KR101954250B1 - Fet형 센서 어레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 FET형 센서 어레이에 관한 것이다. 상기 FET형 센서 어레이는 다수 개의 FET형 센서들이 하나의 기준점으로부터 임의의 거리에 배치된 것을 특징으로 하고, 상기 각 FET형 센서의 동일 영역이 기준점과 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 FET형 센서는 제어 전극, 플로팅 전극, 상기 제어 전극과 플로팅 전극의 사이에 위치한 감지 물질층, 상기 플로팅 전극의 하부의 양측에 형성된 소스/드레인 영역을 구비한다. 본 발명에 따른 FET형 센서 어레이는, 이를 구성하는 FET형 센서의 소형화, 그리고 센서에 내장된 마이크로 히터 및 감지 물질층 주변 공기층의 새로운 디자인을 통해서 마이크로 히터의 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 센서들을 효율적으로 배치하여 센서 어레이가 차지하는 면적을 줄일 수 있고, 인접한 마이크로 히터에 의해서도 감지 물질을 가열할 수 있게 되어 전체 전력 소모 또한 줄일 수 있다.

Description

FET형 센서 어레이{FET-TYPE SENSOR ARRAY}
본 발명은 FET형 센서 어레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제어 전극에 수평 방향으로 형성된 플로팅 전극을 갖는 실리콘 기반 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 형의 센서들로 이루어진 FET형 센서 어레이, 그리고 각 센서에 내장된 마이크로 히터를 포함하는 FET형 센서 어레이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 센서들의 창의적이고 효율적인 배치를 통해 열적 및 기계적 안정성을 보장하고, 크기 및 전체 전력 소모를 크게 줄일 수 있는 FET형 센서 어레이에 관한 것이다. 바람직하게는 다양한 가스를 감지하는 센서에 응용될 수 있다.
최근 환경 문제의 원인이 되고 있는 유해 가스들을 비롯한 여러 가지 가스들을 감지하기 위해서 다양한 구조의 가스 센서가 개발되고 있다. 그 종류로는 대표적으로 반도체를 감지 물질로 갖는 저항형 가스 센서, 적외선을 이용한 가스 센서, 광학식 가스 센서 그리고 FET형 가스 센서가 있으며, 그 중에서 특히 소형화가 가능하고, 저전력으로 구동이 가능하며, 저잡음 증폭 회로와 같은 CMOS 회로와의 융합이 가능한 FET형 가스 센서에 대한 연구가 점차 증가하고 있다.
반면, 가스 센서 어레이의 분야에서는, 가스 센서 어레이에 패턴 인식 회로나 소프트웨어를 사용하여 여러 가스들을 구분하여 검출하는데, 가스 센서 어레이로는 주로 서로 다른 감지 물질이 증착된 기존의 저항형 가스 센서 기반인 것이 대부분이다.
한편, 가스 감지 시에 가스 종류뿐만 아니라 가스의 농도 및 주변 온도와 같은 외부 환경의 변화에 따라서 가스 감지 특성이 달라지는데, 특히 주변 온도는 가스 민감도와 가스 반응 및 회복 속도에 영향을 주는 요인이다.
가스 센서는 가스 감지 물질과 감지하고자 하는 가스의 종류마다 그 민감도가 최대가 되는 최적 온도가 있으며, 일반적으로 주변 온도가 높을수록 가스 반응 및 회복 속도가 빨라지는 특성을 가진다. 기존의 가스 센서 분야에서는 다양한 형태의 히터를 도입하여 가스 감지 특성을 개선하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 본 발명에 따른 센서는 주로 다양한 가스 감지에 적용될 수 있고, 그 외 다른 센서(예로서 미세 입자 센서, 중금속 센서 등)로도 응용될 수 있다.
기존에 발표되었던 문헌들을 보면 특허문헌 1에서는 반도체성 금속 산화물을 감지 물질로 가지는 저항형 가스 센서를 일정한 간격으로 배치한 가스 센서 어레이를 소개한다. 각 가스 센서는 가스 감지 시의 주변 온도를 제어할 수 있는 마이크로 히터와 그 주변 온도를 감지할 수 있는 온도 센서가 내장되어 있다. 하지만 가스 센서 어레이를 구성하는 가스 센서가 저항형 구조이고, 각 가스 센서 간의 거리가 상당히 멀어 전체 면적이 크다. 또, 비교적 크기가 큰 저항형 구조의 가스 센서이므로, 이러한 가스 센서의 감지 물질층을 가열하기 위해서는 더 많은 전력을 소모하게 된다.
특허문헌 2에서는 본 발명에서 제안하는 가스 센서 어레이를 구성하는 종래의 FET형 가스 센서의 기본적인 구조와 장점을 보여준다. 종래의 FET형 가스 센서는 기본적으로 수평방향으로 제어 전극 및 플로팅 전극을 형성하고 이들 사이에 감지 물질층이 존재하며 제어 전극 근처에 마이크로 히터 및 공기층을 포함할 수 있는 구조이다. 종래의 FET형 가스 센서는 이러한 구조에 의해 일함수 변화, 유전상수 변화에 따른 커패시턴스 변화, 전하 생성/소멸, 기전력 발생 등의 감지기작(mechanism)을 이용한다. 이 센서는 기존 센서에 비해 전력 소모를 크게 줄일 수 있고, 같은 감지 물질을 사용하더라고 감지 기구를 바꾸어 다양한 가스를 정확하게 감지할 수 있는 특징이 있다. 또한 감지 물질은 소자제작의 마지막 단계에서 이루어져 오염에 따른 문제가 없다. 그리고 이러한 구조를 제안함으로써, 수직방향으로 형성된 플로팅 전극 및 제어 전극, 감지 물질층을 갖는 기존의 FET형 가스 센서가 가지는 문제점인, 감지 물질 선택의 제한, 기생 용량성분으로 인한 제어 전극 및 플로팅 전극 사이의 낮은 coupling ratio, 낮은 감지 감도 및 큰 전력 소모, 그리고 공정의 복잡도로 발생하는 높은 제조 비용 등을 개선할 수 있다.
하지만, 전술한 가스 센서들을 배치한 어레이에 관해서는 그 구조와 그에 따른 기대되는 효과에 대한 매우 간략하게 기술되어 있다. 따라서 본 발명에서는 종래의 제안된 수평형 플로팅 전극을 갖는 FET형 가스 센서들로 구성되는 가스 센서 어레이에 대해 구체적이며 효율적인 배치, 각 가스 센서에 내장된 마이크로 히터 및 공기층의 효율적인 설계를 제안하고자 한다. 본 발명에 따른 센서 어레이 구조를 통해, 기존의 가스 센서 어레이에 비해 전체 면적과 전체 전력 소모를 크게 줄일 수 있다.
