TW202007637A - 用於提供具有奈米線加熱器的感測器的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明可提供一種具有奈米線加熱器的感測器的方法。感測器可在包括背面層和內埋氧化物（BOX）層的絕緣層上矽（SOI）晶圓的元件層中圖案化，且奈米線加熱器可在鄰近感測器的絕緣層上矽晶圓的元件層中圖案化。接下來，可形成用於絕緣層上矽晶圓的金屬佈線，且可在絕緣層上矽晶圓的金屬佈線側上設置接合載體晶圓。然後可研磨背面層，直到內埋氧化物層暴露。元件層可通過內埋氧化物層圖案化以暴露感測器和奈米線加熱器。介電質可沉積以覆蓋以下中的至少一個：感測器；和奈米線加熱器。
Description
本公開的實施例是有關於一種用於提供具有奈米線加熱器的感測器的方法。
半導體元件產業已以降低的成本生產各種各樣的元件，以解決許多不同領域的問題。這至少部分由於集成密度的增大而得以實現。諸如電晶體、二極體、電阻器以及電容器的各種積體電路元件的集成密度受益於最小特徵大小持續減小到深次微米範圍，這又允許更多元件集成到給定區域中。電腦輔助設計/電子設計自動化（Computer added design/electronic design automation；CAD/EDA）工具有助於高度積體電路設計，包含每個晶片上的多個氧化物擴散（Oxide Diffusion；OD）區。OD區對應於主動元件區，且CAD/EDA工具定義所述區域的佈置。OD通常是指主動摻雜/擴散區域。
半導體元件可包含感測器，例如氣體感測器和生物感測器。生物感測器是用於感測和檢測生物實體的元件，且通常基於電子、化學、光學或機械檢測原理而工作。檢測可通過檢測生物實體本身來進行，或通過特定反應物與生物實體之間的相互作用和反應來進行。生物感測器廣泛用於不同的生命科學應用，從環境監測和基礎生命科學研究到護理點（Point-of-Care；PoC）體外分子診斷。
本發明提供一種用於提供具有奈米線加熱器的感測器的方法，包括：將包含背面層和內埋氧化物（BOX）層的絕緣層上矽（SOI）晶圓的元件層中的所述感測器圖案化；將鄰近於所述感測器的所述絕緣層上矽晶圓的所述元件層中的所述奈米線加熱器圖案化；形成用於所述絕緣層上矽晶圓的金屬佈線；在所述絕緣層上矽晶圓的所述金屬佈線側上提供接合載體晶圓；研磨所述背面層，直到所述內埋氧化物層暴露；通過所述內埋氧化物層來圖案化所述元件層以暴露所述感測器和所述奈米線加熱器；以及沉積介電質以覆蓋以下中的至少一個：所述感測器；以及所述奈米線加熱器。
以下公開內容提供用於實施所提供主題的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述元件和佈置的特定實例以簡化本公開。當然，這些只是實例且並不旨在為限制性的。舉例來說，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或第二特徵上的形成可包含第一特徵和第二特徵直接接觸地形成的實施例，且還可包含額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成使得第一特徵和第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本公開的實施例可在各種實例中重複參考標號和/或字母。這種重複是出於簡單和清楚的目的，且本身並不指示所討論的各種實施例和/或配置之間的關係。
另外，為易於描述，在本文中使用例如“在…下”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”以及類似術語的空間相對術語，以描述如圖中所示出的一個元件或特徵與另一（一些）元件或特徵的關係。除圖中所描繪的定向之外，空間上相對的術語意圖涵蓋元件在使用或操作中的不同定向。設備可以其它方式定向（旋轉90度或處於其它定向），且本文中所使用的空間相對描述詞同樣可相應地進行解釋。
