三维硅纳米线阵列场效应晶体管、生物传感器及制备方法与流程

本发明属于半导体器件制造技术领域，特别是涉及一种三维硅纳米线阵列场效应晶体管、生物传感器及制备方法。

背景技术：

生物分子的高灵敏度检测在疾病检测、临床医学、环境监测、药物分析、食品领域等有广泛的应用前景，纳米材料具有与块体材料截然不同的性质，其独特的电学、磁学、光学、热学性质，为生物分子的检测提供了全新的途径。

硅纳米线作为一种新型的一维半导体纳米材料，由于其超高的比表面积、高稳定性、可重复的电学特性以及表面易修饰生物基团的特点，成为新一代生化传感器的重要代表。基于硅纳米结构的半导体场效应晶体管传感器具有极大的比表面积，沟道内载流子对沟道表面电荷分布极其敏感，具有高灵敏度、高特异性、快速响应等优点，利于生化分子传感。

目前，硅纳米线的制备方法主要可以分为两种，一种是“自下而上”(bottom-up)的方法，该方法加工效率相对较低、可重复性较差、操作不便、难以定位、硅纳米线的纯度以及尺度的均匀性在工艺中也无法得到很好的保证，因此，还不能满足大规模集成制造的要求；另一种是是“自上而下”(top-down)的方法，该方法是在已经制备好的材料层上通过光刻、刻蚀和沉积等方式，制作出所需的纳米线图形，制作工艺精确度较高、纳米线的尺度便于控制、器件定位准确以及生产效率比较高。

然而，用于生化传感器的硅纳米线场效应器件多采用cmos兼容的“自上而下”方法制备，但目前仍存在一些问题：1)硅纳米线场效应器件的源极、漏极需要掺杂，工艺复杂；2)硅纳米线的非悬空结构使得器件只能采用表面感应目标分子，信号强度和最低检测限受到限制；3)只在二维方向上进行硅纳米线阵列扩展，对最小器件尺寸提出要求。

因此，提供一种硅纳米线阵列结构以及基于硅纳米线阵列的生物传感器以解决上述问题实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维硅纳米线阵列场效应晶体管、生物传感器及制备方法，用于解决现有技术中硅纳米线场效应器件源漏需要掺杂以及传感器只能表面感应目标分子、只能二维方向扩展且信号强度等受限等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维硅纳米线阵列场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一基底，并于所述基底表面沉积由至少一层第一材料层及至少一层第二材料层交替叠置的叠层材料层，所述叠层材料层与所述基底相接触的底层为所述第一材料层，所述第二材料层为含硅材料层；

2)采用光刻工艺于所述叠层材料层表面形成沟道区以及分别与所述沟道区的两端相连接的源区和漏区的图形，且所述沟道区包括若干条间隔排布的沟道单元区；

3)以所述图形为掩膜刻蚀所述叠层材料层，直至暴露出所述基底；

4)腐蚀步骤3)得到的结构，去除所述沟道区内的所述第一材料层，得到三维硅纳米线阵列沟道、源区及漏区，所述三维硅纳米线阵列沟道包括若干条由所述第二材料层形成的三维硅纳米线沟道单元，所述源区和所述漏区均包括由至少一层第一结构层以及至少一层第二结构层交替叠置的叠层结构；

5)于所述三维硅纳米线沟道单元的表面沉积一层介质层；

6)于所述源区、所述漏区的顶部表面以及所述三维硅纳米线阵列沟道外围的所述基底上分别制作源电极、漏电极以及栅电极，以得到三维硅纳米线阵列场效应晶体管。

作为本发明的一种优选方案，步骤5)和步骤6)之间，还包括至少于所述源区和所述漏区的顶部表面以及外侧壁形成金属硅化物层的步骤。

作为本发明的一种优选方案，形成所述金属硅化物层的步骤具体为：

a)至少于所述源区和所述漏区的顶部表面以及外侧壁沉积一层金属层；

b)对步骤a)所得到的结构进行退火，以形成所述金属硅化物层。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述基底为soi衬底，所述soi衬底自下而上依次包括底层硅、埋氧层及顶层硅。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述第一材料层为锗硅材料层，所述第二材料层为硅材料层；步骤4)中，所述第一结构层为锗硅层，所述第二结构层为硅层。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，还包括于所述第一材料层中进行p型掺杂或n型掺杂的步骤。

