FR2961600A1

FR2961600A1 - Detection device i.e. electrolyte insulator semiconductor FET type detection device, for sensor to detect e.g. DNA strands in electrolytic solution, has dielectric matrix whose face has detection zone arranged in contact with solution

Info

Publication number: FR2961600A1
Application number: FR1054767A
Authority: FR
Inventors: Julien Buckley
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-12-23

Abstract

The device (15) has a dielectric matrix (19) completely encapsulating an assembly formed by a drain zone (16), a source zone (17) and a channel (18) connecting the zones. The matrix comprises a detection face (20) arranged parallel to the channel. The face comprises a detection zone that is arranged in contact with electrolytic solution containing chemical or biological species to be detected. The matrix is provided with an assembling face (21) that is arranged opposite the detection face. The drain and source zones are partially covered with silicide. Independent claims are also included for the following: (1) a chemical or biological species sensor comprising a detection device (2) a method for manufacturing a detection device (3) a method for manufacturing a chemical or biological species sensor.

Description

DISPOSITIF POUR LA DETECTION D'ESPECES CHIMIQUES OU BIOLOGIQUES ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL DISPOSITIF DEVICE FOR DETECTION OF CHEMICAL OR BIOLOGICAL SPECIES AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH A DEVICE

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif pour la détection d'espèces chimiques ou biologiques de type EISFET (Electrolyte Insulator Semiconductor Field effect transistor). L'invention concerne également un capteur pour la détection d'espèces chimiques ou biologiques qui comporte un tel dispositif de détection. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel dispositif et un procédé de fabrication d'un tel capteur. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a device for the detection of chemical or biological species of EISFET type (Electrolyte Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). The invention also relates to a sensor for the detection of chemical or biological species which comprises such a detection device. The invention also relates to a method of manufacturing such a device and a method of manufacturing such a sensor.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Depuis plusieurs années, les composants EISFET (Electrolyte Insulator Semiconductor Field effect transistor) sont de plus en plus utilisés, aussi bien pour détecter électriquement des espèces chimiques (K+, Ca+...), que pour faire des mesures de pH ou pour détecter des espèces biologiques (de l'ADN par exemple). STATE OF THE PRIOR ART For several years, the EISFET (Electrolyte Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) components have been used more and more, both for electrically detecting chemical species (K +, Ca +, etc.), as well as for measuring pH or to detect biological species (DNA for example).

Ces composants ont une structure proche des composants MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor), à la différence près, que dans un EISFET, la grille est retirée et remplacée par une solution électrolytique polarisée par une électrode de référence. Lorsque des espèces chimiques ou biologiques chargées se trouvent dans l'électrolyte, cela entraîne une modification de la tension seuil de l'EISFET, ce qui permet de détecter la présence d'espèces chimiques ou biologiques dans la solution électrolytique. These components have a structure close to the Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs), with the difference that in an EISFET, the gate is removed and replaced by an electrolytic solution polarized by a reference electrode. When charged chemical or biological species are in the electrolyte, this causes a change in the threshold voltage of the EISFET, which makes it possible to detect the presence of chemical or biological species in the electrolytic solution.

Plusieurs types de composants EISFET sont connus. Ainsi, la publication intitulée « Study of the electrolyte-insulatorsemiconductor field-effect transistor (EISFET) with applications in biosensor design", M. Waleed Shinwari, M. Jamal Deen, Dolf Landheer, Microelectronics Reliability 47, pp. 2025-2057, 2007, décrit un composant EISFET formé sur un substrat de type P. Ce composant EISFET est représenté sur la figure 1. Il comporte, outre le substrat 1 de type P: - Une zone de source 2 dopée n+ reliée à un contact de source 3; - Une zone de drain 4 dopée n+ reliée à un contact de drain 5; - Un canal 6 qui relie les zones de source et de drain entre elles; - Une couche en matériau diélectrique 7 qui se trouve au dessus du canal 6 ; - Une solution électrolytique 8 polarisée par une électrode 9 ; - Des sondes ADN 12 greffées à l'interface entre la couche en matériau diélectrique et la solution électrolytique, ces sondes étant aptes à s'hybrider avec des brins d'ADN complémentaires à détecter. Several types of EISFET components are known. Thus, the publication entitled "Study of the electrolyte-insulatorsemiconductor field-effect transistor (EISFET) with applications in biosensor design", Mr. Waleed Shinwari, Mr. Jamal Deen, Dolf Landheer, Microelectronics Reliability 47, pp. 2025-2057, 2007 describes an EISFET component formed on a P-type substrate. This EISFET component is represented in FIG. 1. It comprises, in addition to the P-type substrate 1: an n + doped source zone 2 connected to a source contact 3; A n + doped drain zone 4 connected to a drain contact 5; a channel 6 which connects the source and drain zones to each other; a dielectric material layer 7 which lies above the channel 6; Electrolytic solution 8 polarized by an electrode 9. DNA probes 12 grafted at the interface between the layer of dielectric material and the electrolytic solution, these probes being able to hybridize with complementary DNA strands to be detected.

Dans ce document, les contacts de source et de drain sont protégés de la solution électrolytique par un matériau isolant 10. La solution électrolytique se trouve donc dans une cavité 11 formée par le matériau isolant 10. Cet agencement permet bien de protéger les contacts électriques de la solution électrolytique. Toutefois, cet agencement pose un problème lorsque l'on veut mettre en série plusieurs composants EISFET de ce type afin d'améliorer la détection des espèces chimiques ou biologiques ou afin de détecter plusieurs espèces chimiques ou biologiques différentes. In this document, the source and drain contacts are protected from the electrolytic solution by an insulating material 10. The electrolytic solution is therefore in a cavity 11 formed by the insulating material 10. This arrangement makes it possible to protect the electrical contacts from the electrolytic solution. However, this arrangement poses a problem when one wants to serialize several EISFET components of this type in order to improve the detection of chemical or biological species or to detect several different chemical or biological species.

En effet, comme on peut le voir sur la figure 2, qui représente deux dispositifs selon la figure 1 mis en série, les cavités 11 formées par le matériau isolant 10 constituent un obstacle à la libre circulation des espèces chimiques ou biologiques. Indeed, as can be seen in Figure 2, which shows two devices according to Figure 1 put in series, the cavities 11 formed by the insulating material 10 constitute an obstacle to the free movement of chemical or biological species.

De même, le document intitulé «Standard CMOS Fabrication of a Sensitive Fully Depleted Electrolyte-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor for Biosensor Applications" de G. Shalev, A. Cohen, A. Doron, A. Machauf, M. Horesh, U. Virobnik, D. Ullien and I. Levy, Sensors, Vol. 9, pp. 4366-4379, 2009, décrit un composant EISFET représenté sur la figure 3. Similarly, the document entitled "CMOS Standard Manufacturing of a Sensitive Fully Depleted Electrolyte-Insulator-Semiconductor Field Transistor for Biosensor Applications" by G. Shalev, A. Cohen, A. Doron, A. Machauf, M. Horesh, U. Virobnik, D. Ullien and I. Levy, Sensors, Vol.9, pp. 4366-4379, 2009 discloses an EISFET component shown in FIG.

Ce composant à désertion totale est réalisé sur un substrat 1 de type silicium sur isolant. Dans ce composant, la solution électrolytique 8 est emprisonnée entre deux murs 13 afin d'isoler la solution électrolytique des contacts électriques 3 et 5. Encore une fois, la présence de ces murs 13, qui sont nécessaires au bon fonctionnement du dispositif EISFET, est un obstacle à la mise en série de plusieurs composants EISFET. En outre, le composant EISFET de ce document comporte des zones de passivation 14 qui permettent d'améliorer le contact au niveau des zones sources 2 et drain 4. Ces zones de passivation 14 sont également des obstacles à la circulation des espèces dans la solution électrolytique. Ces entraves à la circulation des espèces diminuent la qualité de détection des espèces, et ce particulièrement lorsque deux dispositifs de la sorte sont mis en série. This total desertion component is produced on a silicon-on-insulator substrate 1. In this component, the electrolytic solution 8 is trapped between two walls 13 in order to isolate the electrolytic solution from the electrical contacts 3 and 5. Once again, the presence of these walls 13, which are necessary for the proper operation of the EISFET device, is an obstacle to the serialization of several EISFET components. In addition, the EISFET component of this document comprises passivation zones 14 which make it possible to improve the contact at the level of the source zones 2 and drain 4. These passivation zones 14 are also obstacles to the circulation of the species in the electrolytic solution. . These impediments to the movement of species reduce the quality of species detection, particularly when two such devices are serialized.