在感測平臺中，氧化物擴散（OD）電阻加熱器和氮化鈦鋁（Titanium Aluminum Nitride；TiAlN）金屬加熱器可分別位於背面感測互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal Oxide Semiconductor；CMOS）平臺的前端和後端處。TiAlN只能通過埋在後端中提供間接加熱。與奈米線加熱器相比， OD電阻加熱器可提供更小的加熱表面積。與本公開的實施例一致，奈米線作為感測應用中的加熱器可例如在CMOS相容製程中製造，或與CMOS平臺集成。
舉例來說，某些生物感測器元件中嵌入有加熱器。半導體層可包括例如可包含源極區和汲極區的半導體材料。感測井可在半導體層上方，橫向位於源極區與汲極區之間。生物感測層內襯在感測井中。在一些實施例中，金屬佈線內連線結構佈置在半導體層下方並容納加熱器。此外，在一些實施例中，溫度感測器橫向鄰近閘極電極，且控制器基於來自溫度感測器的回饋來控制加熱器。
與本公開的實施例一致，矽（Si）奈米線加熱器可集成在使用背面感測CMOS平臺製造的感測器旁邊（即，橫向相鄰）。舉例來說，在小樣本應用中，如單分子聚合酶鏈反應（Polymerase Chain Reaction；PCR）（生物感測器）或高溫氣體感測器中，這是有用的。Si奈米線加熱器應用還可包含但不限於護理點（PoC）、DNA測序、疾病診斷系統以及氣體感測器。
此外，雖然Si奈米線加熱器可比OD加熱器窄，但實施為晶體矽的奈米線可能不會受到電遷移的影響。此外，與埋在後端氧化物中的TiAlN加熱器相比，Si奈米線加熱器可提供直接加熱。此外，Si奈米線加熱器有更多的表面積來散熱。因此，本公開的實施例可不遭受電遷移，可提供直接加熱，且可包含更多的散熱表面積。
與本公開的實施例一致，當使用奈米線感測器（例如，作為氣體感測器）時，奈米線感測器可與奈米線加熱器緊密集成。此外，不使奈米線充當加熱器和感測器的雙重作用是有利的，因為每個作用所需的偏置電流可不同。因此，將不同作用的奈米線放在一起可更好。
示例性製程包含在絕緣層上矽（Silicon on Insulation；SOI）晶圓的前段製程（FEOL）處圖案化奈米線加熱器以及生物感測或氣體感測元件。奈米線和生物感測/氣體感測元件可分別摻雜。舉例來說，與奈米線加熱器相比，實現為離子敏感場效電晶體（Ion-Sensitive Field-Effect Transistor；ISFET）的感測器可具有不同的摻雜要求。奈米線感測器可與奈米線加熱器不同地摻雜。可產生金屬佈線，且可在金屬佈線側上接合載體晶圓。堆疊結構然後可以被翻轉。可研磨“背面”直到內埋氧化物（BOX）暴露為止。圖案化氧化物以暴露奈米線和生物感測器，從而產生感測井。如果使用乾式蝕刻，那麼可能需要天線二極體以防止支撐電晶體電路的損壞可沉積原子層沉積（Atomic Layer Deposition；ALD）高k介電質，從而覆蓋奈米線和生物感測器。奈米線可如下所述以各種方式連接和摻雜。
在另一實例中，可使用氧化物過度蝕刻，具有足夠的底切以釋放加熱器奈米線。基於ISFET的感測器可覆蓋有PR以防止釋放可釋放或不釋放（例如，使用PR）奈米線感測器。可沉積ALD高k介電質（例如，用於涉及液體環境的生物感測應用）。
在其它例子中，OD擴散可保留到最後，且然後OD可蝕刻成奈米線。然而，這可能會將BOX高度限制在3k埃（即300nm）或小於3k埃，因為可能需要薄光阻來實現良好的奈米線解決方案。
一些生物感測器應用可需要高溫來執行分析。此外，在奈米線感測器的情況下，氣體感測器的感測井上方可不需要高k材料，因為氣體感測器可能不在濕流體環境中。奈米線感測器可以是裸Si或具有適當的表面塗層。它可塗有另一種半導體材料，例如SnO2
