KR100679704B1 - 분자소자와 바이오 센서를 위한 나노갭 또는 나노 전계효과 트랜지스터 제작방법 - Google Patents

분자소자와 바이오 센서를 위한 나노갭 또는 나노 전계효과 트랜지스터 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분자소자나 바이오 센서(bio-sensor)를 위한 나노갭(nanogap) 및 나노 전계효과 트랜지스터(nanoFET) 제작 방법에 관한 것으로, 상세하게는 분자 또는 그에 준하는 크기의 박막을 이용하여 재현성이 높은 나노갭(nanogap)의 제작 방법 등에 관한 것이다.
본 발명에 따른 나노갭(nanogap)의 제작 방법은, (a) 실리콘 기판, 절연막, 제1 금속층 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 제1 금속층을 식각하는 단계; (c) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 제1 금속층 측면에 SAM(Self-Assembled Monolayer)을 형성하는 단계; (d) 상기 실리콘 기판 상에 제2 금속층을 형성하기 위하여 금속을 증착하는 단계; (e) 상기 (a)단계에서 형성된 하드 마스크를 식각하여 하드 마스크 위에 증착된 금속을 리프트-오프(lift-off) 고정을 이용하여 제거하는 단계; 및 (f) 상기 (c)단계에서 형성된 SAM을 식각하여 나노갭을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
분자소자, Molecular device, bio-sensor, nanogap, nanoFET, SAM, ALD

Description

분자소자와 바이오 센서를 위한 나노갭 또는 나노 전계효과 트랜지스터 제작방법{Manufacturing method of Nanogap or nanoFET for molecular device and bio-sensor}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수평 nanogap을 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수직 nanogap을 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수직 nanogap을 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분자소자를 위한 수직 nanogap과 분자를 채널로 사용한 분자소자를 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
*****도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*****
101, 201, 301, 401: 실리콘 기판 102, 202, 302, 402: 절연막
103, 203, 303, 404: 제1 Au 층 104, 206, 306, 408: 하드 마스크
105, 204: Self-Assembled Monolayer 304, 405: Al2O3 층
106, 205, 305, 406: 제2 Au 층 403, 407: Si3N4 층
409: SiO2 층 (Side-wall) 410: 게이트 물질
411: 채널 분자층 101-1: 도핑된 back-gate
본 발명은 분자소자나 바이오 센서(bio-sensor)를 위한 나노갭(nanogap) 및 나노 전계효과 트랜지스터(nano Field Effect Transistor; nanoFET) 제작 방법에 관한 것으로, 상세하게는 분자 또는 그에 준하는 크기의 박막을 이용하여 재현성이 높은 나노갭(nanogap) 등의 제작 방법에 관한 것이다.
나노미터 크기의 갭(gap)을 사이에 두고 양쪽에 금속판이 위치하게 되는 금속 nanogap은 분자소자와 바이오 센서를 제작하는 데에 유용하게 사용된다.
반도체 소자는 거듭되는 기술의 발전으로 소자의 크기가 지속적으로 줄어들며 소자의 성능도 향상되는 과정을 거치며 계속적인 고집적화를 이루어왔다.
하지만, 반도체 공정에서 사용되는 리소그라피(lithography)가 가지는 기술적인 문제(광원의 파장, 빛의 산란, 렌즈의 NA 한계, photoresist의 부재)로 인해 소자 크기의 소형화는 한계에 도달하게 되었다.
이러한 반도체 소자 소형화의 한계를 극복하기 위해서 분자소자가 제안되었 다.
분자소자는 분자를 채널로 이용하는 새로운 개념의 소자이다.
이러한 분자소자를 구현하기 위해서는 기존의 전계효과 트랜지스터의 소오스/드레인 역할을 하는 두개의 금속판 사이에 분자의 길이에 해당하는 크기의 갭(gap)이 존재해야 한다.
그러나, 위에서 언급한 바와 같이 기존의 리소그라피를 이용해서 분자 크기의 갭(gap)을 형성하는 것은 기술적인 한계에 부딪히고 있다.
바이오 센서는 효소나 항체와 같이 생물체를 이루고 있는 특정 분자를 검출하는 역할을 하는 검출기이다.