EXPOSE DE L'INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION

L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un dispositif de détection d'espèces chimiques ou biologiques sur lequel les espèces à détecter peuvent circuler sans obstacle. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de détection d'espèces chimiques ou biologiques qui soit facilement mis en série. The invention aims to remedy the drawbacks of the state of the art by proposing a device for detecting chemical or biological species on which the species to be detected can circulate without obstacle. Another object of the invention is to propose a device for detecting chemical or biological species that is easily put in series.

Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de détection d'espèces 25 chimiques ou biologiques qui présente une qualité de détection améliorée. Another object of the invention is to provide a device for detecting chemical or biological species which has improved detection quality.

Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de détection d'espèces chimiques ou biologiques qui soit facile à fabriquer. Another object of the invention is to provide a device for detecting chemical or biological species which is easy to manufacture.

30 Pour ce faire, est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un dispositif pour la détection d'espèces chimiques ou biologiques comportant : - une zone de drain ;20 - une zone de source ; - un canal, le canal reliant la zone de drain et la zone de source ; le dispositif de détection étant remarquable en ce qu'il comporte en outre : - une première matrice en matériau diélectrique qui encapsule totalement l'ensemble formé par la zone de drain, la zone de source et le canal, la première matrice présentant une face de détection sensiblement parallèle au canal, la face de détection constituant une zone de détection destinée à venir en contact avec une solution électrolytique contenant des espèces chimiques ou biologiques à détecter. To do this, it is proposed, according to a first aspect of the invention, a device for the detection of chemical or biological species comprising: a drain zone; a source zone; a channel, the channel connecting the drain zone and the source zone; the detection device being remarkable in that it further comprises: a first matrix of dielectric material which completely encapsulates the assembly formed by the drain zone, the source zone and the channel, the first matrix having a face of detection substantially parallel to the channel, the detection face constituting a detection zone intended to come into contact with an electrolytic solution containing chemical or biological species to be detected.

Dans le dispositif selon l'invention, il n'y a pas de contact de grille. A la place de ce contact de grille, ce dispositif comprend une zone de détection, située à l'extérieur de la première matrice en matériau diélectrique, qui apte à être polarisée afin de modifier la tension de seuil à partir de laquelle le courant peut circuler entre la zone de drain et la zone de source. In the device according to the invention, there is no gate contact. Instead of this gate contact, this device comprises a detection zone, situated outside the first matrix of dielectric material, which can be polarized in order to modify the threshold voltage from which the current can flow. between the drain zone and the source zone.

Avantageusement, l'ensemble zone de source-zone de drain-canal forme une couche linéaire présentant une face supérieure, une face inférieure et deux faces latérales. La première matrice en matériau diélectrique vient directement au contact de chacune des faces supérieure, inférieure et latérales de cette couche linéaire. La partie de la première matrice qui se trouve au-dessus du canal forme, comme dans l'art antérieur, la partie de la zone de détection en matériau diélectrique. La face de détection de la première matrice forme la partie de la zone de détection qui est apte à être polarisée afin de modifier la tension de seuil du dispositif de détection. Selon l'invention, la zone de détection se trouve donc à l'extérieur de la première matrice. Advantageously, the source-drain zone-channel zone assembly forms a linear layer having an upper face, a lower face and two lateral faces. The first matrix of dielectric material comes directly into contact with each of the upper, lower and lateral faces of this linear layer. The portion of the first matrix that is above the channel forms, as in the prior art, the portion of the detection zone of dielectric material. The detection face of the first matrix forms the portion of the detection zone which is capable of being polarized in order to modify the threshold voltage of the detection device. According to the invention, the detection zone is therefore outside the first matrix.

Ainsi, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, le dispositif selon l'invention comporte un ensemble zone de source-zone de drain-canal qui est totalement enfermé dans un matériau diélectrique de sorte que la présence de murs ou de cavités en matériau isolant n'est plus nécessaire pour protéger les zones de drain et de source de la solution électrolytique. Thus, unlike the devices of the prior art, the device according to the invention comprises a source zone-drain zone-channel zone which is totally enclosed in a dielectric material so that the presence of walls or cavities of insulating material no longer needed to protect the drain and source areas of the electrolytic solution.

De cette façon, la surface du dispositif de détection selon l'invention est totalement plane, de sorte que les espèces à détecter peuvent circuler librement à la surface du dispositif. La détection des espèces est ainsi améliorée puisque les espèces ont une plus grande probabilité d'être détectées lorsqu'elles ne sont pas freinées par la présence d'aspérités ou de cavités à la surface du dispositif. In this way, the surface of the detection device according to the invention is completely flat, so that the species to be detected can flow freely on the surface of the device. The detection of the species is thus improved since the species have a greater probability of being detected when they are not restrained by the presence of asperities or cavities on the surface of the device.

En outre, il est plus facile de mettre en série plusieurs dispositifs selon l'invention puisqu'il n'y a plus de murs entre eux. In addition, it is easier to put in series several devices according to the invention since there are more walls between them.

Avantageusement, la première matrice comporte une face d'assemblage opposée à la face de détection. Advantageously, the first matrix has an assembly face opposite to the detection face.

Avantageusement, la face d'assemblage est sensiblement parallèle au canal. Advantageously, the assembly face is substantially parallel to the channel.

Avantageusement, le dispositif de détection selon l'invention comporte des moyens de connexions à travers la première matrice permettant d'accéder électriquement à la zone de drain et à la zone de source depuis la face d'assemblage du dispositif. Advantageously, the detection device according to the invention comprises connection means through the first matrix for electrically accessing the drain zone and the source zone from the assembly face of the device.

Ces moyens de détection sont de préférence constitués par des vias de contact et/ou des interconnexions. These detection means are preferably constituted by contact vias and / or interconnections.

Ainsi, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, dans lesquels les contacts 25 de drain et de source se trouvaient sur la même face du dispositif que la solution électrolytique, selon l'invention, les moyens permettant de relier la zone de drain et la zone de source avec l'extérieur du dispositif se trouvent sur la face d'assemblage, qui est la face opposée à la face de détection, sur laquelle se trouve la solution électrolytique. Le dispositif selon l'invention ne nécessite donc 30 plus la présence de moyens permettant d'isoler la solution électrolytique des contacts. 15 20 Selon un mode de réalisation, la zone de drain et la zone de source sont recouvertes au moins partiellement de siliciure. La siliciure est de préférence située sur la face des zones de drain et de source en contact avec les moyens de connexions. Ainsi, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, la siliciure, qui permet de faciliter le contact des zones de drain et de source avec des circuits électriques extérieurs, se trouve à l'intérieur de la première matrice en matériau diélectrique, et non plus à l'extérieur. Thus, unlike the devices of the prior art, in which the drain and source contacts 25 were on the same face of the device as the electrolytic solution, according to the invention, the means making it possible to connect the drain zone and the Source area with the outside of the device are on the assembly face, which is the opposite side to the detection face, on which is the electrolytic solution. The device according to the invention therefore no longer requires the presence of means making it possible to isolate the electrolytic solution from the contacts. According to one embodiment, the drain zone and the source zone are at least partially covered with silicide. The silicide is preferably located on the face of the drain and source areas in contact with the connection means. Thus, unlike the devices of the prior art, silicide, which facilitates the contact of the drain and source zones with external electrical circuits, is located inside the first matrix of dielectric material, and no longer outside.

En outre, selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la siliciure sur les zone de drain et de source se trouve du côté des zones de drain et de source qui fait face à la face d'assemblage. En effet, comme les moyens de connexion des zones de drain et de source avec l'extérieur se trouvent de préférence du côté des zones de drain et de source qui fait face à la face d'assemblage, la couche en siliciure se trouve de ce même côté. In addition, according to a preferred embodiment of the invention, the silicide on the drain and source areas is on the side of the drain and source areas that faces the assembly face. Indeed, since the means for connecting the drain and source zones with the outside are preferably located on the side of the drain and source zones that face the assembly face, the silicide layer is located therefrom. same side.

