本發(fā)明總的來說涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及生物傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

生物傳感器是用于感應(yīng)和檢測生物分子并基于電、機(jī)電、光和機(jī)械檢測原理進(jìn)行操作的器件。包括晶體管的生物傳感器是電感應(yīng)生物實(shí)體或生物分子的電荷、光子和機(jī)械特性的傳感器?？梢酝ㄟ^檢測生物實(shí)體或生物分子本身或者通過指定的反應(yīng)物和生物實(shí)體/生物分子之間的交互和反應(yīng)來執(zhí)行檢測。這種生物傳感器可以使用半導(dǎo)體工藝來制造，可以快速地轉(zhuǎn)換電信號，并且可以容易地應(yīng)用于集成電路(ic)和mems。

biofet(生物敏感場效應(yīng)晶體管或者生物有機(jī)場效應(yīng)晶體管)是生物傳感器的類型，包括用于電感應(yīng)生物分子或生物實(shí)體的晶體管。雖然biofet在許多方面是具有優(yōu)點(diǎn)，但例如由于半導(dǎo)體制造工藝、生物應(yīng)用、半導(dǎo)體制造工藝的約束和/或限制、電信號和生物應(yīng)用的集成之間的兼容性問題而產(chǎn)生它們的制造和/或操作的挑戰(zhàn)；和/或由于實(shí)施大規(guī)模集成(lsi)工藝而產(chǎn)生的其他挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：襯底；柵極結(jié)構(gòu)，位于所述襯底的第一表面上方；源極區(qū)域和漏極區(qū)域，在所述襯底中與所述柵極結(jié)構(gòu)相鄰；溝道區(qū)域，夾置在所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域之間并且位于所述柵極結(jié)構(gòu)下方；第一層，位于所述襯底的與所述第一表面相對的第二表面上方；第二層，位于所述第一層上方；感應(yīng)膜，位于所述溝道區(qū)域上方以及所述第一層和所述第二層的至少一部分上方；以及阱，位于所述感應(yīng)膜上方并切斷所述第一層和所述第二層。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一層是氮化物層和氧化物層中的一種。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第二層是氮化物層和氧化物層中的一種。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一層和所述第二層具有不同的材料。

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于所述第二層上方的第三層。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第三層是氮化物層和氧化物層中的一種。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第三層的材料與所述第一層的材料相同。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第三層的厚度不同于所述第一層的厚度。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述感應(yīng)膜包括介電常數(shù)在大約5至大約100之間的材料。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述襯底是絕緣體上硅(soi)襯底。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：fet器件，位于襯底上，所述fet器件包括形成在所述襯底的第一表面上方的柵極結(jié)構(gòu)以及在所述襯底中位于所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)域，并且其中，所述襯底的第一表面附接至載體襯底，并且所述溝道區(qū)域遠(yuǎn)離所述襯底的第二表面；感應(yīng)膜，在所述襯底的與所述第一表面相對的第二表面上位于所述溝道區(qū)域上方；第一層，位于所述感應(yīng)膜上方；第二層，位于所述第一層上方；以及阱，位于所述感應(yīng)膜上方并切斷所述第一層和所述第二層。

半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于所述第二層上方的第三層。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，相對于所述第一層，所述第二層具有朝向所述阱的中心向內(nèi)延伸的凸起。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，通過所述第一層、所述第二層和所述第三層中的開口限定所述阱。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一層、所述第二層和所述第三層的橫向?qū)挾炔煌?/p>

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一層的橫向?qū)挾却笥谒龅诙雍退龅谌龑拥臋M向?qū)挾取?/p>

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括：形成襯底；在所述襯底的第一表面上方形成柵極結(jié)構(gòu)；在所述襯底中形成與所述柵極結(jié)構(gòu)相鄰的源極區(qū)域和漏極區(qū)域；形成夾置在所述源極區(qū)域和所述漏極區(qū)域之間并位于所述柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)域；在所述襯底的與所述第一表面相對的第二表面上方形成第一層；在所述第一層上方形成第二層；在所述溝道區(qū)域上方以及所述第一層和所述第二層的至少一部分上方形成感應(yīng)膜；以及在所述感應(yīng)膜上方形成阱并切斷所述第一層和所述第二層。

用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法還包括在所述第二層上方形成第三層。

在用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法中，所述第二層的蝕刻選擇性和所述第三層的選擇蝕刻性不同。