。根據表面塗層的不同，氣體感測器可具有不同的溫度要求。SnO2
可具有150C到400C的工作溫度要求。
在使用特殊閘極電極作為感測材料的基於場效電晶體（Field Effect Transistor；FET）的氣體感測器的情況下，可在感測器上圖案化高k介電質。另外，特殊閘極電極可佈線到感測井外部的接墊。
圖1示出根據本公開的實施例的具有奈米線加熱器的感測器。如圖1所繪示，可使用多個不同的感測器，包括例如第一感測器105、第二感測器110以及第三感測器115。第一感測器105可包括例如可用於氣體感測或生物感測的離子敏感場效電晶體（ISFET）。第二感測器110可包括溫度感測器。第三感測器115可包括奈米線感測器，所述奈米線感測器可包括多個區段，如下文更詳細描述。圖1還可示出多個奈米線加熱器，包括例如第一奈米線加熱器120、第二奈米線加熱器125、第三奈米線加熱器130以及第四奈米線加熱器135。多個奈米線加熱器中的每一個可包括多個區段，如下文更詳細描述。
如圖1所繪示，第一奈米線加熱器120和第二奈米線加熱器125可鄰近第一感測器105，第二奈米線加熱器125和第三奈米線加熱器130可鄰近第二感測器110，且第三奈米線加熱器130和第四奈米線加熱器135可鄰近第三感測器115。第一介電層140可形成於第一感測器105、第二感測器110、第三感測器115、第一奈米線加熱器120、第二奈米線加熱器125、第三奈米線加熱器130以及第四奈米線加熱器135上方，如下文將更詳細地描述。如圖1所繪示，第二感測器110可包括溫度感測器，且可由第二介電層145覆蓋，所述第二介電層可由第一介電層140覆蓋。根據本公開的實施例，奈米線感測器可以用作例如生物感測器或氣體感測器。感測器可以在兩側放置加熱器，以為感測器提供均勻的溫度環境。例如，加熱器可以基於焦耳/歐姆加熱的原理操作。感測PCR的生物感測器可能需要升高的溫度才能進行PCR。類似地，氣體感測器可能需要更高溫度的環境。
第一介電層140可包括例如使用原子層沉積（ALD）沉積的高k介電質。表述“高k”是指高介電常數。在半導體元件結構和製造製程領域中，高k可以指的是大於SiO2
的介電常數（即，大於3.9）的介電常數。在一些實施例中，該介電層可具有介於約20Å和約40Å之間的厚度（即，2nm至4nm）。它可以是高K介電材料，例如矽酸鉿，氧化鉿，氧化鋯，氧化鋁，五氧化二鉭，二氧化鉿-氧化鋁（HfO2
-Al2
O3
）合金，或其任何組合。第二介電層145可包括SiO2
。
包括奈米線加熱器和奈米線感測器的矽奈米線可以具有等於主動摻雜/擴散區域的厚度的厚度，其可以是大約100nm至150nm（即，1000-1500Å）。矽奈米線寬度可以約為50nm至500nm。感測阱（例如，感測阱150或感測阱155）的深度可以是大約1um（例如，掩埋氧化物BOX的厚度）加上大約150nm（例如，主動摻雜/擴散區域的厚度），但是這可以近似為1um。
圖2是闡述與本公開的實施例一致的用於提供具有奈米線加熱器的感測器的方法200中所涉及的一般階段的流程圖。下文將結合圖3到圖7更詳細地描述實現圖2所繪示的方法200的各階段的方式。
方法200可進行到階段210，其中可在包括背面層310和內埋氧化物（BOX）層315的絕緣矽（SOI）晶圓的元件層305中圖案化感測器，如圖3所繪示。元件層305可以包括但不限於前段製程（FEOL）層。從階段210，其中在SOI晶圓的元件層305中圖案化感測器，方法200可前進到階段220，其中可在鄰近感測器的SOI晶圓的元件層305中圖案化奈米線加熱器，如圖3所繪示。舉例來說，可在SOI晶圓的元件層305處圖案化奈米線加熱器和感測器（例如生物感測元件、氣體感測元件、溫度感測元件等）。與本公開的實施例一致，可同時在元件層305中圖案化/製造奈米線加熱器和感測器。舉例來說，階段210可與階段220同時執行。奈米線和生物感測/氣體感測元件可分開摻雜。舉例來說，與奈米線加熱器相比，實施為ISFET的感測器可具有不同的摻雜要求。奈米線感測器的摻雜密度可能低於奈米線加熱器。奈米線加熱器的摻雜範圍可以是大約1×1018
