Fet感測單元及提高其靈敏度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及FET感測單元及提高其靈敏度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]場效應(yīng)晶體管(FET)感測單元通常用于感測和檢測離子、生物實(shí)體和生物分子中的至少一種。FET感測單元基于電子學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)和機(jī)械檢測原理中的至少一種進(jìn)行工作。包括晶體管的FET感測單元是電感測電荷、光子、以及離子、生物實(shí)體或生物分子的機(jī)械性能的傳感器。通過檢測生物實(shí)體、離子或生物分子本身，或者通過具體受體及生物實(shí)體/生物分子之間的相互作用和反應(yīng)來實(shí)施檢測。這樣的FET感測單元使用半導(dǎo)體工藝進(jìn)行制造并且適用于集成電路(IC)及微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。
[0003]離子敏感場效應(yīng)晶體管(ISFET)以及生物敏感場效應(yīng)晶體管、或生物有機(jī)場效應(yīng)晶體管(B1FET)是包括電感測離子、生物分子或生物實(shí)體的晶體管的兩種類型的FET感測單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種器件，包括:第一介電層，位于襯底上方；有源層，位于第一介電層上方；源極區(qū)，位于有源層中；漏極區(qū)，位于有源層中；溝道區(qū)，位于有源層中，介于源極區(qū)和漏極區(qū)之間；感測膜，位于溝道區(qū)上方；第二介電層，位于有源層上方；電極，位于第二介電層內(nèi)；以及流體柵極區(qū)，位于第二介電層以及感測膜上方。
[0005]該器件包括:第三介電層，位于流體柵極區(qū)上方。
[0006]該器件包括:一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口，連接至流體柵極區(qū)。
[0007]其中，電極包括Cu、W、T1、Ta、Cr、Pt、Ag、Au、TiN, TaN, NiSi 和 CoSi 中的至少一種。
[0008]其中，感測膜包括Si02、Si3N4、A1203、Ti02、Hf02、Ta205、TiN、SnO, Sn02、Pt、Cr、Au、Al、W和Cu中的至少一種。
[0009]該器件包括:受體，設(shè)置在感測膜上。
[0010]其中，受體包括酶、抗體、配體、縮氨酸、核苷酸、器官細(xì)胞、生物體和組織片段中的至少一種。
[0011]該器件包括:第一線，用于將第一器件連接至第二器件，其中，第一器件和第二器件設(shè)置在陣列中。
[0012]此外，還提供了一種器件，包括:第一介電層，位于襯底上方；有源層，位于第一介電層上方；源極區(qū)，位于有源層中；漏極區(qū)，位于有源層中；溝道區(qū)，位于有源層中，介于源極區(qū)和漏極區(qū)之間；感測膜，位于溝道區(qū)上方；第二介電層，位于有源層上方，其中，在第二介電層中形成開口并且感測膜位于開口內(nèi)；第一電極，位于第二介電層內(nèi)；以及流體柵極區(qū)，位于第二介電層上方并且延伸到開口中。
[0013]該器件包括:第二電極，位于第二介電層內(nèi)。
[0014]該器件包括:第三介電層，位于流體柵極區(qū)上方。
[0015]該器件包括:一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口，連接至流體柵極區(qū)。
[0016]其中，電極包括Cu、W、T1、Ta、Cr、Pt、Ag、Au、TiN、TaN, NiSi 和 CoSi 中的至少一種。
[0017]其中，感測膜包括Si02、Si3N4、A1203、Ti02、Hf02、Ta205、TiN、SnO, Sn02、Pt、Cr、Au、Al、W和Cu中的至少一種。
[0018]該器件包括:受體，設(shè)置于感測膜上。
[0019]其中，受體包括酶、抗體、配體、縮氨酸、核苷酸、器官細(xì)胞、生物體和組織片段中的至少一種。
[0020]該器件包括:第一線，用于將第一器件連接至第二器件，其中，第一器件和第二器件設(shè)置在陣列中。
[0021]此外，還提供了一種通過調(diào)節(jié)器件的感測值來提高器件的靈敏度的方法，包括:在器件的流體柵極區(qū)中注入第一復(fù)位溶液；基于與器件的感測膜相互作用的第一復(fù)位溶液，記錄第一復(fù)位值；在器件的流體柵極區(qū)中注入第一反應(yīng)溶液；基于與器件的感測膜相互作用的第一反應(yīng)溶液，記錄第一感測值；以及獲取第一感測值和第一復(fù)位值之間的差值，以獲得經(jīng)調(diào)節(jié)的第一感測值。
