带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件及其制作方法
【专利摘要】一种带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件及其制作方法，首先在硅衬底上形成测序用纳米孔阵，再在测序用纳米孔阵的上方形成氮化硅防阻塞孔阵。形成氮化硅防阻塞孔阵的方法包括以下步骤：在形成有测序用纳米孔阵的器件上方双面沉积牺牲层；刻蚀牺牲层形成下一步低应力氮化硅的附着区；在低应力氮化硅附着区上双面沉积LPCVD氮化硅层；刻蚀氮化硅层形成防阻塞孔；最后通过KOH或其他碱腐蚀去除体硅和牺牲层硅。本发明在测序用纳米孔阵的上方制作了防阻塞孔阵，因此在用于分子检测、基因测序时，可防止大于DNA直径的外来颗粒堵塞纳米孔阵，保证分子检测、基因测序的正常进行。由于本发明通过半导体集成方法制作，所以成本低、效果好。
【专利说明】带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体集成电路制造领域，更具体地说，涉及一种用于DNA测序或者分子筛选测试的纳米孔阵器件及其制作方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于在分子检测、基因测序的应用，纳米孔已成为分子生物学研究的重要器件。而固态纳米孔由于使用了微细加工技术，具有孔的可控性、可集成性、高效率等优点。目前用纳米孔实现DNA测学已经成为降低测序成本至1000美元的热门选择。固态纳米孔由于具有良好的化学和物理稳定性以及可集成的优点，已经成为纳米孔测序的重要选择。目前，小于IOnm的测序用孔阵制作主要采用投射电镜钻孔(简称TEM钻孔)、氦离子显微钻孔技术(简称HIM钻孔)。
[0003]但是目前生产的纳米孔阵器件在用于分子检测、基因测序时，由于外来颗粒孔径尺寸多大于DNA的2nm的直径，所以会堵塞在纳米孔阵的测序用纳米孔上方，对于分子检测、基因测序的负面影响很大。
[0004]虽然现有技术中也有在纳米孔阵上设置过滤装置的，但均非通过半导体集成方法制作，成本高、效果差。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提出一种半导体集成方法制作的带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件及其制作方法。
[0006]为了解决上述问题，本发明的技术方案如下:
[0007]—种带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件的制作方法，所述器件用于DNA测序或者分子筛选测试，所述制作方法首先在硅衬底上形成测序用纳米孔阵，其中在所述测序用纳米孔阵的上方，再通过半导体集成方法形成防阻塞孔阵，用于防止外来颗粒阻塞所述测序用纳米孔阵。
[0008]其中形成防阻塞孔阵的方法包括以下步骤:在形成有所述测序用纳米孔阵的器件表面双面沉积牺牲层；在所述器件的正面单面光刻或刻蚀所述牺牲层，形成下一步低应力氮化硅附着区；在所述低应力氮化硅附着区之上双面沉积LPCVD氮化硅层；单面光刻或刻蚀所述氮化硅层，形成防阻塞孔；最后通过碱腐蚀去除体硅和所述牺牲层，形成氮化硅防阻塞孔阵。
[0009]其中所述氮化硅防阻塞孔阵的孔径尺寸小于所述外来颗粒的尺寸；而所述测序用纳米孔阵的孔径大于被测DNA或分子的直径。
[0010]其中所述氮化硅防阻塞孔阵与所述纳米孔阵之间的间距等于所述牺牲层的厚度；所述牺牲层通过LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度为0.5微米或I微米；所述双面沉积LPCVD氮化硅层的厚度是500nm ;通过KOH去除体硅和所述牺牲层。
[0011]其中在硅衬底上形成测序用纳米孔阵的方法包括:在所述硅衬底上双面沉积低应力氮化硅或氧化硅层，然后通过FIB和/或HM方法形成纳米孔。
[0012]其中所述氮化硅或氧化硅层厚度小于20nm，所述纳米孔阵的孔径小于IOnm ;所述FIB的参数是:30千电子伏特Ga离子。
[0013]本发明还提出了一种带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件，用于DNA测序或者分子筛选测试，包括形成于硅衬底上的测序用纳米孔阵，其中所述测序用纳米孔阵的上方还有通过半导体集成方法形成的防阻塞孔阵，用于防止外来颗粒阻塞所述测序用纳米孔阵。
