[发明专利]基于纳米片堆叠场效应晶体管的生物传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米片堆叠场效应晶体管的生物传感器及制备方法；该生物传感器包括衬底、源区、纳米片堆叠区、隔离区以及漏区；纳米片堆叠区靠近隔离区的一侧被环形的栅金属层包围形成沟道区，另一侧与源区相接触形成源接触区；纳米片堆叠区包括平行设置的多个纳米片导电沟道层；最上层的纳米片导电沟道层与栅金属层之间、每两个上下相近的纳米片导电沟道层之间，以及最下层的纳米片导电沟道层与栅金属层之间均形成腔体；每个腔体靠近隔离区一端的空间内填充有栅介质，另一端未填充栅介质的空间形成生物分子填充腔；生物分子填充腔的入口位于源接触区；本发明提供了一种高敏感度、能够克服短沟效应、工艺制造难度低且性能稳定的生物传感器。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于纳米片堆叠场效应晶体管的生物传感器及制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，环境监测和人体医学领域对能够实现准确识别不同生物分子的传感技术的要求也越来越高。这类传感技术可以帮助技术人员精准把握环境中小分子污染源的种类或人体中的致病菌的种类，对保护生态系统和治疗人体疾病有着重要意义。

基于场效应晶体管的生物传感器具有微型化、高灵敏度、与现有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺相兼容的特点，因而被广泛应用于生物分子识别领域。随着半导体工艺节点的不断缩小，传统MOSFET(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor,金氧半场效晶体管)的生物传感器因短沟效应导致的功耗问题和低敏感度问题也随之而来。目前，基于TFET(TunnelingField-Effect Transistor，隧穿场效应晶体管)的生物传感器能够部分缓解短沟效应带来的功耗问题，同时也在一定程度上提高了敏感度。然而，基于TFET的生物传感器的工艺制造难度高，且成品器件容易受到工艺波动的影响，使得器件性能不稳定。

发明内容

为了得到一种高敏感度、能够克服短沟效应、工艺制造难度低且性能稳定的生物传感器，本发明提供了一种基于纳米片堆叠场效应晶体管的生物传感器及制备方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种基于纳米片堆叠场效应晶体管的生物传感器，包括：衬底、源区、纳米片堆叠区、隔离区以及漏区；其中，

所述源区、所述纳米片堆叠区、所述隔离区以及所述漏区沿水平方向依次设置于所述衬底之上；

所述纳米片堆叠区靠近所述隔离区的一侧被环形的栅金属层包围形成沟道区，另一侧与所述源区相接触形成源接触区；所述纳米片堆叠区包括平行设置的多个纳米片导电沟道层；其中，最上层的纳米片导电沟道层与所述栅金属层之间、每两个上下相近的纳米片导电沟道层之间，以及最下层的纳米片导电沟道层与所述栅金属层之间均形成腔体；每个所述腔体靠近所述隔离区一端的空间内填充有栅介质，另一端未填充栅介质的空间形成生物分子填充腔；所述生物分子填充腔的入口位于所述源接触区；

所述源区上表面设有源电极、所述漏区上表面设有漏电极、所述栅金属层的表面设有栅电极。

在一个实施例中，所述纳米片导电沟道层的数量为3～5个。

在一个实施例中，所述纳米片导电沟道层的长度为20纳米～40纳米，宽度为20纳米～30纳米；

所述生物分子填充腔的宽度与所述纳米片导电沟道层的宽度相等。

在一个实施例中，所述栅介质的材质包括：二氧化铪。

在一个实施例中，所述纳米片导电沟道层的材质为P型掺杂的硅材料。

第二方面，本发明提供了一种基于纳米片堆叠场效应晶体管的生物传感器的制备方法，包括：