cm-3
或更高，而奈米線感測器的摻雜範圍可以是大約1×1016
cm-3
至1×1018
cm-3
。奈米線感測器可與奈米線加熱器不同地摻雜。舉例來說，如圖1所繪示，第一奈米線加熱器120和第二奈米線加熱器125可鄰近第一感測器105，第二奈米線加熱器125和第三奈米線加熱器130可鄰近第二感測器110，且第三奈米線加熱器130和第四奈米線加熱器135可鄰近第三感測器115。
在階段220中在鄰近感測器的SOI晶圓的元件層305中圖案化奈米線加熱器後，方法200可繼續到階段230，其中可產生用於SOI晶圓的金屬佈線405，如圖4所繪示。舉例來說，單個元件（例如，電晶體、電容器、電阻器等）可通過SOI晶圓上的佈線互連，例如，經由金屬佈線405與金屬化層互連。金屬佈線405可以包括但不限於後段製程（BEOL）金屬佈線。
在階段230中產生用於SOI晶圓的金屬佈線405之後，方法200可前進到階段240，其中可在SOI晶圓的金屬佈線側提供接合載體晶圓505。舉例來說，可翻轉SOI晶圓，且可添加接合載體晶圓505，如圖5所繪示。
從階段240，其中在SOI晶圓的金屬佈線側上提供接合載體晶圓505，方法200可前進到階段250，其中可研磨背面層310直到BOX層315暴露。舉例來說，在圖6中示出研磨掉背面層310的SOI晶圓。可以使用例如晶圓研磨機（即，粗研磨）將背面層310研磨掉，然後進行化學機械平面化（CMP）（即，精細拋光）。
在階段250中研磨背面層310直到BOX層315暴露後，方法200可繼續到階段260，其中可通過BOX層315圖案化元件層305以暴露感測器和奈米線加熱器。舉例來說，如圖7所繪示，可暴露第一感測器105、第三感測器115、第一奈米線加熱器120、第二奈米線加熱器125、第三奈米線加熱器130以及第四奈米線加熱器135。氧化物（例如，來自第二介電層145）可留在第二感測器110（例如，溫度感測器）周圍。換句話說，可圖案化氧化物以暴露奈米線和生物感測器，從而產生感測井（例如，第一感測井705和第二感測井710）。如果使用乾式蝕刻，那麼可能需要天線二極體，例如，以防止損壞支撐電晶體電路。
在階段260中通過BOX層315圖案化元件層305以暴露感測器和奈米線加熱器之後，方法200可進行到階段270，其中可沉積第一介電層140從而覆蓋感測器和奈米線加熱器中的至少一個，如圖1所繪示。舉例來說，可沉積原子層沉積（ALD）高k（其中k是介電常數）介電質從而覆蓋奈米線和生物感測器。在階段270中沉積第一介電層140從而覆蓋感測器和奈米線加熱器中的至少一個後，方法200然後可結束。
圖8示出繪示奈米線區段之間的連接的感測井的俯視圖。如圖8所繪示，奈米線或者奈米線加熱器或奈米線感測器可包括設置在感測井800中的區段。這些區段可包括單獨的區段802與804或可包括可連接在一起的區段806、808、810與812。這些區段可具有與後端佈線（例如與金屬佈線）的接觸連接814、816、818、820與822，以減小節點的電阻。
圖9示出繪示奈米線區段之間的連接的感測井900的俯視圖。如圖9所繪示，奈米線或者奈米線加熱器或奈米線感測器可包括區段。這些區段可包括單獨的區段902與904或可包括可連接在一起的區段906、908、910與912。與金屬佈線的奈米線觸點914、916、918、920、922與924可包括可與奈米線的其餘部分不同地摻雜的Si。如圖9中所繪示，可連接在一起的區段可具有內部節點926（例如，具有與後端金屬的連接以減小電阻）。