[0014]其中所述半导体集成方法形成防阻塞孔阵包括以下步骤:在形成有所述测序用纳米孔阵的器件表面双面沉积牺牲层；在所述器件的正面单面光刻或刻蚀所述牺牲层，形成下一步低应力氮化硅附着区；在所述低应力氮化硅附着区之上双面沉积LPCVD氮化硅层；单面光刻或刻蚀所述氮化硅层，形成防阻塞孔；最后通过碱腐蚀去除体硅和所述牺牲层，形成氮化硅防阻塞孔阵。
[0015]其中所述氮化硅防阻塞孔阵的孔径尺寸小于所述外来颗粒的尺寸；而所述测序用纳米孔阵的孔径大于被测DNA或分子的直径；所述测序用纳米孔的孔径小于10nm。
[0016]其中所述防阻塞孔阵与所述纳米孔阵之间的间距等于所述牺牲层的厚度；所述牺牲层通过LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度为0.5微米或I微米；所述双面沉积LPCVD氮化硅层的厚度是500nm ;通过KOH去除体硅和所述牺牲层。
[0017]本发明的有益效果:本发明的带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件在测序用纳米孔阵的上方制作了防阻塞孔阵，因此在用于分子检测、基因测序时，可防止大于DNA直径的外来颗粒堵塞纳米孔阵，保证分子检测、基因测序的正常进行。由于本发明通过半导体集成方法制作，所以成本低、效果好。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1?图6为本发明方法各步骤制作的带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件的截面图；其中图6是最后形成的器件的侧视图；
[0019]图7是最后形成的器件的顶视图；
[0020]图8是本发明带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件的工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图并以【具体实施方式】为例，对本发明进行详细说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的【具体实施方式】，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。
[0022]本发明通过半导体集成方法制作带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件，基本原理是首先通过HM或者TEM方法形成测序用纳米孔，然后通过二次沉积氮化硅和牺牲层沉积工艺来形成防阻塞孔阵，最后去除所有牺牲层和硅，形成带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件。
[0023]下面的实施例仅以制作一个纳米孔为例进行说明，实际上，本发明的纳米孔阵由若干纳米孔组成。
[0024]如图1?图6所示为本发明一个实施例的方法各步骤制作的带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件的截面图；包括以下步骤:
[0025]如图1第一步:在硅衬底I上双面沉积低应力氮化硅或氧化硅层2，其厚度一般小于20nm,并通过30千电子伏特Ga离子FIB (focus ion beam,聚焦离子束)、和/或HIM (helium ion microscope,氦离子显微镜)等手段在器件的正面上形成纳米孔3,孔径小于 IOnm0
[0026]如图2第二步:在器件的双面沉积牺牲层4，可通过LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度0.5微米、I微米或者其他厚度。
[0027]如图3第三步:在器件的正面单面光刻或刻蚀牺牲层4，形成下一步低应力氮化硅的附着区。
[0028]如图4第四步:在上述低应力氮化硅附着区之上双面沉积LPCVD氮化硅层5，在一个实施例中，其厚度是500nm，其他厚度亦可。
[0029]如图5第五步:单面光刻或刻蚀氮化硅层5，形成防阻塞孔6，本实施例仅以一个防阻塞孔6为例进行说明，实际上，若干防阻塞孔6就组成了本发明的防阻塞孔阵。防阻塞孔阵6与纳米孔阵3之间具有一个间隔距离，该距离等于牺牲层4的厚度。
