TWI273235B - PbTiO3/SiO2-gated ISFET device and method of manufacturing the same and method of forming sensing film - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 4主ί &明係有關一種離子感測場效電晶體（ISFET)，及 方禾制關以了以/以仏閑極丨^^裝置’其係經由溶膠-凝膠 二造，以在水溶液中檢測氫離子。本發明亦有關一種 二成2測暝以用於PbTi〇3/Si〇2閘極ISFET裝置之製造。 【先前技術】 離子感測場效電晶體（ISFET)係藉由以感測膜取代傳 ^M^SFET之閘極氧化層上之金屬閘極而製得。當將isfet /父〉貝於溶液中，感測膜與溶液間之介面電位將影響半導體 表面’因感測膜及半導體表面間僅隔著極薄之介電物質 ^即閑極氧化物）。此影響半導體表面之反轉層電荷密度，φ 藉以調整通道電流通過丨SFET。故利用此特性，可自源極/ 沒極電流之測量及ISFET閘極電壓導出溶液中的邱值或其 他離子濃度。再者，感測膜與溶液之間在介面上的電位差 與溶液中之離子活性相關。可使用具有不同氫離子活性之 各種溶液的介面電位差所導致的不同通道電流，測量溶液 中氫離子活性。 下列是有關ISFET之製造或ISFET之測量的專利。

(1) 美國專利第6, 531，858 B2號（頒發給本案相同發明 人周榮泉及蔡軒名）揭示一種測量a_Si ·· H ISFET之遲滯 (hysteresis)值及時漂值之方法。 (2) 美國專利第6, 573, 74 1 B2號（頒發給本案相同發明 人周榮泉及王乙方）揭示一種測量以非晶形石夕氫為感測膜 之ISFET之溫度參數之方法及裝置。該方法使用溫度參數

五、發明說明（2) 之測量及未知溶液之源極/汲極電流與閘極電 知溶液之離子濃度及ρΗ值。 h感測未 (3) 美國專利第5, 387, 328號揭示一種利用 感測膜上，進行葡萄糖濃度之感測，且利用鉬金屬 ^ ^ 考電極。使用鉑金屬作為參考電極可檢測出祕^ 反應產生H2〇2之生物物質。 斤有此與酵素 (4) 美國專利第5, 3 1 9, 226號揭示一種以射 於ISFET上沉積Ta2〇5感測膜之方法，其中以”了由^鍍方法 T a2 05 / S i 3 N4 / S i 〇2結構所組成。於此例中，丁七〇膜呈 介於4〇〇及5〇〇人之間，形成於以04/以〇2介電層上/、，及子以二 用正PR膜剝落方法（lift — off pr〇cess)將閘極外之h 移除。比較傳統之pH-isfet，此發明提供較佳之靈敏2产5及 可信度。 嚴又 (5 )美國專利第5，3 1 4，8 3 3號揭示一種包括將矽膜沉積 於GaAs基材上及將砷/磷離子摻雜入矽膜中之步驟以梦造、 具有較低電阻之閘極的方法。此可減少裝置上之熱效應， 及改善操作特性。 〜 41 (6) 美國專利第6, 617, 19〇 B2號（頒發給本案相同發明 人周榮泉及江榮隆）揭示一種由射頻濺鍍形成之a — w〇3所組 成之H+-感測膜之iSFET。該a-W〇3/Si〇2閘極ISFET於水溶液 (特別是酸性水溶液）中具有高度靈敏性，靈敏度範圍介於 50至58mV/pH，及高度線性，故該ISFET亦可用於檢測流出 液。 (7) 美國專利弟5，061，976 號（頒發給81^11]〇111111'8 1\;

五、發明說明（3)

