JP2003298068A - マイクロ反応室用加熱要素として使用する薄膜トランジスタ - Google Patents

マイクロ反応室用加熱要素として使用する薄膜トランジスタ

Info

Publication number
JP2003298068A
JP2003298068A JP2002370039A JP2002370039A JP2003298068A JP 2003298068 A JP2003298068 A JP 2003298068A JP 2002370039 A JP2002370039 A JP 2002370039A JP 2002370039 A JP2002370039 A JP 2002370039A JP 2003298068 A JP2003298068 A JP 2003298068A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
gate electrode
heater assembly
reaction chamber
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002370039A
Other languages
English (en)
Inventor
Frank R Bryant
アール. ブライアント フランク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ST MICROELECTRONICS Inc
STMicroelectronics lnc USA
Original Assignee
ST MICROELECTRONICS Inc
STMicroelectronics lnc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ST MICROELECTRONICS Inc, STMicroelectronics lnc USA filed Critical ST MICROELECTRONICS Inc
Publication of JP2003298068A publication Critical patent/JP2003298068A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14088Structure of heating means
    • B41J2/14112Resistive element
    • B41J2/14129Layer structure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24VCOLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V99/00Subject matter not provided for in other main groups of this subclass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/48Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation
    • G01N25/4806Details not adapted to a particular type of sample
    • G01N25/4826Details not adapted to a particular type of sample concerning the heating or cooling arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66742Thin film unipolar transistors
    • H01L29/6675Amorphous silicon or polysilicon transistors
    • H01L29/66765Lateral single gate single channel transistors with inverted structure, i.e. the channel layer is formed after the gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78606Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
    • H01L29/78618Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure
    • H01L29/78621Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure with LDD structure or an extension or an offset region or characterised by the doping profile
    • H01L29/78624Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device characterised by the drain or the source properties, e.g. the doping structure, the composition, the sectional shape or the contact structure with LDD structure or an extension or an offset region or characterised by the doping profile the source and the drain regions being asymmetrical
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00783Laminate assemblies, i.e. the reactor comprising a stack of plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819Materials of construction
    • B01J2219/00824Ceramic
    • B01J2219/00828Silicon wafers or plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851Additional features
    • B01J2219/00853Employing electrode arrangements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00873Heat exchange
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N2035/00346Heating or cooling arrangements
    • G01N2035/00356Holding samples at elevated temperature (incubation)
    • G01N2035/00376Conductive heating, e.g. heated plates
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013Heaters using resistive films or coatings
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017Manufacturing methods or apparatus for heaters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ反応室用の小型の加熱要素を提供す
る。 【解決手段】 本発明によれば、熱反応室に隣接して多
結晶シリコンから形成された薄膜トランジスタが位置さ
れている。該トランジスタのゲート電極はシリコン基板
内に形成されており且つゲート誘電体がゲート電極上に
位置されている。パストランジスタがゲート電極へ結合
されており、該パストランジスタは薄膜加熱用トランジ
スタのゲート電極に隣接して位置され同一の半導体基板
内にソース/ドレイン領域を有している。パストランジ
スタがイネーブルされると、電圧がゲート電極へ印加さ
れて薄膜トランジスタのドレインからソースへ電流を流
させる。この電流の流れは高抵抗領域を介して通過し、
それにより熱を発生し熱反応室へ伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ反応室用の
ヒーターに関するものであって、更に詳細には、マイク
ロ反応室における加熱要素としての薄膜トランジスタの
使用及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液体であると気体であるとに拘わらず何