화학적, 광학적, 전기적인 방법으로 검출하는 방법이 있으며, 이 중에서 전기적인 검출방법은 적은 양으로 빠른 검출이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
기존의 실리콘 공정을 이용한 고집적의 센서 형성을 통해 소형의 센서를 대량생산 하여 저렴한 가격으로 휴대 가능한 센서를 제작할 수 있다는 장점도 있다.
나노갭(nanogap) 사이에 생체물질이 들어있는 용액을 주입한 후 나노갭(nanogap) 양 단의 전기적인 특성의 변화를 통해 특정 물질을 검출할 수 있기 때문에 수 나노미터의 폭을 가진 나노갭(nanogap)은 전기적인 센서로 사용될 수 있다.
이 때 나노갭(nanogap)의 갭(gap) 크기가 작아질수록 감도가 증가하여 좀 더 효과적인 검출이 가능하다.
그러나, 기존의 실리콘 공정에서 쓰이는 리소그라피를 이용해 수 나노미터 이하의 갭(gap)을 형성하는 것은 사용되는 광원의 파장, 빛의 산란현상 등의 기술적인 한계를 가지고 있고, 또한 리소그라피를 이용한 나노갭(nanogap)의 형성은 복잡한 공정과정이 필요하고 갭(gap) 크기가 작아질수록 재현성이 떨어지기 때문에 고성능의 바이오 센서에 필요한 수 나노미터 크기의 갭(gap)을 제작하기가 어렵게 된다.
분자소자 또는 바이오 센서를 구현하기 위해서는 새로운 방법을 통한 수 나노미터 크기의 나노갭(nanogap)을 만드는 것이 필수적이다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 실리콘 기판 위에 두개의 금속층과 SAM(Self-Assembled Monolayer) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)공정을 통한 Al2O3 층을 형성한 후 SAM 또는 Al2O3 층을 식각 또는 부분식각하여 수 나노미터의 나노갭(nanogap)을 제작하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 나노갭(nanogap) 제작 방법을 이용하여, 간단한 방법으로 고집적, 고성능의 바이오 센서와 기존의 소자를 대체할 분자소자인 나노전계효과트랜지스터(nanoFET)를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서를 위한 나노갭(nanogap)의 제작 방법은, (a) 실리콘 기판, 절연막, 제1 금속층 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 제1 금속층을 식각하는 단계; (c) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 제1 금속층 측면에 SAM(Self-Assembled Monolayer)을 형성하는 단계; (d) 상기 실리콘 기판 상에 제2 금속층을 형성하기 위하여 금속을 증착하는 단계; (e) 상기 (a)단계에서 형성된 하드 마스크를 식각하여 하드 마스크 위에 증착된 금속을 리프트-오프(lift-off) 고정을 이용하여 제거하는 단계; 및 (f) 상기 (c)단계에서 형성된 SAM을 식각하여 나노갭을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 및 제2 금속층에 사용되는 금속은 금(Au)인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1 및 제2 금속층의 형성은 기상증착, 스퍼터링 또는 PLD(Pulsed Laser Deposition) 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 수직 나노갭(nanogap)의 제작 방법은, (a) 실리콘 기판, 절연막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 SAM, 제2 금속층 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계; (c) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 제2 금속층, SAM 및 제1 금속층을 식각하는 단계; (d) 상기 SAM이 형성될 패턴을 확보하기 위하여 (b)단계에서 형성된 하드 마스크를 식각하는 단계; (e) 상기 SAM을 부분 식각하여 나노갭을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 및 제2 금속층에 사용되는 금속은 금(Au)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직 나노갭(nanogap)의 제작 방법은, (a) 실리콘 기판, 절연막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 유전체, 제2 금속층 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계; (c) 상기 하드 마스크을 마스크로 하여 제2 금속층, 유전체, 제1 금속층을 식각하는 단계; 및 (d) 상기 (b)단계에서 형성된 유전체를 부분 식각하여 나노갭을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 및 제2 금속층의 금속은 금(Au)을 이용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 (b)단계의 유전체는 Al2O3인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직 나노갭(nanogap)의 제작 방법은, (a) 실리콘 기판, 절연막, 제1 실리콘 질화막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 제1 유전체, 제2 금속층, 제2 실리콘 질화막 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계; (c) 상기 하드 마스크를 마스크로 하여 상기 제2 실리콘 질화막, 제2 금속층, 제1 유전체, 제1 금속층 및 제1 실리콘 질화막을 식각하는 단계; (d) 상기 실리콘 기판 상에 막형성(film deposition)과 이방식각이 가능한 제2 유전체층을 증착하는 단계; (e) 상기 제2 유전체층을 에치-백(etch-back) 공정을 이용하여 게이트 산화막을 형성하는 단계; (f) 상기 실리콘 기판 상에 형성된 패턴에 게이트 물질을 증착하는 단계; (g) 상기 (f)단계에서 증착된 게이트 물질로 감광막 패턴을 마스크로 하여 게이트를 형성하는 단계; (h) 상기 (b)단계에서 형성된 제1 유전체층을 식각하여 수직 나노갭을 형성하는 단계; 및 (i) 상기 (h)단계에서 형성된 수직 나노갭에 나노갭의 폭과 동일한 길이를 갖는 분자층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 및 제2 금속층의 금속은 금(Au)을 이용하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 (b)단계의 유전체는 Al2O3인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 (d)단계의 유전체는 SiO2인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른, 분자소자나 바이오 센서를 위한 나노갭(nanogap) 또는 나노전계효과트랜지스터(nanoFET)의 제작 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수평 나노갭(nanogap)을 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 제1 Au 층(금속층)를 형성하고 SAM을 이용하여 제2 Au 층을 제1 Au 층과 분리시켜 형성함으로써 SAM의 길이에 해당하는 수평 나노갭(nanogap)을 형성하도록 한다.
먼저, 실리콘 기판(101), 도핑을 이용한 back-gate 박막(101-1), 절연막(102), 제1 Au 층(103), 하드 마스크(104)를 순차적으로 형성한다(100A).
하드 마스크(104)는 이후 제1 Au 층 이방 식각 시 식각되지 않는 물질로 구성하도록 한다.
다음으로, 하드 마스크(104) 패턴을 마스크로 하여 제1 Au 층(103)을 이방 식각하여, 이후 공정에서 수평 나노갭(nanogap)의 한쪽 전극이 될 패턴을 형성한다(100B).
다음으로, 제1 Au 층(103)과 제2 Au 층(106) 사이의 갭(gap)을 형성하기 위하여 제1 Au 층(103) 측면에 SAM(105)을 형성한다(100C).
여기서, Au와 접착성(adhesion)이 좋은 SAM을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 수평 나노갭(nanogap)의 또 다른 전극을 형성하기 위해 식각으로 노출된 절연막(102)에 제2 Au 층(106)을 형성시킨다(100D).
여기서, 하드 마스크(104)로 인해 제1 Au 층(103)의 측면에 형성된 SAM(105) 위에는 제2 Au 층(106)이 형성되지 않게 된다.
다음으로, 하드 마스크(104)를 식각함으로써 두 개의 전극 사이에 SAM(105)이 형성된 패턴을 얻는다.
하드 마스크(104) 위에 형성된 제2 Au 층(106)은 하드 마스크를 식각하는 동시에 같이 식각된다(100E).
다음으로, 제1 Au 층(103)과 제2 Au 층(106) 사이에 형성되어 있는 SAM(105)를 식각한다(100F).
여기서, 수평 나노갭(nanogap)을 나노전계효과트랜지스터(nanoFET)로 이용하기 위해서는 채널 분자층 역할을 하는 SAM(105)이 제거되어서는 안 되므로, 본 과정(100F)이 필요하지 않다.
이와 같은 과정에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수평 나오갭(nanogap) 또는 나노전계효과트랜지스터(nanoFET)를 제작하는 것이 가능하고 SAM의 길이에 따라서 나노갭(nanogap)의 폭을 조절하는 것이 가능하게 된다.
SAM의 체인(chain) 길이를 원자단위로 조절하여 검출하고자 하는 생체물질의 크기에 따라 원자크기의 정확도를 갖는 유동적인 나노갭(nanogap)의 폭을 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수직 나노갭(nanogap)을 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 제1 Au 층을 형성하고 SAM을 이용하여 제2 Au 층을 제1 Au 층과 분리시켜 형성함으로써 SAM의 길이에 해당하는 수직 ㄴ나나노갭(gap)을 형성하도록 한다.