Avantageusement, le canal est en silicium. Advantageously, the channel is made of silicon.

Avantageusement, la zone de drain est constituée d'une couche de silicium dopé. Advantageously, the drain zone consists of a doped silicon layer.

Avantageusement, la zone de source est constituée d'une couche de silicium dopé. Advantageously, the source zone consists of a doped silicon layer.

Avantageusement, la première matrice est constituée de silice. Advantageously, the first matrix consists of silica.

L'invention concerne également un dispositif tel que décrit précédemment qui comporte en outre : - une solution électrolytique en contact avec la face de détection ; - une électrode apte à polariser la solution électrolytique. The invention also relates to a device as described above which further comprises: an electrolytic solution in contact with the detection face; an electrode able to polarize the electrolytic solution.

L'invention concerne également un dispositif tel que décrit précédemment qui comporte des moyens de sélection des espèces détectées sur la face de détection. The invention also relates to a device as described above which comprises means for selecting the species detected on the detection face.

Selon différents modes de réalisation, ces moyens de sélection des espèces détectées peuvent être : - Des brins d'ADN greffés sur la face de détection ; - Une membrane qui filtre les espèces qui viendront en contact avec la face de détection. According to various embodiments, these means for selecting the detected species may be: strands of DNA grafted on the detection face; - A membrane that filters the species that will come into contact with the detection face.

Selon un autre aspect, l'invention concerne également un capteur d'espèces chimiques ou biologiques qui comporte un dispositif de détection selon l'invention, le dispositif de détection étant apte à produire des signaux électriques en présence d'espèces chimiques ou biologiques dans la solution électrolytique, le dispositif de détection étant relié à des moyens d'acquisition des signaux électriques. According to another aspect, the invention also relates to a chemical or biological species sensor which comprises a detection device according to the invention, the detection device being able to produce electrical signals in the presence of chemical or biological species in the electrolytic solution, the detection device being connected to means for acquiring electrical signals.

En effet, le dispositif de détection selon l'invention permet de convertir la présence d'espèces chimiques ou biologiques en décalage de la tension seuil à partir de laquelle le courant peut circuler entre la zone de source et la zone de drain. Le courant qui circule entre la zone de drain et la zone de source doit donc être récupéré et analysé. Les moyens d'acquisition des signaux électriques sont avantageusement des moyens de récupération et d'analyse du courant qui circule dans le canal du dispositif de détection. Indeed, the detection device according to the invention makes it possible to convert the presence of chemical or biological species into an offset of the threshold voltage from which the current can flow between the source zone and the drain zone. The current flowing between the drain zone and the source zone must therefore be recovered and analyzed. The acquisition means of the electrical signals are advantageously means for recovering and analyzing the current flowing in the channel of the detection device.

Avantageusement, les moyens d'acquisition sont situés du côté de la face d'assemblage de la première matrice du dispositif de détection. Ainsi, les moyens d'acquisition sont éloignés de la face de détection et donc de la solution électrolytique. Advantageously, the acquisition means are located on the side of the assembly face of the first matrix of the detection device. Thus, the acquisition means are remote from the detection face and therefore from the electrolytic solution.

Avantageusement, les moyens d'acquisition des signaux électriques comportent un composant CMOS. Le courant qui circule entre la zone de source et de drain est dans ce cas de préférence dirigé vers la zone de détection de ce composant CMOS. Advantageously, the electrical signal acquisition means comprise a CMOS component. The current flowing between the source and drain zone is in this case preferably directed towards the detection zone of this CMOS component.

Avantageusement, le composant CMOS est totalement encapsulé dans une deuxième matrice en matériau diélectrique, la deuxième matrice étant solidaire de la première matrice. De cette façon, le capteur selon l'invention est totalement encapsulé dans une matrice en matériau diélectrique, ce qui permet d'avoir un capteur très compact, facile à manipuler, et complètement isolé de la solution électrolytique. Advantageously, the CMOS component is totally encapsulated in a second matrix of dielectric material, the second matrix being integral with the first matrix. In this way, the sensor according to the invention is totally encapsulated in a matrix of dielectric material, which makes it possible to have a very compact sensor, easy to handle, and completely isolated from the electrolytic solution.

Avantageusement, la première et la deuxième matrices forment une seule matrice, un seul bloc compact. Avantageusement, la deuxième matrice est en silice. Advantageously, the first and second matrices form a single matrix, a single compact block. Advantageously, the second matrix is silica.

Avantageusement, le composant CMOS et le dispositif de détection sont reliés électriquement entre eux à travers la première et la deuxième matrices grâce à 15 des moyens de connexion électriques qui sont de préférence des vias de contact et/ou des interconnexions. Ainsi, les moyens permettant de connecter le dispositif de détection et le composant CMOS sont totalement encapsulés dans les matrices en matériau diélectrique, de sorte qu'ils sont protégés de la solution électrolytique. 20 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de détection selon l'invention à partir d'un substrat comportant une première couche en silicium et une première couche en matériau diélectrique, le procédé comportant les étapes suivantes : 25 - (i) Une étape de gravure de la première couche de silicium de manière à définir l'étendue de la zone de drain, de la zone de source et du canal; - (ii) Une étape de dopage sélectif des zones de drain et de source ; - (iii) Une étape de dépôt d'une deuxième couche en matériau diélectrique sur l'ensemble formé par la zone de drain, la zone de source et le canal de 30 manière à ce que l'ensemble formé par la première et la deuxième couches en matériau diélectrique forme la première matrice qui encapsule totalement l'ensemble formé par la zone de drain, la zone de source et le canal.10 La technique de gravure choisie pour graver la première couche de silicium est choisie parmi les techniques habituellement utilisées par l'homme du métier pour graver une couche de silicium lors de la réalisation de circuits intégrés. De même, toutes les techniques connues de l'homme du métier pour doper du silicium peuvent être utilisées pour réaliser l'étape de dopage sélectif des zones de drain et de source. Advantageously, the CMOS component and the detection device are electrically connected to each other through the first and second dies by means of electrical connection means which are preferably contact vias and / or interconnections. Thus, the means for connecting the detection device and the CMOS component are fully encapsulated in the matrices of dielectric material, so that they are protected from the electrolytic solution. The invention also relates to a method for manufacturing a detection device according to the invention from a substrate comprising a first silicon layer and a first layer of dielectric material, the process comprising the following steps: i) a step of etching the first silicon layer so as to define the extent of the drain zone, the source zone and the channel; (ii) a step of selective doping of the drain and source zones; (iii) a step of depositing a second layer of dielectric material on the assembly formed by the drain zone, the source zone and the channel so that the assembly formed by the first and the second dielectric material layers form the first matrix which completely encapsulates the assembly formed by the drain zone, the source zone and the channel. The etching technique chosen to etch the first silicon layer is chosen from the techniques usually used by those skilled in the art for etching a silicon layer during the production of integrated circuits. Likewise, all the techniques known to those skilled in the art for doping silicon can be used to carry out the step of selective doping of the drain and source zones.

10 La technique de dépôt de la deuxième couche en matériau diélectrique est également choisie parmi celles connues de l'homme du métier. The deposition technique of the second layer of dielectric material is also selected from those known to those skilled in the art.

Selon un mode de réalisation, le substrat choisi pour fabriquer le dispositif selon l'invention est un substrat de type silicium sur isolant (SOI) qui comporte deux 15 couches de silicium, appelées respectivement première couche de silicium et troisième couche de silicium, entre lesquelles se trouve un matériau diélectrique, qui est de préférence un oxyde enterré. According to one embodiment, the substrate chosen for manufacturing the device according to the invention is a silicon on insulator (SOI) substrate which comprises two silicon layers, called respectively the first silicon layer and the third silicon layer, between which there is a dielectric material, which is preferably a buried oxide.

Selon un autre mode de réalisation, le substrat choisi pour fabriquer le dispositif 20 de détection selon l'invention est un substrat entièrement en silicium, de type « bulk ». According to another embodiment, the substrate chosen for manufacturing the detection device 20 according to the invention is a substrate made entirely of silicon, of bulk type.

Avantageusement, le procédé comporte en outre, suite au dopage sélectif des zones de drain et de source, une étape de dépôt d'un siliciure sur les zones de 25 drain et de source. Advantageously, the method further comprises, following the selective doping of the drain and source zones, a step of depositing a silicide on the drain and source zones.