等かの流体の処置は益々精密化する温度調整が関与す
る。精密な制御下において非常に小さな量の流体を迅速
に特定の温度へ昇温させることがしばしば必要となる。
【0003】現在のインクジェット技術は、インク室内
に少量のインクを配置させ、該インクを迅速に加熱し且
つそれを排出させて例えば用紙等の隣接する表面上の選
択した位置にインク滴を与えることに依存している。従
来、それを介して電流が通過される場合に迅速に加熱さ
れるオーミック抵抗を使用して必要なインクの温度上昇
を提供していた。例えば、インクの排出に関する詳細な
説明は、Allenet al.著「サーマルインクジ
ェットの熱力学及び流体力学 (Thermodynam
ics and Hydrodynamics of
Thermal Ink Jets)」、ヒューレット
・パッカード・ジャーナル、1985年5月、pp.2
0−27の文献に記載されており、尚この文献を引用に
よって本明細書に取込む。
【0004】DNA増幅処理も種々のフェーズにおける
精密な温度制御に依存する。DNA増幅処理の種々のフ
ェーズ期間中に、流体は多数の熱サイクルを経験するこ
とが必要とされる。DNAを基礎とした流体は選択され
た温度範囲内において繰返し加熱及び冷却される多数の
サイクルを経験しながら、ある熱的に活性化された生物
学的/化学的処理が実施される。
【0005】マイクロヒーターは、又、光ビームを偏向
させるための蒸気バブルの形成に基づく光学的スイッチ
ング、液晶の光学的スイッチング、及び生物有機化合物
の分解検知のための生物学的流体の繰返し加熱のために
も使用される。
【0006】今日まで使用されている上述した各々の場
合において、電流が通過されるオーミック抵抗が加熱要
素として使用される。
【0007】これらの装置は入力トレンチ及び出力トレ
ンチを介して夫々入力貯蔵器及び出力貯蔵器へ接続され
ている埋込チャンネルを収容する半導体物質本体を有し
ており、それに対して処理すべき流体が供給され且つ反
応の終わりにおいてそれから流体が回収される。埋込チ
ャンネルの上方には加熱要素及びサーマルセンサーが設
けられており反応の熱的条件を制御し (それは、通常、
異なる温度サイクルを必要とし、該サイクルを正確に制
御することを必要とする)、且つ、出力貯蔵器において
は、反応した流体を検査するために検知電極が設けられ
ている。該加熱要素の両端部と電気的に接触しているコ
ンタクト領域を具備しており且つ典型的に同一のウエハ
上に形成されているMOSFETである駆動トランジス
タへ接続されている半導体本体を有するウエハ上に形成
されている金属加熱要素ヘ電流を供給することによって
熱が発生される。
【0008】小型化させたヒーター適用例に対してマイ
クロチップは極めて適したものである。一般的に、マイ
クロチップにおいて局所的な加熱を発生させる現在の技
術は例えばTaAl、HfB、三元合金等の金属合金又
は多結晶半導体からなるオーミック抵抗に基づいてい
る。加熱用の抵抗は外部回路又は集積化したパワーMO
SFETによって駆動される。サーマルインクジェット
プリンタ等の既存の適用例においては、加熱抵抗値は、
好適には、寄生効果を最小とさせ且つ加熱抵抗において
のみ電力を散逸させるためにMOSFETチャンネル抵
抗 (RON又はRDS)よりも高いものであることが望まし
い。通常、各パワーMOSFETはそのRO Nを最小とさ
せるためにチップ面積において大きな百分率を占有す
る。
【0009】現在の所、種々の技術が化学的又は生物学
的試薬の熱的制御を可能とさせる。特に、1980年代
の終わり頃から、小型化した装置が開発され、従って、
熱質量が減少され、そのことはDNA増幅処理を完了す
るのに必要な時間を減少させることが可能である。最
近、半導体物質のモノリシック集積化装置が提案されて
おり、それは反応を制御した状態で且つ低コストで少量
の流体を処理することが可能である (例えば、2001
年2月8日付で出願した米国特許出願第09/779,
980号、2001年6月4日付で出願した米国特許出
願第09/874,382号、2001年9月26日付
で出願した米国特許出願第09/965,128号を参
照すると良く、尚これらは全てエスティーマイクロエレ
クトロニクス、S.R.L.へ譲渡されており且つ引用
によって本明細書に取込む)。
【0010】このような構成における1つの欠点は、こ
のようなオーミック抵抗の抵抗値は固定されおり且つ変
調させることは不可能であり、従ってその柔軟性が制限
されているということである。その他の欠点としては、
オーミック抵抗は、特に高い温度において、物質が劣化
し (例えば、酸化、偏析等)、及びエレクトロマイグレ
ーションが発生する。これらの現象は寿命を制限し且つ
それらを設計に組込んだ場合の装置の信頼性に対する懸
念事項である。
【0011】更に別の欠点はパワー即ち電力の制御であ
る。電力か電圧のいずれかで駆動されるオーミック抵抗
はパワー即ち電力を散逸させ、それはパラメータの二次
関数である。そのことは、その出力に関する制御を劣っ
たものとさせる。何故ならば、電流又は電圧における小
さな変化がパワー (電力)及び温度出力において顕著な
変動を発生させる場合があるからである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、改良した薄膜半導体ヒーター組立体及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。本発明は、改
良した小型のヒーターを提供し、それは上述した欠点を
解消すると共に多くのマイクロ流体及びマイクロ機械的
適用例に対して所望の特性を提供すると共にその他の関
連した利点を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
薄膜トランジスタがマイクロリアクションチャンバ即ち
マイクロ反応室用の加熱要素として使用される。該薄膜
トランジスタのチャンネルは該加熱要素として使用され
る。該チャンネルを介して流れる電流が該チャンネル自
身の温度を高いレベルへ上昇させる。チャンネル物質及
びその寸法及び特性は、それを介して流れる電流に対し
て既知であり且つ所望の温度特性を有するように選択さ
れる。ゲート電圧、従って電流の量は、チャンネル領域
自身の温度を増加させ従ってマイクロ反応室等の隣接す
る構成体を加熱すべく所望の熱応答性を提供すべく選択
されている。
【0014】該薄膜トランジスタは半導体基板の上側に
形成されており且つ誘電体層によってそれから分離され
ているチャンネル領域を有している。ソース及びドレイ
ンは該チャンネル層と隣接しており且つそれに直接接続
されており且つ該半導体基板の上側に位置されている。
ゲート電極が半導体基板内において且つチャンネル領域
に隣接して位置されている。ゲート電極上に選択した電
圧を与えることによって所望量の電流を該チャンネル領
域を介して通過させ、所望の温度増加を与える。マイク
ロ反応室が該チャンネル領域に隣接して位置されてお
り、従ってチャンネル領域の温度が増加するに従い、マ
イクロ反応室が加熱される。
【0015】1実施例によれば、チャンネル領域をマイ
クロ反応室から電気的に分離するためにチャンネル領域
の上側に電気的絶縁層が位置されている。別の実施例に
おいては、該誘電体層は必要ではなく且つチャンネル領
域自身がマイクロ反応室内に直接的に露出されている。
【0016】マイクロ反応室は容易にエッチングするこ
とが可能であるか又はマイクロマシニングすることが可
能な物質の層から形成されている。例えば、マイクロ反
応室は有機ポリマー物質から構成することが可能であ
る。1実施例においては、マイクロ反応室は、熱応答性
反応室に対する包囲体を与えるためにその上部に蓋を有
している。
【0017】
【発明の実施の形態】図1は本発明の原理に基づくヒー
ター組立体用の加熱要素を与える薄膜トランジスタ10
の概略図である。トランジスタ10はドレイン領域12
と、チャンネル領域14と、ソース領域16とを有して
いる。チャンネル領域14内には抵抗要素18が存在し
ており、それはドレインからソースへ流れる電流に応答
して加熱する。チャンネル領域14に隣接してゲート電
極20が設けられている。電圧がゲート電極20へ与え
られると、トランジスタ10がイネーブル即ち動作可能
状態とされ、従って電流がチャンネル領域14を介して
ドレインからソースへ流れることが可能であり、従って
チャンネル領域内の抵抗領域を所望の温度へ加熱する。
【0018】図2は薄膜トランジスタ半導体ヒーター組
立体の1実施例の概略断面図である。半導体基板11は
軽度にドープされており所望の導電型を有しており、且
つ所望のコンフィギュレーション即ち形態に依存してP
型又はN型のいずれかとすることが可能である。半導体
領域11内には適宜の絶縁領域22の間に活性区域が画
定されている。絶縁領域22はトレンチ、フィールド酸
化物、当該技術分野において公知の如く誘電体又は任意
の許容可能な物質22で充填されたトレンチ分離から構
成することが可能である。活性区域内においてゲート電
極20が高濃度のドーパント物質を注入することにより
形成されている。ドーパント物質は基板の導電型と反対
の導電型であり且つN型又はP型のいずれかとすること
が可能である。ゲートは従来のドーパント注入技術によ
