Fet感测单元及提高其灵敏度的方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及半导体领域，更具体地，涉及FET感测单元及提高其灵敏度的方法。
【背景技术】
[0002]场效应晶体管(FET)感测单元通常用于感测和检测离子、生物实体和生物分子中的至少一种。FET感测单元基于电子学、电化学、光学和机械检测原理中的至少一种进行工作。包括晶体管的FET感测单元是电感测电荷、光子、以及离子、生物实体或生物分子的机械性能的传感器。通过检测生物实体、离子或生物分子本身，或者通过具体受体及生物实体/生物分子之间的相互作用和反应来实施检测。这样的FET感测单元使用半导体工艺进行制造并且适用于集成电路(IC)及微机电系统(MEMS)。
[0003]离子敏感场效应晶体管(ISFET)以及生物敏感场效应晶体管、或生物有机场效应晶体管(B1FET)是包括电感测离子、生物分子或生物实体的晶体管的两种类型的FET感测单元。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种器件，包括:第一介电层，位于衬底上方；有源层，位于第一介电层上方；源极区，位于有源层中；漏极区，位于有源层中；沟道区，位于有源层中，介于源极区和漏极区之间；感测膜，位于沟道区上方；第二介电层，位于有源层上方；电极，位于第二介电层内；以及流体栅极区，位于第二介电层以及感测膜上方。
[0005]该器件包括:第三介电层，位于流体栅极区上方。
[0006]该器件包括:一个或多个进口，连接至流体栅极区。
[0007]其中，电极包括Cu、W、T1、Ta、Cr、Pt、Ag、Au、TiN, TaN, NiSi 和 CoSi 中的至少一种。
[0008]其中，感测膜包括Si02、Si3N4、A1203、Ti02、Hf02、Ta205、TiN、SnO, Sn02、Pt、Cr、Au、Al、W和Cu中的至少一种。
[0009]该器件包括:受体，设置在感测膜上。
[0010]其中，受体包括酶、抗体、配体、缩氨酸、核苷酸、器官细胞、生物体和组织片段中的至少一种。
[0011]该器件包括:第一线，用于将第一器件连接至第二器件，其中，第一器件和第二器件设置在阵列中。
[0012]此外，还提供了一种器件，包括:第一介电层，位于衬底上方；有源层，位于第一介电层上方；源极区，位于有源层中；漏极区，位于有源层中；沟道区，位于有源层中，介于源极区和漏极区之间；感测膜，位于沟道区上方；第二介电层，位于有源层上方，其中，在第二介电层中形成开口并且感测膜位于开口内；第一电极，位于第二介电层内；以及流体栅极区，位于第二介电层上方并且延伸到开口中。
[0013]该器件包括:第二电极，位于第二介电层内。
[0014]该器件包括:第三介电层，位于流体栅极区上方。
[0015]该器件包括:一个或多个进口，连接至流体栅极区。
[0016]其中，电极包括Cu、W、T1、Ta、Cr、Pt、Ag、Au、TiN、TaN, NiSi 和 CoSi 中的至少一种。
[0017]其中，感测膜包括Si02、Si3N4、A1203、Ti02、Hf02、Ta205、TiN、SnO, Sn02、Pt、Cr、Au、Al、W和Cu中的至少一种。
[0018]该器件包括:受体，设置于感测膜上。
[0019]其中，受体包括酶、抗体、配体、缩氨酸、核苷酸、器官细胞、生物体和组织片段中的至少一种。
[0020]该器件包括:第一线，用于将第一器件连接至第二器件，其中，第一器件和第二器件设置在阵列中。
[0021]此外，还提供了一种通过调节器件的感测值来提高器件的灵敏度的方法，包括:在器件的流体栅极区中注入第一复位溶液；基于与器件的感测膜相互作用的第一复位溶液，记录第一复位值；在器件的流体栅极区中注入第一反应溶液；基于与器件的感测膜相互作用的第一反应溶液，记录第一感测值；以及获取第一感测值和第一复位值之间的差值，以获得经调节的第一感测值。
[0022]该方法包括:在记录第一复位值和第一感测值的同时，将参考电压施加给接近流体栅极区的电极。
[0023]该方法包括:放大经调节的第一感测值。
【附图说明】
[0024]当结合附图进行阅读时，根据下文详细描述可以更好地理解本发明的各个方面。应该理解，附图中的元件和结构没有必要按比例进行绘制。因此，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以被任意地增大或减小。
[0025]图1是根据一些实施例的制造器件的方法的流程图。
[0026]图2至图5是根据一些实施例的器件的截面图。
[0027]图6是根据一些实施例配置为阵列布置的多个器件的电路图。
[0028]图7是根据一些实施例的提高器件灵敏度的方法的流程图。
[0029]图8是根据一些实施例的在感测周期内的信号时序图。
【具体实施方式】
[0030]现在，参考附图描述所要求保护的主题，其中在通篇描述中，相同的参考标号通常用于表示相同的元件。在以下描述中，为了说明的目的，阐述多个具体细节以提供对所要求保护主题的理解。但是，很明显，在没有这些具体细节也可以实施所要求保护的主题。在其他实例中，为便于描述所要求保护的主题，以框图形式示出了结构和器件。
[0031]本发明涉及，但没有另外限于诸如半导体器件的器件。在一些实施例中，该器件是FET感测单元。在一些实施例中，该器件是离子敏感场效应晶体管(ISFET)、生物敏感场效应晶体管和生物有机场效应晶体管(B1FET)中的至少一种。在一些实施例中，ISFET是包括P型金属氧化物半导体(PMOS)FET器件及N型金属氧化物半导体(NMOS)FET器件的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。在一些实施例中，该器件是B1FET，其中，MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)的栅极控制介于其源极接触件和漏极接触件之间的半导体的电导率，该MOSFET的栅极被替换为用作表面受体的不可移动的探针分子的生物或生物化学兼容层或生物功能层。
[0032]在一些实施例中，ISFET和B1FET的检测机制是由于目标离子、生物分子或生物实体与栅极或栅极上的不可移动的受体分子的接合而导致的换能器(transducer)的电导率调制。当目标离子、生物分子或生物实体接合至栅极或不可移动的受体时，通过栅极电势来改变FET器件的漏极电流。测量漏极电流的这种改变并且识别受体和目标离子、生物分子或生物实体的接合。大量的离子、生物分子及生物实体用于功能化诸如离子、酶、抗体、配体、受体、缩氨酸、寡核苷酸、器官细胞、生物体及组织片段的ISFET或B1FET的栅极。在一些实施例中，为了检测单链脱氧核糖核酸(ssDNA)，通过不可移动的互补ssDNA链来功能化B1FET的栅极。同样地，通过用单克隆抗体功能化FET器件的栅极来检测诸如肿瘤标记的各种蛋白质。
[0033]根据一些实施例，图1示出了制造器件的方法100。在一些实施例中，方法100包括使用与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容的或者互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺特有的一种或多种工艺步骤(process act)来形成诸如ISFET的FET感测单元。