Avantageusement, l'étape (ii) de dopage sélectif comporte les étapes suivantes : - On dépose sur le substrat une couche de nitrure qui recouvre tout le substrat ; 30 - On grave le nitrure de manière à ce qu'il ne reste du nitrure qu'au dessus de la zone de silicium qui constituera le canal ;5 - On dope les zones de silicium qui constitueront les zones de drain et de source ; - Lorsque le procédé comporte une étape de dépôt de siliciure, on peut éventuellement réaliser un dépôt de siliciure sur les zones de drain et de source ; - On grave ensuite le nitrure qui se trouvait sur la zone de silicium qui constituera le canal. Advantageously, the selective doping step (ii) comprises the following steps: a layer of nitride is deposited on the substrate, which covers the entire substrate; The nitride is etched in such a way that only nitride remains above the silicon zone which will constitute the channel: the silicon zones which will constitute the drain and source zones are doped; - When the method comprises a silicide deposition step, it may optionally perform a silicide deposit on the drain and source areas; - The nitride which was on the silicon zone which will constitute the channel is then etched.

Avantageusement, l'étape (iii) de dépôt d'une deuxième couche en matériau diélectrique est de préférence faite de manière à ce que la deuxième couche en matériau diélectrique recouvre entièrement la zone de drain, la zone de source, le canal, ainsi que la première couche de matériau diélectrique. L'ensemble formé par la zone de drain, la zone de source et le canal est alors totalement encapsulé dans un bloc en matériau diélectrique formé par la première et la deuxième couche en matériau diélectrique. Advantageously, the step (iii) of depositing a second layer of dielectric material is preferably made so that the second layer of dielectric material completely covers the drain zone, the source zone, the channel, as well as the first layer of dielectric material. The assembly formed by the drain zone, the source zone and the channel is then completely encapsulated in a block of dielectric material formed by the first and the second layer of dielectric material.

Le procédé selon l'invention comporte ensuite de préférence une étape de planarisation de la deuxième couche en matériau diélectrique. La surface ainsi formée est alors la face d'assemblage de la première matrice. La face de détection de la première matrice est la face opposée à la face d'assemblage. The method according to the invention then preferably comprises a planarization step of the second layer of dielectric material. The surface thus formed is then the assembly face of the first matrix. The detection face of the first matrix is the face opposite to the assembly face.

Avantageusement, le procédé selon l'invention comporte également une étape de réalisation de moyens de connexions électriques dans la première matrice afin de permettre la connexion électrique des zones de drain et de source avec des circuits électriques situés du côté de la face d'assemblage du dispositif de détection. Advantageously, the method according to the invention also comprises a step of producing electrical connection means in the first matrix in order to allow the electrical connection of the drain and source zones with electrical circuits located on the side of the assembly face of the detection device.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un capteur d'espèces chimiques ou biologiques selon l'invention, ce procédé comportant les étapes suivantes : Une étape de fabrication d'un dispositif de détection selon l'invention par le procédé décrit précédemment, la première matrice du dispositif de détection comportant en outre une face d'assemblage sensiblement parallèle au canal du dispositif de détection; - Une étape de collage d'un substrat sur la face d'assemblage, le substrat comportant au moins une deuxième couche en silicium ; - Une étape de réalisation d'un composant CMOS à partir de cette deuxième couche de silicium ; - Une étape de dépôt d'une troisième couche en matériau diélectrique sur la face d'assemblage de manière à former une deuxième matrice qui encapsule totalement le composant CMOS; - Une étape de réalisation de moyens de connexions électriques à travers la première et la deuxième matrices afin de relier électriquement le transistor à effet de champ du dispositif de détection et le composant CMOS. The invention also relates to a method for manufacturing a chemical or biological species sensor according to the invention, this method comprising the following steps: A step of manufacturing a detection device according to the invention by the method described above , the first matrix of the detection device further comprising an assembly face substantially parallel to the channel of the detection device; A step of bonding a substrate to the assembly face, the substrate comprising at least one second silicon layer; A step of producing a CMOS component from this second silicon layer; A step of depositing a third layer of dielectric material on the assembly face so as to form a second matrix which completely encapsulates the CMOS component; - A step of providing electrical connection means through the first and second dies for electrically connecting the field effect transistor of the detection device and the CMOS component.

Avantageusement, les moyens de connexions électriques sont constitués par des 15 vias de contact et/ou interconnexions réalisés à travers la première et la deuxième matrice. Advantageously, the electrical connection means consist of contact vias and / or interconnections made through the first and the second matrix.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un capteur d'espèces chimiques ou biologiques selon l'invention, ce procédé comportant les étapes 20 suivantes : - Une étape de fabrication d'un dispositif de détection selon l'invention par le procédé décrit précédemment, la première matrice du dispositif de détection comportant une face d'assemblage sensiblement parallèle au canal du dispositif de détection; 25 - Une étape de réalisation de moyens de connexions électriques à travers la première matrice du dispositif de détection ; - Une étape de fabrication d'un composant CMOS encapsulé dans une deuxième matrice en matériau diélectrique, la deuxième matrice comportant une face complémentaire d'assemblage ; 30 - Une étape de réalisation moyens de connexions électriques à travers la deuxième matrice ; Une étape de collage de la face d'assemblage et de la face complémentaire d'assemblage. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES The invention also relates to a method for manufacturing a chemical or biological species sensor according to the invention, this process comprising the following steps: a step of manufacturing a detection device according to the invention by the method described above, the first matrix of the detection device having an assembly face substantially parallel to the channel of the detection device; A step of producing electrical connection means through the first matrix of the detection device; A step of manufacturing a CMOS component encapsulated in a second matrix of dielectric material, the second matrix comprising a complementary assembly face; A step of making electrical connection means through the second matrix; A bonding step of the assembly face and the complementary assembly face. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : 10 - la figure 1, une représentation schématique d'un dispositif de détection d'espèces chimiques ou biologiques selon l'art antérieur ; - la figure 2, une représentation schématique de deux dispositifs selon la figure 1 mis en série ; - la figure 3, une représentation schématique d'un autre dispositif de 15 détection d'espèces chimiques ou biologiques selon l'art antérieur ; - la figure 4, une représentation schématique d'un dispositif de détection selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5, une représentation schématique d'un capteur selon un mode de réalisation de l'invention ; 20 - la figure 6, une représentation schématique des étapes d'un procédé de fabrication d'un dispositif de détection selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7, une représentation schématique des étapes d'un procédé de fabrication d'un capteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 8, une représentation schématique des étapes d'un procédé de 25 fabrication d'un capteur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the description which follows, with reference to the appended figures, which illustrate: FIG. 1, a schematic representation of a device for detecting chemical or biological species according to the prior art; - Figure 2, a schematic representation of two devices according to Figure 1 in series; FIG. 3, a schematic representation of another device for detecting chemical or biological species according to the prior art; - Figure 4, a schematic representation of a detection device according to one embodiment of the invention; - Figure 5, a schematic representation of a sensor according to one embodiment of the invention; FIG. 6 is a schematic representation of the steps of a method of manufacturing a detection device according to one embodiment of the invention; - Figure 7, a schematic representation of the steps of a method of manufacturing a sensor according to a first embodiment of the invention; FIG. 8 is a schematic representation of the steps of a method of manufacturing a sensor according to a second embodiment of the invention.

Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION 30 La figure 4 représente un dispositif de détection 15 d'espèces chimiques ou biologiques selon un mode de réalisation de l'invention. For the sake of clarity, identical or similar elements are marked with identical reference signs throughout the figures. DETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT FIG. 4 shows a device for detecting chemical or biological species according to one embodiment of the invention.

Ce dispositif de détection 15 comporte un transistor à effet de champ qui comporte une zone de drain 16, une zone de source 17 et un canal 18 qui relie la zone de drain 16 et la zone de source 17. This detection device 15 comprises a field effect transistor which comprises a drain zone 16, a source zone 17 and a channel 18 which connects the drain zone 16 and the source zone 17.