って形成され且つ使用する処理に依存して電気的分離領
域22を形成する前又はその後に形成することが可能で
ある。ゲート電極20の上にゲート誘電体24が形成さ
れている。ゲート誘電体24は二酸化シリコン、窒化シ
リコン、二酸化シリコン/窒化シリコンのサンドイッチ
層、又はゲート電極を形成するのに適したその他の何等
かの誘電体物質の組合わせとすることが可能である。ポ
リシリコン層がゲート誘電体24の上側に形成されてお
り且つ電気的分離領域22の上方に隣接する単一の層と
して延在している。ポリシリコン層は両側をドーピング
してドレイン領域12とソース領域16とを形成してい
る。中央領域14は薄膜トランジスタ10のチャンネル
領域となる。ソース及びドレインは形成すべきトランジ
スタのタイプに依存する適宜の導電型で高度にドープさ
れる。例えば、Pチャンネルトランジスタを形成するた
めにボロンで高度にドープすることが可能であり、一
方、Nチャンネル装置を形成するために燐及び/又は砒
素で高度にドープすることが可能である。チャンネル領
域14は、それを介して電流が流される場合に顕著な温
度へ加熱する高抵抗領域を与えるために適宜の導電型で
軽度にドープされている。チャンネル領域14は、好適
には、ソース及びドレインと反対の導電型でドープさ
れ、例えば、ソース及びドレインがN型にドープされる
場合には、チャンネル領域はP型にドープされ且つその
逆も又真である。
【0019】薄膜トランジスタは軽度にドープされた場
合に異常な特性を有する多結晶シリコンから構成されて
いる。ある場合においては、ドープされていないか又は
非常に軽度にドープされている多結晶シリコンはP型物
質として動作する。従って、1実施例においては、チャ
ンネル領域14はドープされていない多結晶シリコンで
あり且つ見かけのP型導電性特性が薄膜トランジスタに
おいて使用される。それは、又、所望の抵抗領域18及
び所望のスレッシュホールドを有するチャンネルを形成
するために軽度にP型又はN型にドープさせることが可
能である。チャンネルドーピングはソース及びドレイン
のチャンネルドーピングと同じものとするか又は反対の
ものとすることが可能である。物質がポリシリコンであ
るので、種々のドーピングレベルに対する電気的応答は
公知の如く、単結晶シリコンのものとは異なるものであ
る。
【0020】薄膜トランジスタ10の上にパッシベーシ
ョン層26が形成されている。パッシベーション層26
はその熱的特性のため及びその電気的絶縁特性のために
選択することが可能である。例えば、それは二酸化シリ
コン、窒化シリコン、又は電気的絶縁体であり且つ比較
的安定な熱的特性を有するその他の物質とすることが可
能である。一方、それは炭化珪素とすることが可能であ
り、その場合は、誘電体であるが二酸化シリコン又は窒
化シリコンとは異なる熱伝導度を有している。その他の
物質を選択することも可能であり、それは誘電体層でな
い場合があるが、高度に熱伝導性であり且つチャンバ内
の流体に対して不活性である。例えば、タンタル合金、
アルミニウム、金属酸化物又はその他のパッシベーショ
ン層とすることが可能である。導電層は電気的絶縁を与
えるためにチャンネル物質と加熱チャンバ (室)との間
に誘電体を必要とする場合がある。パッシベーション層
26の目的は、トランジスタ10に対して保護を与える
ことであり、従って、異なる物質がリアクションチャン
バ即ち反応室に入る場合に、トランジスタ10の動作が
劣化されることはない。
【0021】高度に導電性の配線28がドレイン12へ
結合しており且つ高度に導電性の配線30がソース16
へ接続している。好適には、配線28及び30はアルミ
ニウム、銅、チタン、タングステン又はそれらの合金等
の金属層から構成されている。配線層28及び30は、
夫々、適宜のコンタクト32及び34によってソース及
びドレインへ結合されている。コンタクト32及び34
はタングステン、アルミニウム、チタンバリアとそれに
続くタングステン、又は配線層28および30とその下
側に存在する多結晶シリコンとの間のその他の許容可能
なコンタクトとすることが可能である。
【0022】薄膜トランジスタ10の上に熱反応室36
が形成されている。熱反応室36はソース電極及びドレ
イン電極の上側に形成されており且つ適宜エッチングさ
れている適宜の誘電体層40の壁によって形成されてい
る。反応室の壁40は二酸化シリコン、窒化シリコン、
例えばTEOS等の高密度二酸化シリコン等の誘電体物
質から構成することが可能である。好適実施例において
は、反応室の壁40はトランジスタを形成するシーケン
スの処理と適合性がある有機ポリマー物質から形成され
ている。有機ポリマー物質は任意の許容可能な有機ポリ
マーとすることが可能であり、且つ1実施例において
は、SU8として知られる市販されている物質を使用
し、一方別の実施例においては、感光性ポリイミドが使
用される。蓋42がヒーター反応室36の上に形成され
ている。蓋42は反応室の壁40と同一の物質から且つ
同一の処理ステップで形成することが可能である。一
方、それは別の処理ステップで形成することが可能であ
り、且つ後に説明するように、熱反応室の物質とは別の
物質から構成することが可能である。
【0023】図3及び4は本発明の更なる詳細を示して
いる。ゲート電極20はチャンネル領域14の下側を延
在している。導電性領域42がゲート電極20へ接続し
ており、導電性領域42はパスゲートトランジスタ50
のソース又はドレインのいずれかである。パスゲートト
ランジスタ50は単結晶基板11内のチャンネル領域4
3を有しており且つドレイン領域46とソース領域42
とを有しているスタンダードのMOSトランジスタの形
態をしている。1実施例においては、パスゲートトラン
ジスタ50及びゲート誘電体25は薄膜トランジスタゲ
ート誘電体24と同一であり、層24はパスゲートトラ
ンジスタ50及び加熱用トランジスタ10から隣接 (連
続)した単一層として且つ同一の処理ステップで形成さ
れている。別の実施例においては、これら2つのトラン
ジスタは、夫々、ゲート誘電体24及び25に対して別
々の厚さ及び/又は異なる物質を有している。多くの実
施例において、異なるスレッシュホールド特性及び異な
るターンオン及びターンオフ特性を有するトランジスタ
を有することが所望される。このことを達成する1つの
方法は、異なるゲート誘電体24及び25を有すること
である。従って、幾つかの実施例においては、ゲート誘
電体24及び25は2つのトランジスタ50及び10に
対して同一であり且つ夫々のゲート電極及びチャンネル
のドーピング分布は異なる。一方、ゲート誘電体24及
び25は異なるステップで形成され且つ異なる厚さを有
するか又は異なる物質から構成されて異なるものである
場合がある。
【0024】MOSトランジスタ50はドレイン領域4
6を有しており、それはコンタクト48によって電力供
給源54へ電気的接続されている。コンタクト48は例
えば3V、5V、8V又は薄膜トランジスタ10のゲー
ト電極20へ伝達することが所望される任意の選択した
値の所望の値の電圧を有している。導電性経路56はパ
スゲート50のゲート電極44へ結合している。薄膜ト
ランジスタ10のゲート40へ電圧を与えるためにパス
ゲートにおけるゲート電極44に電力を供給するため
に、導電線56が所望のシーケンスで選択的高又は低と
される適宜の制御回路へ結合している。ゲート電極44
が高とされる場合には、トランジスタ50がイネーブル
され、ドレイン46における電圧をドレイン42へ通過
させ、従ってゲート電極20へ通過させる。1実施例に
おけるトランジスタ50はN型であり、従って高電圧を
印加すると該トランジスタをイネーブルさせ且つ印加電
圧はスタンダードのVDDとすることが可能であり又はよ
り高い電圧を通過させるためにVDDを超えるスレッシュ
ホールド値の2倍等の増加させた値とすることが可能で
ある。一方、パスゲートトランジスタ50はPチャンネ
ルトランジスタとすることが可能であり、その場合に
は、ゲート電極44を低とさせて薄膜トランジスタのゲ
ート電極20上に所望の電圧を与えた場合にイネーブル
される。
【0025】「ソース」及び「ドレイン」という用語は
電流の流れ及び使用されるトランジスタのタイプに依存
して交換可能なものであり、従って、幾つかの実施例に
おいては、ソースが46であり且つドレインが42とす
ることが可能である。例えば、動作の1部分における期
間中、ゲート電極20を高電圧とさせた後に接地させる
ことが望ましい場合がある。このような実施例において
は、電力供給線54上の電圧が高から接地へスイッチさ
れ、それに続いてパスゲート50をイネーブルさせる。
このことはゲート電極20上の電圧又は余分の電荷を除
去し、それを接地へ結合されている電力供給線54を介
して接地へ移行させる。この動作においてはソースが4
6であり且つドレインが42である。これらの名称は、
これら2つの領域の間の相対的な電圧レベル及び動作状
態に依存して、Pチャンネルトランジスタの場合にスイ
ッチさせることが可能である。又、ヒータートランジス
タとパスゲートとの間にプルダウン回路を付加させて、
ヒータートランジスタゲートノード電圧を接地へ移行さ
せることが可能である。プルダウン回路は、例えば、高