圖10A、圖10B以及圖10C示出氧化物過度蝕刻。如圖10A、圖10B和圖10C所示，第一奈米線加熱器1020和第二奈米線加熱器1025可與第一感測器1005相鄰，第二奈米線加熱器1025和第三奈米線加熱器1030可與第二感測器1010相鄰，第三奈米線加熱器1030和第四奈米線加熱器1035可與第三感測器1015相鄰。如圖10C所繪示，第一介電層1040可形成於第一感測器1005、第二感測器1010、第三感測器1015、第一奈米線加熱器1020、第二奈米線加熱器1025、第三奈米線加熱器1030以及第四奈米線加熱器1035上方，如下文將更詳細地描述。第二感測器1010可包括溫度感測器，且可由第二介電層1045覆蓋，所述第二介電層可由第一介電層1040覆蓋。
圖10A可類似於圖7（階段260），其中可通過BOX層315圖案化元件層305以暴露感測器和奈米線加熱器。然而，除了暴露感測器和奈米線加熱器之外，可使用具有足夠底切的氧化物來過度蝕刻以釋放加熱器奈米線，（即，去除裝置下面的材料，其可包括氧化物），如圖10B所示。氧化物過蝕刻可以指繼續去除氧化物。可以使用具有足夠各向同性的乾蝕刻以允許除去奈米線下面的氧化物材料。。基於ISFET的感測器（例如，第一感測器1005）可覆蓋有PR以防止釋放。可釋放或不釋放（例如，再次使用PR）奈米線感測器。如圖10C所繪示，可沉積第一介電質層1040（例如，ALD高k介電質）（類似於階段270），這是例如涉及液體環境的生物感測應用所需要的。
圖11A和11B示出本公開的一個實施例，其中OD擴散1105被保持直到結束。然後，圖11A的OD擴散1105可蝕刻到奈米線1110中，如圖11B所繪示。在這一實施例中，BOX高度可以是例如3k埃（即300nm）或小於3k埃，因為可使用薄光阻來獲得良好的奈米線解決方案。
圖12A和圖12B示出本公開的實施例，其中生物感測器應用可能需要高溫來執行分析。如圖12A和圖12B所繪示，第一奈米線加熱器1210和第二奈米線加熱器1215可以鄰近具有接收器1220的感測器1205。第一介電層可形成於感測器1205、第一奈米線加熱器1210以及第二奈米線加熱器1215上。舉例來說，PCR中的延長/延伸可能需要約70C到80C的溫度。如圖12A所繪示，可向感測器1205提供表面化學處理，例如通過氣相製程引入。與本公開的實施方案一致，氣相製程可包括氣相沉積。例如，含有表面化學物質如APTES（（3-氨基丙基）三乙氧基矽烷）或APTMS（（3-氨基丙基）三乙氧基矽烷）的溶液可在真空環境中蒸發成氣相。汽化的材料可以行進到感測器並且例如附接到感測器。
對於生物感測器應用，來自生物樣品的電荷可能影響奈米線感測器的傳導性，如圖12B所示出。如果生物樣品含有負電荷，則這可以在奈米線的導電材料的表面上誘導正電荷。如果生物樣品含有正電荷，則可能在奈米線的導電材料上引起負電荷。生物樣品和奈米線的導電材料可以通過介電質分開，因此存在電容效應。如果奈米線的導電材料是p型並且在其表面上誘導產生正電荷，則該正電荷可以增加p型奈米線的導電性（類似於PMOS累積模式）。如果在其表面上引起負電荷，則該負電荷可降低p型材料的導電性。如果奈米線的導電材料是n型並且在其表面上感應出負電荷，則該負電荷可以增加n型奈米線的導電性（類似於NMOS累積模式）。如果在其表面上誘發正電荷，則該正電荷可能降低n型材料的導電性。
圖13A、圖13B、圖13C以及圖13D示出用於氣體感測器的感測井。如圖13A、圖13B、圖13C以及圖13D所繪示，第一奈米線加熱器1310和第二奈米線加熱器1315可鄰近感測器1305。在奈米線感測器（例如，感測器1305）的情況下，對氣體感測器情況可不需要將高k材料放感測井上方，因為感測器可不在濕流體環境中。舉例來說，奈米線感測器（例如，感測器1305）可以是裸Si或具有適當的表面塗層。表面塗層可包括但不限於另一種半導體材料，例如SnO2
