纳米孔流动池和制造方法技术

本文提供纳米孔流动池和纳米孔流动池的制造方法。在一个实施方式中，一种形成流动池的方法包括在第一基板上形成多层堆叠结构。多层堆叠结构的特征为设置在第一基板上的隔膜层和设置在隔膜层上的材料层，隔膜层具有穿过隔膜层形成的第一开口。方法进一步包括图案化第二基板的表面，以在第二基板中形成第二开口，将第二基板的图案化的表面结合至多层堆叠结构的表面，减薄第一基板，和去除减薄的第一基板和至少部分的材料层，以暴露隔膜层的相对表面。表面。表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米孔流动池和制造方法
[0001]背景
[0002]领域
[0003]本文的实施方式涉及与固态纳米孔传感器一起使用的流动池(flow cell)和流动池的制造方法。
[0004]相关技术的说明
[0005]固态纳米孔传感器已出现作为低成本、高度易动(highly mobile)且快速处理的生物聚合物(例如，DNA或RNA)测序技术。生物聚合物链的固态纳米孔测序包含将生物聚合物链移位穿过具有介于约0.1nm与约100nm之间的直径的纳米尺度尺寸的开口，也就是纳米孔。通常，纳米孔穿过隔膜层设置，隔膜层将两个导电流体储存器分开。待测序的生物聚合物链(例如，特性上带负电的DNA或RNA链)被引入到两个导电流体储存器中的一个导电流体储存器中，并且接着通过在两个导电流体储存器之间提供电位而被吸引穿过纳米孔。随着生物聚合物链行进穿过纳米孔，聚合物链的不同的单体单元(例如DNA或RNA链的蛋白质基)阻塞纳米孔的不同百分比，因此改变流动穿过纳米孔的离子电流。可使用所得到的电流信号模式来确定生物聚合物链中的单体单元的序列，例如在DNA或RNA链中蛋白质的序列。
[0006]常常，在单晶硅基板上制作隔膜层和穿过隔膜层设置的纳米孔，单晶硅基板与隔膜层和纳米孔一起形成纳米孔流动池。单晶硅基板通常与在半导体装置的制造中使用的基板相同或类似。使用与在半导体装置的制造中使用的那些基板相同或类似的基板，促进使用商业上可取得的半导体装置制造装备和方法制作纳米孔流动池。
[0007]通常，隔膜层沉积到硅基板的前侧表面上，并且使用光刻图案化和蚀刻处理序列穿过隔膜层形成纳米孔，但不穿过硅基板。靠近硅基板设置的隔膜层的表面接着通过将开口蚀刻到硅基板的背侧表面中而暴露。通常，通过将基板的背侧表面穿过设置于基板的背侧表面上的图案化掩模而暴露至例如KOH的湿式或水性硅蚀刻剂，形成在硅基板的背侧表面中的开口。常见的硅基板将需要暴露至硅蚀刻剂达介于9小时与13小时之间，以各向异性地蚀刻穿过硅基板的厚度。此长的蚀刻时间不期望地增加循环时间，并且因此增加形成纳米孔流动池的成本。再者，在常规纳米孔流动池中于高频核苷酸检测期间用于支撑隔膜层的单晶基板中积累的电荷不期望地在电流信号中增加背景噪声。此不期望的背景噪声降低纳米孔传感器或流动池的检测分辨率。
[0008]因此，本领域中需要形成用于在固态纳米孔传感器中使用的纳米孔流动池的改良的方法，和由所述方法形成的改良的纳米孔流动池。
[0009]概述
[0010]本公开内容的实施方式提供可在固态纳米孔传感器中使用的装置，例如纳米孔流动池，和所述装置的制造方法。
[0011]在一个实施方式中，一种形成流动池的方法包括：在将多层堆叠结构(stack)传送至例如玻璃基板的第二基板之前，在例如单晶硅基板的第一基板上形成多层堆叠结构。在此，多层堆叠结构的特征为隔膜层，具有穿过隔膜层形成的第一开口，其中隔膜层设置于第一基板上，并且材料层设置于隔膜层上。方法进一步包括图案化第二基板，以在第二基板中
形成第二开口，和将第二基板的图案化的表面结合至多层堆叠结构的表面。方法进一步包括减薄第一基板。方法进一步包括去除减薄的第一基板和至少部分的第一材料层与第二材料层，以暴露隔膜层的相对的表面。在一些实施方式中，第二开口穿过第二基板而设置。在其他实施方式中，方法包括将第二基板减薄至第二开口穿过第二基板设置的地方。在此，可在第二基板的图案化的表面结合至多层堆叠结构的表面之前或之后减薄第二基板。
[0012]在另一实施方式中，一种形成流动池的方法包括：在第一基板上形成多层堆叠结构，多层堆叠结构包含插置在第一材料层与第二材料层之间的隔膜层，其中隔膜层的特征为穿过隔膜层形成的第一开口。方法进一步包括图案化第二基板的表面，以在第二基板中形成第二开口；将第二基板的图案化的表面结合至多层堆叠结构的第一表面；和从多层堆叠结构去除第一基板，以暴露多层堆叠结构的相对于第一表面的第二表面。方法进一步包括图案化第三基板的表面，以在第三基板中形成第三开口；将第三基板的图案化的表面结合至多层堆叠结构的第二表面；和将第二基板和第三基板减薄至第二开口和第三开口分别穿过第二基板和第三基板设置的地方。方法进一步包括去除第一材料层与第二材料层的至少部分，以暴露隔膜层的相对表面。
