帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件及其制作方法
【專利摘要】一種帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件及其制作方法，首先在硅襯底上形成測(cè)序用納米孔陣，再在測(cè)序用納米孔陣的上方形成氮化硅防阻塞孔陣。形成氮化硅防阻塞孔陣的方法包括以下步驟：在形成有測(cè)序用納米孔陣的器件上方雙面沉積犧牲層；刻蝕犧牲層形成下一步低應(yīng)力氮化硅的附著區(qū)；在低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)上雙面沉積LPCVD氮化硅層；刻蝕氮化硅層形成防阻塞孔；最后通過KOH或其他堿腐蝕去除體硅和犧牲層硅。本發(fā)明在測(cè)序用納米孔陣的上方制作了防阻塞孔陣，因此在用于分子檢測(cè)、基因測(cè)序時(shí)，可防止大于DNA直徑的外來顆粒堵塞納米孔陣，保證分子檢測(cè)、基因測(cè)序的正常進(jìn)行。由于本發(fā)明通過半導(dǎo)體集成方法制作，所以成本低、效果好。
【專利說明】帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于DNA測(cè)序或者分子篩選測(cè)試的納米孔陣器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于在分子檢測(cè)、基因測(cè)序的應(yīng)用，納米孔已成為分子生物學(xué)研究的重要器件。而固態(tài)納米孔由于使用了微細(xì)加工技術(shù)，具有孔的可控性、可集成性、高效率等優(yōu)點(diǎn)。目前用納米孔實(shí)現(xiàn)DNA測(cè)學(xué)已經(jīng)成為降低測(cè)序成本至1000美元的熱門選擇。固態(tài)納米孔由于具有良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性以及可集成的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為納米孔測(cè)序的重要選擇。目前，小于IOnm的測(cè)序用孔陣制作主要采用投射電鏡鉆孔(簡(jiǎn)稱TEM鉆孔)、氦離子顯微鉆孔技術(shù)(簡(jiǎn)稱HIM鉆孔)。
[0003]但是目前生產(chǎn)的納米孔陣器件在用于分子檢測(cè)、基因測(cè)序時(shí)，由于外來顆粒孔徑尺寸多大于DNA的2nm的直徑，所以會(huì)堵塞在納米孔陣的測(cè)序用納米孔上方，對(duì)于分子檢測(cè)、基因測(cè)序的負(fù)面影響很大。
[0004]雖然現(xiàn)有技術(shù)中也有在納米孔陣上設(shè)置過濾裝置的，但均非通過半導(dǎo)體集成方法制作，成本高、效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種半導(dǎo)體集成方法制作的帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件及其制作方法。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件的制作方法，所述器件用于DNA測(cè)序或者分子篩選測(cè)試，所述制作方法首先在硅襯底上形成測(cè)序用納米孔陣，其中在所述測(cè)序用納米孔陣的上方，再通過半導(dǎo)體集成方法形成防阻塞孔陣，用于防止外來顆粒阻塞所述測(cè)序用納米孔陣。
[0008]其中形成防阻塞孔陣的方法包括以下步驟:在形成有所述測(cè)序用納米孔陣的器件表面雙面沉積犧牲層；在所述器件的正面單面光刻或刻蝕所述犧牲層，形成下一步低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)；在所述低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)之上雙面沉積LPCVD氮化硅層；單面光刻或刻蝕所述氮化硅層，形成防阻塞孔；最后通過堿腐蝕去除體硅和所述犧牲層，形成氮化硅防阻塞孔陣。
[0009]其中所述氮化硅防阻塞孔陣的孔徑尺寸小于所述外來顆粒的尺寸；而所述測(cè)序用納米孔陣的孔徑大于被測(cè)DNA或分子的直徑。
[0010]其中所述氮化硅防阻塞孔陣與所述納米孔陣之間的間距等于所述犧牲層的厚度；所述犧牲層通過LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度為0.5微米或I微米；所述雙面沉積LPCVD氮化硅層的厚度是500nm ;通過KOH去除體硅和所述犧牲層。
[0011]其中在硅襯底上形成測(cè)序用納米孔陣的方法包括:在所述硅襯底上雙面沉積低應(yīng)力氮化硅或氧化硅層，然后通過FIB和/或HM方法形成納米孔。
[0012]其中所述氮化硅或氧化硅層厚度小于20nm，所述納米孔陣的孔徑小于IOnm ;所述FIB的參數(shù)是:30千電子伏特Ga離子。
[0013]本發(fā)明還提出了一種帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件，用于DNA測(cè)序或者分子篩選測(cè)試，包括形成于硅襯底上的測(cè)序用納米孔陣，其中所述測(cè)序用納米孔陣的上方還有通過半導(dǎo)體集成方法形成的防阻塞孔陣，用于防止外來顆粒阻塞所述測(cè)序用納米孔陣。
