带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，该阵列芯片由下至上依次包括：硅基片、第一电介质层、第二电介质层及若干电极；硅基片中形成有贯穿其的空腔；第一电介质层中形成有若干个贯穿其的纳米孔；第二电介质层中形成有若干个贯穿其的微流腔及微流道，每个微流腔均对应一个纳米孔，每个微流腔与两个微流道连通；若干个电极对应设置于若干个微流腔的上面且形成于第二电介质层的表面，每个电极裸露出部分与其对应的微流腔；空腔显露若干个纳米孔。该阵列芯片可直接实现纳米孔、微流腔及微流道的单片自适配集成，有效降低制备成本，同时减小芯片的体积，提高对准误差；再者，基于现有成熟的硅微加工工艺，工艺波动小且可控。动小且可控。动小且可控。

【技术实现步骤摘要】
带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于微纳医疗检测应用
，特别是涉及一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]人类基因的碱基序列蕴含着个体生老病死的全部遗传信息。通过基因测序技术实现人类遗传密码的精准破译是21世纪生命科学的重点研究方向之一。作为第三代测序技术的主要方法之一，纳米孔测序技术具有高通量、低成本、免标记、无需扩征、读取长度长等特点，被认为是最有希望实现低成本的下一代人类基因检测技术。
[0003]纳米孔测序的基本原理是：两个电解液室被绝缘膜分隔开，形成顺式和反式隔室，绝缘膜上只有一个纳米级的孔连通两腔室。当向电解液室施加电压时，溶液中的电解质离子通过电泳移动并穿过纳米孔，形成稳态离子电流，当尺寸略小于孔径的颗粒穿过孔时，流过纳米孔的电流将被阻塞，从而中断电流信号，随后恢复原有信号。将带电生物分子(离子、DNA、RNA、肽、蛋白质、药物、聚合物大分子等)样品添加到一个电解液隔室中会导致生物分子从纳米孔中进入和离开，这会在离子电流信号中产生一系列阻塞电流信号，这些阻塞电流幅度和持续时间传达了样品的许多特性，包括生物分子的大小、浓度和结构。
[0004]基于生物纳米孔存在寿命短、对环境敏感、孔径固定等问题，而固态纳米孔具有可加工性、装置的鲁棒性、纳米孔尺寸的灵活性以及半导体工艺的兼容性，因此受到人们的广泛关注。
[0005]在纳米孔测序芯片中，每个纳米孔都与一个特定的微流腔或微流道对应，用于DNA的转运与测序过程的实现，而目前整个纳米孔测序芯片的制备成本较高、体积较大，同时产品的良率也较低。

