[发明专利]基于垂直隧穿的场效应晶体管、生物传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于垂直遂穿的场效应晶体管及生物传感器及制备，晶体管制备包括：提供SOI衬底；减薄顶层硅，定义出硅纳米线沟道图形及连接于两端的源区图形及漏区图形；将上述图形转移至顶层硅上，并进行离子注入形成硅纳米线沟道、源区及漏区；减薄源区，并于部分源区表面及纳米线沟道表面形成介质层；于源区的表面制作源电极，于所述漏区表面制作漏电极，并于底层硅或埋氧层上制作栅电极。通过上述方案，本发明的晶体管基于垂直隧穿，包含点隧穿和线隧穿，具有更低的亚阈值斜率，可用于高灵敏的生化分子检测；具有双极特性，可对双向检测结果进行对照，保证检测的准确性；采用高K介质层材料，增强检测的稳定性并提高对生物分子的响应能力。

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术领域，特别是涉及一种场效应晶体管、生物传感器及各自的制备方法。

背景技术

半导体生物传感器是生物分子识别器件(生物敏感膜)与半导体器件结合构成的传感器，基于半导体场效应晶体管(field effect transistor，FET)的生物传感器由于结构简单，成本低，便于批量生产；机械性能好，抗震性能好，寿命长；输出阻抗低，便于与后续电路匹配；可在同一芯片上集成多种传感器，可实现多功能、多参数的检测等优势，半导体场效应晶体管生物传感器被认为是最具应用潜力的器件之一。

其中，基于硅纳米结构的半导体场效应晶体管传感器具有极大的比表面积，沟道内载流子对沟道表面电荷分布极其敏感，具有高灵敏度、高特异性、快速响应等优点，利于生物分子传感。而随着半导体MOSFET器件的特征尺寸进入纳米尺度，短沟道效应对传统MOSFET器件的性能造成了严重影响，通过尺寸缩小来获得性能提升的方法变得越来越困难。

近年来，一种基于量子隧穿机理的场效应器件隧穿场效应晶体管(tunnelingfield-effect transistor，TFET)被提出，理论上，TFET不仅可以有效抑制短沟道效应，还能突破传统MOSFET亚阈值摆幅(Sub-threshold Swing)不能低于60mV/dec的限制，从而大幅度降低器件的开关功耗，并在很大程度上提高器件的检测灵敏度。实际上，隧穿场效应晶体管是一种基于载流子的隧道效应工作的器件，由于源漏的结构对称，当所加栅压反向时，载流子也可以在漏区一侧发生隧穿，产生泄露电流的大小几乎与导通电流相当，因此具有双极特性。利用这一特性，采用同一器件将双向检测结果进行对照，可以避免假阳(阴)性信号，保证检测的准确性，为器件的稳定应用提供保障，特别适于生化分子检测的应用。但是，现有的器件结构中，隧穿多为结处的点隧穿，且源区电场较弱，器件的亚阈值摆幅仍然不能很好的得以降低，还存在器件的功耗难以得到降低，灵敏度难以得到提高等问题。

因此，提供一种场效应晶体管及基于其的生物传感器以及各自的制备方法，以解决现有技术中存在的器件灵敏度低、功耗高、可靠性差以及检测准确性差等问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种场效应晶体管、生物传感器及各自的制备方法，用于解决现有技术中器件结构灵敏度低、功耗高、可靠性差以及检测准确性差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于垂直隧穿的场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一SOI衬底，所述SOI衬底包括底层硅、埋氧层以及顶层硅；

2)减薄所述顶层硅至第一厚度，并采用光刻工艺定义出硅纳米线沟道图形以及连接于所述硅纳米线沟道图形两端的源区图形及漏区图形；

3)采用刻蚀工艺将所述硅纳米线沟道图形、源区图形及漏区图形转移至所述顶层硅上，并向所述源区图形对应的位置进行第一导电类型的离子注入，向所述漏区图形对应的位置进行第二导电类型的离子注入，以形成硅纳米线沟道、源区及漏区；

4)减薄所述源区至第二厚度，并于部分所述源区的表面以及所述纳米线沟道的表面形成一层连续的介质层；以及