用于制造纳米级沟道结构的方法
1.本发明涉及制造纳米级沟道结构的方法。此外，本发明涉及执行该方法的每个步骤的计算机程序以及存储该计算机程序的机器可读存储介质。最后，本发明涉及被设置为执行该方法的电子控制器。
现有技术
2.微流体应用需要纳米级沟道。例如，纳米沟道用于基因组测序仪，以引导dna链尽可能接近读取电极并同时对其进行解码。在气相色谱中，纳米沟道由于其高表面积/体积比在气体物类的分离中是有利的，因为分离是通过特定的壁相互作用发生的。在这两种情况下，纳米沟道的精确几何形状都特别重要。然而，用于制造纳米级沟道结构的常规方法导致沟道几何形状无法良好再现。这是基于这样的事实，即这些方法使用依赖于时间的蚀刻或横向蚀刻(unter
ä
tzung)，或者已打开的沟道由于层沉积而封闭，其中沟道的壁也被部分地随之涂覆。一些方法也受到强列的几何限制。涂层中的圆化也损害纳米级沟道结构的制造。
3.de 20 2017 107 858 u1涉及用于早期检测疾病的蛋白质电晕传感器阵列的装置。在此，样品可以通过纳米沟道穿过传感器阵列。所述沟道可以通过牺牲层蚀刻来形成。在此，光刻技术用于在基底上对材料进行构造。这种材料被另一种化学性质不同的材料覆盖。其可以经受光刻工艺和蚀刻工艺或其它加工工艺。然后将基底暴露于选择性去除第一材料的化学试剂。在第二种材料中形成沟道，其中在蚀刻工艺之前存在第一种材料的地方留下空腔。由于沟道的几何形状是通过光刻确定的，因此在这种方法中也不能以良好再现性制造它们。
4.发明公开制造纳米级沟道结构的方法包括至少八个方法步骤(a至h)：在第一方法步骤(步骤a)中，在基底上沉积和构造第一牺牲层。在这种情况下，基底既可以是本体材料，也可以具有层基础结构，在其上沉积有第一牺牲层。该第一牺牲层也可以称为“栅极层”。合适的沉积方法尤其是化学低压气相沉积(低压化学气相沉积；lpcvd)、等离子体增强化学气相沉积(等离子体增强化学气相沉积；pecvd)或原子层沉积(原子层沉积；ald)。第一牺牲层的合适材料尤其是硅或氮化硅。在此，由多晶硅制成的第一牺牲层优选地通过lpcvd或ald沉积，并且由氮化硅制成的第一牺牲层优选地通过pecvd沉积。构造被理解为是指第一牺牲层在某些区域被完全剥除，以使得基底再次暴露。经构造的第一牺牲层和从中去除第一牺牲层的基底区域之间的边缘限定纳米级沟道结构的延伸。
5.在第二方法步骤(步骤b)中，在基底上和第一牺牲层上沉积第二牺牲层。第二牺牲层也可以称为“沟道层”。第二牺牲层的厚度限定纳米级沟道的高度。因此优选以小于100nm的厚度，特别优选以小于10nm的厚度沉积。对于沉积第二牺牲层，优选是与用于沉积第一牺牲层的方法相同的方法。此外，对于沉积第二牺牲层，也优选是与用于沉积第一牺牲层相同的材料。第一牺牲层和第二牺牲层特别优选由相同材料沉积。这使得能够使用相同的方法稍后去除第一牺牲层和第二牺牲层。
6.在第三方法步骤(步骤c)中，在第二牺牲层上沉积蚀刻掩模层。蚀刻掩模层也可以
称为“分隔层”。可任选在沉积后对其进行构造。合适的沉积方法特别是pecvd或ald。蚀刻掩模层的合适材料特别是氧化物。蚀刻掩模层的厚度限定纳米级沟道的宽度。因此，其以优选至少1nm的厚度沉积。其最大厚度优选小于100nm，特别优选小于20nm。由此实现纳米级沟道结构的有利宽度。此外，蚀刻掩模层的厚度优选地小于第一牺牲层的厚度。其特别优选地至少低至第一牺牲层厚度的1/3。其非常特别优选地至少低至第一牺牲层厚度的1/30。以这种方式确保由第一牺牲层和第二牺牲层形成的台式结构在没有圆化的情况下以特别保形(konform)的方式涂覆。
7.在第四方法步骤(步骤d)中，部分去除蚀刻掩模层和第二牺牲层。用于部分去除蚀刻掩模层和第二牺牲层的合适方法是各向异性蚀刻，例如特别是反应性离子蚀刻(反应性离子蚀刻；rie)。如果在该方法步骤中对施加在第一牺牲层上的蚀刻掩模层和施加在第一牺牲层的第二牺牲层进行回蚀，则也对施加在基底上的第二牺牲层和施加在其上的蚀刻掩模层进行主要回蚀。只有在第一牺牲层的侧面被第二牺牲层和蚀刻掩模层覆盖的地方，第二牺牲层和蚀刻掩模层才没有被完全回蚀。
8.在第五方法步骤(步骤e)中，去除第一牺牲层和进一步部分去除第二牺牲层。这可以优选地使用与在步骤d中去除层相同的方法来进行，特别是当第一牺牲层和第二牺牲层由相同材料组成时。由此，只有在所计划的纳米级沟道结构的宽度内的第二牺牲层的剩余部分和位于其上方的蚀刻掩模层的剩余部分留下。在此，蚀刻掩模层在对应于蚀刻掩模层的厚度且因此对应于所计划的沟道结构的宽度的宽度内保护位于其下方的第二牺牲层。
