專利名稱：一種用于硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物芯片的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于生物芯片中硅納米線陣列表面的鈍化層結(jié)構(gòu)及工藝方法。
背景技術(shù)：
目前，糖尿病、心血管類疾病、呼吸道疾病、肝病、癌癥是威脅人類健康的重大疾病。雖然醫(yī)學(xué)及相關(guān)學(xué)科不斷發(fā)展進(jìn)步，但人們?cè)谶@些疾病的快速診治上仍然進(jìn)展緩慢。疾病不能得以及早發(fā)現(xiàn)的原因在于，其一，早期時(shí)相關(guān)病發(fā)特征不明顯，其分泌的相關(guān)蛋白因子數(shù)量相對(duì)較少，用目前的檢測(cè)手段不容易檢測(cè)出來(lái)；其二，即使能檢測(cè)出相關(guān)的疾病因子，其所需的費(fèi)用和時(shí)間也是比較多的；因此，具有高靈敏度、快速的、低成本的檢測(cè)相關(guān)疾病的傳感器，對(duì)危害人類健康的重大疾病的診治具有深遠(yuǎn)意義。業(yè)界所用的傳感器通常是基于電化學(xué)原理，或者基于光學(xué)原理，也存在一些基于納米技術(shù)的場(chǎng)效應(yīng)F E T傳感器，還有將這幾種方式結(jié)合起來(lái)形成的傳感器。電化學(xué)傳感器的技術(shù)比較成熟，但其對(duì)溶液環(huán)境要求較高，體積大。而且，目前的傳感器主要是針對(duì)一種單一的目標(biāo)分子進(jìn)行檢測(cè)，由于與任何一種疾病相關(guān)的分子很多，并且他們可能是相互獨(dú)立的；要更準(zhǔn)確的檢測(cè)一種疾病的存在，必須要對(duì)多種疾病因子進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè)。比較而言，以硅納米線陣列(SiNW)結(jié)構(gòu)為核心，采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集和放大，能夠更有效的檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)。例如，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N200910030342. 7的專利，揭示了一種多通道高靈敏生物傳感器的制作集成方法。相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備，基于納米線陣列的場(chǎng)效應(yīng)F E T傳感器具有以下的優(yōu)勢(shì)
1)、靈敏度高首先，場(chǎng)效應(yīng)晶體管本身就具有信號(hào)放大的作用，可以把作用上去的少量的電荷信號(hào)進(jìn)行放大；其次，由于納米線本身所具有的大的比表面積和量子限域效應(yīng)等，使得基于納米線陣列的場(chǎng)效應(yīng)F ET傳感器具有很高的靈敏度；
2)、檢測(cè)速度快基于硅納米線陣列的場(chǎng)效應(yīng)FE T傳感器速度可以達(dá)到G H Z的頻率，與傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備相比，其檢測(cè)速度是非常快的；
3)、易于集成與高通量檢測(cè)與傳統(tǒng)傳感器和檢測(cè)設(shè)備相比，基于納米線陣列的場(chǎng)效應(yīng)傳感器具有易集成以及低成本的優(yōu)勢(shì)，由于器件的制作過(guò)程與半導(dǎo)體工藝想兼容，因此，容易與成熟的半導(dǎo)體工業(yè)以及新興的M E M S等行業(yè)兼容，從而可以得到功能豐富、性能優(yōu)越的傳感。然而，對(duì)于硅納米線陣列的結(jié)構(gòu)，在工藝技術(shù)及應(yīng)用研究的過(guò)程中，還存在幾個(gè)需要解決的問(wèn)題
I)、保存使用中容易受污染硅納米線陣列線表面活性很高，單純采用Si02鈍化(如上述提到的CN200910030342. 7中采用該技術(shù))，很難解決Na和K等離子的擴(kuò)散污染，以及PH值和濕度等環(huán)境因素的影響；這使得芯片受環(huán)境鹽分、PH值和溫濕度等因素的影響太大，保存運(yùn)輸難度大； 2)、使用中存在的性能不穩(wěn)定等問(wèn)題在生物檢測(cè)中，待測(cè)組份本體液的多樣性，也同樣使芯片需面對(duì)Na、K、Fe、Cu和Ca等離子的擴(kuò)散污染，以及PH值等多種化學(xué)因素的影響，從試驗(yàn)研究來(lái)看，表現(xiàn)為檢測(cè)的不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)方法中所采用的硅納米線生物檢測(cè)芯片所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)及其制造方法，通過(guò)改進(jìn)硅納米線陣列表面的鈍化層結(jié)構(gòu)及工藝方法，使硅納米線生物檢測(cè)芯片在保存使用中不容易受污染和保持了其使用中性能的穩(wěn)定性。