在用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法中，在所述溝道區(qū)域上方形成阱并切斷所述第一層和所述第二層還包括：通過蝕刻去除所述第一層和所述第二層的一部分。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合閱讀進(jìn)行附圖時，根據(jù)以下詳細(xì)的描述來更好地理解本發(fā)明的各個方面。注意，根據(jù)工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個部件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了討論的清楚，可以任意地增加或減小各個部件的尺寸。

圖1是示出根據(jù)一些實(shí)施例的形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。

圖2a至圖2k是示出根據(jù)一些實(shí)施例的biofet的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性示圖。

圖2l至圖2r是示出根據(jù)一些實(shí)施例的biofet的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意性示圖。

圖3a至圖3c是示出根據(jù)一些實(shí)施例的biofet的襯底的示意圖。

圖4是示出根據(jù)一些實(shí)施例的biofet的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5a至圖5i是示出根據(jù)一些實(shí)施例的biofet的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖6a至圖6j是示出根據(jù)一些實(shí)施例的biofet的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多不同的用于實(shí)施所提供的主題的不同特征的實(shí)施例或?qū)嵗Ｒ韵旅枋霾考蚺渲玫木唧w實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成為直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件之間形成附件部件使得第一部件和第二部分沒有直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可以在各個實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字母。這些重復(fù)是為了簡化和清楚，其本身并不表示所討論的各個實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

此外，為了易于描述，可以使用空間相對術(shù)語(諸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述圖中所示一個元件或部件與另一個元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的定向之外，空間相對術(shù)語還包括使用或操作中設(shè)備的不同定向。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他定向)，本文所使用的空間相對描述可因此進(jìn)行類似的解釋。

在biofet中，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(mosfet)的柵極(控制biofet的源極接觸件和漏極接觸件之間的半導(dǎo)體的傳導(dǎo))被用作表面受體的固定探針分子的生物或生物化學(xué)兼容層或者生物功能層代替。本質(zhì)上，biofet是具有半導(dǎo)體換能器的場效應(yīng)生物傳感器。biofet的明顯優(yōu)勢在于無標(biāo)記操作的前景。具體地，biofet可以避免昂貴且耗時(諸如例如利用熒光或放射性探針標(biāo)記分析物)的操作。

由于目標(biāo)生物分子或生物實(shí)體與biofet的感應(yīng)面或固定在感應(yīng)面上的受體分子的結(jié)合，用于biofet的典型檢測機(jī)制是換能器的電導(dǎo)調(diào)制。當(dāng)目標(biāo)生物分子或生物實(shí)體結(jié)合至感應(yīng)面或固定受體時，通過來自感應(yīng)面的電位改變biofet的漏極電流?？梢詼y量漏極電流的這種變化，并且可以識別受體和目標(biāo)生物分子或生物實(shí)體的結(jié)合。各種各樣的生物分子和生物實(shí)體可用于功能化biofet的感應(yīng)面，諸如離子、酶、抗體、配合基、受體、縮氨酸、寡核苷酸、器官細(xì)胞、有機(jī)體和有機(jī)組織的片段。例如，為了檢測ssdna(單鏈脫氧核糖核酸)，可利用固定的互補(bǔ)ssdna鏈來功能化biofet的感應(yīng)面。此外，為了檢測各種蛋白質(zhì)(諸如腫瘤標(biāo)記)，可以利用單克隆抗體來功能化biofet的感應(yīng)面。

阱形成在biofet的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中。阱用于接收目標(biāo)生物分子或生物實(shí)體。由于形成阱可包括氧化物減薄工藝、干蝕刻工藝和濕蝕刻工藝，所以難以控制阱的尺寸。由于制造biofet的工藝變化，感應(yīng)面不均勻且感應(yīng)信號不穩(wěn)定。

在圖1中示出了制造biofet的方法100。方法100可以包括使用與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)工藝兼容或cmos工藝典型的一個或多個工藝步驟來形成biofet。應(yīng)該理解，可以在方法100之前、期間和之后提供附加步驟，并且對于方法的附加實(shí)施例，可以替代或省略下面所述的一些步驟。此外，應(yīng)該理解，方法100包括具有典型cmos技術(shù)工藝流程的特征的步驟，因此這里僅對其進(jìn)行簡要描述。

