TW201833543A - 用於生物敏感場效電晶體的晶載參考電極 - Google Patents
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Abstract
本發明實施例提供一種半導體裝置及相關聯製造方法，該半導體裝置包含具有嵌入於該半導體裝置內之一晶載參考電極之一生物感測器。在一些實施例中，一對源極/汲極區安置於一裝置基板內且由一通道區分離。一隔離層安置於該裝置基板上方。一感測井自該隔離層之一上表面安置而上覆該通道區。一生物感測膜沿該隔離層之該上表面安置且沿該感測井之側壁及下表面延伸。一參考電極垂直安置於該生物感測膜與該隔離層之間。
Description
本發明實施例係關於一種用於生物敏感場效電晶體的晶載參考電極。
生物感測器係用於感測且偵測生物體之裝置，且其通常基於電子、化學、光學或機械偵測原理而操作。可藉由偵測生物體本身或透過指定反應物與生物體之間之相互作用及反應而執行偵測。生物感測器廣泛用於不同生命科學應用中，其範圍從環境監測與基本生命科學研究至定點照護(PoC)體外分子診斷。
本發明實施例係關於一種半導體裝置，其包括：一對源極/汲極區，其等安置於一裝置基板內且由一通道區分離；一隔離層，其安置於該裝置基板上方；一感測井，其自該隔離層之一上表面安置而上覆該通道區；一生物感測膜，其沿該隔離層之該上表面安置且沿該感測井之側壁及下表面延伸；及一參考電極，其垂直安置於該生物感測膜與該隔離層之間。 本發明實施例係關於一種半導體裝置，其包括：一互連結構，其安置於一處置基板上方，且包括安置於一介電層內之複數個金屬層；一裝置基板，其在該互連結構上方，且包括安置於其中之包含一對源極/汲極區且由一通道區分離之一生物敏感場效電晶體(BioFET)；一隔離層，其安置於該裝置基板上方；一感測井，其自該隔離層之一上表面安置而上覆該通道區；及一參考電極，其安置於該感測井旁邊之該隔離層上。 本發明實施例係關於一種用於製造一半導體裝置之方法，該方法包括：提供包括安置於一犧牲基板上方之一隔離層及安置於該隔離層上方之一裝置基板之一絕緣體上半導體(SOI)基板；在包括一對源極/汲極區之間的一通道區之該裝置基板內形成一生物場效電晶體；將一處置晶圓接合至該裝置基板；移除該犧牲基板；在該隔離層上方形成且圖案化一參考電極；形成一感測井使其貫穿該隔離層以暴露該生物場效電晶體；及在該參考電極上方且沿該感測井之上表面及側壁表面形成且圖案化一生物感測膜。
本揭露提供用於實施本揭露之不同特徵之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等實例僅為實例且並不意欲為限制性的。例如，在以下描述中，一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中第一構件及第二構件形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成於第一構件與第二構件之間使得第一構件及第二構件可未直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各項實例中重複元件符號及/或字母。此重複係用於簡單及清楚之目的，且本身並不指示所論述之各種實施例及/或組態之間之一關係。 此外，為方便描述，本文中可使用空間相關術語(諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者)來描述如圖中繪示之一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係。除圖中描繪之定向之外，空間相關術語亦意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或成其他定向)，且因此可同樣解釋本文中使用之空間相關描述符。 一種類型之生物感測器包括容納一生物敏感場效電晶體(BioFET)之一裝置基板。BioFET包括配置於裝置基板內且界定其等之間之一通道區之一源極區及一汲極區。此外，BioFET包括配置於裝置基板下方而橫向介於源極區域汲極區之間之一背閘極電極。