KR101878848B1 - 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 감지소자의 감지 절연막과 구동소자의 다층 절연막을 동일 공정으로 형성하고, 감지영역 내의 보호막과 층간 절연막, 그리고 블로킹 산화막/질화막을 순차 식각함으로써, 열 산화막과 같은 고순도 절연막으로 감지 절연막을 얻게 되어 종래 다공성 산화막의 문제점을 해소하고, 감지소자의 액티브 영역인 실리콘 나노선 뿐만 아니라 감지 절연막의 물리적 손상을 줄일 수 있게 되었고, 구동소자의 다층 절연막 중 전하저장층으로 전자나 정공 주입을 함으로써, 문턱전압을 조절로 바이오센서의 감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 바이오센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 나노선에 구현되어 문턱전압을 조절할 수 있는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 이동식 건강 진단 시스템이나 환경 오염도 측정에 대한 관심이 증가함에 따라 다양한 감지 원리를 가진 바이오센서들이 개발되고 있다.
그 중에 실리콘 나노선 전계효과 트랜지스터(FET: Field-Effect Transistor)를 통하여 제작된 바이오센서는 높은 민감도를 가질 수 있고, 지시 물질이 필요 없으며, 회로를 이용한 감지 시스템을 구축하기가 간편하여 차세대 바이오센서로서 많은 연구가 진행되고 있다.
실리콘 나노선 FET 기반의 바이오센서는, 도 1과 같이, 일반적인 모스펫(MOSFET)과 구조가 유사하나, 센서의 채널 부분이 개방(open)되어 물질을 감지하는 감지영역(Sensing Area)으로 사용되고, 이곳에 타깃 물질을 포함한 용액에 노출시켜 감지하는 liquid gate 구조를 갖게 된다.
FET 기반의 바이오센서는 게이트 절연막에 붙은 타깃 물질의 전하에 따라 감지소자(FET)의 전류나 저항 등 전기적 특성이 변화하게 되는데, 이를 읽어 타깃 물질을 감지하게 된다. 도 2 및 도 3은 각각 n형 실리콘 나노선 FET(n-type SiNW)와 p형 실리콘 나노선 FET(p-type SiNW)로 pH가 증가할수록 OH- 이온에 의한 채널 전위에 영양을 주어 전류-전압 특성이 양의 방향으로 평행 이동됨을 보여준다.
바이오센서에 일반적 MOSFET 구조가 아닌 Tunnel FET의 비대칭 도핑구조를 가지게 되면, 양방향 전류 특성을 이용해 여러 물질을 하나의 소자 내에서 선택적으로 감지할 수 있는 다중 센싱 소자로 구현할 수 있다. 이에 관해서는 본 출원인에 의해 등록된 한국 등록특허 10-1657988호를 참조할 수 있다.
Tunnel FET를 활용한 실리콘 나노선 바이오센서는 MOSFET 기반의 바이오센서에 비하여 우수한 subthreshold swing(SS)과 양방향 전류 특성, 낮은 구동 전압을 갖고 있으며, 이를 바탕으로 고감도, 다중 감지 및 저전력 센서로서 연구될 가능성이 있다.
그러나, 종래 Tunnel FET 구조뿐만 아니라 MOSFET 기반의 실리콘 나노선 바이오센서는 공정 진행 과정에서 감지 물질을 부착시키기 위하여 실리콘 나노선이 노출되도록 주변 절연체를 식각해야 하는데, 이 과정에서 나노선이 손상을 입어 센서로서의 감지성능 및 FET로서의 전기적 특성이 열화 되는 문제점이 있다.
그리고, 도 1과 같은 liquid gate 구조를 갖게 될 경우, 도 4와 같이, 용액 속의 이온이 게이트 절연막 내부로 침투하여 시간에 따라 측정 전류가 변화하는 drift 현상이 발생하여 정확한 전류의 측정과 분석에 어려움을 주고 있다. 이는 종래 게이트 절연막을 채널 부분이 개방된 감지영역 내에서 실리콘 나노선을 노출시켜 상온에서 자연 생성한 실리콘 산화막으로 형성하기 때문에, 다공성(porous)으로 인해 이온의 침투가 쉽게 일어나기 때문인 것으로 파악된다.
