KR100906154B1 - 반도체 나노선 센서 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오 센서 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 통상적인 포토리소그래피 공정을 이용하여 수 내지 수십 나노미터 선폭의 실리콘 나노선 채널을 형성하고 이를 이용하여 반도체 나노선 센서 소자를 제작하는 방법을 제공한다.
이를 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법은, (a) SOI(Silicon On Insulator) 기판의 최상부층인 제 1 도전형 단결정 실리콘층을 식각하여 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양쪽 측벽을 상기 제 1 도전형과 반대 타입인 제 2 도전형으로 도핑함으로써 제 2 도전형 채널을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양단에 전극 형성을 위한 제 2 도전형 패드를 형성하는 단계; (d) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 미도핑 영역에 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴과 상기 2 도전형 채널부가 접합 절연되도록 역방향 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 제 2 도전형 패드 상에 상기 제 2 도전형 채널 양단에 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
나노선, 바이오 센서, 포토리소그래피
Description
본 발명은 바이오 센서 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 수 내지 수십 나노미터의 선폭을 가지는 실리콘 나노선 채널 표면에서 일어나는 목표 물질과 프루브 분자 간의 상호 반응을 통하여 특정 바이오 물질을 검출할 수 있는 바이오 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-007-02, 과제명: 유비쿼터스 건강관리용 모듈 시스템].
최근 바이오 기술과 나노 기술을 기반으로 하는 융합 기술로서 혈액 내 단백질 검출을 위한 나노 바이오 센서에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
특히, 기존의 반도체 공정을 이용한 대량 생산이 가능하도록 실리콘 기술에 근간을 둔 바이오 센서들이 제안되고 있는데, 그 중 대표적인 것이 실리콘 나노선 을 이용하여 특정 바이오 물질을 정량적으로 검출, 분석할 수 있는 실리콘 나노선 바이오 센서이다.
실리콘 나노선 바이오 센서는 실리콘 나노선으로 구성된 전기적 채널 표면에 고정화되어 있는 프루브 분자가 일정한 전하를 띠는 목표 물질와 결합할 때 발생하는 채널 전기 전도도 변화를 감지하는 소자로서, 현재 주로 통용되고 있는 형광 레이블링 방법과는 달리 측정 시료에 대해 추가적인 바이오 화학적 처리를 하지 않고도 고감도, 실시간으로 시료 내 다양한 물질들을 동시에 감지할 수 있는 장점을 지닌다.
도 1은 종래 실리콘 나노선 바이오 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 전류가 흐르는 실리콘 나노선 채널(106)은 절연막(104)에 의해 하부 기판(102)과 전기적으로 분리되어 있으며, 실리콘 나노선 채널(106) 표면에는 프루브 분자(110)들이 고정되어 있다.
유체관(112)을 통해 바이오 센서에 주입되는 측정 시료(114)는 기체 또는 액체 상태일 수 있으며, 실리콘 나노선 채널(106) 표면에 미리 고정된 프루브 분자(110)와 특이적으로 결합하는 목표 물질(116) 및 결합하지 않는 비특이성 분자들(118)을 포함하고 있다.
주입된 측정 시료(114) 내 목표 물질(116)이 나노선 채널(106) 표면에 고정되어 있는 프루브 분자(110)와 결합하게 되면 나노선 채널(106)의 표면 전위가 변화하게 되며, 표면 전위의 변화는 밴드 구조의 변화를 유발한다.
이는 나노선 채널(106) 내부의 전하 분포를 변화시켜 나노선 채널(106)의 전기 전도도를 변화시킨다.
이러한 전기 전도도 변화는 전극(108)을 통해 나노선 채널과 연결된, 전도도 변화를 관찰할 수 있는 특정 프로세서를 이용하여 측정할 수 있으며, 따라서 측정 시료(114) 내에 존재하는 목표 물질(116)을 검출할 수 있다.
