传感器及其形成方法技术

本申请的各个实施例针对用于增强灵敏度的离子敏感场效应晶体管。在一些实施例中，衬底包括一对第一源极/漏极区域和一对第二源极/漏极区域。此外，第一栅电极和第二栅电极位于衬底下面。第一栅电极横向位于第一源极/漏极区域之间，并且第二栅电极横向位于第二源极/漏极区域之间。互连结构位于衬底下面并且限定将第二源极/漏极区域和第二栅电极电耦合在一起的导电路径。钝化层位于衬底上方并且限定第一阱和第二阱。第一阱和第二阱分别位于第一栅电极和第二栅电极上面，并且感测层衬里第一阱和第二阱中的衬底。在一些实施例中，感测分子探针位于第一阱中但不位于第二阱中。本发明专利技术的实施例还涉及传感器及其形成方法。

Sensor and its forming method

【技术实现步骤摘要】
传感器及其形成方法
本专利技术的实施例涉及传感器及其形成方法。
技术介绍
离子敏感场效应晶体管(ISFET)是用于表征和/或识别流体中的目标的场效应晶体管。目标与流体中的感测层反应和/或结合，以改变感测层处的表面电势差。表面电势差的变化改变了ISFET的阈值电压，阈值电压可以用于表征和/或识别目标。ISFET广泛用于不同的生命科学应用，范围从环境监测和基础生命科学研究到即时医疗(PoC)体外分子诊断。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种传感器，包括：衬底，包括一对第一源极/漏极区域和一对第二源极/漏极区域；第一栅电极和第二栅电极，位于所述衬底下面，其中，所述第一栅电极横向位于所述第一源极/漏极区域之间，并且所述第二栅电极横向位于所述第二源极/漏极区域之间；互连结构，位于所述衬底下面并且限定将所述第二源极/漏极区域和所述第二栅电极电耦合在一起的导电路径；钝化层，位于所述衬底上方并且限定第一阱和第二阱，其中，所述第一阱和所述第二阱分别位于所述第一栅电极和所述第二栅电极上面；以及感测层，衬里所述第一阱和所述第二阱中的所述衬底。本专利技术的另一实施例提供了一种形成传感器的方法，包括：在衬底的前侧上形成第一栅电极和第二栅电极；掺杂所述衬底以在所述衬底中形成分别与所述第一栅电极和所述第二栅电极邻接的一对第一源极/漏极区域和一对第二源极/漏极区域；在所述衬底的所述前侧上形成互连结构，所述互连结构将所述第二源极/漏极区域和所述第二栅电极电耦合在一起；在所述衬底的与所述前侧相对的后侧上形成第一阱和第二阱，所述第一阱和所述第二阱分别与所述第一栅电极和所述第二栅电极对准，其中，所述第一阱和所述第二阱暴露所述衬底；以及沉积感测层，所述感测层衬里所述第一阱和所述第二阱中的衬底。本专利技术的又一实施例提供了一种形成传感器的方法，包括：提供包括参考电极和离子敏感场效应晶体管(ISFET)的传感器，其中，所述离子敏感场效应晶体管包括位于衬底中的一对源极/漏极区域和主体区域，并且其中，所述主体区域完全耗尽；将流体施加到所述离子敏感场效应晶体管的感测表面，其中，所述流体包括目标；当所述参考电极位于所述流体中时，以与所述目标具有相同极性的电压来偏置所述参考电极，其中，所述偏置在所述主体区域中形成沟道，并且朝着所述感测表面静电排斥所述目标；以及测量所述沟道的阻抗。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。图1示出了包括离子敏感场效应晶体管(ISFET)和参考电压场效应晶体管(VRFET)的传感器的一些实施例的截面图。图2A至图2F示出了图1的传感器的一些可选实施例的截面图。图3示出了用于图1的传感器的有效电路的一些实施例的电路图。图4示出了在直流(DC)/交流(AC)电位读出方法期间的图3的有效电路的一些实施例的电路图。图5示出了在图4的DC/AC电位读出方法期间使用的AC流体栅极电压的周期的一些实施例的图。图6示出了使用图4的DC/AC电位读出方法生成的感测结果的一些实施例的图。图7示出了在AC读出方法期间的图3的有效电路的一些实施例的电路图。图8A至图8D示出了使用图7的AC读出方法产生的感测结果的一些实施例的图。图9示出了在瞬态/随机电报信号(RTS)/脉冲/噪声读出方法期间的图3的有效电路的一些实施例的电路图。图10示出了使用图9的瞬态/RTS/脉冲/噪声读出方法生成的感测结果的一些实施例的图。图11示出了图1的传感器的一些实施例的截面图，其中ISFET电耦合至感测电路。图12示出了图11的传感器的一些实施例的截面图，其中，互连结构位于ISFET和VRFET下面并且电耦合至ISFET和VRFET。图13示出了包括分别与N型VRFET和P型VRFET配对的N型ISFET和P型ISFET的阵列型传感器的一些实施例的顶部布局。图14A至图14C示出了图13的阵列型传感器的一些实施例的截面图。图15示出了具有不同行数的图13的阵列型传感器的一些可选实施例的顶部布局。图16示出了用于脱氧核糖核酸(DNA)杂交的阵列型的一些实施例的顶部布局。图17A和图17B示出了在感测期间的图16的阵列型传感器中的选择性和非选择性单元的截面图。图18A至图18C示出了在图17A和图17B的感测期间的感测结果的一些实施例的图。图19A和图19B示出了包括ISFET的传感器的一些实施例的截面图，其中ISFET的主体区域完全耗尽和/或被轻度掺杂或不掺杂。图20示出了图19A和图19B的ISFET和图19A和图19B的参考电极之间的寄生元件的一些实施例的电路图。图21A和图21B示出了图19A和图19B的传感器的一些可选实施例的截面图，其中目标和参考电极具有相同的极性。图22示出了图21A的传感器的一些可选实施例的截面图，其中使用VRFET代替参考电极。图23A至图23F示出了使用绝缘体上半导体(SOI)衬底形成包括ISFET和VRFET的传感器的方法的一些实施例的一系列截面图。图24A至图24G示出了使用块状衬底的图23A至图23F的方法的一些可选实施例的一系列截面图。图25示出了图23A至图23F和图24A至图24G的方法的一些实施例的框图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本专利技术。当然这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术在各个示例中可以重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。传感器可以例如包括参考电极和离子敏感场效应晶体管(ISFET)。ISFET包括一对源极/漏极区域和主体区域。源极/漏极区域和主体区域位于衬底中，并且主体区域在源极/漏极区域之间延伸。此外，ISFET包括感测层。感测层位于衬底的感测侧上，并且衬里主体区域。在使用传感器期间，将包含目标的流体放置在感测层上。目标与感测层反应和/或结合到感测层以改变感测层处的表面电势差。表面电势差的变化改变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器，包括：/n衬底，包括一对第一源极/漏极区域和一对第二源极/漏极区域；/n第一栅电极和第二栅电极，位于所述衬底下面，其中，所述第一栅电极横向位于所述第一源极/漏极区域之间，并且所述第二栅电极横向位于所述第二源极/漏极区域之间；/n互连结构，位于所述衬底下面并且限定将所述第二源极/漏极区域和所述第二栅电极电耦合在一起的导电路径；/n钝化层，位于所述衬底上方并且限定第一阱和第二阱，其中，所述第一阱和所述第二阱分别位于所述第一栅电极和所述第二栅电极上面；以及/n感测层，衬里所述第一阱和所述第二阱中的所述衬底。/n

