KR100964202B1 - FET-type Biosensor using titanum thin layer and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티타늄막을 이용한 FET형 바이오센서에 관한 것이다. 상기 FET형 바이오센서는 동일한 반도체 기판위에 형성되는 기준신호용 소자 및 센서용 소자를 구비하며, 상기 기준 신호용 소자는 상기 반도체 기판에 형성된 소스, 드레인, 게이트 절연막, 다결정 실리콘층, 제1 금속층 및 제2 금속층으로 이루어지며, 상기 센서용 소자는 소스, 드레인, 게이트 절연막, 반도체 박막, 제4 금속층, 제3 금속층으로 이루어진다. 상기 제2 금속층은 상부에 자기조립단분자막이 형성되지 않도록 하기 위하여 상기 제1 금속층 위에 형성되며, 상기 제3 금속층은 상부에 자기조립단분자막이 형성될 수 있도록 하기 위하여 상기 제4 금속층 위에 형성된다. 상기 기준 신호용 소자의 제1 금속층과 상기 센서용 소자의 제4 금속층은 티타늄 박막으로 이루어지며, 상기 제2 금속층은 플래티늄(Pt) 박막으로 이루어지며, 상기 제3 금속층은 금(Au)으로 이루어진다. The present invention relates to a FET type biosensor using a titanium film. The FET biosensor includes a reference signal element and a sensor element formed on the same semiconductor substrate, and the reference signal element includes a source, a drain, a gate insulating film, a polycrystalline silicon layer, a first metal layer, and a second metal layer formed on the semiconductor substrate. A metal layer, and the sensor element comprises a source, a drain, a gate insulating film, a semiconductor thin film, a fourth metal layer, a third metal layer. The second metal layer is formed on the first metal layer so that the self-assembled monolayer is not formed thereon, and the third metal layer is formed on the fourth metal layer so that the self-assembled monolayer is formed thereon. The first metal layer of the reference signal element and the fourth metal layer of the sensor element are made of a titanium thin film, the second metal layer is made of a platinum (Pt) thin film, and the third metal layer is made of gold (Au).

바이오센서, 센서용소자, 기준신호용 소자, 티타늄 Biosensor, sensor element, reference signal element, titanium

Description

티타늄 박막을 이용한 FET형 바이오센서 및 그 제조 방법{FET-type Biosensor using titanum thin layer and method thereof}FET type biosensor using titanium thin film and its manufacturing method {FET-type Biosensor using titanum thin layer and method

본 발명은 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)의 원리를 이용하여 특정 생체 분자의 존재를 검출하거나 농도를 판단하는 FET형 바이오센서에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 최상위 금속층 또는 감지막과 다결정 실리콘층사이에 티타늄 박막을 구성하여 기준신호용 소자와 센서용 소자를 제작하는 공정중에 다결정실리콘층이 과다하게 노출되는 것을 방지하는 FET형 바이오센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a FET type biosensor that detects the concentration or detects the presence of specific biomolecules using the principle of a field effect transistor. The present invention relates to a FET-type biosensor which prevents the polycrystalline silicon layer from being excessively exposed during the process of manufacturing a reference signal element and a sensor element by forming a titanium thin film.

바이오센서는 생체물질만이 가진 분자간 선택적 반응성을 이용하여 다양한 생리활성 물질의 농도를 신속하게 정량화할 수 있는 센서로서, 각종 생화학 반응으로부터 전기적 신호를 유발하기 위해 바이오 칩 기술이 가장 먼저 적용된 분야이다. 특히 지놈 프로젝트의 완성으로 인하여 인간의 DNA 서열이 알려짐에 따라 각 유전자의 기능 및 이들에 의해 코딩된 단백질 등에 대한 연구가 더욱 활발해지면서 바이오 물질을 용이하게 검출할 수 있는 바이오센서에 대한 필요성이 증대되고 있다. 전기적인 신호를 사용하여 바이오 물질을 검출할 수 있는 바이오센서는 미국특 허번호 제 4,328,757호, 제4,777,019호, 제5,431,883호 및 제5,827,482호 등에 개시되어 있다. Biosensor is a sensor that can quickly quantify the concentration of various bioactive substances by using the intermolecular selective reactivity of the biomaterial only, the first application of biochip technology to induce electrical signals from various biochemical reactions. In particular, as the DNA sequence of human beings is known due to the completion of the genome project, the research on the function of each gene and the proteins encoded by them becomes more active, and the necessity for a biosensor capable of easily detecting biomaterials increases. have. Biosensors capable of detecting biomaterials using electrical signals are disclosed in US Pat. Nos. 4,328,757, 4,777,019, 5,431,883, and 5,827,482.

