CN105593673A - 纳米间隙电极及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供用于形成纳米间隙电极的方法。在某些情形中，具有通过侧壁的膜厚度调节的宽度的纳米间隙可以利用与作为掩模的第一电极形成部接触的侧壁而形成在第一电极形成部和第二电极形成部之间。第一电极形成部、侧壁和第二电极形成部的表面可以然后被暴露。侧壁然后可以被去除以在第一电极形成部和第二电极形成部之间形成纳米间隙。

Description

纳米间隙电极及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月27日提交的日本专利申请JP2013-176132和2013年8月28日提交的日本专利申请JP2013-177051的优先权，其中的每一个专利申请通过引用整体并入本文。

背景技术

近年来，在相对的电极之间形成纳米级间隙的电极结构(此处称为纳米间隙电极)已经受到关注。因此，利用纳米间隙电极对电子设备、生物设备和类似设备进行了积极的研究。例如，利用纳米间隙电极分析DNA的核苷酸序列的分析装置已经在生物设备的领域中想到(参见，例如，WO2011/108540)。

在该分析装置中，单链DNA穿过纳米间隙电极的电极之间的纳米级(中空)间隙(此后称为纳米间隙)。当单链DNA的碱基穿过电极之间的纳米间隙时，流过电极的电流可以被测量，从而使得构成单链DNA的碱基能够基于电流值被确定。

在上述的这种分析装置中，如果纳米间隙电极的电极之间的距离增加，可检测的电流值减小。这使得分析具有高敏感性的样品是困难的。因此，希望电极之间的纳米间隙应被形成为小尺寸。

用于制造纳米间隙电极的现有方法包括这样的方法，在该方法中，形成在由金等形成的电极形成层上的金属掩模(比如钛掩模)通过用聚焦离子束照射掩模来图案化；通过该图案化的金属掩模暴露的下面的电极层可以被干蚀刻，并且纳米间隙可以由电极层形成，从而形成纳米间隙电极(参见，例如，日本专利公开No.2004-247203)。

在上述的用于制造纳米间隙电极的这种方法中，没有被图案化的金属掩模覆盖的暴露的电极层被干蚀刻以形成间隙以用作电极层中的纳米间隙。因此，在电极层中形成的间隙(掩模宽度间隙)的最小宽度是其中金属掩模可以被图案化的最小宽度。因而，该方法具有难以形成比使用标准光刻方法的宽度小的纳米间隙(常规的纳米间隙)的问题。因此，近年来，希望能够形成不仅与常规的纳米间隙相同宽度的纳米间隙而且能够形成比常规的纳米间隙更小的纳米间隙的新制造方法的发展。

因而，本发明的目的是描述用于制造能够不仅形成与常规的纳米间隙相同宽度的纳米间隙而且形成在宽度上比常规的纳米间隙更小的纳米间隙的纳米间隙电极的方法。

本发明涉及纳米间隙电极和制造纳米间隙电极的方法。

聚焦离子束、e束和纳米刻印技术已经被描述为对于产生纳米沟道是有用的，该纳米沟道可以具有20纳米(nm)的宽度和深度，可能地是至少10nm。已经描述了这样的系统，在该系统中，沟道宽度小于双链DNA的回转半径；但是还没有描述宽度足够小于单链DNA的回转半径的宽度的系统和方法。

存在对于具有足够小的尺寸以便允许样品生物分子进入到纳米间隙结构的纳米沟道的需要，从而允许较高百分比的生物分子的询问，同时也可能地防止在生物分子的不同部分之间形成次级结构。

然而，在上述的制造纳米间隙电极的这种方法中，未被图案化的金属掩模覆盖的暴露的电极层可以被干蚀刻以形成间隙以用作电极层中的纳米间隙。因此，在电极层中形成的间隙的最小宽度(其对应于掩模间隙的宽度)是金属掩模可以被图案化的最小宽度。因此，该方法具有难以形成比可以在金属掩模上形成的最小特征的宽度小的纳米间隙的问题。

发明内容

本公开提供了用于纳米间隙电极和纳米沟道系统的设备、系统和方法。本文提供的方法可以用于形成具有比利用其它目前可利用的方法形成的间隙小的纳米间隙的纳米间隙电极。

在某些实施例中，制造纳米间隙电极的方法包括利用布置在电极形成部上的侧壁作为掩模，以及形成具有通过在电极形成部上的侧壁的膜厚度调节的宽度的纳米间隙。

在其它实施例中，制造纳米间隙电极的方法包括在形成在衬底上的第一电极形成部的横向壁上形成侧壁，并且然后形成第二电极形成部以便邻接侧壁，从而将侧壁布置在第一电极形成部和第二电极形成部之间；以及暴露第一电极形成部、侧壁和第二电极形成部的表面并且去除侧壁，从而在第一电极形成部和第二电极形成部之间形成纳米间隙。