실리콘 기판(201), 절연막(202), 제1 Au 층(203), SAM(204), 제2 Au 층(205)을 순차적으로 형성한다(200A).
다음으로, 제2 Au 층(205)위에 하드 마스크(206)를 형성한다(200B).
하드 마스크(206)는 이후 공정에서 제1 Au 층(203), SAM(204), 제2 Au 층(205)을 식각하기 위한 것이기에, 제1 Au 층(203), SAM(204), 제2 Au 층(205)의 이방 식각 시 식각되지 않는 물질로 충분히 두껍게 형성한다.
다음으로, 하드 마스크(206) 패턴을 마스크로 하여 제1 Au 층(203), SAM(204), 제2 Au 층(205)를 이방 식각하여, 이후 공정에서 수직 나노갭(nanogap)이 될 패턴을 형성한다(200C).
다음으로, 하드 마스크(206)를 식각함으로써 두 개의 전극 사이에 SAM(204)이 형성될 패턴을 얻는다(200D).
다음으로, 제1 Au 층(203)과 제2 Au 층(205) 사이에 형성되어 있는 SAM(204)를 부분 식각하여 나노갭(nanogap)이 되는 부분을 형성한다(200E).
이와 같은 과정에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수직 나노갭(nanogap)을 제작하는 것이 가능하고 SAM의 길이에 따라서 나노갭(nanogap)의 폭을 조절하는 것이 가능하게 된다.
SAM의 체인(chain) 길이를 원자단위로 조절하여 검출하고자 하는 생체물질의 크기에 따라 원자크기의 정확도를 갖는 유동적인 나노갭(nanogap)의 폭을 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수직 나노갭(nanogap)을 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 제1 Au 층을 형성하고 Al2O3을 이용하여 제2 Au 층을 제1 Au 층과 분리시켜 형성함으로써 Al2O3의 두께에 해당하는 수직 나노갭(nanogap)을 형성하도록 한다.
실리콘 기판(301), 절연막(302), 제1 Au 층(303), Al2O3 층(304), 제2 Au 층(305)을 순차적으로 형성한다(300A).
여기서, Al2O3 층(304)은 ALD(Atomic Layer Deposition)을 이용해서 형성한다.
여기서, ALD를 사용하면 원자수준의 크기로 층을 형성하는 것이 가능하다.
다음으로, 제2 Au 층(305)위에 하드 마스크(306)를 형성한다(300B).
여기서, 하드 마스크(306)는 이후 공정에서 제1 Au 층(303), Al2O3 층(304), 제2 Au 층(305)을 식각하기 위한 것이므로, 제1 Au 층(303), Al2O3 층(304), 제2 Au 층(305)의 이방 식각 시 식각되지 않는 물질로 충분히 두껍게 형성한다.
다음으로, 하드 마스크(306) 패턴을 마스크로 하여 제1 Au 층(303), Al2O3 층(304), 제2 Au 층(305)을 이방 식각하여, 이후 공정에서 수직 나노갭(nanogap)이 될 패턴을 형성한다(300C).
다음으로, 하드 마스크(306)를 식각함으로써 두 개의 전극 사이에 Al2O3 층(304)이 형성된 패턴을 얻는다(300D).
다음으로, 제1 Au 층(303)과 제2 Au 층(305) 사이에 형성되어 있는 Al2O3 층(304)을 부분 식각하여 나노갭(nanogap)이 되는 부분을 형성한다(300E).
이와 같은 과정에 의해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서를 위한 수직 나노갭(nanogap)을 제작하는 것이 가능하고 ALD를 통해 형성한 Al2O3의 두께에 따라서 서브-나노미터(sub-nanometer) 크기의 정확도로 나노갭(nanogap)의 폭을 조절하는 것이 가능하게 된다.
즉, ALD 공정상의 여러 가지 조건 (gas pressure, 공정시간 등)을 통해 인위적으로 두께를 조절하여 다양한 두께의 박막을 얻는 것이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분자소자를 위한 수직 나노갭(nanogap)과 분자를 게이트 유전막으로 사용한 분자소자를 제작하는 방법을 순차적으로 도시한 공정 단면도이다.