미국특허번호 제4,238,757호는 특정한 항체에 대해서 반응하는 항원을 구비하도록 설계된 FET을 개시하고 있으며, 상기 FET을 사용하여 드레인 전류의 변화를 시간에 따라 관찰하여 용액 속 항원의 농도를 측정하게 된다. US Pat. No. 4,238,757 discloses a FET designed to have an antigen that reacts to a particular antibody, and the FET is used to measure the concentration of antigen in solution by observing the change in drain current over time.

미국특허번호 제4,777,019호는 소오스, 드레인 영역 및 게이트 영역을 구비하고, 측정하고자 하는 뉴클레오타이드에 대해 상보적인 뉴클레오타이드가 게이트 위에 결합된 형태의 FET를 개시하고 있으며, 특히 게이트 금속을 대신해 생물 단량체(biological monomers)를 게이트의 표면에 흡착시켜 상보적인(complementray) 단량체와 혼성화(hybridization)되는 정도를 FET로 측정하는 기술을 개시하고 있다. U. S. Patent No. 4,777, 019 discloses a FET having a source, a drain region and a gate region, in which a nucleotide complementary to the nucleotide to be measured is bound on the gate, and in particular in place of the gate metal, the biological monomers ) Is disclosed to measure the degree of hybridization with complementary monomers by adsorption on the surface of the gate by FET.

미국특허번호 제5,431,883호는 화학적 시편과 반응하여 전도성으로 바뀌는 성질을 가진 유기절연물질인 프탈로시아닌 박막이 게이트와 드레인을 연결하는 구조의 FET를 개시하고 있다. U.S. Patent No. 5,431,883 discloses a FET having a structure in which a thin film of phthalocyanine, an organic insulating material having a property of reacting with a chemical specimen and converting into a conductivity, is connected to a gate and a drain.

대한민국특허 제10-0244001호는 게이트 금속(금 또는 알루미늄 등)이 있는 FET형 바이오센서에 있어서 전도성 고분자 박막과 그 박막 상부에 다중 박막 형태로 병원균이 인식 가능한 고분자 물질을 게이트 금속 표면에 구성하여 병원균을 측정하는 바이오 센서를 개시하고 있다.Korean Patent No. 10-0244001 discloses a conductive polymer thin film in a FET-type biosensor with a gate metal (gold or aluminum, etc.) and a polymer material capable of recognizing pathogens in the form of multiple thin films on the top of the thin film. Disclosed is a biosensor for measuring.

대한민국공개특허 제10-2005-0039418호는 게이트 금속(Au 등)이 있는 FET형 바이오센서에 있어서 게이트 금속 표면의 자기조립단분자막에 단백질을 흡착시키는 기술을 개시하고 있다.Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2005-0039418 discloses a technique of adsorbing a protein onto a self-assembled monolayer on the surface of a gate metal in a FET-type biosensor having a gate metal (Au, etc.).

대한민국특허 제 10-0938081호는 게이트 금속(Au 등)이 있는 FET형 바이오센서에 있어서 FET의 게이트 표면에만 무기막이 선택적으로 증착되거나 복수의 FET에 있어서 일부의 게이트 표면에만 무기막이 선택적으로 증착될 수 있는 FET 기반 바이오 센서를 개시하고 있다.Korean Patent No. 10-0938081 discloses that an inorganic film may be selectively deposited only on a gate surface of an FET in a FET type biosensor having a gate metal (Au, etc.) or an inorganic film may be selectively deposited only on a part of gate surfaces of a plurality of FETs. A FET-based biosensor is disclosed.

전술한 바와 같이 다양한 형태의 FET형 바이오 센서들은 반도체 공정을 이용하여 제작하는 것으로 전기적인 신호의 전환이 빠르고, IC와의 접목이 용이하다는 장점을 지니고 있다. As described above, various types of FET-type biosensors are manufactured by using a semiconductor process, and have advantages of fast electrical signal conversion and easy integration with IC.