一感測井橫向定位於源極區與汲極區之間且襯有一生物感測膜而上覆通道區。生物感測膜經組態以與生物體反應或結合至生物體以促進通道區之傳導性之一變化，使得可基於通道區之傳導性而偵測生物體之存在。 在操作期間，使生物體懸浮於一流體內且將其應用於該感測井以偵測生物體之存在。此外，在將流體應用於感測井之後，流體可偏壓至一參考電位以增強對生物體之偵測。採用一外部參考電極(自一流體通道之頂部浸入至流體中)以透過一外部電源為流體提供一參考電位。然而，外部參考電極並未與微製造生物感測器整合，且可能不適於諸如可攜式裝置之一些應用。又，外部參考電極可在應用時引入對生物感測膜之損害及污染，及/或亦使偵測程序複雜化。此外，外部參考電極由於其在操作期間之不一致性及不穩定性而幾乎不提供精確參考電位控制。 本申請案係關於：一種半導體裝置，其包含具有嵌入於該半導體裝置內之一晶載參考電極之一生物感測器；及相關聯製造方法，其等用以改良該半導體裝置之整合且提供方便的且精確的參考電位控制。在一些實施例中，半導體裝置包括一裝置基板。一對源極/汲極區安置於裝置基板內且由一通道區分離。一隔離層安置於裝置基板上方。一感測井自隔離層之一上表面安置而上覆通道區。一生物感測膜沿隔離層之上表面安置且沿感測井之側壁及下表面延伸。一參考電極垂直安置於生物感測膜與隔離層之間。藉由在生物感測膜與隔離層之間形成參考電極，隔離層可充當一阻障以防止參考電極材料擴散至裝置基板。由於參考電極係在形成生物感測膜之前整合於裝置內，故可減少或甚至消除對生物感測膜之損害及污染。又，與清潔一外部參考電極並將其浸入至流體中相比，針對各種生物偵測提供參考電位之程序得以簡化。此外，可實現一更精確的參考電位控制。 參考圖1，提供根據一些實施例之具有一參考電極102之一半導體裝置100之一剖面圖。如所繪示，在一些實施例中，一後段製程(BEOL)互連結構106配置於一處置基板108上方，且一裝置基板104配置於BEOL互連結構106上方。參考電極102配置於裝置基板104上方。處置基板108可為例如一塊狀半導體基板，諸如一塊狀單晶矽基板。裝置基板104容納一BioFET 110，且其可為例如一絕緣體上半導體(SOI)基板或一塊狀半導體基板之一半導體層。 BioFET 110包括一對源極/汲極區114a、114b及(在一些實施例中)一背閘極電極116。源極/汲極區114a、114b具有一第一摻雜類型，且其等配置於裝置基板104內而分別在BioFET 110之一通道區118之相對側上。通道區118具有與第一摻雜類型相反之一第二摻雜類型，且其配置於裝置基板104中而橫向介於源極/汲極區114a、114b之間。第一及第二摻雜類型可分別為例如n型及p型，或反之亦然。在一些實施例中，BioFET 110經配置貫穿裝置基板104而自裝置基板104之一頂表面延伸至裝置基板104之一底表面，如所展示。在一些其他實施例中，源極/汲極區114a、114b及通道區118配置於裝置基板104之一底面(裝置基板104之下部分)處。在一些實施例中，BioFET 110配置於具有第二摻雜類型之裝置基板104之一井區120內，及/或其電耦合至BEOL互連結構106。背閘極電極116配置於裝置基板104下方而橫向介於源極/汲極區114a、114b之間，且其藉由BioFET 110之一閘極介電層122與裝置基板104隔開。在一些實施例中，背閘極電極116電耦合至BEOL互連結構106，及/或其係金屬、摻雜多晶矽或其等之一組合。 一隔離層124配置於裝置基板104上方，且包括一感測井126。感測井126延伸至隔離層124中以接近通道區118，且其至少部分襯有一生物感測膜130。此外，在一些實施例中，感測井126延伸貫穿隔離層124以暴露通道區118，及/或橫向配置於源極/汲極區114a、114b之間。在一些實施例中，感測井126及內襯生物感測膜130橫向延伸以跨越通道區118與源極/汲極區114a、114b之邊界而部分覆蓋源極/汲極區114a、114b。隔離層124可為例如二氧化矽、一SOI基板之一埋藏氧化物 (BOX)層、一些其他介電質或其等之一組合。生物感測膜130襯於感測井126，且在一些實施例中覆蓋隔離層124。