이에, 본 발명은 상기 종래 실리콘 나노선 바이오센서의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 산화막-질화막-산화막의 적층 구조를 이용하여 감지영역 내에 실리콘 나노선과 센싱 산화막의 식각으로부터 비롯되는 물리적 손상으로부터 원천적으로 보호함과 동시에, 연결된 회로 부분의 소자(구동소자)에서는 질화막 내로의 전자 또는 정공 주입을 통한 program/erase 효과로 문턱전압을 조절할 수 있는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서는 반도체 기판의 절연층 상에 감지소자와 구동소자가 서로 이격되어 형성된 바이오센서에 있어서, 상기 감지소자는 상기 절연층 상에 제 1 채널영역을 사이에 두고 형성된 제 1 소스 영역 및 제 1 드레인 영역, 상기 제 1 채널영역 상에 형성된 감지 절연막 및 상기 감지 절연막 상에 피 감지물질을 담을 수 있도록 구비된 게이트 공간부를 포함하여 구성되고, 상기 구동소자는 상기 절연층 상에 제 2 채널영역을 사이에 두고 형성된 제 2 소스 영역 및 제 2 드레인 영역, 상기 제 2 채널영역 상에 구비된 전하저장층을 포함하는 다층 절연막 및 상기 다층 절연막 상에 형성된 게이트를 포함하여 구성되고, 상기 제 1 소스 영역과 상기 제 2 드레인 영역은 전기적으로 연결되어 상기 바이오센서의 출력단으로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 소스 영역과 상기 제 1 드레인 영역은 서로 반대 도전형으로 형성된 것을 본 발명에 의한 바이오센서의 다른 특징으로 한다.
상기 제 1, 2 소스 영역 및 상기 제 1, 2 드레인 영역은 모두 n형 도전형으로 형성된 것을 본 발명에 의한 바이오센서의 다른 특징으로 한다.
상기 제 1, 2 소스 영역, 상기 제 1, 2 채널 영역 및 상기 제 1, 2 드레인 영역은 SOI(Si-On-Insulator) 기판의 실리콘 나노선으로 형성된 것을 본 발명에 의한 바이오센서의 다른 특징으로 한다.
상기 다층 절연막은 상기 제 2 채널영역으로부터 터널링 산화막, 질화막 및 블로킹 산화막의 순으로 적층되어 형성된 것이고, 상기 감지 절연막은 상기 터널링 산화막과 동일한 열 산화막인 것을 본 발명에 의한 바이오센서의 다른 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제조방법은 SOI 기판에 실리콘 나노선을 형성하여 감지소자와 구동소자의 각 액티브 영역을 정의하는 제 1 단계; 상기 각 액티브 영역에 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 형성하는 제 2 단계; 상기 각 액티브 영역 상에 다층 절연막을 형성하고 상기 구동소자의 액티브 영역의 상기 다층 절연막 상에 게이트를 형성하는 제 3 단계; 상기 다층 절연막과 상기 게이트를 포함한 상기 기판상에 층간 절연막을 형성하는 제 4 단계; 상기 층간 절연막을 평탄화한 후 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역을 전기적으로 컨택하기 위한 비어홀 공정 및 상기 감지소자와 구동소자를 서로 전기적으로 연결하기 위한 금속공정을 수행하는 제 5 단계; 상기 금속공정으로 형성된 배선을 보호막으로 덮기 위한 패시베이션(Passivation) 공정을 수행하는 제 6 단계; 및 상기 보호막 위에 감광막을 도포하여 식각 마스크를 형성한 후 상기 감지소자의 액티브 영역 상에 형성된 상기 다층 절연막이 드러나게 상기 보호막 및 상기 층간 절연막을 선택 식각하여 피 감지물질을 담을 수 있는 게이트 공간부를 만드는 제 7 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 다층 절연막은 상기 각 액티브 영역으로부터 터널링 산화막, 질화막 및 블로킹 산화막의 순으로 적층되어 형성된 것을 본 발명에 의한 바이오센서 제조방법의 다른 특징으로 한다.
상기 제 7 단계 이후 상기 다층 절연막 중 상기 감지소자의 상기 블로킹 산화막 및 상기 질화막을 식각하는 공정을 더 진행하는 것을 본 발명에 의한 바이오센서 제조방법의 다른 특징으로 한다.
상기 터널링 산화막은 열 산화막이고, 상기 블로킹 산화막의 식각은 HF에 의한 습식식각으로, 상기 질화막의 식각은 H3PO4에 의한 습식식각으로 하는 것을 본 발명에 의한 바이오센서 제조방법의 다른 특징으로 한다.
