KR101300564B1 - Method for manufacturing chalogenide thin film transistor-based bio sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라서 원하는 바이오 물질을 감지하기 위한 박막 트랜지스터(TFT) 기반 바이오 센서 제조 방법이 제공되는데, 상기 방법은 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상에 칼코지나이드 채널층을 형성하는 단계와; 상기 칼코지나이드 채널층 상에 원자층 증착법에 의해 부동태층을 형성하는 단계와; 포토레지스트를 이용하여, 소스/드레인 영역을 형성하고, 상기 소스/드레인 영역 상의 상기 부동태층을 제거하는 단계와; 소스/드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 부동태층은 상기 칼코지나이드 채널층을 외부의 환경으로부터 보호함과 아울러, 상기 채널층의 바이오 물질 센싱 감도를 향상시키는 고유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention there is provided a method of manufacturing a thin film transistor (TFT) based biosensor for sensing a desired biomaterial, the method comprising forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating film on the gate electrode; Forming a chalcogenide channel layer on the gate insulating film; Forming a passivation layer on the chalcogenide channel layer by atomic layer deposition; Using a photoresist, forming a source / drain region and removing the passivation layer on the source / drain region; And forming a source / drain electrode, wherein the passivation layer is formed of a high dielectric material that protects the chalcogenide channel layer from an external environment and improves the sensitivity of sensing the biomaterials of the channel layer. It features.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 기반으로 하는 바이오 센서 제조 방법 및 상기 바이오 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, and more particularly, to a method for manufacturing a biosensor based on a thin film transistor (TFT) and the biosensor.
박막 트랜지스터 소자 기술은 1930년대에 처음 소개된 이후, 실리콘을 기반으로 하는 모바일 컴퓨팅 및 통신기기의 발달로 인해 최근 10년간 급격한 기술발전을 이루고 있으며, 그 응용분야 역시 다양해지고 있다.
Since the thin film transistor device technology was first introduced in the 1930s, the development of mobile computing and communication devices based on silicon has made rapid technological advances in recent decades, and its application fields are also diversifying.
비정질 실리콘(a-Si) 막을 액티브 채널 막으로 하는 TFT 소자가 가장 대표적인 응용 소자로 활용되고 있으며, 고집적화, 저비용화의 방향으로 개발되고 있다. 최근 유비쿼터스 컴퓨팅 시대에 접어들면서 플렉서블 TFT 소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 플렉서블 TFT 소자의 대표적인 응용 소자로는 휴대용 기기에 사용될 수 있는 다양한 용도의 센서를 들 수 있으며, 의료기기, 방위산업, 미량 분석 장비 등으로의 그 활용 범위가 확대될 것으로 예상된다.
TFT devices having an amorphous silicon (a-Si) film as an active channel film are utilized as the most representative application devices, and have been developed in the direction of high integration and low cost. With the recent ubiquitous computing era, interest in flexible TFT devices is increasing. Representative applications of such a flexible TFT device include a sensor for various uses that can be used in a portable device, it is expected that the range of application to the medical device, defense industry, trace analysis equipment and the like.
플렉서블 TFT 소자 적용에 바람직한 물질로 폴리머 계열의 물질이 연구되고 있으나, 낮은 전하 이동도를 갖고 있어, 바람직한 센서 소자 특성을 기대하기 어려운 한계가 있다. 따라서, 전하 이동도가 높고 공정 온도가 낮아서 플렉서블 TFT 소자에 적용 가능한 칼코지나이드(chalcogenide)를 TFT 채널 물질로 적용하는 연구가 진행되고 있다.
Although a polymer-based material has been studied as a preferable material for flexible TFT device applications, it has a low charge mobility, and thus there is a limit in that it is difficult to expect desirable sensor device characteristics. Therefore, studies are being conducted to apply chalcogenide, which is applicable to flexible TFT devices, to TFT channel materials due to high charge mobility and low process temperature.
