[发明专利]兼容BioFET的CMOS

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2011年10月31日提交的序列号为61/553,606的临时申请的优先权，其全部公开内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明一般涉及半导体技术领域，更具体地，涉及BioFET器件及其制造方法。

背景技术

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。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，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SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、TiO₂、HfO₂、Ta₂O₅、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。

根据本发明的另一方面，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。