形成纳米孔的方法及生成的结构技术

提供了用于制造紧邻的良好控制的固态纳米孔及所述纳米孔的阵列的方法。在一个实施方式中，将多个井及一个或多个通道形成于基板中。井中的每一者均与通道相邻。每个井的侧壁的一部分均被暴露。暴露侧壁的该部分最接近相邻的该通道。每个井的暴露侧壁的该部分均被朝向相邻的通道侧向蚀刻。形成将所述井连接到相邻通道的纳米孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成纳米孔的方法及生成的结构
本文中所公开的方面涉及在基板中制造良好控制的固态纳米孔及良好控制的固态纳米孔的阵列的方法。
技术介绍
纳米孔广泛地用于例如脱氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA)测序的应用。在一个示例中，纳米孔测序是使用电检测法来执行的，该电检测法大致包括以下步骤：将未知的试样输送通过纳米孔，该试样浸入在导电流体中；和跨纳米孔施加电势。测量由通过纳米孔的离子的导通所造成的电流。跨纳米孔表面的电流密度的大小取决于纳米孔尺度及当时占据纳米孔的试样(例如DNA或RNA)的组成。不同的核苷酸造成跨纳米孔表面的电流密度的特性改变。这些电流改变被测量且用来将DNA或RNA试样测序。已经将各种方法用于生物及大分子测序。通过合成进行的测序、或第二代测序用来识别哪些碱基已经附接到单链DNA。第三代测序(其大致包括以下步骤：将整个DNA链穿过单个孔)用来直接读取DNA。一些测序方法需要将DNA或RNA试样切碎然后重组。此外，一些测序方法使用生物膜及生物孔，其具有保存期限且必须在使用之前保持冷却。最近已经将固态纳米孔(其为形成于自立型膜(例如含硅材料)上的纳米尺寸的孔)用于测序。然而，目前的固态纳米孔制造方法(例如使用隧道电子显微镜、聚焦离子束、或电子束)不能容易地及廉价地实现制造纳米孔阵列必要的尺寸及位置控制需求。此外，目前的纳米孔制造方法是耗时的，且可能难以制造紧邻其他纳米孔的纳米孔。因此，本领域中需要制造设置为彼此紧邻的良好控制的固态纳米孔的改良方法。
技术实现思路
在一个方面中，一种用于形成多个纳米孔的方法包括以下步骤：在基板上沉积第一层；和在该第一层及该基板中形成多个井及一个或多个通道。该多个井中的每一者均与通道相邻。该方法进一步包括以下步骤：侧向蚀刻暴露侧壁的一部分以将该多个井连接到相邻的该通道；及形成将该多个井中的每一者连接到相邻的该通道的纳米孔。在另一个方面中，一种用于形成多个纳米孔的方法包括以下步骤：在基板上沉积第一层；和在该第一层及该基板中形成第一井、第二井及通道。该通道被设置在该第一井及该第二井附近。该方法进一步包括以下步骤：暴露该第一井中的侧壁的第一部分及该第二井中的侧壁的第二部分。该第一井中的该暴露侧壁的该第一部分及该第二井中的该暴露侧壁的该第二部分与该通道相邻。在该第一层下方形成从该第一井及该通道延伸的第一隧道。在该第一层下方形成从该第二井及该通道延伸的第二隧道。形成将该第一隧道连接到该通道的第一纳米孔，且形成将该第二隧道连接到该通道的第二纳米孔。在又一个方面中，一种装置包括：第一井，设置在基板内；第二井，设置在该基板内；和通道，设置在该基板内且与该第一井及该第二井相邻。该基板进一步包括：第一纳米孔，耦接到该第一井及该通道；和第二纳米孔，耦接到该第二井及该通道。该第二纳米孔被设置为距离该第一纳米孔小于1μm。附图说明可以通过参照方面来获得上文所简要概述的本公开内容的更详细说明以及可以用来详细了解本公开内容的上述特征的方式，附图中绘示了方面中的一些。然而，要注意，附图仅绘示示例性方面且因此并被不视为其范围的限制，且可以容许其他等效的方面。图1是依据本公开内容用于形成多个纳米孔的方法的工艺流程。图2A-2N描绘芯片的俯视图及横截面图，多个纳米孔依据本文中所公开的方法形成在该芯片中。图3A-3F绘示依据各种实施方式具有各种纳米孔设计或布局的芯片的各种实施方式。为了促进了解，已尽可能使用相同的附图标记来标志所述附图共有的相同元件。所预期的是，可以在不另外详述的情况下有益地将一个方面的元件及特征并入其他方面。具体实施方式提供了用于制造紧邻的良好控制的固态纳米孔及所述纳米孔的阵列的方法。在一个实施方式中，将多个井及一个或多个通道形成于基板中。井中的每一者均与一个通道相邻。每个井的侧壁的一部分均暴露，暴露侧壁的该部分最接近相邻的通道。每个井的暴露侧壁的该部分均被朝向相邻的通道侧向蚀刻。接着形成将每个井连接到相邻通道的纳米孔。每个纳米孔均可以与相邻的纳米孔隔开达小于1μm的距离。举个例子，本文中所公开的方法涉及在半导体芯片上固态纳米孔形成。也预期，所公开的方法可用来在各种材料(包括固态及生物材料)上形成其他微流体装置及孔状结构。举个例子，本文中所公开的方法也涉及形成角锥形隧道；然而，也考虑其他的蚀刻特征及其任何组合。为了说明的目的，描述了硅基板；然而，也考虑任何合适的基板材料及介电材料(例如玻璃)。图1是依据本公开内容用于形成多个纳米孔的方法100的工艺流程。图2A-2N描绘芯片200的俯视图及横截面图，多个纳米孔依据本文中所公开的方法(例如在方法100的各个阶段)形成在该芯片中。虽然图2A-2N是用特定的序列示出，但也预期，可以用任何合适的顺序执行图2A-2N中所描绘的方法100的各个阶段。为了促进更清楚地了解方法100，将使用图2A-2N中的芯片200的各种视图来描述及展示图1的方法100。虽然方法100是使用图2A-2N来描述的，但也可以包括未示于图2A-2N中的其他操作。在方法100之前，提供基板202。基板202一般是任何合适的半导体基板，例如掺杂过或未掺杂的硅(Si)基板。基板202可以具有200μm到2000μm之间的厚度。在一个实施方式中，基板202是具有包括<100>平面的晶体结构的Si。在操作110中，将第一层204沉积于基板202上，如图2A的横截面图中所示。第一层204可以充当硬掩模。在至少一个实施方式中，第一层204是氢氧化钾(KOH)抗蚀刻阻挡层，例如氮化硅(SiN)。第一层204可以具有约1nm到约100nm之间的厚度。在一个实施方式中，第一层204具有约50nm的厚度。第一层204一般是通过任何合适的方法来沉积的，包括但不限于原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、或化学气相沉积(CVD)。在操作120中，形成多个井206A-206B和一个或多个通道208，如图2B-2C中所示。图2B是芯片200的俯视图，而图2C是通过图2B中标示2C的线的横截面。该多个井206A-206B中的每一者均被设置在该一个或多个通道中的一个通道208附近。在至少一个实施方式中，在芯片200上形成偶数个井。虽然仅示出两个井206A-206B及一个通道208，但也可以利用任何数量的井及通道，如以下图3A-3B中所示出及描述。形成至少两个井206A-206B、或偶数数量的井允许成对地利用井(及以后利用耦接到井的纳米孔)。为了在操作120中形成井206A-206B及通道208，将第一光刻胶层210沉积于第一层204上。接着执行图案化工艺以形成井206A-206B及通道208。一般而言，图案化工艺包括以下步骤：光刻或图案化第一光刻胶层210，及例如通过反应性离子蚀刻法(RIE)蚀刻第一层204及基板202。蚀刻可以是定向蚀刻。接着移除第一光刻胶层210。可以将井206A-206B及通道208蚀刻到10nm到2μm之间的深度213。在一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于形成多个纳米孔的方法，包括以下步骤：/n在基板上沉积第一层；/n在所述第一层及所述基板中形成多个井及一个或多个通道，所述多个井中的每一者均与所述一个或多个通道中的通道相邻；/n侧向蚀刻暴露侧壁的一部分以将所述多个井连接到相邻的所述通道；和/n形成将所述多个井中的每一者连接到相邻的所述通道的纳米孔。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180914 US 62/731,6651.一种用于形成多个纳米孔的方法，包括以下步骤：
在基板上沉积第一层；
在所述第一层及所述基板中形成多个井及一个或多个通道，所述多个井中的每一者均与所述一个或多个通道中的通道相邻；
侧向蚀刻暴露侧壁的一部分以将所述多个井连接到相邻的所述通道；和
形成将所述多个井中的每一者连接到相邻的所述通道的纳米孔。