作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，腐蚀步骤3)得到的结构所采用的腐蚀液为氢氟酸、双氧水以及醋酸的混合溶液。

作为本发明的一种优选方案，步骤5)中，沉积的所述介质层为高k介质层。

本发明还提供一种生物传感器的制备方法，包括如下步骤：

1)采用上述任一项方案所述的制备方法制备得到的三维硅纳米线阵列场效应晶体管；

2)于所述三维硅纳米线阵列场效应晶体管的三维硅纳米线沟道单元的表面进行修饰，以形成一层以活性基团结尾的活性薄膜；

3)于所述活性薄膜表面形成捕获探针，其中，所述捕获探针与所述活性基团通过化学键相结合，以将所述捕获探针修饰在所述三维硅纳米线沟道单元表面。

作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，所述活性基团为氨基、羧基、羟基及醛基中的一种或两种及以上的组合。

本发明还提供一种三维硅纳米线阵列场效应晶体管，所述三维硅纳米线阵列场效应晶体管为采用本发明所提供的方法制备得到的结构，包括：

基底；

源区和漏区，位于所述基底表面，均包括由至少一层第一结构层以及至少一层第二结构层交替叠置的叠层结构，且所述叠层结构与所述基底相接触的底层为所述第一结构层，所述第二结构层为含硅结构层；

三维硅纳米线阵列沟道，包括若干条平行间隔排布的三维硅纳米线沟道单元，所述三维硅纳米线沟道单元的一端与所述源区的叠层结构中的所述第二结构层相连接，其另一端与所述漏区的叠层结构中的所述第二结构层相连接；

介质层，位于所述三维硅纳米线沟道单元的表面；

源电极、漏电极以及栅电极，所述源电极位于所述源区的顶部表面，所述漏电极位于所述漏区的顶部表面，所述栅电极位于所述三维硅纳米线阵列沟道外围的所述基底上。

作为本发明的一种优选方案，还包括金属硅化物层，至少位于所述源区与所述源电极之间以及所述漏区与所述漏电极之间。

作为本发明的一种优选方案，所述第一结构层为锗硅层，所述第二结构层为硅层。

作为本发明的一种优选方案，所述锗硅层的材料为si1-xgex，其中，锗含量x的范围为0.15～0.6。

作为本发明的一种优选方案，所述锗硅层为p型掺杂或n型掺杂的锗硅层。

本发明还提供一种生物传感器，包括：

如上述任意一项方案所述的三维硅纳米线阵列场效应晶体管；

活性薄膜，位于所述三维硅纳米线阵列场效应晶体管的三维硅纳米线沟道单元的表面，且所述活性薄膜以活性基团结尾；

捕获探针，位于所述活性薄膜表面，所述捕获探针与所述活性基团通过化学键相结合。

如上所述，本发明三维硅纳米线阵列场效应晶体管、生物传感器及各自的制备方法，具有以下有益效果：

1)本发明的生物传感器基于三维硅纳米线阵列场效应晶体管器件，具有环栅式结构，其区别于传统结构的表面传感，可实现360°环绕式感应，更加适用于高灵敏的生化分子检测；

