兼容BioFET的CMOS制造技术

本发明专利技术提供一种生物场效应晶体管(BioFET)和一种制作BioFET器件的方法。该方法包括使用与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容或者CMOS工艺特有的一个或者多个工艺步骤来形成BioFET。BioFET器件可以包括：衬底；栅极结构，设置于衬底的第一表面上；以及界面层，形成于衬底的第二表面上。界面层可以允许受体放置于界面层上以检测存在的生物分子或者生物实体。本发明专利技术还提供了兼容BioFET的CMOS。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及半导体
，更具体地，涉及BioFET器件及其制造方法。
技术介绍
生物传感器是用于感测和检测生物分子的器件并且基于电子、电化学、光学和机械检测原理运转。包括晶体管的生物传感器是电感测电荷、光子和生物实体(bio-entities)或者生物分子的机械性质的传感器。可以通过检测生物实体或者生物分子本身或者通过在指定的反应物与生物实体/生物分子之间的相互作用和反应来实施检测。这种生物传感器可以使用半导体工艺来制造、可以快速转换电信号并且可以容易应用于集成电路(IC)和MEMS。BioFET(生物敏感场效应晶体管或者生物有机场效应晶体管)是包括用于电感测生物分子或者生物实体的生物传感器类型。尽管BioFET在许多方面是有利，但是例如由于在半导体制造工艺、生物应用之间的兼容问题、对半导体制造工艺的约束和/或限制、电信号与生物应用的集成而出现了在它们的制造和/或操作方面的挑战和/或由于实施大规模集成电路(LSI)工艺而带来的其它挑战。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种BioFET器件，包括:衬底；栅极结构，设置于所述衬底的第一表面上；隔离层，设置于所述衬底的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，其中，所述隔离层包括开口 ；以及界面层，形成于所述开口中的所述衬底的所述第二表面上。在该BioFET器件中，所述界面层包括用于生物分子结合的材料。在该BioFET 器件中，所述界面材料选自由 Si02、Si3N4、Al203、Ti02、Hf02、Ta205、TiN、SnO、SnO2, Pt、Cr、Au、Al、W、Cu以及它们的组合所组成的组。该BioFET器件还包括:流体沟道，设置于所述隔离层上。该BioFET器件还包括:多层互连件(MLI)，设置于所述衬底的所述第一表面上。在该BioFET器件中，所述MLI包括层间介电(ILD)层。在该BioFET器件中，承载衬底接合至设置于所述ILD层上的钝化层。该BioFET器件还包括:至少一个受体，设置于所述界面层上。根据本专利技术的另一方面，提供了一种提供BioFET器件的方法，包括:在半导体衬底上形成FET器件，其中，所述FET器件包括形成于所述半导体衬底的第一表面上的栅极结构并且包括沟道区域；在设置于所述半导体衬底的第二表面上的隔离层中提供开口，所述第二表面与所述第一表面平行并且相对，其中，所述开口暴露所述FET器件的所述沟道区域，所述沟道区域包括所述半导体衬底的所述第二表面的部分；以及在所述开口中的所述半导体衬底的所述第二表面的所述沟道区域上形成界面材料。该方法还包括:在所述半导体衬底中与所述栅极结构相邻地形成源极区域和漏极区域，其中，所述沟道区域介于所述源极区域与所述漏极区域之间。在该方法中，在所述半导体衬底的所述第一表面上形成多层互连件(MLI)。在该方法中，所述半导体衬底是绝缘体上硅(SOI)衬底。在该方法中，所述SOI衬底包括所述绝缘体层介于其间的第一半导体层和第二半导体层，所述方法还包括:薄化所述SOI衬底，使得所述第一半导体层被去除；并且此后，在所述隔离层中提供所述开口以暴露所述半导体衬底的所述第二表面，其中，所述第二表面设置于所述第二半导体层上。在该方法中，所述SOI衬底包括掩埋绝缘层介于其间的第一半导体层和第二半导体层，所述方法还包括:薄化所述半导体衬底以提供所述半导体衬底的所述第二表面，其中，所述薄化去除了所述第一半导体层和所述掩埋绝缘层；并且在所述薄化之后，在所述衬底的所述第二表面上形成所述隔离层。该方法还包括:在所述界面层上形成受体，其中，所述受体选自由酶、抗体、配位体、受体、缩氨酸、核苷酸、器官细胞、有机体和组织片段所组成的组。该方法还包括:使用所述受体以检测设置于流体沟道中的流体中的目标生物分子。`根据本专利技术的又一方面，提供了一种器件，还包括:第一 BioFET器件，包括:栅极结构，形成于衬底上；源极区域和漏极区域，形成在与所述栅极结构相邻的所述衬底中 ’沟道区域，介于所述源极区域与所述漏极区域之间并且位于所述栅极结构下方；以及界面层，设置于所述沟道区域上，其中，所述界面层设置于所述沟道区域的第一表面上而所述栅极结构设置于所述沟道区域的相对第二表面上，所述界面层用于提供用于生物实体的结合界面；以及读出放大器，耦合至所述第一 BioFET器件。在该器件中，输入/输出焊盘设置在所述栅极结构设置于其上的所述衬底上。