[0014]其中所述半導(dǎo)體集成方法形成防阻塞孔陣包括以下步驟:在形成有所述測(cè)序用納米孔陣的器件表面雙面沉積犧牲層；在所述器件的正面單面光刻或刻蝕所述犧牲層，形成下一步低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)；在所述低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)之上雙面沉積LPCVD氮化硅層；單面光刻或刻蝕所述氮化硅層，形成防阻塞孔；最后通過堿腐蝕去除體硅和所述犧牲層，形成氮化硅防阻塞孔陣。
[0015]其中所述氮化硅防阻塞孔陣的孔徑尺寸小于所述外來顆粒的尺寸；而所述測(cè)序用納米孔陣的孔徑大于被測(cè)DNA或分子的直徑；所述測(cè)序用納米孔的孔徑小于10nm。
[0016]其中所述防阻塞孔陣與所述納米孔陣之間的間距等于所述犧牲層的厚度；所述犧牲層通過LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度為0.5微米或I微米；所述雙面沉積LPCVD氮化硅層的厚度是500nm ;通過KOH去除體硅和所述犧牲層。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件在測(cè)序用納米孔陣的上方制作了防阻塞孔陣，因此在用于分子檢測(cè)、基因測(cè)序時(shí)，可防止大于DNA直徑的外來顆粒堵塞納米孔陣，保證分子檢測(cè)、基因測(cè)序的正常進(jìn)行。由于本發(fā)明通過半導(dǎo)體集成方法制作，所以成本低、效果好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1?圖6為本發(fā)明方法各步驟制作的帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件的截面圖；其中圖6是最后形成的器件的側(cè)視圖；
[0019]圖7是最后形成的器件的頂視圖；
[0020]圖8是本發(fā)明帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖并以【具體實(shí)施方式】為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉的是，本發(fā)明不限于所列出的【具體實(shí)施方式】，只要符合本發(fā)明的精神，都應(yīng)該包括于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0022]本發(fā)明通過半導(dǎo)體集成方法制作帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件，基本原理是首先通過HM或者TEM方法形成測(cè)序用納米孔，然后通過二次沉積氮化硅和犧牲層沉積工藝來形成防阻塞孔陣，最后去除所有犧牲層和硅，形成帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件。
[0023]下面的實(shí)施例僅以制作一個(gè)納米孔為例進(jìn)行說明，實(shí)際上，本發(fā)明的納米孔陣由若干納米孔組成。
[0024]如圖1?圖6所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法各步驟制作的帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件的截面圖；包括以下步驟:
[0025]如圖1第一步:在硅襯底I上雙面沉積低應(yīng)力氮化硅或氧化硅層2，其厚度一般小于20nm,并通過30千電子伏特Ga離子FIB (focus ion beam,聚焦離子束)、和/或HIM (helium ion microscope,氦離子顯微鏡)等手段在器件的正面上形成納米孔3,孔徑小于 IOnm0
[0026]如圖2第二步:在器件的雙面沉積犧牲層4，可通過LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度0.5微米、I微米或者其他厚度。
[0027]如圖3第三步:在器件的正面單面光刻或刻蝕犧牲層4，形成下一步低應(yīng)力氮化硅的附著區(qū)。
[0028]如圖4第四步:在上述低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)之上雙面沉積LPCVD氮化硅層5，在一個(gè)實(shí)施例中，其厚度是500nm，其他厚度亦可。
[0029]如圖5第五步:單面光刻或刻蝕氮化硅層5，形成防阻塞孔6，本實(shí)施例僅以一個(gè)防阻塞孔6為例進(jìn)行說明，實(shí)際上，若干防阻塞孔6就組成了本發(fā)明的防阻塞孔陣。防阻塞孔陣6與納米孔陣3之間具有一個(gè)間隔距離，該距離等于犧牲層4的厚度。
[0030]如圖6第六步:通過KOH或其他堿腐蝕去除體硅和犧牲層硅，最后形成如圖6所示的帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件，圖6是器件的側(cè)視圖，圖7是器件的頂視圖，3是測(cè)序用納米孔，6是防阻塞孔。防阻塞孔6的孔徑尺寸要設(shè)計(jì)的小于外來顆粒的尺寸以便阻擋外來顆粒堵塞測(cè)序用納米孔3，而測(cè)序用納米孔陣3的孔徑要設(shè)計(jì)的大于DNA的直徑，以便保證DNA順利通過測(cè)序用納米孔3。
