离子敏感场效应晶体管及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种离子敏感场效应晶体管及其形成方法，其中，所述形成方法包括：提供衬底，所述衬底上具有层间介质层；在所述层间介质层上形成顶层金属层和阻挡层，所述阻挡层位于所述金属层上；在所述阻挡层上形成第一敏感层；在所述第一敏感层上形成保护层；在所述保护层中形成开口，所述开口底部暴露出所述第一敏感层。所述形成方法能够改善所形成的离子敏感场效应晶体管的性能。

Ion sensitive field effect transistor and its forming method

The invention provides an ion sensitive field effect transistor and a forming method thereof, in which the forming method includes: providing a substrate with an interlayer dielectric layer on the substrate; forming a top metal layer and a barrier layer on the interlayer dielectric layer, the barrier layer is located on the metal layer; and forming a first layer on the barrier layer. A sensitive layer; a protective layer is formed on the first sensitive layer; an opening is formed in the protective layer, and the first sensitive layer is exposed at the bottom of the opening. The forming method can improve the performance of the ion sensitive field-effect transistor.

【技术实现步骤摘要】
离子敏感场效应晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种离子敏感场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着半导体器件集成度的提高，场效应晶体管的应用越来越广泛。场效应晶体管(Field-EffectTransistor，FET)是利用栅极电压来控制源-漏电流的一种器件。由于栅极电压信号可以来自于各种作用，所以场效应晶体管能够用作检测各种信号的器件，例如有压敏、磁敏、热敏、离子敏感等各种场效应晶体管。离子敏感场效应晶体管是测量电解质溶液中的离子组分及浓度的敏感元件。离子敏感场效应晶体管是用一层敏感膜、电解质溶液和一个参考电极取代了MOSFET的栅极结构。当电解质溶液离子的浓度改变时，将导致界面电荷的变化，从而使感应膜的电位发生变化，进而可以通过后置电路读出电压信号对电解质容易中的离子浓度进行测量。相对当前应用于医疗诊断检测的离子电极选择技术(ISE)，离子敏感场效应晶体管具有体积小、全固态、低功耗和便于集成的优点。然而，现有技术形成的离子敏感场效应晶体管的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种离子敏感场效应晶体管及其形成方法，能够改善离子敏感场效应晶体管的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种离子敏感场效应晶体管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底上具有层间介质层；在所述层间介质层上形成顶层金属层和阻挡层，所述阻挡层位于所述金属层上；在所述阻挡层上形成第一敏感层；在所述第一敏感层上形成保护层；在所述保护层中形成开口，所述开口底部暴露出所述第一敏感层。可选的，所述阻挡层的材料为氮化钛或氮化钽。可选的，所述第一敏感层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或高k介质材料，k值大于3.9。可选的，还包括：在所述开口底部的第一敏层上形成第二敏感层。可选的，所述第二敏感层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或高k介质材料，k值大于3.9。可选的，所述第一敏感层的厚度为300埃～400埃；所述第二敏感层的厚度为100埃～300埃。可选的，形成所述第二敏感层的工艺包括原子层沉积工艺、物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。可选的，所述第一敏感层的厚度为400埃～600埃。可选的，形成所述第一敏感层的工艺包括原子层沉积工艺、物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。可选的，还包括：形成自所述保护层贯穿至所述第一敏感层的焊盘孔，所述焊盘孔底部暴露出所述阻挡层。可选的，形成所述开口之后，形成所述焊盘孔；或者形成所述焊盘孔之后，形成所述开口。可选的，还包括：在所述开口底部的第一敏感层上，形成第二敏感层；形成所述第二敏感层之后，形成所述焊盘孔。相应的，本专利技术还提供一种离子敏感场效应晶体管，包括：衬底，所述衬底上具有层间介质层；位于所述层间介质层上的顶层金属层；位于所述顶层金属层上的阻挡层；位于所述阻挡层上的第一敏感层；位于所述第一敏感层上的保护层，所述保护层中具有开口，所述开口暴露出所述第一敏感层。可选的，所述第一敏感层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或高k介质材料，k值大于3.9。可选的，所述第一敏感层的厚度为400埃～600埃。可选的，所述阻挡层的材料为氮化钛或氮化钽。可选的，还包括：位于所述开口底部第一敏感层上的第二敏感层。可选的，所述第二敏感层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或高k介质材料，k值大于3.9。可选的，所述第一敏感层的厚度为300埃～400埃；所述第二敏感层的厚度为100埃～300埃。可选的，所述保护层和第一敏感层中具有焊盘孔，所述焊盘孔底部暴露出所述阻挡层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的离子敏感场效应晶体管的形成方法中，在形成保护层之前，在所述阻挡层上形成第一敏感层。在形成所述开口的过程中，所述第一敏感层能够保护所述开口底部的阻挡层不被去除，从而能够避免所述顶层金属层被暴露出来，进而避免所形成的离子敏感场效应晶体管在使用过程中，所述顶层金属层被待测电解质溶液腐蚀；此外，所述第一敏感层能够保护所述开口底部的阻挡层不被去除，还能够阻挡待测电解质溶液中的电荷到达所述衬底中，从而损坏所形成的离子敏感场效应晶体管。因此，所述形成方法能够改善所形成的离子敏感场效应晶体管的性能。进一步，在通过所述离子敏感场效应晶体管对待测溶液进行检测时，需要对所述第二敏感层上的电压进行测量，从而获得测量电压。所述第一敏感层和第二敏感层作为电介质具有寄生电容。所述寄生电容越大，第二敏感层表面与顶层金属层表面之间的电压越小，对所述测量电压的影响越小。所述第二敏感层或第一敏感层为高k(k值大于3.9)介质材料。所述第二敏感层或第一敏感层的介电常数较高，则第二敏感层或第一敏感层产生的寄生电容较高，从而对所述测量电压影响较小，进而能够提高检测精度。本专利技术技术方案提供的离子敏感场效应晶体管中，所述阻挡层上具有第一敏感层，且所述层间介质层位于所述第一敏感层上，则所述第一敏感层能够保护所述开口底部的阻挡层不被去除，从而能够避免所述顶层金属层被暴露出来，进而能够改善所形成的离子敏感场效应晶体管的性能。附图说明图1至图3是一种离子敏感场效应晶体管的形成方法各步骤的结构示意图；图4至图9是本专利技术的离子敏感场效应晶体管的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。具体实施方式离子敏感场效应晶体管的形成方法存在诸多问题，例如：离子敏感场效应晶体管的性能较差。现结合一种离子敏感场效应晶体管的形成方法，分析所形成的离子敏感场效应晶体管性能较差的原因：图1至图3是一种离子敏感场效应晶体管的形成方法各步骤的结构示意图。请参考图1，提供衬底100，所述衬底100上具有层间介质层120，所述层间介质层120上具有顶层金属层130，所述顶层金属层130上具有阻挡层132。所述阻挡层132用于阻挡顶层金属层130材料原子扩散进入所述层间介质层120中，从而能够改善所述层间介质层120的绝缘性。继续参考图1，在所述阻挡层132上形成保护层131。请参考图2，对所述保护层131进行刻蚀，在所述保护层131中形成开口，所述开口底部暴露出所述阻挡层132。请参考图3，在所述开口底部和所述保护层131上形成敏感层140。所形成的离子敏感场效应晶体管工作时，电解质溶液与所述敏感层140接触，使敏感层140与电解质溶液接触面上产生电化学势，从而使所述敏感层140的电位发生变化，进而改变所述离子敏感场效应晶体管的阈值电压。当所述离子敏感场效应晶体管的漏极电流一定时，所述离子敏感场效应晶体管的栅源电压与待测溶液中离子含量有关，可以通过对所述离子敏感场效应晶体管的栅源电压进行测量，获取所述电解质溶液中离子的浓度。当所述离子敏感场效应晶体管的栅源电压一定时，所述离子敏感场效应晶体管的漏极电流与待测溶液中离子含量有关，还可以通过对所述离子敏感场效应晶体管的漏极电进行测量，获取所述电解质溶液中离子的浓度。为了增加所述离子敏感场效应晶体管的灵敏度，所述开口的个数较多。所述形成方法中，在对所述保护层131进行刻蚀形成所述开口的过程中，由于所述保护层131与阻挡层132的刻蚀选择比较小，所述开口底部的阻挡层132容易被刻蚀，导致顶层金属层130被暴露出来，当所述敏感膜140与电解质溶液接触时，电解质溶液容易穿过所述敏感膜140到达所述顶层金属层130，导致所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底上具有层间介质层；在所述层间介质层上形成顶层金属层和阻挡层，所述阻挡层位于所述金属层上；在所述阻挡层上形成第一敏感层；在所述第一敏感层上形成保护层；在所述保护层中形成开口，所述开口底部暴露出所述第一敏感层。