い値の抵抗又はトランジスタとすることが可能である。
【0026】薄膜トランジスタ10は、ゲート電極20
を適宜の電圧、即ちN型トランジスタの場合には高又は
Pチャンネルトランジスタの場合は低とさせる場合にイ
ネーブルされる。比較的高い電圧が電力供給線28を介
してドレイン12へ結合される。複数個のコンタクト3
2が電力供給線28からドレイン領域12に対して高い
電流担持能力を提供する。ゲート電極20が高電圧とさ
れると、そのことはゲート酸化物24を介してチャンネ
ル領域14への電界を形成し、ドレイン12からソース
16へ電流を通過させ且つ電力供給線28から線30へ
の直列電気接続を与える。中央抵抗領域18が、それを
介して電流が流される場合に、迅速に高い温度へ加熱す
る。熱反応室36が抵抗部材18によって所望のレベル
へ加熱される。このような薄膜トランジスタ10を介し
て流れる電流の量及びタイミングはゲート電極20によ
って精密に制御され、熱反応室36の所望量の加熱を与
える。
【0027】ゲート電極20は電圧制御型装置であり、
それはパスゲート50を介して供給される電圧に応答す
る。ゲート電極20は絶縁されているゲート装置である
のでそれによる電流消費は殆どないか又は全くない。従
って、該トランジスタの応答時間は非常に迅速である。
何故ならば、電流の流れは殆どないか又は全くなく且つ
該トランジスタは低い寄生容量で高速の応答時間を有す
るように構成されているからである。このことはタイミ
ング及びパスゲートによって駆動される制御論理を介し
ての薄膜トランジスタ10を介しての電流の量及び電力
供給線54上の電圧レベルの微調整制御を与える。従っ
て、実際の制御端子20は電流を担持する装置ではなく
寧ろ電圧制御型スイッチであり、従来技術のオーミック
抵抗と比較して顕著な利点を有している。
【0028】図5は本発明の原理に基づく別の実施例を
示している。図5の実施例においては、抵抗領域18は
熱反応室36と同延である。高度にドープしたドレイン
12及びソース16は熱反応室36の完全に外側にあ
る。高抵抗領域18は熱反応室の底部と同延でありチャ
ンネル領域14自身よりも著しくより大きい。この場合
には、該トランジスタのターンオン特性は著しく変更さ
れており、従って導通とさせるためにげート電極20に
幾分より高い電圧レベルが必要とされる。薄膜トランジ
スタ10がイネーブルされると、抵抗領域全体を介して
ドレインからソースへ同一の電流が流れ、抵抗領域の底
部全体にわたって均一な加熱を与える。このことは幾つ
かの実施例において有益的である場合がある。更に、図
5の実施例においては、パッシベーション層26は使用
されていない。幾つかの実施例においては、熱反応室内
の物質は抵抗18を劣化させるものではなく、又、抵抗
要素18を熱反応室36内の物質と直接接触させること
が望ましい場合がある。これらの実施例の場合には、パ
ッシベーション層26は使用されない。
【0029】図6は別の実施例を示しており、この場合
には、薄膜トランジスタ10はIOF F電流を最小とさせ
るためのドレインオフセットを有している。図6の実施
例は、充分に迅速なターンオン特性を維持しながら薄膜
トランジスタ10の精密な制御が所望される場合に好適
である。
【0030】図7は抵抗領域18がゲート電極20より
著しく小さい別の実施例を示している。この実施例にお
いては、抵抗領域18は比較的小さなストリップであ
り、且つゲート電極20は高抵抗領域18の両側にかな
り延在している。従って、チャンネル長は所望のターン
オン特性と結合された所望の加熱特性を与え且つ所望の
速度で及び所望の位置において反応室36を加熱すべく
選択することが可能である。
【0031】従って、図7の実施例に基づいて構成され
たトランジスタは非常に速いターンオン特性を有してお
り、且つ他の実施例よりもより迅速に与えられた区域に
対してより高い電流密度を与えることが可能である。
【0032】反応室36の寸法及び位置は所望の最終用
途に従って選択することが可能であり且つ抵抗領域18
と相対的に位置決めさせることが可能である。抵抗18
は図2−7に示したように種々の位置に位置させること
が可能であり、熱反応室36に関してほぼ中央に位置さ
せ且つ反応室と相対的に所望の幅を有することが可能で
ある。それは、又、左右端部又は反応室内のその他の選
択した位置に位置させることが可能である。一方、反応
室36はチャンネル領域自身又はゲート電極20と正確
に等しい寸法に形成することが可能である。例えば、図
5の実施例においては、反応室36は、所望により、抵
抗領域18の寸法と正確に等しくすることが可能であ
る。このとは抵抗領域18及びチャンネル領域36の両
方に対して同一のマスク寸法を使用することにより容易
に行うことが可能である。反応室36は図5及び7に示
したタイプの抵抗領域18と一致するように構成するこ
とが可能である。
【0033】図8−11は本発明に基づく装置を製造す
る場合に実施されるべき処理ステップを例示している。
シリコン基板11で開始し、分離層22を形成し、それ
は分離領域22が存在しない活性区域23を提供する。
分離領域22はトレンチ分離、酸化物で充填されている
トレンチ又は凹所、スタンダードのフィールド酸化物、
フィールド分離層を使用することのない単純な接合分
離、又は図示した寸法及びタイプの活性区域を形成する
ために任意の許容可能な分離構造とすることが可能であ
り、このような構造は当該技術において公知である。活
性区域の形成に続いて、ゲート誘電体25を形成する。
1実施例においては、単一ゲート誘電体を形成し、それ
はパスゲート50と薄膜トランジスタ10の両方の下側
を延在する。一方、この段階において選択した物質から
ゲート誘電体25を形成し、且つゲート誘電体24を後
に異なる物質から薄膜トランジスタ10のために形成す
る。適宜のゲート誘電体25を形成した後に、パストラ
ンジスタ50に対するゲート電極44を形成するための
マスキング及びエッチングと共に一様のポリシリコン付
着形成を実施する。その後に、ゲート電極44を高度に
ドープさせて導電性とさせ、一方同時にパストランジス
タのソース領域及びドレイン領域46及び42及び薄膜
トランジスタのゲート電極20を形成する。このドーピ
ングは活性区域を完全に露出させるか又は当該技術にお
いて公知の如く犠牲パッド酸化物で被覆した状態で実施
することが可能である。同一のゲート誘電体24を両方
のトランジスタに対して使用する場合には、ゲート電極
領域20内への注入エネルギはゲート誘電体24を完全
に貫通して通過するのに充分に高い物である。別個のゲ
ート電極が使用される別の実施例においては、ゲート電
極20はその上にゲート誘電体を有するものではない。
従って、該基板に対して直接的に又は後に除去される犠
牲パッド酸化物を介して基板への注入が行われる。従っ
て、ゲート電極20は、好適には、パストランジスタ5
0のソース領域及びドレイン領域42及び46を形成す
るのと同一の注入で形成される。論理制御回路の一部で
あるその他の活性トランジスタもトランジスタ50と同
時に且つ同一の処理ステップで形成される。
【0034】その後に、薄膜トランジスタ10は、その
上にゲート誘電体24を形成するが、その場合に薄膜ト
ランジスタ10に対して所望されるゲート誘電体24の
タイプに依存して、酸化物層を成長させるか又は付着形
成させるか又は適宜の窒化物層及び酸化物のサンドイッ
チを付着形成させる。次に、薄膜トランジスタに対して
第二ポリシリコン付着を行って隣接する即ち連続したポ
リシリコン層61を形成し、それは薄膜トランジスタ1
0のドレイン12、チャンネル14、ソース16とな
る。図9は薄膜トランジスタ10用のポリシリコン層6
1が付着されるのに十分に実施した処理を示している。
1実施例によれば、適宜のチャンネルスレッシュホール
ド及び抵抗ドーピングを図9に示したようにポリシリコ
ン層61に対して実施して、高抵抗領域18に対して物
質をドープし適宜のチャンネルスレッシュホールド電圧
とさせる。幾つかの場合においては、このドーピングは
P型とすることが可能であるが、その他の実施例におい
ては、このドーピングをN型とすることが可能である。
1実施例においては、ドーピングを行うことはなく且つ
高抵抗領域及びチャンネル14に対してドープしていな
いポリシリコンを使用する。使用した場合にはこの抵抗
注入に続いて、図9における抵抗18に対して、図10
に示したように抵抗領域18の上にマスクを配置させ
る。次いで高度にドープした注入を露出したポリシリコ
ンに与えてドレイン12とソース16とを形成する。こ
のドーパントは前のステップのチャンネルドーパントと
反対のものとすることが可能であり且つポリシリコンを
カウンタドーピングするために充分に高いドーズのもの
とすることが可能である。一方、トランジスタチャンネ
ルはポリシリコン内にあり且つこのようなトランジスタ
は形成すべきトランジスタのタイプに依存して従来公知
の如く別個のターンオン特性を有するものであるので、
チャンネルと同一の導電型のものとすることが可能であ
る。
【0035】ソース領域及びドレイン領域を形成した後
に、適宜のエッチングによってブロック用マスク層63
を除去し且つポリシリコン層11の上にパッシベーショ
ン層26を形成する。ヒーター要素用のパッシベーショ