在另外的实施例中，制造纳米间隙电极的方法包括布置具有跨过在电极形成部上的间隙彼此相对的横向壁的间隙形成掩模；在间隙形成掩模的横向壁的两个上形成侧壁，以及暴露在侧壁之间的电极形成部；以及去除在侧壁之间暴露的电极形成部以在其间形成纳米间隙。

在另外的实施例中，制造纳米间隙电极的方法包括去除在间隙形成掩模中提供的侧壁以在间隙形成掩模中形成间隙以将电极形成部暴露到间隙之外；以及去除暴露到间隙之外的电极形成部以在间隙内形成纳米间隙。

在其它实施例中，制造纳米间隙电极的方法包括在布置在电极形成部上的侧壁形成掩模的横向壁上形成侧壁，并且然后去除侧壁形成掩模以垂直地建立侧壁；形成间隙形成掩模以包围侧壁；去除侧壁以在间隙形成掩模中形成间隙，以及将电极形成部暴露到间隙之外；以及去除暴露到间隙之外的电极形成部以在间隙内形成纳米间隙。

在另外的实施例中，制造纳米间隙电极的方法包括在布置在电极形成部上的第一间隙形成掩模的横向壁上形成侧壁，以及然后形成第二间隙形成掩模以便邻接侧壁，从而将侧壁布置在第一间隙形成掩模和第二间隙形成掩模之间；暴露第一间隙形成掩模、侧壁和第二间隙形成掩模的表面以及去除侧壁，从而在第一间隙形成掩模和第二间隙形成掩模之间形成间隙；以及去除在间隙内的电极形成部以在间隙内形成纳米间隙。

根据本发明，形成具有通过侧壁的膜厚度调节的宽度的纳米间隙是可能的。因此，不仅形成与常规的纳米间隙相同宽度的纳米间隙而且也形成甚至比常规的纳米间隙更小宽度的纳米间隙是可能的。

根据本发明的一方面，制造纳米间隙电极的方法可包括：在相对的电极形成部上膜形成化合物产生层，以及然后进行热处理；使电极形成部与化合物产生层反应；通过反应形成两个体积膨胀的相对的电极；以及通过体积膨胀使电极的侧壁彼此更靠近，从而在电极之间形成纳米间隙。

根据本公开的另一方面，制造纳米间隙电极的方法包括：

形成依照位于衬底上的一对相对的电极形成部上的特定宽度选择的掩模；

在电极形成部上形成化合物产生层的膜；

进行热处理以使化合物产生层与电极形成部反应以形成彼此相对的两个电极并且通过由反应引起的体积膨胀穿透掩模以下，从而通过体积膨胀使电极的侧壁比掩模的宽度更靠近彼此；以及

去除掩模和残留在之前在掩模下的区域中的电极形成部的任何未反应的部分，从而在电极之间形成纳米间隙。

根据本发明的另一方面，制造纳米间隙电极的方法包括：

形成跨过衬底上的间隙彼此相对布置的两个电极形成部；

在电极形成部上形成化合物产生层的膜；以及

进行热处理以引起化合物产生层与电极形成部的反应以形成通过反应而体积膨胀并且彼此相对的两个电极，从而通过体积膨胀使电极部件的侧壁彼此更靠近以形成比间隙小的纳米间隙。

在另一实施例中，电极之间的间隙可以制造得更小大电极的体积膨胀的量那么多。因此，提供具有比通过标准光刻处理形成的间隙甚至更小的纳米间隙的纳米间隙电极以及提供这种纳米间隙电极的方法是可能的。

在某些实施例中，诸如本文描述的方法的用于形成纳米间隙电极结构的方法可以用于形成可以比利用常规的半导体过程(比如e束、离子束铣或纳米刻印光刻)形成的要小的纳米沟道。

本公开的一方面提供了一种用于制造具有至少一个纳米间隙的传感器的方法，包括：(a)提供邻近于衬底的第一电极形成部、邻近于第一电极形成部的侧壁和邻近于侧壁的第二电极形成部；(b)去除侧壁，从而在第一电极形成部和第二电极形成部之间形成纳米间隙；以及(c)将第一电极形成部和第二电极形成部制备用作电极，当目标物质布置在电极之间时电极检测跨过纳米间隙的电流。在实施例中，电流是隧穿电流。

在实施例中，将第一电极形成部和第二电极形成部制备用作电极包括去除第一电极形成部和第二电极形成部的至少一部分以提供电极。在另一实施例中，第一电极形成部和/或第二电极形成部由金属氮化物形成。在另一实施例中，第一电极形成部和/或第二电极形成部由氮化钛形成。在另一实施例中，衬底包括邻近于半导体层的半导体氧化物层。在另一实施例中，半导体是硅。

