具有用于分子识别的纳米孔的隧道结的制造制造技术

本技术的实施例可允许改进的和更可靠的隧道结以及制造隧道结的方法。电气短路问题可通过沉积不具有尖锐侧壁和拐角而是相反地具有倾斜或弯曲侧壁的电极来减少。沉积在电极层顶部上的层可然后能够充分覆盖下面的电极层，并且从而减少或防止短路。另外，两个绝缘材料可用作介电层，可减少不完全的覆盖的可能性和剥落的可能性。此外，电极可从接触区域到结区域逐渐减小，以提供薄的电极，在该薄的电极处，孔被图案化，而较厚的接触区域减少薄层电阻。电极还可被图案化为在接触区域处较宽并且在结区域处较窄。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于分子识别的纳米孔的隧道结的制造相关申请的交叉引用本申请要求2018年4月9日提交的美国临时申请号62/654,894的优先权，出于任何和所有目的，其内容通过引用全部并入本文。
本申请涉及使用隧道结来对分子进行分析的系统、制造这种系统的方法以及使用这种系统的方法。这种对分子的分析可以包括对生物聚合物（诸如核酸）进行测序。
技术介绍
纳米孔具有检测单个分子的能力，这是化学和生物检测领域中很有前途的技术。例如，纳米孔可用于核酸测序。固态纳米孔是用于快速进行生物感测的分子感测技术的一种类型。在一些情况下，固态纳米孔在两个电极之间的离子液体中形成通道。这两个电极可不是纳米孔自身的一部分，但是可定位在离子液体中。当分子穿过纳米孔通道时，通过通道的电流和其他电特性发生变化。这些电特性可以提供关于分子的信息，但是制造问题可能使鉴定核酸分子中的单独的核苷酸变得困难。纳米孔装置使用隧道效应识别。隧道效应识别基于将核酸的核苷酸放置在电极之间，电极可能在纳米孔装置自身中。核苷酸的轨道将允许电子从一个电极转移到另一个电极，从而产生隧道电流。固态纳米孔的尺寸和其他特性可能难以适应大规模生产工艺。为了用离子电流对核酸分子进行测序，纳米孔尺寸可能需要在纳米量级，例如小于2nm。产生这样大小的通道可能需要精确且昂贵的技术。然而，减小纳米孔的尺寸可能导致纳米孔用作感测装置所需的不完全或不良润湿。仍然需要用于化学和生物检测的含纳米孔装置的设计和可制造性方面以及涉及该装置的工艺的改进。设计和可制造性改进不应以牺牲准确和精确的分析为代价。这些和其他问题通过本文档中描述的技术来解决。
技术实现思路
对于隧道结，两个金属电极之间的薄电介质是期望的。隧道结可包括穿过电极和电介质的孔。制造具有纳米量级的尺寸的这些隧道结是困难的。为了对准的目的，电极可以彼此垂直地图案化。然而，电极的垂直对准可导致由电极的尖锐侧壁和覆盖尖锐侧壁的薄电介质造成的短路。另外，薄电介质自身可能是短路的不良屏障。来自电极的金属可嵌入在电介质中。金属和介电材料可能剥落，从而产生空隙和短路的可能性。此外，电极厚度也可能带来挑战。因为孔可在电极中被图案化，所以薄电极可使图案化更容易。然而，薄电极也导致薄层电阻增加。本技术的实施例可允许改进的且更可靠的隧道结以及制造隧道结的方法。通过沉积不具有尖锐侧壁和拐角而是相反地具有倾斜或弯曲侧壁的电极，可以减少电短路问题。沉积在电极层顶部上的层可然后能够充分覆盖下面的电极层，并因此减少或防止短路。另外，两种绝缘材料可用作介电层，从而降低不完全覆盖的可能性和剥落的可能性。此外，电极可从接触区域到结区域逐渐减小，以在孔将要被图案化的地方提供薄电极，而较厚的接触区域减小了薄层电阻。电极也可以被图案化为在接触区域处较宽，并且在结区域处较窄。参考以下详细描述和随附附图，可获得对本专利技术实施例的本质和优点更好地理解。附图说明图1A示出了根据本专利技术实施例的金属-绝缘体-金属结。图1B和1C示出了根据本专利技术实施例的固态纳米孔装置的视图。图1D图示了根据本专利技术实施例的固态纳米孔装置的区域。图2示出了根据本专利技术实施例的系统200的示意图，该系统200具有不带有竖直侧壁的电极的装置201。图3A示出了根据本专利技术实施例的用于沉积绝缘体层的工艺流程。图3B、3C和3D示出了根据本专利技术实施例的在用于形成纳米孔的工艺期间的横截面。图4A和4B示出了根据本专利技术实施例的结区和接触区的视图。图5示出了根据本专利技术实施例沉积具有非竖直侧壁的电极的工艺流程。图6A示出了根据本专利技术实施例使用不同大小的抗蚀剂开口来沉积金属层。图6B示出了根据本专利技术实施例的抗蚀剂开口的俯视图。图7A示出了根据本专利技术实施例的制造用于对分子进行分析的系统的方法。图7B和7C示出了根据本专利技术实施例的抗蚀剂层中的沟槽的横截面。图8示出了根据本专利技术实施例的对分子进行分析的方法。图9A示出了根据本专利技术实施例的被测试装置的配置。图9B示出了根据本专利技术实施例的针对不同直径的电流-电压曲线。图9C示出了根据本专利技术实施例的针对不同直径的恒定电压下的电流。图10A示出了根据本专利技术实施例的被测试装置的配置。