상기 제 5 단계의 금속공정은 상기 감지소자의 소스 영역과 상기 구동소자의 드레인 영역이 하나의 금속배선으로 연결되어 바이오센서의 출력단으로 형성하는 것을 본 발명에 의한 바이오센서 제조방법의 다른 특징으로 한다.
본 발명은 감지소자의 감지 절연막과 구동소자의 다층 절연막을 동일 공정으로 형성하고, 감지영역 내의 보호막과 층간 절연막, 그리고 블로킹 산화막/질화막을 순차 식각함으로써, 열 산화막과 같은 고순도 절연막으로 감지 절연막을 얻게 되어 종래 다공성 산화막의 문제점을 해소하고, 감지소자의 액티브 영역인 실리콘 나노선 뿐만 아니라 감지 절연막의 물리적 손상을 줄일 수 있게 되었고, 구동소자의 다층 절연막 중 전하저장층으로 전자나 정공 주입을 함으로써, 문턱전압을 조절로 바이오센서의 감도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 실리콘 나노선 FET 기반 바이오센서의 기본 구조도이다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1의 구조를 갖는 n형 실리콘 나노선 FET(n-type SiNW)와 p형 실리콘 나노선 FET(p-type SiNW)로 pH 값의 변화에 따른 전류-전압 특성도이다.
도 4는 liquid gate 구조를 갖는 종래 p채널 SiNW(a)와 n채널 SiNW(b)의 바이오센서에서 다공성 게이트 산화막으로 인해 시간에 따라 측정 전류가 변화하는 drift 현상이 발생 됨을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 바이오센서 제조방법의 공정도이다.
도 6은 도 5(d)의 본 발명의 일 실시 예에 의한 바이오센서의 회로도이다.
도 7은 도 5(d) 및 도 6의 본 발명의 일 실시 예에 의한 바이오센서에서 구동소자의 전하저장층에 전자를 주입한 정도에 따라 문턱전압을 조절할 수 있음을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 8은 구동소자의 문턱전압에 따른 바이오센서의 전달특성을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 9는 문턱전압에 따른 바이오센서의 감도를 보여주는 전기적 특성도이다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1의 구조를 갖는 n형 실리콘 나노선 FET(n-type SiNW)와 p형 실리콘 나노선 FET(p-type SiNW)로 pH 값의 변화에 따른 전류-전압 특성도이다.
도 4는 liquid gate 구조를 갖는 종래 p채널 SiNW(a)와 n채널 SiNW(b)의 바이오센서에서 다공성 게이트 산화막으로 인해 시간에 따라 측정 전류가 변화하는 drift 현상이 발생 됨을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 바이오센서 제조방법의 공정도이다.
도 6은 도 5(d)의 본 발명의 일 실시 예에 의한 바이오센서의 회로도이다.
도 7은 도 5(d) 및 도 6의 본 발명의 일 실시 예에 의한 바이오센서에서 구동소자의 전하저장층에 전자를 주입한 정도에 따라 문턱전압을 조절할 수 있음을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 8은 구동소자의 문턱전압에 따른 바이오센서의 전달특성을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 9는 문턱전압에 따른 바이오센서의 감도를 보여주는 전기적 특성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 본 발명에 의한 바이오센서는, 도 5 및 도 6과 같이, 기본적으로 반도체 기판의 절연층(BOX) 상에 감지소자(1)와 구동소자(2)가 서로 이격되어 형성된다.
여기서, 상기 감지소자(1)는 상기 절연층(BOX) 상에 제 1 채널영역(13)을 사이에 두고 형성된 제 1 소스 영역(15) 및 제 1 드레인 영역(11), 상기 제 1 채널영역(13) 상에 형성된 감지 절연막(22) 및 상기 감지 절연막(22) 상에 피 감지물질을 담을 수 있도록 구비된 게이트 공간부(30)를 포함하여 구성된다.
상기 구동소자(2)는 상기 절연층(BOX) 상에 제 2 채널영역(14)을 사이에 두고 형성된 제 2 소스 영역(16) 및 제 2 드레인 영역(12), 상기 제 2 채널영역(14) 상에 구비된 전하저장층을 포함하는 다층 절연막(20) 및 상기 다층 절연막(20) 상에 형성된 게이트(40)를 포함하여 구성된다.
상기 감지소자(1)의 제 1 소스 영역(15)과 상기 구동소자(2)의 제 2 드레인 영역(12)은 하나의 배선(60)으로 전기적으로 연결되어 바이오센서의 출력단(VOUT)이 된다.