La zone de drain 16 est de préférence en silicium dopé. La zone de source 17 est de préférence en silicium dopé. Le canal 18 est de préférence en silicium. La zone de drain 16, la zone de source 17 et le canal 18 sont de préférence faits dans une même couche de silicium dont les deux extrémités sont dopées pour former les zones de drain 16 et de source 17. The drain zone 16 is preferably of doped silicon. The source zone 17 is preferably of doped silicon. The channel 18 is preferably made of silicon. The drain zone 16, the source zone 17 and the channel 18 are preferably made in the same silicon layer, the two ends of which are doped to form the drain 16 and source 17 zones.

Le dispositif de détection 15 comporte également une première matrice 19 en matériau diélectrique qui encapsule totalement l'ensemble formé par la zone de drain 16, la zone de source 17 et le canal 18. La première matrice 19 vient de préférence directement au contact de la couche dans laquelle sont formée la zone de drain 16, la zone de source 17 et le canal 18. The detection device 15 also comprises a first matrix 19 of dielectric material which completely encapsulates the assembly formed by the drain zone 16, the source zone 17 and the channel 18. The first matrix 19 preferably comes directly into contact with the layer in which the drain zone 16, the source zone 17 and the channel 18 are formed.

La première matrice 19 comporte donc de préférence une cavité parallélépipédique de dimensions égales aux dimensions de l'ensemble formé par la zone de drain, la zone de source et le canal et dans laquelle sont logés la zone de drain, la zone de source et le canal. The first matrix 19 therefore preferably comprises a parallelepipedal cavity of dimensions equal to the dimensions of the assembly formed by the drain zone, the source zone and the channel and in which are housed the drain zone, the source zone and the channel.

Le matériau diélectrique qui constitue la première matrice 19 est de préférence de la silice. The dielectric material which constitutes the first matrix 19 is preferably silica.

La première matrice 19 présente une face de détection 20 qui est de préférence plane. Lors de l'utilisation du dispositif de détection 15, la face de détection 20 est située au dessus du canal 18.30 La face de détection 20 est sensiblement parallèle au canal 18. La face de détection 20 se trouve à une distance du canal qui est égale à l'épaisseur habituellement choisie pour réaliser la couche diélectrique dans les zones de détections des transistor EISFET ou dans les zones de grille des transistors MOSFET. The first matrix 19 has a detection face 20 which is preferably flat. When using the detection device 15, the detection face 20 is situated above the channel 18.30. The detection face 20 is substantially parallel to the channel 18. The detection face 20 is at a distance from the channel which is equal to at the thickness usually chosen for producing the dielectric layer in the detection zones of the EISFET transistor or in the gate areas of the MOSFET transistors.

La face de détection 20 est destinée à être mise en contact avec des solutions électrolytiques contenant des espèces chimiques ou biologiques à détecter. 10 Ainsi, la face de détection 20 constitue une zone de détection à l'extérieur de la première matrice 19. Lorsqu'une espèce chimique ou biologique chargée vient en contact avec cette face de détection, elle provoque un décalage de la tension seuil à partir de laquelle le courant peut circuler entre la zone de drain et la zone 15 de source, ce qui permet de détecter la présence de l'espèce chimique ou biologique en cause. The detection face 20 is intended to be brought into contact with electrolytic solutions containing chemical or biological species to be detected. Thus, the detection face 20 constitutes a detection zone outside the first matrix 19. When a charged chemical or biological species comes into contact with this detection face, it causes an offset of the threshold voltage from from which current can flow between the drain zone and the source zone, thereby detecting the presence of the chemical or biological species in question.

De manière connue, des molécules sondes peuvent être greffées sur la face de détection 20 afin de rendre la face de détection sensible à certaines espèces 20 choisies. Par exemple, des brins d'ADN peuvent être greffés sur la face de détection afin de détecter les brins d'ADN complémentaires. In known manner, probe molecules can be grafted onto the detection face 20 in order to make the detection face sensitive to certain selected species. For example, DNA strands can be grafted onto the detection face to detect complementary DNA strands.

De manière connue, une membrane peut être fixée au dessus de la face de détection 20 afin de filtrer les espèces que l'on détecte. 25 La première matrice 19 présente également une face d'assemblage 21. La face d'assemblage 21 est située à l'opposé de la face de détection 20, c'est-à-dire qu'elle se trouve d'un côté de l'ensemble formé par la zone de drain, la zone de source et le canal, tandis que la face de détection se trouve de l'autre côté de cet 30 ensemble. La face d'assemblage 21 est de préférence sensiblement parallèle au canal. In known manner, a membrane can be fixed above the detection face 20 in order to filter the species that is detected. The first matrix 19 also has an assembly face 21. The assembly face 21 is located opposite the detection face 20, that is to say that it is on one side of the assembly formed by the drain zone, the source zone and the channel, while the detection face is on the other side of this assembly. The assembly face 21 is preferably substantially parallel to the channel.

Le dispositif selon l'invention comporte également des moyens de connexions 22 et 23 qui permettent de relier électriquement la zone de drain d'une part et la zone de source d'autre part à un ou plusieurs circuits électriques extérieurs au dispositif de détection afin de faire circuler un courant entre la zone de drain et la zone de source. The device according to the invention also comprises connection means 22 and 23 which make it possible to electrically connect the drain zone on the one hand and the source zone on the other hand with one or more electrical circuits external to the detection device in order to circulating a current between the drain zone and the source zone.

Ces moyens de connexions 22 et 23 sont de préférence constitués par des vias de contacts et/ interconnexions qui traversent la première matrice 19 afin de relier les zones de drain et de source à la face d'assemblage 21. These connection means 22 and 23 are preferably constituted by vias of contacts and / interconnections which pass through the first matrix 19 in order to connect the drain and source areas to the assembly face 21.

Les moyens de connexions 22, 23 s'étendent donc à travers la première matrice entre les zones de drain et de source d'une part et la face d'assemblage d'autre part, de sorte que la face de détection qui sera en contact avec la solution électrolytique se trouve d'un côté de l'ensemble zone de drain/zone de source/canal, et les moyens de connexions se trouvent de l'autre côté de cet ensemble. The connection means 22, 23 thus extend through the first matrix between the drain and source zones on the one hand and the assembly face on the other hand, so that the detection face that will be in contact With the electrolyte solution is located on one side of the whole drain area / source area / channel, and the connection means are on the other side of this set.

Afin de faciliter le contact entre les moyens de connexions et les zones de drain et de source, chacune des zones de drain et de source comporte une face 24, 25 qui est recouverte de siliciure. Les faces 24, 25 des zones de drain et de source qui sont recouvertes de siliciure se trouvent face à la face d'assemblage 21 de la première matrice 19. In order to facilitate the contact between the connection means and the drain and source zones, each of the drain and source zones comprises a face 24, 25 which is covered with silicide. The faces 24, 25 of the drain and source zones which are covered with silicide are opposite the assembly face 21 of the first matrix 19.

La figure 5 représente un dispositif de détection identique à celui de la figure 4 qui comporte en outre une solution électrolytique 26 au contact de la face de détection et une électrode 27 apte à polariser la solution électrolytique 26. En outre, des sondes ADN 28 sont greffées sur la face de détection 20 afin de rendre le dispositif de détection sensible à une seule espèce : le brin d'ADN complémentaire des sondes 28. FIG. 5 represents a detection device identical to that of FIG. 4 which furthermore comprises an electrolytic solution 26 in contact with the detection face and an electrode 27 able to polarize the electrolytic solution 26. In addition, DNA probes 28 are grafted on the detection face 20 in order to make the detection device sensitive to a single species: the DNA strand complementary to the probes 28.

La figure 6 représente schématiquement les étapes d'un procédé de fabrication d'un dispositif de détection selon l'invention. Ce dispositif de détection est dans le cas présent réalisé à partir d'un substrat 29 de type sicilium sur isolant (également appelé SOI ou silicon on insulator), mais on pourrait également envisager d'utiliser un substrat 29 d' un autre type de semi-conducteur sur isolant, tel que du germanium sur isolant. FIG. 6 schematically represents the steps of a method of manufacturing a detection device according to the invention. This detection device is in this case made from a substrate 29 of the sicilium-on-insulator type (also called SOI or silicon on insulator), but one could also consider using a substrate 29 of another type of semi -conductor on insulator, such as germanium on insulator.

Le substrat 29, représenté en (a), comporte deux couches de silicium, appelées respectivement première couche de silicium 30 et troisième couche de silicium 31. Substrate 29, shown in (a), comprises two layers of silicon, respectively called first silicon layer 30 and third silicon layer 31.