초기의 실리콘 나노선 바이오 센서 기술에서는 실리콘 나노선을 제작하는 데 있어서 기상-액상-고상(Vapor-Liquid-Solid : VLS) 성장법과 같은 바텀 업 방식을 주로 사용하였는데, 이러한 바텀 업 방식은 원하는 위치에 나노선을 정렬시키기 어렵기 때문에 소자의 재현성 및 신뢰성 확보가 힘들다는 문제점을 가지고 있다.
이를 해결하기 위하여 최근 리소그래피와 식각 등 탑 다운 방식의 반도체 미세가공기술을 이용하여 SOI기판 위에 나노선을 패터닝한 뒤 이를 채널로 사용하여 바이오 물질을 검출하는 기술이 제안되었다.
하지만, 고감도의 바이오 물질 검출을 위해서는 채널로 사용되는 나노선의 선폭이 수 내지 수십 나노미터 정도의 값을 가져야 하며, 이러한 선폭을 탑 다운 방식으로 구현하기 위해서는 전자빔 리소그래피와 같은 고비용, 저효율의 나노 패터닝 기술을 사용하는 것이 필수적이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 통상적인 포토리소그래피 공정을 이용하여 수 내지 수십 나노미터 선폭의 실리콘 나노선 채널을 형성하고 이를 이용하여 반도체 나노선 센서 소자를 제작하는 방법을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 하기의 설명 및 본 발명의 일실시 예에 의하여 파악될 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법은, (a) SOI(Silicon On Insulator) 기판의 최상부층인 제 1 도전형 단결정 실리콘층을 식각하여 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양쪽 측벽을 상기 제 1 도전형과 반대 타입인 제 2 도전형으로 도핑함으로써 제 2 도전형 채널을 형성하는 단계; (c) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양단에 전극 형성을 위한 제 2 도전형 패드를 형성하는 단계; (d) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 미도핑 영역에 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴과 상기 2 도전형 채널부가 접합 절연되도록 역방향 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 1 전극을 형성하는 단계; 및 (e) 상기 제 2 도전형 패드 상에 상기 제 2 도전형 채널 양단에 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층 상부에 포토레지스트 선 패턴을 형성하는 단계; 및 (a2) 상기 포토레지스트 선 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층을 건식 식각함으로써 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시 예에 따른 상기 (b) 단계는, (b1) 등방 식각 공정을 통하여 상기 포토레지스트 선 패턴의 선폭을 축소시킴으로써 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층 패턴의 상부가 노출된 노출 영역을 형성하는 단계; 및 (b2) 상기 노출 영역을 제 2 도전형으로 도핑함으로써 제 2 도전형 채널을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 (a) 단계는, (a11) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층 상부에 습식 식각에 의하여 제거 가능하며 이온 주입 공정 시 이온 주입을 차단하는 보호막층을 형성하는 단계; (a22) 상기 보호막층 상부에 포토레지스트 선 패턴을 형성하는 단계; (a33) 상기 포토레지스트 선 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 보호막층을 건식 식각함으로써 보호막층 선 패턴을 형성하는 단계; (a44) 상기 포토레지스트 선 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층을 건식 식각함으로써 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴을 형성하는 단계; 및 (a55) 상기 포토레지스트 선 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 상기 (b) 단계는, (b11) 식각 공정을 통하여 상기 보호막층 선 패턴의 선폭 방향을 축소시킴으로써 상기 제 1 도전형 단결정 실 리콘층 패턴의 상부가 노출된 노출 영역을 형성하는 단계; 및 (b22) 상기 노출 영역을 제 2 도전형으로 도핑함으로써 상기 제 2 도전형 채널을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 나노선 센서 소자는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 산화막; 상기 산화막의 일 영역 상에 길게 형성된 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴; 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양쪽 측벽에 형성되며 상기 제 1 도전형과 반대 타입인 제 2 도전형 채널; 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양단에 형성된 제 2 도전형 패드; 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 일 영역 상에 형성된 제 1 전극; 상기 제 2 도전형 패드 상에 형성된 제 2 전극; 및 상기 제 2 도전형 채널 상에 형성된 목표 물질과 결합하는 프루브 분자를 포함하되, 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴과 상기 제 2 도전형 채널은 상기 제 1 전극에 인가되는 역방향 바이어스 전압에 의하여 접합 절연된다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 통상적인 포토리소그래피 공정을 이용하여 반도체 나노선 센서 소자에 사용되는 수 내지 수십 나노미터 선폭의 실리콘 나노선 채널을 구현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 낮은 비용과 높은 효율로 재현성 있는 고감도의 반도체 나노선 센서 소자를 대량 생산할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 층이 다른 층 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 층의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 게재될 수도 있다.
