基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器及其制備方法
【專利說明】基于S i /S i Ge/S I量子阱MOSFET的生物傳感器及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種生物傳感器件及其制備方法，特別是涉及一種基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]生物傳感器(b1sensor)對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。是由固定化的生物敏感材料作識別元件(包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質)與適當的理化換能器(如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等等)及信號放大裝置構成的分析工具或系統。生物傳感器具有接受器與轉換器的功能。對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。各種生物傳感器有以下共同的結構:包括一種或數種相關生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表達的信號轉換為電信號的物理或化學換能器(傳感器)，二者組合在一起，用現代微電子和自動化儀表技術進行生物信號的再加工，構成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統。
[0003]1967年S.J.烏普迪克等制出了第一個生物傳感器葡萄糖傳感器。將葡萄糖氧化酶包含在聚丙烯酰胺膠體中加以固化，再將此膠體膜固定在隔膜氧電極的尖端上，便制成了葡萄糖傳感器。當改用其他的酶或微生物等固化膜，便可制得檢測其對應物的其他傳感器。固定感受膜的方法有直接化學結合法；高分子載體法；高分子膜結合法。現已發展了第二代生物傳感器(微生物、免疫、酶免疫和細胞器傳感器)，研制和開發第三代生物傳感器，將系統生物技術和電子技術結合起來的場效應生物傳感器，90年代開啟了微流控技術，生物傳感器的微流控芯片集成為藥物篩選與基因診斷等提供了新的技術前景。由于酶膜、線粒體電子傳遞系統粒子膜、微生物膜、抗原膜、抗體膜對生物物質的分子結構具有選擇性識別功能，只對特定反應起催化活化作用，因此生物傳感器具有非常高的選擇性。缺點是生物固化膜不穩定。生物傳感器涉及的是生物物質，主要用于臨床診斷檢查、治療時實施監控、發酵工業、食品工業、環境和機器人等方面。
[0004]生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科，是發展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監控方法，也是物質分子水平的快速、微量分析方法。在未來21世紀知識經濟發展中，生物傳感器技術必將是介于信息和生物技術之間的新增長點，在國民經濟中的臨床診斷、工業控制、食品和藥物分析(包括生物藥物研宄開發)、環境保護以及生物技術、生物芯片等研宄中有著廣泛的應用前景。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器及其制備方法，以實現一種具有較高的靈敏度，可以對生物分子進行高靈敏的檢測的生物傳感器。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的制備方法，所述制備方法包括步驟:
[0007]I)提供一 Si/SiGe/SOI襯底，所述Si/SiGe/SOI襯底包括體硅襯底、埋氧層、Si/SiGe/Si 頂層；
[0008]2)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于所述Si/SiGe/SOI襯底表面制作出器件區域；
[0009]3)采用離子注入工藝于所述Si/SiGe/Si頂層兩側注入P型離子，形成P+源區及P+漏區，所述P+源區及P+漏區之間未進行離子注入的Si/SiGe/Si頂層為溝道區；
[0010]4)于所述Si/SiGe/Si頂層表面形成介質層；
[0011]5)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于與所述P+源區及P+漏區對應的介質層中形成金屬接觸開孔，并制作金屬接觸電極；
[0012]6)制作電極保護層，并露出柵極傳感區域，所述柵極傳感區域為溝道區對應的區域；
[0013]7)于所述體硅襯底背面制作背柵；
[0014]8)對柵極傳感區域表面進行表面活化修飾，用于對生物分子的探測。
[0015]作為本發明的基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的制備方法的一種優選方案，步驟4)所述的介質層為氧化鋁層。
[0016]作為本發明的基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的制備方法的一種優選方案，步驟6)包括步驟:
[0017]6-1)采用PECVD方法生長一層氮化硅層；
[0018]6-2)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝去除所述溝道區上方對應的氮化硅層，以露出柵極傳感區域。