그리고, 도 5(d)와 도 6을 함께 참조하면, 상기 감지소자(1)의 제 1 드레인 영역(11)에 컨택하는 배선(50)은 바이오센서의 공급단(VDD)이, 상기 구동소자(2)의 제 2 소스 영역(16)에 컨택하는 배선(70)은 바이오센서의 접지단(VSS)이 각각 될 수 있다.
상기 감지소자(1)의 게이트 공간부(30)는, 도 6과 같이, 액상의 피 감지물질이 담기게 되고, 피 감지물질 속에 잠긴 게이트 전극을 통해 감지전압(VLG)이 인가된다. 상기 구동소자(2)의 게이트(40)에는 입력단으로 구동전압(VGS)이 인가된다.
상기 제 1 소스 영역(15)과 상기 제 1 드레인 영역(11)은 서로 반대 도전형으로 형성되어 감지소자(1)를 Tennel FET로 구현할 수도 있다.
다른 실시 예로, 상기 제 1, 2 소스 영역(15, 16) 및 상기 제 1, 2 드레인 영역(11, 12)은 모두 n형 또는 p형 도전형으로 형성할 수도 있고, CMOS 공정에 따라 감지소자(1)의 제 1 소스 영역(15) 및 제 1 드레인 영역(11)은 p형, 구동소자(2)의 제 2 소스 영역(16) 및 제 2 드레인 영역(12)은 n형으로 형성할 수도 있다.
상기 제 1, 2 소스 영역(15, 16), 상기 제 1, 2 채널 영역(13, 14) 및 상기 제 1, 2 드레인 영역(11, 12)은 벌크 실리콘 기판에 형성될 수도 있으나, SOI(Si-On-Insulator) 기판에 실리콘 나노선으로 형성된 것이 바람직하다. 후자의 경우 상기 절연층은 매몰산화막(BOX)이 된다.
여기서, 상기 실리콘 나노선의 선폭은 수십 나노미터(nm), 예컨대 15~20 nm일 수 있다.
상기 다층 절연막(20)은 전자나 정공을 저장할 수 있는 전하저장층을 포함하는 2층 이상 복수 개의 층으로 형성될 수 있다. 구체적인 예로, 도 5(d)와 같이, 상기 제 2 채널영역(14)으로부터 터널링 산화막(Tunneling Oxide)/질화막(Nitride)/블로킹 산화막(Blocking Oxide) 순으로 적층되어 형성된 것일 수 있다. 이때, 질화막(Nitride)이 전하저장층으로 기능을 하게 된다. 터널링 산화막과 블로킹 산화막은 SiO2이고, 질화막은 Si3N4로 조성을 가질 수 있다.
한편, 상기 감지 절연막(22)은 바이오 분자나 이온이 결합할 수 있는 특성이 있는 물질은 모두 가능하나, 상기 터널링 산화막(Tunneling Oxide)과 동일한 열 산화막(Thermal oxide)로 형성함 바람직하다. 이렇게 함으로써, 전체 공정을 간단히 하면서도 고순도 절연막으로 감지 절연막(22)을 형성할 수 있게 되어 종래 다공성 산화막의 문제점을 해소할 수 있게 된다.
도 7 내지 도 9는 도 5(d)에 도시된 본 발명에 의한 바이오센서의 구체적인 실시 예에 따른 구조로 시뮬레이션을 통해 얻은 전기적 특성도이다.
도 7에 의하면, 구동소자(2)의 게이트(40)에 구동전압(VGS)으로 10V의 크기로 프로그램 시간(tpgm)을 달리하며 구형파 전압을 인가하였을 경우 전하저장층인 질화막(Si3N4)에 터널링 산화막(SiO2)을 통해 전자(electron)가 주입되는 정도에 따라 문턱전압(VT)이 조절될 수 있음을 알 수 있다.
도 8은 도 6에서 감지소자(1)의 감지전압(VLG)은 1.5V, 바이오센서의 공급단(VDD)은 1.0V를 각각 인가하며, 구동소자(2)의 문턱전압(VT)을 0.7V와 1.1V로 서로 달리한 상태에서, 바이오센서의 입력단인 구동소자(2)의 게이트(40)에 인가된 전압(VGS)에 대한 바이오센서의 출력단 전압(VOUT) 관계, 즉 바이오센서의 전달특성을 보여주는 전기적 특성도이다.
도 8에 의하면, 구동소자(2)로 문턱전압(VT)을 1.1V로 하였을 때보다 0.7V로 하였을 때, 아래 수식 1로 정의된 바이오센서의 감도(sensitivity)가 더 높음을 알 수 있다.
