[发明专利]一种半导体离子敏场效应晶体管ISFET的制备方法

说明书

本发明公开了一种离子敏场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：第一步：设计离子敏场效应晶体管的结构；第二步：生长栅二氧化硅膜；第三步：制备ISFET敏感膜，敏感膜为Si₃N₄膜，采用化学气相沉积法CVD进行制备；第四步：对敏感膜进行刻蚀；第五步：制备金属电极及引线连接；第六步：对ISFET进行封装；并通过高温蒸气对其进行消毒。本发明所制备的ISFET的响应快，灵敏度高，稳定性好，体积小，成本低，重量轻，适于批量生产及制造，在产业上广泛应用。

技术领域

本发明涉及半导体工业界集成电路的后工艺操作，特别涉及一种半导体离子敏场效应晶体管ISFET的制备方法。

背景技术

近20年来，基于半导体离子敏场效应晶体管(ISFET)的生化传感器研究越来越引起人们的关注，目前利用ISFET能够实现对pH、金属离子、血糖、基因和蛋白质等的检测。ISFET，利用表面处理技术使其敏感膜能够吸附特定的离子或分子，这些带电的离子或分子会改变ISFET的沟道电导率，通过外电路监测ISFET沟道电导率的变化便可以间接获知试液中离子或分子的浓度。ISFET具有体积小、响应快、输出阻抗低、易于集成、应用方便等特点，在仪器仪表、生产自动化、军工航天等许多领域有着广泛的应用。将ISFET以及生物敏感膜、酶技术相结合，可制成“生物芯片”。

现有的ISFET存在稳定性差、容易受环境影响，盐类杂质或气体进入电解液都可能使其稳定性降低。ISFET的制备工艺复杂，噪声相对较大，线性度差，但芯片绝缘层厚度不利于界面电势对沟道进行有效调制，很难保证可靠性和一致性。此外，由于ISFET的工作环境在导电溶液中，而这也会影响到ISFET稳定性和使用寿命。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种单功能离子敏场效应晶体管ISFET及其制备方法，本发明所制备的ISFET的响应快，灵敏度高，稳定性好，体积小，成本低，重量轻，适于批量生产及制造，在产业上广泛应用。

本发明提供了一种离子敏场效应晶体管的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

第一步：设计离子敏场效应晶体管的结构；

第二步：生长栅二氧化硅膜；将上述设计好的ISFET依次进行抛光清洗，氧化光刻，使分别扩散P+区和漏源n+区，去除源、漏之间敏感区上的SiO₂，随后生长栅二氧化硅膜；

第三步：制备ISFET敏感膜，敏感膜为Si₃N₄膜，采用化学气相沉积法CVD进行制备，反应气体为SiH₄与N₂H₂+NH₃的混合气体；

第四步：对敏感膜进行刻蚀；采用等离子体刻蚀对已生长的敏感膜进行刻蚀，向射频发生器中通入C₇F₁₄，并将生成的SiF₄抽出；

第五步：制备金属电极及引线连接；将形成的电极接触孔进行真空蒸发铝、光刻、划片及连接引线；

第六步：对ISFET进行封装；采用水凝胶对ISFET的栅区进行覆盖，将上述制备的ISFET置于尼龙管内，采用硅酮树脂对ISFET进行固定，并通过高温蒸气对其进行消毒。

进一步地，生长栅二氧化硅膜时，采用Ar及N₂的混合气体，通入到三氯乙烯中进行鼓泡；混合体的流量为80～100ml/min，氧气流量为1200～1400ml/min，三氯乙烯反应温度为0～5℃。