도 2 내지 도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법을 나타내기 위한 도면이다. 이하, 도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2와 같이 실리콘 기판층(212), 매몰 산화막층(214) 및 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)으로 구성된 SOI 기판(210) 상에 포토레지스트 선 패턴(220)을 형성한다. 바람직하게는 상기 포토레지스트 선 패턴(220)은 포토리소그래피 공정을 이용하여 1 내지 100 마이크로미터의 선폭을 가지도록 형성한다.
이후, 도 3과 같이 포토레지스트 선 패턴(220)을 식각 마스크로 사용하여 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)을 건식 식각한다. 이 때, 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216) 대 매몰 산화막층(214)의 식각 선택비는 충분히 높게 함으로써 매몰 산 화막층(214)의 손실이 없도록 한다.
이후, 도 4와 같이 식각 공정을 통하여 포토레지스트 선 패턴(220)의 선폭을 축소시킴으로써 포토레지스트 선 패턴(220)의 양쪽 측벽에 제1 도전형 단결정 실리콘층(216)의 상부 일부가 노출된 노출 영역(216a)을 형성한다. 이 때, 상기 노출 영역(216a)이 1 내지 100 나노미터의 폭을 갖도록 상기 포토레지스트 선 패턴(220)을 식각하는 것이 바람직하다.
또한, 노출 영역(216a)을 형성하기 위한 상기 포토레지스트 선 패턴(220)의 식각은 산소 플라즈마 식각법을 이용하는 것이 바람직하며, 포토레지스트 선 패턴(220) 대 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)의 식각 선택비는 충분히 높게 하여 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)의 손실이 없도록 한다.
이후, 도 5와 같이 노출 영역(216a)을 제 2 도전형으로 도핑함으로써 제 2 도전형 채널(216b)을 형성한다. 예를 들어, 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)이 N형이라면 제 2 도전형 채널(216b)은 P형으로, 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)이 P형이라면 제 2 도전형 채널(216b)은 N형으로 형성한다.
이는 제 1 도전형 단결정 실리콘층의 미도핑 영역(216c)과 제 2 도전형 채널(216b) 사이에 역방향 바이어스 전압을 인가했을 때 제 1 도전형 단결정 실리콘층의 미도핑 영역(216c)과 제 2 도전형 채널(216b)이 접합 절연에 의하여 서로 전기적으로 분리되도록 하기 위함이다. 이는 제 2 도전형 채널(216b)이 매몰 산화막 층(214)에 의하여 실리콘 기판층(212)과 서로 분리되어 있는 것과 전기적으로 동일한 효과를 나타낸다.
상기 제 2 도전형으로의 도핑은 이온 주입법을 통하여 이루어질 수 있으며, 상기 이온 주입법을 통한 도핑 이후에, 주입된 이온에 의하여 생긴 결함을 제거하고, 주입된 이온들이 활성화되어 도펀트(dopant)로 작용할 수 있도록 열처리를 해주는 것이 바람직하다.
이후, 도 6과 같이 포토레지스트 선 패턴(220)을 제거한다.
이후, 도 7과 같이 포토리소그래피, 이온 주입 및 포토레지스트 제거 공정을 통해 제 2 도전형 채널(216b)의 양 끝단에 전극 형성을 위한 제 2 도전형 패드 영역(230)을 형성한다.
이를 좀더 상세히 설명하면, 제 2 도전형 패드 영역(230)을 형성할 이외의 영역에 포토리소그래피 공정에 의하여 포토레지스트를 형성한 후, 상기 포토레지스트를 마스크로하여 이온 주입법에 의하여 제 2 도전형 패드 영역(230)을 형성한다.