该器件还包括:第二 BioFET，通过第一线路连接至所述第一 BioFET ；以及第三BioFET和第四BioFET，连接至第二线路，其中，所述第一 BioFET、所述第二 BioFET、所述第三BioFET和所述第四BioFET设置于阵列结构中。在该器件中，当所述第一 BioFET、所述第二 BioFET、所述第三BioFET和所述第四BioFET检测到目标生物分子和生物实体中的至少一个时，所述第一线路和所述第二线路可用于传输电流。附图说明当结合附图进行阅读时，通过以下具体描述最好地理解本专利技术的各个方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有按比例绘制。事实上，为了讨论清楚，可以任意增加或者减少各种部件的尺度。图1是根据本专利技术的一个或者多个方面的制作BioFET器件的方法的一个实施例的流程图。图2是根据本专利技术的一个或者多个方面的BioFET器件的一个实施例的横截面图。图3是根据本专利技术的一个或者多个方面的在阵列布置中配置的多个BioFET器件的一个实施例的电路图。图4是根据本专利技术的一个或者多个方面形成的包括多个BioFET器件的器件的一个实施例的俯视图。图5是使用互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容工艺来制造BioFET器件的方法的流程图。图6至图17是根据图5的方法的一个或者多个步骤构造的BioFET器件的一个实施例的横截面图。图18是使用互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容工艺来制造BioFET器件的另一种方法的流程图。图19至26是根据图18的方法的一个或者多个步骤构造的BioFET器件的横截面图。具体实施例方式应该理解以下公开内容提供用于实施本专利技术的不同部件的多个不同实施例或者实例。下文描述部件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅为实例而并非旨在进行限定。另外，在以下描述中的在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括其中以直接接触的形式形成第一部件和第二部件的实施例并且也可以包括其中可以形成介于第一部件与第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。另外，对相对空间相对位置的术语(诸如“顶部”、“前”、“底部”和“后”)的引用用来提供在元件之间的空间相对位置的关系而并非旨在于暗示任何绝对方向。为了简化和清楚，可以按照不同比例任意绘制各种部件。在BioFET中，将MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)的栅极(该栅极控制半导体在它的源极接触件和漏极接触件之间的导电性)替换为用作表面受体(receptor)的固定探测分子的生物或者生物化学兼容层或者生物功能化层。实质上，BioFET是具有半导体换能器的场效应生物传感器。BioFET的确定优点是无标签操作前景。具体地，BioFET能够避免高成本和耗时的标记操作(诸如用例如荧光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种BioFET器件，包括：衬底；栅极结构，设置于所述衬底的第一表面上；隔离层，设置于所述衬底的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，其中，所述隔离层包括开口；以及界面层，形成于所述开口中的所述衬底的所述第二表面上。

【技术特征摘要】
2011.10.31 US 61/553,606;2012.05.24 US 13/480,1611.一种BioFET器件，包括: 衬底； 栅极结构，设置于所述衬底的第一表面上； 隔离层，设置于所述衬底的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，其中，所述隔离层包括开口 ；以及 界面层，形成于所述开口中的所述衬底的所述第二表面上。2.根据权利要求1所述的BioFET器件，其中，所述界面层包括用于生物分子结合的材料。3.根据权利要求2所述的BioFET器件，其中，所述界面材料选自由Si02、Si3N4、Al203、TiO2, HfO2, Ta2O5, TiN, SnO、SnO2, Pt、Cr、Au、Al、W、Cu 以及它们的组合所组成的组。4.根据权利要求1所述的BioFET器件，还包括: 流体沟道，设置于所述隔离层上。5.根据权利要求1所述的BioFET器件，还包括: 多层互连件(MLI)，设置于所述衬底的所述第一表面上。6.根据权利要求5所述的BioFET器件，其中，所述MLI包括层间介电(ILD)层。7.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历克斯·卡尔尼茨基，刘怡劭，梁凯智，朱家骅，郑创仁，郑钧文，
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：