離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及晶體管，公開了一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。該離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管包含半導(dǎo)體襯底，場(chǎng)氧化層，位于半導(dǎo)體襯底上通過(guò)摻雜形成的源極和漏極，源極和漏極之間被刻蝕到半導(dǎo)體襯底內(nèi)部的凹槽結(jié)構(gòu)，位于凹槽外圍并與源極和漏極摻雜類型相同的凹形摻雜區(qū)域，該凹形摻雜區(qū)域中摻雜濃度峰值處的區(qū)域?yàn)槁駥影疾?，該埋層凹槽與凹槽互不接觸，上述場(chǎng)氧化層位于半導(dǎo)體襯底上除源極、漏極和凹槽之外的所有區(qū)域，凹槽表面有離子敏感膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的晶體管能夠在測(cè)量時(shí)免遭周圍環(huán)境中電磁場(chǎng)的干擾，而且測(cè)量時(shí)電流密度更大，還能夠避免凹槽的表面缺陷或表面固態(tài)電荷在測(cè)量時(shí)對(duì)電流靈敏度的影響。
【專利說(shuō)明】離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管，特別涉及一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管ISFET器件的結(jié)構(gòu)與去掉金屬柵的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET極為相似，如圖1和圖2所示，其柵絕緣層是源極101與漏極102之間的平面部分，柵絕緣層上覆蓋的一層敏感層103直接與被測(cè)溶液201接觸，由于被測(cè)溶液201中氫離子的存在，在離子敏感膜103與被測(cè)溶液201界面上感應(yīng)出對(duì)氫離子敏感的微小的能斯特Nernst響應(yīng)電位:
[0003]
【權(quán)利要求】
1.一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，包含:半導(dǎo)體襯底，場(chǎng)氧化層，延伸到所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)部的凹槽，位于所述凹槽外圍的凹形摻雜區(qū)域，以及位于所述半導(dǎo)體襯底上與所述凹形摻雜區(qū)域摻雜類型相同的源極和漏極； 所述場(chǎng)氧化層位于所述半導(dǎo)體襯底上除所述源極、漏極和凹槽之外的所有區(qū)域； 所述凹槽和所述凹形摻雜區(qū)域均位于所述源極和所述漏極之間； 所述凹形摻雜區(qū)域中位于摻雜濃度峰值處的區(qū)域形成埋層凹槽； 所述埋層凹槽與所述凹槽表面互不接觸； 所述凹槽的深度大于所述源極和漏極的結(jié)深； 所述凹槽表面具有離子敏感膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底是P型，所述源極、所述漏極以及所述凹形摻雜區(qū)域?yàn)镹型摻雜；或者， 所述半導(dǎo)體襯底是N型，所述源極、所述漏極以及所述凹形摻雜區(qū)域?yàn)镻型摻雜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為P型時(shí)，所述源極和漏極的N型摻雜濃度大于1016/cm2，所述凹形摻雜區(qū)域的N型摻雜濃度小于或等于5X1015/cm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，通過(guò)對(duì)所述凹槽傾斜摻雜形成所述凹形摻雜區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述源極和漏極是通過(guò)先在半導(dǎo)體襯底上預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)摻雜，再通過(guò)所述凹槽結(jié)構(gòu)把所述摻雜區(qū)域分開的方式形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述離子敏感膜為單層絕緣介質(zhì)層，所述離子敏感膜的材料為以下任意一種: 二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、氧化鋁Al2O3或五氧化二鉭Ta205。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述離子敏感膜為具有至少兩層的絕緣介質(zhì)層，與所述半導(dǎo)體襯底接觸的層采用的材料為二氧化硅SiO2,最表面的絕緣層采用的材料為以下任意一種: 氮化硅Si3N4、氧化鋁Al2O3或五氧化二鉭Ta205。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述場(chǎng)氧化層的材料為二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4或兩者的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，還包含:源引出端、漏引出端和襯底引出端，為分別位于所述源極、漏極和所述半導(dǎo)體襯底背面的金屬硅化物接觸區(qū)。
10.一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，包含以下步驟: 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底上沉積場(chǎng)氧化層； 在所述場(chǎng)氧化層上刻蝕出源極和漏極摻雜區(qū)域； 對(duì)所述源極和漏極摻雜區(qū)域進(jìn)行摻雜； 在所述場(chǎng)氧化層上刻蝕出凹槽區(qū)域； 在所述凹槽區(qū)域刻蝕出凹槽，所述凹槽將所述源極和漏極摻雜區(qū)域隔開形成源極和漏極；其中，所述凹槽的深度大于所述源極和漏極的結(jié)深； 對(duì)所述凹槽外圍進(jìn)行與所述源極和漏極同種類型的摻雜，形成位于所述凹槽外圍的凹形摻雜區(qū)域；其中，所述凹形摻雜區(qū)域中位于摻雜濃度峰值處的區(qū)域形成埋層凹槽，且所述埋層凹槽與所述凹槽表面互不接觸； 在所述凹槽表面生成離子敏感膜。
11.根據(jù)權(quán)利要10所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述對(duì)源極和漏極摻雜區(qū)域進(jìn)行摻雜以及對(duì)所述凹槽外圍進(jìn)行與所述源極和漏極同種類型的摻雜的步驟中，所述半導(dǎo)體襯底是P型，進(jìn)行N型摻雜；或者， 所述半導(dǎo)體襯底是N型，進(jìn)行P型摻雜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為P型時(shí)，在所述半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行N型摻雜的摻雜濃度大于IOlfVcm2，在所述凹槽外圍進(jìn)行N型摻雜的摻雜濃度小于或等于5X 1015/cm2。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，在所述對(duì)凹槽外圍進(jìn)行摻雜，形成位于所述凹槽外圍的凹形摻雜區(qū)域的步驟中，通過(guò)對(duì)所述凹槽進(jìn)行傾斜摻雜形成所述凹形摻雜區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，在所述凹槽表面生成離子敏感膜的步驟中，生成一層絕緣介質(zhì)層作為所述離子敏感膜； 其中，所述離子敏感膜的材料為以下任意一種: 二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、氧化鋁Al2O3或五氧化二鉭Ta205。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，在所述凹槽表面生成離子敏感膜的步驟中，生成至少兩層絕緣介質(zhì)層作為所述離子敏感膜； 其中，與所述半導(dǎo)體襯底接觸的層采用的材料為二氧化硅SiO2，最表面的絕緣層采用的材料為以下任意一種: 氮化硅Si3N4、氧化鋁Al2O3或五氧化二鉭Ta205。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述場(chǎng)氧化層為二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4或兩者的疊層結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，在所述凹槽表面生成離子敏感膜的步驟之后，還包含以下步驟: 在所述源極、漏極和所述半導(dǎo)體襯底背面形成金屬硅化物接觸區(qū)，分別作為所述源極、漏極和所述半導(dǎo)體襯底的引出端。
【文檔編號(hào)】G01N27/414GK103940884SQ201410100281
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】吳東平, 文宸宇, 曾瑞雪, 張世理 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)