儘管圖1中未展示，然在一些其他實施例中，生物感測膜130具有取決於應用之一些開口，例如，用於外部配線墊(實例稍後亦展示且論述於圖2及圖3中)。此外，生物感測膜130經組態以與生物體反應或結合至生物體，以促進通道區118之傳導性之一變化，使得可基於通道區118之傳導性而偵測生物體之存在。生物感測膜130可為例如氮化鈦、鈦、一高k介電質、經組態以與生物體反應或結合至生物體之一些其他材料或其等之一組合。生物體可為例如DNA、核糖核酸(RNA)、藥物分子、酶、蛋白質、抗體、抗原或其等之一組合。生物感測膜130可包含用於任何指定生物分子結合之一材料。在一實施例中，生物感測膜130包含諸如HfO2
之一高介電係數材料。在一實施例中，生物感測膜130包含一金屬層，諸如，Pt、Au、Al、W、Cu及/或其他適合金屬。其他例示性生物感測膜130包含高k介電膜、金屬、金屬氧化物、介電質及/或其他適合材料。作為另一實例，生物感測膜130包含HfO2
、Ta2
O5
、Pt、Au、W、Ti、Al、Cu、此等金屬之氧化物、SiO2
、Si3
N4
、Al2
O3
、TiO2
、TiN、SnO、SnO2
；及/或其他適合材料。生物感測膜130可包含複數個材料層。生物感測膜130可具有例如小於約100奈米之一厚度。 在一些實施例中，參考電極102間接地或直接地安置於隔離層124上而橫向緊鄰感測井126。參考電極102可間接地或直接地安置於生物感測膜130下方。在一些實施例中，參考電極102包括鉑(Pt)、金(Pt)、銀(Ag)、氯化銀(AgCl)或其等之組合。參考電極102可具有在約500 Å至約1 µm之一範圍內之一厚度。藉由將參考電極102與裝置基板104分離(例如，藉由隔離層124)，有效地防止由參考電極102引入之污染。藉由將參考電極102配置於生物感測膜130下方，無需用於參考電極102之額外鈍化層。 雖然將圖1之實施例繪示為具有所呈現之背閘極電極116及閘極介電層122，但應瞭解，在其他實施例中，可省略背閘極電極116及閘極介電層122。又，雖然將圖1之實施例描述為具有BioFET 110，但在其他實施例中，可用某一其他類型之電晶體取代BioFET 110。 參考圖2，提供根據一些詳細實施例之具有一通道內參考電極開口206及一通道外參考電極開口208之圖1的BioFET 110及參考電極102之一剖面圖。僅為繪示目的，圖2中展示用於使用半導體裝置100來偵測一DNA片段202之一程序。感測井126暴露於一流體204。流體204係其內可能或可未懸浮有DND片段202之一水溶液。其他輔助組分亦可懸浮於流體204內，諸如引子、聚合酶或去氧核苷三磷酸(dNTP)。在將流體204應用於半導體裝置100之情況下，一參考偏壓透過通道外參考電極開口208施加至參考電極102。在一些實施例中，參考電極102透過通道內參考電極開口206暴露於流體204。就DNA片段202存在於流體204中而言，可執行一熱循環以複製DNA片段202且使DNA片段之量增加至一可更容易偵測的位準。量測BioFET 110之通道區118之傳導性以識別DNA片段之存在及(在一些實施例中) DNA片段之量，此係因為通道區118之傳導性基於流體204中之DNA片段之量而變化。當一DNA片段落在生物感測膜130上時，該DNA片段結合至生物感測膜130且使一氫離子216釋離至流體204中。繼而，氫離子216增加流體204之pH且改變通道區118之傳導性。因此，隨著DNA片段之量之增加，流體204之pH增加且通道區118之傳導性改變之程度增加。 雖然將圖2之實施例繪示為透過流體204之pH變動偵測DNA片段，但應瞭解，不同生物體及不同生物偵測機制係適合的且可用於各種應用。 參考圖3，提供圖1之半導體裝置100之一些更詳細實施例之一剖面圖。如所繪示，BEOL互連結構106配置於裝置基板104下方而在裝置基板104與處置基板108之間。BEOL互連結構106包括具線或墊特徵306之第一互連金屬層304與具通路特徵310之第二互連金屬層308在其內交替堆疊之一層間介電(ILD)層302。