形成用于生物应用的自支撑膜的方法技术

公开了使用定向自组装制造受良好地控制的纳米孔的方法和使用选择性蚀刻制造自支撑膜的方法。一方面，通过与嵌段共聚物的定向自组装以缩小特征的临界尺寸来形成一个或多个纳米孔，所述特征然后被转移到薄膜上。另一方面，一种方法包括：提供基板，所述基板在其高度可蚀刻层上方具有薄膜；形成穿过在所述高度可蚀刻层上方的所述薄膜的一个或多个纳米孔，例如通过孔径减小工艺；以及然后选择性地去除所述高度可蚀刻层的在所述一个或多个纳米孔下方的部分以形成薄自支撑膜。

Method of forming self supporting membrane for biological application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成用于生物应用的自支撑膜的方法背景
本文所公开的方面涉及使用定向自组装制造受良好地控制的纳米孔的方法和使用选择性蚀刻制造自支撑膜(free-standingmembrane)的方法。相关技术描述纳米孔被广泛地用于诸如脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)测序的应用。在一个示例中，使用电检测方法执行纳米孔测序，该方法一般包括将未知样品传输通过浸入在导电流体中的纳米孔，并且在纳米孔上施加电位。测量因离子传导通过纳米孔而产生的电流。跨越纳米孔表面的电流密度的幅值取决于纳米孔尺寸和样品的组成，诸如当时占据纳米孔的DNA或RNA。不同核苷酸会导致跨越纳米孔表面的电流密度的特性变化。测量这些电流变化并将其用于对DNA或RNA样品进行测序。已经使用各种方法进行生物测序。通过合成的测序、或第二代测序用于鉴定哪些碱基已连结到DNA单链。一般包括使整个DNA链穿过单个孔的第三代测序用于直接地读取DNA。一些测序方法要求将DNA或RNA样品切碎并然后重组。另外，一些测序方法使用生物膜和生物孔，这些生物膜和生物孔具有保质期并且在使用之前必须冷藏。最近，已经使用作为形成在自支撑膜(诸如氮化硅或氧化硅)上的纳米级孔的固态纳米孔进行测序。然而，当前固态纳米孔制造方法，诸如使用隧穿电子显微镜、聚焦的离子束、或电子束，不能容易地且廉价地实现制造纳米孔阵列必需的大小和位置控制要求。另外，当前纳米孔制造方法是耗时的。此外，当前自支撑膜制造方法是手动的、耗时的且昂贵的，并且不能有效地用于重复地形成具有对于DNA或RNA测序而言的最佳薄度的自支撑膜。因此，本领域中需要的是制造用于生物应用的受良好地控制的纳米孔和自支撑膜的改进的方法。
技术实现思路
公开了使用定向自组装制造受良好地控制的纳米孔的方法和使用选择性蚀刻制造自支撑膜的方法。一方面，通过与嵌段共聚物的定向自组装以缩小特征的临界尺寸来形成一个或多个纳米孔，所述特征然后被转移到薄膜上。另一方面，一种方法包括：提供基板，所述基板在其高度可蚀刻层上方具有薄膜；形成穿过在所述高度可蚀刻层上方的所述薄膜的一个或多个纳米孔，例如通过孔径减小工艺；以及然后选择性地去除所述高度可蚀刻层的在所述一个或多个纳米孔下方的部分以形成薄自支撑膜。一方面，提供了一种用于形成基板的方法。所述方法包括：提供基板，所述基板在其高度可蚀刻层上方具有薄膜；形成穿过在所述高度可蚀刻层上方的所述薄膜的一个或多个纳米孔；以及选择性地去除所述高度可蚀刻层的在所述一个或多个纳米孔下方的部分以形成薄自支撑膜。另一方面，提供了一种用于形成基板的方法。所述方法包括：提供基板，所述基板在其高度可蚀刻层上方具有薄膜；形成穿过在所述高度可蚀刻层上方的所述薄膜的一个或多个纳米孔，形成所述一个或多个纳米孔包括：在所述薄膜中形成至少一个第一特征；将嵌段共聚物沉积在所述第一特征中，所述嵌段共聚物至少包括第一域和第二域；以及蚀刻所述第二域；以及选择性地去除所述高度可蚀刻层的在所述一个或多个纳米孔下方的部分以形成薄自支撑膜。另一方面，公开了一种基板。所述基板包括：第一硅层；介电层，所述介电层设置在所述第一硅层上方；第二硅层，所述第二硅层设置在所述介电层的一部分上方；自支撑膜，所述自支撑膜设置在所述第二硅层上方，所述自支撑膜具有至少一个纳米孔和从中穿过而形成的至少一个开口；第一孔眼(well)，所述第一孔眼设置在所述至少一个纳米孔下方；以及第二孔眼，所述第二孔眼设置在所述至少一个纳米孔上方。附图说明为了能够详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可以参考各方面来提供以上简要地概述的本公开内容的更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了示例性方面，并且因此不应视为对其范围的限制，并且可以允许其他等效方面。图1是用于形成具有用于生物应用的自支撑膜的基板的方法的工艺流程。图2A至图2K描绘了根据本文所公开的工艺流程的具有自支撑膜的基板的剖视图，所述自支撑膜具有从中穿过而形成的一个或多个纳米孔。为了便于理解，已经尽可能地使用相同的附图标记标示各图共有的相同元件。设想的是，一个方面的要素和特征可以有益地并入其他方面，而无需进一步叙述。具体实施方式公开了使用定向自组装制造受良好地控制的纳米孔的方法和使用选择性蚀刻制造自支撑膜的方法。一方面，通过与嵌段共聚物的定向自组装以缩小特征的临界尺寸来形成一个或多个纳米孔，所述特征然后被转移到薄膜上。另一方面，一种方法包括：提供基板，所述基板在其高度可蚀刻层上方具有薄膜；形成穿过在所述高度可蚀刻层上方的所述薄膜的一个或多个纳米孔，例如通过孔径减小工艺；以及然后选择性地去除所述高度可蚀刻层的在所述一个或多个纳米孔下方的部分以形成薄自支撑膜。作为示例，本文所描述的方法涉及在半导体基板上形成纳米孔。还设想了所描述的方法可用于在各种材料上形成其他孔状结构，所述各种材料包括固态和生物材料。作为示例，本文所描述的方法涉及形成一个或多个沟槽或管；然而，还设想了其他蚀刻特征和它们的任何组合。出于说明目的，描述了具有氧化硅层的绝缘体上硅(silicononinsulator，SOI)基板；然而，还设想了任何合适的基板材料和介电材料。另外，本文所描述的方法涉及基板的顶侧和背侧。顶侧和背侧一般是指基板的相对侧并且不一定是指向上或向下取向。图1是用于形成具有用于生物应用的自支撑膜的基板的方法100的工艺流程。在方法100之前，处理基板。将薄膜沉积在基板的硅层上方。方法100在操作110处通过提供基板开始，所述基板在硅层上方具有薄膜。在操作120处，穿过在硅层上方的薄膜形成一个或多个纳米孔。在操作130处，选择性地蚀刻硅层的在一个或多个纳米孔下方的部分以形成薄自支撑膜。基板一般是任何合适的基板，诸如掺杂或未掺杂硅(Si)基板。沉积在基板的顶侧上方的薄膜一般是任何合适的薄膜。薄膜一般通过任何合适的沉积工艺来沉积，包括但不限于原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和电子束沉积(EBD)，并且薄膜具有任何合适的厚度，例如小于约10纳米(nm)、小于约5nm、小于约2nm或小于约1nm。一个或多个纳米孔一般通过任何合适的技术来形成。在之后的图2A至图2K的描述中，作为示例，使用嵌段共聚物的定向自组装形成一个或多个纳米孔。还设想了一个或多个纳米孔通过其他合适的方法形成，包括但不限于接缝利用(seamexploitation)、或循环ALD和RIE蚀刻，以及介电击穿。图2A至图2K描绘了根据本文所公开的工艺流程(诸如在方法100的各个阶段)的具有自支撑膜的基板200的剖视图，所述自支撑膜具有从中穿过的一个或多个纳米孔。如图2A所示，在第一Si层202上方生长、形成或以其他方式沉积介电层，诸如氧化物层204。然后，将第二Si层206沉积在氧化物层204上方以形成绝缘体上硅(SOI)基板，如图2B所示。第二Si层206的厚度一般是任何合适的厚度，例如，在约0.5nm与约本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成基板的方法，包括：/n提供基板，所述基板在其高度可蚀刻层上方具有薄膜；/n形成穿过在所述高度可蚀刻层上方的所述薄膜的一个或多个纳米孔；和/n选择性地去除所述高度可蚀刻层的在所述一个或多个纳米孔下方的部分以形成自支撑膜。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170922 US 62/561,976;20180905 US 16/122,1711.一种用于形成基板的方法，包括：
提供基板，所述基板在其高度可蚀刻层上方具有薄膜；
形成穿过在所述高度可蚀刻层上方的所述薄膜的一个或多个纳米孔；和
选择性地去除所述高度可蚀刻层的在所述一个或多个纳米孔下方的部分以形成自支撑膜。