Le substrat 29 comporte également une couche d'isolant, appelée première couche de matériau diélectrique 32. La première couche de matériau diélectrique 32 se trouve entre la première couche de silicium 30 et la troisième couche de silicium 31. The substrate 29 also comprises an insulating layer, called the first layer of dielectric material 32. The first layer of dielectric material 32 is between the first silicon layer 30 and the third silicon layer 31.

Lors d'une première étape, représentée en (b), la première couche de silicium 30 est gravée de façon à ne conserver sur le substrat que la partie de silicium 33 dans laquelle seront formés la zone de drain, la zone de source et le canal du dispositif de détection. Cette étape de gravure est de préférence réalisée par gravure ionique réactive par hexafluorure de soufre, mais elle pourrait également être réalisée par gravure humide de type TMAH-Tétra Méthyl Ammonium Hydroxyde ou par d'autres techniques de gravure connues de l'homme du métier. In a first step, represented in (b), the first silicon layer 30 is etched so as to preserve on the substrate only the portion of silicon 33 in which the drain zone, the source zone and the channel of the detection device. This etching step is preferably carried out by reactive ionic etching with sulfur hexafluoride, but it could also be carried out by wet etching of the TMAH-Tetra Methyl Ammonium Hydroxide type or by other etching techniques known to those skilled in the art.

Une couche de nitrure 34 est ensuite déposée sur l'ensemble du substrat, comme représenté en (c). Cette étape de dépôt est par exemple réalisée par LPCVD (acronyme anglais pour dépôt chimique en phase vapeur à basse pression ou « Low pressure Chemical Vapor Deposition) ou par PECVD (acronyme anglais pour dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma). A nitride layer 34 is then deposited on the entire substrate, as shown in (c). This deposition step is for example performed by LPCVD (acronym for Low Pressure Chemical Vapor Deposition) or PECVD (acronym for plasma enhanced chemical vapor deposition).

La couche de nitrure 34 est ensuite gravée (étape (d)) de manière à ne conserver que la partie 35 de la couche de nitrure qui est située au dessus de la partie de la couche de silicium qui constituera le canal du dispositif de détection. La gravure de la couche de nitrure est de préférence réalisée par gravure ionique réactive par C2F6, mais elle peut également être réalisée par gravure humide H3PO4-Acide Orthophosphorique. The nitride layer 34 is then etched (step (d)) so as to retain only the portion of the nitride layer which is located above the portion of the silicon layer which will constitute the channel of the detection device. The etching of the nitride layer is preferably carried out by reactive ionic etching by C2F6, but it can also be carried out by wet etching H3PO4-Orthophosphoric acid.

Le procédé comporte ensuite une étape d'implantation ionique (e) au cours de laquelle les parties de la couche de silicium qui ne sont pas protégée par la partie 35 de la couche de nitrure sont dopées de façon à réaliser la zone de drain 16 et la zone de source 17. The method then comprises an ion implantation step (e) during which the portions of the silicon layer that are not protected by the portion 35 of the nitride layer are doped so as to form the drain zone 16 and the source area 17.

Le procédé comporte ensuite de préférence une étape de dépôt de siliciure sur les zones de drain 16 et de source 17. Cette étape de dépôt est de préférence une étape de dépôt de nickel Ni par pulvérisation, suivi d'un recuit de formation de siliciures de nickel NiSi sous diazote N2. Cette étape de dépôt pourrait également prendre d'autres formes, par exemple ce pourrait être une étape de dépôt de platine Pt par pulvérisation, suivie d'une étape de recuit de formation de siliciure de platine PtSi sous diazote N2 . The method then preferably comprises a silicide deposition step on the drain 16 and source 17 regions. This deposition step is preferably a nickel Ni deposition step by sputtering followed by a silicide formation annealing. nickel NiSi under nitrogen N2. This deposition step could also take other forms, for example it could be a platinum Pt deposition step by sputtering, followed by a PtSi platinum silicide formation annealing step under N 2 dinitrogen.

La partie de la couche de nitrure qui protégeait le canal 18 est ensuite enlevée, à nouveau par gravure (étape (f)). Cette étape de gravure est de préférence réalisée par gravure humide H3PO4, mais elle pourrait également être effectuée par d'autres techniques, par exemple par gravure ionique réactive par C2F6 . The portion of the nitride layer that protected the channel 18 is then removed, again by etching (step (f)). This etching step is preferably carried out by wet etching H 3 PO 4, but it could also be carried out by other techniques, for example by reactive ion etching by C2F6.

Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape (g) de dépôt d'une deuxième couche de matériau diélectrique 36 sur le substrat. Cette étape de dépôt est de préférence effectuée par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) à base de SiH4, mais elle pourrait également être effectuée par d'autres techniques. On pourrait par exemple déposer un oxyde à partir d'un gaz DCS-dichlorosilane par dépôt chimique en phase vapeur basse pression (LPCVD). The method according to the invention then comprises a step (g) of depositing a second layer of dielectric material 36 on the substrate. This deposition step is preferably carried out by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) based on SiH 4, but it could also be carried out by other techniques. For example, an oxide could be deposited from a DCS-dichlorosilane gas by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD).

La deuxième couche de matériau diélectrique 36 recouvre alors l'ensemble formé par la zone de drain 16, la zone de source 17 et le canal 18, ainsi que la première couche de matériau diélectrique 32. La deuxième couche de matériau diélectrique 36 forme alors avec la première couche de matériau diélectrique 32 la première matrice 19 du dispositif de détection qui enveloppe totalement l'ensemble formé par la zone de drain 16, la zone de source 17 et le canal 18. The second layer of dielectric material 36 then covers the assembly formed by the drain zone 16, the source zone 17 and the channel 18, as well as the first layer of dielectric material 32. The second layer of dielectric material 36 then forms with the first layer of dielectric material 32 the first matrix 19 of the detection device which completely envelops the assembly formed by the drain zone 16, the source zone 17 and the channel 18.

Le procédé selon l'invention comporte ensuite de préférence une étape (h) au cours de laquelle la surface de la deuxième couche de matériau diélectrique 36 est aplanie, de préférence par polissage mécanique et/ou chimique, de façon à former la face d'assemblage 21 du dispositif de détection. The method according to the invention then preferably comprises a step (h) during which the surface of the second layer of dielectric material 36 is flattened, preferably by mechanical and / or chemical polishing, so as to form the face of assembly 21 of the detection device.

Le dispositif 37 ainsi obtenu comporte donc une face d'assemblage 21 à l'air libre et une face de détection située à l'interface entre la première matrice 19 et la troisième couche de silicium 31 du substrat. The device 37 thus obtained thus has an assembly face 21 in the open air and a detection face located at the interface between the first matrix 19 and the third silicon layer 31 of the substrate.

Le procédé selon l'invention comportera ensuite une étape au cours de laquelle la troisième couche de silicium 31 sera enlevée, préférentiellement par gravure mécanique de type « grinding », suivie d'une gravure humide sélective de type TMAH ou NH4OH. The method according to the invention will then comprise a step during which the third silicon layer 31 will be removed, preferably by "grinding" type mechanical etching, followed by a selective wet etching of TMAH or NH4OH type.

Le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir un dispositif de détection « à l'envers », c'est-à-dire que la face de détection se trouve sous la face d'assemblage. The method according to the invention therefore provides a detection device "upside down", that is to say that the detection face is located under the assembly face.

Le procédé selon l'invention comportera ensuite une étape de renversement du dispositif de détection de façon à ce que la face de détection se trouve au dessus de la face d'assemblage, comme représenté sur la figure 4. The method according to the invention will then comprise a reversal step of the detection device so that the detection face is above the assembly face, as shown in FIG. 4.

Le procédé selon l'invention pourra ensuite comporter une étape de réalisation de moyens de connexion 22, 23 dans la première matrice de façon à pouvoir connecter électriquement les zones de drain et de source avec des circuits électriques extérieurs. The method according to the invention may then include a step of producing connection means 22, 23 in the first matrix so as to electrically connect the drain and source areas with external electrical circuits.

Ces moyens de connexion sont de préférence des vias de contact 50 et/ou des interconnexions 51. These connection means are preferably contact vias 50 and / or interconnections 51.