在实施例中，侧壁具有小于或等于约2纳米的宽度。在另一实施例中，宽度小于或等于约1纳米。在另一实施例中，宽度大于约0.5纳米。

在实施例中，方法还包括在(c)之前暴露第一电极形成部、侧壁和第二电极形成部的表面。

在实施例中，方法还包括在(b)之前，去除侧壁的一部分使得在第一电极形成部和第二电极形成部之间的侧壁的横截面具有四边形形状。

在实施例中，方法还包括形成与纳米间隙相交的沟道。在另一实施例中，沟道是被覆盖的沟道。

本公开的另一方面提供一种形成具有至少一个纳米间隙的传感器的方法，包括：(a)布置具有跨过邻近于衬底的电极形成部上的间隙彼此相对的横向壁的间隙形成掩模，其中间隙具有第一宽度；(b)在间隙形成掩模的横向壁上形成侧壁，其中电极形成部在侧壁之间暴露；(c)去除在侧壁之间暴露的电极形成部的一部分以在其间形成纳米间隙，其中纳米间隙具有小于第一宽度的第二宽度；(d)去除侧壁以暴露由纳米间隙分隔开的电极形成部的部分；以及(e)将电极形成部的部分制备用作电极，当目标物质被布置在电极之间时，所述电极检测跨过所述纳米间隙的电流。在实施例中，电流是隧穿电流。

在实施例中，将电极形成部的部分制备用作电极包括去除电极形成部的部分以提供电极。在另一实施例中，衬底包括邻近于半导体层的半导体氧化物层。在另一实施例中，半导体是硅。

在实施例中，第二宽度小于或等于约2纳米。在另一实施例中，第二宽度小于或等于约1纳米。在另一实施例中，第二宽度大于约0.5纳米。

在实施例中，目标物质是核酸分子，并且其中第二宽度小于核酸分子的直径的宽度。在另一实施例中，间隙形成掩模和侧壁由不同材料形成。

在实施例中，方法还包括形成与纳米间隙相交的沟道。在另一实施例中，沟道是被覆盖的沟道。

本公开的另一方面提供一种形成具有至少一个纳米间隙的传感器的方法，包括：(a)提供包括侧壁的掩模，其中侧壁邻近于邻近衬底的电极形成部布置；(b)去除侧壁以在掩模中形成间隙，其中间隙暴露电极形成部的一部分；(c)去除电极形成部的一部分以形成纳米间隙；(d)去除掩模以暴露由纳米间隙分隔开的电极形成部的部分；以及(e)将电极形成部的部分制备用作电极，当目标物质被布置在电极之间时，所述电极检测跨过纳米间隙的电流。在实施例中，电流是隧穿电流。在另一实施例中，目标物质是核酸分子，且其中侧壁具有小于核酸分子的直径的宽度。

在实施例中，将电极形成部的部分制备用作电极包括去除电极形成部的所述部分以提供电极。

在实施例中，(a)包括(i)在邻近于电极形成部布置的第一掩模的横向壁上提供侧壁，(ⅱ)去除第一掩模，以及(ⅲ)形成邻近于侧壁的第二掩模，其中掩模包括第二掩模的至少一部分。在另一实施例中，去除第一掩模暴露电极形成部。在另一实施例中，第二掩模覆盖侧壁。在另一实施例中，在去除第一掩模之后，侧壁是具有小于或等于约10纳米(nm)、5nm、4nm、3nm、2nm、1nm、0.9nm、0.8nm、0.7nm、0.6nm或0.5nm的宽度的独立侧壁。

在实施例中，(a)包括(i)在邻近于电极形成部布置的第一掩模的横向壁上提供侧壁，(ⅱ)形成邻近于侧壁的第二掩模，以及(ⅲ)蚀刻第二掩模，其中掩模包括第一掩模和第二掩模的至少一部分。在另一实施例中，形成邻近于侧壁的第二掩模包括覆盖第一掩模和侧壁的第二掩模。在另一实施例中，蚀刻第二掩模包括蚀刻第一掩模和/或侧壁。

在实施例中，方法还包括形成与纳米间隙相交的沟道。在另一实施例中，沟道是被覆盖的沟道。

在实施例中，衬底包括邻近于半导体层的半导体氧化物层。在另一实施例中，半导体是硅。

在实施例中，(a)还包括提供侧壁形成层并且蚀刻侧壁形成层以形成所述侧壁。

在实施例中，纳米间隙具有小于或等于约2纳米的宽度。在另一实施例中，宽度小于或等于约1纳米。在另一实施例中，宽度大于约0.5纳米。

在实施例中，方法还包括形成与纳米间隙相交的沟道。在另一实施例中，沟道是被覆盖的沟道。

本公开的另一方面提供一种制造纳米间隙电极传感器的方法，包括：(a)在具有第二材料的电极形成部上提供具有第一材料的膜，其中电极形成部邻近于衬底布置；(b)加热膜以使第一材料和第二材料反应，从而形成体积膨胀的并且彼此相对的两个电极部件，其中电极部件中的每一个具有侧壁；(c)通过体积膨胀使得电极部件的侧壁朝向彼此，从而在电极部件之间形成纳米间隙；以及(d)将电极形成部制备用作电极，当目标物质被布置在电极之间时，所述电极检测跨过纳米间隙的电流。在实施例中，电流是隧穿电流。