이후 포토레지스트를 제거하며, 주입된 이온에 의하여 생긴 결함을 제거하고, 주입된 이온들이 활성화되어 도펀트(dopant)로 작용할 수 있도록 열처리를 해주는 것이 바람직하다.
이후, 도 8과 같이 제 2 도전형 패드 영역(230)과 제 1 도전형 단결정 실리 콘층의 미도핑 영역(216c)의 내부에 전극(232, 242)을 형성한다.
이 때, 제 2 도전형 패드 영역(230)의 내부에 형성된 전극(232)은 제 2 도전형 채널(216b)을 통해 전류가 흐르도록 제 2 도전형 채널(216b) 양단에 전압 바이어스를 인가하기 위한 것이며, 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216) 내부에 형성된 전극(242)은 제 1 도전형 단결정 실리콘 영역의 미도핑 영역(216c)과 제 2 도전형 채널(216b) 사이에 역방향 바이어스를 인가함으로써 서로 상보적인 N형 또는 P형을 갖는 제 1 도전형 단결정 실리콘 영역의 미도핑 영역(216c)과 제 2 도전형 채널(216b)이 접합 절연되어 서로 전기적으로 분리되도록 하기 위한 것이다.
전극(232) 및 전극(242)은 각각 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층의 미도핑 영역(216c) 및 상기 제 2 도전형 채널(216b)과 옴 접촉(ohmic contact)을 형성하는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 옴 접촉을 형성하는 이유는 외부에서 인가되는 전압과 제 2 도전형 채널(216b)을 통해 흐르는 전류가 선형적으로 비례하는 특성을 갖도록 하기 위함이다. 만약 옴 접촉이 형성되지 않는다면 낮은 전압에서는 전류가 거의 흐르지 않다가 특정 전압 이상에서 전류가 갑자기 증가하는 등의 비선형적인 특성을 보이기 때문에 신뢰성 있는 센서로 이용하기에 부적합해진다.
이 때, 상기 옴 접촉을 형성하는 물질은, 도핑된 폴리실리콘, 금속막, 도전성 금속 질화막 및 금속 실리사이드막으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이후, 도 9와 같이 제 2 도전형 채널(216b) 표면에 프루브 분자(250)를 고정한다. 전극(232)에 적절한 전압 바이어스가 인가된 상태에서 감지하고자 하는 목표 물질(252)들이 외부로부터 공급되어 프루브 분자(250)들과 결합하면, 목표 물질(252)들이 띠고 있는 전하에 의해 제 2 도전형 채널(216b)을 통해 흐르는 채널 전류(260)가 변화하게 되어 목표 물질들의 존재 및 양을 감지할 수 있다.
이 때, 프루브 분자(250)는 검출하고자하는 목표 물질(252)에 따라서 항원, 항체, DNA, 단백질 및 이들의 결합 물질로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
도 10은 제 2 도전형 채널(216b) 상에 프루브 분자(250)를 고정한 것을 보여주는 예시도이다. 고정할 프루브 분자(250)로는 전립선특이항원(Prostate Specific Antigen :PSA)을 검출할 수 있는 anti-PAS를 이용하였다.
먼저, 산소 플라즈마 에싱(O2 plasma ashing)을 통하여 제 2 도전형 채널(216b) 표면에 하이드록시 작용기(-OH)를 형성한다. 이후, 제 2 도전형 채널(216b)을 1% 아미노프로필트리에톡시 실란(aminopropyltriethoxy silane, APTES)이 분산된 에탄올 용액에 담가 일정시간 교반한 후, 세척 및 건조시킨다. 이후, 25 wt.% 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 용액을 이용하여 알데히드 작용기(-CHO)를 형성한다. 마지막으로, anti-PSA 용액 내에서의 반응을 통하여 알데히드 작용기와 anti-PSA를 결합시키면 제 2 도전형 채널(216b) 표면에 프루브 분자(250)인 anti-PSA를 고정시킬 수 있다.
도 11 내지 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 나노선 센서 소자의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 11과 같이 실리콘 기판층(212), 매몰 산화막층(214) 및 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)으로 구성된 SOI 기판(210) 상에 보호막층(217)을 형성한다.