[수식 1]
바이오센서의 감도(sensitivity)=△VOUT/△pH
도 9는 문턱전압에 따른 바이오센서의 감도를 보여주는 전기적 특성도이다.
도 7 내지 도 9를 통하여, 구동소자(2)로 문턱전압(VT)을 조절함으로써, 바이오센서의 감도를 높일 수 있음을 알 수 있다.
특히, 하나의 기판에 복수 개의 바이오센서를 형성할 경우, 각 바이오센서를 이루는 구동소자로 문턱전압(VT)을 조절함으로써, 서로 균일한 감도를 가질 수 있게 할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하며, 상술한 바이오센서를 구현할 수 있는 본 발명에 의한 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반 바이오센서의 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저, SOI 기판에 수십 나노미터(nm) 선폭을 갖는 실리콘 나노선을 형성하여 감지소자(1)와 구동소자(2)의 각 액티브 영역을 정의한다(제 1 단계).
상기 각 액티브 영역에 공지의 Tennel FET 공정 또는 CMOS 공정 등에 따라 불순물 주입으로 소스/채널/드레인 영역을 형성한다(제 2 단계).
상기 각 액티브 영역 상에 전하저장층을 갖는 다층 절연막을 형성하고 상기 구동소자(2) 영역의 상기 다층 절연막 상에 게이트를 형성한다(제 3 단계).
이때, 상기 다층 절연막은 상기 각 액티브 영역으로부터 터널링 산화막/질화막/블로킹 산화막 순으로 적층되어 형성될 수 있고, 상기 터널링 산화막은 열 산화공정으로 고순도의 열 산화막인 실리콘 산화막(SiO2)을 얻는다.
상기 다층 절연막과 상기 게이트를 포함한 상기 기판상에 층간 절연막(ILD)을 형성한다(제 4 단계).
상기 층간 절연막을 평탄화한 후 상기 소스/드레인 영역을 전기적으로 컨택하기 위한 비어홀 공정 및 상기 감지소자(1)와 구동소자(2)를 서로 전기적으로 연결하기 위한 금속공정을 수행하여 배선(50, 60, 70)을 형성한다(제 5 단계).
이때, 상기 금속공정 속에서 감지소자(1)의 소스 영역(15)과 구동소자(2)의 드레인 영역(12)이 하나의 금속배선(60)으로 연결된 바이오센서의 출력단(VOUT)을 형성할 수 있다.
상기 배선(50, 60, 70)을 보호막으로 덮기 위한 패시베이션(Passivation) 공정을 수행한다(제 6 단계).
상기 보호막 위에 감광막을 도포하여, 도 5(a)와 같이, 식각 마스크(PR)를 형성한 후, 도 5(b)와 같이, 상기 감지소자(1)의 액티브 영역 상에 형성된 상기 다층 절연막이 드러나게 상기 보호막 및 상기 층간 절연막을 선택 식각하여 피 감지물질을 담을 수 있는 게이트 공간부(30)를 만든다(제 7 단계).
상기 제 7 단계 이후, 도 5(c) 및 도 5(d)와 같이, 상기 게이트 공간부(30)로 드러난 상기 다층 절연막 중 상기 블로킹 산화막 및 상기 질화막을 순차 식각하는 공정을 더 진행하여 상기 터널링 산화막만 남겨 둘 수 있다. 이렇게 남겨진 터널링 산화막이 감지소자(1)의 감지 절연막(22)이 된다.
상기 블로킹 산화막의 식각은 HF에 의한 습식식각으로, 상기 질화막의 식각은 H3PO4에 의한 습식식각으로 각각 진행할 수 있다.
이렇게 함으로써, 감지소자(1)의 액티브 영역인 실리콘 나노선, 특히 채널 영역(13)뿐만 아니라 감지 절연막(22)을 고순도의 열 산화막으로 물리적 손상 없이, 그리고 구동소자(2)와 함께 같은 공정 흐름 속에서 형성할 수 있게 된다.
기타 미설명된 공정 내용은 공지의 Tennel FET 공정, CMOS 공정 등에 의할 수 있다.