Yamaguchi S. ; Suzuki T.;及0yama N )揭示— 其於ISFET之閘極氧化物上覆蓋碳薄膜，然後在复上覆蓋 2, 6-二曱苯酚電解聚合膜。ISFET具有感測氫離子之能 及短時漂時間、高可靠度、及對光不靈敏之優點。當 之薄膜覆蓋I SFET時，能夠檢測特別種類之離子。 (8) 美國專利第4,660,〇63號（頒發給Anth〇ny，T R) 揭示一種於半導體基材上進行雷射鑽孔及固態擴散以形成 三D二極體陣列之方法。首先使用雷射以鑽孔，秋後使雜 質自孔洞擴散以形成圓柱形PN接面（juncti〇n)，形成非平 面之I S F E T結構。 (9) 美國專利第4,73 5,702號（頒發給Anth〇nv，T R ) 提供一種覆蓋於ISFET之氧化物層上之聚合物，其中於聚 合物與氧化物層間之界面上形成化學鍵結，以形成感測 膜。 (10)美國專利弟5，911,873號（頒發給McCarron，R. Τ·及Gray’ J· R·)揭示一種包括isfet、參考電極裝置、

I SFET控制電路、記載體、測量電路、及診斷電路之裝 置’以測量溶液中之離子濃度。丨SFET控制電路以特定之 汲極/源極電壓及閘極/源極電壓（其係相對於η個連續汲極 電流）操作設備。記憶體貯存I SFET特性之重複、η個連續 >及極電流、及閘極/源極電壓。量測電路藉著一群η個連續 没極電流及閘極/源極電壓及丨SFET特性之重複，以測量離 子濃度。診斷電路藉由使用η個連續汲極電流及閘極/源極 電壓以測量ISFET特性。

T2719^g______ 五、發明說明（4) ~ --------—J_ 使用PbT i 03層做為感測膜 膠-凝膠法製造PbTi03感測膜， 【發明内容】 Μ檢測H+離子之ISFET及以溶 均未曾被揭示過。 本發明之目的係提供一種phTi· n/〇 · A 恶廿A 可灯131 l03/Si02閘極ISFET裝

置，其包括由PbTi03組成之H+靈μ料L

3 n風破性材料。本發明之I SFET 於浴液（特別是酸性溶液）中非常靈敏，及且 5 8 m V / p Η之靈敏度以及高線性。故太 a 仏、日丨t t ^ Γ故本發明之ISFET甚至能夠 檢測流出物之H+離子。 本發明之另-目的係提供一種形成感測膜之方法。 本發明之又一目的係提供一種製造心了丨仏/以^閘極 ISFET裝置之方法。 為達到本發明之目的，提供閘極IS{?ET裝 置，其包括一半導體基材；一閘極氧化層，位於半導體基 材上，一PbTi〇3層，位於閘極氧化層上而形成PbTi03閘 極；一對源/汲極區域，相對及鄰接於pbTi〇3閘極而位於半 導體基材中；二金屬線，位於該源/汲極區域上；及一密 封層，位於金屬線上而露出PbTi〇3層。 山 為達到本發明之另一目的，提供形成感測膜之方法， 其包括使醋酸鉛粉末及1，3 -丙二醇以莫耳比為1 : 5之量於 溶劑中形成一溶液；將此溶液加熱及將此溶液冷卻形成粉 末’二異丙氧基二乙酿丙酮鈦與醋酸錯粉末劑以莫耳比為 I : 1之量，將二異丙氧基二乙醯丙酮鈦添加至粉末中而形 成混合物，將此混合物加熱，及冷卻，藉以獲得均勻之混 合物；使其迴流及冷卻；及使此混合物於一基材上形成膜

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五、發明說明（5) 及對此膜進行熱溶膠（pyros〇l)方法， 步驟。 仏成PbTi〇3薄膜之

為達到本發明之又一目的，提供製造pbT ism裝置之方法，其包括提供一半導體基材，二〇2二極 土材上具有閘極氧化層，及形成於半導體基材 -、 接於該閘極氧化層之一對源/汲極區域；將一膠（、、及鄰， 極氧化層上形成膜及對該膜進行熱溶膠方法以形§ 乂於閘 層做為PbT i〇3/Si Ο?閘極；在該源極/汲極區域上連接金1 3 線；及在金屬線上形成密封層以將該裝置密封，但使〃屬