상기 보호막층(217)은 이온 주입 공정 시에 이온 주입의 차단이 가능하고, 습식 식각에 의하여 제거 가능한 물질로 형성한다. 예를 들어, 산화막 및 질화막 등을 사용할 수 있으며, 그 두께는 10 내지 1000 나노미터가 되도록 형성한다.
이후, 도 12와 같이 보호막층(217) 상부에 포토리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트 선 패턴(220)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 선 패턴(220)을 식각 마스크로 사용하여 보호막층(217)과 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)을 차례로 건식 식각한다. 상기 포토레지스트 선 패턴(220)의 선폭은 1 내지 100 마이크로미터인 것이 바람직하다.
이후, 도 13과 같이 포토레지스트 선 패턴(220)을 제거한 후, 습식 식각에 의하여 보호막층(217)의 선폭을 1 내지 100 나노미터 축소시킴으로써 상기 보호막층(217)의 양쪽 측벽에 제1 도전형 단결정 실리콘층(216)의 상부 일부가 노출된 노출 영역(216a)을 형성한다. 이 때, 보호막층(217) 대 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)의 식각 선택비는 충분히 높게 하여 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)의 손실이 없도록 한다.
이후, 도 14와 같이 이온 주입법을 통하여 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)의 노출 영역(216a)을 제 2 도전형으로 도핑하여 제 2 도전형 채널(216b)을 형성한다. 즉, 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)이 N형이라면 제 2 도전형 채널(216b)은 P형으로, 제 1 도전형 단결정 실리콘층(216)이 P형이라면 제 2 도전형 채널(216b)은 N형으로 형성한다. 이는 제 1 도전형 단결정 실리콘층의 미도핑 영역(216c)과 제 2 도전형 채널(216b) 사이에 역방향 바이어스 전압을 인가했을 때 제 1 도전형 단결정 실리콘층의 미도핑 영역(216c)과 제 2 도전형 채널(216b)이 접합 절연에 의하여 서로 전기적으로 분리되도록 하기 위함이다. 이는 제 2 도전형 채널(216b)이 매몰 산화막층(214)에 의하여 실리콘 기판층(212)과 서로 분리되어 있는 것과 전기적으로 동일한 효과를 나타낸다.
상기 이온 주입법을 통한 도핑 이후에, 주입된 이온에 의하여 생긴 결함을 제거하고, 주입된 이온들이 활성화되어 도펀트(dopant)로 작용할 수 있도록 열처리를 해주는 것이 바람직하다.
이후, 보호막층(217)을 제거하면 도 6과 같은 구조가 되며, 이후의 공정은 도 7 내지 도 10에 관한 설명한 바와 같이 진행된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전자빔 리소그래피와 같은 고비용, 저효율의 나노패터닝 기술을 사용하지 않고 통상적으로 사용되는 포토리소그래피 공정을 이용하여 반도체 나노선 센서 소자를 제작할 수 있는 이점이 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 일실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허 청구 범위와 특허 청구 범위의 균등한 것에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 실리콘 나노선 바이오 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 예시도,
도 2 내지 도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법을 나타내기 위한 도면,
도 10은 제 2 도전형 채널 상에 프루브 분자를 고정한 것을 보여주는 예시도,
도 11 내지 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반도체 나노선 센서 소자의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
Claims (18)
- (a) SOI(Silicon On Insulator) 기판의 최상부층인 제 1 도전형 단결정 실리콘층을 식각하여 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴을 형성하는 단계;(b) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양쪽 측벽을 상기 제 1 도전형과 반대 타입인 제 2 도전형으로 도핑함으로써 제 2 도전형 채널을 형성하는 단계;(c) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양단에 전극 형성을 위한 제 2 도전형 패드를 형성하는 단계;(d) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 미도핑 영역에 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴과 상기 2 도전형 채널부가 접합 절연되도록 역방향 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 1 전극을 형성하는 단계; 및(e) 상기 제 2 도전형 패드 상에 상기 제 2 도전형 채널 양단에 바이어스 전압을 인가하기 위한 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,(a1) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층 상부에 포토레지스트 선 패턴을 형성하는 단계; 및(a2) 상기 포토레지스트 선 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층을 건식 식각함으로써 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 (a1) 단계는,포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 포토레지스트 