하지만, FET형 바이오 센서는 신호대 잡음비(S/N Ratio)가 낮다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 노력들이 진행되고 있다. 그 중 한가지의 방법으로는, 바이오센서용 트랜지스터와 함께 기준신호용 트랜지스터를 형성하는 방법이다. 이 경우 바이오 센서용 트랜지스터는 감지막으로서 주로 Au를 사용하나, 기준 신호용 트랜지스터는 바이오센서용 트랜지스터의 감지막과는 다른 금속층, 예컨대 플래티늄 박막을 사용하게 된다. However, FET type biosensors have a problem of low signal-to-noise ratio (S / N ratio). Various efforts are being made to solve this problem. One method is to form a reference signal transistor together with a biosensor transistor. In this case, the biosensor transistor mainly uses Au as a sensing film, but the reference signal transistor uses a metal layer, for example, a platinum thin film, which is different from the sensing film of the biosensor transistor.

이때, 하나의 바이오센서를 제조하기 위하여 바이오센서용 트랜지스터의 감지막 및 기준 신호용 트랜지스터의 감지막을 형성하여야 된다. 따라서, 여러 종류의 금속 감지막을 형성하기 위하여, 금속을 증착/식각 또는 리프트 오프 공정을 형성해야 될 감지막의 종류만큼 반복적으로 수행되어야 한다. 이 경우, 금속 감지막과 게이트 절연층의 상부 또는 게이트의 다결정 실리콘층의 상부에는 첫번째 금속막이 형성될 때 보다 많은 오염을 포함한 결함이 금속 감지막 표면에 발생하게 된다. In this case, in order to manufacture one biosensor, a sensing film of the biosensor transistor and a sensing signal of the reference signal transistor should be formed. Therefore, in order to form various kinds of metal sensing films, it is necessary to repeatedly perform as many types of sensing films as metals to be deposited / etched or lift off. In this case, a defect including more contamination occurs on the surface of the metal sensing film when the first metal film is formed on the metal sensing film and the gate insulating layer or on the polycrystalline silicon layer of the gate.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다중 금속 감지막을 필요로 하는 FET 형 바이오센서에서 금속 감지막의 결함을 최소화시켜 소자의 성능 및 신뢰성을 향상시키는 FET 형 바이오 센서를 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a FET-type biosensor that improves the performance and reliability of the device by minimizing the defect of the metal-sense layer in the FET-type biosensor that requires a multi-metal sensing film.

본 발명의 다른 목적은 티타늄막을 이용하여 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 FET형 바이오 센서를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a FET type biosensor that can simplify the manufacturing process using a titanium film.

본 발명의 제1 특징에 따른 동일한 반도체 기판위에 형성되는 기준신호용 소자 및 센서용 소자를 구비하는 FET형 바이오센서에 있어서,
상기 기준 신호용 소자는, 상기 반도체 기판에 형성된 기준 신호 소자용 소스 및 드레인; 상기 반도체 기판위에 형성된 기준 신호 소자용 게이트 절연막; 상기 기준 신호 소자용 게이트 절연막위에 형성된 기준 신호 소자용 반도체 박막; 상기 기준 신호 소자용 반도체 박막위에 형성된 제1 금속층; 상부에 자기조립단분자막이 형성되지 않도록 하기 위하여 상기 제1 금속층 위에 형성된 제2 금속층;을 구비하고,
상기 센서용 소자는, 상기 반도체 기판에 형성된 센서 소자용 소스 및 드레인; 상기 반도체 기판위에 형성된 센서 소자용 게이트 절연막; 상기 센서 소자용 게이트 절연막위에 형성된 센서 소자용 반도체 박막; 상기 센서 소자용 반도체 박막위에 형성되는 제4 금속층; 상부에 자기조립단분자막이 형성될 수 있도록 하기 위하여 상기 제4 금속층 위에 형성되는 제3 금속층;을 구비하며,
상기 기준 신호용 소자의 제1 금속층과 상기 센서용 소자의 제4 금속층은 티타늄 박막으로 이루어지며, 상기 제2 금속층은 플래티늄(Pt) 박막으로 이루어지며, 상기 제3 금속층은 금(Au)으로 이루어진다.
In the FET type biosensor comprising a reference signal element and a sensor element formed on the same semiconductor substrate according to the first aspect of the present invention,
The reference signal element may include a source and a drain for a reference signal element formed on the semiconductor substrate; A gate insulating film for reference signal elements formed on the semiconductor substrate; A semiconductor thin film for reference signal elements formed on the gate insulating film for reference signal elements; A first metal layer formed on the semiconductor thin film for the reference signal element; And a second metal layer formed on the first metal layer so that the self-assembled monolayer is not formed thereon.
The sensor element may include a source and a drain for a sensor element formed on the semiconductor substrate; A gate insulating film for sensor elements formed on the semiconductor substrate; A semiconductor thin film for sensor elements formed on the gate insulating film for sensor elements; A fourth metal layer formed on the sensor thin film for semiconductor; And a third metal layer formed on the fourth metal layer in order to form a self-assembled monolayer on the upper side.
The first metal layer of the reference signal element and the fourth metal layer of the sensor element are made of a titanium thin film, the second metal layer is made of a platinum (Pt) thin film, and the third metal layer is made of gold (Au).