특허문헌 3에서는 특허 문헌 1에서 3차원 핀펫형 가스센서에 관한 것으로, 플로팅 전극을 핀 형태로 돌출된 반도체 바디를 감싸며 형성되도록 하여 채널의 폭을 넓혀 드레인 전류를 크게 함으로써, 센서의 감도를 높일 수 있는 장점을 지닌다.
비특허문헌 1에서 소개된 가스 센서 어레이는 저항형 가스 센서 8 개로 이루어지며, 각 가스 센서에는 티타늄(Ti) 과 백금(Pt) 이 순서대로 증착된 마이크로 히터를 가진다. 감지 물질로는 산화 주석(SnO2)을 사용하며, 에탄올(C2H5OH)에 대한 감지 선택성(selectivity)을 갖는 것을 확인하였다. 마이크로 히터의 열 손실을 줄이기 위한 공기층은 기존에 보고된 다른 연구 사례들과 같이 기판 뒷면에서부터 형성되지 않고, 기판의 윗면에서부터 실리콘 비등방성 식각을 통해 형성하여 열적 특성이 개선된다. 반면, 가스 센서가 저항형 구조로, 제조 수율 문제를 해결하기 위해 감지 물질층이 차지하는 면적이 50 ㎛ × 50 ㎛로 그 크기가 매우 크고, 이로 인해 감지 물질층을 가열하기 위한 마이크로 히터의 전력 소모가 증가하며, 8 개의 가스 센서를 포함하는 가스 센서 어레이의 크기도 2 ㎜ × 4 ㎜ 로 매우 크다.
비특허문헌 2에서 소개된 가스 센서 어레이를 구성하는 가스 센서는 얇은 실리콘 채널 다발을 갖고 실리콘 기판을 제어 전극으로 하는 FET형 구조이며, 실리콘 채널에 금속 물질인 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 금(Au)을 도핑하여 그에 따른 다양한 가스들의 감지 특성을 분석하였다. 그리고 가스 센서의 주변에 크롬(Cr)과 금(Au)이 순차적으로 증착된 마이크로 히터가 형성되어 있어서, 이 마이크로 히터의 가열을 통해 감지 물질층에 흡착된 가스들의 탈착 속도를 개선시켰다. 하지만 마이크로 히터에서 생성되는 열의 손실을 막기 위한 공기층이 존재하지 않고, 마이크로 히터가 가스 센서 주변의 넓은 면적을 차지하고 있어 불필요하게 많은 전력이 소모되는 단점이 있으며, 가스 센서 어레이도 그 크기가 매우 크다. 따라서 기존의 발표된 가스 센서 어레이가 갖는 문제점을 해결할 수 있는 새로이 디자인된 가스 센서 어레이의 개발이 요구되고 있다.
1. 미국 공개특허공보 US 2016/0187279 A1 2. 한국등록특허공보 제10-1427348호 3. 한국등록특허공보 제10-1495627호
1. Yaowu Mo et al., "Micro-machined gas sensor array based on metal film micro-heater," Sensors and Actuators B: Chemical, pp. 175-181, No. 79, 2001 2. Hossain Mohammad Fahad et al., "Room temperature multiplexed gas sensing using chemical-sensitive 3.5-nm-thin silicon transistors" Science Advances, e1602557, No. 3, 2017
본 발명은 저항형 센서 혹은 FET형 센서가 다수 개로 구성되는 기존의 센서 어레이가 갖는 단점인, 불필요하게 큰 센서 어레이의 면적과 이에 따른 높은 마이크로 히터의 전력 소모, 그리고 공정의 복잡도로 인한 높은 제조 비용 등을 개선하고자 제안되었다. 본 발명에서 센서 어레이를 구성하는 수평형 플로팅 전극을 갖는 FET형 센서의 효율적인 배치과 마이크로 히터 및 공기층의 효율적 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 FET형 센서 어레이는, 다수 개의 FET형 센서들이 하나의 기준점으로부터 임의의 거리에 배치된 것을 특징으로 하고,
상기 FET형 센서는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 돌출되게 구비된 반도체 바디; 상기 반도체 바디의 측면에 구비된 격리 절연막; 상기 반도체 바디 상에 구비된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 및 상기 격리 절연막 상에 구비된 플로팅 전극; 상기 플로팅 전극 상에 적어도 구비된 보호 절연막; 상기 플로팅 전극의 적어도 일 측면과 마주하며 수평으로 이격되어 구비된 제어 전극; 상기 제어 전극 및 상기 플로팅 전극의 적어도 수평으로 대향하는 측벽 상에 배치되되 상기 플로팅 전극과는 보호 절연막을 사이에 두고 구비된 감지 물질층; 및 상기 플로팅 전극을 사이에 두고 상기 반도체 바디에 구비된 소스/드레인 영역을 포함하며, 상기 각 FET형 센서의 동일 영역(예: 제어 전극)이 기준점과 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
전술한 특징에 따른 FET형 센서 어레이에 있어서, 다수 개의 상기 FET형 센서들의 감지 물질층들은, 성분이 다른 다수 개의 감지 물질들로 이루어지되, 각 감지 물질은 하나 또는 둘 이상의 FET형 센서에 적용된 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 FET형 센서 어레이에 있어서, 상기 제어 전극은 상기 격리 절연막 상에 특정 길이로 이루어져 마이크로 히터로도 사용되는 것을 특징으로 하며, 상기 보호 절연막은 상기 플로팅 전극 및 상기 제어 전극 상에 적어도 구비되고, 상기 FET형 센서는 상기 제어 전극과 접촉하는 격리 절연막 아래에 적어도 구비된 공기층을 더 구비하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 FET형 센서 어레이에 있어서, 다수 개의 상기 FET형 센서들의 감지 물질층들은, 성분이 다른 다수 개의 감지 물질들로 이루어지되, 각 감지 물질은 하나 또는 둘 이상의 FET형 센서에 적용된 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 FET형 센서 어레이에 있어서, 다수 개의 상기 FET형 센서들의 마이크로 히터로 사용되는 상기 제어 전극들은 서로 인접하게 구비되어 상기 각 FET형 센서에 있는 감지 물질층이 각 FET형 센서의 제어 전극 및 인접한 FET형 센서의 제어 전극에 의해서 가열되도록 구성되어 전력 소모를 감소시키는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 FET형 센서 어레이에 있어서, 다수 개의 상기 FET형 센서들의 제어 전극들은 서로 직렬로 연결되거나, 서로 병렬로 연결되거나, 혹은 일부는 직렬로 연결되고 다른 일부는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하며, 상기 마이크로 히터로 사용되는 제어 전극들의 선폭은 동일하거나 각 FET형 센서에 따라 선폭을 변화시킬 수 있다.