。根據表面塗層的不同，氣體感測器可有不同的溫度要求。SnO2
可具有例如150C到400C的工作溫度要求。圖13A示出沒有釋放奈米線的實施例。圖13B示出僅釋放奈米線加熱器（例如，第一奈米線加熱器1310和第二奈米線加熱器1315）的實施例。圖13C示出釋放奈米線感測器（例如，感測器1305）以及奈米線加熱器（例如，第一奈米線加熱器1310和第二奈米線加熱器1315）的實施例。釋放奈米線加熱器和/或奈米線感測器可以產生更多的表面區域用於加熱和感測。圖13D示出奈米線感測器和奈米線加熱器相同的實施例。換句話說，圖13D示出了一個實施例，其中奈米線用於感測生物/氣體材料和加熱環境的雙重作用。
圖14A和圖14B示出本公開的實施例，其中感測材料與場效電晶體結合使用。如圖14A和圖14B所繪示，第一奈米線加熱器1410和第二奈米線加熱器1415可鄰近感測器1405。在使用特殊閘極電極1420作為感測材料的基於場效電晶體的氣體感測器的情況下，可能需要在感測器1405上圖案化高k介電質1425。此外，特殊閘極電極1420可能必須佈線到感測井外部的接墊。特殊閘極電極1420（例如，氣體感測層）可包括例如鈀或金屬氧化物，例如SnO2
，ZnO，TiO2
，WO3
，In2
O3
或Fe2
O3
。包括氣體感測層的特殊閘極電極1420可以從大氣中吸收氧。吸收的氧氣會奪走氣體感測層的表面電子，降低氣體感測層的導電性。當空氣被還原氣體（例如，CO，CO2
，H2
，NH3
，CH4
，乙醇，H2
S和NO2
）污染時，還原氣體將電子提供給氣體感測層的表面，增加了氣體感測層的導電性。特殊閘極電極1420（例如，氣體感測層）中的可用表面電荷的調製可以相應地調製MOSFET元件的溝道區中的電荷量。
圖14A示出不釋放奈米線加熱器（例如，第一奈米線加熱器1410和第二奈米線加熱器1415）的實施例。圖14B示出釋放奈米線加熱器（例如，第一奈米線加熱器1410和第二奈米線加熱器1415）的實施例。由於奈米線加熱器的底部未被氧化物阻擋，所以釋放奈米線加熱器可以產生更多的表面積以便散熱，因為氧化物不是良好的熱導體。這可以允許更好的維持感測器的溫度環境的效率。然而，不釋放奈米線加熱器可能足以用於該裝置的目的。
圖15示出了離子敏感場效電晶體（ISFET）1500。第一感測器105，第一感測器1005和感測器1405可以包括例如ISFET 1500。ISFET 1500可以分別包括到汲極區1506和源極區1504的電觸點1516和1518。可以對基底1511中的1502製作正面閘極觸點1520，而可以製造背面閘極觸點1522以形成溝道區域1508。應當注意，背面閘極觸點1522可以不需要物理接觸。因此，雖然FET可以使用閘極觸點來控制源極和汲極（例如，溝道）之間的半導體的電導，但是雙閘極背面感測ISFET 1500可以允許形成的接收器形成的基板1514或基底1514上的任何介面層。在FET元件的閘極1502的相對側上控制電導，而閘極1502可以提供另一個區域來控制電導。因此，ISFET 1500可用於檢測開口1512周圍和/或開口1512中的一個或多個特定生物分子或生物實體。
閘極1502可以通過閘極介電質1515與溝道區域1508分離。在一些實施例中，閘極1502可以是摻雜的多晶矽或其他合適的導電材料。在一些實施例中，閘極介電質1515可以包括氧化矽。其他示例性閘極介電質可包括但不限於氮化矽，氮氧化矽，具有高介電常數（高k）的介電質或其組合。高k材料的實例可包括矽酸鉿，氧化鉿，氧化鋯，氧化鋁，五氧化二鉭，二氧化鉿-氧化鋁（HfO2
-Al2
O3
）合金或其組合。