1: 감지소자 2: 구동소자
11: 제 1 드레인 영역 12: 제 2 드레인 영역
13: 제 1 채널 영역 14: 제 2 채널 영역
15: 제 1 소스 영역 16: 제 2 소스 영역
20: 다층 절연막 22: 감지 절연막
30: 게이트 공간부 40: 게이트
50, 60, 70: 배선
11: 제 1 드레인 영역 12: 제 2 드레인 영역
13: 제 1 채널 영역 14: 제 2 채널 영역
15: 제 1 소스 영역 16: 제 2 소스 영역
20: 다층 절연막 22: 감지 절연막
30: 게이트 공간부 40: 게이트
50, 60, 70: 배선
Claims (10)
- 반도체 기판의 절연층 상에 감지소자와 구동소자가 서로 이격되어 형성된 바이오센서에 있어서,
상기 감지소자는 상기 절연층 상에 제 1 채널영역을 사이에 두고 형성된 제 1 소스 영역 및 제 1 드레인 영역, 상기 제 1 채널영역 상에 형성된 감지 절연막 및 상기 감지 절연막 상에 피 감지물질을 담을 수 있도록 구비된 게이트 공간부를 포함하여 구성되고,
상기 구동소자는 상기 절연층 상에 제 2 채널영역을 사이에 두고 형성된 제 2 소스 영역 및 제 2 드레인 영역, 상기 제 2 채널영역 상에 구비된 전하저장층을 포함하는 다층 절연막 및 상기 다층 절연막 상에 형성된 게이트를 포함하여 구성되고,
상기 제 1 소스 영역과 상기 제 2 드레인 영역은 전기적으로 연결되어 상기 바이오센서의 출력단으로 하는 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 소스 영역과 상기 제 1 드레인 영역은 서로 반대 도전형으로 형성된 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2 소스 영역 및 상기 제 1, 2 드레인 영역은 모두 n형 도전형으로 형성된 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1, 2 소스 영역, 상기 제 1, 2 채널 영역 및 상기 제 1, 2 드레인 영역은 SOI(Si-On-Insulator) 기판의 실리콘 나노선으로 형성된 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서.
- 제 4 항에 있어서,
상기 다층 절연막은 상기 제 2 채널영역으로부터 터널링 산화막, 질화막 및 블로킹 산화막의 순으로 적층되어 형성된 것이고,
상기 감지 절연막은 상기 터널링 산화막과 동일한 열 산화막인 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서.
- SOI(Si-On-Insulator) 기판에 실리콘 나노선을 형성하여 감지소자와 구동소자의 각 액티브 영역을 정의하는 제 1 단계;
상기 각 액티브 영역에 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 형성하는 제 2 단계;
상기 각 액티브 영역 상에 다층 절연막을 형성하고 상기 구동소자의 액티브 영역의 상기 다층 절연막 상에 게이트를 형성하는 제 3 단계;
상기 다층 절연막과 상기 게이트를 포함한 상기 기판상에 층간 절연막을 형성하는 제 4 단계;
상기 층간 절연막을 평탄화한 후 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역을 전기적으로 컨택하기 위한 비어홀 공정 및 상기 감지소자와 구동소자를 서로 전기적으로 연결하기 위한 금속공정을 수행하는 제 5 단계;
상기 금속공정으로 형성된 배선을 보호막으로 덮기 위한 패시베이션(Passivation) 공정을 수행하는 제 6 단계; 및
상기 보호막 위에 감광막을 도포하여 식각 마스크를 형성한 후 상기 감지소자의 액티브 영역 상에 형성된 상기 다층 절연막이 드러나게 상기 보호막 및 상기 층간 절연막을 선택 식각하여 피 감지물질을 담을 수 있는 게이트 공간부를 만드는 제 7 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 제조방법.
- 제 6 단계에 있어서,
상기 다층 절연막은 상기 각 액티브 영역으로부터 터널링 산화막, 질화막 및 블로킹 산화막의 순으로 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 7 단계 이후 상기 다층 절연막 중 상기 감지소자의 상기 블로킹 산화막 및 상기 질화막을 식각하는 공정을 더 진행하는 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 터널링 산화막은 열 산화막이고,
상기 블로킹 산화막의 식각은 HF에 의한 습식식각으로, 상기 질화막의 식각은 H3PO4에 의한 습식식각으로 하는 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 제조방법.
- 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 5 단계의 금속공정은 상기 감지소자의 소스 영역과 상기 구동소자의 드레인 영역이 하나의 금속배선으로 연결되어 바이오센서의 출력단으로 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 절연막을 갖는 전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 제조방법.
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| KR20110037283A (ko) * | 2009-10-06 | 2011-04-13 | 한국전자통신연구원 | 바이오 센서 어레이 소자 및 그 제작 방법과 바이오 센서 칩 및 그 제작 방법 |
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