圖1是制造圖2a至圖2k所示的biofet的方法的流程圖。在操作101中，提供襯底。在操作102中，柵極結(jié)構(gòu)形成在襯底的第一表面上方。在操作103中，源極區(qū)域和漏極區(qū)域形成在襯底中并且與柵極結(jié)構(gòu)相鄰。在操作104中，溝道區(qū)域形成為夾置在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間，并且位于柵極結(jié)構(gòu)下方。在操作105中，第一層形成在襯底的與第一表面相對的第二表面上方。在操作106中，第二層形成在第一層上方。在操作107中，感應(yīng)膜形成在溝道區(qū)域上方以及第一層和第二層的至少一部分上方。在操作108中，阱形成在感應(yīng)膜上方并且切斷第一層和第二層。

圖2a至圖2k示意性示出了圖1的方法的操作。在圖2a中，提供襯底201。圖2a示意性示出了操作101。在圖2b中，柵極結(jié)構(gòu)205形成在襯底201的第一表面203上方。柵極結(jié)構(gòu)205包括柵電極202和柵極介電層204和/或其他適當(dāng)?shù)膶印D2b示意性示出了操作102。在圖2c中，在襯底201中形成與柵極結(jié)構(gòu)205相鄰的源極區(qū)域(206或207)和漏極區(qū)域(206或207)。在一些實(shí)施例中，源極區(qū)域和漏極區(qū)域(206和207)的厚度等于或小于襯底201的厚度。圖2c示意性示出了操作103。在圖2d中，溝道區(qū)域208形成為夾置在源極區(qū)域(206或207)和漏極區(qū)域(206或207)之間和柵極結(jié)構(gòu)205下方。圖2d示意性示出了操作104。源極和漏極區(qū)域(206和207)、溝道區(qū)域208和柵極結(jié)構(gòu)205形成場效應(yīng)晶體管(fet)209。fet209可以是n型fet或p型fet。根據(jù)fet結(jié)構(gòu)，源極/漏極區(qū)域(206和207)可以包括n型摻雜物或p型摻雜物。在圖2e中，第一層210形成在襯底201的與第一表面203相對的第二表面211上方。圖2e示意性示出了操作105。在圖2f中，第二層212形成在第一層210上方。在一些實(shí)施例中，第一層210可以是氮化物層和氧化物層中的一種，并且第二層212可以是與第一層210不同氮化物層和氧化物層中的另一種。圖2f示意性示出了操作106。在圖2g中，光刻膠213形成在第二層212上方并被圖案化。在圖2h中，去除第二層212沒有被光刻膠213保護(hù)的部分。在圖2i中，去除第一層210的一部分。在圖2j中，去除光刻膠213。在圖2k中，感應(yīng)膜214形成在溝道區(qū)域208上方以及第一層210和第二層212的至少一部分上方。阱215形成在感應(yīng)膜214上方，并切斷第一層210和第二層212。圖2g至圖2k示意性示出了操作107和108。圖2k的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可用于控制阱215的尺寸。

在一些實(shí)施例中，柵電極202包括多晶硅。其他示例性柵電極包括金屬柵電極，該金屬柵電極包括金屬(諸如cu、w、ti、ta、cr、pt、ag、au)、適當(dāng)?shù)慕饘倩衔?如tin、tan、nisi、cosi)、它們的組合和/或其他適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料。在一些實(shí)施例中，柵極介電質(zhì)204由氧化硅組成。其他示例性柵極介電質(zhì)包括氮化硅、氮氧化硅、具有約5至約100的范圍內(nèi)的高介電常數(shù)(高k)的介電質(zhì)和/或它們的組合。高k材料的實(shí)例包括硅化鉿、氧化鉿、氧化鋯、氧化鋁、五氧化鉭、二氧化鉿-氧化鋁(hfo2-al2o3)合金或它們的組合。fet209可以使用典型的cmos工藝形成，諸如光刻、離子注入、擴(kuò)散、沉積(包括物理汽相沉積(pvd)、金屬蒸發(fā)或?yàn)R射、化學(xué)汽相沉積(cvd)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(pecvd)、大氣壓力化學(xué)汽相沉積(apcvd)、低壓cvd(lpcvd)、高密度等離子體cvd(hdpcvd)、原子層cvd(alcvd)或旋涂)、蝕刻(包括濕蝕刻、干蝕刻和等離子體蝕刻)和/或其他適當(dāng)?shù)腸mos工藝。