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，其包括半導(dǎo)體襯底、生長(zhǎng)在所述半導(dǎo)體襯底上的二氧化硅隔離層、生長(zhǎng)在二氧化硅隔離層上的多晶硅層和生長(zhǎng)在所述多晶硅層上結(jié)構(gòu)層；其中，多晶硅層中包括圖形化形成的硅納米線陣列；結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)為從下至上依次包括SiON層、TaN層和/或Ta2O5層，其中，所述TaN和/或Ta2O5層僅覆蓋于所述硅納米線陣列中各硅納米線的表面。根據(jù)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，所述二氧化硅隔離層的厚度為1000A 5000 A0根據(jù)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，所述多晶硅層厚度為50 AlOOO A0根據(jù)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，所述硅納米線的線寬范圍為5nm 130nm ;其厚度為5nm 100nm。根據(jù)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，所述SiON層的厚度為10 A 50 A ;所述TaN層的厚度為10 A 50 A ;所述Ta2O5層的厚度為10 A 50 L為達(dá)成上述目的，本發(fā)明還提供一種硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，其包括如下步驟
步驟S01:提供半導(dǎo)體襯底；
步驟S02 :在所述半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)二氧化硅隔離層；
步驟S03 :在所述二氧化硅隔離層上生長(zhǎng)多晶硅層；
步驟S04 :圖形化所述多晶硅層以形成硅納米線陣列；
步驟S05 :在所述硅納米線陣列上生長(zhǎng)一層的結(jié)構(gòu)層，其中，所述結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)從上至下依次包括SiON層、TaN和/或Ta2O5層；
步驟S06 :去除娃納米線陣列中各娃納米線之間的TaN和/或Ta2O5層。根據(jù)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，所述步驟S02中的所述二氧化硅隔離層生長(zhǎng)工藝為濕氧氧化工藝。根據(jù)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，所述步驟S04中的形成硅納米線陣列是通過(guò)等離子干法刻蝕工藝完成的。根據(jù)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，所述步驟S05中的SiON層是通過(guò)熱氧化法在硅納米線陣列表面生長(zhǎng)形成，所述TaN和/或Ta2O5層是通過(guò)原子層淀積工藝生長(zhǎng)形成的。根據(jù)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，所述步驟S06中的去除工藝是采用等離子干法刻蝕工藝。
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)及制造方法，由于具有結(jié)構(gòu)層作為保護(hù)層，不僅解決了硅納米線陣列(SiNW)保存應(yīng)用中存在的容易受污染的問(wèn)題，且使其在生物檢測(cè)中，即使待測(cè)組份本體液的呈現(xiàn)多樣性的情況下，也同樣可以使芯片面對(duì)Na、K、Fe、Cu和Ca等離子的擴(kuò)散污染的考驗(yàn)，以及PH值等多種化學(xué)因素的影響，即實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的高穩(wěn)定性。
圖1為本發(fā)明硅納米線生物檢測(cè)芯片一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明一具體實(shí)施例的硅納米線生物檢測(cè)芯片的工藝流程示意圖