[0031]同時(shí)請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D8，是本發(fā)明防阻塞納米孔陣的的工作原理示意圖，由于測(cè)序用納米孔3上方的防阻塞孔6孔徑尺寸小于外來顆粒的尺寸，可以把外來顆粒隔離在納米孔3之外，圖8中黑色的圓點(diǎn)代表外來顆粒；同時(shí)由于防阻塞孔6的孔徑尺寸大于DNA的直徑，可以保證DNA順利通過防阻塞孔6到達(dá)測(cè)序用納米孔3。從圖8可以看出，本發(fā)明防阻塞納米孔陣既可以隔離外來顆粒，也不影響納米孔測(cè)序。
[0032]而且本發(fā)明是通過半導(dǎo)體集成方法制作，所以成本低、效果好。
[0033]應(yīng)該注意的是上述實(shí)施例是示例而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計(jì)很多替代實(shí)施例而不脫離附后的權(quán)利要求書的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件的制作方法，所述器件用于DNA測(cè)序或者分子篩選測(cè)試，所述制作方法首先在硅襯底上形成測(cè)序用納米孔陣，其特征是:在所述測(cè)序用納米孔陣的上方，再通過半導(dǎo)體集成方法形成防阻塞孔陣，用于防止外來顆粒阻塞所述測(cè)序用納米孔陣。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征是:形成防阻塞孔陣的方法包括以下步驟: 在形成有所述測(cè)序用納米孔陣的器件表面雙面沉積犧牲層； 在所述器件的正面單面光刻或刻蝕所述犧牲層，形成下一步低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)； 在所述低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)之上雙面沉積LPCVD氮化硅層； 單面光刻或刻蝕所述氮化硅層，形成防阻塞孔； 最后通過堿腐蝕去除體硅和所述犧牲層，形成氮化硅防阻塞孔陣。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征是:所述氮化硅防阻塞孔陣的孔徑尺寸小于所述外來顆粒的尺寸；而所述測(cè)序用納米孔陣的孔徑大于被測(cè)DNA或分子的直徑。
4.如權(quán)利要求2所述方法，其特征是:所述氮化硅防阻塞孔陣與所述納米孔陣之間的間距等于所述犧牲層的厚度；所述犧牲層通過LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度為0.5微米或I微米；所述雙面沉積LPCVD氮化硅層的厚度是500nm ;通過KOH去除體硅和所述犧牲層。
5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征是:在硅襯底上形成測(cè)序用納米孔陣的方法包括: 在所述硅襯底上雙面沉積低應(yīng)力氮化硅或氧化硅層，然后通過FIB和/或HM方法形成納米孔。
6.如權(quán)利要求5所述方法，其特征是:所述氮化硅或氧化硅層厚度小于20nm，所述納米孔陣的孔徑小于IOnm ;所述FIB的參數(shù)是:30千電子伏特Ga離子。
7.一種帶有防阻塞功能的分子檢測(cè)納米孔器件，用于DNA測(cè)序或者分子篩選測(cè)試，包括形成于硅襯底上的測(cè)序用納米孔陣，其特征是:所述測(cè)序用納米孔陣的上方還有通過半導(dǎo)體集成方法形成的防阻塞孔陣，用于防止外來顆粒阻塞所述測(cè)序用納米孔陣。
8.如權(quán)利要求7所述器件，其特征是:所述半導(dǎo)體集成方法形成防阻塞孔陣包括以下步驟: 在形成有所述測(cè)序用納米孔陣的器件表面雙面沉積犧牲層； 在所述器件的正面單面光刻或刻蝕所述犧牲層，形成下一步低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)； 在所述低應(yīng)力氮化硅附著區(qū)之上雙面沉積LPCVD氮化硅層； 單面光刻或刻蝕所述氮化硅層，形成防阻塞孔； 最后通過堿腐蝕去除體硅和所述犧牲層，形成氮化硅防阻塞孔陣。
9.如權(quán)利要求7或8所述器件，其特征是:所述氮化硅防阻塞孔陣的孔徑尺寸小于所述外來顆粒的尺寸；而所述測(cè)序用納米孔陣的孔徑大于被測(cè)DNA或分子的直徑；所述測(cè)序用納米孔的孔徑小于10nm。
10.如權(quán)利要求7所述器件，其特征是:所述防阻塞孔陣與所述納米孔陣之間的間距等于所述犧牲層的厚度；所述犧牲層通過LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度為0.5微米或I微米；所述雙面沉積LPCVD氮化硅層的厚度是500nm ;通過KOH去除體硅和所述犧牲層。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103569945SQ201210258806
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月24日
【發(fā)明者】董立軍, 趙超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所