【技术特征摘要】
1.一种离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底上具有层间介质层；在所述层间介质层上形成顶层金属层和阻挡层，所述阻挡层位于所述金属层上；在所述阻挡层上形成第一敏感层；在所述第一敏感层上形成保护层；在所述保护层中形成开口，所述开口底部暴露出所述第一敏感层。2.如权利要求1所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为氮化钛或氮化钽。3.如权利要求1所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一敏感层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或高k介质材料，k值大于3.9。4.如权利要求1所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，还包括：在所述开口底部的第一敏层上形成第二敏感层。5.如权利要求4所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二敏感层的材料为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或高k介质材料，k值大于3.9。6.如权利要求4所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一敏感层的厚度为300埃～400埃；所述第二敏感层的厚度为100埃～300埃。7.如权利要求4所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述第二敏感层的工艺包括原子层沉积工艺、物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。8.如权利要求1所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一敏感层的厚度为400埃～600埃。9.如权利要求1所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述第一敏感层的工艺包括原子层沉积工艺、物理气相沉积工艺或化学气相沉积工艺。10.如权利要求1所述的离子敏感场效应晶体管的形成方法，其特征在于，还包括：形成自所述保护层贯穿至所述第一敏感层的焊盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：伏广才，蒋沙沙，崔强，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31