전술한 특징에 따른 FET형 센서 어레이에 있어서, 상기 센서 어레이에서 상기 감지 물질층 및 그 주변에 있는 제어 전극의 선폭은 나머지 영역에 있는 제어 전극의 선폭보다 더 좁게 구비하고, 상기 FET형 센서는 상기 제어 전극과 전기적 접촉을 하는 금속배선; 및 상기 제어 전극과 금속배선의 사이에 형성된 다수 개의 컨택 홀(contact hole);을 더 구비할 수 있다.
전술한 특징에 따른 FET형 센서 어레이에 있어서, 상기 FET형 센서는, 상기 공기층 형성을 위한 언더컷(undercut) 패턴;을 더 구비하고, 상기 언더컷 패턴은 원, 타원, 정사각형, 모서리가 둥근 정사각형, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나의 형상으로 이루어지거나, 타원, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나의 형상으로 이루어지되 중간에 하나 또는 둘 이상의 임의의 각도로 꺾인 영역을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 센서 어레이는, 기본적으로 채널이 형성되는 반도체 바디의 상부에 형성된 플로팅 전극과 이에 수평방향으로 존재하는 감지 물질층 및 제어 전극을 갖는 FET형 센서를 다수 개 포함한다. 이때 반도체 바디는 반도체 기판으로부터 돌출된 형태로 형성되며, 상기 바디의 측면에 격리 절연막이 형성된다. FET형 센서의 제어 전극 및 감지 물질층 근처에는 절연막으로 분리된 마이크로 히터를 포함할 수 있으며, 격리 절연막의 비등방성 식각과 반도체 기판의 등방성 식각을 순차적으로 실행하여 마이크로 히터 하단에 공기층을 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 센서 어레이를 구성하는 FET형 센서는 제어 전극 및 감지 물질층 근처에 열전도도 및 전기전도도가 높은 금속 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 마이크로 히터를 갖는다. 이때 마이크로 히터는 플로팅 전극에는 수평 방향으로 존재하며, 마이크로 히터와 플로팅 전극을 같은 물질로 형성할 경우, 추가적인 마스크 및 공정 없이 형성이 가능하다.
본 발명에 의한 센서 어레이를 구성하는 FET형 센서는 제어 전극을 형성한 후, 하나의 마스크를 추가적으로 사용하여 감지 물질층 주변의 격리 절연막 및 반도체 기판을 식각하여 마이크로 히터 하단에 공기층을 형성한다. 이때 감지 물질층 주변에만 국부적으로 공기층을 형성하여 마이크로 히터의 열 손실을 최소화할 수 있고, 또한 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명에 의한 센서 어레이는 독립적인 혹은 하나로 연결된 마이크로 히터를 가질 수 있다. 다수 개의 센서 어레이에 마이크로 히터를 배치할 때, 각 센서의 마이크로 히터를 서로 가까이 배치함으로써, 각 센서에 내장된 마이크로 히터뿐만 아니라 인접한 센서의 마이크로 히터에 의해서도 충분히 가열될 수 있는 구조를 제공하여 히터 전력 소모를 줄이는 효과가 있다.
본 발명에 의한 센서 어레이를 구성하는 FET형 센서에 내장된 마이크로 히터의 선폭(width)은 임의로 조절될 수 있다. 센서에 적용되는 감지 물질은 히터 온도에 따라 최대 민감도(sensitivity)가 다를 수 있기 때문에, 각 감지 물질의 반응 최적 온도에 적합한 마이크로 히터의 선폭을 채택할 경우 감지 성능을 높이고 전력 소모를 줄일 수 있다.
본 발명에 의한 센서 어레이를 구성하는 FET형 센서에서 감지 물질층 및 그 주변을 제외한 영역에 존재하는 마이크로 히터의 선폭은 크게 하여 열 발생을 최소화 하고 아울러 공기층을 형성하여 열 손실과 전력 소모를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 센서 어레이의 일예로서, 다수 개의 FET형 센서들이 열과 행으로 배치되는 센서 어레이를 예시적으로 도시한 회로 등가 다이어그램이다.
도 2a 내지 도 2d는 종래 기술에 따른 수평형 플로팅 전극을 갖는 FET형 센서를 보인 것으로, 도 2a는 평면도, 도 2b는 도 2a에서 A-A'선을 따라 자른 단면도, 도 2c는 B-B'선을 따라 자른 단면도, 도 2d는 도 2b의 변형된 형태로, 3차원 핀펫형 센서의 단면도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 센서 어레이의 일예로서, 마이크로 히터 및 공기층을 포함하는 다수 개의 FET형 센서들이 열과 행으로 배치되는 센서 어레이를 예시적으로 도시한 회로 등가 다이어그램이다.
도 4a 내지 도 4d는 종래 기술에 따른 FET형 센서로서 도 2a에 도시된 센서를 변형한 것이며, 도 4a는 평면도, 도 4b는 도 4a에서 A-A'선을 따라 자른 단면도, 도 4c는 B-B'선을 따라 자른 단면도, 도 4d는 도 4b의 변형된 형태로, 3차원 핀펫형 센서의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 센서 어레이 배치 방법의 일례들로서, 도 5a는 센서들이 서로 원 위에 임의의 각도로 이격되어 배치된 경우를, 도 5b는 타원 위에 배치된 경우를, 도 5c는 직사각형 위에 배치된 경우를, 도 5d는 직사각형 위에 배치된 각 FET형 센서의 동일 영역이 기준점과 대향하되, 기준점과 각 FET형 센서의 중심을 잇는 선으로부터 임의의 각도로 벗어난 경우를 도시한 회로 등가 다이어그램이다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 따른 센서 어레이 배치 방법의 일례들로서, 도 6a는 마이크로 히터가 내장된 센서들이 서로 원 위에 임의의 각도로 이격되어 배치된 경우를, 도 6b는 타원 위에 배치되며 히터들이 직렬로 연결된 경우를, 도 6c는 타원 위에 배치되며 히터들이 병렬로 연결된 경우를, 도 6d는 직사각형 위에 배치되며 히터들이 직렬로 연결된 경우를, 도 6e는 직사각형 위에 배치되며 히터들이 병렬로 연결된 경우를, 도 6f는 직사각형 위에 배치되고 히터들이 직렬로 연결되며, 각 히터가 기준점과 대향하되, 기준점과 각 FET형 센서의 중심을 잇는 선으로부터 임의의 각도로 벗어난 경우를, 도 6g는 직사각형 위에 배치되고 히터들이 병렬로 연결되며, 각 히터가 기준점과 대향하되, 기준점과 각 FET형 센서의 중심을 잇는 선으로부터 임의의 각도로 벗어난 경우를 도시한 회로 등가 다이어그램이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 센서 어레이를 구성하는, 종래의 수평형 플로팅 전극을 갖는 FET형 센서를 나타낸 것으로서, 도 7a는 소스 전극과 마이크로 히터의 한 쪽 끝 전극이 분리된 경우를, 도 7b는 공유된 