도시된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 제1 Au 층을 형성하고 Al2O3을 이용하여 제2 Au 층과 제1 Au 층을 분리시켜 형성함으로써 Al2O3의 두께에 해당하는 수직 나노갭(nanogap)을 형성하도록 한다.
그 후에 형성된 수직 나노갭(nanogap)에 게이트 유전막의 역할을 하는 갭(gap) 크기와 동일한 길이를 갖는 분자를 형성하여 나노전계효과트랜지스터(nanoFET)를 구현하도록 한다.
실리콘 기판(401), 절연막(402), 제 1 Si3N4 층(403), 제1 Au 층(404), Al2O 3 층(405), 제2 Au 층(406), 제 2 Si3N4 층(407), 하드 마스크(408)를 순차적으로 형성한다(400A).
여기서, Al2O3 층(405)은 ALD을 이용해서 형성한다.
여기서, ALD를 사용하면 원자수준의 크기로 층을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 하드 마스크(408)는 이후 공정에서 제1 Si3N4 층(403), 제1 Au 층(404), Al2O3 층(405), 제2 Au 층(406), 제2 Si3N4 층(407)을 식각하기 위한 것이기에, 제1 Si3N4 층(403), 제1 Au 층(404), Al2O3 층(405), 제2 Au 층(406), 제2 Si3N4 층(407)의 이방 식각 시 식각되지 않는 물질로 충분히 두껍게 형성한다.
다음으로, 하드 마스크(408) 패턴을 마스크로 하여 제1 Si3N4 층(403), 제1 Au 층(404), Al2O3 층(405), 제2 Au 층(406), 제2 Si3N4 층(407)를 이방 식각한 후, 하드 마스크(408)를 제거한다(400B).
다음으로, 패턴에 SiO2 층(409)을 증착한다.
여기서, SiO2 층(409)은 이후 공정에서 형성될 게이트와 Au 층 사이에 SiO2 사이드-월(side-wall)을 형성하기 위함이다(400C).
다음으로, SiO2 층(409)을 에치-백(etch-back)하여 게이트가 형성될 부분에 두개의 사이드-월(side-wall)을 형성한다(400D).
다음으로, 게이트 물질(410)을 증착한 후, 감광막 패턴을 이용해서 게이트를 형성하고, Al2O3 층(405)을 식각하여 분자층이 형성될 나노갭(nanogap)을 형성한다(400E).
다음으로, Al2O3 층(405)의 식각으로 생긴 나노갭(nanogap)의 폭과 동일한 길이를 갖는 분자층(411)을 형성한다(400F).
이와 같은 과정에 의해, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분자소자를 위한 수직 나노갭(nanogap)을 제작하는 것이 가능하고, ALD를 통해 형성한 Al2O3의 두께에 따라서 서브-나노미터(sub-nanometer) 크기의 정확도로 나노갭(nanogap)의 폭을 조절하는 것이 가능하게 된다.
또한, 앞서 과정으로 제작된 나노갭(nanogap)에 분자층을 형성함으로써 ㄴ나나노전계효과트랜지스터(FET)를 제작하는 것이 가능하게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변 형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 따른 분자소자나 바이오 센서를 위한 나노갭(nanogap) 및 나노전계효과트랜지스터(nanoFET) 제작방법을 통해, 간단하고 재현성 있는 공정을 통해 고집적의 나노갭(nanogap) 구조를 제작할 수 있다.
또한, 적절한 SAM의 선택과 ALD 공정을 통해 기존 공정으로는 구현하기 어려운 수 나노미터 크기의 나노갭(nanogap)을 제작할 수 있다.
또한, 다양한 종류의 SAM과 ALD 공정을 통해 검출하고자 하는 생체물질에 알맞은 크기의 나노갭(nanogap)을 서브-나노미터(sub-nanometer) 크기의 정확도로 제작할 수 있다.
또한, 본 발명은 현재 반도체 공정을 이용한 매우 실용적인 기술이고 scaling에 한계를 보이는 기존 리소그라피를 대체할 수 있는 나노갭(nanogap) 제작기술이므로 바이오 센서나 분자소자 산업 전반에 걸쳐 파급 효과가 크다.