图10B示出了根据本专利技术实施例的针对绝缘体的不同厚度的电流-电压特性。图11示出了根据本专利技术实施例的隧道结装置的SEM图像。图12示出了根据本专利技术实施例的计算机系统。图13示出了根据本专利技术实施例的分析系统。图14示出了根据本专利技术实施例的计算机系统。具体实施方式术语术语“接触”可以指使一个物体靠近另一个物体，使得电子可以从一个物体隧穿通过另一个物体。在亚原子水平下，两个物体可能永远不会彼此物理接触，因为来自物体中电子云的排斥力可阻止物体更紧密地靠近。“核酸”可以指呈单链抑或双链形式的脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸及其聚合物。该术语可涵盖包含合成的、天然存在的和非天然存在的已知核苷酸类似物或修饰的主链残基或连接的核酸，它们具有与参考核酸类似的结合性质，并且以与参考核苷酸类似的方式代谢。这种类似物的示例包括但不限于硫代磷酸酯、亚磷酰胺、甲基膦酸酯、手性甲基膦酸酯、2-氧甲基核糖核苷酸、肽核酸（PNA）。除非另有指示，否则特定的核酸序列也隐含地涵盖其保守修饰的变体（例如简并密码子替换）和互补序列，以及明确指示的序列。具体地，简并密码子替换可以通过生成序列来实现，其中一个或多个所选择的（或所有的）密码子的第三位置被混合碱基和/或脱氧肌苷残基取代（Batzer等人，NucleicAcidRes.19：5081(1991);Ohtsukaetal.，J.Biol.Chem.260：2605-2608(1985);Rossolinietal.，Mol.Cell.Probes8：91-98(1994)）。术语核酸可与基因、cDNA、mRNA、寡核苷酸和多核苷酸互换使用。术语“核苷酸”除了指天然存在的核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸单体，也可以理解为指其相关的结构变体，包括衍生物和类似物，它们相对于其中使用核苷酸的特定环境（例如，与互补碱基的杂交）在功能上等同，除非上下文中明确指示不同。术语“振荡”可以指物体由于布朗运动或其他力而在流体中的运动。物体可在没有人或机器主动干预的情况下振荡。在一些情况下，物体可由于所施加的电场或压力驱动的流动而振荡。用于半导体加工层和步骤的方向术语（诸如“上方”或“在……的顶部上”）可使用参考坐标系，其中这些术语表示更远离由基底表面限定的平面的位置。“底部”可以是基底的下侧或者朝向基底的下侧。本领域技术人员将理解，即使基底被倒置地加工，层的“底部”仍然可指最靠近基底下侧或非加工侧的层的一侧。术语“电气特性”可以理解为指与电路相关的任何性质。电特性可指电压、电流、电阻、阻抗、电感或电容及其时间变化（例如，电流频率）。详细描述目前市场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造用于对分子进行分析的系统的方法，所述方法包括：/n在基底的表面上沉积第一导电材料以形成具有非竖直侧壁的第一电极，所述第一电极具有第一纵向轴线，其中，第一平面包括第一纵向轴线并且正交于所述基底的表面；/n在所述第一电极上形成绝缘层；/n在所述绝缘层上沉积第二导电材料以形成具有非竖直侧壁的第二电极，所述第二电极具有第二纵向轴线，其中，第二平面包括所述第二纵向轴线并且正交于所述基底的表面，并且其中，所述第一平面和所述第二平面以非零度角度相交；以及/n在所述基底、所述第一电极、所述绝缘层和所述第二电极中限定孔口。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180409 US 62/6548941.一种制造用于对分子进行分析的系统的方法，所述方法包括：
在基底的表面上沉积第一导电材料以形成具有非竖直侧壁的第一电极，所述第一电极具有第一纵向轴线，其中，第一平面包括第一纵向轴线并且正交于所述基底的表面；
在所述第一电极上形成绝缘层；
在所述绝缘层上沉积第二导电材料以形成具有非竖直侧壁的第二电极，所述第二电极具有第二纵向轴线，其中，第二平面包括所述第二纵向轴线并且正交于所述基底的表面，并且其中，所述第一平面和所述第二平面以非零度角度相交；以及
在所述基底、所述第一电极、所述绝缘层和所述第二电极中限定孔口。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述绝缘层包括：
在所述第一电极上沉积第一绝缘材料至第一厚度，
在所述第一绝缘材料中限定第一过孔以暴露所述第一电极的顶表面的一部分，
在所述第一绝缘材料上沉积第二绝缘材料至第二厚度，所述第二厚度小于所述第一厚度，
在所述第一电极的所述顶表面的所述部分上沉积所述第二绝缘材料以限定第二过孔，
其中：
限定所述孔口包括去除限定所述第二过孔的底表面的一部分的材料，以及
所述孔口被限定在所述第二绝缘材料中且不在所述第一绝缘材料中。