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본 발명의 제2 특징에 따른 하나의 반도체 기판상에 기준신호용 소자 및 센서용 소자를 제작하는 FET형 바이오센서 제조 방법은,A FET type biosensor manufacturing method for manufacturing a reference signal element and a sensor element on a semiconductor substrate according to a second aspect of the present invention,

(a) 반도체 기판상에 소자를 형성할 영역들에 소스 및 드레인을 형성하는 단계;(a) forming a source and a drain in the regions where the device is to be formed on the semiconductor substrate;

(b) 각 소스 및 드레인의 사이에 게이트 절연막, 반도체 박막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계;(b) sequentially forming a gate insulating film, a semiconductor thin film, and a first metal layer between each source and drain;

(c) 기준 신호용 소자가 형성될 영역의 제1 금속층위에 제2 금속층을 형성하는 단계;(c) forming a second metal layer over the first metal layer in the region where the element for reference signal is to be formed;

(d) 센서용 소자가 형성될 영역의 제1 금속층위에 제3 금속층을 형성하는 단계(d) forming a third metal layer over the first metal layer in the region where the sensor element is to be formed;

를 구비하고, 상기 제1 금속층은 티타늄 박막으로 이루어지며, 제2 금속층은 플래티늄 박막으로 이루어지며, 제3 금속층은 금(Au) 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The first metal layer is made of a titanium thin film, the second metal layer is made of a platinum thin film, and the third metal layer is made of a gold (Au) thin film.

본 발명에 따른 FET형 바이오 센서는 다결정 실리콘막위에 티타늄막을 형성함으로써, 다중 금속 감지막을 필요로 하는 경우에도 금속 감지막을 형성하기 위하여 다결정 실리콘막이 제조 공정중에 공기중에 수회 노출되는 것을 방지하고, 그 결과 다결정 실리콘막위에 형성되는 금속 감지막에 게이트 결함이 생기는 것도 감소시킬 수 있게 된다. 따라서, 바이오 센서의 전체적인 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. The FET type biosensor according to the present invention forms a titanium film on the polycrystalline silicon film, thereby preventing the polycrystalline silicon film from being exposed to the air several times in the manufacturing process to form the metal sensing film even when a multiple metal sensing film is required. The occurrence of gate defects in the metal sensing film formed on the polycrystalline silicon film can also be reduced. Therefore, it is possible to improve the overall performance and reliability of the biosensor.

또한, 본 발명에 의하여, 티타늄막을 기준신호용 센서의 최상부 금속층인 플래티늄막과 다결정 실리콘막과의 접착력 향상용 금속막으로 사용할 수 있게 되어, 제조 공정을 단순화시킬 수 있게 된다. In addition, according to the present invention, the titanium film can be used as a metal film for improving adhesion between the platinum film, which is the uppermost metal layer of the reference signal sensor, and the polycrystalline silicon film, thereby simplifying the manufacturing process.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FET형 바이오센서의 구성 및 그 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the configuration of the FET-type biosensor according to a preferred embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to FIG. 1.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FET형 바이오 센서의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 FET형 바이오 센서(10)는 기준신호용 소자(20) 및 센서용 소자(30)가 단일의 반도체 기판위에 형성되며, 상기 기준신호용 소자(20)는 반도체 기판(100)위에 형성된 소스(210) 및 드레인(212), 게이트 절연막(220), 다결정 실리콘막(230), 제1 금속층(240) 및 제2 금속층(250)을 구비하며, 상기 센서용 소자(30)는 반도체 기판(100)위에 형성된 소스(310) 및 드레인(312), 게이트 절연막(320), 다결정 실리콘막(330), 제1 금속층(340) 및 제3 금속층(350)을 구비한다. 1 is a cross-sectional view of a FET type biosensor according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in the FET-type biosensor 10 according to the present invention, a reference signal element 20 and a sensor element 30 are formed on a single semiconductor substrate, and the reference signal element 20 is a semiconductor substrate. And a source 210 and a drain 212, a gate insulating film 220, a polycrystalline silicon film 230, a first metal layer 240, and a second metal layer 250 formed on the substrate 100. 30 includes a source 310 and a drain 312, a gate insulating film 320, a polycrystalline silicon film 330, a first metal layer 340, and a third metal layer 350 formed on the semiconductor substrate 100.