本公開的實施例可包括集成在感測器附近的奈米線加熱器，所述感測器使用背面感測CMOS平臺製造。這對於小樣本應用（如單分子PCR（即生物感測器）或高溫氣體感測器）是有用的。其他系統可使用分別位於背面感測CMOS平臺的前端和後端處的OD（擴散）電阻器加熱器或TiAlN金屬加熱器。TiAlN只能通過埋在後端來提供間接加熱。與奈米線加熱器相比，OD（擴散）加熱器提供更小的加熱表面積。儘管Si奈米線加熱器比OD（擴散）加熱器窄得多，但是實施為晶體矽的奈米線不會遭受電遷移。相反，與埋在後端氧化物中的TiAlN相比，Si奈米線加熱器可提供直接加熱。此外，Si奈米線加熱器具有更多的表面積來散熱。與本公開的實施例一致，在感測應用中作為加熱器的奈米線可在CMOS相容製程中製造或與CMOS平臺集成。
本公開的實施例可包括一種為感測器提供奈米線加熱器的方法。本公開的實施例可包括在包括背面層和內埋氧化物（Buried Oxide；BOX）層的絕緣層上矽（SOI）晶圓的元件層中圖案化感測器，以及在鄰近感測器的SOI的元件層中圖案化奈米線加熱器。本公開的實施例還可包括產生用於SOI晶圓的金屬佈線，在SOI晶圓的金屬佈線側提供接合載體晶圓，以及研磨背面層直到BOX層暴露為止。本公開的實施例可進一步包括通過BOX層圖案化元件層以暴露感測器和奈米線加熱器，以及沉積覆蓋以下中的至少一個的介電質：感測器；和奈米線加熱器。
根據一些實施例，其中圖案化所述感測器包括圖案化包括奈米線感測器的所述感測器。
根據一些實施例，其中圖案化包括所述奈米線感測器的感測器包括圖案化包括多個區段的所述奈米線感測器。
根據一些實施例，其中圖案化包括所述奈米線感測器的所述感測器包括圖案化包括連接在一起的多個區段的所述奈米線感測器。
根據一些實施例，其中圖案化所述感測器包括圖案化包括溫度感測器的所述感測器。
根據一些實施例，其中圖案化所述感測器包括圖案化包括離子敏感場效電晶體（ISFET）的所述感測器。
根據一些實施例，其中圖案化所述感測器包括圖案化包括離子敏感場效電晶體（ISFET）的所述感測器，所述離子敏感場效電晶體包括氣體感測元件。
根據一些實施例，其中圖案化所述感測器包括圖案化包括離子敏感場效電晶體（ISFET）的所述感測器，所述離子敏感場效電晶體包括生物感測元件。
根據一些實施例，其中圖案化所述奈米線加熱器包括圖案化包括多個區段的所述奈米線加熱器。
根據一些實施例，其中圖案化所述奈米線感測器包括圖案化包括連接在一起的多個區段的所述奈米線感測器。
根據一些實施例，其中通過所述內埋氧化物層圖案化所述元件層以暴露所述感測器和所述奈米線加熱器包括從所述絕緣層上矽晶圓的所述後道工序側釋放以下中的至少一個：所述感測器，包括奈米線感測器；以及所述奈米線加熱器。
根據一些實施例，其中當所述感測器包括奈米線氣體感測器時，沒有介電覆蓋物放置在所述感測器上。
本公開的另一實施例可包括感測器和橫向鄰近感測器的奈米線加熱器。
根據一些實施例，其中所述感測器包括奈米線感測器。
根據一些實施例，其中所述感測器包括離子敏感場效電晶體（ISFET）。
根據一些實施例，其中所述奈米線加熱器包括矽（Si）奈米線加熱器。
本公開的又一實施例可包括設置在金屬佈線層上的感測器。此外，本公開的實施例可包括橫向鄰近感測器的奈米線加熱器，奈米線加熱器包括連接在一起並從金屬佈線層釋放的多個區段。然而，奈米線觸點和內部節點可不從BEOL金屬佈線層釋放。
根據一些實施例，其中介電質覆蓋以下中的至少一個：所述感測器；和所述奈米線加熱器。
根據一些實施例，其中所述感測器包括以下中的一個：奈米線感測器；溫度感測器；以及離子敏感場效電晶體（ISFET）。
根據一些實施例，其中所述感測器包括從所述金屬佈線層釋放的奈米線感測器。
前文概述若干實施例的特徵以使得本領域的技術人員可更好地理解本公開的實施例的各方面。所屬領域的技術人員應瞭解，其可以易於使用本公開的實施例作為設計或修改用於進行本文中所介紹的實施例的相同目的和/或獲得相同優勢的其它製程和結構的基礎。所屬領域的技術人員還應認識到，此類等效構造並不脫離本公開的實施例的精神和範圍，且其可在不脫離本公開的精神和範圍的情況下在本文中進行各種改變、替代及更改。