在一些實(shí)施例中，第一層210和第二層212相鄰且針對預(yù)定蝕刻劑的蝕刻率是不同的。如圖2i所示，預(yù)定蝕刻劑可以是用于去除第一層210，從而露出襯底201的表面201a的蝕刻劑。襯底的露出表面201a位于柵極結(jié)構(gòu)205的相對側(cè)上。在一些實(shí)施例中，如果襯底201對預(yù)定蝕刻劑高度抗蝕性，則露出表面201a基本位于第二表面211周圍。在一些實(shí)施例中，與第二表面211相比較，露出表面201a接近第一表面203。因此，第二表面211的凹陷部分可能被觀察到，其中通過第一層210的去除部分來限定凹陷部分的橫向?qū)挾葁1。

圖2j示出了包括位于第二表面211上方的第一層210和第二層212的堆疊結(jié)構(gòu)。在堆疊結(jié)構(gòu)中，凹部222形成為露出襯底201的一部分。凹部222的側(cè)壁為階梯狀結(jié)構(gòu)。通過第一層210中的開口限定側(cè)壁的一部分。通過第二層212中的開口限定側(cè)壁的另一部分。第一層210中的開口具有橫向?qū)挾葁1，其大于第二層的橫向?qū)挾葁2。相對于第一層210，第二層212具有朝向凹部222的中心向內(nèi)延伸的凸起212a，因此使得凹部222的開口小于其閉合端。

在一些實(shí)施例中，第一層210和第二層212可以是氮化物層和氧化物層中的一種。在一些實(shí)施例中，第一層210和第二層212由不同材料制成。在一些實(shí)施例中，第一層210是氮化物層。在一些實(shí)施例中，第一層210是氮化硅層。在一些實(shí)施例中，第二層212是氧化物層。在一些實(shí)施例中，第二層212是氧化硅層。氧化物層和氮化物層具有氧化物對氮化物的高蝕刻選擇性。氧化物層和氮化物層還可以是用于彼此的蝕刻停止層。在一些實(shí)施例中，第二層212的厚度大于第一層210的厚度。例如，第一層210的厚度為1000埃，并且第二層212的厚度是8000埃。在一些實(shí)施例中，通過蝕刻去除第二層212的一部分。用于蝕刻第二層212的蝕刻劑停止蝕刻第一層210。蝕刻劑可以具有氧化物對氮化物的大于10的選擇性。在一些實(shí)施例中，通過使用諸如h3po4的材料去除第一層210的一部分。該材料去除第一層210的一部分并停止在襯底201的第二表面211上。在一些實(shí)施例中，第一層210和第二層212的去除部分可以不同。

在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜214由高k材料制成。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜214選自包括si3n4、a12o3、tio2、hfo2、ta2o5、sno2和它們的組合所組成的組。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜214的厚度為大約30埃至大約100埃。作為又一實(shí)例，示例性感應(yīng)膜214包括hfo2、ta2o5、pt、au、w、ti、cu、這些金屬的氧化物、sio2、si3n4、al2o3、tio2、tin、zro2、sno、sno2和/或其他適當(dāng)?shù)牟牧?。感?yīng)膜214可以使用cmos工藝來形成，諸如物理汽相沉積(pvd)(濺射)、化學(xué)汽相沉積(cvd)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(pecvd)、大氣壓化學(xué)汽相沉積(apcvd)、低壓cvd(lpcvd)、高密度等離子體cvd(hdpcvd)或原子層cvd(alcvd)。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜214可以包括多個層。

在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜214被認(rèn)為是覆蓋在第二表面211上方的堆疊結(jié)構(gòu)的共形層。如圖2k所示，感應(yīng)膜214基本跟隨圖2j中的凹部222的輪廓，以形成具有堆疊的第一層210和第二層212的相似特征的阱215。阱215的側(cè)壁還是階梯狀結(jié)構(gòu)。通過第一層210中的開口和感應(yīng)膜214的厚度來限定阱215的一部分。通過第二層212中的開口和感應(yīng)膜214的厚度來限定阱215的另一部分。阱215具有至少兩個不同的橫向?qū)挾?，其中w2′是接近阱215的開口的部分的橫向?qū)挾龋约皐1′是接近阱215的閉合端的部分的橫向?qū)挾?。?15的閉合端還被配置為用于接收生物分子的表面。

返回參照圖2f，第二層212形成在第一層210上方。在一些實(shí)施例中，第三層216可以形成在第二層212上方。參照圖2l，第三層216形成在第二層212上方。在一些實(shí)施例中，第三層216沉積在第二層212上方。在圖2m中，光刻膠213形成在第三層216上方并被圖案化。在圖2n中，去除第三層216中沒有被光刻膠213保護(hù)的部分。在圖2o中，去除第二層212的一部分。在圖2p中，去除第一層210的一部分。在圖2q中，去除光刻膠213。在圖2r中，感應(yīng)膜214形成在溝道區(qū)域208上方以及第一層210、第二層212和第三層216的至少一部分上方。阱215形成在感應(yīng)膜214上方并切斷第一層210、第二層212和第三層216。

在一些實(shí)施例中，第三層216是氮化物層和氧化物層中的一種。在一些實(shí)施例中，第三層216的材料與第一層210的材料相同。在一些實(shí)施例中，第三層216的厚度大于第一層210和第二層212的厚度。例如，第三層216的厚度為8000埃，第一層210的厚度為1000埃，且第二層212的厚度也為1000埃。第一、第二和第三層均可以是用于彼此的蝕刻停止層。在一些實(shí)施例中，通過蝕刻去除第三層216的一部分。用于蝕刻第三層216的第一蝕刻劑在第二層212上停止蝕刻。第一蝕刻劑可以具有氧化物對氮化物的大于10的選擇性。在一些實(shí)施例中，通過蝕刻去除第二層21的一部分。用于蝕刻第二層212的第二蝕刻劑在第一層210上停止蝕刻。第二蝕刻劑可以具有氧化物對氮化物的不同于第一蝕刻劑的選擇性。在一些實(shí)施例中，第二蝕刻劑可以具有氧化物對氮化物的小于第一蝕刻劑的選擇性。例如，第二蝕刻劑可以具有氧化物對氮化物的大于5的選擇性。在一些實(shí)施例中，使用諸如緩沖氧化物蝕刻(boe)的材料去除第一層210的一部分。材料去除第一層210的一部分并停止在襯底201的第二表面211上。在一些實(shí)施例中，第一層210、第二層212和第三層216的去除部分可以不同。在一些實(shí)施例中，第三層216的去除部分的寬度和第一層210的去除部分的寬度大于第二層212的去除部分的寬度。圖2r的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以用于控制阱215的尺寸。

在一些實(shí)施例中，第一層210、第二層212和第三層216是相鄰的且針對預(yù)定蝕刻劑的蝕刻率是不同的。如圖2p所示，預(yù)定蝕刻劑可以是用于去除第一層210，從而露出襯底201的表面201a的蝕刻劑。襯底的露出表面201a位于柵極結(jié)構(gòu)205的相對側(cè)上。在一些實(shí)施例中，如果襯底201對預(yù)定蝕刻劑高度抗蝕性，則露出表面201a基本位于第二表面211周圍。在一些實(shí)施例中，露出表面201a比第二表面211接近第一表面203。因此，可以觀察到第二表面211的凹陷部分。第二表面211的凹陷部分具有橫向?qū)挾葁3，其中，通過第一層210的去除部分來限定橫向?qū)挾葁3。

圖2q示出了位于第二表面211上方的第一層210、第二層212和第三層216的堆疊結(jié)構(gòu)。在堆疊結(jié)構(gòu)中，凹部222被形成為露出襯底201的一部分。凹部222的側(cè)壁為階梯狀結(jié)構(gòu)。通過第一層210中的開口限定側(cè)壁的一部分。通過第二層212中的開口限定側(cè)壁的另一部分。通過第三層216中的開口限定側(cè)壁的其他部分。第一層210中的開口具有橫向?qū)挾葁3，橫向?qū)挾葁3大于第二層的橫向?qū)挾葁4。第三層216中的開口具有橫向?qū)挾葁5，橫向?qū)挾葁5大于第二層的橫向?qū)挾葁4。第三層216中的開口具有橫向?qū)挾葁5，橫向?qū)挾葁5可以大于、等于或小于第一層210的橫向?qū)挾葁3。相對于第一層210，第二層212具有朝向凹部222的中心向內(nèi)延伸的凸起212a。

在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜212認(rèn)為是覆蓋在堆疊結(jié)構(gòu)上和第二表面211上方的共形層。如圖2r所示，感應(yīng)膜214基本跟隨圖2q中的凹部222的輪廓，以形成具有堆疊的第一層210、第二層212和第三層216的相似特征的阱215。阱215的側(cè)壁也為階梯狀結(jié)構(gòu)。通過第一層210中的開口和感應(yīng)膜214的厚度來限定阱215的一部分。通過第二層212中的開口和感應(yīng)膜214的厚度來限定阱215的另一部分。通過第三層216中的開口和感應(yīng)膜214的厚度來限定阱214的其他部分。阱215具有三個不同的橫向?qū)挾?，其中w4′是阱215的開口的中部部分的橫向?qū)挾龋瑆3′是接近阱215的閉合端的部分的橫向?qū)挾?，以及w5′是接近阱215的開口的部分的橫向?qū)挾取Ｚ?15的閉合端也被配置為用于接收生物分子的表面。

在一些實(shí)施例中，圖2a中的襯底201是絕緣體上半導(dǎo)體(soi)襯底。如圖3a所示，soi襯底201可以包括形成在半導(dǎo)體層301上方的隱埋氧化物(box)層302?？梢酝ㄟ^諸如注氧隔離(simox)的工藝和/或其他適當(dāng)工藝來形成box層302。soi襯底201的第一表面303是形成柵極結(jié)構(gòu)209的器件側(cè)。在一些實(shí)施例中，如圖3a所示，box層302的厚度最初為10000埃。在一些實(shí)施例中，如圖3b所示，box層302通過boe被減薄到1000埃。在一些實(shí)施例中，可以通過機(jī)械或化學(xué)裝置來完成box層302的去除。例如，機(jī)械方式包括拋光或研磨，諸如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)?；瘜W(xué)方式包括濕蝕刻(諸如hna或tmah)或干蝕刻(包括等離子體和非等離子體蝕刻)。在一些實(shí)施例中，如圖3b所示，box層302的一部分可以保留并配置為第一層210。在一些實(shí)施例中，完全去除soi襯底201的box層302。在這種情況下，如圖3c所示，襯底201是半導(dǎo)體襯底。在一些實(shí)施例中，box層302被去除以露出soi襯底201的第二表面303。圖3c中的襯底201可以是硅襯底?？蛇x地，襯底201可以包括另一元素半導(dǎo)體(諸如鍺)、化合物半導(dǎo)體(包括碳化硅)、合金半導(dǎo)體(包括硅鍺)或它們的組合。

不同附圖中的相同參考標(biāo)號表示相同的元件。圖4示出了利用圖3b中的襯底201形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖4和圖2r中的結(jié)構(gòu)之間的差異在于，圖4中的第一層210由圖3b中的box層302的一部分形成，而圖2r中的第一層210由圖3c中的襯底201形成。用于制造圖2r和圖4所示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的其他操作基本相同。相對于第一層210，第二層212具有朝向阱215的中心向內(nèi)延伸的凸起212a，因此在阱215中形成頸部。

在一些實(shí)施例中，可以在形成第一層210之前形成感應(yīng)膜214。在圖5a中，提供場效應(yīng)晶體管(fet)209。感應(yīng)膜214形成在襯底201的與第一表面203相對的第二表面211上方。在圖5b中，第一層210形成在感應(yīng)膜214上方。在圖5c中，第二層212形成在第一層210上方。在一些實(shí)施例中，第一層210可以是氮化物層和氧化物層中的一種，并且第二層212可以是氮化物層和氧化物層中的不同于第一層210的另一種。在圖5d中，第三層216形成在第二層212上方。在圖5e中，光刻膠213形成在第三層216上方并被圖案化。在圖5f中，去除第三層216沒有被光刻膠213保護(hù)的部分。在圖5g中，去除第二層212的一部分。在圖5h中，去除第一層210的一部分。在圖5i中，去除光刻膠213，阱215形成在感應(yīng)膜214上方并切斷第一層210、第二層212和第三層216。圖5i的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可用于控制阱215的尺寸。

圖5i示出了包括位于第二表面211上方的第一層210、第二層212和第三層216的堆疊結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，第一層210中的開口具有橫向?qū)挾葁6，橫向?qū)挾葁6大于第二層212的橫向?qū)挾葁7。第三層216中的開口具有橫向?qū)挾葁8，橫向?qū)挾葁8也大于第二層212的橫向?qū)挾葁7。在一些實(shí)施例中，第三層216中的開口的橫向?qū)挾葁8可以大于、等于或小于第一層210的橫向?qū)挾葁6。在一些實(shí)施例中，橫向?qū)挾葁6、w7和w8可以相同。在一些實(shí)施例中，相對于第一層210，第二層212具有朝向阱215的中心向內(nèi)延伸的凸起212a。