ン層26はチャンネルの陽極化、酸化、ニトロ化、酸化
物又は窒化物の付着又はその他の許容可能なパッシベー
ション層とすることが可能である。パッシベーション2
6に使用する物質は、熱反応室物質と且つ反応室内に存
在する可能性のある流体と適合性のある物質に選択され
る。1実施例においては、図5に関して前に説明したよ
うにパッシベーション層26は形成されない。パッシベ
ーション層の形成に続いて、適宜の相互接続層を形成し
て電力供給層28及び30及び図3に関して前述した適
宜の電力供給線54及び56を与える。
【0036】図11は、適宜の技術によりヒートチャン
バ即ち熱反応室36が形成されている状態を示してい
る。1実施例によれば、感光性ポリマー又はSU8等の
有機ポリマーの一様の層を基板全体の上に付着形成させ
る。上表面下側の下側部分のみを露光させるために光源
の焦点深さを調節することによって有機ポリマー内にキ
ャビティ即ち凹所を形成する。この実施例においては、
有機ポリマーの内部部分を露光させ、一方熱反応室36
上方の上部部分は露光させない。熱反応室36へのイン
レット及びアウトレットを形成することが所望される位
置において適宜光の焦点を調節することによりこの時に
反応室36へのインレット及びアウトレットを形成する
ことも可能である。このような反応室へのインレット及
びアウトレットの形成及び位置は従来の寸法及び形状及
び従来公知の位置のものとすることが可能である。その
ような位置の例としては現在係属中の米国特許出願第0
9/874,382号及び第09/965,128号に
記載されている。一方、熱反応室は、これら2つの現在
係属中の特許出願に記載されている技術によって形成す
ることが可能であり、これらの特許出願の記載内容を引
用によって本明細書に取込む。
【0037】1実施例によれば、熱反応室は2つの別々
の物質から形成される。感光性有機ポリマー82等の第
一物質を付着形成させる。その上に、一様な層84とし
て第一層82とは異なる感光度を有することが可能であ
り異なるエッチング特性を有している第二物質から形成
する。上側の層84をマスク層86で被覆し、次いで、
適宜マスキング及びエッチングを行ってインレット及び
アウトレットチャンバを与える。マスク86を上部層8
4の上側に配置し且つマスク86を介して非感光層84
を介してその下側の感光層82に対して露光を行う。従
ってチャンバ物質82は露光され、それに続いてスタン
ダードの現像、処理、エッチング、キュアリングを行
う。層84は熱反応室36となる部分の上側に蓋として
不変のまま残存する。その結果、適宜のインレット及び
アウトレットを具備する上部を有する熱反応室36が形
成される。インレット及びアウトレットは公知の技術を
使用して側部又は底部に設けることが可能である。
【0038】図12はその底部部分における抵抗として
作用するトランジスタを具備する最終的な熱反応室を示
している。
【0039】図13は更に別の実施例を示している。こ
の実施例においては、層26は2つ又はそれ以上の物質
からなる層31及び33からなるサンドイッチ層であ
る。第一層31はその熱的特性のために選択されてい
る。それは高度に熱導電性であり且つ誘電性とするか又
は誘電性でないものとすることが可能である。熱伝導層
31の寸法、厚さ、位置及び面積は適切な伝熱特性を与
えるように選択されている。それは反応室36の底部全
体にわたって一様な熱を与えるような大型のプレートと
することが可能である。それは抵抗領域18のみを被覆
する小型のプレートとすることが可能であり、又は任意
の所望の形状及び厚さを有することが可能である。層3
1は前述したような全体的な構造に対して使用される処
理と適合性を有する許容可能な熱伝導体から構成するこ
とが可能である。第二層33はその電気的特性に対して
選択される。それは高い電気的絶縁を与え且つ高い誘電
率を有することが可能である。層33の物質及び厚さは
チャンネル領域14の電気的絶縁を確保するために選択
される。それは二酸化シリコン、窒化シリコン、又は種
々の層におけるその組合わせから構成することが可能で
ある。
【0040】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 薄膜トランジスタ加熱要素を示した概略図。
【図2】 図3の2−2線に沿ってとった加熱組立体の
概略断面図。
【図3】 アクセストランジスタ及び駆動トランジスタ
を包含するヒーター組立体を示した概略平面図。
【図4】 図2及び3の4−4線に沿って取った加熱組
立体の概略断面図。
【図5】 加熱組立体の別の実施例を示した概略断面
図。
【図6】 加熱組立体の更に別の実施例を示した概略断
面図。
【図7】 加熱組立体の更に別の実施例を示した概略断
面図。
【図8】 本発明に基づいてヒーター組立体を製造する
処理の1段階における状態を示した概略断面図。
【図9】 本発明に基づいてヒーター組立体を製造する
処理の1段階における状態を示した概略断面図。
【図10】 本発明に基づいてヒーター組立体を製造す
る処理の1段階における状態を示した概略断面図。
【図11】 本発明に基づいてヒーター組立体を製造す
る処理の1段階における状態を示した概略断面図。
【図12】 本発明に基づいてヒーター組立体を製造す
る処理の1段階における状態を示した概略断面図。
【図13】 本発明の更に別の実施例を示した概略断面
図。
【符号の説明】
10 薄膜トランジスタ 12 ドレイン領域 14 チャンネル領域 16 ソース領域 18 抵抗要素 20 ゲート電極 22 絶縁領域 24 ゲート誘電体 26 パッシベーション層 28,30 配線層 36 熱反応室 40 壁 42 蓋 48 コンタクト 50 パスゲートトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B41J 3/04 103H (72)発明者 フランク アール. ブライアント アメリカ合衆国, テキサス 76209, デントン, クレストウッド 2125 Fターム(参考) 2C057 AF65 AG46 AP14 AP31 AQ02 AR17 BA13 3K058 AA02 AA45 5F110 AA30 BB04 BB13 BB20 CC08 DD05 DD22 EE08 EE10 FF02 FF03 FF09 GG02 GG13 GG31 HJ01 HJ12 HJ30 HL02 HL03 HL04 NN01 NN03 NN22 NN23 NN24 NN27 NN38 NN62 NN74

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜半導体ヒーター組立体において、 半導体基板、 前記基板内に形成されているゲート電極、 前記ゲート電極上に位置されており且つ前記半導体基板
    の上側に存在しているゲート誘電体層、 前記ゲート誘電体層の上に位置されており選択された固
    有抵抗を有する抵抗領域を具備するチャンネル部材、 前記チャンネル領域に隣接して位置されているソース領
    域、 前記チャンネル領域に隣接して位置されているドレイン
    領域、 前記チャンネル領域へ電界を印加した場合に前記ゲート
    電極に応答して前記ドレイン領域から前記チャンネルを
    介して前記ソース領域へ電流を担持すべく前記ドレイン
    領域へ結合されている電流担持用導体、 前記チャンネル領域に隣接して位置されている熱応答性
    反応室、を有していることを特徴とするヒーター組立
    体。
  2. 【請求項2】 請求項1において、更に、前記チャンネ
    ル部材の上で且つ前記チャンネル部材と前記熱応答性反
    応室との間に位置されている電気的絶縁性部材を有して
    いることを特徴とするヒーター組立体。
  3. 【請求項3】 請求項2において、前記電気的絶縁性部
    材が高い熱伝導率を有する物質から構成されていること
    を特徴とするヒーター組立体。
  4. 【請求項4】 請求項2において、前記電気的絶縁性部
    材が前記チャンネル部材から前記熱応答性反応室へ迅速
    に熱を伝導する形状及び寸法を有していることを特徴と
    するヒーター組立体。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記固有抵抗が前記
    チャンネル部材を介しての選択した電流の流れに対して
    選択した熱応答性を与えるべく選択されていることを特
    徴とするヒーター組立体。
  6. 【請求項6】 請求項1において、前記抵抗領域が前記
    ゲート電極の直上において前記チャンネル領域内に位置
    されており且つ前記チャンネル領域より小さな長さを有
    していることを特徴とするヒーター組立体。
  7. 【請求項7】 請求項1において、前記抵抗領域が部分
    的に前記チャンネル領域内に位置されており且つ部分的
    に前記ドレイン領域内に位置されており、前記抵抗領域
    が前記チャンネル領域よりも長さが長いことを特徴とす
    るヒーター組立体。
  8. 【請求項8】 請求項1において、前記抵抗領域の位置
    及び寸法が、選択した位置において前記反応室内に指向
    型加熱応答を与えるべく選択されていることを特徴とす
