CN103510088B - 固态孔阵及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种固态孔阵及其制作方法，其中固态孔阵的制作方法包括：在衬底的顶面和底面上分别形成底部孔阵基底和顶部孔阵基底；在顶部孔阵基底中形成正面孔；在具有顶部孔阵基底的衬底上形成顶部保护层，并在底部孔阵基底上形成底部保护层；在底部孔阵基底和底部保护层中形成背面窗口；以及通过碱腐蚀蚀穿衬底，以使正面孔与背面窗口连通。此外，本公开还提供了一种固态孔阵。通过本公开的方法，增加了正面薄膜的强度，简化了工艺步骤，降低了成本，同时更适合大规模制造。

Description

固态孔阵及其制作方法
技术领域
本公开涉及半导体领域，具体地涉及一种固态孔阵及其制作方法。
背景技术
近年来，由于在生物分子的筛选、基因测序等方面的应用，微米、纳米孔阵已成为分子生物学研究的重要器件。固态纳米孔阵由于采用了微细加工技术，使其具有孔的可控性、可集成性和高效性等优点，而被广泛使用。在加工固态纳米孔阵时，如果先形成孔阵然后再腐蚀硅衬底，则在各向异性地腐蚀硅衬底的过程中该孔阵容易被腐蚀反映产生的氢气冲破。因此，目前基于硅基固态纳米孔阵都是采用先腐蚀硅的方法制作的。具体地，通常先把硅衬底通过湿法或者干法腐蚀挖空，然后在镂空的膜（一般具有几十纳米到几百纳米的厚度）上形成孔阵。但由于膜太薄，容易碎，因此膜的面型难以控制，导致在镂空的膜上形成孔阵十分困难。
发明内容
在下文中给出关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不是意图确定本公开的关键或重要部分，也不是意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
为了解决上述问题，本公开的一个主要目的在于，提供一种固态孔阵的制作方法，包括：在衬底的顶面和底面上分别形成底部孔阵基底和顶部孔阵基底；在顶部孔阵基底中形成正面孔；在具有顶部孔阵基底的衬底上形成顶部保护层，并在底部孔阵基底上形成底部保护层；在底部孔阵基底和底部保护层中形成背面窗口；以及通过碱腐蚀蚀穿衬底，以使正面孔与背面窗口连通。
可选地，在衬底顶面沉积的孔阵基底中形成正面孔的步骤进一步包括：在顶部孔阵基底上涂覆光刻胶，通过光刻和反应离子刻蚀在顶部孔阵基底中形成正面孔，以露出衬底。
可选地，在衬底底面沉积的保护层中形成背面窗口的步骤进一步包括：在底部保护层上涂覆光刻胶，通过光刻和反应离子刻蚀在底部孔阵基底和底部保护层中形成背面窗口，以露出衬底。
可选地，保护层的厚度在8-20纳米之间。
可选地，顶部孔阵基底和底部孔阵基底的材料为低应力氮化硅或者低应力氧化硅。
可选地，顶部保护层和底部保护层的材料为低温氮化硅或者低温氧化硅。
可选地，利用KOH或者四甲基氢氧化铵进行碱腐蚀。
可选地，正面孔的宽度小于背面窗口的宽度。
另一方面，本公开提供了一种固态孔阵列，包括：具有通孔的衬底；在衬底顶面上形成的顶部孔阵基底和在衬底底面上形成的底部孔阵基底，其中在顶部孔阵基底中对应于通孔位置处具有正面孔；以及在顶部孔阵基底的表面和侧壁上形成的顶部保护层以及在底部孔阵基底的表面上形成的底部保护层，其中，在底部孔阵基底和底部保护层中对应于通孔位置处具有背面窗口。
通过本公开提供的这种二次沉积薄膜的方法来制造固态孔阵，增加了正面薄膜的强度，使其不容易被各向异性腐蚀硅衬底的过程中产生的氢气冲破，从而解决了正面保护的问题。此外，由于先形成孔阵，然后再腐蚀硅，因此简化了工艺步骤，降低了成本，同时更适合大规模制造。
附图说明
图1是根据本公开提供的固态孔阵的制作方法的流程图