[0022]該方法包括:在記錄第一復(fù)位值和第一感測值的同時(shí)，將參考電壓施加給接近流體柵極區(qū)的電極。
[0023]該方法包括:放大經(jīng)調(diào)節(jié)的第一感測值。
【附圖說明】
[0024]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下文詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該理解，附圖中的元件和結(jié)構(gòu)沒有必要按比例進(jìn)行繪制。因此，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以被任意地增大或減小。
[0025]圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的制造器件的方法的流程圖。
[0026]圖2至圖5是根據(jù)一些實(shí)施例的器件的截面圖。
[0027]圖6是根據(jù)一些實(shí)施例配置為陣列布置的多個(gè)器件的電路圖。
[0028]圖7是根據(jù)一些實(shí)施例的提高器件靈敏度的方法的流程圖。
[0029]圖8是根據(jù)一些實(shí)施例的在感測周期內(nèi)的信號時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)在，參考附圖描述所要求保護(hù)的主題，其中在通篇描述中，相同的參考標(biāo)號通常用于表示相同的元件。在以下描述中，為了說明的目的，闡述多個(gè)具體細(xì)節(jié)以提供對所要求保護(hù)主題的理解。但是，很明顯，在沒有這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)施所要求保護(hù)的主題。在其他實(shí)例中，為便于描述所要求保護(hù)的主題，以框圖形式示出了結(jié)構(gòu)和器件。
[0031]本發(fā)明涉及，但沒有另外限于諸如半導(dǎo)體器件的器件。在一些實(shí)施例中，該器件是FET感測單元。在一些實(shí)施例中，該器件是離子敏感場效應(yīng)晶體管(ISFET)、生物敏感場效應(yīng)晶體管和生物有機(jī)場效應(yīng)晶體管(B1FET)中的至少一種。在一些實(shí)施例中，ISFET是包括P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)FET器件及N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)FET器件的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。在一些實(shí)施例中，該器件是B1FET，其中，MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的柵極控制介于其源極接觸件和漏極接觸件之間的半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，該MOSFET的柵極被替換為用作表面受體的不可移動的探針分子的生物或生物化學(xué)兼容層或生物功能層。
[0032]在一些實(shí)施例中，ISFET和B1FET的檢測機(jī)制是由于目標(biāo)離子、生物分子或生物實(shí)體與柵極或柵極上的不可移動的受體分子的接合而導(dǎo)致的換能器(transducer)的電導(dǎo)率調(diào)制。當(dāng)目標(biāo)離子、生物分子或生物實(shí)體接合至柵極或不可移動的受體時(shí)，通過柵極電勢來改變FET器件的漏極電流。測量漏極電流的這種改變并且識別受體和目標(biāo)離子、生物分子或生物實(shí)體的接合。大量的離子、生物分子及生物實(shí)體用于功能化諸如離子、酶、抗體、配體、受體、縮氨酸、寡核苷酸、器官細(xì)胞、生物體及組織片段的ISFET或B1FET的柵極。在一些實(shí)施例中，為了檢測單鏈脫氧核糖核酸(ssDNA)，通過不可移動的互補(bǔ)ssDNA鏈來功能化B1FET的柵極。同樣地，通過用單克隆抗體功能化FET器件的柵極來檢測諸如腫瘤標(biāo)記的各種蛋白質(zhì)。
[0033]根據(jù)一些實(shí)施例，圖1示出了制造器件的方法100。在一些實(shí)施例中，方法100包括使用與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝兼容的或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝特有的一種或多種工藝步驟(process act)來形成諸如ISFET的FET感測單元。