在实施例中，将电极形成部制备用作电极包括去除所述电极部件的至少一部分以提供电极。在另一实施例中，(a)包括(ⅰ)形成依照电极形成部的宽度选择的掩模，(ⅱ)在电极形成部上形成膜。在另一实施例中，在形成两个电极部件时，两个电极部件通过由反应产生的体积膨胀而穿透到掩模内，从而使电极部件的侧壁朝向彼此。在另一实施例中，方法还包括去除掩模和残留在掩模的下部区域中的电极部件的一个或多个未反应的部分，从而在电极部件之间形成纳米间隙。

在实施例中，方法还包括形成与纳米间隙相交的沟道。在另一实施例中，沟道是被覆盖的沟道。

本公开的另一方面提供一种制造具有至少一个纳米间隙电极的传感器的方法，包括：(a)提供邻近于衬底的两个电极形成部，其中电极形成部跨过具有第一宽度的间隙彼此相对布置；(b)在电极形成部上形成化合物产生层的膜；(c)进行热处理以便于化合物产生层和电极形成部中的至少一个之间的反应以形成通过反应而体积膨胀的至少一个电极部件，从而通过体积膨胀使电极形成部的侧壁朝向彼此以形成具有比第一宽度小的第二宽度的纳米间隙；以及(d)将电极形成部制备用作电极，当目标物质被布置在所述电极之间时，所述电极检测跨过所述纳米间隙的电流。在实施例中，电流是隧穿电流。

在实施例中，将电极形成部制备用作电极包括去除电极形成部的部分以提供电极。在另一实施例中，化合物产生层是硅化物产生层，其中(c)包括在反应期间电极形成部的硅化，并且其中电极形成部在硅化期间体积膨胀。

在实施例中，第二宽度小于或等于约2纳米。在另一实施例中，第二宽度小于或等于约1纳米。在另一实施例中，第二宽度大于约0.5纳米。

在实施例中，目标物质是核酸分子，并且其中第二宽度小于核酸分子的直径。

在实施例中，(c)包括在化合物产生层和两个电极形成部之间的反应。在另一实施例中，(c)包括在化合物产生层和仅一个电极形成部之间的反应。

在实施例中，方法还包括形成与纳米间隙相交的沟道。在另一实施例中，沟道是被覆盖的沟道。

本公开的另一方面提供一种纳米间隙电极传感器，包括跨过衬底上的纳米间隙相对地布置的至少两个电极部件，其中电极部件的相对的侧壁逐渐地更靠近彼此并且侧壁之间的宽度逐渐变窄，并且其中电极适合于在目标物质被布置在电极之间时检测跨过纳米间隙的电流。在实施例中，电流是隧穿电流。

在实施例中，电极部件由金属硅化物形成。在另一实施例中，纳米间隙形成为尾部弯曲的形状，其中电极部件的侧壁之间的距离随着纳米间隙接近衬底而逐渐加宽。在另一实施例中，侧壁包括与衬底接触的向外膨胀的部分。

在实施例中，传感器还包括与纳米间隙相交并且与纳米间隙流体连通的沟道。在另一实施例中，沟道是被覆盖的沟道。

本公开的另外的方面和优点将从以下详细描述中容易被本领域技术人员明白，其中仅显示和描述了本公开的示例性实施例。如将认识到的，本公开能够是其它和不同的实施例，并且其若干细节能够在各种明显方面中修改，所有都不偏离本公开。因此，附图和说明书被认为本质上是示范性的且不是限制性的。

通过引用并入

本说明书中提到的所有公布、专利和专利申请在此通过引用并入，就好像每一个单独的公布、专利或专利申请被具体地和单独地表示为通过引用被并入的相同的程度。

附图说明

本发明的新颖性特征特别是在所附权利要求中阐述。本发明的特征和优点的更好理解将通过参考采用了本发明的原理的阐述示例性实施例和附图(此处也为“附图”和“图”)的以下详细描述来获得，在附图中：

图1是示出通过制造方法制造的纳米间隙电极的配置的示意图；

图2A-2F是用于制造图1的纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图3A-3F是用于制造图1的纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图4是示出通过制造方法制造的纳米间隙电极的配置的示意图；