[0019]作為本發明的基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的制備方法的一種優選方案，步驟8)采用APTES對柵極傳感區域表面進行表面活化修飾。
[0020]作為本發明的基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的制備方法的一種優選方案，步驟8)包括步驟:
[0021]8-1)將器件放入乙醇、水及APTES的混合溶液中進行處理，處理時間為I?10小時；
[0022]8-2)處理完成后分別采用乙醇及去離子水進行清洗，并在60?120°C下進行烘干。
[0023]本發明還提供一種基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器，包括:
[0024]Si/SiGe/SOI襯底，所述Si/SiGe/SOI襯底包括體硅襯底、埋氧層、Si/SiGe/Si頂層；
[0025]P+源區及P+漏區，形成于所述Si/SiGe/Si頂層兩側，所述P+源區及P+漏區之間未進行離子注入的Si/SiGe/Si頂層為溝道區；
[0026]介質層，形成于所述Si/SiGe/Si頂層表面，所述介質層與所述P+源區及P+漏區對應的區域形成有金屬接觸開孔，所述金屬接觸開孔中形成有金屬接觸電極；
[0027]電極保護層，覆蓋于所述金屬接觸電極，并露出柵極傳感區域，所述柵極傳感區域為溝道區對應的區域；
[0028]背柵，形成于所述體硅襯底背面；
[0029]活化修飾材料，形成于所述柵極傳感區域表面。
[0030]作為本發明的基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的一種優選方案，所述介質層為氧化鋁層。
[0031]作為本發明的基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的一種優選方案，所述電極保護層為氮化硅層。
[0032]作為本發明的基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的一種優選方案，所述活化修飾材料為APTES。
[0033]如上所述，本發明提供一種基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器及其制備方法，所述制備方法包括步驟:1)提供一 Si/SiGe/SOI襯底，所述Si/SiGe/SOI襯底包括體硅襯底、埋氧層、Si/SiGe/Si頂層；2)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于所述Si/SiGe/SOI襯底表面制作出器件區域；3)采用離子注入工藝于所述Si/SiGe/Si頂層兩側注入P型離子，形成P+源區及P+漏區，所述P+源區及P+漏區之間未進行離子注入的Si/SiGe/Si頂層為溝道區；4)于所述Si/SiGe/Si頂層表面形成介質層；5)利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于與所述P+源區及P+漏區對應的介質層中形成金屬接觸開孔，并制作金屬接觸電極；6)制作電極保護層，并露出柵極傳感區域，所述柵極傳感區域為溝道區對應的區域；7)于所述體硅襯底背面制作背柵；8)對柵極傳感區域表面進行表面活化修飾，用于對生物分子的探測。本發明采用高迀移率材料的SiGe材料作為溝道，且Si/SiGe/Si的量子阱的結構，在同樣工藝下將得到更高信噪比的信息，從而與常規硅器件相比具有更高的靈敏度，因此本發明的生物傳感器可以對生物分子進行高靈敏的檢測。
【附圖說明】
[0034]圖1a?圖9顯示為本發明的基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的制備方法各步驟所呈現的結構示意圖。
[0035]元件標號說明
[0036]101體硅襯底
[0037]102埋氧層
[0038]103溝道區
[0039]104 Si/SiGe/Si 頂層
[0040]1041 Si 層
[0041]1042 SiGe 層
[0042]1043 Si 層
[0043]105 P+源區
[0044]106 P+漏區
[0045]107介質層
[0046]108金屬接觸開孔
[0047]109金屬接觸電極
[0048]110電極保護層
[0049]111 背柵
[0050]112活化修飾材料
【具體實施方式】
[0051]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0052]請參閱圖1a?圖9。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0053]如圖1a?圖9所示，本實施例提供一種基于Si/SiGe/Si量子阱MOSFET的生物傳感器的制備方法，所述制備方法包括步驟:
[0054]如圖1a?圖1b所示，首先進行步驟I)，提供一 Si/SiGe/SOI襯底，所述Si/SiGe/SOI襯底包括體硅襯底101、埋氧層102、Si/SiGe/Si頂層104 ;所述Si/SiGe/Si頂層包括依次層疊的Si層1041、SiGe層1042及Si層1043，如圖1b所示，所述Si/SiGe/Si頂層結合于所述埋氧層102表面。
[0055]如圖1a?圖1b所示，然后進行步驟2)，利用光刻工藝及干法刻蝕工藝于所述Si/SiGe/SOI襯底表面制作出器件區域。
[0056]如圖2所示，接著進行步驟3)，采用離子注入工藝于所述Si/SiGe/Si頂