박막 트랜지스터의 채널 영역은 게이트 전압에 의해 소스/드레인 전극간에 채널 전도도를 변화시킬 수 있어야 하며, 센서 소자로 응용되기 위해서는 감지하고자 하는 물질의 접촉 또는 흡착에 의해 채널 영역의 전도도의 변화가 있어야 한다. 그러나, 칼코지나이드를 채널 물질로 적용하는 경우, 제조 공정 중에 노출된 칼코지나이드가 공기 중의 수분이나 산소와 반응하여 전기적 특성이 좋지 않은 불균일한 자연산화막을 형성하게 되어, TFT 바이오 센서의 소자 특성을 열화시킨다는 문제점이 있다. 또한, 조성이나 물리화학적 특성이 불명확하고 불균일한 자연산화막이 형성되면, 칼코지나이드 표면에 흡착되는 물질을 제어 및 감지할 수 없게 되어, 농도의 변화를 통한 채널 영역의 전기전도도 변화가 임의적으로 되어, Signal/Noise ratio가 감소하여, 센서로 동작하는 데 심각한 문제를 야기할 수 있다.The channel region of the thin film transistor should be able to change the channel conductivity between the source / drain electrodes by the gate voltage, and in order to be applied as a sensor element, there should be a change in the conductivity of the channel region by contact or adsorption of a material to be sensed. However, when the chalcogenide is applied as a channel material, the chalcogenide exposed during the manufacturing process reacts with moisture or oxygen in the air to form a non-uniform natural oxide film having poor electrical characteristics, and thus device characteristics of the TFT biosensor. There is a problem that deteriorates. In addition, when a natural oxide film having an uneven composition or physicochemical property is formed and a nonuniform natural oxide film is formed, it is impossible to control and detect a substance adsorbed on the surface of chalcogenide, and the electric conductivity of the channel region is changed randomly by changing the concentration. As a result, the signal / noise ratio is reduced, which can cause serious problems in the operation of the sensor.
본 발명은 상기한 종래 기술에서 나타나는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 한 가지 목적은 바이오 물질과의 반응성이 좋은 칼코지나이드 물질로 이루어진 채널 영역을 포함하는 TFT 바이오 센서 제조 방법 및 그 바이오 센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the prior art, and one object thereof is to provide a TFT biosensor manufacturing method including a channel region made of a chalcogenide material having good reactivity with a biomaterial, and a biosensor thereof. It is.
본 발명의 다른 목적은 칼코지나이드 채널층의 표면에 산화막이 형성하는 것을 방지하여, 칼코지나이드 채널 영역의 열화를 방지할 수 있고 또 상기 채널층의 바이오 센싱 능력을 향상시킬 수 있는 구조를 포함하는 TFT 바이오 센서 제조 방법및 그 바이오 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the formation of an oxide film on the surface of the chalcogenide channel layer, to prevent deterioration of the chalcogenide channel region and to include a structure that can improve the bio-sensing capacity of the channel layer To provide a TFT biosensor manufacturing method and its biosensor.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라서 원하는 바이오 물질을 감지하기 위한 칼코지나이드 박막 트랜지스터(TFT) 기반 바이오 센서 제조 방법이 제공되는데, 상기 방법은 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상에 칼코지나이드 채널층을 형성하는 단계와; 상기 칼코지나이드 채널층 상에 원자층 증착법에 의해 부동태층을 형성하는 단계와; 포토레지스트를 이용하여, 소스/드레인 영역을 형성하고, 상기 소스/드레인 영역 상의 상기 부동태층을 제거하는 단계와; 소스/드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 부동태층은 상기 칼코지나이드 채널층을 외부의 환경으로부터 보호함과 아울러, 상기 채널층의 자연산화막에 의한 계면열화특성을 억제하여 바이오 물질 센싱 감도를 향상시키는 고유전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, there is provided a chalcogenide thin film transistor (TFT) based biosensor manufacturing method for sensing a desired biomaterial according to the present invention, the method comprising the steps of forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating film on the gate electrode; Forming a chalcogenide channel layer on the gate insulating film; Forming a passivation layer on the chalcogenide channel layer by atomic layer deposition; Using a photoresist, forming a source / drain region and removing the passivation layer on the source / drain region; And forming a source / drain electrode, wherein the passivation layer protects the chalcogenide channel layer from an external environment, and suppresses interfacial degradation characteristics caused by the natural oxide layer of the channel layer. It is characterized in that it is formed of a high dielectric material to improve.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 부동태층은 대략 5 nm 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In one embodiment, the passivation layer is preferably formed to a thickness of about 5 nm or less.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 부동태층은 SiOx, SiNx, AlN, BNx, PNx, Al2O3, HfO2, ZrO2, TiOx, TaOx, LaOx, YOx, GdOx, SeOx 및 TeOx 산화물 또는 질화물 또는 이들을 조합한 물질로 이루어지고, 상기 바이오 물질의 종류에 따라 선택되는 것이 바람직하다.
