专利名称：用于生物技术应用的包括一片齿棱的装置的制作方法
用于生物技术应用的包括一片齿棱的装置
背景技术：
发明领域
本发明涉及一种制造包括一片(afieldof )观'J微齿棱(tip)的装置的 方法，这种装置作为载体，用于培养、分析或处理生物细胞，从而用于生物技 术实验。
贿技术的讨论
图1A到lD是在制造包括一片测微齿棱的装置的公知方法的魏步骤中 获得的结构的截面视图。
第一步，如图1A所示，以矩阵分布的组件块l、 2和3船匕间隔，在衬 底l上形成刻蚀掩模。举例脱明，衬底是硅晶片，刻蚀掩模由树脂或氧化硅层形成的。
下一步，如图1B所示，衬底1上部进行各向同同性刻蚀。刻蚀衬底1的未 被块2、 3、 4覆盖的区域，以及被块2、 3、 4覆盖的，位置接近暴露区的区域 的侧面部分。刻蚀时间取决于块2、 3、 4下的"水平"刻蚀停止时间，此时只 剩下块2、 3、 4下很小未刻蚀衬底部分。然而，为确保块2、 3、 4的牢固，也 就是说，为遮免它们脱落，剩下的衬底部分必须足够宽。
下一步，如图1C所示，除去刻蚀掩模的块2、 3和4。在衬底l的表面就得到了 "除去顶端的" 一片齿棱5、 6和7。齿棱的高度是—个或数个微米， 齿棱间的距离至少是除去顶端的齿棱的高度的6倍。齿棱的密度是在100jam2 表面积上有1到2个齿棱。
图lD是根据前述方法得到的包括一片齿棱的部分装置的截面视图，生物细胞放置其上。生物细胞的平均直径是15jnm,每个细胞放置在该装置的数个齿棱上,根据细胞的形状在3/4M棱和几十个齿棱之间。
这种装置的缺点是它包括低高度的齿棱，并且所述齿棱被除去顶端，也就是说，所述齿棱不锋利。这样的齿棱无法用于进行转染操作，所述操作包括 刺穿预先放置在齿棱上的活细胞，以引入例如病毒的物质。
发明概述
本发明的目的之一是提#""种方法，用于制造包括显示真正辨']的^t行 转染*的一片测微齿棱的装置。
本发明的另一目的是提供这样一种m^易实现的方法，
本发明的另一目的是提供这样一种方法，能够得到显示高密度齿棱的装置。
为ii5'J这些目的，本发明提供了一种制造包括一片测微齿棱的装置的方 法，该方法包括的步骤有在栽体上形成多晶层；使用包括氯气和氦气气体混 杨，对4^或部分多晶层进行各向异性等离子体刻蚀，由jt化多晶层的表面 形成齿棱。
才娥本发明的一个实施方式，在等离子体刻蚀中，氯气的气体流速高于 氦气的气体流速，比如，氦气的气体力til是130cm7分钟，氦气的沐速是70cmV 棘
才娥本发明的一个实施方式，多晶层包含硅。
才 本发明的一个实施方式，栽体是半"H^t底，例如^^衬底，所述衬
底由^^例如氧^^^;t^。
才鹏本发明的一个实施方式，该方法包括，在等离子 <蚀步骤前，在 多晶层上^^P、保护层，在保护层里形成穿透的开口，在所述开口里面的多晶层 的表面形成齿棱。
才娘本发明的一个实施方式，该方法包括，在等离子体刻蚀步骤前，刻 蚀多晶层以形成多晶块，然后在多晶块的表面形成齿棱。
才娘本发明的一个实施方式，该方法进一步包括，才財射呆形沉积法，在
齿肚形成传导m^多晶块，^""传导m^晶做的齿棱，延伸^m:在
所錄体上的传导通道(track)内。
才W本发明的一个实施方式，齿棱的顶端直径至少小于齿棱高度的10倍， 例如，齿棱顶端高度的直径是100nm，齿棱的高度例如t议lO)am， 100|^2表 面区^的齿棱密度大于10个齿棱。
本发明也提供了一种装置，该装置包括至少一片测微齿棱，所述齿棱在 i^l在载体上的多晶:^面形成，^-"#棱区域(tip field)由传导^H， 所述传导I^4伸^M在栽体表面上的传导通道内，并延伸到达接触端点。
才赚本发明的一个实施方式，该装置包括在以矩阵排布的晶*上形成 的大量的齿棱区域。
丰tt本发明的一个实施方式，该装置用于^H^c置在所ii^置的齿棱区 域的生物细胞的活性，其中测量装置连接到接触端点。
本发明的上述内容以及其他目的、特W^优点将在下面的结合附图的具 体实施方式的非限制性描述中详细讨论。
附图简j^i兌明
图1A到1D，如前所述，是制造包括一片须'撒齿棱的装置的方法的连续步骤 结絲获得的结构的截面视图2是在其中实J贴M香本发明的制^法的"^分的刻蚀设备的简图； 图3A和3B是才Nt本发明的制造方法结^获得的装置的实施例的截面视