2)本发明的硅纳米线场效应晶体管采用三维堆叠的阵列结构，可减小器件尺寸，通过信号的叠加，从而可实现信噪比的提升；

3)本发明的硅纳米线场效应晶体管的制作可以省略源漏掺杂的步骤，工艺过程简单、成本较低，适于批量生产；

4)本发明的三维硅纳米线沟道表面采用高介电常数介质层材料，增强器件的稳定性并提高器件对生化分子的响应能力。

附图说明

图1显示为本发明提供的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备工艺各步骤的流程图。

图2显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤1)的结构示意图。

图3显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤1)的结构示意图。

图4显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤2)的结构示意图。

图5显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤2)的结构示意图。

图6显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤3)的结构示意图。

图7显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤3)的结构示意图。

图8显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤4)的结构示意图。

图9显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤4)的结构示意图。

图10显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤5)的结构示意图。

图11显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤5)的结构示意图。

图12显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤6)的结构示意图。

图13显示为本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管制备的步骤6)的结构示意图。

图14显示为本发明的实施例二提供的生物传感器的结构示意图。

元件标号说明

11基底

111顶层硅

112埋氧层

113顶层硅

21叠层材料层

211第一材料层

212第二材料层

31图形

311沟道区图形

3111沟道单元区图形

312源区或漏区图形

41叠层结构

411第一结构层

412第二结构层

511三维硅纳米线阵列沟道

5111三维硅纳米线沟道单元

512介质层

61金属硅化物层

71，72源电极或漏电极

73栅电极

s1～s6步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图14。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

本发明提供一种三维硅纳米线阵列场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一基底，并于所述基底表面沉积由至少一层第一材料层及至少一层第二材料层交替叠置的叠层材料层，所述叠层材料层与所述基底相接触的底层为所述第一材料层，所述第二材料层为含硅材料层；

2)采用光刻工艺于所述叠层材料层表面形成沟道区以及分别与所述沟道区的两端相连接的源区和漏区的图形，且所述沟道区包括若干条间隔排布的沟道单元区；

3)以所述图形为掩膜刻蚀所述叠层材料层，直至暴露出所述基底；

4)腐蚀步骤3)得到的结构，去除所述沟道区内的所述第一材料层，得到三维硅纳米线阵列沟道、源区及漏区，所述三维硅纳米线阵列沟道包括若干条由所述第二材料层形成的三维硅纳米线沟道单元，所述源区和所述漏区均包括由至少一层第一结构层以及至少一层第二结构层交替叠置的叠层结构；

5)于所述三维硅纳米线沟道单元的表面沉积一层介质层；

6)于所述源区、所述漏区的顶部表面以及所述三维硅纳米线阵列沟道外围的所述基底上分别制作源电极、漏电极以及栅电极，以得到三维硅纳米线阵列场效应晶体管。

下面将结合附图具体介绍本发明的三维硅纳米线阵列场效应晶体管的制备。

如图1中的s1及图2和图3所示，进行步骤1)，提供一基底11，并于所述基底11表面沉积由至少一层第一材料层211及至少一层第二材料层212交替叠置的叠层材料层21，所述叠层材料层21与所述基底11相接触的底层为所述第一材料层211，所述第二材料层212为含硅材料层；

作为示例，步骤1)中，所述基底11为soi衬底，所述soi衬底自下而上依次包括底层硅113、埋氧层112及顶层硅111。

作为示例，步骤1)中，所述第一材料层为锗硅材料层，所述第二材料层为硅材料层。

具体的，本发明的所述基底11优选为soi衬底层，用于提供机械支撑，且所述底层硅113的晶向优选为(100)取向，所述soi衬底层中的顶层硅111的厚度为20～40nm，用于进一步保证后续材料层的作用，在本实施例中，选择为25nm。

作为示例，步骤1)中，还包括于所述第一材料层211中进行p型掺杂或n型掺杂的步骤。

具体的，本实施例中，还包括对所述第一材料层，如锗硅材料层，进行掺杂的过程，从而该场效应晶体管的制作省略了源漏掺杂步骤，工艺过程简单，成本较低，适于批量生产，优选地，在所述锗硅材料层的生长过程中进行掺杂，当然，还可以在所述锗硅材料层生长完成后进行离子注入掺杂，在此不做具体限制。其掺杂类型可以为p型或n型，依实际需求而定，在本实施例中选择为硼掺杂，其掺杂浓度大于1e¹⁹cm^-3，本实施例中选择为6e¹⁹cm^-3，所述锗硅材料层211的厚度为20～40nm，本实施例中选择为25nm，所述硅材料层212的厚度为15～20nm，本实施例中选择为18nm。

另外，所述叠层材料层21的锗硅材料层和硅材料层的堆叠结构优选为3～6层堆叠，当然，在其他实施例中，也可以依据实际需求任意设定，如可以为2～100层。其中，所述叠层材料层中的锗硅材料层与所述基底相接触，进而在后续的腐蚀过程中被腐蚀掉，从而保证三维硅纳米线沟道的形成，对于所述叠层材料层21的顶层可以为锗硅材料层或者硅材料层。当然，如果有其他易于在wafer上实现，且与硅材料腐蚀选择比高的其他材料，也可以代替本申请中的锗硅材料层，并不局限于本申请的锗硅材料层。