图2至图6示出了根据本公开实施例的固态孔阵的制作方法的具体工艺流程图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本公开的实施例。在本公开的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本公开无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
图1示出了根据本公开的固态孔阵的制作方法的流程图，其具体步骤如下：
步骤101，在衬底的顶面和底面上分别形成底部孔阵基底和顶部孔阵基底；
步骤102，在顶部孔阵基底111中形成正面孔；
步骤103，在具有顶部孔阵基底111的衬底100上形成顶部保护层121，并在底部孔阵基底112上形成底部保护层122；
步骤104，在底部孔阵基底112和底部保护层122中形成背面窗口；以及
步骤105，通过碱腐蚀蚀穿衬底100，以使正面孔与背面窗口连通。
基于图1所示的固态孔阵的制作方法，以下结合具体实施例来详细描述本公开的固态孔阵的制作方法的具体工艺流程。
图2-图6示出了根据本公开实施例的固态孔阵的制作方法的具体工艺流程图。在图2中所使用的衬底是硅衬底，且具体工艺步骤如下。
如图2所示，在硅衬底200的顶面和底面上分别形成孔阵基底211和212，即，在硅衬底200的顶面上形成顶部孔阵基底211，以及在硅衬底200的底面上形成底部孔阵基底212。在优选实施例中，顶部孔阵基底211和212可以以沉积的方式在硅衬底200的顶面和底面上形成。
在本步骤中，孔阵基底211和212的材料可以是低应力氮化硅或低应力氧化硅。
如图3所示，在顶部孔阵基底211上涂覆光刻胶，通过光刻和反应离子刻蚀，在顶部孔阵基底211中形成正面孔，以露出硅衬底200。在优选实施例中，该正面孔的宽度在几十纳米至几微米的范围内。
如图4所示，在具有顶部孔阵基底211的硅衬底200上形成顶部保护层221，以覆盖顶部孔阵基底211的表面，正面孔的侧壁以及硅衬底200露出的部分。此外，在底部孔阵基底212上形成底部保护层222。
在优选的实施例中，保护层222的厚度在8纳米至20纳米之间，其厚度值与硅衬底的厚度成比例。此外，该保护层221和222的材料可以是低温氮化硅或者低温氧化硅。这种低温氮化硅或低温氧化硅具有较高的应力，当对其进行碱腐蚀时其具有比硅衬底材料慢很多的反应速度。在后续的腐蚀硅衬底的过程中，保护层可以保护其所覆盖的孔阵基底不受碱性腐蚀液的损伤。
如图5所示，在底部保护层222上涂覆光刻胶，通过光刻和反应离子刻蚀，在底部保护层222和底部孔阵基底212中形成背面窗口，以露出硅衬底200。该背面窗口的形状可以是方形槽。背面窗口的宽度可以为几毫米。
如图6所示，通过碱腐蚀蚀穿硅衬底200，以使正面孔与背面窗口连通，从而形成固态孔阵列。在优选实施例中，可以利用诸如KOH或者四甲基氢氧化铵的碱性腐蚀液进行碱腐蚀。
由于具有较高应力的保护层覆盖正面孔顶面和侧壁，增强了孔周边结构的强度，使其不容易被腐蚀硅衬底过程所产生的氢气破坏。此外，如上所述，正面孔的宽度在几十纳米至几微米的范围内，而背面窗口的宽度可以为几毫米，可以看出背面窗口的宽度比正面孔的宽度大很多。通过这种设置使得在腐蚀硅衬底200过程中产生的氢气可以容易地通过背面窗口排出。
此外，由于在腐蚀硅衬底200时保护层221和222的材料的反应速度比硅衬底材料的反应速度慢很多，因此，碱性腐蚀液在蚀穿硅衬底200之后双面作用于沉积在硅衬底顶部上的保护层221，从而迅速地这部分保护层腐蚀掉。这样可以实现在形成固态孔阵的同时，保护孔周围的孔阵基底，从而更好地控制孔阵的孔型。
基于以上工艺形成本公开的固态孔阵列，具体参照图6示出。该固态孔阵包括：具有通孔的衬底200；在衬底200顶面上形成的顶部孔阵基底211和在衬底200底面上形成的底部孔阵基底212，其中在顶部孔阵基底211中对应于通孔位置处具有正面孔；以及在顶部孔阵基底211的表面和侧壁上形成的顶部保护层221以及在底部孔阵基底212的表面上形成的底部保护层222，其中，在底部孔阵基底212和底部保护层222中对应于通孔位置处具有背面窗口。
