直接感测BioFET和制造方法技术

直接感测BioFET和制造方法。本发明专利技术提供生物场效应晶体管(BioFET)和制造BioFET器件的方法。该方法包括采用与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容或者是CMOS工艺中典型的一个或多个工艺步骤形成BioFET。BioFET器件包括具有感测栅极底部和许多堆叠的阱部分的多个微阱。阱部分的底表面积不同于直接位于其下方的阱部分的顶表面积。通过穿过不同材料包括牺牲插塞的多个蚀刻操作形成微阱，从而暴露出感测栅极而不产生等离子体所致损伤。

【技术实现步骤摘要】
直接感测BioFET和制造方法
本专利技术涉及生物传感器和形成生物传感器的方法，具体而言，本专利技术涉及生物场效应晶体管(bioFET)及其形成方法。
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进行操作。包括晶体管的生物传感器是电感测生物实体或生物分子的电荷、光子和机械性能的传感器。可以通过检测生物实体或生物分子本身，或通过特定反应物与生物实体/生物分子之间的相互作用和反应来实施检测。可以采用半导体工艺制造这些生物传感器，其可以快速转换电信号，并且可以容易地应用于集成电路(IC)和MEMS。BioFET(生物场效应晶体管、生物敏感场效应晶体管、生物活性场效应晶体管或生物有机场效应晶体管)是包括晶体管的用于电感测生物分子或生物实体的一种类型的生物传感器。虽然BioFET在许多方面具有优势，但是在他们的制造和/或操作中仍面临挑战，例如，由于半导体制造工艺之间的兼容性问题、生物应用、对半导体制造工艺的约束和/或限制、电信号和生物应用的集成和/或由实施大规模集成(LSI)工艺所引起的其他挑战。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种生物场效应晶体管(BioFET)器件，包括：衬底；多个BioFET，形成在所述衬底上，每个BioFET包括：微阱，具有顶部阱部分和底部阱部分，其中，所述顶部阱部分的底表面积不同于所述底部阱部分的顶表面积；以及电介质，位于所述底部阱部分的底面的衬底上。在所述的BioFET器件中，每个微阱还具有中部阱部分，并且，所述中部阱部分的顶表面积不同于所述顶部阱部分的底表面积，所述中部阱部分的底表面积不同于所述底部阱部分的顶表面积。在所述的BioFET器件中，所述电介质选自由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2、HfO2、Ta2O5、SnO、SnO2、BaxSr1-xTiO3和它们的组合所组成的组。在所述的BioFET器件中，每个BioFET还包括位于所述电介质上的电极。所述的BioFET器件还包括：围绕所述多个BioFET的至少一个微阱的多层互连件(MLI)，其中，所述MLI具有三层或更多层金属层。所述的BioFET器件还包括：在所述衬底上形成的逻辑处理器、控制电路、信号放大器和A/D变流器。所述的BioFET器件还包括：位于所述多个BioFET中相应的BioFET之间的流体通道。在所述的BioFET器件中，每个BioFET还包括：位于所述微阱的侧壁上的涂层。所述的BioFET器件还包括多个第二BioFET，每个第二BioFET包括：具有顶部阱部分和底部阱部分的微阱，其中，所述顶部阱部分的底表面积不同于所述底部阱部分的顶表面积；以及位于所述底部阱部分底面的衬底上的电极和电介质。在所述的BioFET器件中，所述BioFET还包括：邻近所述微阱的栅电极。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造BioFET器件的方法，包括：在半导体衬底上形成多个FET，其中，所述多个FET包括在所述半导体衬底的相应第一表面和相应沟道区域上形成的相应栅极结构；在用于所述多个FET的子集的相应栅极结构的相应部分上方形成相应的牺牲插塞；在所述多个FET上方形成相应的接触件和多层互连件(MLI)；蚀刻所述MLI以暴露出所述相应的牺牲插塞的至少相应的部分，从而形成相应微阱的相应第一阱部分；以及采用非等离子体蚀刻去除所述相应的牺牲插塞，从而形成所述相应微阱的相应第二阱部分。所述的方法还包括：采用非等离子体蚀刻去除所述相应栅极结构位于所述相应的牺牲插塞下方的相应部分以形成所述微阱的相应第三阱部分。所述的方法还包括：采用非等离子体蚀刻去除所述相应栅极结构位于所述相应的牺牲插塞下方的相应部分以形成所述微阱的相应第三阱部分；在所述相应微阱的相应底部去除相应栅极电介质的相应部分；以及在所述相应微阱的相应底部上沉积氮化硅、氧化铪或氧化钽。所述的方法，还包括：用第一涂层涂布所述相应微阱的侧壁；以及用第二涂层涂布所述相应微阱的相应底部。在所述的方法中，形成相应的牺牲插塞包括：在所述相应栅极结构上方沉积保护层；在所述多个FET上方沉积层间电介质(ILD)；蚀刻穿过所述ILD的开口以暴露出用于所述多个FET的子集的保护层；软性着陆蚀刻所述保护层；沉积多晶硅以在所述开口中形成所述相应的牺牲插塞；以及平坦化以去除多余的多晶硅。在所述的方法中，去除所述相应的牺牲插塞包括：使用XeF2蚀刻所述相应的牺牲插塞；以及通过软蚀刻或湿蚀刻去除位于所述相应的牺牲插塞下方的介电层。根据本专利技术的又一方面，提供了一种器件，包括：衬底，具有生物场效应晶体管(BioFET)区域和互补金属氧化物半导体场效应晶体管(C-MOSFET)区域；多个BioFET，位于所述BioFET区域中，每个BioFET包括：微阱，具有多个堆叠的阱部分和位于相邻的阱部分之间的脊；栅极电介质，位于所述微阱底面下方的衬底上；多个C-MOSFET，位于所述C-MOSFET区域中；以及多层互连件(MLI)，围绕所述多个BioFET的微阱。在所述的器件中，每个BioFET还包括位于所述栅极电介质上的栅电极。在所述的器件中，所述栅极电介质是氮化硅、氧化铪或氧化钽。所述的器件还包括：位于所述微阱底部上的涂层。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本专利技术的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1A是根据本专利技术的一个或多个方面的制造BioFET器件的方法的实施例的流程图；图1B是根据本专利技术的一个或多个方面的图1A中的方法实施例的操作的流程图；图2和图3是根据本专利技术的一个或多个方面在形成的各个中间阶段的BioFET器件的截面图；以及图4A/4B至图13A/13B是根据本专利技术的一个或多个方面在形成的各个中间阶段的BioFET器件的截面图。具体实施方式应当理解为了实施本专利技术的不同部件，以下公开内容提供了许多不同的实施例或实例。在下面描述元件和布置的特定实例以简化本专利技术。当然这些仅仅是实例并不打算用于限定。并且，在下面的描述中第一部件在第二部件上方或者在第二部件上的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可以包括其中可以形成介于第一和第二部件之间的其他部件，使得第一和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，提及的相对位置术语诸如“顶部”、“正面”、“底部”、和“背面”用于提供元件之间的相对关系而不是指任何绝对方向。为了简明和清楚，可以任意地以不同的比例绘制各个部件。在生物场效应晶体管(BioFET)中，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的栅极(其控制半导体在其源极和漏极接触件之间的电导)被作为表面受体的固定化探针分子的生物或生物化学兼容层或生物功能化层替换。实质上，BioFET是具有半导体换能器(transducer)的场效应生物传感器。BioFET的决定性优势是具有无标记操作的前景。具体地，BioFET能够避免昂贵且费时的标记操作，诸如使用例如荧光或放射性探针来标记分析物。由于目标生物分子或生物实体与感测表面或在BioFET的感测表面上固定化的受体分子结合，BioFET的典型检测机制是换能器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物场效应晶体管(BioFET)器件，包括：衬底；多个BioFET，形成在所述衬底上，每个BioFET包括：微阱，具有顶部阱部分和底部阱部分，其中，所述顶部阱部分的底表面积不同于所述底部阱部分的顶表面积；以及电介质，位于所述底部阱部分的底面的衬底上。