    るヒーター組立体。
  9. 【請求項9】 請求項1において、前記抵抗領域が前記
    ゲート電極よりも長さが長いことを特徴とするヒーター
    組立体。
  10. 【請求項10】 請求項1において、更に、前記熱応答
    性反応室の上側に位置させたカバーを有しており、前記
    カバーが前記反応室内の加熱応答を修正させる選択した
    寸法及び物質を有していることを特徴とするヒーター組
    立体。
  11. 【請求項11】 請求項1において、更に、前記ゲート
    電極に結合されているイネーブルトランジスタを有して
    おり、前記イネーブルトランジスタが前記ヒーター組立
    体のゲート電極と同じ半導体基板内に位置されているソ
    ース及びドレインを有していることを特徴とするヒータ
    ー組立体。
  12. 【請求項12】 請求項11において、更に、前記イネ
    ーブルトランジスタへ結合している電圧供給源を有して
    おり、前記電圧供給源が前記イネーブルトランジスタを
    介して前記チャンネル部材内に電界を形成するために前
    記ゲート電極上に選択した電圧を与えることを特徴とす
    るヒーター組立体。
  13. 【請求項13】 請求項11において、前記イネーブル
    トランジスタが、更に、 前記ヒーター組立体ゲート電極と同じ半導体基板内にお
    けるチャンネル領域、 前記チャンネル領域の上側に位置されている第二ゲート
    誘電体、 前記第二ゲート誘電体の上側に位置されているポリシリ
    コンゲート電極、を有していることを特徴とするヒータ
    ー組立体。
  14. 【請求項14】 請求項12において、前記ヒーター組
    立体ゲート誘電体が前記第二ゲート誘電体と同一の連続
    した層であることを特徴とするヒーター組立体。
  15. 【請求項15】 請求項12において、前記ヒーター組
    立体ゲート誘電体が異なる厚さを有しており前記第二ゲ
    ート誘電体と異なる層であることを特徴とするヒーター
    組立体。
  16. 【請求項16】 半導体ヒーター組立体の製造方法にお
    いて、 半導体基板内に電気的に絶縁した領域を形成し、 前記半導体基板内にゲート電極を形成し、 前記ゲート電極の上側で且つ前記絶縁領域の間に位置さ
    せてゲート誘電体を形成し、 前記絶縁領域及び前記絶縁層の上側に位置して多結晶シ
    リコン層を形成し、 薄膜トランジスタを得るために選択した低い固有抵抗を
    有するように前記多結晶シリコン層内にソース領域とド
    レイン領域とをドーピングし、 前記抵抗領域の上側に熱応答性反応室を形成する、こと
    を特徴とする方法。
  17. 【請求項17】 請求項16において、更に、選択した
    高い固有抵抗を有する抵抗領域を形成するために前記チ
    ャンネル領域の上側に位置させて前記多結晶シリコン層
    内における領域をドーピングすることを特徴とする方
    法。
  18. 【請求項18】 請求項17において、前記抵抗領域が
    前記多結晶シリコン層内の前記ソース領域及びドレイン
    領域と同一の導電型であることを特徴とする方法。
  19. 【請求項19】 請求項17において、前記抵抗領域が
    前記多結晶シリコン層内の前記ソース領域及びドレイン
    領域と異なる導電型であることを特徴とする方法。
  20. 【請求項20】 請求項16において、更に、同一の導
    電型を有しており且つ同一の処理ステップを使用して前
    記基板内に前記ゲート電極を形成するのと同時的に前記
    ゲート電極に隣接してパストランジスタのソース領域及
    びドレイン領域を形成することを特徴とする方法。
  21. 【請求項21】 請求項20において、更に、前記薄膜
    トランジスタのゲート誘電体を形成する前に前記パスト
    ランジスタ用の第二ゲート誘電体を形成することを特徴
    とする方法。
JP2002370039A 2001-12-20 2002-12-20 マイクロ反応室用加熱要素として使用する薄膜トランジスタ Pending JP2003298068A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/28849 2001-12-20
US10/028,849 US6504226B1 (en) 2001-12-20 2001-12-20 Thin-film transistor used as heating element for microreaction chamber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003298068A true JP2003298068A (ja) 2003-10-17

Family

ID=21845815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002370039A Pending JP2003298068A (ja) 2001-12-20 2002-12-20 マイクロ反応室用加熱要素として使用する薄膜トランジスタ

Country Status (3)

Country Link
US (3) US6504226B1 (ja)
EP (2) EP1326279B1 (ja)
JP (1) JP2003298068A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010277090A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Xerox Corp 画像印字システム、画像形成方法、及び、インク画像形成方法
US8017380B2 (en) 2007-05-11 2011-09-13 Sony Corporation Real-time PCR system
US8198074B2 (en) 2007-06-28 2012-06-12 Sony Corporation Reaction device
JP2014103116A (ja) * 2007-09-13 2014-06-05 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置
US8852868B2 (en) 2010-04-28 2014-10-07 Shimadzu Corporation Method for real-time nucleic acid amplification by droplet manipulation
US8945911B2 (en) 2009-05-14 2015-02-03 Sony Corporation Optical detector

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030070569A1 (en) * 2001-10-11 2003-04-17 Colin Bulthaup Micro-stencil
US20030116552A1 (en) * 2001-12-20 2003-06-26 Stmicroelectronics Inc. Heating element for microfluidic and micromechanical applications
US6957608B1 (en) 2002-08-02 2005-10-25 Kovio, Inc. Contact print methods
US6765281B2 (en) 2002-11-27 2004-07-20 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor apparatus with a stable contact resistance and a method of making the semiconductor apparatus
US7278706B2 (en) * 2003-10-30 2007-10-09 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid ejection device
US7031564B2 (en) * 2003-11-05 2006-04-18 Tyler Sims Heat transfer structures
US7045873B2 (en) * 2003-12-08 2006-05-16 International Business Machines Corporation Dynamic threshold voltage MOSFET on SOI
US7125777B2 (en) * 2004-07-15 2006-10-24 Fairchild Semiconductor Corporation Asymmetric hetero-doped high-voltage MOSFET (AH2MOS)
US20080164537A1 (en) * 2007-01-04 2008-07-10 Jun Cai Integrated complementary low voltage rf-ldmos