【技术特征摘要】
20181130 US 62/773,474;20190516 US 16/413,8651.一种传感器，包括：
衬底，包括一对第一源极/漏极区域和一对第二源极/漏极区域；
第一栅电极和第二栅电极，位于所述衬底下面，其中，所述第一栅电极横向位于所述第一源极/漏极区域之间，并且所述第二栅电极横向位于所述第二源极/漏极区域之间；
互连结构，位于所述衬底下面并且限定将所述第二源极/漏极区域和所述第二栅电极电耦合在一起的导电路径；
钝化层，位于所述衬底上方并且限定第一阱和第二阱，其中，所述第一阱和所述第二阱分别位于所述第一栅电极和所述第二栅电极上面；以及
感测层，衬里所述第一阱和所述第二阱中的所述衬底。


2.根据权利要求1所述的传感器，还包括：
多个感测分子探针，位于所述第一阱中和所述感测层上，其中，所述第二阱没有感测分子探针。


3.根据权利要求2所述的传感器，其中，所述互连结构还限定将所述第一源极/漏极区域和所述第一栅电极互连在一起的导电路径。


4.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述感测层包括氧化铪。


5.根据权利要求1所述的传感器，其中，所述第一栅电极和所述第一源极/漏极区域部分地限定离子敏感场效应晶体管(ISFET)，其中，所述第二栅电极和所述第二源极/漏极区域部分地限定参考电压场效应晶体管(VRFET)，其中，所述离子敏感场效应晶体管和所述参考电压场效应晶体管具有单独的双电层(EDL)，并且其中，所述双电层具有相同的厚度。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜慧如，黄睿政，苏哿暐，陈东村，李维，刘佩雯，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71