圖3-5為本發(fā)明圖2中工藝流程步驟所分步生成硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的一些典型實(shí)施例將在后段的說(shuō)明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說(shuō)明及圖示在本質(zhì)上當(dāng)作說(shuō)明之用，而非用以限制本發(fā)明。上述及其它技術(shù)特征和有益效果，將結(jié)合實(shí)施例及附圖1-圖5對(duì)本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)及其制造方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明硅納米線生物檢測(cè)芯片一具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的硅納米線生物檢測(cè)芯片結(jié)構(gòu)基本相同，其包括半導(dǎo)體襯底1、生長(zhǎng)在半導(dǎo)體襯底上的二氧化硅隔離層2、生長(zhǎng)在二氧化硅隔離層2上包括圖形化形成的硅納米線陣列4的多晶硅層3，以及結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的硅納米線生物檢測(cè)芯片結(jié)構(gòu)不相同的是，如圖1所示，該結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)從下至上依次包括SiON層5、TaN和/或Ta2O5層。在本實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)從下至上依次包括SiON層5、TaN和Ta2O5層6。其中，該TaN和Ta2O5層僅覆蓋于所述硅納米線陣列中各硅納米線的表面。采用SiON層5表面鈍化能解決硅納米線陣列線表面活性很高致使保存使用中存在的容易受污染，以及PH值和濕度等環(huán)境因素的影響。采用TaN和Ta2O5層6能解決Na和K等離子對(duì)硅納米線的擴(kuò)散污染。請(qǐng)參閱圖2，圖2為本發(fā)明一具體實(shí)施例的硅納米線生物檢測(cè)芯片的工藝流程示意圖。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法包括如下步驟
步驟S01:提供半導(dǎo)體襯底I;
步驟S02 :在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)二氧化硅隔離層2 ；
步驟S03 :在二氧化硅隔離層上生長(zhǎng)多晶硅層3 ；
步驟S04 :圖形化多晶硅層3以形成硅納米線陣列4 ；
步驟S05:在硅納米線陣列4上生長(zhǎng)一定厚度的結(jié)構(gòu)層，其中，結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)從上至下依次包括SiON層5TaN和Ta2O5層6 ；
步驟S06 :去除娃納米線陣列4中各娃納米線之間的TaN和Ta2O5層6。請(qǐng)參閱圖3，圖3為本發(fā)明圖2中工藝流程步驟SO1、步驟S02和步驟S03所分步生成硅納米線生物檢測(cè)芯片的部分結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，首先，在半導(dǎo)體襯底I上用濕氧氧化的方法生長(zhǎng)一層二氧化硅層2，優(yōu)選地，二氧化硅層2厚度可以為1000 A飛000 A ;接著，在二氧化硅層2上用爐管生長(zhǎng)多晶硅層3，其厚度可以為50 AlOOO A0請(qǐng)參閱圖4，圖4為本發(fā)明圖2中工藝流程步驟S04所分步生成硅納米線生物檢測(cè)芯片的部分結(jié)構(gòu)示意圖。也就是說(shuō)，接下來(lái)，對(duì)多晶硅層3進(jìn)行光刻及干法刻蝕形成硅納米線(SiNW)陣列4。該硅納米線陣列4中的硅納米線的線寬范圍可以為5nnTl30nm ;其厚度可以為 5nnTl00nm。請(qǐng)參閱圖5，圖5為本發(fā)明圖2中工藝流程步驟S05生成硅納米線陣列中結(jié)構(gòu)層部分結(jié)構(gòu)的示意圖。在本發(fā)明的實(shí)施例中，硅納米線陣列4表面可以通過(guò)熱氧化法生長(zhǎng)形成SiON層5，SiON層5的厚度可以為10 A 50 A0請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1，圖1包括了本發(fā)明圖2中工藝流程步驟S06和S07生成硅納米線陣列中結(jié)構(gòu)層部分結(jié)構(gòu)的示意圖。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以通過(guò)原子層淀積工藝生長(zhǎng)TaN和Ta2O5層6，然后，利用等離子干法刻蝕工藝去除各硅納米線之間的TaN和Ta2O5層6。在本發(fā)明的實(shí)施例中，TaN層的厚度可以為10 A 50 A Ja2O5層的厚度可以為10 A 50 L在本實(shí)施例的工藝步驟中，TaN還可以起到刻蝕停止層的作用。綜上所述，本發(fā)明的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)及制造方法不僅解決硅納米線陣列(SiNW)保存應(yīng)用中存在的容易受污染的問(wèn)題，且使其在生物檢測(cè)中，即使待測(cè)組份本體液的呈現(xiàn)多樣性的情況下，也可以使芯片經(jīng)受Na、K、Fe、Cu和Ca等離子的擴(kuò)散污染的考驗(yàn)，以及PH值等多種化學(xué)因素的影響，即實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的高穩(wěn)定性。