In one embodiment, the passivation layer is made of SiOx, SiNx, AlN, BNx, PNx, Al2O3, HfO2, ZrO2, TiOx, TaOx, LaOx, YOx, GdOx, SeOx and TeOx oxides or nitrides or combinations thereof It is preferred to be selected according to the type of the biomaterial.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 부동태층은 300℃ 이하의 온도에서 형성하는 것이 바람직하다.
In one embodiment, the passivation layer is preferably formed at a temperature of less than 300 ℃.
한 가지 실시예에 있어서, 상기 칼코지나이드 채널층은 금속 셀레나이드, 설파이드, 텔루라이드, 옥사이드 및 이들의 조합으로부터 선택된 화합물을 포함하고, 상기 금속은 Cu, Zn, Cd, Ag, Ga, In, Sn, Hg, Ti, Pb 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
In one embodiment, the chalcogenide channel layer comprises a compound selected from metal selenides, sulfides, tellurides, oxides, and combinations thereof, wherein the metal is Cu, Zn, Cd, Ag, Ga, In, It may include one or more of Sn, Hg, Ti, Pb.
본 발명에 따라 제공되는 TFT 기반 바이오 센서는 칼코지나이드 채널층 상에 원자층 증착법에 의해 자연산화막이 제어된 부동태층이 형성되어, 칼코지나이드 채널층의 물리화학적 안정성을 높일 수 있고, 따라서 센서 동작시 시간에 따른 열화 현상이나 센싱 환경에 따른 노이즈 현상이 감소된 전기적 안정성을 얻을 수 있다. 또한, 센싱하고자 하는 물질에 따라 부동태층 물질을 선택함으로써 바이오 센서의 감도 특성을 개선할 수 있다.In the TFT-based biosensor provided according to the present invention, a passivation layer in which a natural oxide film is controlled by an atomic layer deposition method is formed on a chalcogenide channel layer, thereby increasing the physicochemical stability of the chalcogenide channel layer. In operation, deterioration with time or noise due to a sensing environment may be reduced, thereby achieving electrical stability. In addition, the sensitivity characteristics of the biosensor may be improved by selecting a passivation layer material according to a material to be sensed.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 한 가지 실시예에 따라 TFT 기반 바이오 센서를 제조하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.1A to 1D are views sequentially illustrating a process of manufacturing a TFT-based biosensor according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 바이오 센서 제조와 관련하여 이미 당업계에서 널리 알려진 기술적 구성에 대한 설명은 생략한다. 이러한 설명을 생략하더라도 당업자라면 이하의 설명을 통해 본 발명의 특징적 구성을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the accompanying drawings. In the following description, the description of the technical configuration already well known in the art with respect to the biosensor manufacture is omitted. Even if these explanations are omitted, those skilled in the art will readily understand the characteristic features of the present invention through the following description.