在一些實施例中，一加熱器312係BEOL互連結構106之部分，及/或其配置於處置基板108上方。ILD層302可為例如二氧化矽、氮化矽、一低k介電質、一些其他介電質或包括其等之一組合之一多層膜。如本文中所使用，一低k介電質係具有小於約3.9之一恆定介電係數之一介電質。配置於裝置基板104中之BioFET 110電耦合至第一及第二互連金屬層304、308之某一者。此外，參考電極102亦可耦合至第一及第二互連金屬層304、308之另一者。第一及第二互連金屬層304、308可為例如銅、鋁銅、鋁、鎢、一些其他導電材料或其等之一組合。 隔離層124配置於裝置基板104上方。感測井126配置於隔離層中及BioFET 110上方。感測井126襯有生物感測膜130且由一流體通道316覆蓋。流體通道316可例如橫向界定在配置於隔離層124上方之一通道結構318之間。除流體通道316之外，隔離層124亦容納一墊開口320。墊開口320貫穿隔離層124及裝置基板104延伸至ILD層302中以暴露第一互連金屬層304之線或墊特徵306之一者。此外，在一些實施例中，墊開口320延伸貫穿生物感測膜130。儘管圖3中未展示，然在一些實施例中，線分別耦合至墊開口320及通道外參考電極開口208。在一些其他實施例中，可使用一個線來將通道外參考電極開口208連接至墊開口320以提供參考偏壓。 參考圖4，提供根據一些實施例之具有一單位胞404陣列402之一半導體裝置之一佈局視圖400。如所繪示，在一些實施例中，單位胞404配置成列及行。單位胞404之各者可包括上覆一BioFET 110之一感測井126。感測井126可覆蓋BioFET 110之一通道區。一參考電極102配置在感測井126旁邊。參考電極102例如透過一通道內參考電極開口206至少部分暴露於一流體通道316。在一些實施例中，一通道外參考電極開口208用以針對參考偏壓源提供一接點(contact point)。通道外參考電極開口208可由一個以上單位胞404共用。一墊開口320可經配置而橫向緊鄰參考電極以暴露金屬互連結構106中之金屬線或墊特徵306之一或多者。圖1、圖2或圖3中展示單位胞404之結構之實例。 參考圖5至圖14，提供用於製造具有一BioFET及一晶載參考電極之一半導體裝置之一方法之一些實施例之一系列剖面圖500至1400。 如由圖5之剖面圖500所繪示，提供一SOI基板502。SOI基板502包括一隔離層124及一裝置基板104堆疊於其上之一塊狀半導體基板504。如下文所見，塊狀半導體基板504係一犧牲基板(稍後將被移除)。塊狀半導體基板504及裝置基板104可為例如單晶矽，及/或隔離層124可為例如二氧化矽。 一對源極/汲極區114a、114b形成於裝置基板104中，使得源極/汲極區114a、114b彼此橫向隔開。例如，可將離子佈植至裝置基板104中以形成源極/汲極區114a、114b於裝置基板104中。源極/汲極區114a、114b形成為具有一第一摻雜類型，且其等形成於具有與第一摻雜類型相反之一第二摻雜類型之裝置基板104的一區中，使得一通道區118形成於裝置基板104中而在源極/汲極區114a、114b之間。在一些實施例中，在其內形成源極/汲極區114a、114b之區係裝置基板104之一塊體，使得裝置基板104具有第二摻雜類型。在其他實施例中，在其內形成源極/汲極區114a、114b之區係裝置基板104之一井區120。可在例如藉由離子佈植形成源極/汲極區114a、114b之前形成井區120。 在一些實施例中，一背閘極電極116及一閘極介電層122形成為堆疊於通道區118上方而橫向介於源極/汲極區114a、114b之間。在一些實施例中，用於形成背閘極電極116及閘極介電層122之製程包括：循序沈積或生長堆疊於裝置基板104上方之一介電層及一導電層。例如，可藉由例如熱氧化、電化學電鍍(ECP)、氣相沈積、濺鍍或其等之一組合而沈積或生長介電層及導電層。此外，在一些實施例中，該製程包括使用例如光微影來圖案化介電層及導電層以選擇性地分別將該等介電層及導電層蝕刻為閘極介電層122及背閘極電極116。 如由圖6之剖面圖600所繪示，一BEOL互連結構106部分形成於SOI基板502上方。