선 패턴을 형성하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 (a1) 단계는,1 내지 100 마이크로미터의 선폭을 가지도록 상기 포토레지스트 선 패턴을 형성하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 (b) 단계는,(b1) 등방 식각 공정을 통하여 상기 포토레지스트 선 패턴의 선폭을 축소시킴으로써 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층 패턴의 상부가 노출된 노출 영역을 형성하는 단계;(b2) 상기 노출 영역을 제 2 도전형으로 도핑함으로써 제 2 도전형 채널을 형성하는 단계; 및(b3) 상기 포토레지스트 선 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 (b1) 단계는,산소 플라즈마 식각법에 의하여 상기 노출 영역을 형성하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 5항에 있어서, 상기 (b1) 단계는,1 내지 100 나노미터의 폭을 가지도록 상기 노출 영역을 형성하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,(c1) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양단을 제외한 영역에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;(c2) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양단을 제 2 도전형으로 도핑함으로써 상기 제 2 도전형 패드를 형성하는 단계; 및(c3) 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 각각 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 패턴의 미도핑 영역과 상기 제 2 도전형 채널과 옴 접촉을 형성하는 물질로 형성하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 9항에 있어서, 상기 옴 접촉을 형성하는 물질은,도핑된 폴리실리콘, 금속막, 도전성 금속 질화막 및 금속 실리사이드막으로 이루어진 군에서 선택되는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,(f) 상기 제 2 도전형 채널 상에 목표 물질과 결합하는 프루브 분자를 고정하는 단계를 더 포함하는 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,항원, 항체, DNA, 단백질 및 이들의 결합 물질로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 상기 프루브 분자를 고정하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는,(a11) 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층 상부에 습식 식각에 의하여 제거 가능하며 이온 주입 공정 시 이온 주입을 차단하는 보호막층을 형성하는 단계;(a22) 상기 보호막층 상부에 포토레지스트 선 패턴을 형성하는 단계;(a33) 상기 포토레지스트 선 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 보호막층을 건식 식각함으로써 보호막층 선 패턴을 형성하는 단계;(a44) 상기 포토레지스트 선 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층을 건식 식각함으로써 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴을 형성하는 단계; 및(a55) 상기 포토레지스트 선 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 (a22) 단계는,포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 포토레지스트 선 패턴을 형성하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 (a22) 단계는,1 내지 100 마이크로미터의 선폭을 가지도록 상기 포토레지스트 선 패턴을 형성하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 13항에 있어서, 상기 (b) 단계는,(b11) 등방 식각 공정을 통하여 상기 보호막층 선 패턴의 선폭을 축소시킴으로써 상기 제 1 도전형 단결정 실리콘층 패턴의 상부가 노출된 노출 영역을 형성하는 단계;(b22) 상기 노출 영역을 제 2 도전형으로 도핑함으로써 상기 제 2 도전형 채널을 형성하는 단계; 및(b33) 상기 보호막층 선 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 (b11) 단계는,1 내지 100 나노미터의 선폭을 가지도록 상기 노출 영역을 형성하는반도체 나노선 센서 소자 제조 방법.
- 기판;상기 기판 상에 형성된 산화막;상기 산화막의 일 영역 상에 길게 형성된 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴;상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양쪽 측벽에 형성되며 상기 제 1 도전형과 반대 타입인 제 2 도전형 채널;상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 양단에 형성된 제 2 도전형 패드;상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴의 일 영역 상에 형성된 제 1 전극;상기 제 2 도전형 패드 상에 형성된 제 2 전극; 및상기 제 2 도전형 채널 상에 형성된 목표 물질과 결합하는 프루브 분자를 포함하되,상기 제 1 도전형 단결정 실리콘 선 패턴과 상기 제 2 도전형 채널은 상기 제 1 전극에 인가되는 역방향 바이어스 전압에 의하여 접합 절연되는반도체 나노선 센서 소자.
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