3.根据权利要求2所述的方法，其中：
通过偏置的靶沉积来沉积所述第一导电材料，并且
限定所述第一过孔包括使用电子束光刻以及湿法蚀刻所述第一绝缘材料来进行图案化。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述非零度角度为从85度至95度。


5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在沉积所述第一导电材料之前形成第一抗蚀剂层，
在所述第一抗蚀剂层中限定第一沟槽，所述第一沟槽在所述第一沟槽的底部处具有第一宽度并且在所述第一沟槽的顶部处具有第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度，
在沉积所述第一导电材料之后，去除所述第一抗蚀剂层，
其中：
沉积所述第一导电材料包括在旋转所述基底的同时以非垂直角度沉积所述第一导电材料。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述非垂直角度为从40度至50度。


7.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述第一宽度从所述第一沟槽的端部沿着所述第一纵向轴线减小，并且
所述第二宽度从所述第一沟槽的端部沿着所述第一纵向轴线减小。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电极从所述第一电极的端部沿着所述第一纵向轴线在宽度和厚度上逐渐减小。


9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在沉积所述第二导电材料之前形成第一抗蚀剂层，
在所述第一抗蚀剂层中限定第一沟槽，所述第一沟槽在所述第一沟槽的底部处具有第一宽度并且在所述第一沟槽的顶部处具有第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度，
在沉积所述第二导电材料之后去除所述第一抗蚀剂层，其中：
沉积所述第二导电材料包括在旋转所述基底的同时以非垂直角度沉积所述第二导电材料。


10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将所述第一电极或所述第二电极中的至少一者连接到电源，以及
将所述第一电极或所述第二电极中的至少一者连接到电气仪表。


11.一种用于对分子进行分析的系统，所述系统包括一种装置，所述装置包括：
包括第一导电材料的第一电极，所述第一电极具有非竖直侧壁，所述第一电极接触基底的表面，所述第一电极具有第一纵向轴线，其中，第一平面包括第一纵向轴线并且正交于所述基底的表面；
包括第二导电材料的第二电极，所述第二电极具有非竖直侧壁，所述第二电极具有第二纵向轴线，其中，第二平面包括所述第二纵向轴线并且正交于所述基底的表面，并且其中，所述第一平面和所述第二平面以非零度角度相交；
设置在所述第一电极和所述第二电极之间的绝缘层；
其中：
孔口穿过所述第一电极、所述第二电极和所述绝缘层。


12.根据权利要求11所述的系统，进一步包括：
与所述第一电极或所述第二电极中的至少一者电连通的电源，以及与所述第一电极或所述第二电极中的至少一者电连通的电气仪表。


13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·托普兰奇克，Z·马吉克，F·米切尔，
申请(专利权)人：豪夫迈·罗氏有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH