离子敏感场效应晶体管及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及晶体管,公开了一种离子敏感场效应晶体管及其制备方法。该离子敏感场效应晶体管包含半导体衬底,场氧化层,位于半导体衬底上通过掺杂形成的源极和漏极,源极和漏极之间被刻蚀到半导体衬底内部的凹槽结构,位于凹槽外围并与源极和漏极掺杂类型相同的凹形掺杂区域,该凹形掺杂区域中掺杂浓度峰值处的区域为埋层凹槽,该埋层凹槽与凹槽互不接触,上述场氧化层位于半导体衬底上除源极、漏极和凹槽之外的所有区域,凹槽表面有离子敏感膜。与现有技术相比,本发明中的晶体管能够在测量时免遭周围环境中电磁场的干扰,而且测量时电流密度更大,还能够避免凹槽的表面缺陷或表面固态电荷在测量时对电流灵敏度的影响。
【专利说明】离子敏感场效应晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及场效应晶体管,特别涉及一种离子敏感场效应晶体管及其制备方法。【背景技术】
[0002]现有技术中,离子敏感场效应晶体管ISFET器件的结构与去掉金属栅的金属氧化物半导体场效应管MOSFET极为相似,如图1和图2所示,其栅绝缘层是源极101与漏极102之间的平面部分,栅绝缘层上覆盖的一层敏感层103直接与被测溶液201接触,由于被测溶液201中氢离子的存在,在离子敏感膜103与被测溶液201界面上感应出对氢离子敏感的微小的能斯特Nernst响应电位:
[0003]
【权利要求】
1.一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,包含:半导体衬底,场氧化层,延伸到所述半导体衬底内部的凹槽,位于所述凹槽外围的凹形掺杂区域,以及位于所述半导体衬底上与所述凹形掺杂区域掺杂类型相同的源极和漏极; 所述场氧化层位于所述半导体衬底上除所述源极、漏极和凹槽之外的所有区域; 所述凹槽和所述凹形掺杂区域均位于所述源极和所述漏极之间; 所述凹形掺杂区域中位于掺杂浓度峰值处的区域形成埋层凹槽; 所述埋层凹槽与所述凹槽表面互不接触; 所述凹槽的深度大于所述源极和漏极的结深; 所述凹槽表面具有离子敏感膜。
2.根据权利要求1所述的一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,所述半导体衬底是P型,所述源极、所述漏极以及所述凹形掺杂区域为N型掺杂;或者, 所述半导体衬底是N型,所述源极、所述漏极以及所述凹形掺杂区域为P型掺杂。
3.根据权利要求2所述的一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,所述半导体衬底为P型时,所述源极和漏极的N型掺杂浓度大于1016/cm2,所述凹形掺杂区域的N型掺杂浓度小于或等于5X1015/cm2。
4.根据权利要求1所 述的一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,通过对所述凹槽倾斜掺杂形成所述凹形掺杂区域。
5.根据权利要求1所述的一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,所述源极和漏极是通过先在半导体衬底上预设区域内掺杂,再通过所述凹槽结构把所述掺杂区域分开的方式形成。
6.根据权利要求1所述的一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,所述离子敏感膜为单层绝缘介质层,所述离子敏感膜的材料为以下任意一种: 二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、氧化铝Al2O3或五氧化二钽Ta205。
7.根据权利要求1所述的一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,所述离子敏感膜为具有至少两层的绝缘介质层,与所述半导体衬底接触的层采用的材料为二氧化硅SiO2,最表面的绝缘层采用的材料为以下任意一种: 氮化硅Si3N4、氧化铝Al2O3或五氧化二钽Ta205。
8.根据权利要求1所述的一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,所述场氧化层的材料为二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4或两者的组合。
9.根据权利要求1所述的一种离子敏感场效应晶体管,其特征在于,还包含:源引出端、漏引出端和衬底引出端,为分别位于所述源极、漏极和所述半导体衬底背面的金属硅化物接触区。
10.一种离子敏感场效应晶体管的制备方法,其特征在于,包含以下步骤: 提供半导体衬底; 在所述半导体衬底上沉积场氧化层; 在所述场氧化层上刻蚀出源极和漏极掺杂区域; 对所述源极和漏极掺杂区域进行掺杂; 在所述场氧化层上刻蚀出凹槽区域; 在所述凹槽区域刻蚀出凹槽,所述凹槽将所述源极和漏极掺杂区域隔开形成源极和漏极;其中,所述凹槽的深度大于所述源极和漏极的结深; 对所述凹槽外围进行与所述源极和漏极同种类型的掺杂,形成位于所述凹槽外围的凹形掺杂区域;其中,所述凹形掺杂区域中位于掺杂浓度峰值处的区域形成埋层凹槽,且所述埋层凹槽与所述凹槽表面互不接触; 在所述凹槽表面生成离子敏感膜。
11.根据权利要10所述的一种离子敏感场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述对源极和漏极掺杂区域进行掺杂以及对所述凹槽外围进行与所述源极和漏极同种类型的掺杂的步骤中,所述半导体衬底是P型,进行N型掺杂;或者, 所述半导体衬底是N型,进行P型掺杂。
12.根据权利要求11所述的一种离子敏感场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述半导体衬底为P型时,在所述半导体衬底上进行N型掺杂的掺杂浓度大于IOlfVcm2,在所述凹槽外围进行N型掺杂的掺杂浓度小于或等于5X 1015/cm2。
13.根据权利要求10所述的一种离子敏感场效应晶体管的制备方法,其特征在于,在所述对凹槽外围进行掺杂,形成位于所述凹槽外围的凹形掺杂区域的步骤中,通过对所述凹槽进行倾斜掺杂形成所述凹形掺杂区域。
14.根据权利要求10所述的一种离子敏感场效应晶体管的制备方法,其特征在于,在所述凹槽表面生成离子敏感膜的步骤中,生成一层绝缘介质层作为所述离子敏感膜; 其中,所述离子敏感膜的材料为以下任意一种: 二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4、氧化铝Al2O3或五氧化二钽Ta205。
15.根据权利要求10所述的一种离子敏感场效应晶体管的制备方法,其特征在于,在所述凹槽表面生成离子敏感膜的步骤中,生成至少两层绝缘介质层作为所述离子敏感膜; 其中,与所述半导体衬底接触的层采用的材料为二氧化硅SiO2,最表面的绝缘层采用的材料为以下任意一种: 氮化硅Si3N4、氧化铝Al2O3或五氧化二钽Ta205。
16.根据权利要求10所述的一种离子敏感场效应晶体管的制备方法,其特征在于,所述场氧化层为二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4或两者的叠层结构。
17.根据权利要求10所述的一种离子敏感场效应晶体管的制备方法,其特征在于,在所述凹槽表面生成离子敏感膜的步骤之后,还包含以下步骤: 在所述源极、漏极和所述半导体衬底背面形成金属硅化物接触区,分别作为所述源极、漏极和所述半导体衬底的引出端。
【文档编号】G01N27/414GK103940884SQ201410100281
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】吴东平, 文宸宇, 曾瑞雪, 张世理 申请人:复旦大学