技术实现思路

[0006]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带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，用于解决现有技术中固态纳米孔测序芯片的制备成本高、芯片体积大、产品良率低等的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]提供固态纳米孔阵列基片，所述固态纳米孔阵列基片包括硅基片及形成于所述硅基片上的第一电介质层，所述第一电介质层中形成有若干个贯穿所述第一电介质层的纳米孔；
[0009]于所述第一电介质层上沉积第二电介质层；
[0010]通过光刻及刻蚀工艺，于所述第二电介质层中形成若干个贯穿所述第二电介质层的微流腔及微流道，其中，每个所述微流腔均对应一个所述纳米孔，且每个所述微流腔与两个所述微流道连通；
[0011]于若干个所述微流腔及微流道中填充满金属，形成若干个金属层；
[0012]于所述第二电介质层上形成若干个电极，其中若干个所述电极对应形成于若干个所述金属层的上方，且每个所述电极裸露出部分与其对应的所述金属层；
[0013]湿法去除所述金属层；
[0014]刻蚀所述硅基片的背面，形成贯穿所述硅基片的空腔，且所述空腔显露若干个所述纳米孔。
[0015]可选地，刻蚀所述硅基片的背面形成一个所述空腔，且该一个空腔显露若干个所述纳米孔；或刻蚀所述硅基片的背面形成若干个所述空腔，且每个所述空腔均对应显露一个所述纳米孔。
[0016]可选地，所述硅基片为(110)硅基片；采用化学气相沉积工艺形成所述第一电介质层及所述第二电介质层；采用氢氧化钾溶液湿法刻蚀所述硅基片的背面，形成所述空腔。
[0017]可选地，所述金属层的材料为Al或Cu；所述电极的材料为TiN、Au或Pt。
[0018]可选地，当所述金属层的材料为Cu时，采用浓硫酸、王水或稀硝酸湿法去除所述金属层；当所述金属层的材料为Al时，采用氢氧化钠、稀硫酸、稀硝酸、磷酸或盐酸湿法去除所述金属层。
[0019]进一步地，所述浓硫酸的浓度介于50％～99％之间，所述稀硝酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述氢氧化钠的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述稀硫酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述磷酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述盐酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间。
[0020]可选地，形成若干个所述微流腔及微流道的步骤包括：
[0021]于所述第二电介质层表面涂覆光刻胶层并图形化，形成图形化的光刻胶层；
[0022]基于所述图形化的光刻胶层采用湿法刻蚀所述第二电介质层，形成贯穿所述第二电介质层的若干个所述微流腔及微流道；
[0023]去除所述图形化的光刻胶层。
[0024]本专利技术还提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片，所述阵列芯片由下至上依次包括：硅基片、第一电介质层、第二电介质层及若干个电极；
[0025]所述硅基片中形成有贯穿所述硅基片的空腔；
[0026]所述第一电介质层中形成有若干个贯穿所述第一电介质层的纳米孔；
[0027]所述第二电介质层中形成有若干个贯穿所述第二电介质层的微流腔及微流道，其中，每个所述微流腔均对应一个所述纳米孔，且每个所述微流腔与两个所述微流道连通；
[0028]若干个所述电极对应设置于若干个所述微流腔的上面且形成于所述第二电介质层的表面，每个所述电极裸露出部分与其对应的所述微流腔；所述空腔显露若干个所述纳米孔。
[0029]可选地，所述硅基片中形成有一个所述空腔，且该一个空腔显露若干个所述纳米孔；或所述硅基片中形成有若干个所述空腔，且每个所述空腔均对应显露一个所述纳米孔。
[0030]可选地，所述硅基片的厚度介于500μm～1000μm之间，所述第一电介质层的厚度介于10nm～1000nm之间，所述第二电介质层的厚度介于10nm～100μm之间。
[0031]可选地，所述纳米孔的尺寸介于0.1nm～30nm之间。
[0032]可选地，若干个所述微流腔相同且呈阵列排布，且相邻两排的所述微流腔的间距
及相邻两个所述微流腔的间距相等。
[0033]进一步地，所述间距介于5μm～2000μm之间。
[0034]可选地，所述微流腔的横截面形状为正方形，所述微流道的横截面形状为长方形。
[0035]进一步地，所述正方形的宽度介于1μm～1000μm之间，所述长方形的宽度介于0.5μm～500μm之间。
[0036]可选地，所述第一电介质层的材料为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2；所述第二电介质层的材料为SiN、SiO2、Al2O3、HfO2、ZnO或TiO2。
[0037]可选地，所述电极的材料为TiN、Au或Pt。
[0038]如上所述，本专利技术的带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，可直接实现纳米孔、微流腔及微流道的单片自适配集成，有效降低制备成本，同时减小芯片的体积；另外不需要实现两块芯片间的对准集成，提高对准误差从而提高良率；再者，该制备方法基于现有成熟的硅微加工工艺，工艺波动小且可控。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供固态纳米孔阵列基片，所述固态纳米孔阵列基片包括硅基片及形成于所述硅基片上的第一电介质层，所述第一电介质层中形成有若干个贯穿所述第一电介质层的纳米孔；于所述第一电介质层上沉积第二电介质层；通过光刻及刻蚀工艺，于所述第二电介质层中形成若干个贯穿所述第二电介质层的微流腔及微流道，其中，每个所述微流腔均对应一个所述纳米孔，且每个所述微流腔与两个所述微流道连通；于若干个所述微流腔及微流道中填充满金属，形成若干个金属层；于所述第二电介质层上形成若干个电极，其中若干个所述电极对应形成于若干个所述金属层的上方，且每个所述电极裸露出部分与其对应的所述金属层；湿法去除所述金属层；刻蚀所述硅基片的背面，形成贯穿所述硅基片的空腔，且所述空腔显露若干个所述纳米孔。2.根据权利要求1所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于；刻蚀所述硅基片的背面形成一个所述空腔，且该一个空腔显露若干个所述纳米孔；或刻蚀所述硅基片的背面形成若干个所述空腔，且每个所述空腔均对应显露一个所述纳米孔。3.根据权利要求1所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于：所述硅基片为(110)硅基片；采用化学气相沉积工艺形成所述第一电介质层及所述第二电介质层；采用氢氧化钾溶液湿法刻蚀所述硅基片的背面，形成所述空腔。4.根据权利要求1所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于：所述金属层的材料为Al或Cu；所述电极的材料为TiN、Au或Pt。5.根据权利要求4所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于：当所述金属层的材料为Cu时，采用浓硫酸、王水或稀硝酸湿法去除所述金属层；当所述金属层的材料为Al时，采用氢氧化钠、稀硫酸、稀硝酸、磷酸或盐酸湿法去除所述金属层。6.根据权利要求5所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于：所述浓硫酸的浓度介于50％～99％之间，所述稀硝酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述氢氧化钠的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述稀硫酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述磷酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间，所述盐酸的摩尔浓度介于0.1mol/L～9mol/L之间。7.根据权利要求1所述的带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，其特征在于，形成若干个所述微流腔及微流道的步骤包括：于所述第二电介质层表面涂覆光刻胶层并图形化，形成图形...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海近观科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：