105、705、1005‧‧‧第一感測器
110、1010‧‧‧第二感測器
115、1015‧‧‧第三感測器
120、1020、1210、1310、1410‧‧‧第一奈米線加熱器
125、1025、1215、1315、1415‧‧‧第二奈米線加熱器
130、1030‧‧‧第三奈米線加熱器
135、1035‧‧‧第四奈米線加熱器
140‧‧‧第一介電層
145‧‧‧第二介電層
200‧‧‧方法
210、220、230、240、250、260、270‧‧‧階段
305‧‧‧元件層
310‧‧‧背面層
315‧‧‧BOX層
405‧‧‧金屬佈線
505‧‧‧接合載體晶圓
705‧‧‧第一感測井
710‧‧‧第二感測井
1040‧‧‧第一介電層
1045‧‧‧第二介電層
1110‧‧‧奈米線
1105‧‧‧OD擴散
1205、1305、1405‧‧‧感測器
1420‧‧‧特殊閘極電極
1425‧‧‧高k介電質
1500‧‧‧離子敏感場效電晶體
1502‧‧‧閘極
1504‧‧‧源極區
1506‧‧‧汲極區
1508‧‧‧溝道區域
1511‧‧‧基底
1512‧‧‧閘極
1514‧‧‧基板
1515‧‧‧閘極介電質
1516‧‧‧電觸點
1518‧‧‧電觸點
1520‧‧‧正面閘極觸點
1522‧‧‧背面閘極觸點
當結合附圖閱讀時從以下詳細描述最好地理解本公開的實施例的各方面。應注意，根據行業中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，用於論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1是示出根據一些實施例的具有奈米線加熱器的感測器的框圖。
圖2是根據一些實施例的用於為感測器提供奈米線加熱器的方法的流程圖。
圖3根據一些實施例示出圖案化所述感測器和奈米線加熱器。
圖4根據一些實施例示出產生金屬佈線。
圖5根據一些實施例示出提供接合載體晶圓。
圖6根據一些實施例示出研磨背面層直到內埋氧化物（Buried Oxide；BOX）層暴露。
圖7根據一些實施例示出通過BOX層來圖案化元件層以暴露感測器和奈米線加熱器。
圖8示出根據一些實施例的奈米線連接。
圖9示出根據一些實施例的奈米線連接。
圖10A、圖10B以及圖10C根據一些實施例示出使用具有足夠底切的氧化物過度蝕刻來釋放加熱器奈米線。
圖11A和圖11B根據一些實施例示出保持氧化物擴散（OD）直到製程結束且然後將OD蝕刻成奈米線。
圖12A和圖12B示出根據一些實施例的高溫表面化學處理。
圖13A、圖13B、圖13C以及圖13D示出根據一些實施例可不需要在氣體感測器的感測井上方放置高k材料。
圖14A和圖14B根據一些實施例示出結合場效電晶體來使用感測材料。
圖15根據一些實施例示出離子敏感場效電晶體（ISFET）。
200‧‧‧方法
210、220、220、240、250、260、270‧‧‧步驟
Claims (1)
- 一種用於提供具有奈米線加熱器的感測器的方法，包括： 將包含背面層和內埋氧化物（BOX）層的絕緣層上矽（SOI）晶圓的元件層中的所述感測器圖案化； 將鄰近於所述感測器的所述絕緣層上矽晶圓的所述元件層中的所述奈米線加熱器圖案化； 形成用於所述絕緣層上矽晶圓的金屬佈線； 在所述絕緣層上矽晶圓的所述金屬佈線側上提供接合載體晶圓； 研磨所述背面層，直到所述內埋氧化物層暴露； 通過所述內埋氧化物層來圖案化所述元件層以暴露所述感測器和所述奈米線加熱器；以及 沉積介電質以覆蓋以下中的至少一個：所述感測器；以及所述奈米線加熱器。
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