如圖5i所示，感應(yīng)膜214基本上覆襯底的第二表面211。阱215的側(cè)壁為階梯狀結(jié)構(gòu)。通過第一層210中的開口限定阱215的一部分。通過第二層212中的開口限定阱215的另一部分。通過第三層216中的開口限定阱215的其他部分。阱215具有三個橫向?qū)挾?，其中w7是阱215的開口的頸部部分的橫向?qū)挾龋瑆6是接近阱215的閉合端的部分的橫向?qū)挾?，以及w8是接近阱215的開口的部分的橫向?qū)挾?。?15的閉合端也被配置為用于接收生物分子的表面。

參照圖6a，fet器件209包括形成在襯底201的第一表面203上方的柵極結(jié)構(gòu)205以及位于柵極結(jié)構(gòu)205下方的襯底201中的溝道區(qū)域208。box層601形成在襯底201的第二表面211上方。參照圖6b，襯底201的第一表面203附接至載體襯底602。在一些實(shí)施例中，附加層603形成在fet209上方，包括金屬互連層、介電層、鈍化層、接合金屬層和通常形成為完成半導(dǎo)體器件的任何其他材料層。在圖6b中，層603在fet209上方設(shè)置在fet209和載體襯底602之間。層603可以包括多層互連(mli)結(jié)構(gòu)。mli結(jié)構(gòu)可以包括導(dǎo)線、導(dǎo)電通孔和/或中間介電層(例如，層間介電層(ild))。mli結(jié)構(gòu)可以在源極和漏極區(qū)域(206和207)處和柵電極層202處提供與fet209的物理和電連接。導(dǎo)線可以包括銅、鋁、鎢、鉭、鈦、鎳、鈷、金屬硅化物、金屬氮化物、多晶硅、它們的組合和/或其他材料(可能包括一層或多層或襯層)。中間或?qū)娱g介電層(例如，ild層)可包括二氧化硅、氟化硅玻璃(fgs)、silk(密歇根的dowchemical的產(chǎn)品)、blackdiamond(加利福尼亞圣克拉拉的appliedmaterials的產(chǎn)品)和/或其他絕緣材料?？梢酝ㄟ^cmos制造中的典型工藝來形成mli，諸如cvd、pvd、ald、鍍、旋涂和/或其他工藝。

載體襯底602通過接合附接至襯底。在一些實(shí)施例中，載體襯底602接合至最后的mli層。在一個實(shí)施例中，載體襯底接合至形成在襯底的mli和/或ild層上的鈍化層。載體襯底602可以使用熔融、擴(kuò)散、共晶接合和/或其他適當(dāng)?shù)慕雍戏椒ǜ浇又烈r底201。用于載體襯底602的示例性組成包括硅、玻璃和石英。在一些實(shí)施例中，載體襯底602可以包括其他功能件，諸如互連部件、接合點(diǎn)、限定腔和/或其他適當(dāng)部件。

參照圖6c，遠(yuǎn)離襯底201的第二表面211露出fet209的溝道區(qū)域208。根據(jù)襯底201的類型，多種方法可用于露出溝道區(qū)域208，在一些實(shí)施例中，襯底201由soi襯底形成。soi襯底的box層首先被減薄直到襯底201的第二表面211?？梢酝ㄟ^研磨、濕蝕刻、干蝕刻、等離子體蝕刻和/或其他適當(dāng)工藝來完成第一減薄。為了避免fet209的溝道區(qū)域208處的殘留電荷的等離子體引發(fā)的損傷(pid)，非等離子體蝕刻被用于該操作或者至少用作最后的減薄步驟。在一些實(shí)施例中，濕蝕刻或非等離子體干蝕刻用于從第二表面211向溝道區(qū)域208減薄整個表面201。在一些實(shí)施例中，首先執(zhí)行第一減薄(其可以包括等離子體蝕刻)以減少襯底201的厚度，并且最后的蝕刻操作使用非等離子體蝕刻以在襯底201的第二表面211處露出溝道區(qū)域208。非等離子體蝕刻避免了fet209的溝道區(qū)域208處的參考電荷的等離子體引發(fā)的損傷(pid)。