경우를 도시한 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 도 7a 및 도 7b에 도시된 센서들을 변형한 것으로서, 감지 물질층 및 그 주변을 제외한 영역에 존재하는 마이크로 히터의 선폭이 증가한 경우를 도시한 평면도들이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 도 8a 및 도 8b에 도시된 센서들을 변형한 것으로서, 마이크로 히터의 컨택 홀의 개수가 증가한 경우를 도시한 평면도들이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 도 9a 및 도 9b에 도시된 센서들을 변형한 것으로서, 금속인 제어 전극의 양 끝부분에 구비된 컨택 홀을 통해 열전도 계수가 금속보다 낮은 물질을 연결하여 일정 길이로 배치하고, 배치된 열전도 계수가 낮은 물질의 양 끝부분에 구비된 컨택 홀을 통해 금속배선이 연결되는 경우를 도시한 평면도들이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 도 10a 및 도 10b에 도시된 센서들을 변형한 것으로서, 언더컷 패턴이 마이크로 히터에 최대한 가깝게 형성되고, 패턴 사이사이에 앵커를 형성한 것을 도시한 평면도들이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 센서 어레이 배치 방법의 일례로 인접한 센서의 마이크로 히터에 의해서도 충분히 가열될 수 있게끔 센서들이 최대한 가깝게 배치된 구조로, 도 12a는 같은 감지 물질과 같은 선폭의 마이크로 히터를 가지는 센서들로 구성된 경우를, 도 12b는 서로 다른 감지 물질과 그에 따라 서로 다른 선폭의 마이크로 히터를 가지는 센서들로 구성된 경우를 도시한 평면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 센서 어레이는, 도 1에 도시된 바와 같이 센서들을 임의의 간격의 열, 행 또는 열과 행으로 배치하는 기존의 방식과는 달리, 다수 개의 FET형 센서(80)들이 하나의 기준점으로부터 임의의 거리에 배치되되, 상기 각 FET형 센서(80)의 동일 영역(630)(예: 제어 전극)이 기준점과 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 동일 영역은 각 FET형 센서의 제어 전극 또는 마이크로 히터로 사용되는 제어 전극이 될 수 있다.
상기 FET형 센서(80)는 특허문헌 2 및 3에서 제공하는 수평형 플로팅 전극(300)을 갖는 FET형 센서(80)들로서, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 감지하려는 물질 유무에 따른 감지 물질층(40)의 유전상수 변화를 동작 감지 기작으로 갖는 센서를 포함하며, 이외에도 일함수 변화를 동작 감지 기작으로 갖는 센서도 포함한다.
특히, 도 2d는 특허문헌 3에서 제공하는 3차원 핀펫형 센서의 구조이다. 반도체 기판(100), 상기 반도체 기판(100)에 돌출되게 형성된 반도체 바디(110), 상기 반도체 바디(110)의 측면 및 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된 격리 절연막(200), 상기 반도체 바디(110) 상에 형성된 게이트 절연막(210), 상기 게이트 절연막(210) 및 상기 격리 절연막(200) 상에 형성된 플로팅 전극(300), 상기 플로팅 전극(300)의 적어도 일 측면과 마주하며 수평으로 이격되어 상기 격리 절연막(200) 상에 형성된 제어 전극(310), 상기 제어 전극(310)과 상기 플로팅 전극(300) 사이에 형성된 감지 물질층(40) 및 상기 플로팅 전극(300)을 사이에 두고 상기 반도체 바디(110)에 형성된 소스/드레인 영역을 포함하되, 상기 격리 절연막(200)은 상기 반도체 바디(110)가 돌출되도록 상기 반도체 바디(110)의 하부 측면 상에 형성되고, 상기 플로팅 전극(300)은 상기 격리 절연막(200) 상으로 돌출된 상기 반도체 바디(110)를 상기 게이트 절연막(210)을 사이에 두고 감싸며 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 핀펫형 센서를 제공한다. 플로팅 전극(300)을 핀 형태로 돌출된 반도체 바디(110)를 감싸며 형성되도록 하여 채널의 폭을 넓혀 드레인 전류를 크게 함으로써, 센서의 감도를 높일 수 있는 장점을 지닌다.
상기 FET형 센서(80)는 동일한 물질로 감지 물질층(40)을 형성하더라도 상기 FET형 센서(80)의 단면 구조(첨부 도면 중, A-A'선을 따라 절단한 단면 구조)가 다를 경우에는 동작 감지 기작이 달라 감지하려는 물질의 종류가 달라질 수 있으며 반대로, 상기 FET형 센서(80)의 단면 구조는 동일하지만 각 소자의 감지 물질층(40)을 달리할 경우에도 동작 감지 기작이 달라 감지하려는 물질의 종류가 달라질 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 센서 어레이는, 감지 물질층(40)에 의한 유전상수 변화에 의한 커패시턴스의 변화 또는 일함수 변화를 동작 감지 기작으로 갖는 FET형 센서(80) 2 개 이상을 포함하고, 감지 물질의 종류 또한 적어도 1 가지 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 감지 기작들은 적용된 동일한 감지 물질층(40) 하에서도 특정한 감지하려는 물질에 대해 서로 다른 감지 특성(이를 감지 지문이라 함)을 나타낼 수 있기 때문에, 다수 개의 감지 물질을 사용하지 않고도 감지하려는 물질의 종류 및 농도를 정확하게 감지할 수 있는 장점이 있게 된다.
본 발명의 제 1 실시예에 의한 센서 어레이에서, 상기 FET형 센서(80)에 이웃하여 저항형 및 정전용량형 센서 중 1 종류 이상의 센서가 1 개 이상 배치될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 센서 어레이는 도 3에 도시된 바와 같이 마이크로 히터를 갖는 센서들을 임의의 간격의 열, 행 또는 열과 행으로 배치하는 기존의 방식과는 달리, 수평형 플로팅 전극(300) 및 내장된 마이크로 히터(50)를 가지며 감지 물질층(40)을 포함하는 영역의 격리 절연막(200) 하단의 반도체 기판(100)에 형성된 공기층(600)을 갖는 다수 개의 FET형 센서(80)들이 하나의 기준점으로부터 임의의 거리에 배치되되, 상기 각 FET형 센서(80)의 동일 영역(630)(예: 제어 전극)이 기준점과 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 상기 동일 영역은 각 FET형 센서의 마이크로 히터 또는 마이크로 히터로 사용되는 제어 전극이 될 수 있다.