图5是用于制造图4的纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图6A-6C是用于制造根据图4的纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图7A-7C是用于制造图4的纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图8A-8C是用于制造纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图9A-9B是用于制造图8的纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图10A-10C是用于制造纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图11A-11B是用于制造图10的纳米间隙电极的方法的说明的示意图；

图12A-12D是用于制造图1的纳米间隙的方法的说明的示意图；

图13A-13F是用于描述与图12A-12C相关联的方法的另外的示意图；

图14是示出了纳米间隙电极的示意图；

图15是示出其中电极形成部和掩模形成在衬底上的配置的示意图；

图16是用于描述制造纳米间隙电极的方法的示意图；

图17是用于描述制造纳米间隙电极的方法的另一示意图；

图18是显示了根据另一实施例的纳米间隙电极的配置的示意图；

图19是用于描述制造纳米间隙电极的方法的示意图；

图20是用于描述制造纳米间隙电极的方法的另一示意图；

图21A-21C是示出了某些可替代的电极形状的示意性顶视图；

图22A-22F是用于描述制造具有用于将DNA递送到纳米间隙电极的整体沟道的纳米间隙电极的方法的横截面的示意性图示；

图23是示出了用于将DNA递送到一个或多个纳米间隙电极的整体沟道的配置的示意性顶视图；

图24A-24C是用于描述使用单侧膨胀方法制造纳米间隙电极的方法的示意图；以及

图25A-25C是用于描述利用垂直电极定向制造纳米间隙电极的方法的示意图。

具体实施例

尽管本文已经显示和描述了本发明的各种实施例，但是对本领域技术人员明显的是，这样的实施例仅通过举例而提供。本领域技术人员在不偏离本发明的情况下可以想到很变形、改变和替代。应理解，本文描述的本发明的实施例的各种替代可以被采用。

本文使用的术语“间隙”通常指在材料中形成的或以其它方式提供的孔隙、沟道或通道。材料可以是固态材料，比如衬底。间隙可以邻近或靠近感测电流或耦接到感测电流的电极布置。在某些示例中，间隙具有0.1纳米(nm)至约1000nm量级的特征宽度或直径。具有纳米量级的宽度的间隙可以被称为“纳米间隙”。

本文使用的术语“电极形成部”通常指可以用于产生电极的部分或构件。电极形成部可以是电极或者可以是电极的一部分。例如，电极形成部是与第二电导体电连通的第一电导体。在另一示例中，电极形成部是电极。

本文使用的术语“核酸”通常指包括一个或多个核酸亚基的分子。核酸可以包括选自腺苷(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)或其变化形式的一个或多个亚基。核苷酸可以包括A、C、G、T或U或其变化形式。核苷酸可以包括可以被并入生长的核酸链的任何亚基。这种亚基可以是A、C、G、T或U，或者一个或多个补充A、C、G、T或U特定的任何其它亚基，或者嘌呤(即，A或G或其变化形式)或者嘧啶(即，C、T或U或其变化形式)的补充。亚基可以使得单独的核酸碱基或碱基的组(例如，AA、TA、AT、GC、CG、CT、TC、GT、TG、AC、CA或其尿嘧啶配对物)能够被溶解。在某些示例中，核酸是脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)或其衍生物。核酸可以是单链的或双链的。

本公开提供了形成具有纳米间隙电极的传感器的方法，该传感器可以在各种应用中使用，比如检测生物分子(例如，核酸分子)。根据本文提供的方法形成的纳米间隙电极可以用于为这样的脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)或其变化形式排序。

图1显示了可以根据本文提供的方法形成的纳米间隙电极1。在该纳米间隙电极1中，相对的电极5和6布置在衬底2上。带有纳米级(不大于，例如1000纳米)的宽度W1的纳米间隙NG(孔隙)形成在电极5和6之间。当通过本文描述的制造方法制造时的纳米间隙电极1例如可以允许形成具有0.1纳米(nm)至30nm或者不大于2nm、1nm、0.9nm、0.8nm、0.7nm、0.6nm或0.5nm的宽度W1或者本文描述的任何其它宽度的纳米间隙NG。在某些情形中，W1小于可以是生物分子(例如，DNA或RNA)的目标物质的直径。

例如，衬底2可以由硅衬底3和形成在硅衬底3上的硅氧化物层4构成。作为替代，衬底2可以包括一个或多个其它半导体材料，包括Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族半导体，比如锗或砷化镓，包括其氧化物。衬底2可以具有其中形成一对的两个电极5和6可以在氧化硅层4上形成的配置。电极5和6可以包括金属材料，比如钛化氮(TiN)且在某些实施例中可以几乎双向对称地经过衬底2上的纳米间隙NG形成。在某些实施例中，电极5和6具有基本上相同的配置且可以由形成纳米间隙NG的前导电极边缘5b和6b构成，并且基底部分5a和6a可以与前导电极边缘5b和6b的根部部分整体地形成。前导电极边缘5b和6b可以包括例如长方体，其纵向方向可以在y方向延伸，并且可以布置成使得前导电极边缘5b和6b的顶端表面面向彼此，前导边缘5b和6b可以具有弯曲(未示出)。

