏电极，并制作栅电极；8)于所述硅纳米线沟道表面采用试剂进行修饰，自组装形成一层以活性基团结尾的活性薄膜；9)利用所述硅纳米线沟道表面活性基团和捕获探针的化学键结合，将捕获探针修饰在硅纳米线沟道表面。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，步骤2)包括步骤:2-1)采用热氧化工艺对所述顶层硅进行氧化形成二氧化硅层，直至剩余厚度为20?80nm的顶层娃；2-2)采用HF溶液腐蚀所述二氧化硅层直至获得厚度为100?200nm的二氧化硅层。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，步骤3)中，采用TMAH腐蚀液对所述顶层硅进行各向异性湿法腐蚀，以形成所述硅纳米线沟道、源区及漏区，其中，腐蚀温度为50?80°C，腐蚀时间为5?IOmin。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，步骤4)的湿法腐蚀包括:采用HF溶液去除所述硅纳米线沟道表面的二氧化硅层，同时对裸露的埋氧层进行腐蚀形成直至露出所述顶层硅的沟槽；采用TMAH腐蚀液对所述硅纳米沟道进行腐蚀，直至形成具有三角形截面的硅纳米线沟道。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，步骤7)中的栅电极制作于所述沟槽内。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，步骤4)中，所述保护层的材料为氮化硅，所述硅纳米线沟道的沟道宽度为30?IOOnm0作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，步骤5)所述的氧化层的厚度为10?30nm。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，步骤6)包括步骤:6-1)以光刻胶及介质层为掩膜，进行第一导电类型离子注入形成源区，所述源区的离子掺杂浓度约为le20cnT3?le21cnT3 ；6-2)以光刻胶及介质层为掩膜，进行第二导电类型离子注入形成漏区。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型；或所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，所述介质层为Si02、Si3N4、多晶硅或上述材料的多层堆叠。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制造方法的一种优选方案，步骤8)所述的试剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷及戊二醛中的一种或两种以上的组合，所形成的活性基团包括氨基、羧基及醛基中的一种或两种以上的组合。本专利技术还提供一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器，包括:底层硅；埋氧层，结合于所述底层硅表面；硅纳米线沟道，形成于所述埋氧层上，所述硅纳米线沟道的截面形状为三角形；氧化层，形成于所述纳米线沟道表面；活性薄膜，形成于所述氧化层表面；捕获探针，形成于所述活性薄膜表面；源区和漏区，形成于所述埋氧层上且位于所述硅纳米线沟道的两端；源电极、漏电极，分别形成于所述源区、漏区表面。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的一种优选方案，所述埋氧层中形成有沟槽，所述沟槽中形成有栅电极。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的一种优选方案，所述硅纳米线沟道的沟道宽度为30?lOOnm。作为本专利技术的基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的一种优选方案，所述氧化层的厚度为10?30nm。作为本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于硅纳米线隧穿场效应晶体管的生物传感器的制作方法，其特征在于，包括步骤： 1)提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括底层硅、埋氧层及顶层硅； 2)减薄所述顶硅层并于所述顶硅层表面形成二氧化硅层； 3)采用光刻工艺定义出硅纳米线沟道以及连接于该硅纳米线沟道两端的源区、漏区图形，采用湿法腐蚀工艺形成硅纳米线沟道、源区及漏区； 4)于所述源区、漏区的周侧及硅纳米线沟道的一侧形成保护层，采用湿法腐蚀工艺对所述硅纳米线沟道的另一侧进行腐蚀，形成具有三角形截面的硅纳米线沟道； 5)去除所述保护层，采用热氧化工艺于所述硅纳米线沟道表面形成氧化层； 6)分别通过离子注入工艺及退火工艺形成源区及漏区； 7)于所述源区、漏区表面制作源电极及漏电极，并制作栅电极； 8)于所述硅纳米线沟道表面采用试剂进行修饰，自组装形成一层以活性基团结尾的活性薄膜； 9)利用所述硅纳米线沟道表面活性基团和捕获探针的化学键结合，将捕获探针修饰 在硅纳米线沟道表面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高安然，李铁，戴鹏飞，鲁娜，王跃林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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