BEOL互連結構106形成為具有交替堆疊於一ILD層302內之具線或墊特徵之第一互連金屬層304及具通路特徵之第二互連金屬層308。第一及第二互連金屬層304、308可例如藉由一單鑲嵌式製程或一雙鑲嵌式製程而形成。一單鑲嵌式或雙鑲嵌式製程係不限於銅之一單鑲嵌或雙鑲嵌製程。儘管圖6及後續圖中未展示，然在一些實施例中，一加熱器(例如，圖3中展示之加熱器312)可形成於ILD層302內或形成於BEOL互連結構106上方之一額外ILD層內。 如由圖7之剖面圖700所繪示，一處置基板108透過BEOL互連結構106接合至SOI基板502。例如，處置基板108可藉由一熔合接合製程(諸如一親水性熔合接合製程)而接合至BEOL互連結構106。熔合接合製程適用於SiO2
至Si接合、Si至Si接合及其他適合接合。在一或多項實施例中，SiO2
至Si接合發生在ILD層302 (例如，SiO2
)與處置基板108 (例如，Si)之間。 如由圖8之剖面圖800所繪示，垂直翻轉圖7之結構且薄化SOI基板502以部分或完全移除塊狀半導體基板504 (例如，參見圖7)。在一些實施例中，塊狀半導體基板504藉由研磨、CMP、回蝕或其等之一組合而移除。 如由圖9之剖面圖900所繪示，一參考電極層902形成於裝置基板104上方之隔離層124上而在與BEOL互連結構106相對之裝置基板104之一側處。在一些實施例中，參考電極層902可使用金屬材料(諸如，鉑(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、氯化銀(AgCl)或其等之組合)形成。在一些實施例中，參考電極層902可使用物理或化學沈積製程(包含但不限於電子束沈積或濺鍍沈積製程)而形成。參考電極層902亦可使用電鍍或網版印刷製程(例如，對於銀材料)而形成。 如由圖10之剖面圖1000所繪示，參考電極層902 (圖9中所展示)經圖案化以形成參考電極102。在一些實施例中，藉由乾式及/或濕式蝕刻製程(包含但不限於一剝離製程、一離子束蝕刻(IBE)製程、一反應性離子蝕刻(RIE)製程及/或使用王水、碘化鉀或碘溶液之一濕式蝕刻製程)而圖案化參考電極層902 (圖9中所展示)。 如由圖11之剖面圖1100所繪示，執行至一隔離層124中之一第一蝕刻以形成橫向介於源極/汲極區114a、114b之間之一感測井126，且在一些實施例中暴露通道區118。用於執行第一蝕刻之製程可包括例如：在隔離層124上方沈積或生長一第一光阻層1102。此外，該製程可包括例如使用光微影來圖案化第一光阻層1102，使得第一光阻層1102包括對應於感測井126及/或加熱井128之一或多個開口。在第一光阻層1102經圖案化之情況下，製程可包括例如在第一光阻層1002在適當位置之情況下將一或多個第一蝕刻劑1104應用於隔離層124，且隨後剝除第一光阻層1102。 如由圖12之剖面圖1200所繪示，一生物感測膜130形成為加襯於感測井126。在一些實施例中，生物感測膜130係保形地形成及/或其係由一高k介電質形成，或其等之一組合。用於形成生物感測膜130之製程可包括：沈積或生長生物感測膜130而覆蓋隔離層124且襯於感測井126。可藉由例如氣相沈積、濺鍍、原子層沈積(ALD)或其等之一組合而沈積或生長生物感測膜130。 如由圖13之剖面圖1300所繪示，在一些實施例中，可執行至隔離層124、裝置基板104及ILD層302中之一第二蝕刻以形成一墊開口320而暴露BEOL互連結構106之第一互連金屬層304之一者。此外，在一些實施例中，第二蝕刻經執行貫穿生物感測膜130，及/或其係沿裝置基板104及BEOL互連結構106之周邊而形成。用於執行第二蝕刻之製程可包括：例如在隔離層124及/或生物感測膜130上方沈積或生長一第二光阻層1302。此外，該製程可包括例如使用光微影來圖案化第二光阻層1302，使得第二光阻層1302包括對應於墊開口320之一開口。在第二光阻層1302經圖案化之情況下，製程可包括例如在第二光阻層1302在適當位置之情況下將一或多個第二蝕刻劑1304應用於隔離層124、裝置基板104及ILD層302，且隨後剝除第二光阻層1302。 