基底部分5a和6a可以具有在其中心顶端端部处的突起，由此可以形成前导电极边缘5b和6b。轻微弯曲的表面可以朝向在中心具有其中心顶端端部的每一个基底部分5a和6a的两侧形成。因此，基底部分5a和6a可以形成为弯曲形状，而前导电极边缘5b和6b定位在顶点处。注意，电极5和6可以构造成使得当含有单链DNA的溶液例如从正交于y方向(其可以是电极5和6的纵向方向)和z方向(其可以是电极5和6的垂直方向并且可以与该y方向成直角相交)的x方向被供应时，溶液可以沿着基底部分5a和6a的弯曲表面被引导到前导电极边缘5b和6b以使溶液可靠地穿过纳米间隙NG。

注意，对于如上面描述配置的纳米间隙电极1，电流可以例如从电源(未示出)供应到电极5和6，并且流过电极5和6的电流值可以利用安培计(未示出)来测量。因此，纳米间隙电极1允许单链DNA从x方向穿过电极5和6之间的纳米间隙NG；允许安培计测量当单链DNA的碱基穿过电极5和6之间的纳米间隙NG时流过电极5和6的电流值；并且构成单链DNA的碱基可以基于相关的电流值来确定。

在其它实施例中，本文描述了制造具有在电极5和6之间的纳米间隙NG的纳米间隙电极1的方法。氧化硅层4可以在硅衬底3上形成的衬底2可以首先被制备，并且例如由钛化氮(TiN)制成且具有横向壁9a的四边形第一电极形成部9可以利用光刻技术形成在氧化硅层4的预定区域上，如图2A和2B所示，图2B显示了在图2A中的截面A-A’的侧向横截面图。

随后，如图2C(其中对应于图2A的那些的构成元素通过相似的参考数字表示)和图2D(其中对应于图2B的那些的构成元素通过相似的参考数字表示)所示，由诸如钛(Ti)或氮化硅(SiN)的材料(不同于衬底2的表面(在此情形中氧化硅层4)的材料)制成的侧壁形成层10可以通过例如CVD(化学气相沉积)方法而被膜形成在第一电极形成部9和衬底2的暴露部分上。此时，侧壁形成层10可以沿着第一电极形成部9的横向壁9a形成。要形成在横向壁9a上的侧壁形成层10的膜厚度可以根据纳米间隙NG的期望宽度W1选择。也就是说，当具有小宽度W1的纳米间隙NG形成时，侧壁形成层10可以形成有小的膜厚度。另一方面，当具有大宽度W1的纳米间隙NG形成时，侧壁形成层10可以形成有大的膜厚度。

随后，被膜形成在第一电极形成部9和衬底2的暴露部分上的侧壁形成层10可以通过例如干蚀刻被回蚀刻以留下沿着第一电极形成部9的横向壁9a的侧壁形成层10的一部分。蚀刻过程可以配置成相对于衬底2是垂直的，或者可以成角度使得侧壁形成层10的一部分可以至少部分地通过第一电极形成部9的横向壁9a保护而免于蚀刻。因此，侧壁11可以沿着第一电极形成部9的横向壁9a形成，如图2E和图2F所示，在图2E中，对应于图2C的那些的构成元素用相似的参考数字表示，在图2F中，对应于图2D的那些的构成元素用相似的参考数字表示。注意，以这种方式形成的侧壁11可以从第一电极形成部9的横向壁9a的顶点朝向衬底2逐渐加厚。因此，侧壁11的最大厚度可以是对应于稍后形成的纳米间隙NG的宽度W1，如本文描述的。

随后，如图3A和3B所示，在图3A中，对应于图2E的那些的构成元素用相似的参考数字表示，在图3B中，对应于图2F的那些的构成元素用相似的参考数字表示，包括金属材料(比如氮化钛(TiN))的第二电极形成部12可以通过例如溅射方法形成在第一电极形成部9、侧壁11和衬底2的暴露部分上。然后，第一电极形成部9和侧壁11以及覆盖第一电极形成部9和侧壁11的第二电极形成部12的区域可以被抛光且可以通过平坦化处理(比如化学机械抛光或平坦化(CMP))来过抛光。因此，第一电极形成部9、侧壁11和第二电极形成部12的顶表面可以被暴露，如图3C和图3D所示，在图3C中，对应于图3A的那些的构成元素用相似的参考数字表示，在图3D中，对应于图3B的那些的构成元素用相似的参考数字表示。