图3C是^^本发明的方法得到的装置的小部^棱区域的截面视图，生物
图4A到4D是^#本发明的方法的实施方式的连续步皿"得到的结构 的截面透4见图5A到5D是##本发明的方法的另一实施方式的连续步皿^得到的 结构的截面逸现图。 详细说明
为清JI^见，在不同的附图， 一样的组件指定同样的引用数字编号，jW^卜，
不同附图的比例是不一样的。
本发明的方法食t^多晶层的表面形成一个齿棱区域，才 特定的刻蚀方法 肯化多晶层表面产生大量齿棱。
图2是说明刻蚀装置的简图，其中放置的栽体晶片10由多晶层11覆盖。 该装置^ii行多晶层11的各向异性等离子 '蚀。
才鹏本发明的一方面,用于刻蚀多晶层11的气态等离子体包含氯*氦气。 ^目〉V^^可以包含M中'1^催化成分。
图3A和3B是^^前i^r法得到的包^"片齿棱15的装置的实施例的截面 视图。齿棱的高yl^^上与刻員续时间成比例，或至少lt^斤述持续时间增加。 不论晶体层llA^iUl薄，形成的齿棱穿过晶体层整个厚度或在其上部，分别
可见于图3A和3B。
才緣本发明的方法，可能^^'〗造出"大"齿棱，高JL^7 10ym或更高。此 外，得到的齿紋的，显示末端直径低于100nm。
应该注意的是，得到的齿棱相互之间很靠近，因此出现了高密度的齿棱。 对于大约10nm高度的齿棱，100)^表面区域的密yt^L十，30或40个齿棱。
图3C是+M居本发明的方法得到的装置的齿棱的扩大的截面视图，生物细胞 16M其上。由于齿棱15很细和密度关系，可能多处"刺穿"细胞。jtW卜，齿 棱可以穿透;f^^J'j达细l^亥。
因此，才娘本发明的方法得到的装置能进行转染辦。为此目的，在将细 月^ 到齿棱之前，^fe想引入细胞的成^tX在齿棱区域15上。由于齿棱很 细和密度关系，外部细 ^法^^^^^穿。将齿棱引进细胞能将絲齿棱 的成分带入细胞，到达"刺穿"细胞的细胞核。冲Mt本发明的方法完成的详细的实施例详M后的相关的图4A到4D的描述。
第一步，在衬底20上形成^>|: 21。衬底20可以是硅晶片，21可以是例如具有50(Hiffl厚度的氧^^。
下一步，如图4B所示，在^^21上形成多晶层22。为此目的，可才娥 化学^目沉积方法形成整个多晶层。也可以用化学^f目沉积方法形成薄的粘合 层，然后在外g长炉中生长其余的层。多晶层22可以是链硅/锗层。多晶 层22的厚^^娥l^ i^形成的齿棱的高度选择的，多晶层的厚度自M^"至 少与 #到的齿棱的高度相等。显示高于^#到的齿棱高度的多晶层是优 选的，因此齿棱在多晶层的下部未刻蚀部分"秘苗"。
下一步，如图4C所示，保护层23 ^^ 在多晶层22上。接着在脾层23 中形成穿透的开口 25和26，例如，##基于HF的湿法刻蚀方法。保护层23 可以是通过热氧^^硅/锗多晶层22得到的氧m^层。保护层23的厚度例如 是500nm。
下一步，如图4D所示，在开口 25和26里面，多晶层22的暴露区, 行各向异性等离子体刻性。为此目的，4M包括氯^^氦气的气态濕合物。多 晶层22上部的开口 25和26各自得到齿棱区域28和29。
在硅形成多晶层22，以及氧化硅形成保护层23的情况下，进行如下性质
的各向异性等离子似']蚀，可f將到10mm数量级高度的齿棱。氯气气;統率 是130国3*钟，氦气气i链率是70cm3每分钟。气压是4000mT。刻蚀时间范 围是在10到20 ^4中之间。所^JD的LAM 490型装置的功率是300瓦，电船巨 离是0. 5cm。
虽然如图4D所示仅两个开口 25和26，才娥上ii^r法得到的装置可以包 括许多例如以矩P车排布的开口。这样的装置育化开口放置不同类型的生物细胞 或不同类型的有^^通过转染《1入细胞的成分。这样可以进行不同类型的分析。 本发明的另一M实施方^i在后参照图5A到5D进fri兌明。 第一步，如图5A所示，刻蚀掩模^P在如图4B所示的结构上，所述结构 包括衬底20，多&^层21,多晶层22的堆叠。刻蚀^^f莫包^^t^在多晶层22上 的组^H呆护块30和31。
下一步，如图5B所示，才娥标准方法各向异'fM'j蚀多晶层22，得到方U: 在保护块30和31下的多晶块40和41。然后移除刻蚀掩模，也IU^呆护块30 和31。