상기 기준신호용 소자 및 센서용 소자의 반도체 기판, 소스, 드레인, 게이트 절연막, 다결정 실리콘막은 일반적인 전계효과트랜지스터의 그것들과 동일하므로, 널리 알려진 공지기술에 해당하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. Since the semiconductor substrate, the source, the drain, the gate insulating film, and the polycrystalline silicon film of the reference signal element and the sensor element are the same as those of a general field effect transistor, they are well known in the art and detailed description thereof will be omitted.

상기 기준신호용 소자의 제2 금속층(250)은 최상부 금속층으로서, 자기조립단분자막이 형성되지 않도록 하는 플래티늄(Pt) 박막으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 센서용 소자의 제3 금속층(350)도 최상부 금속층으로서, 자기조립단분자막이 용이하게 형성되도록 하는 금(Au)으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 제2 금속층 및 제3 금속층은 최상부 금속층으로서, 외부에 노출되도록 한다. The second metal layer 250 of the reference signal device is a top metal layer, and is preferably made of a platinum (Pt) thin film so that a self-assembled monolayer is not formed. In addition, the third metal layer 350 of the sensor element is also made of gold (Au) to facilitate the formation of a self-assembled monolayer as a top metal layer. The second metal layer and the third metal layer are uppermost metal layers and are exposed to the outside.

상기 제1 금속층(240)은 상기 제2 금속층과 다결정 실리콘막의 사이, 제3 금속층과 다결정 실리콘막의 사이에 형성되는 것으로서, 티타늄 막으로 이루어진다. 상기 제1 금속층을 티타늄막으로 형성함으로써, 다결정 실리콘과 같은 반도체 박막의 표면과 감지막으로 사용되는 금속들간의 접착력을 향상시켜, 바이오센서의 최상부에 위치하는 금속의 장기 안정성을 제공하게 된다. The first metal layer 240 is formed between the second metal layer and the polycrystalline silicon film and between the third metal layer and the polycrystalline silicon film, and is made of a titanium film. By forming the first metal layer with a titanium film, adhesion between the surface of a semiconductor thin film such as polycrystalline silicon and metals used as a sensing film is improved, thereby providing long-term stability of the metal positioned at the top of the biosensor.

상기 기준신호용 소자의 티타늄막은 상부에 플래티늄막을 형성함에 있어, 접착력을 향상시키기 위한 추가의 접착력 향상용 금속을 증착하지 않고 티타늄막을 그대로 접착력 향상용 금속으로 사용할 수 있도록 함으로써, 전체 공정을 단순화시킬 수 있게 된다. In forming the titanium film of the reference signal device, the titanium film may be used as the adhesion-improving metal without depositing an additional adhesion-improving metal to improve the adhesion, thereby simplifying the entire process. do.

또한, 본 발명에 따른 바이오센서의 다결정 실리콘층의 상부에 티타늄으로 된 제1 금속층을 형성함으로써, 다중 금속 감지막을 필요로 하는 공정에서 다결정 실리콘층 또는 노출된 게이트 절연막이 다중 금속 감지막을 형성하기 위한 수회 공정중에 대기 중에 노출되는 것을 방지하게 된다. 그 결과, 게이트 절연막이나 다결정 실리콘층이 노출됨으로써 발생하게 되는 오염 및 이로 인하여 상부에 형성되는 감지막의 결함을 감소시킬 수 있게 된다. In addition, by forming a first metal layer made of titanium on the polycrystalline silicon layer of the biosensor according to the present invention, the polycrystalline silicon layer or the exposed gate insulating film for forming the multi-metal sensing film in a process requiring a multi-metal sensing film. This prevents exposure to the atmosphere during several processes. As a result, contamination caused by exposure of the gate insulating film or the polycrystalline silicon layer and defects of the sensing film formed thereon can be reduced.