在某些实施例中，侧壁11的侧表面的大倾斜的上部区域和在侧壁11和电极形成部9上方的第二电极形成部12的部分可以被抛光且第一电极形成部9、侧壁11和第二电极形成部分12可以在平坦化处理中过抛光直到在第一电极形成部9和第二电极形成部12之间的侧壁11的横截面可以被形成为基本上四边形的形状。注意，仅覆盖第一电极形成部9和侧壁11的第二电极形成部12的区域可以被抛光，只要第一电极形成部9、侧壁11和第二电极形成部12的所有的表面可以在平坦化处理被执行时被暴露。

然后，层状抗蚀剂掩模可以被形成在第一电极形成部9、侧壁11和第二电极形成部12的暴露表面上，且然后第一电极形成部9和第二电极形成部12可以利用光刻技术来图案化。在某些情形中，抗蚀剂掩模可以包括聚合物材料(比如聚(异丁烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基戊二酰亚胺)(PMGI)、酚醛树脂或者SU-8)(参见刘等人2004年的“ProcessresearchofhighaspectratiomicrostructureusingSU-8resist”，MicrosystemTechnologies,V10,(4),265，其通过引用整体并入本文)。掩模可以用于形成用于基底部分5a和6a的轻微弯曲和用于前导电极边缘5b和6b的突起。因此，可以形成具有部分地基于第一电极形成部9的预定形状的电极5和具有部分地基于第二电极形成部12的预定形状的电极6，如图3E和图3F所示(在图3E中，对应于图3C的那些的构成元素用相似的参考数字表示，在图3F中，对应于图3D的那些的构成元素用相似的参考数字表示)，从而形成其中前导电极边缘5b和6b可以跨过衬底2上的侧壁11彼此相对地布置的结构。在前导电极边缘5b和6b之间的侧壁11可以例如通过湿蚀刻来去除。因此，形成具有与在前导电极边缘5b和6b之间的侧壁11的宽度W1相同宽度W1的纳米间隙NG并且制造图1所示的纳米间隙电极1是可能的。因为侧壁11可以由诸如氮(N)或者在某些情形中，例如与位于衬底2的表面上的氧化硅层4不同的材料的氮化硅(SiN)的材料形成，所以选择性地仅去除侧壁11且将电极5和6可靠地留在衬底2上是可能的。

在某些情形中，第一电极形成部9和第二电极形成部12被制备用作当目标物质(比如，生物分子，比如DNA或RNA)被布置在其间时检测跨过纳米间隙的电流的电极。电流可以是隧穿电流。这种电流可以在目标物质流过纳米间隙时被检测到。在某些情形中，耦接到电极的感测电路提供跨过电极施加的电压以产生电流。作为替代或者除此之外，电极可以用于测量和/或识别与目标物质(例如，核酸分子的碱基)相关联的电导。在这种情形中，隧穿电流可以与电导相关。

在某些情形中，侧壁11可以形成在可以之前形成在衬底2上的第一电极形成部9的横向壁9a上，且第二电极形成部12可以形成在第一电极形成部9、侧壁11和衬底2的暴露部分上。此后，第二电极形成部12的部分可以被去除以暴露由第二电极形成部12覆盖的第一电极形成部9和侧壁11的部分，从而暴露在衬底2上的第一电极形成部9、侧壁11和第二电极形成部12。然后，在第一电极形成部9和第二电极形成部12之间的侧壁11可以被去除以在其间形成纳米间隙NG。此后，可以对第一电极形成部9和第二电极形成部12图案化以形成其中可以在前导电极边缘5b和6b之间提供纳米间隙NG的电极5和6。

在上述的本发明的这种制造方法中，通过调节侧壁11的膜厚度来形成具有期望宽度W1的纳米间隙NG是可能的。此外，形成带有极小膜厚度的侧壁11是可能的。因此形成具有对应于侧壁11的宽度W1的极小宽度W1的纳米间隙NG是可能的。

在某些实施例中，具有宽度W1的纳米间隙NG可以通过利用邻近于第一电极形成部9布置的侧壁11作为掩模来控制形成在第一电极形成部9和第二电极形成部12之间的侧壁11的膜厚度来加以调节。因此，形成不仅具有与常规的纳米间隙相同宽度W1的纳米间隙NG而且也形成甚至比常规的纳米间隙更小的宽度W1的纳米间隙NG是可能的。

注意，在上述实施例中，第二电极形成部12已经被描述为在制造过程中直接地形成在第一电极形成部9上，如图3B所示。在其它实施例中，在也包括硬掩模的表面上的第一电极形成部9可以在没有在第一电极形成部9上直接形成第二电极形成部12的情况下被使用。甚至在该情形中，形成第二电极形成部12以便邻接侧壁11且在第一电极形成部9和第二电极形成部12之间布置侧壁11是可能的。因此，通过去除侧壁11在第一电极形成部9和第二电极形成部12之间形成纳米间隙NG是可能的。

