一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构的制作方法技术

本发明专利技术提供一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法。包括：首先提供一硅基体作为基板；在基体两侧表面通过LP‑CVD工艺沉积由3层纳米薄膜组成的结构层，从基体向上分别为SiN/SiO2/SiN；接着使用LP‑CVD工艺在所述结构层表面沉积牺牲层；刻蚀基体一侧所述结构层和所述牺牲层形成基体释放窗口；接着使用碱性溶液刻蚀所述硅基体得到由所述结构层和所述牺牲层组成的自支撑纳米薄膜。刻蚀掉所述自支撑纳米薄膜上方的牺牲层，得到悬空所述结构层。接着，使用氦离子束在悬空所述结构层上刻蚀出纳米通孔。最后使用缓冲过的氢氟酸刻蚀所述结构层中的SiO2得到由SiO2空腔分割开的双层SiN纳米孔结构。本发明专利技术工艺简单，与CMOS工艺的兼容使其有较好的扩展性，同时可以重复循环使用，在生化检测领域有着较广的使用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳器件制备与应用
，涉及一种双层纳米孔的生物分子检测器件的制作方法，特别是涉及一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法。
技术介绍
使用纳米孔(nanopore)进行DNA分子碱基序列的识别已经研究20年。当DNA分子在电场力的作用下穿过纳米孔时，改变纳米孔内的离子电流幅值，并借该电流幅值来识别碱基。因为碱基之间的碱基很小，在0.34nm。所以科学家们一直追求更薄的纳米孔，如石墨烯，二硫化钼，氮化硼等超薄材料制作成的纳米孔。但是，都没有考虑到DNA分子在溶液中的热运动的影响。因此，当前的基于固态纳米孔的基因测序，一直没有取得突破性的进展。其中，Ling，X.S(Ling，X.S.“Methodsofsequencingnucleisacidsusingnanoporesandactivekineticproofreading”，WO/2013/119784，InternationalapplicationNo：PCT/US2013/025106(2013))，提出的利用纳米孔作为动力学校对的机理来测量断链杂交探针，给基于固态纳米孔的DNA碱基序列的检测带来了新的希望。然而，这种实现动力学校对的芯片的结构以及如何制造出来都没有得到很好的解决。本专利技术将正对设计出一种用于DNA序列检测的双层纳米孔芯片结构以及如何制造的。这种工艺简单、制造成本低的DNA碱基序列检测的固态纳米孔芯片制造方法，必将具有重要的意义。
技术实现思路
技术问题：鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构的制作方法，用于解决现有技术不可行的弊端，同时实现现有技术与CMOS技术相兼容，能有效降低制造工艺复杂程度问题。技术方案：为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法，所述制作方法至少包括步骤：1)提供一硅基体作为基板；2)在基体两侧表面通过低压化学气相沉积法(LowPressureChemicalVaporDeposition，LP-CVD)工艺沉积3层纳米薄膜组成的结构层，从基体向上分别为SiN/SiO2/SiN；3)使用LP-CVD工艺在所述结构层表面沉积牺牲层；4)利用反应离子刻蚀(Reactionionetching，RIE)刻蚀所述基体一侧所述结构层和所述牺牲层形成基体释放窗口；5)接着使用碱性溶液刻蚀所述硅基体得到由所述结构层和所述牺牲层组成的自支撑纳米薄膜；6)再次使用刻蚀的办法，刻蚀掉所述自支撑纳米薄膜上方的牺牲层，得到悬空所述结构层；7)接着，使用氦离子束在所述结构层(即SiN/SiO2/SiN结构)上刻蚀出纳米通孔；8)最后使用缓冲过的氢氟酸(BufferedOxideEtch，BOE)刻蚀所述结构层中的SiO2得到由SiO2空腔分割开的双层SiN纳米孔结构。可选地，所述步骤2)中采用LP-CVD工艺沉积3层纳米薄膜组成的结构层。从基体向上分别为SiN/SiO2/SiN，对应的每层厚度区间分别为2～10nm，5～30nm和5～30nm。可选地，所述步骤3)中采用LP-CVD工艺在所述结构层表面沉积牺牲层。所述牺牲层是双纳米薄膜，从基体向上分别为由SiO2/SiN，或者是多晶硅/SiN，对应的每层厚度区间分别为100～600nm，100～200nm。可选地，所述步骤4)中利用RIE刻蚀所述基体一侧所述结构层和所述牺牲层形成基体释放窗口，窗口尺寸范围为550um×550um～750um×750um。可选地，所述步骤5)中利用碱性溶液刻蚀所述硅基体得到由所述结构层和所述牺牲层组成的自支撑纳米薄膜，所使用的碱性溶液为KOH或者是TMAH。可选地，所述步骤6)中刻蚀掉所述自支撑纳米薄膜上方的所述牺牲层，得到悬空所述结构层，悬空所述结构层的直径在2um～5um内。可选地，所述步骤7)中使用氦离子束在悬空所述结构层上刻蚀出纳米通孔。氦离子束刻蚀得到的纳米孔尺寸在2nm～300nm内。可选地：所述步骤8)中使用缓冲过的氢氟酸(BufferedOxideEtch，BOE)刻蚀所述结构层中的SiO2得到由SiO2空腔分割开的双层SiN纳米孔结构。氢氟酸缓冲液刻蚀纳米孔中SiO2的时间在5s～20s。如上所述，本专利技术提供一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法。包括：首先提供一硅基体作为基板；在基体两侧表面通过LP-CVD工艺沉积由3层纳米薄膜组成的结构层，从基体向上分别为SiN/SiO2/SiN；接着使用LP-CVD工艺在所述结构层表面沉积牺牲层；刻蚀基体一侧所述结构层和所述牺牲层形成基体释放窗口；接着使用碱性溶液刻蚀所述硅基体得到由所述结构层和所述牺牲层组成的自支撑纳米薄膜。刻蚀掉所述自支撑纳米薄膜上方的牺牲层，得到悬空所述结构层。接着，使用氦离子束在悬空所述结构层上刻蚀出纳米通孔。最后使用缓冲过的氢氟酸刻蚀所述结构层中的SiO2得到由SiO2空腔分割开的双层SiN纳米孔结构。本专利技术具有以下有益效果：1、与CMOS技术兼容，降低制造成本。2、够实现双层纳米孔的制造。3、可以实现DNA分子的动力学校对实验。附图说明图1显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法的工艺流程图。图2显示为本专利技术所需的硅基体示意图。图3～图5显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法步骤2)中呈现的结构示意图。图6～图7显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法步骤3)中呈现的结构示意图图8显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法步骤4)呈现的结构示意图。图9显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法步骤5)呈现的结构示意图。图10显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法步骤6)呈现的结构示意图。图11显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法步骤7)呈现的结构示意图。图12显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法步骤8)呈现的结构示意图。图13显示为本专利技术DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构及其制作方法步骤8)呈现的结构示意图中双纳米孔局部放大示意图。图14显示为本专利技术双层纳米孔高分辨透射电子显微镜(HRTEM)实物图。...