PbT i 〇3閘極露出。其中，該膠係藉由下列步驟所獲得· 醋酸鉛粉末及1，3-丙二醇以莫耳比為i : 5之量於溶^中彳形 成一溶液；將該溶液加熱及將該溶液冷卻而形成粉末·二灣 異丙氧基二乙醯丙酮鈦與醋酸鉛粉末劑以莫耳比為丨· 1 一 量，將二異丙氧基二乙醯丙酮鈦添加至粉末中而形成混人 物，將該混合物加熱，及將該混合物冷卻，藉以獲得1句= 之混合物；及使該混合物迴流及將該混合物冷卻以形 膠。 y取 使用PbT i 03薄膜做為感測膜係新穎的。再者，PbT丨％ 薄膜係以溶膠-凝膠技術製成。溶膠-凝膠技術提供勝於3其 它技術之許多優點，例如，處理溫度低、膜之組成容易押 制，及易塗覆大面積之基材。 【實施方式】 為使付本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，參考第1圖作詳細說明如下：

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E、發明說明（6) 第1圖顯示依據本發明之PbTi03/Si02閘極ISFET裝置之 剔面示意圖。該PbTi〇3 ISFET裝置係形成於半導體基材4〇 上，杈佳為P-型矽基材。一對源極/汲極區域41接近半導 體基材40之頂表面及經由一對接觸層42及金屬線。連接至 恆定電壓/電流電&。在半導體基材4〇與二個源極/汲極區 域41之間的表面上’形成包括二氧切之閘極氧化層44。 PbTiO3感測膜45形成於閘極氧化層44上。以密封層46將裝 置密封，但是使PbT i 〇3感測膜露出。再者，於半導體基^ 40之底部形成铭層47 ’以降低通道調整效應。 土 1 r ΐ本Πΐΐΐϊ施例中，該1SFET之通道長度、通 道見度及通道之長度對寬度的比例分別為i〇 m、5〇 Λ體基材⑽—型，具有電阻率介於8至咖 •cm之粑圍。再者，半導體之晶格常數較佳 閘= 化層之厚度為約100。人’及pbTi〇3感測膜之厚度為 0.25 至0· 75 ，較佳為〇.45至〇. 55 。 ^ ^ ^ ^ 0 ^ ^ 7 ^ ^ /'· ^ :包括填，層以旋塗方式形成於㈣者較，、 隹。 i 於太ίΓ3明種形成感測膜之方法。首先將醋酸錯 杈末及1，3-丙二醇作溶劑以！ ： 5之 液。溶劑可為任何溶劑，只要^比此合以形成洛 即可。溶劑之-實例;醋；=⑽ °C，較佳為138至142。(：下加熱25至35八二於35至145 鐘，然後冷卻至75至85°C，較佳為8〇。^'里’較佳為3〇分 1土马80 C，形成粉末。將二

£、發明說明（7) 異丙氧基一乙醯丙酮鈦（titanium di ispr〇p〇xide)與 錯粉末劑以莫耳比為1 · ·|之吾 g完一 g 、 夭吁比马1 .1之里，將一異丙氧基二乙醯丙酮 鈦添加至上述粉末中以形成混合物。將混合物於115至125 C，較佳為120 °c下加熱55至65分鐘，較佳為60分鐘，及 然後冷卻至75至85 ^，以便形成均勻混合物。將混合物在 75^85°C，較佳為8(rc下迴流115至125分鐘，較佳為12〇 分鉍，然後冷卻至室溫，形成凝膠。將凝膠於一表面（例 如矽表面或二氧化矽表面）上形成膜。形成膜之方法可為 喷塗、f塗、旋塗等。其中使用旋塗之方式可獲得相對均 勻的膜厚。接著，將所得之膜於34 0至360 °C，較佳為345 行熱溶膠法，以形成PbTi〇3薄膜，其可做為感d " 子之感測膜。可於上述表面上重複進行膜塗覆及熱 溶膠法，以形+成所欲得之多層結構。於本發明之具體實施 例中，PbT 1 〇3薄膜係於電晶體之閘極氧化層的上表面上形 成，以製得PbTi〇3/Si〇2閘極ISFET裝置，其適合做為仰感 測t置。PbTi〇3薄膜厚度較佳為〇· 25至〇· 75 ， 45至0· 55 /zm。 又仫為〇· 具體實施例及測試 日依據本發明製造使用PbTi〇3做為感測膜之iSFET。首先 提供:具有電阻率範圍於8至12 Ω · cm之範圍的p—型（1 〇)半導體基材（100)。以濕式氧化於基材（1〇〇)上形成厚度 50 0 0 a ^由二氧化矽組成的墊氧化層。以習用之光蝕刻= 術於，氧化層上形成第一光阻圖案。使用光阻圖案做為光 罩，藉由移除部分之墊氧化層，形成用以界定後續閘極區

