用于生物检测的纳米通道方法和结构技术

本发明专利技术涉及用于生物检测的纳米通道方法和结构。纳米通道传感器和用于构造纳米通道传感器的方法。示例性方法包括在绝缘层上形成牺牲线、形成电介质层、蚀刻出电极沟槽对、形成电极对以及去除所述牺牲线以形成纳米通道。所述电介质层可以形成在绝缘层上以及所述牺牲线周围。可以在所述牺牲线的相反侧上在所述电介质层中蚀刻出所述电极沟槽对。可以通过用电极材料填充所述电极沟槽，形成所述电极对。可以通过在所述至少一对电极之间形成纳米通道，去除所述牺牲线。

【技术实现步骤摘要】
用于生物检测的纳米通道方法和结构
本专利技术涉及分子传感器，更具体地，涉及纳米通道传感器以及用于构造纳米通道传感器的方法。
技术介绍
生物传感器可以通过将纳米通道集成到互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片中来构造。这些纳米通道可能呈现数个微米的直径，供细胞和细菌感测。它们的直径也可以从数十纳米变化到一纳米的一部分，来进行病毒和生物大分子感测。电极对可以是线(line)生物传感器纳米通道，并且可用于在纳米通道中检测诸如细胞、细胞片段、细菌、病毒和生物大分子的目标。所述电极检测在纳米通道内流动的溶液中的目标。电极对也可以用于在纳米通道中和纳米通道周围产生电场。所述电场可以用于操纵在纳米通道内的溶液中的带电目标，例如，使分子与纳米通道的长度对准、将分子保持在适当位置、或者使分子沿着纳米通道移动。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个示例性方面是一种纳米通道传感器，其包括衬底、电介质层、纳米通道、馈送通道(feedchannel)和电极对。所述电介质层可以形成在所述衬底之上。所述纳米通道和所述馈送通道可以形成在所述电介质层中。所述馈送通道可以包括底部和顶部。所述馈送通道的所述顶部可以具有与所述馈送通道的所述底部相比较大的横截面宽度。所述电极对可以位于所述纳米通道的相反侧上。本专利技术的另一个示例性方面是一种纳米通道传感器，其包括衬底、电介质层、纳米通道、馈送通道、电极对和第二电介质层。所述第一电介质层可以形成在所述衬底之上。所述纳米通道和所述馈送通道可以形成在所述电介质层中。所述电极对可以位于所述纳米通道的相反侧上。所述盖层可以覆盖所述馈送通道。所述盖层也可以界定穿过所述第二电介质层通向所述馈送通道的多个开口。本专利技术的又一示例性方面是一种将电极与纳米通道传感器对准的方法，该方法包括在绝缘层上形成牺牲线、形成电介质层、蚀刻电极沟槽对、形成电极对以及去除所述牺牲线以形成纳米通道。所述第一电介质层可以形成在所述衬底上以及所述牺牲线周围。可以在所述牺牲线的相反侧上在所述第一电介质层中蚀刻出所述电极沟槽对。可以通过用电极材料填充所述电极沟槽，形成所述电极对。可以通过在所述至少一对电极之间形成纳米通道，去除所述牺牲线。附图说明在说明书的结尾处的权利要求书中特别指出并且清楚地要求保护被认为是本专利技术的主题。从以下结合附图进行的详细描述，本专利技术的前述及其它目的、特征和优点是显而易见的，在附图中：图1A、1B和1C示出了根据本专利技术一个实施例的纳米通道传感器。图2A和2B示出的连续流程图示例出了根据本专利技术另一个实施例的将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法。图3A和3B示出的连续流程图示例出了根据本专利技术又一个实施例的将电极与纳米通道传感器对准的第二示例性方法。图4A和4B分别示出了根据用于将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法的牺牲线沉积步骤的横截面视图和俯视图。图5A和5B分别示出了根据用于将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法的电介质层形成和平面化步骤的横截面视图和俯视图。图6A和6B分别示出了根据用于将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法的电极沟槽蚀刻步骤的横截面视图和俯视图。图7A和7B分别示出了根据用于将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法的电极形成步骤的横截面视图和俯视图。图8A和8B分别示出了根据用于将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法的、第二电介质层形成步骤和在第二电介质层中形成开口的横截面视图和俯视图。图9A和9B分别示出了根据用于将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法的牺牲线去除步骤的横截面视图和俯视图。图10A和10B分别示出了根据用于将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法的夹断(pinch-off)步骤的横截面视图和俯视图。图11A和11B分别示出了根据用于将电极与纳米通道传感器对准的第一示例性方法的入口、出口和电极暴露步骤的横截面视图和俯视图。图12示出的流程图示例出了根据本专利技术的又一个实施例用于构造纳米通道传感器的第三示例性方法。图13A-13C示出了根据第三示例性方法构造的纳米通道传感器，其包括流体端口(port)区、馈送通道区和纳米通道区。图14A、14B和14C分别示出了根据用于构造纳米通道传感器的第三示例性方法的厚牺牲线沉积步骤的端口区、纳米通道区和馈送通道区的横截面视图。图15A、15B和15C分别示出了根据用于构造纳米通道传感器的第三示例性方法的第一电介质层形成和平面化步骤的端口区、纳米通道区和馈送通道区的横截面视图。图16A、16B和16C分别示出了根据用于构造纳米通道传感器的第三示例性方法的薄牺牲线沉积步骤的端口区、纳米通道区和馈送通道区的横截面视图。图17A、17B和17C分别示出了根据用于构造纳米通道传感器的第三示例性方法的第二电介质层形成步骤的端口区、纳米通道区和馈送通道区的横截面视图。图18A、18B和18C分别示出了根据用于构造纳米通道传感器的第三示例性方法的牺牲线去除步骤的端口区、纳米通道区和馈送通道区的横截面视图。图19A、19B和19C分别示出了根据用于构造纳米通道传感器的第三示例性方法的夹断步骤的端口区、纳米通道区和馈送通道区的横截面视图。图20示出了与CMOS芯片上的后端线程(BEOL)布线层集成的纳米通道传感器的横截面视图。具体实施方式参考本专利技术的实施例描述本专利技术。贯穿本专利技术的说明书，参考图1A-19C。当提及图时，贯穿图中示出的相似的结构和元件用相似的附图标记指示。图1A、1B和1C示出了根据本专利技术的一个实施例的纳米通道传感器，该纳米通道传感器包括纳米通道传感器区100、馈送通道区101和端口区109。所述纳米通道传感器区100包括衬底102、电介质层103、纳米通道106和电极对112。所述纳米通道传感器区100也可以包括盖层114。馈送通道区101包括形成在电介质层103内的馈送通道107。端口区109包括形成在电介质层103、114和118内的流体入口/出口端口121。电介质层103可以形成在所述衬底102之上。电介质层103可以是绝缘膜。例如，电介质层103可以包含二氧化硅。衬底102也可以包含位于电介质层103和馈送通道107下方的电介质层。纳米通道106可以形成在电介质层103中。馈送通道107也可以形成在电介质层103中。馈送通道107可以包括底部110和顶部108，其中顶部108与底部110相比具有较大的横截面宽度。馈送通道107的顶部108以及纳米通道106也可以具有与馈送通道107的底部110相比较小的横截面高度。顶部108也可以延伸超出底部110的边缘。纳米通道106可以具有与馈送通道107的顶部108相同的高度，并且由与馈送通道107的顶部108相同的牺牲层形成。根据本专利技术的一个实施例，电介质层103可以包括底部电介质层104和顶部电介质层105。纳米通道106可以形成在顶部电介质层105中。馈送通道107的顶部108可以形成在顶部电介质层105中，并且馈送通道107的底部110可以形成在底部电介质层104中。电极对112可以位于纳米通道106的相反侧上。电极112可以包含薄的钯(Pd)层、氮化钛(TiN)扩散阻挡层、之后是铜层。电极112可以形成在顶部电介质层105中。根据本专利技术的一个实施例，所述纳米通道传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米通道传感器，包括：衬底；在所述衬底之上的电介质层；在所述电介质层中的纳米通道；在所述电介质层中的馈送通道，所述馈送通道包括底部和顶部，其中所述顶部具有与所述底部相比较大的横截面宽度；以及位于所述纳米通道的相反侧上的电极对。