US7064414B2 (en) * 2004-11-12 2006-06-20 International Business Machines Corporation Heater for annealing trapped charge in a semiconductor device
EP1904148A2 (en) * 2005-07-05 2008-04-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device for the controlled release of a predefined quantity of a substance
US20070065964A1 (en) * 2005-09-22 2007-03-22 Yinon Degani Integrated passive devices
US20080308548A1 (en) * 2005-12-19 2008-12-18 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Active Matrix Temperature Controller Array
EP1999272B1 (en) * 2006-03-21 2017-11-01 Koninklijke Philips N.V. Microelectronic sensor device with sensor array
US7704847B2 (en) * 2006-05-19 2010-04-27 International Business Machines Corporation On-chip heater and methods for fabrication thereof and use thereof
BRPI0712655A2 (pt) 2006-06-08 2012-11-20 Koninkl Philips Electronics Nv dispositivo de sensor microeletrânico, mÉtodo para investigaÇço de pelo menos uma substÂncia alvo biolàgica, e, uso do dispositivo de sensor microeletrânico
US9475051B2 (en) * 2007-02-27 2016-10-25 Sony Corporation Nucleic acid amplifier
JP4544335B2 (ja) * 2008-04-15 2010-09-15 ソニー株式会社 反応処理装置
JP2009254260A (ja) * 2008-04-15 2009-11-05 Sony Corp 反応処理装置
EP2291545B1 (en) 2008-06-14 2013-05-08 Veredus Laboratories Pte Ltd Influenza sequences
US8242876B2 (en) 2008-09-17 2012-08-14 Stmicroelectronics, Inc. Dual thin film precision resistance trimming
US8558654B2 (en) 2008-09-17 2013-10-15 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Vialess integration for dual thin films—thin film resistor and heater
US8786396B2 (en) 2008-09-17 2014-07-22 Stmicroelectronics Pte. Ltd. Heater design for heat-trimmed thin film resistors
DE102009020743A1 (de) * 2009-05-11 2010-12-09 Heraeus Sensor Technology Gmbh Fotolithographisch strukturierter Dickschichtsensor
IT1394906B1 (it) * 2009-07-21 2012-07-20 St Microelectronics Rousset Dispositivo integrato incorporante componenti di bassa tensione e componenti di potenza e procedimento di fabbricazione di tale dispositivo
US8436426B2 (en) 2010-08-24 2013-05-07 Stmicroelectronics Pte Ltd. Multi-layer via-less thin film resistor
US8400257B2 (en) 2010-08-24 2013-03-19 Stmicroelectronics Pte Ltd Via-less thin film resistor with a dielectric cap
US8659085B2 (en) 2010-08-24 2014-02-25 Stmicroelectronics Pte Ltd. Lateral connection for a via-less thin film resistor
US8927909B2 (en) 2010-10-11 2015-01-06 Stmicroelectronics, Inc. Closed loop temperature controlled circuit to improve device stability
US8809861B2 (en) 2010-12-29 2014-08-19 Stmicroelectronics Pte Ltd. Thin film metal-dielectric-metal transistor
US9159413B2 (en) 2010-12-29 2015-10-13 Stmicroelectronics Pte Ltd. Thermo programmable resistor based ROM
US20120167392A1 (en) 2010-12-30 2012-07-05 Stmicroelectronics Pte. Ltd. Razor with chemical and biological sensor
WO2012155149A2 (en) 2011-05-12 2012-11-15 Nxstage Medical, Inc. Fluid heating apparatuses, systems, and methods
US8981527B2 (en) * 2011-08-23 2015-03-17 United Microelectronics Corp. Resistor and manufacturing method thereof
US8526214B2 (en) 2011-11-15 2013-09-03 Stmicroelectronics Pte Ltd. Resistor thin film MTP memory
US9027400B2 (en) 2011-12-02 2015-05-12 Stmicroelectronics Pte Ltd. Tunable humidity sensor with integrated heater
US9019688B2 (en) 2011-12-02 2015-04-28 Stmicroelectronics Pte Ltd. Capacitance trimming with an integrated heater
US9310332B2 (en) * 2013-11-14 2016-04-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Semiconductor device and selective heating thereof
EP3160751B1 (en) * 2014-06-30 2020-02-12 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fluid ejection structure
WO2019132895A1 (en) * 2017-12-27 2019-07-04 Intel Corporation Air gap for thin film transistors
US20210193488A1 (en) * 2018-07-11 2021-06-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Annealing devices including thermal heaters

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3982093A (en) * 1974-12-16 1976-09-21 Texas Instruments Incorporated Thermal printhead with drivers