之虛擬閘極（dummy gate)。然後使用虛擬閘極做為光罩， 將雜質植入半導體基材，以形成與虛擬閘極鄰接之相面對 的源極/汲極。此處所植入之雜質為碟離子，劑量為 1 〇15cnr2。將閘極移除，即以濕式蝕刻移除墊氧化層及第一 光阻圖案。於半導體基材（1〇0)上形成厚度約1〇〇〇A之由 二氧化矽組成的絕緣層。以光蝕刻法於絕緣層上形成第二 光阻圖案。然後使用第二光阻圖案做為光罩，將閘極區外 之絕緣層移除。使用閘極區内之剩餘絕緣層做為閘極氧化 層。接著移除第二光阻層。如此可獲得電晶體部分。

藉由下列步驟形成凝膠。將醋酸鉛粉末及丨，3 —丙二醇 作溶劑以1 : 5之莫耳比混合以形成溶液。將溶液於丨4〇它 下加熱30分鐘，然後冷卻至80 t，形成粉末。將二異丙氧 基二乙酸丙酮鈦與醋酸鉛粉末劑以莫耳比為1 : 1之量添加 至粉末中以形成混合物，及於丨2 〇它下加熱1小時，及冷卻 至8 0 C ’以形成均勻混合物。將混合物於8 〇下迴流2小 時及冷卻至室溫，形成凝膠。

然後將凝膠旋塗於電晶體之閘極氧化層上，於345至 3 5 5 C下加熱3 0分鐘使之乾燥，而於閘極氧化層上形成 PbT 1 〇3薄膜。使用鋁線以連接汲極/源極區域。將整個 ISFET裝置，除了 pbTi〇3層表面之外，均覆蓋環氧樹脂，及 加熱使環氧樹脂固化，獲得PbTi〇3/Si〇2閘極^^^了裝置。 所獲得之PbTi03/Si02閘具有約50 //m之通道長 度及約1000/zm之通道寬度。如此，PbTi〇3/Si〇2閘極ISFet 之深寬比（aspect ratio)(即通道寬度/通道長度）為20。

五、發明說明（9) 測試PbTi〇3/Si〇2閘極iSFET裝置，並於後文中敘述。 請參閱第2圖，第2圖顯示依據本發明之系統結構圖。 將使用PbTi〇3做為感測膜之ISFET(此處稱為「pbTi〇^si〇2 閘極I S F E T」）1 ’文入緩衝液2 (例如填酸鹽緩衝液）中。將 PbT1〇3/Si〇2閘極ISFET i之源極/汲極（未示出）經由二條連 接線5 1及5 2 77別連接至須“式設備3，以輸送測量源極/沒極 所得之電訊號至電流/電壓測量裝置4。電流/電壓測量裝 置4為Keithley-236電流/電壓測量裝置，供資料處理。 0 、亦將參考電極5浸入緩衝液2中，及參考電極5之一端 與測忒σ又備3經由連接線5 3連接。將加熱器6安裝於容器外 ^PID溫度控制器7連接。當緩衝液2之溫度升高或降低 日了，P ID服度控制器7控制加熱器β停止或開始加熱。熱偶 器8與Plj溫度控制器7連接，與緩衝液2接觸以感測其溫 度。^提到之元件’例如緩衝溶液2、與緩衝溶液2接觸 之兀件、及加熱器6，係放置於與光隔絕之容器（暗室）9 “康時被光影響。應注意本發明之較佳具 例中，利用PbTlQ3感測臈及溶液間之界面電位及半 /亟電流或閘極電壓），如此獲得I SFET之溫度 〇 常數。 A /=5 ίΐ:顯占不依據本發明之示意® °將使用PbTi〇3薄膜做 ISFET 1 (i^PbTi°3/Si〇2 Γ:;二π t 構成之緩衝液2中。經由二條線 、52使PbT1〇3/Sl〇2 Ism…及極/源極（未示出）連接