如图1中的s2以及图4和图5所示，进行步骤2)，采用光刻工艺于所述叠层材料层21表面形成沟道区311以及分别与所述沟道区311的两端相连接的源区和漏区的图形，且所述沟道区311包括若干条间隔排布的沟道单元区3111；

具体的，采用光刻胶层定义出后续所要形成的沟道区以及源区和漏区的位置，如采用电子束光刻工艺，其中，所述沟道区的图形311包括若干个沟道单元区3111，优选地，所述沟道单元区3111平行间隔排布，且所述源区以及所述漏区之间的最短距离，即所述沟道区的长度设置为10～200nm，在本实施例中，可以为50nm、100nm、120nm或者180nm，即为后续形成的三维硅纳米线沟道的长度。

如图1中的s3以及图6和图7所示，进行步骤3)，以所述图形31为掩膜刻蚀所述叠层材料层21，直至暴露出所述基底；

具体的，将所述图形复制于所述叠层材料层中，并去除所述光刻胶层。

如图1中的s4以及图8和图9所示，进行步骤4)，腐蚀步骤3)得到的结构，去除所述沟道区内311的所述第一材料层，得到三维硅纳米线阵列沟道511、源区及漏区，所述三维硅纳米线阵列沟道511包括若干条由所述第二材料层212形成的三维硅纳米线沟道单元5111，所述源区和所述漏区均包括由至少一层第一结构层411以及至少一层第二结构层412交替叠置的叠层结构41；

作为示例，步骤4)中，所述第一结构层411为锗硅层，所述第二结构层412为硅层。

具体的，所述第一结构层由所述第一材料层经腐蚀后的结构形成，所述第二结构层由所述第二材料层经腐蚀后的结构形成。经过该步骤的腐蚀，去除了沟道区中的锗硅材料层，从而对应得到悬空的三维硅纳米线阵列沟道511、源区及漏区，优选地，三维硅纳米线阵列沟道511包括若干条平行间隔排布的阵列状三维硅纳米线沟道单元5111。所述腐蚀工艺可以采用采用反应离子刻蚀(rie)和各向异性湿法腐蚀。

作为示例，步骤4)中，腐蚀步骤3)得到的结构所采用的腐蚀液为氢氟酸、双氧水以及醋酸的混合溶液。

具体的，采用上述混合液对其进行腐蚀，其中，所述氢氟酸优选为浓度为1％的氢氟酸，另外，所述混合液各成分的比例为：hf：h2o2：ch3cooh＝1：2：3。

如图1中的s5以及图10和图11所示，进行步骤5)，于所述三维硅纳米线沟道单元5111的表面沉积一层介质层512；

作为示例，步骤5)中，沉积的所述介质层512为高k介质层。

具体的，在上述结构的硅纳米线沟道单元的表面形成一层介质层512，可以采用原子层沉积(ald)等技术进行沉积，优选地，所述介质层为高k介质层，或称高介电常数介质层，在本发明中，k代表介电常数，高k代表介电常数大于3.9，高k介质层主要形成在硅纳米线的表面，作用是增强液体栅对纳米线的调控能力，增强器件的稳定性并提高器件对生化分子的响应能力。另外，所述介质层512的厚度为5～20nm，其材料包括但不限于氧化铝、氧化铪的其中之一或者，氧化铝和氧化铪所构成的堆叠结构，当然，也可以为其他高k介质层。

如图1中的s6以及图12和图13所示，进行步骤6)，于所述源区、所述漏区的顶部表面以及所述三维硅纳米线阵列沟道511外围的所述基底11上分别制作源电极71、漏电极72以及栅电极73，以得到三维硅纳米线阵列场效应晶体管。

具体的，最后完成电极制备，以形成完整的场效应晶体管，其中，所述电极材料可以为本领域普通技术人员熟知的任意电极材料，如金等材料。所述栅电极73位于所述三维纳米线阵列沟道的附近，其中，栅极是通过溶液对纳米线沟道进行调控的，本发明的硅纳米线是悬空的结构，被液体包围，形成环栅式结构，所述栅电极用于所述环栅的电极。