[0030]如图6第六步:通过KOH或其他碱腐蚀去除体硅和牺牲层硅，最后形成如图6所示的带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件，图6是器件的侧视图，图7是器件的顶视图，3是测序用纳米孔，6是防阻塞孔。防阻塞孔6的孔径尺寸要设计的小于外来颗粒的尺寸以便阻挡外来颗粒堵塞测序用纳米孔3，而测序用纳米孔阵3的孔径要设计的大于DNA的直径，以便保证DNA顺利通过测序用纳米孔3。
[0031]同时请再参考图8，是本发明防阻塞纳米孔阵的的工作原理示意图，由于测序用纳米孔3上方的防阻塞孔6孔径尺寸小于外来颗粒的尺寸，可以把外来颗粒隔离在纳米孔3之外，图8中黑色的圆点代表外来颗粒；同时由于防阻塞孔6的孔径尺寸大于DNA的直径，可以保证DNA顺利通过防阻塞孔6到达测序用纳米孔3。从图8可以看出，本发明防阻塞纳米孔阵既可以隔离外来颗粒，也不影响纳米孔测序。
[0032]而且本发明是通过半导体集成方法制作，所以成本低、效果好。
[0033]应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离附后的权利要求书的范围。
【权利要求】
1.一种带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件的制作方法，所述器件用于DNA测序或者分子筛选测试，所述制作方法首先在硅衬底上形成测序用纳米孔阵，其特征是:在所述测序用纳米孔阵的上方，再通过半导体集成方法形成防阻塞孔阵，用于防止外来颗粒阻塞所述测序用纳米孔阵。
2.如权利要求1所述方法，其特征是:形成防阻塞孔阵的方法包括以下步骤: 在形成有所述测序用纳米孔阵的器件表面双面沉积牺牲层； 在所述器件的正面单面光刻或刻蚀所述牺牲层，形成下一步低应力氮化硅附着区； 在所述低应力氮化硅附着区之上双面沉积LPCVD氮化硅层； 单面光刻或刻蚀所述氮化硅层，形成防阻塞孔； 最后通过碱腐蚀去除体硅和所述牺牲层，形成氮化硅防阻塞孔阵。
3.如权利要求2所述方法，其特征是:所述氮化硅防阻塞孔阵的孔径尺寸小于所述外来颗粒的尺寸；而所述测序用纳米孔阵的孔径大于被测DNA或分子的直径。
4.如权利要求2所述方法，其特征是:所述氮化硅防阻塞孔阵与所述纳米孔阵之间的间距等于所述牺牲层的厚度；所述牺牲层通过LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度为0.5微米或I微米；所述双面沉积LPCVD氮化硅层的厚度是500nm ;通过KOH去除体硅和所述牺牲层。
5.如权利要求1所述方法，其特征是:在硅衬底上形成测序用纳米孔阵的方法包括: 在所述硅衬底上双面沉积低应力氮化硅或氧化硅层，然后通过FIB和/或HM方法形成纳米孔。
6.如权利要求5所述方法，其特征是:所述氮化硅或氧化硅层厚度小于20nm，所述纳米孔阵的孔径小于IOnm ;所述FIB的参数是:30千电子伏特Ga离子。
7.一种带有防阻塞功能的分子检测纳米孔器件，用于DNA测序或者分子筛选测试，包括形成于硅衬底上的测序用纳米孔阵，其特征是:所述测序用纳米孔阵的上方还有通过半导体集成方法形成的防阻塞孔阵，用于防止外来颗粒阻塞所述测序用纳米孔阵。
8.如权利要求7所述器件，其特征是:所述半导体集成方法形成防阻塞孔阵包括以下步骤: 在形成有所述测序用纳米孔阵的器件表面双面沉积牺牲层； 在所述器件的正面单面光刻或刻蚀所述牺牲层，形成下一步低应力氮化硅附着区； 在所述低应力氮化硅附着区之上双面沉积LPCVD氮化硅层； 单面光刻或刻蚀所述氮化硅层，形成防阻塞孔； 最后通过碱腐蚀去除体硅和所述牺牲层，形成氮化硅防阻塞孔阵。
9.如权利要求7或8所述器件，其特征是:所述氮化硅防阻塞孔阵的孔径尺寸小于所述外来颗粒的尺寸；而所述测序用纳米孔阵的孔径大于被测DNA或分子的直径；所述测序用纳米孔的孔径小于10nm。
10.如权利要求7所述器件，其特征是:所述防阻塞孔阵与所述纳米孔阵之间的间距等于所述牺牲层的厚度；所述牺牲层通过LPCVD方式形成，材料是多晶硅或非晶硅，厚度为0.5微米或I微米；所述双面沉积LPCVD氮化硅层的厚度是500nm ;通过KOH去除体硅和所述牺牲层。
【文档编号】B81C1/00GK103569945SQ201210258806
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】董立军, 赵超 申请人:中国科学院微电子研究所