进一步地，顶部孔阵基底和底部孔阵基底的材料为低应力氮化硅或者低应力氧化硅。顶部保护层和底部保护层的材料为低温氮化硅或者低温氧化硅。
优选地，保护层的厚度可以在8-20纳米之间。正面孔的宽度小于背面窗口的宽度。
本公开及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本公开的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本公开的公开内容将容易理解，根据本公开可以使用执行与在此的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (13)

1.一种固态孔阵的制作方法，包括：
在衬底的顶面和底面上分别形成底部孔阵基底和顶部孔阵基底；
在所述顶部孔阵基底中形成正面孔；
在具有所述顶部孔阵基底的所述衬底上形成顶部保护层，并在所述底部孔阵基底上形成底部保护层；
在所述底部孔阵基底和所述底部保护层中形成背面窗口；以及
通过碱腐蚀蚀穿所述衬底，以使所述正面孔与所述背面窗口连通；
其中，所述正面孔与所述背面窗口一一对应。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其中，在衬底顶面沉积的所述孔阵基底中形成正面孔的步骤进一步包括：
在所述顶部孔阵基底上涂覆光刻胶，通过光刻和反应离子刻蚀在所述顶部孔阵基底中形成正面孔，以露出所述衬底。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其中，在所述衬底底面沉积的所述保护层中形成背面窗口的步骤进一步包括：
在所述底部保护层上涂覆光刻胶，通过光刻和反应离子刻蚀在所述底部孔阵基底和所述底部保护层中形成背面窗口，以露出所述衬底。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述保护层的厚度在8-20纳米之间。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述顶部孔阵基底和所述底部孔阵基底的材料为低应力氮化硅或者低应力氧化硅。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述顶部保护层和所述底部保护层的材料为低温氮化硅或者低温氧化硅。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其中，利用KOH或者四甲基氢氧化铵进行所述碱腐蚀。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其中，所述正面孔的宽度小于所述背面窗口的宽度。
9.一种固态孔阵列，包括：
具有通孔的衬底；
在所述衬底顶面上形成的顶部孔阵基底和在所述衬底底面上形成的底部孔阵基底，其中在所述顶部孔阵基底中对应于所述通孔位置处具有正面孔；以及
在所述顶部孔阵基底的表面和侧壁上形成的顶部保护层以及在所述底部孔阵基底的表面上形成的底部保护层，其中，在所述底部孔阵基底和所述底部保护层中对应于所述通孔位置处具有背面窗口；
其中，所述正面孔与所述背面窗口一一对应。
10.根据权利要求9所述的固态孔阵列，其中，所述顶部孔阵基底和所述底部孔阵基底的材料为低应力氮化硅或者低应力氧化硅。
11.根据权利要求9所述的固态孔阵列，其中，所述顶部保护层和所述底部保护层的材料为低温氮化硅或者低温氧化硅。
12.根据权利要求9所述的固态孔阵列，其中，所述保护层的厚度在8-20纳米之间。
13.根据权利要求9所述的固态孔阵列，其中，所述正面孔的宽度小于所述背面窗口的宽度。
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