본 실시예에 따른 센서 어레이를 구성하는 FET형 센서(80)는 특허문헌 2 및 3에서 제공하는 FET형 센서(80)를 포함하는데, 특히 도 4a 내지 도 4d와 같이 감지하려는 물질 유무에 따른 감지 물질층(40)의 유전상수 변화를 동작 감지 기작으로 가지고 마이크로 히터(50) 및 공기층(600)을 갖는 센서를 포함하고, 이외에도 크게 일함수 변화를 동작 감지 기작으로 갖는 센서 또한 포함하며, 상기 동작 감지 기작들을 갖는 센서에서 마이크로 히터(50)는 제어 전극(310)과 공유되어서 동작될 수 있고 분리되어서 동작될 수도 있다.
특히, 도 4d는 특허문헌 3에서 제공하는 3차원 핀펫형 센서의 구조로, 상기 제 1 실시예에서 기술된 바와 같이, 플로팅 전극(300)을 핀 형태로 돌출된 반도체 바디(110)를 감싸며 형성되도록 하여 채널의 폭을 넓혀 드레인 전류를 크게 함으로써, 센서의 감도를 높일 수 있는 장점을 지닌다.
상기 FET형 센서(80)는 동일한 물질로 감지 물질층(40)을 형성하더라도 상기 FET형 센서(80)의 단면 구조(첨부 도면 중, A-A'선을 따라 절단한 단면 구조)가 다를 경우에는 동작 감지 기작이 달라 감지하려는 물질의 종류가 달라질 수 있으며 반대로, 상기 FET형 센서(80)의 단면 구조는 동일하지만 각 소자의 감지 물질층(40)을 달리할 경우에도 동작 감지 기작이 달라 감지하려는 물질의 종류가 달라질 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 센서 어레이는, 감지 물질층(40)에 의한 유전상수 변화에 의한 커패시턴스의 변화 또는 일함수 변화를 동작 감지 기작으로 갖는 FET형 센서(80) 2 개 이상을 포함하고, 감지 물질의 종류 또한 적어도 1 가지 이상을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 감지 기작들은 적용된 동일한 감지 물질층(40) 하에서도 특정한 감지하려는 물질에 대해 서로 다른 감지 특성(이를 감지 지문이라 함)을 나타낼 수 있기 때문에, 다수 개의 감지 물질을 사용하지 않고도 감지하려는 물질의 종류 및 농도를 정확하게 감지할 수 있는 장점이 있게 된다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 센서 어레이에서, 상기 FET형 센서(80)에 이웃하여 저항형 및 정전용량형 센서 중 1 종류 이상의 센서가 1 개 이상 배치될 수 있고, 종래의 저항형 및 정전용량형 센서는 그 하단에 격리 절연막(200)으로 분리된 마이크로 히터(50)와, 감지 물질층(40) 주변을 둘러싸고 있으며 격리 절연막(200) 하단의 반도체 기판(100)에 형성되는 공기층(600)을 포함한다.
본 발명의 제 3 실시예에 의한 센서 어레이는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 센서 어레이의 일례로서, 도 5a에 도시된 바와 같이 다수 개의 상기 FET형 센서(80)들이 기준점으로부터 일정한 반경을 갖는 원의 형태로 배치되되, 상기 각 FET형 센서(80)의 동일 영역(630)이 기준점과 대향하도록 배치되는 방식이다.
본 발명의 제 4 실시예에 의한 센서 어레이는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 센서 어레이의 일례로서, 도 5b에 도시된 바와 같이 다수 개의 상기 FET형 센서(80)들이 타원의 형태로 배치되되, 상기 각 FET형 센서(80)의 동일 영역(630)이 기준점과 대향하도록 배치되는 방식이다.
본 발명의 제 5 실시예에 의한 센서 어레이는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 센서 어레이의 일례로서, 도 5c에 도시된 바와 같이 다수 개의 상기 FET형 센서(80)들이 직사각형의 형태로 배치되되, 상기 각 FET형 센서(80)의 동일 영역(630)이 기준점과 대향하도록 배치되는 방식이다.
본 발명의 제 6 실시예에 의한 센서 어레이는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 센서 어레이의 일례로서, 도 5d에 도시된 바와 같이 다수 개의 상기 FET형 센서(80)들이 직사각형의 형태로 배치되고, 상기 각 FET형 센서(80)의 동일 영역(630)이 기준점에 대향하되, 상기 기준점과 각 FET형 센서(80)의 중심을 잇는 선으로부터 임의의 각도로 벗어나게 배치되는 방식이다. 상기 기준점과 상기 FET형 센서(80)의 중심을 잇는 선과 상기 동일 영역(630)의 중심과 상기 FET형 센서(80)의 중심을 잇는 선분이 이루는 각도를 θ라 할 때, θ의 범위는 0 °≤ θ < 90°을 만족한다.
본 발명의 제 7 실시예에 의한 센서 어레이는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 센서 어레이의 일례로서, 도 6a에 도시된 바와 같이 다수 개의 상기 FET형 센서(80)들이 기준점으로부터 일정한 반경을 갖는 원의 형태로 배치되되, 상기 각 FET형 센서(80)의 마이크로 히터(50)가 기준점과 대향하도록 배치되는 방식이다.
본 발명의 제 8 실시예에 의한 센서 어레이는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 센서 어레이의 일례로서, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이 다수 개의 상기 FET형 센서(80)들이 타원의 형태로 배치되되, 상기 각 FET형 센서(80)의 마이크로 히터(50)가 기준점과 대향하도록 배치되는 방식이다. 도 6b는 상기 마이크로 히터(50)들이 직렬로 연결된 방식으로, 상기 마이크로 히터(50)들의 한 쪽 끝 단자에 히터 전압(V H)이 인가되고 다른 한쪽 끝 단자에는 접지가 연결되고, 도 6c는 상기 마이크로 히터(50)들이 병렬로 연결된 방식으로, 각 마이크로 히터(50)의 한 쪽 끝 단자에 히터 전압(V H)이 인가되고 다른 한쪽 끝 단자에는 접지가 연결되며, 각 마이크로 히터(50)의 접지 단자들은 하나로 공유될 수도 있다.
본 발명의 제 9 실시예에 의한 센서 어레이는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 센서 어레이의 일례로서, 도 6d 및 도 6e에 도시된 바와 같이 다수 개의 상기 FET형 센서(80)들이 직사각형의 형태로 배치되되, 상기 각 FET형 센서(80)의 마이크로 히터(50)가 기준점과 대향하도록 배치되는 방식이다. 도 6d는 상기 마이크로 히터(50)들이 직렬로 연결된 방식으로, 상기 마이크로 히터(50)들의 한 쪽 끝 단자에 히터 전압(V H)이 인가되고 다른 한쪽 끝 단자에는 접지가 연결되고, 도 6e는 상기 마이크로 히터(50)들이 병렬로 연결된 방식으로, 각 마이크로 히터(50)의 한 쪽 끝 단자에 히터 전압(V H)이 인가되고 다른 한쪽 끝 단자에는 접지가 연결되며, 각 마이크로 히터(50)의 접지 단자들은 하나로 공유될 수도 있다.
