一种适于生物分子检测的芯片单元的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适于生物分子检测的芯片单元的制备方法，包括衬底上淀积电热绝缘材料和基底材料；光刻和干法刻蚀的方法制作图形作为制备侧墙的基底；淀积侧墙材料；干法回刻形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；用湿法腐蚀的方法去侧墙基底；光刻或电子束光刻+薄膜淀积+剥离工艺在侧墙上搭上制作电极金属层；薄膜淀积工艺制备绝缘材料层；化学机械抛光方法抛光表面同时切断侧墙两旁的金属连接；湿法腐蚀方法去除剩余的侧墙材料形成纳流体通道；晶片键合封顶，减薄封顶晶片；通道两端开孔并在通道两侧的金属上开孔引出电极即得。本发明专利技术能突破光刻分辨率限制及提高芯片单元与CMOS工艺的兼容性，并提高适于生物分子检测的芯片单元的制备效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括衬底上淀积电热绝缘材料和基底材料；光刻和干法刻蚀的方法制作图形作为制备侧墙的基底；淀积侧墙材料；干法回刻形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙；用湿法腐蚀的方法去侧墙基底；光刻或电子束光刻+薄膜淀积+剥离工艺在侧墙上搭上制作电极金属层；薄膜淀积工艺制备绝缘材料层；化学机械抛光方法抛光表面同时切断侧墙两旁的金属连接；湿法腐蚀方法去除剩余的侧墙材料形成纳流体通道；晶片键合封顶，减薄封顶晶片；通道两端开孔并在通道两侧的金属上开孔引出电极即得。本专利技术能突破光刻分辨率限制及提高芯片单元与CMOS工艺的兼容性，并提高适于生物分子检测的芯片单元的制备效率。【专利说明】
本专利技术涉及微纳
，尤其涉及。
技术介绍
纳流体通道在微纳米
尤其是在微纳米生物领域有着广泛的应用。将纳流体通道与电极相结合构成的适于生物分子检测的芯片单元，可以实现对DNA/RNA、蛋白质、药物、毒品和氨基酸等进行检测分析，应用在基因测序、药物筛选、蛋白组学、临床诊断等领域。为了实现这种适于生物分子检测的芯片单元，首先必须获得宽度为纳米级的纳流体通道，然后再在通道内制作间距更小的电极。但是，在宽度为纳米级的纳流体通道内制备间距更小的电极，存在非常大的技术困难；即使能实现，也存在重复性差和成本高的缺陷。因此，如何实现纳流体通道和电极的有效的结合成为我们研究的重要方向。 目前，纳米结构的制备方法主要有:光刻、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、微接触印刷、电化学方法和电迁移方法等。但是，光学光刻方法受到光波波长限制，刻蚀的极限在微米量级，难以达到纳米量级；微接触印刷、电子束刻蚀和聚焦离子束刻蚀的方法周期长成本高；电化学和电迁移方法工艺可靠性较低，可能导致与CMOS工艺的不兼容。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供，简单且成本较低，能突破光刻分辨率限制及提高芯片单元与CMOS工艺的兼容性，并提高适于生物分子检测的芯片单元的制备效率。 为实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案:，包括如下步骤:(1)在衬底上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层，然后在电热绝缘材料层上沉积一层基底材料层； (2)用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；(3)在电热绝缘材料层的上表面和基底材料层的外表面淀积一层侧墙材料层；(4)采用干法回刻，去除基底材料层上表面的侧墙材料层和电热绝缘材料层上表面的部分侧墙材料层，形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙材料层；(5)采用湿法腐蚀的方法去除基底材料层，只保留纳米尺寸的侧墙材料层；(6)采用光刻或电子束光刻+薄膜淀积+剥离工艺在侧墙材料层的一条边上搭上一条制作电极的抗腐蚀的金属层；(7)采用薄膜淀积工艺在步骤(6)所得单元上表面制备一层制作纳流体通道的抗腐蚀绝缘材料层； (8)采用化学机械抛光CMP的方法抛光步骤所得单元的上表面，同时切断侧墙材料层两旁的金属层的连接，即所述的抛光过程中，将侧墙材料层顶部的金属层抛断，并保留电热绝缘层上的金属层；(9)采用湿法腐蚀方法去除剩余的侧墙材料层形成纳流体通道；(10)采用晶片键合的方式，在步骤(9)所得单元上表面制备封顶晶片，将纳流体通道封顶，然后减薄封顶晶片的厚度至几微米-几十微米量级；(11)在纳流体通道两端开孔，并从纳流体通道通道两侧的金属层上引出电极即获得适于生物分子检测的芯片单元。 更进一步的，步骤(7)采用薄膜淀积工艺制备结构从上到下依次为Si02、SiN和Si02的叠层作为制作纳流体通道的抗腐蚀绝缘材料层，其中SiN作为步骤(8)化学机械抛光CMP方法的截止层，即步骤(8)用化学机械抛光CMP方法抛光步骤(7)所得单元上表面至抗腐蚀绝缘材料层的SiN截止层。 更进一步的，纳流体通道的宽度为5_200nm，且高度大于所淀积的金属层的厚度并小于侧墙材料层的高度。 更进一步的，电热绝缘材料、基底材料层、侧墙材料层和抗腐蚀材料层为氧化物、氮化物或硫化物，或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物。 