【技术保护点】
一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：1.)提供一硅基体作为基板；2.)在基板两侧表面通过低压化学气相沉积法LP‑CVD工艺沉积3层纳米薄膜组成的结构层，该结构层从基板向上的层结构顺序为SiN/SiO2/SiN；3.)使用LP‑CVD工艺在所述结构层表面沉积牺牲层；4.)利用反应离子刻蚀RIE，刻蚀所述硅基体一侧所述结构层和所述牺牲层形成硅基体释放窗口；5.)使用碱性溶液刻蚀所述硅基体得到由所述结构层和所述牺牲层组成的自支撑纳米薄膜；6.)再次使用刻蚀的办法，刻蚀掉所述自支撑纳米薄膜上方的牺牲层，得到悬空的所述结构层；7.)使用氦离子束在所述结构层上刻蚀出纳米通孔；8.)最后使用缓冲过的氢氟酸BOE刻蚀所述结构层中的SiO2，得到由SiO2空腔分割开的双层SiN纳米孔结构。

【技术特征摘要】
1.一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构的制作方法，其特征在于，所述制作方
法包括以下步骤：
1.)提供一硅基体作为基板；
2.)在基板两侧表面通过低压化学气相沉积法LP-CVD工艺沉积3层纳米薄膜组成的结
构层，该结构层从基板向上的层结构顺序为SiN/SiO2/SiN；
3.)使用LP-CVD工艺在所述结构层表面沉积牺牲层；
4.)利用反应离子刻蚀RIE，刻蚀所述硅基体一侧所述结构层和所述牺牲层形成硅基体
释放窗口；
5.)使用碱性溶液刻蚀所述硅基体得到由所述结构层和所述牺牲层组成的自支撑纳米
薄膜；
6.)再次使用刻蚀的办法，刻蚀掉所述自支撑纳米薄膜上方的牺牲层，得到悬空的所述
结构层；
7.)使用氦离子束在所述结构层上刻蚀出纳米通孔；
8.)最后使用缓冲过的氢氟酸BOE刻蚀所述结构层中的SiO2，得到由SiO2空腔分割开的
双层SiN纳米孔结构。
2.根据权利要求1所述的DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构的制作方法，其特征
在于：所述3层纳米薄膜组成的结构层SiN/SiO2/SiN，各层厚度顺序为2～10nm，5～30nm和5
～30nm。
3.根据权利要求1所述的DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构的制作方法，其特征
在于：所述步骤3)中采用LP-CVD工艺在所述结构层表面沉积牺牲层，该牺牲层是双纳米薄
膜，从硅基体向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌新生，袁志山，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32