먼저, 도 1a를 참조하면, 먼저 기판(1) 상에 게이트 전극(2)을 형성한다. 게이트 전극(2)으로는 Al, W, Cu, Pt, TiN, TaN, Ti, Ta, Pt 등과 같은 금속 물질, doped Si 또는 WSix, NiSix, CoSix, TiSix 등과 같은 실리콘 금속 산화물을 이용할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다. 상기 게이트 전극은 기판 상에 스퍼터링이나, 통상의 증착법(PVD, CVD)을 통해 형성할 수 있다.
First, referring to FIG. 1A, first, a gate electrode 2 is formed on a substrate 1. As the gate electrode 2, metal materials such as Al, W, Cu, Pt, TiN, TaN, Ti, Ta, Pt, and the like, doped Si or silicon metal oxides such as WSix, NiSix, CoSix, TiSix, etc. may be used. It is not limited to. The gate electrode may be formed on the substrate by sputtering or through conventional vapor deposition (PVD, CVD).
상기 게이트 전극(2)을 형성한 후에 그 전극 위에 게이트 절연막(3)을 형성한다. 게이트 절연막(3)으로는 SiOx, SiNx 등과 같은 실리콘 화합물 절연물질이나, Al2O3, HfO2, ZrO2, TiOx, TaOx, LaOx, YOx, GdOx 등의 금속 산화물 또는 금속 질화물 중의 하나 또는 그 조합을 이용할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
After the gate electrode 2 is formed, a gate insulating film 3 is formed on the electrode. As the gate insulating film 3, a silicon compound insulating material such as SiOx, SiNx, or the like, or a metal oxide or metal nitride such as Al2O3, HfO2, ZrO2, TiOx, TaOx, LaOx, YOx, GdOx, or a combination thereof may be used. It is not limited to these.
이어서, 상기 게이트 절연막(3) 상에 칼코지나이드 물질로 이루어진 채널층(4)을 형성한다. 칼코지나이드 채널층(4)으로는 금속 셀레나이드, 설파이드, 텔루라이드, 옥사이드 및 이들의 조합으로부터 선택된 화합물을 사용할 수 있으며, 상기 금속은 Cu, Zn, Cd, Ag, Ga, In, Sn, Hg, Ti, Pb 중 하나 이상을 포함한다. 이러한 칼코지나이드 채널층(4)은 물리적 기상 증착법(PVD), 화학적 기상 증착법(CVD), 스퍼터링, 펄스 레이저 증착법(PLD), 증발법(thermal evaporation), 전자빔 증발법(electron beam evaporation), 원자층 증착법(ALD), 분자선 에피탁시 증착법(molecular beam epitaxy; MBE), 졸-겔 증착법, 용액상 증착법과 같은 증착 공정을 이용하여 형성할 수 있다. 한편, 본 발명에 따르면, 도면에 도시한 바와 같이, 이러한 칼코지나이드 채널층(4)을 형성한 후 그 표면에 부동태층(passivation layer)(41)을 형성한다. 즉 본 발명에 따라 형성한 상기 칼코지나이드 채널층(4)은 그 표면에 흡착되는 물질을 제어 및 감지하여, 본 발명에 따라 형성되는 TFT를 바이오 센서로 활용할 수 있도록 해준다. 그런데, 이러한 칼코지나이드 채널층은 공기 중의 수분이나 산소와 반응하여 자연산화막을 형성하여, 그 센싱 기능을 열화시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 칼코지나이드 채널층(4)의 표면에 자연산화막을 억제 또는 제어하는 방식으로 부동태층(41)을 형성한다. 한편, 본 발명에 따라 제조되는 TFT는 바이오 센서로 활용하므로, 부동태층이 칼코지나이드 채널층의 물질 감지능력을 방해해서는 안된다. 즉 단순히 칼코지나이드 채널층을 외부 환경과 차단하기 위하여 부동태층을 형성하면, 그 부동태층이 오히려 칼코지나이드 채널층의 센싱 능력을 저하시켜 TFT가 바이오 센서로서의 역할을 수행할 수가 없다. 따라서, 본 발명에 따르면, 칼코지나이드 채널층의 표면에 자연산화막을 제어 또는 억제하는 부동태층을 형성하여 칼코지나이드 채널층을 보호하되, 칼코지나이드 채널층의 센싱 능력을 저하시키는 일이 없이 또는 그 능력을 오히려 증가시키는 물질로 부동태층을 형성한다. 본 발명자의 관찰에 따르면, SiOx, SiNx, AlN, BNx, Al2O3, HfO2, ZrO2, TiOx, TaOx, LaOx, YOx, GdOx, SeOx TeOx 등의 산화물 또는 질화물과 같이 고유전체 물질(high-k dielectric material)이 상기 목적에 특히 적합하다. 이들 고유전체 물질은 센싱하고자 하는 바이오 물질에 따라 선택할 수 있다. 한편, 부동태층(41)을 형성할 때 그 온도와 두께를 고려하여 형성할 필요가 있다. 즉 상기한 바와 같이, 부동태층(41)은 칼코지나이드 채널층(4)의 표면에 형성한다. 그런데, 이 칼코지나이드는 온도에 민감한 성질을 갖고 있다. 