[发明专利]性能增强的背面感测生物场效应晶体管

说明书

相关申请

本申请要求于2013年3月14日提交的标题为“Backside Sensing BioFET with Enhanced Performance”的第61/785,055号美国临时专利申请的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及生物传感器和用于形成生物芯片的方法。本发明尤其涉及具有生物传感器和射流器件的生物芯片及其形成方法。

背景技术

生物传感器是用于感测和探测生物分子的器件，并且基于电子、电化学、光学以及机械探测原理进行操作。包括晶体管的生物传感器是电感测电荷、光子、以及生物实体或生物分子的机械特性的传感器。可以通过探测生物实体或生物分子本身，或者经由指定的反应物和生物实体/生物分子之间的相互作用和反应来执行探测。可以使用半导体工艺来制造这样的生物传感器，该生物传感器可以快速地转换电信号，并且可以容易地应用于集成电路（IC）和微机电系统（MEMS）。

生物芯片实质上是可以执行成百上千个同时发生的生物化学反应的小型实验室。生物芯片可以探测特定生物分子、测量它们的特性、处理信号以及甚至可以直接分析数据。生物芯片使得研究者能够快速地拍摄数量较少的大量生物分析物，用于从疾病诊断到生物恐怖剂的探测的多种目的。先进的生物芯片使用多个生物传感器连同微射流技术，以集成反应、感测和采样管理。BioFET（生物场效应晶体管或者生物有机场效应晶体管）是一种类型的生物传感器，包括用于电感测生物分子或生物实体的晶体管。虽然BioFET在很多方面都是有利的，但是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灵敏度和分辨率和/或由实现大规模集成（LSI）处理产生的其他挑战，导致在它们的制造和/或操作中产生挑战。

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，提供了一种生物场效应晶体管（BioFET）器件，包括：衬底；晶体管结构，在所述衬底中具有位于源极区、漏极区以及有源区上方的栅极结构，所述有源区包括沟道区和处理层；隔离层，位于所述衬底的与所述栅极结构相对的侧面上，所述隔离层在所述晶体管结构的所述有源区处具有开口；以及介电层，位于所述开口中。

在该BioFET器件中，所述处理层是轻掺杂层。

在该BioFET器件中，所述处理层包括掺杂类型与所述沟道区中的掺杂物相反的掺杂物。

在该BioFET器件中，所述处理层包括氢。

该BioFET器件进一步包括：金属冠结构，位于所述隔离层上方并且至少部分地覆盖所述开口的侧壁。

在该BioFET器件中，所述介电层包括氧化铝、氧化钛、氧化铪、氧化钽、氧化锡或它们的组合。

该BioFET器件进一步包括：设置在所述隔离层上的射流沟道。

该BioFET器件进一步包括：多层互连件（MLI），在所述衬底中设置在所述衬底的与所述栅极结构相同的侧面上。

在该BioFET器件中，经由所述MLI上方的钝化层，将载体衬底接合至所述衬底上。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造BioFET器件的方法，包括：在半导体衬底上形成晶体管，其中，所述晶体管包括形成在所述半导体衬底的第一侧面上的栅极结构和介于源极区和漏极区之间的有源区；在设置在所述半导体衬底的第二侧面上的隔离层中蚀刻开口，所述开口暴露所述晶体管的有源区；通过所述开口的底部，将掺杂物嵌入所述晶体管的有源区中以形成处理层；以及在所述处理层上沉积介电层。

在该方法中，嵌入所述掺杂物包括：注入导电性与所述有源区中的掺杂物相反的掺杂物。

在该方法中，嵌入所述掺杂物进一步包括：形成注入掩模；激活所述掺杂物；以及去除所述注入掩模。

在该方法中，嵌入所述掺杂物包括：当所述晶体管是n型晶体管时，注入氢或氘。

在该方法中，嵌入所述掺杂物包括：在所述开口中形成重掺杂的牺牲介电层；使掺杂物从所述牺牲介电层扩散至所述有源区；以及去除所述牺牲介电层。

该方法进一步包括：在氧或氢/氘环境中对所述半导体衬底进行退火。

该方法进一步包括：减薄所述半导体衬底；以及在所述半导体衬底的第二侧面上沉积隔离层。

在该方法中，所述半导体衬底是SOI衬底，并且所述减薄至少部分地去除掩埋氧化物层。