2.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在暴露所述多个井中的每一者的所述侧壁的所述部分之前，在所述第一层、所述多个井及所述一个或多个通道上沉积第二层以涂覆每个暴露面。


3.如权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：在侧向蚀刻所述暴露侧壁的所述部分之前从所述暴露侧壁的所述部分选择性地蚀刻所述第二层。


4.如权利要求3所述的方法，其中所述第二层是含氧化物层，或
其中选择性地蚀刻所述第二层的步骤包括液体酸性蚀刻，或
其中形成所述纳米孔的步骤包括以下步骤：施加电压。


5.如权利要求1所述的方法，其中所述基板包括晶体结构，并且其中侧向蚀刻所述多个井的所述暴露侧壁的所述部分的步骤包括沿着所述基板的所述晶体结构的碱性湿蚀刻。


6.如权利要求1所述的方法，其中在所述第一层及所述基板中形成多个井及一个或多个通道的步骤包括以下步骤：在所述第一层及所述基板中形成第一井、第二井及通道，所述通道被设置在所述第一井及所述第二井附近，
其中侧向蚀刻暴露侧壁的所述部分以将所述多个井连接到相邻的所述通道的步骤包括以下步骤：在所述第一层下方形成第一隧道，所述第一隧道延伸于所述第一井与所述通道之间，并且在所述第一层下方形成第二隧道，所述第二隧道延伸于所述第二井与所述通道之间，并且
其中形成将所述多个井中的每一者连接到相邻的所述通道的纳米孔的步骤包括以下步骤：形成将所述第一隧道连接到所述通道的...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·J·杜兰德，约瑟夫·R·约翰逊，罗杰·奎恩，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US