예컨대, 칼코지나이드는 높은 온도에서 그 성질이 변화되므로, 고온 환경에서 부동태층(41)을 형성하게 되면, 칼코지나이드 채널층(4)을 구성하는 칼코지나이드가 변성되어, 바이오 센서로서의 역할을 수행하지 못할 수 있다. 따라서, PVD나 CVD와 같이 비교적 고온 환경에서 박막층을 형성하는 프로세스를 이용하여 부동태층을 형성할 경우, 그 하부의 칼코지나이드 채널층이 영향을 받을 수 있으므로, 비교적 저온(예컨대, 300℃ 이하)의 환경에서 박막층을 형성할 수 있는 프로세스, 즉 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 부동태층(41)을 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 부동태층의 두께가 너무 두꺼우면 칼코지나이드 채널층(4)을 외부의 환경으로부터 보호하는 기능은 향상될 수 있으나, 칼코지나이드 채널층의 본연의 기능, 즉 바이오 물질의 센싱 능력에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이러한 두 가지 상반적인 기능을 고려하여, 대략 5 nm 이하로 형성한다.
Subsequently, a channel layer 4 made of a chalcogenide material is formed on the gate insulating layer 3. As the chalcogenide channel layer 4, a compound selected from metal selenide, sulfide, telluride, oxide, and combinations thereof may be used, and the metal may be Cu, Zn, Cd, Ag, Ga, In, Sn, Hg. At least one of Ti and Pb. The chalcogenide channel layer 4 may include physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), sputtering, pulsed laser deposition (PLD), thermal evaporation, electron beam evaporation, and electron atomization. It may be formed using a deposition process such as layer deposition (ALD), molecular beam epitaxy (MBE), sol-gel deposition, solution phase deposition. On the other hand, according to the present invention, as shown in the figure, after forming the chalcogenide channel layer 4, a passivation layer 41 is formed on the surface thereof. In other words, the chalcogenide channel layer 4 formed according to the present invention controls and senses a substance adsorbed on the surface thereof, thereby enabling the TFT formed according to the present invention to be used as a biosensor. However, the chalcogenide channel layer may react with moisture or oxygen in the air to form a natural oxide film, thereby degrading its sensing function. To prevent this, the passivation layer 41 is formed on the surface of the chalcogenide channel layer 4 in such a manner as to suppress or control the natural oxide film. On the other hand, since the TFT manufactured according to the present invention is utilized as a biosensor, the passivation layer should not interfere with the material sensing ability of the chalcogenide channel layer. In other words, if the passivation layer is simply formed to block the chalcogenide channel layer from the external environment, the passivation layer may deteriorate the sensing capability of the chalcogenide channel layer and thus the TFT may not function as a biosensor. Therefore, according to the present invention, the passivation layer for controlling or suppressing the natural oxide film is formed on the surface of the chalcogenide channel layer to protect the chalcogenide channel layer, without degrading the sensing ability of the chalcogenide channel layer. Or forms a passivation