如由圖14之剖面圖1400所繪示，一通道結構318形成於隔離層124及(在一些實施例中)生物感測膜130上方以界定感測井126上方之一流體通道316。通道結構318可例如經形成使得流體通道316被覆蓋或暴露於半導體裝置之一周圍環境。此外，通道結構318可例如用一微機電系統(MEMS)裝置形成以控制流體通過流體通道316之流動及/或循環。通道結構318可由塑膠、聚合物或其他適用材料製成。特別地，通道結構318可能並非半導體裝置之一必要組件，且其亦可為能夠組裝至半導體裝置以增強偵測之一分離組件。 參考圖15，提供圖5至圖14之方法之一些實施例之一流程圖1500。 在1502，在一裝置基板內形成源極/汲極區。在一些實施例中，裝置基板係配置於一介電層及一塊狀半導體基板上方之一SOI基板之一半導體層。塊狀半導體基板可為在一稍後製造階段中移除之一犧牲基板。介電層可充當工件之一隔離層。圖5繪示對應於動作1502之一剖面圖500之一些實施例。 在1504，在裝置基板上方形成一BEOL互連結構。圖6繪示對應於動作1504之一剖面圖600之一些實施例。 在1506，透過BEOL互連結構將一處置基板接合至半導體基板。例如，可藉由一熔合接合製程而將處置基板接合至BEOL互連結構。圖7繪示對應於動作1506之一剖面圖700之一些實施例。 在1508，將工件翻轉且部分或完全移除犧牲基板。在一些實施例中，藉由研磨、CMP、回蝕或其等之一組合而移除犧牲基板。圖8繪示對應於動作1508之一剖面圖800之一些實施例。 在1510，在隔離層上方形成一參考電極層且將其圖案化以形成一參考電極。隔離層防止參考電極擴散至裝置基板中。圖9至圖10繪示對應於動作1510之剖面圖900至1000之一些實施例。 在1512，執行至隔離層中之一第一蝕刻以形成源極/汲極區之間之一感測井。圖11繪示對應於動作1512之一剖面圖1100之一些實施例。 在1514，形成一生物感測膜使其襯於感測井。在一些實施例中，生物感測膜係由氮化鈦、鈦、一高k介電質或其等之一組合形成。生物感測膜亦可襯於參考電極層且充當一阻障層或一鈍化層。圖12繪示對應於動作1514之一剖面圖1200之一些實施例。 在1516，執行至BEOL互連結構中之一第二蝕刻使其貫穿隔離層及裝置基板以及BEOL互連結構之一上部分以形成一墊開口。在一些實施例中，第二蝕刻亦經執行貫穿生物感測膜。圖13繪示對應於動作1516之一剖面圖1300之一些實施例。 在1518，在隔離層上形成一通道結構以界定一流體通道。圖14繪示對應於動作1518之一剖面圖1400之一些實施例。 雖然本文中將由流程圖1500描述之方法繪示且描述為一系列動作或事件，但將瞭解，此等動作或事件之所繪示順序不應解釋為限制意義。例如，除本文中所繪示及/或描述之順序之外，一些動作亦可依不同順序發生及/或與其他動作或事件同時發生。此外，實施本文中之描述之一或多個態樣或實施例可能並不需要全部所繪示動作，且可在一或多個單獨動作及/或階段中實行本文中描繪之動作之一或多者。 因此，本揭露係關於一種半導體裝置以及相關聯製造方法，該半導體裝置包含具有嵌入於該半導體裝置內之一晶載參考電極之一生物感測器。藉由將參考電極整合至半導體裝置中，提供方便的且精確的參考電位控制。 在一些實施例中，本揭露提供一種半導體裝置。一對源極/汲極區安置於一裝置基板內且由一通道區分離。一隔離層安置於裝置基板上方。一感測井自隔離層之一上表面安置而上覆通道區。一生物感測膜沿隔離層之上表面安置且沿感測井之側壁及下表面延伸。一參考電極垂直安置於生物感測膜與隔離層之間。 在其他實施例中，本揭露提供另一半導體裝置。一互連結構安置於一處置基板上方，且其包括安置於一介電層內之複數個金屬層。一裝置基板安置於互連結構上方，且其包括安置於其中之包含一對源極/汲極區且由一通道區分離之一生物敏感場效電晶體(BioFET)。一隔離層安置於裝置基板上方，且一感測井自隔離層之一上表面安置而上覆通道。一參考電極安置於感測井旁邊之隔離層上。 在其他實施例中，本揭露提供一種用於製造一半導體裝置之方法。