[發明專利]基于負電容的場效應晶體管、生物傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810007579.2
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN108231901A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 高安然;韓清華;趙蘭天;趙清太;李鐵;王躍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;G01N27/414
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 佟婷婷

1.一種基于負電容的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)提供一半導體襯底，所述半導體襯底包括底層硅、埋氧層以及頂層硅；

2)采用光刻工藝定義出溝道圖形及連接于所述溝道圖形兩端的源區圖形和漏區圖形；

3)將所述溝道圖形、源區圖形以及漏區圖形轉移至所述頂層硅上，并向所述源區圖形及所述漏區圖形對應的位置進行性離子注入，以形成溝道區以及分別連接于所述溝道區兩端的源區和漏區；

4)于所述溝道區的表面形成介質層；

5)于所述介質層表面形成導電層，于所述導電層表面形成鐵電摻雜的鐵電性材料層；

6)于所述源區表面制作源電極，于所述漏區表面制作漏電極，以及于所述底層硅遠離所述埋氧層一側的表面或所述溝道區周圍顯露的所述埋氧層上制作柵電極。

2.根據權利要求1所述的基于負電容的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟5)中，所述鐵電性材料層包括氧化鉿層。

3.根據權利要求1所述的基于負電容的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟5)中，采用原子層沉積工藝形成所述鐵電性材料層。

4.根據權利要求1所述的基于負電容的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟5)中，采用濺射及原子氣相沉積工藝中的任意一種形成所述導電層；所述導電層的材料包括氮化鈦；所述導電層的厚度介于10～60nm之間。

5.根據權利要求1所述的基于負電容的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述頂層硅的厚度介于20～100nm之間；步驟3)中，形成的所述溝道區的寬度介于20～50nm之間。

6.根據權利要求1所述的基于負電容的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述離子注入工藝中的注入離子類型包括N型注入離子或P型注入離子；進行所述離子注入工藝后，形成的所述源區的離子摻雜濃度介于1e¹⁹cm^-3～1e²¹cm^-3之間，形成的所述漏區的離子摻雜濃度介于1e¹⁹cm^-3～1e²¹cm^-3之間。

7.根據權利要求1所述的基于負電容的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4)中，通過熱氧化及沉積工藝中的任意一種形成所述介質層；所述介質層選自氧化硅層、氧化鋁層以及氧化鉿層中的任意一種或者任意兩種及以上形成的疊層結構；所述介質層的厚度介于5～20nm之間。

8.根據權利要求1～7中任意一項所述的基于負電容的場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟5)中，所述鐵電摻雜的鐵電性材料層中的摻雜粒子包括Si、Zr、Y、A1、Gd、Sr以及La中的至少一種；所述鐵電摻雜的鐵電性材料層的厚度介于5～10nm之間。

9.一種生物傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)采用如權利要求1～8中任一項所述的制備方法制備基于負電容的場效應晶體管；

2)采用試劑對所述場效應晶體管的溝道區的表面進行修飾，以形成一層以活性基團結尾的活性薄膜；以及

3)于所述活性薄膜表面形成捕獲探針，其中，所述捕獲探針與所述活性薄膜上的活性基團通過化學鍵相結合，以將所述捕獲探針修飾在所述硅納米線溝道的表面。