La figure 7 représente un procédé de réalisation d'un capteur selon un mode de réalisation de l'invention à partir du dispositif 37 obtenu à l'issu de l'étape (h) du procédé de la figure 6. FIG. 7 represents a method of producing a sensor according to an embodiment of the invention from device 37 obtained at the end of step (h) of the method of FIG. 6.

Lors d'une première étape (j), un substrat 38 de type silicium sur isolant est collé sur la face d'assemblage 21 du dispositif 37. Le substrat 38 comporte une deuxième couche de silicium 39, une quatrième couche de matériau diélectrique 40 et une quatrième couche de silicium 41. La technique de collage préférentiellement utilisée consiste en un collage oxyde sur oxyde réalisé sous vide après activation chimique ou activation plasma des surfaces mises en regard l'une de l'autre (oxyde-oxyde bonding). Bien sur cette technique n'est donnée qu'à titre indicatif et l'homme du métier pourrait utiliser d'autres techniques. In a first step (j), a silicon-on-insulator substrate 38 is bonded to the assembly face 21 of the device 37. The substrate 38 comprises a second silicon layer 39, a fourth layer of dielectric material 40, and a fourth layer of silicon 41. The bonding technique preferably used consists of an oxide-on-oxide bonding carried out under vacuum after chemical activation or plasma activation of the surfaces facing one another (oxide-oxide bonding). Of course, this technique is only indicative and the skilled person could use other techniques.

Lors d'une seconde étape (I), la quatrième couche de matériau diélectrique 40 et la quatrième couche de silicium 41 sont éliminées par gravure sélective de manière à ne conserver que la deuxième couche de silicium 39 sur la face d'assemblage 21. In a second step (I), the fourth layer of dielectric material 40 and the fourth silicon layer 41 are eliminated by selective etching so as to retain only the second silicon layer 39 on the assembly face 21.

La deuxième couche de silicium 39 est ensuite gravée sélectivement (étape (m)) afin de ne converser que la partie 42 de la deuxième couche de silicium 39 qui permettra de fabriquer un composant CMOS. The second silicon layer 39 is then selectively etched (step (m)) in order to converse only the portion 42 of the second silicon layer 39 which will make a CMOS component.

Un composant CMOS 43 est ensuite réalisé à partir de la partie 42 sur la face d'assemblage 21 (étape (n)). Ce composant CMOS 43 comporte de manière classique une zone de drain 44, une zone de source 45, un canal 46 et une zone de détection 47 située sur le canal et qui comporte une partie en matériau diélectrique et une partie conductrice. A CMOS component 43 is then made from the portion 42 on the assembly face 21 (step (n)). This CMOS component 43 conventionally comprises a drain zone 44, a source zone 45, a channel 46 and a detection zone 47 located on the channel and which comprises a portion of dielectric material and a conductive portion.

Lors d'une étape (o), une troisième couche en matériau diélectrique 48 est ensuite déposée sur le composant CMOS 43 et sur la face d'assemblage 21 afin d'encapsuler le composant CMOS 43 dans une deuxième matrice 49 en matériau diélectrique. During a step (o), a third layer of dielectric material 48 is then deposited on the CMOS component 43 and on the assembly face 21 in order to encapsulate the CMOS component 43 in a second matrix 49 of dielectric material.

La réalisation d'un tel composant CMOS encapsulé dans une matrice en matériau diélectrique est connue de l'homme du métier. Elle est par exemple décrite par P. Coudrain, P. Magnan, P. Batude, X. Gagnard, C. Leyris, M. Vinet, A. Castex, C. Lagahe-Blanchard, A. Pouydebasque, Y. Cazaux, B. Giffard, and P. Ancey, dans le document intitulé « Investigation of a Sequential Three-Dimensional Process for Back-Illuminated CMOS Image Sensors With Miniaturized Pixels », IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 56, NO. 11, NOVEMBER 2009, pp.2403-2413. The realization of such a CMOS component encapsulated in a matrix of dielectric material is known to those skilled in the art. It is described, for example, by P. Coudrain, P. Magnan, P. Batude, X. Gagnard, C. Leyris, M. Vinet, A. Castex, C. Lagahe-Blanchard, A. Pouydebasque, Y. Cazaux, B. Giffard, and P. Ancey, in the document entitled "Investigation of a Sequential Three-Dimensional Process for Back-Illuminated CMOS Image Sensors with Miniaturized Pixels," IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 56, NO. 11, NOVEMBER 2009, pp.2403-2413.

Des moyens de connexions 22, 23, qui sont de préférence des vias de contact 50 et des interconnexions 51, sont ensuite percés à travers la première et la deuxième matrices 19, 49 de façon à relier électriquement le dispositif de détection 15 et le composant CMOS 43. Plus précisément, le dispositif de détection 15 et le composant CMOS 43 sont reliés de façon à ce que le courant électrique qui circule entre la zone de drain 16 et la zone de source 17 du dispositif 15 se dirige vers la zone de détection 47 du composant CMOS 43. Connection means 22, 23, which are preferably contact vias 50 and interconnections 51, are then pierced through the first and second dies 19, 49 so as to electrically connect the detection device 15 and the CMOS component. 43. More precisely, the detection device 15 and the CMOS component 43 are connected in such a way that the electric current flowing between the drain zone 16 and the source zone 17 of the device 15 goes towards the detection zone 47 of the CMOS component 43.

Lors d'une étape (p), une couche de silicium 52 est ensuite déposée sur le dispositif obtenu à l'issue de l'étape (o). During a step (p), a silicon layer 52 is then deposited on the device obtained at the end of step (o).

Lors d'une étape (q), le dispositif obtenu à l'issu de l'étape (p) est retourné de façon à ce que la couche de silicium 52 déposée lors de l'étape (p) se trouve en dessous du dispositif et serve donc de support à l'ensemble du dispositif. La troisième couche de silicium 31 est ensuite enlevée par gravure sélective de façon à ce que la face de détection 20 soit accessible. A l'issu de l'étape (q), la face détection se retrouve donc au-dessus du dispositif et elle est apte à être mise en contact avec une solution électrolytique. During a step (q), the device obtained at the end of step (p) is turned over so that the silicon layer 52 deposited during step (p) is below the device and therefore serve as a support for the entire device. The third silicon layer 31 is then removed by selective etching so that the detection face 20 is accessible. At the end of step (q), the detection face is thus found above the device and is able to be put in contact with an electrolytic solution.

Lors d'une étape (r), des molécules sondes 28 sont greffées sur la face de détection 20 du dispositif de détection de façon à rendre le dispositif de détection sensible à une seule sorte d'espèces chimiques ou biologiques. Une solution électrolytique 26 est ensuite mise en contact avec la face de détection 20 et une électrode 27 est mise en contact avec la solution électrolytique de façon à pouvoir polariser la solution électrolytique. During a step (r), probe molecules 28 are grafted onto the detection face 20 of the detection device so as to render the detection device sensitive to only one kind of chemical or biological species. An electrolytic solution 26 is then brought into contact with the detection face 20 and an electrode 27 is brought into contact with the electrolytic solution so as to be able to polarize the electrolytic solution.

10 Le procédé décrit en référence à la figure 7 permet donc d'obtenir un capteur d'espèces chimiques ou biologiques à la surface duquel les espèces chimiques ou biologiques 53 peuvent circuler librement. En outre, ce capteur peut facilement être mis en série avec plusieurs capteurs semblables. The method described with reference to FIG. 7 thus makes it possible to obtain a sensor of chemical or biological species on the surface of which the chemical or biological species 53 can circulate freely. In addition, this sensor can easily be put in series with several similar sensors.

15 La figure 8 représente un procédé de fabrication d'un capteur d'espèces chimiques ou biologiques selon un autre mode de réalisation de l'invention. Fig. 8 shows a method of manufacturing a chemical or biological species sensor according to another embodiment of the invention.