layer with a material that increases its capacity. According to the inventor's observation, high-k dielectric materials such as oxides or nitrides such as SiOx, SiNx, AlN, BNx, Al2O3, HfO2, ZrO2, TiOx, TaOx, LaOx, YOx, GdOx, SeOx TeOx, etc. This is particularly suitable for this purpose. These high dielectric materials can be selected according to the biomaterial to be sensed. On the other hand, when forming the passivation layer 41, it is necessary to form in consideration of the temperature and thickness. That is, as described above, the passivation layer 41 is formed on the surface of the chalcogenide channel layer 4. By the way, this chalcogenide has a temperature sensitive property. For example, since chalcogenide has its properties changed at a high temperature, when the passivation layer 41 is formed in a high temperature environment, the chalcogenide constituting the chalcogenide channel layer 4 is denatured and serves as a biosensor. You may not be able to perform this. Therefore, when the passivation layer is formed by using a process of forming a thin film layer in a relatively high temperature environment such as PVD or CVD, the lower chalcogenide channel layer may be affected, so it is relatively low temperature (for example, 300 ° C. or lower). It is preferable to form the passivation layer 41 using a process capable of forming a thin film layer in an environment of A, namely, atomic layer deposition (ALD). On the other hand, if the thickness of the passivation layer is too thick, the function of protecting the chalcogenide channel layer 4 from the external environment can be improved, but adversely affects the natural function of the chalcogenide channel layer, that is, the sensing ability of the biomaterial. Can have Thus, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, considering these two opposing functions, it is formed to about 5 nm or less.
이어서, 도 1b에 도시한 바와 같이, 포토레지스트를 이용하여 패터닝을 수행한다. 즉 상기 채널층을 패터닝한 후, 소스/드레인 영역을 리프트오프 방법으로 패터닝하기 위하여, 포토레지스트(6)를 감광한다. 도 1b는 소스/드레인 영역이 개방된 상태를 보여준다.
Subsequently, as shown in FIG. 1B, patterning is performed using a photoresist. That is, after patterning the channel layer, the photoresist 6 is exposed to pattern the source / drain regions by the lift-off method. 1B shows an open state of the source / drain region.
후속하여, 소스/드레인 영역의 칼코지나이드 표면의 부동태층(4)을 제거하고 소스/드레인 전극 물질(51)을 증착한다(도 1c 참조). 소스/드레인 전극 물질로서, Al, W, Cu, Pt, TiN, TaN, Ti, Ta, Pt 등과 같은 금속 물질, doped Si 또는 WSix, NiSix, CoSix, TiSix 등과 같은 실리콘 금속 산화물을 이용할 수 있다. 한편, 도시한 바와 같이, 이러한 소스/드레인 전극 형성시 전극과 칼코지나이드 접촉면의 부동태층은 제거하여 소스/드레인 전극(5)과 칼코지나이드 채널층(4) 간의 접촉 저항을 줄이는 것이 바람직하다. 즉 전극과 채널층 사이에 부동태층이 있으면, 접촉 저항이 증가하여, 채널층을 통해 소스/드레인 사이에 흐르는 전류의 손실이 증가하다. 따라서, 이러한 전류의 손실(접촉 저항의 증가)을 방지하기 위하여, 소스/드레인 전극 형성시 전극과 칼코지나이드 접촉면의 부동태층을 제거하는 것이 바람직하다.