이하, 전술한 구성을 갖는 하나의 반도체 기판상에 기준신호용 소자 및 센서용 소자를 구비하는 FET형 바이오센서 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a FET type biosensor manufacturing method including a reference signal element and a sensor element on one semiconductor substrate having the above-described configuration will be described.

반도체 기판상에 기준신호용 소자 및 센서용 소자를 형성할 영역들에 소스 및 드레인을 각각 형성한 후, 각 소스 및 드레인의 사이에 게이트 절연막, 반도체 박막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성한다. After the source and the drain are respectively formed in the regions where the reference signal element and the sensor element are to be formed on the semiconductor substrate, a gate insulating film, a semiconductor thin film, and a first metal layer are sequentially formed between each source and drain.

다음, 기준 신호용 소자가 형성될 영역의 제1 금속층위에 제2 금속층을 형성한다. 이때, 제2 금속층을 형성하기 위하여, 제1 금속층위에 플래티늄(Pt)을 증착한 후, 기준 신호용 소자가 형성될 영역을 제외한 영역을 식각함으로써, 제2 금속층을 완성한다. Next, a second metal layer is formed on the first metal layer in the region where the element for reference signal is to be formed. In this case, in order to form the second metal layer, the second metal layer is completed by depositing platinum (Pt) on the first metal layer, and then etching an area except the region where the reference signal element is to be formed.

다음, 센서용 소자가 형성될 영역의 제1 금속층위에 제3 금속층을 형성한다. 이때, 제3 금속층을 형성하기 위하여, 제1 금속층위에 제3 금속층을 이루는 금(Au)을 증착한 후, 센서용 소자가 형성될 영역을 제외한 영역을 식각함으로써, 제3 금속층을 완성한다. Next, a third metal layer is formed on the first metal layer in the region where the sensor element is to be formed. At this time, in order to form the third metal layer, gold (Au) forming the third metal layer is deposited on the first metal layer, and then the region except for the region where the sensor element is to be formed is etched to complete the third metal layer.

이때 상기 제1 금속층은 티타늄 박막으로 이루어지며, 제2 금속층은 플래티늄 박막으로 이루어지며, 제3 금속층은 금(Au) 박막으로 이루어진다.  At this time, the first metal layer is made of a titanium thin film, the second metal layer is made of a platinum thin film, and the third metal layer is made of a gold (Au) thin film.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, this is merely an example and is not intended to limit the present invention, and those skilled in the art do not depart from the essential characteristics of the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications which are not illustrated above in the scope are possible. And differences relating to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the invention as defined in the appended claims.

본 발명에 따른 기술은 바이오센서분야에 널리 사용될 수 있다. The technique according to the invention can be widely used in the field of biosensors.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FET형 바이오센서를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a FET-type biosensor according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : FET형 바이오 센서(10)10: FET type biosensor (10)

20 : 기준신호용 소자20: element for reference signal

30 : 센서용 소자30 sensor element

100 : 반도체 기판100: semiconductor substrate

210, 310 : 소스210, 310: Source

212, 312 : 드레인212, 312: drain

220, 320 : 게이트 절연막220, 320: gate insulating film

230, 330 : 다결정 실리콘막230, 330 polycrystalline silicon film

240, 340 : 제1 금속층240 and 340: first metal layer

250 : 제2 금속층250: second metal layer

350 : 제3 금속층350: third metal layer

Claims (4)