【技术特征摘要】
2012.09.08 US 13/607,7201.一种生物场效应晶体管(BioFET)器件，包括：衬底；多个生物场效应晶体管，形成在所述衬底上，每个生物场效应晶体管包括：微阱，具有包括顶部阱部分和底部阱部分的多层结构，其中，所述顶部阱部分的底表面积不同于所述底部阱部分的顶表面积；以及源极区域，邻近所述微阱的第一侧部；漏极区域，邻近所述微阱的与所述第一侧部相对的侧部；沟道区域，在所述微阱下面延伸；电介质，位于所述底部阱部分的底面的衬底上。2.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，其中，每个微阱还具有中部阱部分，并且，所述中部阱部分的顶表面积不同于所述顶部阱部分的底表面积，所述中部阱部分的底表面积不同于所述底部阱部分的顶表面积。3.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，其中，所述电介质选自由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2、HfO2、Ta2O5、SnO、SnO2、BaxSr1-xTiO3和它们的组合所组成的组。4.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，其中，每个生物场效应晶体管还包括位于所述电介质上的电极。5.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，还包括：围绕所述多个生物场效应晶体管的至少一个微阱的多层互连件(MLI)，其中，所述多层互连件具有三层或更多层金属层。6.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，还包括在所述衬底上形成的逻辑处理器、控制电路、信号放大器和A/D变流器。7.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，还包括：位于所述多个生物场效应晶体管中相应的生物场效应晶体管之间的流体通道。8.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，其中，每个生物场效应晶体管还包括：位于所述微阱的侧壁上的涂层。9.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，还包括：多个第二生物场效应晶体管，每个第二生物场效应晶体管包括：具有顶部阱部分和底部阱部分的微阱，其中，所述顶部阱部分的底表面积不同于所述底部阱部分的顶表面积；以及位于所述底部阱部分底面的衬底上的电极和电介质。10.根据权利要求1所述的生物场效应晶体管器件，其中，所述生物场效应晶体管还包括：邻近所述微阱的栅电极。11.一种制造BioFET器件的方法，包括：在半导体衬底上形成多个FET，其中，所述多个FET包括在所述半导体衬底的相应第一表面和相应沟道区域上形成的相应栅极结构；在用于所述多个FET的子集的相应栅极结构的相应部分上方形成相应的牺牲插塞；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仪贤，郑创仁，林诗玮，刘怡劭，
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：