作为示例，步骤5)和步骤6)之间，还包括至少于所述源区和所述漏区41的顶部表面以及外侧壁形成金属硅化物层61的步骤。

作为示例，形成所述金属硅化物层61的步骤具体为：

a)至少于所述源区和所述漏区41的顶部表面以及外侧壁沉积一层金属层；

b)对步骤a)所得到的结构进行退火，以形成所述金属硅化物层61。

具体的，本实施例中，还包括制备金属硅化物61的步骤，其形成于源区与源电极之间，漏区与漏电极之间，另外，还可以同时形成于所述源区与所述漏区的侧壁上，硅化物的作用是增加导电性，减小接触电阻。具体地，可以通过先形成金属层，如采用物理气相沉积(pvd)方法沉积，再进行退火的方式形成金属硅化物层，其中，退火温度为500～700℃，本实施例中，选择为形成镍金属层，退火温度为650℃，以形成镍硅化物。当然，所述金属层的材料还可以为锆、钛等，其厚度为10～20nm，优选为16nm。

如图12所示，本实施例一还提供一种三维硅纳米线阵列场效应晶体管，其中，所述三维硅纳米线阵列场效应晶体管为采用本实施例的制备方法得到的结构，包括：

基底11；

源区和漏区，位于所述基底11表面，均包括由至少一层第一结构层411以及至少一层第二结构层412交替叠置的叠层结构41，且所述叠层结构41与所述基底11相接触的底层为所述第一结构层411，所述第二结构层为含硅结构层；

三维硅纳米线阵列沟道511，包括若干条平行间隔排布的三维硅纳米线沟道单元5111，所述三维硅纳米线沟道单元5111的一端与所述源区的叠层结构中的所述第二结构层相连接，其另一端与所述漏区的叠层结构中的所述第二结构层相连接；

介质层512，位于所述三维硅纳米线沟道单元5111的表面；

源电极71、漏电极72以及栅电极73，所述源电极71位于所述源区的顶部表面，所述漏电极72位于所述漏区的顶部表面，所述栅电极73位于所述三维硅纳米线阵列沟道外围的所述基底上。

具体的，所述基底11优选为soi衬底层，用于提供机械支撑，且所述底层硅113的晶向优选为(100)取向，所述soi衬底层中的顶层硅111的厚度为20～40nm，用于进一步保证后续材料层的作用，在本实施例中，选择为25nm。

具体的，所述三维硅纳米线沟道单元的的长度设置为10～200nm，在本实施例中，可以为50nm、100nm、120nm或者180nm。

作为示例，还包括金属硅化物层61，至少位于所述源区与所述源电极之间以及所述漏区与所述漏电极之间。

具体的，本实施例中，还包括制备金属硅化物61的步骤，其形成于源区与源电极之间，漏区与漏电极之间，另外，还可以同时形成于所述源区与所述漏区的侧壁上，硅化物的作用是增加导电性，减小接触电阻。具体地，可以通过先形成金属层，如采用物理气相沉积(pvd)方法沉积，再进行退火的方式形成金属硅化物层，其中，退火温度为500～700℃，本实施例中，选择为形成镍金属层，退火温度为650℃，以形成镍硅化物。当然，所述金属层的材料还可以为锆、钛等，其厚度为10～20nm，优选为16nm。

作为示例，所述第一结构层411为锗硅层，所述第二结构层412为硅层。

作为示例，所述锗硅层的材料为si1-xgex，其中，锗含量x的范围为0.15～0.6。

作为示例，所述锗硅层为p型掺杂或n型掺杂的锗硅层。

具体的，所述锗硅层的材料为si1-xgex，其中，锗含量x的范围为0.15～0.6，优选为0.3。本实施例中，对所述锗硅材料层进行掺杂，作为该场效应晶体管的源漏区。其掺杂类型可以为p型或n型，依实际需求而定，在本实施例中选择为硼掺杂，其掺杂浓度大于1e¹⁹cm^-3，本实施例中选择为6e¹⁹cm^-3，所述锗硅层的厚度为20～40nm，本实施例中选择为25nm，所述硅层的厚度为15～20nm，本实施例中选择为18nm。另外，所述叠层结构41的锗硅层和硅层的堆叠结构优选为3～6层堆叠，当然，在其他实施例中，也可以依据实际需求任意设定，如可以设置为2～100层。