동일한 반도체 기판위에 형성되는 기준신호용 소자 및 센서용 소자를 구비하는 FET형 바이오센서에 있어서, In the FET type biosensor comprising a reference signal element and a sensor element formed on the same semiconductor substrate, 상기 기준 신호용 소자는The reference signal element 상기 반도체 기판에 형성된 기준 신호 소자용 소스 및 기준 신호 소자용 드레인;A source for a reference signal element and a drain for a reference signal element formed on the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판위에 형성된 기준 신호 소자용 게이트 절연막;A gate insulating film for reference signal elements formed on the semiconductor substrate; 상기 기준 신호 소자용 게이트 절연막위에 형성된 기준 신호 소자용 반도체 박막;A semiconductor thin film for reference signal elements formed on the gate insulating film for reference signal elements; 상기 기준 신호 소자용 반도체 박막위에 형성된 제1 금속층;A first metal layer formed on the semiconductor thin film for the reference signal element; 상부에 자기조립단분자막이 형성되지 않도록 하기 위하여 상기 제1 금속층 위에 형성된 제2 금속층;을 구비하고, And a second metal layer formed on the first metal layer so that the self-assembled monolayer is not formed thereon. 상기 센서용 소자는The sensor element is 상기 반도체 기판에 형성된 센서 소자용 소스 및 센서 소자용 드레인;A sensor element source and a sensor element drain formed on the semiconductor substrate; 상기 반도체 기판위에 형성된 센서 소자용 게이트 절연막;A gate insulating film for sensor elements formed on the semiconductor substrate; 상기 센서 소자용 게이트 절연막위에 형성된 센서 소자용 반도체 박막;A semiconductor thin film for sensor elements formed on the gate insulating film for sensor elements; 상기 센서 소자용 반도체 박막위에 형성되는 제4 금속층;A fourth metal layer formed on the sensor thin film for semiconductor; 상부에 자기조립단분자막이 형성될 수 있도록 하기 위하여 상기 제4 금속층 위에 형성되는 제3 금속층;을 구비하며,And a third metal layer formed on the fourth metal layer in order to form a self-assembled monolayer on the upper side. 상기 기준 신호용 소자의 제1 금속층과 상기 센서용 소자의 제4 금속층은 티타늄 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 FET형 바이오 센서. FET type biosensor, characterized in that the first metal layer of the reference signal element and the fourth metal layer of the sensor element are made of a titanium thin film. 제1항에 있어서, 상기 제2 금속층은 플래티늄(Pt) 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 FET형 바이오 센서.The FET type biosensor according to claim 1, wherein the second metal layer is made of a thin film of platinum (Pt). 제1항에 있어서, 상기 제3 금속층은 금(Au)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 FET 형 바이오 센서. The FET type biosensor according to claim 1, wherein the third metal layer is made of gold (Au). 하나의 반도체 기판상에 기준신호용 소자 및 센서용 소자를 제작하는 FET형 바이오센서 제조 방법에 있어서, In the FET type biosensor manufacturing method for manufacturing a reference signal element and a sensor element on one semiconductor substrate, (a) 반도체 기판상에 소자를 형성할 영역들에 소스 및 드레인을 형성하는 단계;(a) forming a source and a drain in the regions where the device is to be formed on the semiconductor substrate; (b) 각 소스 및 드레인의 사이에 게이트 절연막, 반도체 박막 및 제1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계;(b) sequentially forming a gate insulating film, a semiconductor thin film, and a first metal layer between each source and drain; (c) 기준 신호용 소자가 형성될 영역의 제1 금속층위에 제2 금속층을 형성하는 단계;(c) forming a second metal layer over the first metal layer in the region where the element for reference signal is to be formed; (d) 센서용 소자가 형성될 영역의 제1 금속층위에 제3 금속층을 형성하는 단계(d) forming a third metal layer over the first metal layer in the region where the sensor element is to be formed; 를 구비하고, 상기 제1 금속층은 티타늄 박막으로 이루어지며, 제2 금속층은 플래티늄 박막으로 이루어지며, 제3 금속층은 금(Au) 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 FET형 바이오 센서의 제조 방법. And a first metal layer made of a titanium thin film, a second metal layer made of a platinum thin film, and a third metal layer made of a gold (Au) thin film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60253958A (en) 1984-05-31 1985-12-14 Sharp Corp Sensor
JPS625168A (en) 1985-07-01 1987-01-12 Seitai Kinou Riyou Kagakuhin Shinseizou Gijutsu Kenkyu Kumiai Semiconductor chemical sensor
KR100726963B1 (en) 2005-06-15 2007-06-14 김경훈 A method for preparing a urease immobilization layer for biosensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60253958A (en) 1984-05-31 1985-12-14 Sharp Corp Sensor
JPS625168A (en) 1985-07-01 1987-01-12 Seitai Kinou Riyou Kagakuhin Shinseizou Gijutsu Kenkyu Kumiai Semiconductor chemical sensor
KR100726963B1 (en) 2005-06-15 2007-06-14 김경훈 A method for preparing a urease immobilization layer for biosensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8679885B1 (en) 2013-01-23 2014-03-25 International Business Machines Corporation Self-aligned biosensors with enhanced sensitivity
US8896032B2 (en) 2013-01-23 2014-11-25 International Business Machines Corporation Self-aligned biosensors with enhanced sensitivity

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