본 발명의 제 10 실시예에 의한 센서 어레이는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 센서 어레이의 일례로서, 도 6f 및 도 6g에 도시된 바와 같이 다수 개의 상기 FET형 센서(80)들이 직사각형의 형태로 배치되고, 상기 각 FET형 센서(80)의 마이크로 히터(50)가 기준점에 대향하되, 상기 기준점과 각 FET형 센서(80)의 중심을 잇는 선으로부터 임의의 각도로 벗어나게 배치되는 방식이다. 상기 기준점과 상기 FET형 센서(80)의 중심을 잇는 선과 상기 마이크로 히터(50)의 중심과 상기 FET형 센서(80)의 중심을 잇는 선분이 이루는 각도를 θ라 할 때, θ의 범위는 0 °≤ θ < 90°을 만족한다. 도 6f는 상기 마이크로 히터(50)들이 직렬로 연결된 방식으로, 상기 마이크로 히터(50)들의 한 쪽 끝 단자에 히터 전압(V H)이 인가되고 다른 한쪽 끝 단자에는 접지가 연결되고, 도 6g는 상기 마이크로 히터(50)들이 병렬로 연결된 방식으로, 각 마이크로 히터(50)의 한 쪽 끝 단자에 히터 전압(V H)이 인가되고 다른 한쪽 끝 단자에는 접지가 연결되며, 각 마이크로 히터(50)의 접지 단자들은 하나로 공유될 수도 있다.
상기 제 1 실시예 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이 배치 방식은 도 5a 내지 도 6g에 도시된 바와 같이, 기존의 마이크로 히터(50)를 포함하는 센서 어레이의 열, 행 또는 열과 행으로 배치하는 방식에 비해 전체 어레이가 차지하는 면적이 작고, 각 센서에 내장된 마이크로 히터(50)가 서로 가깝게 형성되어 있으므로 서로 인접한 마이크로 히터(50)에 의해서도 감지 물질층(40)을 가열할 수 있어 전체 전력 소모 또한 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 제 1 실시예 내지 제 6 실시예에 의한 센서 어레이에서, 상기 FET형 센서(80)의 동일 영역(630)에는 제어 전극(310), 마이크로 히터(50), 소스/드레인 전극(320), 액티브 영역(120) 등등 상기 FET형 센서(80)를 구성하는 영역들이 포함된다.
센서는 감지 물질과 감지하려는 물질의 종류마다 그 민감도가 최대가 되는 최적 온도가 있으므로, 상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이에서 서로 다른 2 가지 이상의 감지 물질이 적용될 경우 각각의 감지 물질의 반응 최적 온도에 맞게끔 각 센서에 내장된 마이크로 히터(50)의 선폭을 다르게 디자인하여 그 저항을 다르게 할 수 있다.
도 6a 내지 도 6g에 도시된 상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이에서 마이크로 히터(50)의 저항값들인 R 1 내지 R n의 가능한 조합은, 서로 모두 같거나( R 1=R 2=R 3=…= R n ), 서로 모두 다르거나(R 1≠R 2≠R 3≠…≠R n ), 일부의 저항값은 같고 다른 일부의 저항값은 다를 수 있다(R 1=R 2=R 3=…=R n -1 ≠R n , R 1=R 2=R 3=…=R n-2 ≠R n-1 =R n , …).
상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이에서 다수 개의 센서에 내장된 마이크로 히터(50)들은, 모두 직렬 혹은 모두 병렬 혹은 모두 병렬이 아닌 임의로 다수 개가 직렬 혹은 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이에서, 제어 전극(310)과 분리되어 동작하는 마이크로 히터(50)를 포함하는 FET형 센서의 소스 전극(320)과 각 센서에 내장된 마이크로 히터(50)의 한 쪽 끝부분이 도 7a에 도시된 바와 같이 분리되거나, 도 7b에 도시된 바와 같이 하나의 공통 전극(330)으로 공유될 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이에서 각 센서의 감지 물질층(40) 및 그 주변에 존재하는 마이크로 히터(50)의 선폭을, 감지 물질층(40) 및 그 주변을 제외한 영역에 존재하는 마이크로 히터(50)의 선폭에 비해 두껍게 하여 그 부분에서 발생하는 열의 크기를 줄임으로써 열 손실을 줄일 수 있다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이는, 마이크로 히터(50)와 금속배선(311)을 전기적으로 연결해주는 컨택 홀(70) 부분의 저항이 커서 발생하는 열에 의해 마이크로 히터(50)가 물리적으로 끊어져서 파열되는 것을 방지하기 위해 컨택 홀(70)의 개수를 충분히 늘려 전체 컨택 면적을 증가시킴으로써 기계적인 안정성을 높이는 특징을 가진다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이에서, 상기 제어 전극(310)이 금속인 경우, 이 제어 전극(310)의 어느 영역에 컨택 홀(70)을 통해 열전도 계수가 금속보다 낮은 물질(90)을 연결하여 일정 길이로 배치하고, 상기 배치된 열전도 계수가 낮은 물질(90)의 끝부분에 구비된 컨택 홀(70)을 통해 금속배선(311)이 연결될 수 있다. 상기 열전도 계수가 금속보다 낮은 물질(90)은 일 예로서 폴리실리콘 등을 사용할 수 있다. 상기 열전도 계수가 낮은 물질(90)을 금속인 제어 전극(310)과 금속배선(311) 사이에 추가함으로써, 마이크로 히터(50)로부터 발생하는 열이 금속배선(311)을 통해서 손실되는 것을 줄일 수 있는 장점이 있다. 이때, 컨택 홀(70)을 통하여 두 연결 부분들은 전기적으로 연결되므로, 센서의 동작을 위한 제어 전극(310)의 게이팅 역할에는 문제가 없다.
상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 의한 센서 어레이에서 각 센서에 내장된 마이크로 히터(50)의 열 손실을 줄이는 역할을 하는 공기층(600)의 영역은 감지 물질층(40)의 영역을 항상 포함하고, 공기층(600)의 식각은, CF4와 같은 가스를 이용한 건식 식각 혹은 습식 식각을 통해 비등방성으로 언더컷 패턴(610)의 하단 격리 절연막(200)을 식각하고, 이어서 SF6와 같은 가스를 이용한 건식 식각 혹은 습식 식각을 통해 등방성으로 격리 절연막(200) 하단 반도체 기판(100)을 식각한다.