Ce procédé utilise également un dispositif 37 tel que celui obtenu à l'issu de l'étape (h) du procédé de la figure 6. 20 Ce procédé comporte une première étape (s) au cours de laquelle des vias de contact 50 et/ou des interconnexions sont percés à travers la première matrice 19 de façon à relier les zones de drain 16 et de source 17 à la face d'assemblage 21. Un dépôt de polymère d'adhésion 54 (par exemple un polyimide ou une résine 25 photosensible de type SU-8) est ensuite effectué sur l'ensemble de la face d'assemblage 21, à l'exception des endroits de la face d'assemblage où les vias de contact et/ou interconnexions débouchent. A l'embouchure des vias de contacts 50 et/ou des interconnexions, un dépôt de cuivre 55 est effectué. This method also uses a device 37 such as that obtained at the end of step (h) of the method of FIG. 6. This method comprises a first step (s) in which contact vias 50 and / or or interconnects are drilled through the first die 19 so as to connect the drain 16 and source 17 to the assembly face 21. A deposition of adhesion polymer 54 (for example a polyimide or a photoresist SU-8 type) is then performed on the entire assembly face 21, with the exception of the locations of the assembly face where the vias contact and / or interconnections open. At the mouth of the vias of contacts 50 and / or interconnections, a copper deposit 55 is made.

30 En parallèle à ces modifications du dispositif 37, un composant CMOS 43 encapsulé dans une deuxième matrice 49 en matériau diélectrique est réalisé. Ce composant CMOS 43 peut être réalisé à partir d'un substrat de type silicium sur5 isolant, comme représenté sur la figure 8, ou alors, à partir d'un substrat en silicium uniquement. Les étapes de fabrication de tels composants CMOS encapsulés dans une matrice en diélectrique sont connus de l'art antérieur. Des vias de contact 50 et des interconnexions 51 sont également réalisés dans la deuxième matrice 49 de façon à pouvoir être connectés aux vias de contact et interconnexions qui sont réalisés dans la première matrice 19 du dispositif 37. La deuxième matrice 49 comporte une face complémentaire d'assemblage 58 sur laquelle un polymère d'adhésion 56 est déposé. Aux endroits de la face complémentaire d'assemblage 58 où débouchent les vias de contact 50, le polymère d'adhésion n'est pas déposé mais une couche de cuivre est déposée. In parallel with these modifications of the device 37, a CMOS component 43 encapsulated in a second matrix 49 of dielectric material is produced. This CMOS component 43 may be made from an insulator-like silicon substrate, as shown in FIG. 8, or from a silicon substrate only. The manufacturing steps of such CMOS components encapsulated in a dielectric matrix are known from the prior art. Contact vias 50 and interconnections 51 are also made in the second matrix 49 so as to be able to be connected to the contact vias and interconnections which are made in the first matrix 19 of the device 37. The second matrix 49 has a complementary face d assembly 58 on which an adhesion polymer 56 is deposited. At the locations of the complementary assembly face 58 where the contact vias 50 open, the adhesion polymer is not deposited but a copper layer is deposited.

Lors d'une étape (t), le dispositif 37 et le composant CMOS 43 encapsulé sont alignés et ils sont collés l'un sur l'autre, de façon à ce que les vias de contact et les interconnexions de l'un soient raccordés avec ceux de l'autre. Lors d'une étape (u), la troisième couche de silicium 31 du dispositif 37 est enlevée par gravure de façon à ce que la face de détection 20 du dispositif se retrouve à l'air libre. During a step (t), the device 37 and the encapsulated CMOS component 43 are aligned and they are glued one on the other, so that the contact vias and the interconnections of one are connected. with those of the other. During a step (u), the third silicon layer 31 of the device 37 is removed by etching so that the detection face 20 of the device is found in the open air.

20 Lors d'une étape (v), des molécules sondes 28 sont greffées sur la face de détection 20 du dispositif de détection de façon à rendre le dispositif de détection 15 sensible à une seule sorte d'espèces chimiques ou biologiques. In step (v), probe molecules 28 are grafted onto the sensing face 20 of the sensing device so as to render the sensing device responsive to only one kind of chemical or biological species.

Une solution électrolytique 26 est ensuite mise en contact avec la face de 25 détection 20 et une électrode 27 est mise en contact avec la solution électrolytique 26 de façon à pouvoir polariser la solution électrolytique. An electrolytic solution 26 is then brought into contact with the detection face 20 and an electrode 27 is brought into contact with the electrolytic solution 26 so as to be able to polarize the electrolytic solution.

Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures. 30 Naturally, the invention is not limited to the embodiments described with reference to the figures. 30

Claims

REVENDICATIONS1. Device for detecting (15) chemical or biological species comprising: - a drain zone (16); a source area (17); a channel (18), the channel (18) connecting the drain zone (16) to the source zone (17); the detection device (15) being characterized in that it further comprises: a first matrix (19) of dielectric material which completely encapsulates the assembly formed by the drain zone (16), the source zone (17); ) and the channel (18), the first matrix (19) having a detection face (20) substantially parallel to the channel (18), the detection face (20) constituting a detection zone intended to come into contact with a solution electrolyte (26) containing chemical or biological species (53) to be detected.

2. Detection device (15) according to the preceding claim, characterized in that the first matrix (19) has an assembly face (21) opposite to the detection face (20), the detection device (15) comprising connecting means (22, 23) through the first die for electrically accessing the drain area (16) and the source area (17) from the assembly face (21).

3. Detection device (15) according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises: - an electrolytic solution (26) in contact with the detection face (20); an electrode (27) able to polarize the electrolytic solution (26).

4. Detection device (15) according to any one of the preceding claims, characterized in that the drain zone (16) and the source zone (17) are at least partially covered with silicide.

5. Sensor for chemical or biological species characterized in that it comprises a detection device (15) according to any one of the preceding claims, the detection device (15) being able to produce electrical signals in the presence of chemical or biological species (53) in the electrolytic solution (26), the detection device (15) being connected to means for acquiring electrical signals.

6. Sensor according to the preceding claim, characterized in that the means for acquiring electrical signals comprise a CMOS component (43).

7. Sensor according to the preceding claim, characterized in that the CMOS component (43) is completely encapsulated in a second matrix (49) of dielectric material, the second matrix (49) being integral with the first matrix (19).

8. Sensor according to the preceding claim, characterized in that the CMOS component (43) and the detection device (15) are electrically connected to each other through the first and second dies through contact vias (50) and / or interconnections (51).

9. A method of manufacturing a detection device according to any one of claims 1 to 4 from a substrate comprising a first silicon layer (30) and a first layer of dielectric material (32), the method comprising the following steps: - (i) a step of etching the first silicon layer (30) so as to define the extent (33) of the drain zone (16), the source zone (17) and the channel (18); (ii) a step of selective doping of the drain (16) and source (17) zones; (iii) a step of depositing a second layer (36) of dielectric material on the assembly formed by the drain zone (16), the source zone (17) and the channel (18) so that the assembly formed by the first (32) and the second dielectric material layers (36) forms the first matrix (19) which completely encapsulates the assembly formed by the drain zone (16), the source zone (17) and the channel (18).

10. The manufacturing method according to the preceding claim, characterized in that it further comprises, prior to step (iii), a step of depositing a silicide on the drain (16) and source (17) zones. ).

11. A method of manufacturing a chemical or biological species sensor 10 according to any one of claims 5 to 8, characterized in that it comprises: - a step of manufacturing a detection device (15) according to one of claims 1 to 4 by the method according to any one of claims 9 or 10, the first matrix (19) of the detection device further comprising an assembly face (21) substantially parallel to the channel (18). ) of the detection device (15); - A bonding step of a substrate on the assembly face (21), the substrate comprising at least a second silicon layer (39); A step of producing a CMOS component (43) from this second silicon layer (39); - A step of depositing a third layer of dielectric material (48) on the assembly face (21) so as to form a second matrix (49) which completely encapsulates the CMOS component (43); A step of producing electrical connection means through first (19) and second matrices (49) for electrically connecting the drain (16) and source (17) zones of the detection device (15) and the CMOS component (43). 30

12. A method of manufacturing a chemical or biological species sensor according to any one of claims 5 to 8, characterized in that it comprises: a step of manufacturing a detection device according to one of Claims 1 to 4 by the method according to any one of Claims 9 or 10, the first matrix (19) of the detection device comprising an assembly face (21) substantially parallel to the channel (18) of the detection device (15). ); - A step of providing electrical connection means through the first matrix (19) of the detection device (15); - A step of manufacturing a CMOS component (43) encapsulated in a second matrix (49) of dielectric material, the second matrix (49) having a complementary assembly face (58); - A step of making vias means of electrical connections through the second die (49); - A bonding step of the assembly face (21) and the complementary assembly face (58).