至恆定之電壓/電流電路13 (例如負回授電路）。利用恆定 之電壓/電流電路13，以固定PbTi〇3/Si〇2 ISFET j之汲極/ 源極電壓及沒極/源極電流。 將參考電極5安置於緩衝液2中，參考電極5之一端經 5 3與恆疋之電壓/電流電路丨3連接。將加熱器6安裝於 谷!!外及與p 1D溫度控制器16連接。加熱器6與？1 〇溫度控 制ϋ 1 6二者均用以維持緩衝液2於恆溫（較佳為2 5 °C )，熱 偶為8與P I D溫度控制器1 6連接，以檢測緩衝液2之溫度。 上述之緩衝溶液2、與緩衝溶液2接觸之每一裝 器6,係放置於與光隔絕之容器(暗室）”， 及力對、

測量結果之影響。 啤夕尤對 將恆疋之電壓/電流電路1 3連接至電流/電壓測量裝| 9，其包括二個數位式三用電表以檢測pbTi〇3/Si〇2 isfe, 之源極/汲極電流及源極/汲極電壓是否傾向穩定。亦將 ，定之電壓/電流電路13連接至電壓-時間記錄器2〇，以方 各冗錄期間設定與記錄輸出電壓。

第4圖顯示依據本發明之恆定的電壓/電流電路丨3。难 Τ^Τ之電壓/電流電路13經由線51、52連接至PbTi〇3/Si〇2 ET 1之源極/汲極，及經由線53連接至參考電極5。藉 2正可變電阻R丨，可將源極—汲極電壓固定於恆定值（車 ^為0.2V)。||由調整可變電咖，可將源極—沒極電流巨 疋於恆定值（較佳為7〇以）。在負回授之惰形時，當^ -,卜源極電田流IDS、增力口’源極電壓、輸出電壓、及間極電壓減 ^及最後及極-源極電流IDS減少。電路1 3具有簡單化，

低成本、及容_易操作之優點，及不需調整裝置之測量點。 第5圖顯不依據本發明備製之溶膠-凝膠外丁1〇3/31〇2閘 極ISFET之電流-電壓曲、線，其中藉由將感測裝置置於室溫 下之不同pH值水溶液（pH分別為1、5、7、9、11)中而 几成測S。類似的，以半導體參數分析器（Hp 4145B型）分 析所得之數據。依據第5圖，發現當使用pbT丨仏感測膜時， 臨界電壓隨著水溶液之pH值增加而線性增加。

第6圖顯示依據本發明備製之？1^1〇3/^〇2閘極181?£：7於 不同pH值1、3、5、7、9、11下之靈敏度。如第6圖所示， 曲線斜率顯示感測裝置之靈敏度。故由[)1)1^〇3/^〇2組成之 感測裝置的靈敏度為5 7. 4 m V / p Η。 第了圖顯示依據本發明備製之溶膠-凝膠作了丨仏/^仏閘 極ISFET之電流-電壓曲線，其申藉由將感測裝置置於室溫 下之不同pH值水溶液（ρΗ分別為2、4、6、8、10、12)中而 元成測量。類似的，以半導體參數分析器（Hp 4145B型）分 析所得之數據。依據第7圖，發現當使用pbT丨〇3感測膜時， 臨界電壓隨著水溶液之？[1值增加而線性增加。

第8圖顯示依據本發明備製之pbTi〇3/Si〇2閘極ISFET於 不同pH值2、4、6、8、10、12下之靈敏度。如第8圖所 不’曲線斜率顯示感測裝置之靈敏度。故由外14〇3/^〇2組 成之感測裝置的靈敏度為56· 88mV/pH。 依據上述測量方法，將測量結果及pH值繪成如第9圖 中之殘餘回歸圖（residual regression diagram)。當pH 值為5時’顯然可見遲滯值為3. 9mV。藉由使用相同方法，

