[发明专利]一种基于FinFET制造工艺的硅纳米线细胞传感器

说明书

本发明公开了一种基于FinFET制造工艺的硅纳米线细胞传感器。该细胞传感器采用CMOS兼容的“自上而下”形成的纳米线结构，包括：在SO1衬底上的通过FinFET制造工艺形成的Si纳米线、通过光刻、磁控溅射和剥离工艺制备的金电极；在该细胞传感器的表面具有通过原子层沉积法形成的高k栅介质层。本发明的细胞传感器能够对活体细胞进行快速、准确、无损和高灵敏度的检测，而且该细胞传感器具有微型化、可集成、制作成本低和可循环利用的等优点。

技术领域

本发明涉及一种基于FinFET(鳍式场效应晶体管)制造工艺的硅纳米线细胞传感器，属于生物传感器技术领域。

背景技术

细胞传感器作为一类以活体细胞为一级传感单元、换能器为二级传感单元的器件，具有高灵敏度、低成本、高通量检测等特点，是环境毒性研究、食品安全、药物筛选等领域研究的有效手段。随着微机电加工技术的日益成熟，微电极阵列、场效应管阵列等生物传感器得到不断发展，使细胞和组织的多点实时记录成为可能，在细胞电信号的检测及传导研究中得到了广泛的应用和发展。

基于互补金属氧化物半导体(CMOS)电路的制备方法可以在细胞水平活性下记录细胞内外等诸多反应。硅纳米线作为新型一维半导体纳米材料，具有超高灵敏度、专一选择性、无标记检测、优异的生物相容性、快速实时响应、与大规模CMOS制备工艺兼容等独特优势，在近年来的生物医学检测方面引起了极大的关注。然而，大多数硅纳米线场效应晶体管传感器采用电子束直写工艺制造，需要体积较大的支撑材料生产纳米线，产率较低，成本较高，不适用于大规模生产制造，而且检测过程中会对细胞造成不可逆的破坏。

因此，发展高性能、低成本、高选择性、高灵敏度、对细胞无损伤、可大规模生产加工的细胞传感器对于推动细胞传感器的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FinFET制造工艺的硅纳米线细胞传感器，能够对活体细胞进行快速、准确、无损和高灵敏度的检测，而且传感器具有微型化、可集成、制作成本低等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于FinFET制造工艺的硅纳米线细胞传感器，该细胞传感器采用CMOS兼容的“自上而下”形成的纳米线结构，包括：在SOI衬底上的通过FinFET制造工艺形成的Si纳米线、通过光刻、磁控溅射和剥离工艺制备的金电极；在该细胞传感器的表面具有通过原子层沉积法(ALD法)形成的高k栅介质层。

所述高k栅介质层为HfO₂、ZrO₂或Al₂O₃层。

具体地，所述细胞传感器的制备工艺包括以下步骤：

(1)在SOI(silicon-on-insulator，绝缘体上硅)衬底上通过牺牲氧化和HF腐蚀的方法，将顶层硅的厚度减薄到30nm，然后在顶层硅上顺序沉积SiO₂薄膜、非晶Si(α-Si)薄膜和Si₃N₄薄膜；

(2)在进行Si₃N₄薄膜和非晶Si薄膜的常规干法蚀刻工艺后进行光刻步骤，通过刻蚀将图形转移后，去除光刻胶，形成矩形的掩模阵列；

(3)通过热H₃PO₄溶液去除掩模阵列顶部的Si₃N₄硬掩模，然后沉积厚度为30nm的Si₃N₄膜，并进行等离子增强衬底Si₃N₄薄膜，并相应的反应离子刻蚀以形成侧墙(spacer)图形；