具有包括屏蔽層的納米線傳感器的集成電路、感測(cè)裝置、測(cè)量方法以及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路(IC)，其包括:襯底；在所述襯底之上的絕緣層；以及在所述絕緣層上的第一納米線元件和與所述第一納米線元件相鄰的第二納米線元件。
[0002]本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括這樣的IC的半導(dǎo)體器件。
[0003]本發(fā)明又進(jìn)一步涉及利用這樣的IC測(cè)量介質(zhì)中的感興趣的分析物的方法。
[0004]本發(fā)明又進(jìn)一步涉及制造這樣的IC的方法。
【背景技術(shù)】
[0005]半導(dǎo)體技術(shù)的持續(xù)小型化已使得嵌入在諸如集成電路(IC)等的半導(dǎo)體器件中的功能能夠顯著多樣化，這在一些情況中已導(dǎo)致在單個(gè)器件上提供近全面的解決方案。例如，半導(dǎo)體器件小型化已導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)傳感器集成到單個(gè)半導(dǎo)體器件內(nèi)，并且在迥然不同的技術(shù)領(lǐng)域中、例如在汽車應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、工業(yè)氣體煙道監(jiān)測(cè)等等中可以看到這樣的器件的部署。
[0006]在諸如IC等的電子器件上提供感測(cè)功能的主要挑戰(zhàn)之一是確保半導(dǎo)體器件能夠以經(jīng)濟(jì)上可行的方式生產(chǎn)。這例如在將亞微米尺寸的元件(例如諸如基于納米線的晶體管等的納米元件)集成在半導(dǎo)體器件中時(shí)是特別的挑戰(zhàn)，因?yàn)楦静皇抢门c整體半導(dǎo)體器件的制造工藝兼容的處理步驟來直接制造這樣的納米元件。因此，這樣的專用元件的集成會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的制造工藝的復(fù)雜度顯著增加，由此顯著地增加了這樣的器件的成本。
[0007]在這方面的特別問題在于，當(dāng)感測(cè)介質(zhì)是流體(例如液體或氣體)時(shí)，傳感器布置通常需要參考傳感器或電極的存在，以補(bǔ)償傳感器漂移、即傳感器對(duì)感興趣的分析物的隨時(shí)間而變化的響應(yīng)，該漂移例如由傳感器表面上的污染物的逐漸堆積而引起。在US2004/0136866 Al中公開了這樣的布置的示例，其中參考電極被放置成與待分析的流體接觸以便控制溶液的相對(duì)于半導(dǎo)體納米線元件的電勢(shì)。
[0008]然而，包括參考傳感器或電極會(huì)使傳感器布置的設(shè)計(jì)進(jìn)一步復(fù)雜化，這因此可能進(jìn)一步增加電子器件的成本。此外，參考電極的表面也會(huì)易于積垢，在該情況中傳感器讀數(shù)會(huì)變得不可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明旨在提供一種其中避免對(duì)于單獨(dú)的參考電極的需要的根據(jù)開篇段落的1C。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步旨在提供一種包括這樣的IC的感測(cè)裝置。
[0011]本發(fā)明又進(jìn)一步旨在提供一種利用這樣的IC測(cè)量感興趣的分析物的方法。
[0012]本發(fā)明又進(jìn)一步旨在提供一種制造這樣的IC的方法。
[0013]本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求限定。從屬權(quán)利要求限定了有利的實(shí)施例。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種如在本發(fā)明中所限定的集成電路。
[0015]本發(fā)明基于如下認(rèn)識(shí):通過提供彼此相鄰(相對(duì)于待測(cè)介質(zhì)的流動(dòng)方向)的兩個(gè)納米線并且為兩個(gè)納米線中的一個(gè)提供屏蔽層(諸如疏水層或反離子片材等，其防止諸如離子或不帶電的分子等的顆粒附著至第二納米線并且使得第二納米線對(duì)于介質(zhì)基本或甚至完全惰性、即不敏感)，可以通過對(duì)源于這些納米線的信號(hào)的差分測(cè)量而將這樣的污染物的逐漸堆積對(duì)第一納米線的影響過濾掉。另外，歸因于納米線位于晶片的相同區(qū)域中、即彼此挨著的事實(shí)，在亞微米工藝技術(shù)中固有存在的工藝失配的影響可以被最小化，因?yàn)檫@樣的失配影響典型地常見于晶片的不同區(qū)域之間。