T27W _ 丨丨一―——— 111 ’ · 五、發明說明（12) 可測定於不同pH值下之遲滯值，有助於反向補償方法。 關於時漂值，利用恆定之電壓/電流電路（負回授電 路）固定？1)7^〇3/^〇213?£了之汲極/源極電流與汲極/源極 電>£。將PbTi〇3/Si02 ISFET與參考電極連接至怪定之電壓 /電流電路，及然後浸入溶液中。藉由調整可變電阻r 1， 以一數位式三用電表，將VD值設於〇· 2V。又藉由調整可變 電阻R2，以一數位式三用電表設定Ids值。然後將 P b T i 〇3 / S i Ο? I S F E T浸入緩衝液中一段時間。利用電壓一時 間記錄器記錄？1)1^03/8丨0218?£丁之閘極/源極輸出電壓， 及藉以測量時漂值。 應注意到照光產生之電流影響時漂值，故應將汲極/ A 源極電流調整至1 〇 # A及大於1 〇 〇 // A之間以降低照光效 應。此外，當汲極-源極電流極大時，穩定性易被溫度影 響。故較佳之具體實施例係將汲極-源極電流設定於丨〇至 300 // A 〇 第10圖顯示當pH為7時閘極/源極輸出電壓（VGS)與時 間之間的關係曲線。曲線中顯示之數據，為使用本發明之 方法的實驗結果（顯示為一線），係使用多重時間-常數模

型（multiple time-constant model)。顯然模擬之結果與 實驗結果相符。當1ds為100 //A，VDS為0· 2V，pH值為7，及 測試時間為12小時時，時漂值為〇· 339mV/h。於時間參數 大於1 2小時時，時漂值可由曲線斜率決定。 第11圖顯示時漂值與pH值之間的關係。當ph = i，時漂 值為 0.462 mV/h ;當 pH = 2，時漂值為 0.498 mV/h ;當

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五、發明說明（13) pH = 3，時漂值為〇·528 mV/h ;當pH = 4，時漂值為0.586 mV/h ;當pH = 5，時漂值為〇·664 mV/h ;當pH = 6，時漂值為 0.714 mV/h ;當pH = 7，時漂值為〇·785 心/h，當PH = 8，時 漂值為0·82 mV/h ;當PH = 9，時漂值為0.871 mV/h ;當 pH=10，時漂值為0·968 mV/h，tpH = n，時漂值為ι•田21 mV/h ;及當pH=12，時漂值為1.573 mV/h。依據此等數 據，相信當pH值更大時，時漂行為更明顯。又 形成線時，能夠預任私/工h甘从u y士士 隊人级 進行反向補償 於任何其他。H值時之時漂值，有助於 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上， 41 限定本發明Η壬何熟習此技藝者，於 以 和二圍内’當可作些許之更動與潤飾。故本發曰:之；if 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 /、4犯

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T2732M 圖式簡單說明 第1圖顯示依據本發明之PbTi03 ISFET之剖面示意圖。 第2圖顯示依據本發明之電流-電壓系統結構圖。 第3圖顯示依據本發明之遲滯系統結構圖。 第4圖顯示依據本發明之恆定電壓/電流電路之示意 圖。 第5 圖顯示於PH = l、3、5、7、9、lU^iPbTi03/Si〇2 閘極ISFET之電流-電壓曲線。 第6 圖顯示於pH=l、3、5、7、9、11 時之PbTi03/Si02 閘極ISFET之靈敏度。 第7 圖顯示於pH =2、4、6、8、10、12 時PbTi03/Si02 閘極ISFET之電流-電壓曲線。 4 第8 圖顯示於PH =2、4、6、8、10、12 時PbTi03/Si02 閘極ISFET之靈敏度。 第9圖顯示PbTi〇3/Si 〇2閘極ISFET於1〇 20秒之遲滯量測 時間（loop time)的殘餘回歸圖。 弟1 0圖顯不當p Η值為7時閘極/源極輸出電壓對時間之 曲線。 第11圖顯示時漂值對ρ Η值之曲線。 符號說明