[0013]在另一实施方式中，一种纳米孔流动池的特征为：玻璃基板，具有穿过玻璃基板形成的开口；和隔膜层，设置于玻璃基板上。隔膜层的特征为穿过隔膜层设置的单个纳米孔。单个纳米孔定位于隔膜层的一部分中，所述隔膜层的所述部分跨过穿过玻璃基板形成的开口。
[0014]附图简要说明
[0015]为了详细理解本公开内容的上述特征所用方式，可通过参考实施方式而获得以上简要概述的本公开内容的更具体说明，在附图中图示实施方式中的一些。然而，应注意附图仅图示此公开内容的典型实施方式，并且因此不应视为对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
[0016]图1是根据一个实施方式的纳米孔传感器的示意性横截面图。
[0017]图2为图表，图示随着生物聚合物链被吸引穿过纳米尺度尺寸的开口(例如图1中所述的纳米孔)而穿过纳米尺度尺寸的开口流动的离子电流。
[0018]图3是根据一个实施方式的阐述形成纳米孔流动池的方法的流程图。
[0019]图4A
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图4I图示图3中阐述的方法的各种方面。
[0020]图4J是根据图3中阐述的方法的一个实施方式而形成的纳米孔流动池的示意性横截面图。
[0021]图4K是根据图3中阐述的方法的另一实施方式而形成的纳米孔流动池的示意性横截面图。
[0022]图5是根据另一实施方式的阐述形成纳米孔流动池的方法的流程图。
[0023]图6A
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图6C图示在图5中阐述的方法的各种方面。
[0024]图6D是根据在图5中阐述的方法的一个实施方式而形成的纳米孔流动池的示意性横截面图。
[0025]为了促进理解，已尽可能地使用相同的参考数字来代表图中共有的相同元件。考虑一个方面的元件和特征可有益地并入其他方面中而无须进一步记载。
[0026]具体说明
[0027]本公开内容的实施方式提供可在固态纳米孔传感器中使用的例如纳米孔流动池的装置，和制造所述装置的方法。本文所述的方法大致包括在将图案化多层堆叠结构传送至基质基板(host substrate)之前，于牺牲单晶硅基板上形成图案化多层堆叠结构。图案化多层堆叠结构通常特征为隔膜层，所述隔膜层具有穿过隔膜层设置的纳米尺度开口。基质基板通常以介电玻璃材料形成。因此，形成于基质基板中的纳米孔流动池大体上不含单晶硅材料。有益地，基质基板的玻璃材料消除或显著地降低与包含单晶硅基板的固态纳米孔流动池相关联的背景噪声水平。
[0028]图1是根据一个实施方式的可用于测序生物聚合物链的纳米孔传感器100的示意性横截面图。在此，纳米孔传感器100特征为插置在第一储存器102与第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成流动池的方法，包含以下步骤：在第一基板上形成多层堆叠结构，所述多层堆叠结构包含设置于所述第一基板上的隔膜层和设置于所述隔膜层上的材料层，所述隔膜层具有穿过所述隔膜层形成的第一开口；图案化第二基板的表面，以在所述第二基板中形成第二开口；将所述第二基板的图案化的所述表面结合至所述多层堆叠结构的表面；减薄所述第一基板；和去除减薄的所述所述第一基板和至少部分的所述材料层，以暴露所述隔膜层的相对的表面。2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一基板以单晶硅形成。3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二基板以玻璃材料形成。4.如权利要求3所述的方法，其中所述隔膜层以介电材料形成。5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一开口具有约100nm或更小的直径，并且所述隔膜层具有约100nm或更小的厚度。6.如权利要求5所述的方法，其中将所述第二基板的图案化的所述表面结合至所述多层堆叠结构的所述表面的步骤包括以下步骤：将所述第一开口与所述第二开口对准。7.一种形成流动池的方法，包含以下步骤：在第一基板上形成多层堆叠结构，所述多层堆叠结构包含插置在第一材料层与第二材料层之间的隔膜层，所述隔膜层具有穿过所述隔膜层形成的第一开口；图案化第二基板的表面，以在所述第二基板中形成第二开口；将所述第二基板的图案化的所述表面结合至所述多层堆叠结构的第一表面；从所述多层堆叠结构去除所述第一基板，以暴露所述多层堆叠结构的相对于所述第一表面的第二表面；图案化第...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：