更进一步的，电热绝缘材料层为氮化硅或Si02 ;所述基底材料层为Si02、氮化硅或多晶硅；所述侧墙材料层为Si02、氮化硅或多晶硅；所述抗腐蚀金属层为钨、镍、铜、银、金或钼；所述抗腐蚀绝缘材料层为Si02或氮化娃。 更进一步的，衬底为半导体材料衬底或绝缘材料衬底；所述半导体材料衬底选择硅片或SOI片；所述绝缘材料衬底选择S12或玻璃。 更进一步的，基底材料层的厚度优选20-2000nm ;所述侧墙材料层形成的侧墙的宽度优选5-200nm。 更进一步的，步骤(I)中生长电热绝缘材料、淀积基底材料层，步骤(3 )淀积侧墙材料层和步骤(7)淀积抗腐蚀材料层分别采用溅射法、蒸发法、等离子体辅助淀积法、化学气相淀积法、金属有机物热分解法、激光辅助淀积法和热氧化方法中的一种实现；所述步骤 (6)抗腐蚀金属层采用溅射法、蒸发法和化学气相淀积法中的一种制备。 更进一步的，侧墙材料层对步骤(5)中去除基底材料层时使用的腐蚀液具有抗腐蚀性；所述金属层对步骤(9)中去除侧墙材料层时使用的腐蚀液具有抗腐蚀性；所述抗腐蚀材料层对于步骤(9)中去除侧墙材料层时使用的腐蚀液具有抗腐蚀性。 更进一步的，步骤(5)湿法腐蚀方法采用腐蚀液为HF酸、TMAH溶液或热浓磷酸；所述步骤(9)湿法腐蚀方法采用腐蚀液为HF酸、TMAH溶液或热浓磷酸。 有益效果:(1)本专利技术提供的适于生物分子检测的芯片单元的制备的方法，采用薄膜工艺、光刻剥离工艺、光刻干法刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺和侧墙工艺制成，采用的全部都是传统硅平面工艺，与CMOS工艺具有天然的兼容性；(2)本专利技术只需要用光学光刻条件就可以大规模的实现具备纳米尺寸的芯片单元，避免了使用电子束曝光(EBL)，聚焦离子束曝光(FIB)等技术，因而突破了光学分辨率的限制，降低了成本，提高了芯片单元的制备效率。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术提供的适于生物分子检测的芯片单元的制备方法的流程图；图2为步骤(I)、步骤(2)所制作芯片单元的结构示意图。 图3为步骤(3)所制作芯片单元的结构示意图。 图4为步骤(4)所制作芯片单元的结构示意图。 图5为步骤(5)所制作芯片单元的结构示意图。 图6为步骤(6)所制作芯片单元的结构示意图。 图7为步骤(7)所制作芯片单元的结构示意图。 图8为步骤(8)所制作芯片单元的结构示意图。 图9为步骤(9)所制作芯片单元的结构示意图。 图10为步骤(10)所制作芯片单元的结构示意图。 图11为步骤(11)所制作芯片单元的结构示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。 如图1所示，本专利技术提供的，包括如下步骤:(I)如图2所示，在衬底101上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层102，然后在电热绝缘材料层102上沉积一层基底材料层103。 其中，衬底101为半导体材料衬底或绝缘材料衬底，半导体材料衬底可以选择硅片或SOI片，绝缘材料衬底可以选择S12或玻璃；电热绝缘材料102，可以为氧化物、氮化物或硫化物，或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于生物分子检测的芯片单元的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）在衬底（101）上生长一层抗腐蚀的电热绝缘材料层（102），然后在电热绝缘材料层（102）上沉积一层基底材料层（103）；（2）用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层（103）的四边，形成图形作为制备侧墙的基底；（3）在电热绝缘材料层（102）的上表面和基底材料层（103）的外表面淀积一层侧墙材料层（104）；（4）采用干法回刻，去除基底材料层（103）上表面的侧墙材料层（104）和电热绝缘材料层（102）上表面的部分侧墙材料层（104），形成高和宽均为纳米尺寸的侧墙材料层（104）；（5）采用湿法腐蚀的方法去除基底材料层（103），只保留纳米尺寸的侧墙材料层（104）；（6）采用光刻或电子束光刻+薄膜淀积+剥离工艺在侧墙材料层（104）的一条边上搭上一条制作电极的抗腐蚀的金属层（105）；（7）采用薄膜淀积工艺在步骤（6）所得单元上表面制备一层制作纳流体通道的抗腐蚀绝缘材料层（106）；（8）采用化学机械抛光CMP的方法抛光步骤（7）所得单元的上表面，同时切断侧墙材料层（104）两旁的金属层（105）的连接，即所述的抛光过程中，将侧墙材料层（104）顶部的金属层（105）抛断，并保留电热绝缘层（102）上的金属层（105）；（9）采用湿法腐蚀方法去除剩余的侧墙材料层（104）形成纳流体通道（107）；（10）采用晶片键合的方式，在步骤（9）所得单元上表面制备封顶晶片（108），将纳流体通道（107）封顶，然后减薄封顶晶片（108）的厚度至几微米‑几十微米量级；（11）在纳流体通道（107）两端开孔，并从纳流体通道（107）通道两侧的金属层（105）上引出电极即获得适于生物分子检测的芯片单元。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张加勇，刘昭麟，
申请(专利权)人：山东华芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37