方法包括：提供包括安置於一犧牲基板上方之一隔離層及安置於隔離層上方之一裝置基板之一絕緣體上半導體(SOI)基板；及在包括一對源極/汲極區之間的一通道區之裝置基板內形成一生物場效電晶體。方法進一步包括將一處置晶圓接合至裝置基板且移除犧牲基板。方法進一步包括在隔離層上方形成且圖案化一參考電極，且形成一感測井使其貫穿隔離層以暴露生物場效電晶體。方法進一步包括在參考電極上方且沿感測井之上表面及側壁表面形成且圖案化一生物感測膜。 前文概括數種實施例之特徵使得熟習此項技術者可更佳理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應明白，其等可容易將本揭露用作用於設計或修改其他製程及結構之一基礎以實行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點。熟習此項技術者亦應認知，此等等效構造並未脫離本揭露之精神及範疇，且其等可在不脫離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中進行各種改變、置換及更改。
100‧‧‧半導體裝置
102‧‧‧參考電極
104‧‧‧裝置基板
106‧‧‧後段製程(BEOL)互連結構
108‧‧‧處置基板
110‧‧‧生物敏感場效電晶體(BioFET)
114a‧‧‧源極/汲極區
114b‧‧‧源極/汲極區
116‧‧‧背閘極電極
118‧‧‧通道區
120‧‧‧井區
122‧‧‧閘極介電層
124‧‧‧隔離層
126‧‧‧感測井
128‧‧‧加熱井
130‧‧‧生物感測膜
202‧‧‧DNA片段
204‧‧‧流體
206‧‧‧通道內參考電極開口
208‧‧‧通道外參考電極開口
216‧‧‧氫離子
302‧‧‧層間介電(ILD)層
304‧‧‧第一互連金屬層
306‧‧‧線或墊特徵
308‧‧‧第二互連金屬層
310‧‧‧通路特徵
312‧‧‧加熱器
316‧‧‧流體通道
318‧‧‧通道結構
320‧‧‧墊開口
400‧‧‧佈局視圖
402‧‧‧單位胞陣列
404‧‧‧單位胞
500‧‧‧剖面圖
502‧‧‧絕緣體上半導體(SOI)基板
504‧‧‧塊狀半導體基板
600‧‧‧剖面圖
700‧‧‧剖面圖
800‧‧‧剖面圖
900‧‧‧剖面圖
902‧‧‧參考電極層
1000‧‧‧剖面圖
1100‧‧‧剖面圖
1102‧‧‧第一光阻層
1104‧‧‧第一蝕刻劑
1200‧‧‧剖面圖
1300‧‧‧剖面圖
1302‧‧‧第二光阻層
1304‧‧‧第二蝕刻劑
1400‧‧‧剖面圖
1500‧‧‧流程圖
1502‧‧‧動作
1504‧‧‧動作
1506‧‧‧動作
1508‧‧‧動作
1510‧‧‧動作
1512‧‧‧動作
1514‧‧‧動作
1516‧‧‧動作
1518‧‧‧動作
當結合附圖閱讀時，自以下[實施方式]最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據標準工業實踐，各個構件未按比例繪製。事實上，為清楚論述，各個構件之尺寸可經任意增大或減小。 圖1繪示具有一生物敏感場效電晶體(BioFET)及一晶載參考電極之一半導體裝置之一些實施例之一剖面圖。 圖2繪示具有一通道內參考電極開口及一通道外參考電極開口之圖1的BioFET及晶載參考電極之一些詳細實施例之一剖面圖。 圖3繪示具有一墊開口之圖1的BioFET及晶載參考電極之一些更詳細實施例之一剖面圖。 圖4繪示具有一BioFET陣列之一半導體裝置之一些實施例之一佈局視圖。 圖5至圖14繪示用於製造具有一BioFET及一晶載參考電極之一半導體裝置之一方法之一些實施例之一系列剖面圖。 圖15繪示圖5至圖14之方法之一些實施例之一流程圖。
Claims (1)
- 一種半導體裝置，其包括： 一對源極/汲極區，其等安置於一裝置基板內且由一通道區分離； 一隔離層，其安置於該裝置基板上方； 一感測井，其自該隔離層之一上表面安置而上覆該通道區； 一生物感測膜，其沿該隔離層之該上表面安置且沿該感測井之側壁及下表面延伸；及 一參考電極，其垂直安置於該生物感測膜與該隔離層之間。
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