卜PbTi03/Si02 閘極18卩£丁 2〜緩衝液 3〜測試設備 4〜電流電壓測量裝置 5〜參考電極

第18頁 圖式簡單說明 6〜加熱器 7，16〜PID溫度控制器 8〜熱偶器 9〜光隔離容器 1 3〜恆定之電壓/電流電路 19〜電流/電壓測量裝置 2 0〜電壓-時間記錄器 40〜半導體基材 4 1〜源極/沒極區域 42〜接觸層 4 3〜金屬線 4 4〜閘極氧化層 45〜PbTi03感測膜 4 6〜密封層 4 7〜鋁層 5 1，5 2，5 3〜連接線 Rl，R2〜可變電阻。

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Claims (1)

1273235 案號 93102593 修正中 六、申請專利範圍 1· 一種PbTi03/Si02閘極ISFET裝置，包括： 一半導體基材； ‘閘極氧化層，位於該半導體基材上； ?1)1403層，位於該閘極氧化層上而形成PbTiOJg 極 一對源/汲極區域，相對及鄰接於該PbTi03閘極而位於 該半導體基材中； 一對金屬線，位於該源/汲極區域上；及 一密封層，位於該等金屬線上，及露出該P b T i 03層。 2·如申請專利範圍第l項所述之PbTi03/Si02閘極ISFET 裝置，其中該ISFET之通道寬度、通道長度、及通道的寬 度對長度之比分別為1〇〇〇 //m、50//m、及20。 3·如申請專利範圍第1項所述之PbTi03/S i02閘極ISFET 裝置，其中該半導體基材為？型。 4·如申請專利範圍第1項所述之PbTi03/S i02閘極ISFET 裝置，其中該半導體基材之電阻率範圍為8至12 Ω·οιη。 5·如申請專利範圍第1項所述之PbTi03/S i02閘極ISFET 裝置，其中該半導體之晶格方向為（1，0, 0)。 6·如申請專利範圍第1項所述之PbTi03/S i02閘極ISFET 裝置，其中該閘極氧化層厚度為1 0 0 0 A。 7·如申請專利範圍第i項所述之PbTi03/Si〇2閘極ISFET 裝置，其中該金屬線包括鋁。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之P b T i 〇3 / S i 〇2閘極I S F E T 裝置，其中該密封層包括環氧樹脂。

0619-A20019TWFl(Nl);hsuhuche.ptc 第20頁 1273235 索號遇102593 曰 修正 六 申請專利範圍 9·如申請專利範圍第1項所述之pbTi〇3/S i02閘極ISFET 裝置，其中該源極/汲極為N型。 1〇.如申請專利範圍第1項所述之？1)1^〇3/^〇2閘極 ISFET裝置，其中該PbTi 〇3層係藉由旋塗而形成於閘極氧化 層上。 11 ·如申請專利範圍第1 0項所述之PbTi 03/Si 02閘極 ISFET裝置，其中該源極/汲極區域内之N型雜質包括鱗。 1 2 · —種形成感測膜的方法，包括下列步驟： 將醋酸鉛粉末及1，3 -丙二醇作溶劑以1 : 5之莫耳比混 合以形成溶液； 將該溶液加熱及將該溶液冷卻而形成粉末； 將二異丙氧基二乙醯丙酮鈦與醋酸鉛粉末劑以莫耳比 為1 : 1之量添加至粉末中以形成混合物，將該混合物加 熱’及將該混合物冷卻’精以獲得均勻之混合物； 使該混合物迴流及將該混合物冷卻；及 使該混合物在一基材上形成膜及對該膜進行熱溶膠 (p y r 〇 s ο 1 )方法，以形成P b T i 03薄膜。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所述之形成感測膜的方 法，其中使該混合物於一基材上形成膜及對該膜進行熱溶 膠（pyrosol)方法之步驟重覆至少一次。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項所述之形成感測膜的方 法’其中該基材之表面為石夕表面或一氣化石夕表面。 1 5 ·如申請專利範圍第1 2項所述之形成感測膜的方 法，其中使該混合物在一基材上形成膜之步驟係藉由旋、塗