以上所述的僅為本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu),包括 半導(dǎo)體襯底； 二氧化硅隔離層，生長(zhǎng)在所述半導(dǎo)體襯底上； 多晶硅層，生長(zhǎng)在所述二氧化硅隔離層上，所述多晶硅層中包括圖形化形成的硅納米線陣列；其特征在于還包括 結(jié)構(gòu)層，生長(zhǎng)在所述多晶硅層上；所述結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)從下至上依次包括SiON層、TaN和/或Ta2O5層,其中，所述TaN和/或Ta2O5層僅覆蓋于所述娃納米線陣列中各娃納米線的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述二氧化硅隔離層的厚度為1000 A 5000 L
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多晶硅層厚度為50 A 1000 A0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述硅納米線的線寬范圍為5nm 130nm ;其厚度為5nm 100nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述SiON層的厚度為10 A 50 A層的厚度為10 A 50 A ;所述Ta2O5層的厚度為10 A 50 L
6.一種硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟S01:提供半導(dǎo)體襯底； 步驟S02 :在所述半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)二氧化硅隔離層； 步驟S03 :在所述二氧化硅隔離層上生長(zhǎng)多晶硅層； 步驟S04 :圖形化所述多晶硅層以形成硅納米線陣列； 步驟S05 :在所述硅納米線陣列上生長(zhǎng)一層的結(jié)構(gòu)層，其中，所述結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)從下至上依次包括SiON層、TaN和/或Ta2O5層； 步驟S06 :去除娃納米線陣列中各娃納米線之間的TaN層和/或Ta2O5層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟S02中的所述二氧化硅隔離層生長(zhǎng)工藝為濕氧氧化工藝。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟S04中的形成硅納米線陣列是通過(guò)等離子干法刻蝕工藝完成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟S05中的SiON層是通過(guò)熱氧化法在硅納米線陣列表面生長(zhǎng)形成，所述TaN和/或Ta2O5層是通過(guò)原子層淀積工藝生長(zhǎng)形成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅納米線生物檢測(cè)芯片的制造方法，其特征在于，所述步驟S06中的去除工藝是采用等離子干法刻蝕工藝。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種硅納米線生物檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)及制造方法，該結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底、生長(zhǎng)在半導(dǎo)體襯底上的二氧化硅隔離層、生長(zhǎng)在二氧化硅隔離層上的多晶硅層和生長(zhǎng)在多晶硅層上的結(jié)構(gòu)層；其中，多晶硅層中包括圖形化形成的硅納米線陣列；結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)為從下至上依次包括SiON層、TaN層和/或Ta2O5層，且TaN層和/或Ta2O5層僅覆蓋于硅納米線陣列中各硅納米線的表面。因此，本發(fā)明不僅解決了硅納米線陣列(SiNW)在保存應(yīng)用中存在的容易受污染的問(wèn)題，且能使生物芯片經(jīng)受Na、K、Fe、Cu和Ca等離子的擴(kuò)散污染的考驗(yàn)，以及PH值等多種化學(xué)因素的影響，即實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的高穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B81C1/00GK103018429SQ201210431190
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者朱建軍, 趙宇楠, 葉紅波, 戚繼鳴 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司, 華東師范大學(xué)