实施例二

如图12及13所示，本实施例二提供一种生物传感器的制备方法，其中，所述生物传感器的制备方法包括实施例一中的制备三维硅纳米线阵列场效应晶体管的方法，具体包括如下步骤：

1)采用如实施例一中任一项方案所述的制备方法制备得到的三维硅纳米线阵列场效应晶体管；

2)于所述三维硅纳米线阵列场效应晶体管的三维硅纳米线沟道单元的表面进行修饰，以形成一层以活性基团结尾的活性薄膜；

3)于所述活性薄膜表面形成捕获探针，其中，所述捕获探针与所述活性基团通过化学键相结合，以将所述捕获探针修饰在所述三维硅纳米线沟道单元表面。

具体的，本发明还提供一种基于三维硅纳米线阵列沟道场效应晶体管的生物传感器，其中，本实施例中，选择为采用试剂在纳米线沟道单元的表面进行修饰，以自组装形成一层以活性基团结尾的活性薄膜。

作为示例，所述活性基团为氨基、羧基、羟基及醛基中的一种或两种及以上的组合。

需要说明的是，当生物传感器器件结构制备完成后，进行电气连接，以实现传感器的作用，本发明中，所述三维硅纳米线阵列沟道为悬空结构，可以多个表面感应目标分子，解决了现有技术中只能采用表面感应目标分子，信号强度和最低检测限受到限制的问题，同时，可以在三维方向上进行硅纳米线阵列的扩展，更适用于器件尺寸减小的要求。

本实施例二还提供一种生物传感器，其中，所述生物传感器为采用本实施例的制备方法制备得到的生物传感器，包括：

如实施例一中的任意一项所述的三维硅纳米线阵列场效应晶体管；

活性薄膜，位于所述三维硅纳米线阵列场效应晶体管的三维硅纳米线沟道单元的表面，且所述活性薄膜以活性基团结尾；

捕获探针，位于所述活性薄膜表面，所述捕获探针与所述活性基团通过化学键相结合。

综上所述，本发明提供一种三维硅纳米线阵列场效应晶体管，具体步骤包括：提供一基底，并于所述基底表面沉积由至少一层第一材料层及至少一层第二材料层交替叠置的叠层材料层，所述叠层材料层与所述基底相接触的底层为所述第一材料层，所述第二材料层为含硅材料层；采用光刻工艺于所述叠层材料层表面形成沟道区以及分别与所述沟道区的两端相连接的源区和漏区的图形，且所述沟道区包括若干条间隔排布的沟道单元区；以所述图形为掩膜刻蚀所述叠层材料层，直至暴露出所述基底；腐蚀上一步骤得到的结构，去除所述沟道区内的所述第一材料层，得到三维硅纳米线阵列沟道、源区及漏区，所述三维硅纳米线阵列沟道包括若干条由所述第二材料层形成的三维硅纳米线沟道单元，所述源区和所述漏区均包括由至少一层第一结构层以及至少一层第二结构层交替叠置的叠层结构；于所述三维硅纳米线沟道单元的表面沉积一层介质层；于所述源区、所述漏区的顶部表面以及所述三维硅纳米线阵列沟道外围的所述基底上分别制作源电极、漏电极以及栅电极，以得到三维硅纳米线阵列场效应晶体管。通过上述技术方案，1)本发明的生物传感器基于三维硅纳米线阵列场效应晶体管器件，具有环栅式结构，其区别于传统结构的表面传感，可实现360°环绕式感应，更加适用于高灵敏的生化分子检测；2)本发明的硅纳米线场效应晶体管采用三维堆叠的阵列结构，可减小器件尺寸，通过信号的叠加，从而可实现信噪比的提升；3)本发明的硅纳米线场效应晶体管的制作可以省略源漏掺杂的步骤，工艺过程简单、成本较低，适于批量生产；4)本发明的三维硅纳米线沟道表面采用高介电常数介质层材料，增强器件的稳定性并提高器件对生化分子的响应能力。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。