0619-A20019TWFl(Nl)；hsuhuche.ptc 第21頁 案號 93102593 曰 修正 1273235 六、申請專利範圍 進行。 1 6 ·如申請專利範圍第丨2項所述之形成感測膜的方 法’其中將該溶液加熱及將該溶液冷卻之步驟係於丨丨5至 125 C下加熱55至65分鐘及冷卻至75至85 °C。 1 7 ·如申請專利範圍第1 2項所述之形成感測膜的方 法，其中將該混合物加熱及將該混合物冷卻係於11 5至 125°C下加熱55至65分鐘及冷卻至75至85。(：。 18·如申請專利範圍第12項所述之形成感測膜的方 法，其中將該混合物迴流之步驟係於7 5至8 5 °C下進行1 1 5 至1 2 5分鐘。 19·如申請專利範圍第12項所述之形成感測膜的方 法，其中該熱溶膠方法係於345至3 5 5 t下進行。 20· —種製造PbTi〇3/Si02閘極ISFET裝置的方法，包 括下列步驟： 提供一半導體基材，該半導體基材上具有閘極氧化 層，及形成於半導體基材中相對及鄰接於該閘極氧化層之 ' ^對源/>及極區域； 將一膠於閘極氧化層上形成膜及對該膜進行熱溶膠方 法，以形成PbTi〇3層做為PbTi〇3閘極，其中該膠係藉由 列步驟所獲得： 將醋酸鉛粉末及1，3 _丙二醇作溶劑以丨：5之莫耳比混 合以形成溶液； ' & 將該溶液加熱及將該溶液冷卻而形成粉末； 將一異丙氧基二乙醯丙酮鈦與醋酸鉛粉末劑以莫耳比

0619-A20019TWFl(Nl)；hsuhuche.ptc 第22頁 1Ζ/案號g31 οπ⑽_年 月一日 條正_ ’ 六、申請專利範圍 為1 : 1之量添加至該粉末中以形成混合物，將該混合物加 熱，及將該混合物冷卻，藉以獲得均句之混合物；及 使該混合物迴流及將該混合物冷卻以形成膠； 於遠源極/>及極區域上連接金属線，及 於金屬線上形成密封層以將該裝置密封，但使PbT i 03 閘極露出。 21 ·如申請專利範圍第20項所述之製造PbTi03/Si02閘 極I SFE T裝置的方法，其中將一膠於閘極氧化層上形成膜 及對該膜進行熱溶膠方法之步驟重覆至少一次。 22·如申請專利範圍第2〇項所述之製造PbT i03/Si 02閘 極I S F E T裝置的方法，其中將一膠於閘極氧化層上形成膜 之步驟係藉由旋塗所進行。 2 3.如申請專利範圍第2〇項所述之製造PbTi03/Si02閘 極I SFE T裝置的方法，其中將該溶液加熱及將該溶液冷卻 之步驟係於115至125 °C下加熱55至65分鐘及冷卻至75至 8 5 〇C。 24·如申請專利範圍第2〇項所述之製造PbTi03/Si02閘 極I SFET裝置的方法，其中將該混合物加熱及將該混合物 冷卻係於11 5至1 2 5 °C下加熱5 5至6 5分鐘及冷卻至7 5至 8 5 〇C。 25·如申請專利範圍第2〇項所述之製造PbTi03/Si02閘 極I SFET裝置的方法，其中將該混合物迴流之步驟係於75 至85 °C下進行115至125分鐘。 26·如申請專利範圍第2〇項所述之製造PbT i03/Si 02閘

0619-A20019TWF1(N1);hsuhuche.ptc 第23頁 1273235 案號 93102593 年月曰 修正 六、申請專利範圍 極ISFET裝置的方法，其中該熱溶膠方法係於34 5至355 °C 下進行。 0619-A20019TWF1(N1);hsuhuche.ptc 第24頁