JPS57203573A (en) * 1981-06-10 1982-12-13 Fuji Xerox Co Ltd Thermal head
KR870008706A (ko) * 1986-03-06 1987-10-20 오오가 노리오 열 프린트 헤드
IT1236728B (it) * 1989-10-24 1993-03-31 Sgs Thomson Microelectronics Procedimento per formare la struttura di isolamento e la struttura di gate di dispositivi integrati
US5323030A (en) * 1993-09-24 1994-06-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Field effect real space transistor
US5635966A (en) * 1994-01-11 1997-06-03 Hewlett-Packard Company Edge feed ink delivery thermal inkjet printhead structure and method of fabrication
US6034410A (en) 1994-01-14 2000-03-07 Stmicroelectronics, Inc. MOSFET structure with planar surface
DE69528775T2 (de) 1994-12-20 2003-07-03 Foxboro Co AC Speisung eines Polysilizium Druckwandlers
KR960021538A (ko) * 1994-12-29 1996-07-18 김용현 전해연마법을 사용한 발열방식의 잉크젯 프린트 헤드 및 그 제작방법
US6758552B1 (en) * 1995-12-06 2004-07-06 Hewlett-Packard Development Company Integrated thin-film drive head for thermal ink-jet printer
GB2321336B (en) * 1997-01-15 2001-07-25 Univ Warwick Gas-sensing semiconductor devices
US6091082A (en) 1998-02-17 2000-07-18 Stmicroelectronics, Inc. Electrostatic discharge protection for integrated circuit sensor passivation
US6977145B2 (en) * 1999-07-28 2005-12-20 Serono Genetics Institute S.A. Method for carrying out a biochemical protocol in continuous flow in a microreactor
IT1311361B1 (it) * 1999-11-15 2002-03-12 Olivetti Lexikon Spa Testina di stampa monilitica con rete equipotenziale integrata erelativo metodo di fabbricazione.
DE60023464T2 (de) * 2000-06-05 2006-07-20 Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza Verfahren zur Herstellung integrierter chemischer Mikroreaktoren aus Halbleitermaterial sowie integrierter Mikroreaktor
US6412919B1 (en) * 2000-09-05 2002-07-02 Hewlett-Packard Company Transistor drop ejectors in ink-jet print heads
US6573142B1 (en) * 2002-02-26 2003-06-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method to fabricate self-aligned source and drain in split gate flash

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8017380B2 (en) 2007-05-11 2011-09-13 Sony Corporation Real-time PCR system
US8198074B2 (en) 2007-06-28 2012-06-12 Sony Corporation Reaction device
JP2014103116A (ja) * 2007-09-13 2014-06-05 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置
US10257884B2 (en) 2007-09-13 2019-04-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and heating system
US8945911B2 (en) 2009-05-14 2015-02-03 Sony Corporation Optical detector
US9228950B2 (en) 2009-05-14 2016-01-05 Sony Corporation Optical detector
US9651492B2 (en) 2009-05-14 2017-05-16 Sony Corporation Optical detector
JP2010277090A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Xerox Corp 画像印字システム、画像形成方法、及び、インク画像形成方法
US8852868B2 (en) 2010-04-28 2014-10-07 Shimadzu Corporation Method for real-time nucleic acid amplification by droplet manipulation

Also Published As

Publication number Publication date
US7056795B2 (en) 2006-06-06
EP1326279A3 (en) 2007-05-16
EP1326279A2 (en) 2003-07-09
EP2259324A1 (en) 2010-12-08
US20030119289A1 (en) 2003-06-26
EP1326279B1 (en) 2011-06-01
EP2259324B1 (en) 2012-05-23
US20050136598A1 (en) 2005-06-23
US6504226B1 (en) 2003-01-07
US6864140B2 (en) 2005-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003298068A (ja) マイクロ反応室用加熱要素として使用する薄膜トランジスタ
JP4382346B2 (ja) マイクロ流体及びマイクロ機械アプリケーション用加熱要素
JP4336053B2 (ja) 熱伝導強化半導体構造およびその製法
US10654714B2 (en) Heating system and method for microfluidic and micromechanical applications
KR100387548B1 (ko) 열잉크젯프린트헤드장치용구동헤드및그제조방법
JP2004025426A6 (ja) マイクロ流体及びマイクロ機械アプリケーション用加熱要素
WO2001052314A1 (en) Drive transistor with folded gate
RU2378122C2 (ru) Интегральная схема и способ изготовления
US7569404B2 (en) Ink-jet printhead fabrication
JP4272854B2 (ja) 半導体装置及びそれを用いた液体吐出装置
EP1535342B1 (en) Method of making a vertical gate semiconductor device
JP2003318279A (ja) 半導体装置及びそれを用いた液体吐出装置
US7527360B2 (en) Structure of inkjet-head chip
JP4304778B2 (ja) 半導体装置
JP4011927B2 (ja) 半導体装置及び液体吐出装置
KR20030002526A (ko) 노즐용 마이크로 머신 형성방법
KR20030018799A (ko) 잉크젯 프린터 해드 형성 방법
JP2008118132A (ja) 半導体装置およびそれを用いた液体吐出装置