參照圖6d，感應(yīng)膜214形成在襯底201的與第一表面203相對的第二表面211上方。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜214選自包括si3n4、a12o3、tio2、hfo2、ta2o5、sno2和它們的組合的組。在圖6e中，第一層210形成在感應(yīng)膜214上方。在圖6f中，第二層212形成在第一層210上方。在圖6g中，光刻膠213形成在第二層212上方并被圖案化。在圖6h中，去除第二層212沒有被光刻膠213保護(hù)的部分。在圖6i中，去除第一層210的一部分。在圖6j中，去除光刻膠213，并且阱215形成在感應(yīng)膜214上方且切斷第一層210和第二層212。在一些實(shí)施例中，第三層可以形成在圖6j所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方。包括第三層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)類似于圖5i所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：襯底；柵極結(jié)構(gòu)，位于襯底的第一表面上方；以及源極區(qū)域和漏極區(qū)域，在襯底中與柵極結(jié)構(gòu)相鄰。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括：溝道區(qū)域，夾置在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間并且位于柵極結(jié)構(gòu)下方。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括：第一層，位于襯底的與第一表面相對的第二表面上方；以及第二層，位于第一層上方。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括：感應(yīng)膜，位于溝道區(qū)域上方以及第一層和第二層的至少一部分上方；以及阱，位于感應(yīng)膜上方并切斷第一層和第二層。

在一些實(shí)施例中，第一層是氮化物層和氧化物層中的一種。在一些實(shí)施例中，第二層是氮化物層和氧化物層中的一種。在一些實(shí)施例中，第一層和第二層是不同的材料。在一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于第二層上方的第三層。在一些實(shí)施例中，第三層是氮化物層和氧化物層中的一種。在一些實(shí)施例中，第三層的材料與第一層的材料相同。在一些實(shí)施例中，第三層的厚度不同于第一層的厚度。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜包括介電常數(shù)在大約5至大約100之間的材料。在一些實(shí)施例中，襯底是絕緣體上硅(soi)襯底。

在一些實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：fet器件，位于襯底上，fet器件包括形成在襯底的第一表面上方的柵極結(jié)構(gòu)以及在襯底中位于柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)域。在一些實(shí)施例中，襯底的第一表面附接至載體襯底，并且溝道區(qū)域遠(yuǎn)離襯底的第二表面。在一些實(shí)施例中，感應(yīng)膜形成在襯底的與第一表面相對的第二表面上的溝道區(qū)域上方。在一些實(shí)施例中，第一層形成在感應(yīng)膜上方，并且第二層形成在第一層上方。在一些實(shí)施例中，阱形成在感應(yīng)膜上方并切斷第一層和第二層。

在一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于第二層上方的第三層。在一些實(shí)施例中，相對于第一層，第二層具有朝向阱的中心向內(nèi)延伸的凸起。在一些實(shí)施例中，通過第一層、第二層和第三層中的開口限定阱。在一些實(shí)施例中，第一層、第二層和第三層的橫向?qū)挾炔煌?。在一些?shí)施例中，第一層的橫向?qū)挾却笥诘诙雍偷谌龑拥臋M向?qū)挾取?/p>

在一些實(shí)施例中，一種用于形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括：形成襯底；在襯底的第一表面上方形成柵極結(jié)構(gòu)；以及在襯底中形成與柵極結(jié)構(gòu)相鄰的源極區(qū)域和漏極區(qū)域。該方法還包括：形成夾置在源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間并位于柵極結(jié)構(gòu)下方的溝道區(qū)域。該方法還包括：在襯底的與第一表面相對的第二表面上方形成第一層；以及在第一層上方形成第二層。該方法還包括：在溝道區(qū)域上方以及第一層和第二層的至少一部分上方形成感應(yīng)膜；以及在感應(yīng)膜上方形成阱并切斷第一層和第二層。

在一些實(shí)施例中，該方法還包括在第二層上方形成第三層。在一些實(shí)施例中，第二層的蝕刻選擇性和第三層的選擇蝕刻性不同。在一些實(shí)施例中，在溝道區(qū)域上方形成阱并切斷第一層和第二層還包括：通過蝕刻去除第一層和第二層的一部分。

上面論述了多個實(shí)施例的特征使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明的各個方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改用于執(zhí)行與本文所述實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識到，這些等效結(jié)構(gòu)不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種變化、替換和改變。