상기 언더컷 패턴(610)은 열린 패턴으로, 그 형태로는 원, 타원, 정사각형, 모서리가 둥근 정사각형, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나를 선택하여 구현하거나 타원, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형을 구현하되 중간에 적어도 하나의 임의의 각도로 꺾인 영역을 포함할 수 있다. 특히 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 잉크젯 프린팅과 같은 방법으로 감지 물질층(40)을 형성할 때 공기층(600)으로 통과하여 손실되는 감지 물질의 양을 줄여 감지 물질이 제어 전극(310)과 플로팅 전극(300) 사이에 잘 증착되도록 상기 언더컷 패턴(610)의 폭이 충분히 얇은 것을 특징으로 한다. 즉, 센서 제작 수율을 증가시켜 주는 효과가 있다. 또, 상기 언더컷 패턴(610)은 마이크로 히터(50)에 최대한 가깝게 위치하게끔 디자인됨으로써 공기층(600)의 형성을 위해 반도체 기판(100)을 식각할 시에 센서의 액티브 영역(120)을 손상시키지 않게 하여 기계적 안정성을 보장해주는 효과가 있다. 마지막으로, 상기 언더컷 패턴(610)과 인접한 또 다른 패턴 사이에 앵커(620)를 남김으로써 공기층(600)의 식각 후에 센서가 반도체 기판(100) 방향으로 무너지는 것을 방지해준다.
상기 언더컷 패턴(610)은 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 감지 물질층(40) 및 그 주변을 제외한 영역에 존재하는 상기 제어 전극(310) 주변, 플로팅 전극(300)과 액티브 영역(120)의 사이, 그리고 마이크로 히터(50)와 금속배선(311)이 컨택 홀(70)로 연결된 부분의 주변에 모두 형성되어 마이크로 히터(50)의 열 손실을 최대한 줄이도록 한다.
본 발명의 제 5 실시예에 의한 센서 어레이는 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 실시예에 의한 센서 어레이에서 센서 2 개를 가지고 상기 2 개의 센서는 최대한 가깝게 형성되며 그 사이에 언더컷 패턴(610)과 센서 어레이의 기계적 안정성을 위한 앵커(620)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 12a는 서로 같은 감지 물질이 적용된 센서 어레이로 마이크로 히터(50) 또한 같은 선폭을 가지며, 도 12b는 서로 다른 감지 물질이 적용되어 그에 따라 서로 다른 선폭의 마이크로 히터(50)를 가진다.
상기 제 5 실시예에 의한 센서 어레이의 기타 특징은 도 5a 내지 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 및 제 7 내지 제 10 실시예에 기술한 특징들을 모두 포함한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 센서 어레이는 간단한 공정으로 구현이 가능하며, 기존의 CMOS 공정과 쉽게 접목될 수 있어 산업적으로 이용가능성이 높다. 특히, 본 발명은 종래의 산업체에서 개발한 센서 어레이보다 집적도가 높아 수율이 높고 제조 비용이 적게 들며, 낮은 전력으로 구동이 가능하고, 가스 센서 분야를 비롯하여 화학/바이오 등 다양한 센서 분야에도 매우 유용하게 적용될 수 있다.
100 : 반도체 기판 110 : 반도체 바디
120 : 액티브 영역 200 : 격리 절연막
210 : 게이트 절연막 220 : 보호 절연막
230 : 제 1 절연막 300 : 플로팅 전극
310 : 제어 전극 311 : 금속배선
320 : 소스/드레인 전극 321 : 소스/드레인 영역
330 : 소스-히터 공통 전극 40 : 감지 물질층
50 : 마이크로 히터 600 : 공기층
610 : 언더컷 패턴 620 : 앵커
630 : FET형 센서의 동일 영역
70 : 컨택 홀 80 : FET형 센서
90 : 열전도 계수가 금속보다 낮은 물질

Claims (20)

  1. FET형 센서 어레이에 있어서.
    다수 개의 FET형 센서들이 하나의 기준점으로부터 임의의 거리에 배치된 것을 특징으로 하고,
    상기 FET형 센서는,
    반도체 기판;
    상기 반도체 기판에 돌출되게 구비된 반도체 바디;
    상기 반도체 바디의 측면에 구비된 격리 절연막;
    상기 반도체 바디 상에 구비된 게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막 및 상기 격리 절연막 상에 구비된 플로팅 전극;
    상기 플로팅 전극 상에 적어도 구비된 보호 절연막;
    상기 플로팅 전극의 적어도 일 측면과 마주하며 수평으로 이격되어 구비된 제어 전극;
    상기 제어 전극 및 상기 플로팅 전극의 적어도 수평으로 대향하는 측벽 상에 배치되되 상기 플로팅 전극과는 보호 절연막을 사이에 두고 구비된 감지 물질층; 및
    상기 플로팅 전극을 사이에 두고 상기 반도체 바디에 구비된 소스/드레인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 각 FET형 센서의 동일 영역이 기준점과 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하며,
    상기 제어 전극은 상기 격리 절연막 상에 특정 길이로 이루어져 마이크로 히터로도 사용되는 것을 특징으로 하며,
    다수 개의 상기 FET형 센서들의 마이크로 히터로 사용되는 상기 제어 전극들은 서로 인접하게 구비되어 상기 각 FET형 센서에 있는 감지 물질층이 각 FET형 센서의 제어 전극 및 인접한 FET형 센서의 제어 전극에 의해서 가열되도록 구성되거나, 상기 각 FET형 센서의 마이크로 히터로 사용되는 제어 전극이 기준점과 대향되도록 배치되어, 전력 소모를 감소시키는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서, 다수 개의 상기 FET형 센서들의 감지 물질층들은, 성분이 다른 다수 개의 감지 물질들로 이루어지되, 각 감지 물질은 하나 또는 둘 이상의 FET형 센서에 적용된 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보호 절연막은 상기 플로팅 전극 및 상기 제어 전극 상에 적어도 구비되고,
    상기 FET형 센서는 상기 제어 전극과 접촉하는 격리 절연막 아래에 적어도 구비된 공기층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이 .