Claims (16)

  1. (a) 실리콘 기판, 절연막, 제1 금속층 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계;
    (b) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 제1 금속층을 식각하는 단계;
    (c) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 제1 금속층 측면에 SAM(Self-Assembled Monolayer)을 형성하는 단계;
    (d) 상기 실리콘 기판 상에 제2 금속층을 형성하기 위하여 금속을 증착하는 단계;
    (e) 상기 (a)단계에서 형성된 하드 마스크를 식각하여 하드 마스크 위에 증착된 금속을 리프트-오프(lift-off) 고정을 이용하여 제거하는 단계; 및
    (f) 상기 (c)단계에서 형성된 SAM을 식각하여 나노갭을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 바이오 센서를 위한 나노갭 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속층의 금속은 금(Au)인, 바이오 센서를 위한 나노갭 제작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계 및 (d)단계에서,
    상기 제1 금속층 및 제2 금속층의 형성은 기상증착, 스퍼터링 또는 PLD(Pulsed Laser Deposition) 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 형성되는, 바이오 센서를 위한 수평 나노갭 제작 방법.
  4. 삭제
  5. (a) 실리콘 기판, 절연막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계;
    (b) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 SAM, 제2 금속층 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계;
    (c) 상기 마스크 패턴을 마스크로 하여 제2 금속층, SAM 및 제1 금속층을 식각하는 단계;
    (d) 상기 SAM이 형성될 패턴을 확보하기 위하여 (b)단계에서 형성된 하드 마스크를 식각하는 단계;
    (e) 상기 SAM을 부분 식각하여 나노갭을 형성하는 단계;
    를 포함하는 바이오 센서를 위한 수직 나노갭 제작 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속층의 금속은 금(Au)인, 바이오 센서를 위한 수직 나노갭 제작 방법.
  7. 삭제
  8. (a) 실리콘 기판, 절연막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계;
    (b) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 유전체, 제2 금속층 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계;
    (c) 상기 하드 마스크을 마스크로 하여 제2 금속층, 유전체, 제1 금속층을 식각하는 단계; 및
    (d) 상기 (b)단계에서 형성된 유전체를 부분 식각하여 나노갭을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 바이오 센서를 위한 수직 나노갭 제작 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속층의 금속은 금(Au)인, 바이오 센서를 위한 수직 나노갭 제작 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (b)단계의 유전체는 Al2O3인, 바이오 센서를 위한 수직 나노갭 제작 방 법.
  11. 삭제
  12. (a) 실리콘 기판, 절연막, 제1 실리콘 질화막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계;
    (b) 상기 실리콘 기판 상에 나노갭을 형성하기 위하여 제1 유전체, 제2 금속층, 제2 실리콘 질화막 및 하드 마스크를 순차적으로 형성하는 단계;
    (c) 상기 하드 마스크를 마스크로 하여 상기 제2 실리콘 질화막, 제2 금속층, 제1 유전체, 제1 금속층 및 제1 실리콘 질화막을 식각하는 단계;
    (d) 상기 실리콘 기판 상에 막형성(film deposition)과 이방식각이 가능한 제2 유전체층을 증착하는 단계;
    (e) 상기 제2 유전체층을 에치-백(etch-back) 공정을 이용하여 게이트 산화막을 형성하는 단계;
    (f) 상기 실리콘 기판 상에 형성된 패턴에 게이트 물질을 증착하는 단계;
    (g) 상기 (f)단계에서 증착된 게이트 물질로 감광막 패턴을 마스크로 하여 게이트를 형성하는 단계;
    (h) 상기 (b)단계에서 형성된 제1 유전체층을 식각하여 수직 나노갭을 형성하는 단계; 및
    (i) 상기 (h)단계에서 형성된 수직 나노갭에 나노갭의 폭과 동일한 길이를 갖는 분자층을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 수직 나노갭을 이용한 분자소자를 위한 나노 전계효과 트랜지스터(nanoFET) 제작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속층의 금속은 금(Au)인, 수직 나노갭을 이용한 분자소자를 위한 나노 전계효과 트랜지스터 제작 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 제1 유전체는 Al2O3인, 수직 나노갭을 이용한 분자소자를 위한 나노 전계효과 트랜지스터 제작 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 제2 유전체는 SiO2인, 수직 나노갭을 이용한 분자소자를 위한 나노 전계효과 트랜지스터 제작 방법.
  16. 삭제
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