Subsequently, the passivation layer 4 of the chalcogenide surface of the source / drain regions is removed and the source / drain electrode material 51 is deposited (see FIG. 1C). As the source / drain electrode material, metal materials such as Al, W, Cu, Pt, TiN, TaN, Ti, Ta, Pt, and the like, doped Si or silicon metal oxides such as WSix, NiSix, CoSix, TiSix and the like can be used. On the other hand, it is desirable to reduce the contact resistance between the source / drain electrode 5 and the chalcogenide channel layer 4 by removing the passivation layer between the electrode and the chalcogenide contact surface when forming the source / drain electrode. . In other words, if there is a passivation layer between the electrode and the channel layer, the contact resistance increases, so that the loss of current flowing between the source / drain through the channel layer increases. Therefore, in order to prevent such loss of current (increase in contact resistance), it is desirable to remove the passivation layer between the electrode and the chalcogenide contact surface when forming the source / drain electrodes.
마지막으로, 리프트 오프 공정을 수행하여, 소스/드레인 전극(5)을 완성하여, 칼코지나이드 TFT 바이오 센서 소자를 구현한다(도 1d 참조).
Finally, the lift-off process is performed to complete the source / drain electrodes 5 to implement the chalcogenide TFT biosensor device (see FIG. 1D).
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 즉 본 발명은 후술하는 특허청구범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.While the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. That is, the present invention can be variously modified and modified within the scope of the claims to be described later, all of which are within the scope of the present invention. Accordingly, the invention is limited only by the claims and the equivalents thereof.
1: 기판
2: 게이트 전극
3: 게이트 절연막
4: 칼코지나이드 채널층
41: 부동태층
5: 소스/드레인 전극1: substrate
2: gate electrode
3: Gate insulating film
4: chalcogenide channel layer
41: passivation layer
5: source / drain electrodes
Claims (9)
기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
상기 게이트 절연막 상에 칼코지나이드 채널층을 형성하는 단계와;
상기 칼코지나이드 채널층 상에 원자층 증착법에 의해 부동태층을 형성하는 단계와;
포토레지스트를 이용하여, 소스/드레인 영역을 형성하고, 상기 소스/드레인 영역 상의 상기 부동태층을 제거하는 단계와;
소스/드레인 전극을 형성하는 단계
를 포함하고, 상기 부동태층은 상기 칼코지나이드 채널층을 외부의 환경으로부터 보호함과 아울러, 상기 채널층의 자연산화막에 의한 계면열화특성을 억제하여바이오 물질 센싱 감도를 향상시키는 고유전체 물질로 형성되고,
상기 부동태층은 SiOx, SiNx, AlN, BNx, PNx, HfO2, TiOx, TaOx, LaOx, YOx, GdOx, SeOx 및 TeOx 산화물 또는 질화물 또는 이들을 조합한 물질로 이루어지고, 상기 바이오 물질의 종류에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 칼코지나이드 박막 트랜지스터 기반 바이오 센서 제조 방법.A method for manufacturing a chalcogenide thin film transistor (TFT) based biosensor for detecting a desired biomaterial,
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the gate electrode;
Forming a chalcogenide channel layer on the gate insulating film;
Forming a passivation layer on the chalcogenide channel layer by atomic layer deposition;
Using a photoresist, forming a source / drain region and removing the passivation layer on the source / drain region;
Forming a source / drain electrode
The passivation layer is formed of a high dielectric material that protects the chalcogenide channel layer from an external environment and suppresses interfacial degradation characteristics caused by the natural oxide film of the channel layer to improve biosensing sensitivity. Become,
The passivation layer is made of SiOx, SiNx, AlN, BNx, PNx, HfO2, TiOx, TaOx, LaOx, YOx, GdOx, SeOx and TeOx oxides or nitrides or a combination thereof, and are selected according to the type of the biomaterial. Method for manufacturing a chalcogenide thin film transistor based biosensor, characterized in that.
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