  4. 제 3 항에 있어서,
    다수 개의 상기 FET형 센서들의 감지 물질층들은, 성분이 다른 다수 개의 감지 물질들로 이루어지되, 각 감지 물질은 하나 또는 둘 이상의 FET형 센서에 적용된 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    다수 개의 상기 FET형 센서들의 제어 전극들은 서로 직렬로 연결되거나, 서로 병렬 연결되거나, 혹은 일부는 직렬 연결되고 다른 일부는 병렬 연결되는 것을 특징으로 하며,
    상기 마이크로 히터로 사용되는 제어 전극들의 선폭은 동일하거나 각 FET형 센서에 따라 선폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 FET형 센서는,
    상기 제어 전극과 전기적 접촉을 하는 금속배선; 및
    상기 제어 전극과 금속배선의 사이에 형성된 다수 개의 컨택 홀(contact hole);을 더 구비하고,
    상기 센서 어레이에서 상기 감지 물질층 및 그 주변에 있는 제어 전극의 선폭은 나머지 영역에 있는 제어 전극의 선폭보다 더 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 FET형 센서는, 상기 공기층 형성을 위한 언더컷(undercut) 패턴;을 더 구비하고,
    상기 언더컷 패턴은 원, 타원, 정사각형, 모서리가 둥근 정사각형, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나의 형상으로 이루어지거나, 타원, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나의 형상으로 이루어지되 중간에 하나 또는 둘 이상의 임의의 각도로 꺾인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 FET형 센서는 상기 제어 전극과 접촉하는 격리 절연막 아래에 적어도 구비된 공기층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  10. 제 9 항에 있어서,
    다수 개의 상기 FET형 센서들의 감지 물질층들은, 성분이 다른 다수 개의 감지 물질들로 이루어지되, 각 감지 물질은 하나 또는 둘 이상의 FET형 센서에 적용된 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    다수 개의 상기 FET형 센서들의 제어 전극들은 서로 직렬 연결되거나, 서로 병렬 연결되거나, 또는 일부는 직렬 연결되고 나머지는 병렬 연결되는 것을 특징으로 하며,
    상기 마이크로 히터로 사용되는 제어 전극들의 선폭은 동일하거나 각 FET형 센서에 따라 선폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 FET형 센서는,
    상기 제어 전극과 전기적 접촉을 하는 금속배선; 및
    상기 제어 전극과 금속배선의 사이에 형성된 다수 개의 컨택 홀(contact hole);을 더 구비하고,
    상기 센서 어레이에서 상기 감지 물질층 및 그 주변에 있는 제어 전극의 선폭은 나머지 영역에 있는 제어 전극의 선폭보다 더 좁게 형성하고,
    상기 감지 물질층과 접촉하는 상기 제어 전극이 금속인 경우, 상기 제어 전극의 양 끝부분에 구비된 컨택 홀을 통해 열전도 계수가 금속보다 낮은 물질을 연결하여 일정 길이로 배치하고, 상기 배치된 열전도 계수가 낮은 물질의 양 끝부분에 구비된 컨택 홀을 통해 금속배선이 연결된 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 FET형 센서는, 상기 공기층 형성을 위한 언더컷(undercut) 패턴;을 더 구비하고,
    상기 언더컷 패턴은 원, 타원, 정사각형, 모서리가 둥근 정사각형, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나의 형상으로 이루어지거나, 타원, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나의 형상으로 이루어지되 중간에 하나 또는 둘 이상의 임의의 각도로 꺾인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  15. FET형 센서 어레이에 있어서,
    다수 개의 FET형 센서들이 하나의 기준점으로부터 임의의 거리에 배치된 것을 특징으로 하고,
    상기 FET형 센서는,
    반도체 기판;
    상기 반도체 기판에 돌출되게 구비된 반도체 바디;
    상기 반도체 바디의 측면에 구비된 격리 절연막;
    상기 반도체 바디 상에 구비된 게이트 절연막;
    상기 게이트 절연막 및 상기 격리 절연막 상에 구비된 플로팅 전극;
    상기 플로팅 전극의 적어도 일 측면과 마주하며 수평으로 이격되어 상기 격리 절연막 상에 특정 길이로 구비된 마이크로 히터;
    상기 플로팅 전극 및 상기 마이크로 히터상에 적어도 구비된 보호 절연막;
    상기 플로팅 전극의 적어도 일 측면과 마주하며 수평으로 이격되어 구비된 제어 전극;
    상기 제어 전극 및 상기 플로팅 전극의 적어도 수평으로 대향하는 측벽 상에 배치되되 상기 플로팅 전극과는 보호 절연막을 사이에 두고 구비된 감지 물질층;
    상기 플로팅 전극을 사이에 두고 상기 반도체 바디에 구비된 소스/드레인 영역;및
    상기 마이크로 히터와 접촉하는 격리 절연막 아래에 적어도 구비된 공기층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 각 FET형 센서의 마이크로 히터가 상기 기준점과 대향되도록 배치된 것을 특징으로 하며,
    다수 개의 상기 FET형 센서들의 마이크로 히터들은 서로 인접하게 구비되어 상기 각 FET형 센서에 있는 감지 물질층이 각 FET형 센서의 마이크로 히터 및 인접한 FET형 센서의 마이크로 히터에 의해서 가열되도록 구성되어, 전력 소모를 감소시키는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  16. 제 15 항에 있어서,
    다수 개의 상기 FET형 센서들의 감지 물질층들은, 성분이 다른 다수 개의 감지 물질들로 이루어지되, 각 감지 물질은 하나 또는 둘 이상의 FET형 센서에 적용된 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  17. 삭제
  18. 제 15 항에 있어서,
    다수 개의 상기 FET형 센서들의 마이크로 히터들은 서로 직렬로 연결되거나, 서로 병렬로 연결되거나, 혹은 일부는 직렬로 연결되고 다른 일부는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하며,
    상기 마이크로 히터들의 선폭은 동일하거나 각 FET형 센서에 따라 선폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 FET형 센서는
    상기 마이크로 히터와 전기적 접촉을 하는 금속배선; 및
    상기 마이크로 히터와 금속배선의 사이에 형성된 다수 개의 컨택 홀(contact hole);을 더 구비하고,
    상기 센서 어레이에서 상기 감지 물질층 및 그 주변에 있는 마이크로 히터의 선폭은 나머지 영역에 있는 마이크로 히터의 선폭보다 더 좁게 형성되고,
    상기 감지 물질층과 접촉하는 상기 제어 전극이 금속인 경우, 상기 제어 전극의 양 끝부분에 구비된 컨택 홀을 통해 열전도 계수가 금속보다 낮은 물질을 연결하여 일정 길이로 배치하고, 상기 배치된 열전도 계수가 낮은 물질의 양 끝부분에 구비된 컨택 홀을 통해 금속배선이 연결된 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 FET형 센서는, 상기 공기층 형성을 위한 언더컷(undercut) 패턴;을 더 구비하고,
    상기 언더컷 패턴은 원, 타원, 정사각형, 모서리가 둥근 정사각형, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나의 형상으로 이루어지거나, 타원, 직사각형, 모서리가 둥근 직사각형 중 하나의 형상으로 이루어지되 중간에 하나 또는 둘 이상의 임의의 각도로 꺾인 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 FET형 센서 어레이.
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