【技术特征摘要】
2013.06.18 US 13/920,2261.一种纳米通道传感器，包括：衬底；在所述衬底之上的电介质层；在所述电介质层中的纳米通道；在所述电介质层中的馈送通道，所述馈送通道包括底部和顶部，其中所述顶部具有与所述底部相比较大的横截面宽度；以及位于所述纳米通道的相反侧上的电极对。2.根据权利要求1所述的纳米通道传感器，其中，所述电介质层包含二氧化硅。3.根据权利要求1所述的纳米通道传感器，还包括：在所述电介质层之上的盖层，并且其中所述盖层界定通向所述纳米通道和所述馈送通道中的至少一者中的一个的多个开口。4.根据权利要求3所述的纳米通道传感器，还包括：所述纳米通道与所述电极之间的保形层，其中所述保形层具有高介电常数。5.根据权利要求4所述的纳米通道传感器，其中，所述纳米通道传感器与互补金属氧化物导体(CMOS)芯片集成。6.根据权利要求5所述的纳米通道传感器，其中，所述保形层包含铝氧化物和铪氧化物中的至少一种。7.一种纳米通道传感器，包括：衬底；在所述衬底之上的电介质层；在所述电介质层中的馈送通道；在所述电介质层中的纳米通道；在所述电介质层、所述馈送通道和所述纳米通道之上的盖层，所述盖层界定通向所述纳米通道和所述馈送通道中的至少一者中的一个的多个开口。8.根据权利要求7所述的纳米通道传感器，其中，所述馈送通道包括底部和顶部，并且所述顶部具有与所述底部相比较大的横截面宽度。9.根据权利要求8所述的纳米通道传感器，其中，所述馈送通道的所述顶部具有与所述馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：白净卫，E·G·科尔根，C·V·亚恩斯，S·波隆斯基，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US