9.在第六方法步骤(步骤f)中，在蚀刻掩模层上和基底上沉积壁层。该壁层，也可称为“限制层”，形成纳米级沟道结构的壁。其优选地由与蚀刻掩模层相同的材料沉积。由此使得留下的蚀刻掩模层的剩余部分和壁层熔合成由相同材料组成的结构。
10.在第七方法步骤(步骤g)中，构造通向第二牺牲层的入口。这可以通过构造壁层来进行。
11.在第八方法步骤(步骤h)中，去除沟道区域中剩余的第二牺牲层。这尤其可以通过各向同性蚀刻，例如用二氟化氙(xef2)或用六氟化硫(sf6)来进行。这些物质可以通过在步骤g中构造的入口与第二牺牲层接触。
12.以这种方式获得纳米级沟道结构，其可通过壁层中的入口触及。由于沟道的高度由第二牺牲层的厚度限定并且沟道的宽度由蚀刻掩模层的厚度限定，并且由于在沉积过程中可以非常高的精确度调节层厚度，该方法能够以非常好的再现性和以适合大规模生产的方式来制造纳米级沟道结构。
13.计算机程序被设置成当它在计算器或电子控制器上运行时执行该方法的每个步骤。此外，计算器或电子控制器可以控制执行该方法的沉积步骤、构造步骤和去除步骤的装置。该计算机程序使得能够在用于纳米级沟道结构的制造装置的控制器上实施该方法的不同实施方案，而不必对其进行建造方面的改变。为此，其被存储在机器可读存储介质上。
14.通过将计算机程序加载到常规电子控制器上来获得这样的电子控制器，其被设置成当其为此控制合适的制造装置时通过该方法来制造纳米级沟道结构。
15.附图简述本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地解释。
16.图1示出了已在其上沉积和构造第一牺牲层的基底的截面图。
17.图2示出了在基底和第一牺牲层上沉积第二牺牲层之后根据图1的基底的截面图。
18.图3示出了在第二牺牲层上沉积蚀刻掩模层之后根据图2的基底的截面图。
19.图4示出了在部分去除蚀刻掩模层和第二牺牲层之后根据图3的基底的截面图。
20.图5示出了在去除第一牺牲层之后根据图4的基底的截面图。
21.图6示出了在蚀刻掩模层上和基底上沉积壁层之后根据图5的基底的截面图。
22.图7示出了在去除第二牺牲层之后根据图6的基底的截面图。
23.本发明的实施例在本发明的实施例中，在基底1上沉积厚度为150nm的由多晶硅制成的第一牺牲层2。对其进行构造，以使得基底1再次部分暴露。这在图1中示出。
24.然后通过lpcvd沉积同样由多晶硅组成的第二牺牲层3，以使得其以5nm的厚度覆盖基底1的暴露表面、第一牺牲层2的表面和第一牺牲层2的侧面。由于第一牺牲层2和第二牺牲层3由相同的材料组成，它们熔合在一起，如图2所示。
25.如图3所示，然后例如通过pecvd沉积氧化物层作为蚀刻掩模层4，以使得其以10nm的厚度覆盖5nm厚的第二牺牲层3的表面和侧面。
26.然后进行各向异性rie蚀刻作为回蚀如此之久，直到基底1再次部分暴露。这意味着在未被第一牺牲层2覆盖的区域中，蚀刻掩模层4和在其下方的第二牺牲层3被完全去除。在此，施加在第一牺牲层2上方的由第二牺牲层3和蚀刻掩模层4形成的层结构也被去除。在此，覆盖第一牺牲层2的侧面的蚀刻掩模层4的那部分没有被去除，因为各向异性蚀刻仅从上到下进行。蚀刻掩模层4的这些剩余部分因此可以保护位于下方的第二牺牲层3的部分免受回蚀。布置在第一牺牲层2和蚀刻掩模层4之间的第二牺牲层3的那部分也没有被去除。这在图4中示出。
27.现在改变rie蚀刻的参数，以使得在进一步的蚀刻工艺中仅还腐蚀第一牺牲层2和第二牺牲层3，而不再腐蚀蚀刻掩模层4。由此，第一牺牲层2被完全去除，其中蚀刻掩模层4的剩余部分和被其保护的第二牺牲层3的剩余部分保留在基底1上，如图5所示。
28.现在通过pecvd以200nm的厚度例如由氧化物沉积壁层5。如图6所示，在此，壁层5与蚀刻掩模层4的剩余部分熔合，因为这两个层由相同材料组成。由此导致在蚀刻掩模层4的剩余部分上方存在壁层5上的突起。图6示出了产生何种层结构，如果该突起已通过构造而部分平滑，以使得仅在壁层5的顶面上留下提示：何处存在第二牺牲层3的剩余部分以及因此在成品的沟道结构中何处存在纳米级沟道的延伸。
29.现在构造通向第二牺牲层3的剩余部分的入口，并且通过所述入口引入xef2如此之久，直到第二牺牲层3的剩余部分通过各向同性蚀刻而被完全去除。由此，在先前存在第二牺牲层3的剩余部分的位置留下纳米级沟道6。其可通过所述入口触及。纳米级沟道的宽度对应于蚀刻掩模层4的先前厚度，因此为10nm。纳米级沟道的高度对应于第二牺牲层的先前厚度，因此为5nm。由此获得的纳米级沟道结构可例如用于dna测序仪或用于气体传感器。