[发明专利]传感器及其形成方法

说明书

本申请的各个实施例针对用于增强灵敏度的离子敏感场效应晶体管。在一些实施例中，衬底包括一对第一源极/漏极区域和一对第二源极/漏极区域。此外，第一栅电极和第二栅电极位于衬底下面。第一栅电极横向位于第一源极/漏极区域之间，并且第二栅电极横向位于第二源极/漏极区域之间。互连结构位于衬底下面并且限定将第二源极/漏极区域和第二栅电极电耦合在一起的导电路径。钝化层位于衬底上方并且限定第一阱和第二阱。第一阱和第二阱分别位于第一栅电极和第二栅电极上面，并且感测层衬里第一阱和第二阱中的衬底。在一些实施例中，感测分子探针位于第一阱中但不位于第二阱中。本发明的实施例还涉及传感器及其形成方法。

技术领域

本发明的实施例涉及传感器及其形成方法。

背景技术

离子敏感场效应晶体管(ISFET)是用于表征和/或识别流体中的目标的场效应晶体管。目标与流体中的感测层反应和/或结合，以改变感测层处的表面电势差。表面电势差的变化改变了ISFET的阈值电压，阈值电压可以用于表征和/或识别目标。ISFET广泛用于不同的生命科学应用，范围从环境监测和基础生命科学研究到即时医疗(PoC)体外分子诊断。

发明内容

本发明的实施例提供了一种传感器，包括：衬底，包括一对第一源极/漏极区域和一对第二源极/漏极区域；第一栅电极和第二栅电极，位于所述衬底下面，其中，所述第一栅电极横向位于所述第一源极/漏极区域之间，并且所述第二栅电极横向位于所述第二源极/漏极区域之间；互连结构，位于所述衬底下面并且限定将所述第二源极/漏极区域和所述第二栅电极电耦合在一起的导电路径；钝化层，位于所述衬底上方并且限定第一阱和第二阱，其中，所述第一阱和所述第二阱分别位于所述第一栅电极和所述第二栅电极上面；以及感测层，衬里所述第一阱和所述第二阱中的所述衬底。

本发明的另一实施例提供了一种形成传感器的方法，包括：在衬底的前侧上形成第一栅电极和第二栅电极；掺杂所述衬底以在所述衬底中形成分别与所述第一栅电极和所述第二栅电极邻接的一对第一源极/漏极区域和一对第二源极/漏极区域；在所述衬底的所述前侧上形成互连结构，所述互连结构将所述第二源极/漏极区域和所述第二栅电极电耦合在一起；在所述衬底的与所述前侧相对的后侧上形成第一阱和第二阱，所述第一阱和所述第二阱分别与所述第一栅电极和所述第二栅电极对准，其中，所述第一阱和所述第二阱暴露所述衬底；以及沉积感测层，所述感测层衬里所述第一阱和所述第二阱中的衬底。

本发明的又一实施例提供了一种形成传感器的方法，包括：提供包括参考电极和离子敏感场效应晶体管(ISFET)的传感器，其中，所述离子敏感场效应晶体管包括位于衬底中的一对源极/漏极区域和主体区域，并且其中，所述主体区域完全耗尽；将流体施加到所述离子敏感场效应晶体管的感测表面，其中，所述流体包括目标；当所述参考电极位于所述流体中时，以与所述目标具有相同极性的电压来偏置所述参考电极，其中，所述偏置在所述主体区域中形成沟道，并且朝着所述感测表面静电排斥所述目标；以及测量所述沟道的阻抗。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1示出了包括离子敏感场效应晶体管(ISFET)和参考电压场效应晶体管(VRFET)的传感器的一些实施例的截面图。

图2A至图2F示出了图1的传感器的一些可选实施例的截面图。

图3示出了用于图1的传感器的有效电路的一些实施例的电路图。

图4示出了在直流(DC)/交流(AC)电位读出方法期间的图3的有效电路的一些实施例的电路图。

图5示出了在图4的DC/AC电位读出方法期间使用的AC流体栅极电压的周期的一些实施例的图。

图6示出了使用图4的DC/AC电位读出方法生成的感测结果的一些实施例的图。