下一步，如图5C所示，^U氯，氦气〉'^^各向异性等离子体刻蚀多 晶块40和41。然后得到在多晶块40和41上部形成的齿棱区域50和51。
下一步，如图5D所示，薄的传导层，例如，4r^的，^L^在針前舰 构上。然后，絲某些先前确定的在^Jr 21上形成传导通道60和61的位置， 刻蚀清除多晶块40和41之间的薄传导层。多晶块40， 41和齿棱区域50， 51用 连接到传导舰60，61的传导膜65，66M。传导通道60和61，例如，在衬底 20的周围将M^齿棱区域,50和51的传导膜65， 66连接到放置的接触端点。
虽然如图5D所示仅两个多晶块40和41,才娘上ii^法得到的装置可以
包括大量例如以矩P辆夂布的多晶硅块。例如，在晶片周围可以提^fM许多 接触端点。依靠方 在^^21上的多付导通道，这些接触端点可以连接到
在多晶:^面形成的齿棱区域。
4M本装置的实施例见下。接触端点用电连接到测量装置。这样能"W ^X在齿棱区域的生物细胞的活性，例如，通过测量电位值或电流值。
本装置的多晶块的表面可以是和生物细船目同大小或低于生物细胞的大 小。这样得到的装置可以分析生物细胞的"组织"，例如一J^^,通iW着 组织方 该装置。还可能分析组织里不同细胞的活性，例如，可能分析神经网
络的神纟liL细胞活性。
当然，对于;^贞域技^Mv员，本发明可能*出现不同的变体、修改和 舰。M而言，那些^J页域的技权员可能设计出才W本发明的方法得到的 装置的，形式。
这样的变体、修改和^tii也A^于^^开的-"^分，在本发明的精神和 范围之内。因此，上述说明仫是举例而非有意限制。本发明仅限于确定如下的 权利要#其等效物。
权利要求
1.一种制造包括一片测微齿棱的装置的方法，包括以下步骤在载体(10)上形成多晶层(11)；使用包括氯气和氦气的气体混合物各向异性等离子体刻蚀全部或部分多晶层，由此在多晶层表面形成齿棱(15)。
2. 权利要求l的方法，其中在等离子体刻蚀中，氯气的气体Wdi高于氦气 的气体流速，例如氦气的气体^4Al30cmV分钟，氦气^iiA70cniV分钟。
3. 权利要求l的方法、其中多晶层包括珪。
4. 权利^"求1的方法，其中栽体是半"f^N"底(20)，例如硅衬底，所述 衬底由纟fe^层(21)例如氧4^^^t。
5. 权利要求l的方法，包括在等离子体刻蚀步骤前，在多晶层(22)上沉 积保护层(23)，在保护层里形成穿透的开口 (25， 26),在所述开口里面的 多晶层的表面形成齿棱(28， 29)。
6. 权利要求l的方法，包括在等离子体刻蚀步骤前，刻蚀多晶层(22)以 形成多晶块(40， 41)，在多晶块的表面形成齿棱(50， 51)。
7. 权利要求6的方法，进一步包^fN^呆形^^法在齿棱(50, 51)上形 成传导膜(65, 66 )似多晶块(40， 41) ， ^"^导MJj^f申^iil在所 ii^体(20， 21)上的传导通道(60, 61)里的晶*的齿棱。
8. 权利要求l的方法，其中齿棱顶端直径至少比齿棱高度小10倍，例如 齿棱顶端直径是100nm，齿棱高奴10jum，其中100^2表面区域中的齿棱密 度大于10个。
9. 一种装置，包括在 在载体(20， 21)上的多晶块(40, 41)的表面 的形成至少一定区域测微齿棱(50， 51) ， ^""^棱区域由传导膜(65， 66) 絲，所述传导^€伸^ 在栽体表面的传导通道(60， 61)内，并延伸到 达接触端点。
10. 权利要求9的装置，包括在以矩P辆沐的晶^ (40， 41)上形成的 大量的齿棱区域(50， 51)。
11. 权利要求9的装置的用途，用"f^Ntl在该装置的齿棱区域(50， 51)上的生物细胞的活性，其中测量装置连接到接触端点。
全文摘要
一种制造包括一片测微齿棱的装置的方法，包括以下步骤在载体上形成多晶层；使用包括氯气和氦气的气体混合物各向异性等离子体刻蚀全部或部分多晶层，由此在多晶层表面形成齿棱。
文档编号G01N1/28GK101100639SQ20061017191
公开日2008年1月9日 申请日期2006年7月5日 优先权日2005年7月5日
发明者M·德诺埃尔, O·德萨迦赞 申请人:St微电子公司