[0016]優(yōu)選地，第二納米線元件與第一納米線元件直接鄰近。更優(yōu)選地，第二納米線元件彼此相鄰。也可以是沿其長(zhǎng)度方向平行。納米元件越靠近分析物檢測(cè)納米線，由兩個(gè)納米線感測(cè)到的與介質(zhì)之間可能有的差異越小并且隨之參考性可以越好。
[0017]納米線中的每一個(gè)可以包括例如通過納米線材料的局部氧化形成的可以充當(dāng)柵極氧化物的氧化物表面層，其中介質(zhì)充當(dāng)提供作為例如介質(zhì)中的感興趣的分析物的函數(shù)的柵極電勢(shì)的浮置柵極。
[0018]可以例如通過將納米線經(jīng)由接合焊盤等類似物連接至外部電路而在片外執(zhí)行差分測(cè)量。作為可選方案，集成電路可以進(jìn)一步包括用于處理第一納米線元件和第二納米線元件的相應(yīng)的信號(hào)的信號(hào)處理電路，這具有不需要用于執(zhí)行測(cè)量的外部電路的優(yōu)點(diǎn)。
[0019]在實(shí)施例中，信號(hào)處理電路包括布置成從第一納米線元件信號(hào)減去第二納米線元件信號(hào)的差分器。這樣的差分器、例如反相器或差分放大器由此提供了其中已經(jīng)從感測(cè)的第一納米線中扣除了“惰性的”第二納米線的信號(hào)的輸出信號(hào)。這為感測(cè)納米線提供了可以從任何隨后的測(cè)量上被扣除的基本信號(hào)，以便將污染物對(duì)感測(cè)的第一納米線的影響過濾掉。
[0020]優(yōu)選地，IC進(jìn)一步包括具有第一納米線元件的第一晶體管(這可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET))和具有第二納米線元件的第二晶體管(這可以是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET))。包括作為晶體管的溝道的納米線促進(jìn)了測(cè)量在納米線的阻抗上的由附著誘發(fā)的改變的簡(jiǎn)單且敏感的方式。
[0021]在實(shí)施例中，IC包括晶體管的陣列，其中各晶體管包括在源極電極與漏極電極之間延伸的納米線，所述陣列包括第一晶體管和第二晶體管。這具有可以用陣列的相應(yīng)晶體管、例如通過對(duì)感測(cè)晶體管的單獨(dú)官能化來同時(shí)測(cè)量很多不同的感興趣的分析物的存在的優(yōu)點(diǎn)。在所述陣列中的相應(yīng)晶體管可以共享漏極電極和源極電極中的一個(gè)，這進(jìn)一步簡(jiǎn)化了陣列的設(shè)計(jì)。
[0022]襯底可以是絕緣體上硅(SOI)襯底。第一納米線元件和第二納米線元件可以各包括硅納米線，例如通過使S1襯底的硅層圖案化而形成的納米線。
[0023]屏蔽層優(yōu)選地由在諸如COMS技術(shù)等的IC的可應(yīng)用的制造技術(shù)中可容易得到的材料形成。例如，屏蔽層可以是諸如氧化物或氮化物層等的介電層，或者代替地可以是諸如聚酰亞胺或聚對(duì)二甲苯層等的聚合物層。特別地，屏蔽層可以是合適的光致抗蝕劑或硬掩模材料的一部分，其可以利用這樣的材料的可容易得到的圖案化技術(shù)而形成在第二納米線元件之上。
[0024]屏蔽層典型地具有確保第二納米線元件對(duì)介質(zhì)不敏感的厚度，使得由第二納米線元件產(chǎn)生的信號(hào)反應(yīng)例如通過布置成作為背側(cè)柵極操作的襯底而被施加至元件的偏置。為此，襯底優(yōu)選地是半導(dǎo)體襯底。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括流動(dòng)通道和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的集成電路的感測(cè)裝置，其中第一納米線元件和第二納米線元件被布置在所述流動(dòng)通道中，以使得第一納米線元件和第二納米線元件相對(duì)于通過所述流動(dòng)通道的介質(zhì)的流動(dòng)方向彼此相鄰。這具有如之前所說明的可以在不需要單獨(dú)的參考電極的情況下將傳感器漂移和其他不顯著的影響過濾掉的優(yōu)點(diǎn)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種如本發(fā)明所限定的測(cè)量介質(zhì)中的感興趣的分析物的方法。這確保了在不需要單獨(dú)的參考電極的情況下的對(duì)感興趣的分析物的精確測(cè)量。
[0027]在實(shí)施例中，同時(shí)捕捉來自所述第一納米線元件的第一納米線元件信號(hào)和來自所述第二納米線元件的第二納米線元件信號(hào)的步驟包括用交流電流來驅(qū)動(dòng)第一納米線元件和第二納米線元件；并且從第二納米線元件信號(hào)與第一納米線元件信號(hào)之間的差異導(dǎo)出分析物測(cè)量值的步驟包括測(cè)量第一納米線元件對(duì)所述交流電流的復(fù)阻抗響應(yīng)以及第二納米線元件對(duì)所述交流電流的復(fù)阻抗響應(yīng)。AC源的使用進(jìn)一步