2.如权利要求1所述的方法，其中选择性地去除所述高度可蚀刻层的所述部分包括：
将所述基板定位在蚀刻腔室中；
将被选择用于去除所述高度可蚀刻层的蚀刻剂引入到所述蚀刻腔室；和
将所述基板暴露于所述蚀刻剂以选择性地去除所述高度可蚀刻层的所述部分。


3.如权利要求1所述的方法，其中所述自支撑膜是介电膜，并且其中所述高度可蚀刻层包括硅。


4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
将生物样品沉积在所述自支撑膜的至少一个侧面上；和
通过引导所述生物样品通过所述自支撑膜中的所述一个或多个纳米孔来分析所述生物样品。


5.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个纳米孔的每一个的直径小于或等于约100纳米，并且其中所述自支撑膜的厚度小于或等于约50纳米。


6.一种用于形成基板的方法，包括：
提供基板，所述基板在其高度可蚀刻层上方具有薄膜；
使用孔径减小工艺形成穿过在所述高度可蚀刻层上方的所述薄膜的一个或多个纳米孔；和
选择性地去除所述高度可蚀刻层的在所述一个或多个纳米孔下方的部分以形成薄自支撑膜。


7.如权利要求6所述的方法，其中选择性地去除所述高度可蚀刻层的所述部分包括：
将所述基板暴露于被选择用于选择性地去除所述高度可蚀刻层的所述部分的蚀刻剂。


8.如权利要求6所述的方法，进一步包括：
将生物样品沉积在所述自支撑膜的至少一个侧面上；和
通过引...

【专利技术属性】
技术研发人员：安基特·沃拉，大野健一，菲利普·艾伦·克劳斯，若勒·希沙比，约瑟夫·R·约翰逊，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US