在图4(其描述了可替代的纳米间隙电极21)中显示的其它实施例中，其中柱状电极25和26(其顶端表面面向彼此)被布置在衬底22上。纳米间隙NG(其宽度W1可以是纳米级(不大于例如1000nm))可以形成在电极25和26之间。在某些实施例中，纳米间隙电极21可以通过本文描述的制造方法来制造，且纳米间隙NG可以形成为0.1nm至30nm或者不大于2nm、1nm、0.9nm、0.8nm、0.7nm、0.6nm或0.5nm的宽度W1或者本文描述的任何其它宽度。

在某些实施例中，衬底22可以包括例如形成在硅衬底(未示出)上的氧化硅层27，且电极支撑部28和29在氧化硅层27上相对于彼此布置。在衬底的表面上，一个电极25可以布置在一个电极支撑部28上，且与电极25形成一对的另一电极26可以布置在电极支撑部29上。

注意，两个电极支撑部28和29可以由包括金属的材料制成，比如氮化钛(TiN)，并且可以几乎双向对称地跨过在衬底上方形成在电极支撑部28和29之间的预定间隙而形成，其中电极支撑部28和29的前表面可以与氧化硅层27的前表面齐平。在某些实施例中，电极支撑部28和29可以具有基本上相同的配置且可以包括膨胀的电极支撑部28b和29b，电极25和26可以固定在其上，并且基底部分28a和29a在膨胀的电极支撑部28b和29b的根部部分中整体形成，其中膨胀的电极支撑部28b和28b从电极形成基底部分28a和29a突出。在某些实施例中，电极支撑部28和29的膨胀的电极形成部28b和29b可以形成为基本上半圆形形状，且电极形成基底部分28a和29a可以与膨胀的电极形成部28b和29b的中心前导边缘一起朝向其两个侧向部分轻微倾斜，其中膨胀的电极部件28b和29b可以定位成设置在靠近其中间点的中心轴线上。因此，电极支撑部28和29作为整体可以以膨胀的电极部件28b和29b作为定点凸形地形成。

此外，柱状电极25和26可以由诸如碳纳米管的传导性材料形成，其中电极25和26的外圆周表面可以分别固定在膨胀的电极部件28b和29b上。因此，电极25和26可以布置成使得其纵向方向在y方向上延伸并且其顶端表面面向彼此。

注意在上述配置的纳米间隙电极21中，电流可以例如从电源(未示出)供应到电极25和26，并且流过电极25和26的电流值可以利用安培计(未示出)来测量。因此，纳米间隙电极21允许单链DNA通过引导构件(未示出)至少部分地从x方向穿过电极25和26之间的纳米间隙NG；允许安培计测量当单链DNA的碱基穿过电极25和26之间的纳米间隙NG时流过电极25和26的电流值；并且构成单链DNA的碱基可以基于电流值来确定。

在某些实施例中，制造纳米间隙电极21的方法可以包括在电极25和26之间产生纳米间隙NG。参考图5，在衬底上可以邻接氧化硅层27形成具有预定形状的电极支撑部28和29。然后，柱状电极形成部31可以在氧化硅层27的表面上从电极支撑部28的表面到另一电极支撑部29的表面形成，以便桥接在电极支撑部28和29的膨胀的电极部件28b和29b上。在图5中，构成元素对应于图4的那些构成元素并且用相似的参考数字表示。图6A显示了沿图5中的截面B-B’的侧向横截面配置。

随后，如图6B所示，在图6B中，对应于图6A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，抗蚀剂掩模的膜层可以被施加在电极形成部31、氧化硅层27和电极支撑部28和29上。此后，抗蚀剂掩模32可以通过使用光掩模34曝光和显影来图案化，其中可以形成具有大于图4显示的纳米间隙NG的宽度W1的宽度W2的开口34a。注意当用作间隙形成掩模的抗蚀剂掩模32被图案化时，开口34a位于掩模34的区域中，在此处，要形成电极形成部31的纳米间隙NG。

随后，如图6C所示，在图6C中，对应于图6B的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，横向壁33a和33b以其间具有宽度W2相对于彼此布置所跨过的间隙32a可以由对应于图4中显示的纳米间隙NG要形成的区域的抗蚀剂掩模32的区域形成。因此，电极形成部31可以穿过间隙32a暴露。随后，如图7A所示，在图7A中，对应于图6c的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，可以包括不同于表面氧化硅层27和电极支撑部28和29的材料的诸如钛(Ti)或氮化硅(SiN)的材料的侧壁形成层35可以通过例如气相沉积技术(比如，例如化学气相沉积(CVD))被膜形成在抗蚀剂掩模32上和电极形成部31和由抗蚀剂掩模32形成的间隙32a内暴露的氧化硅层的部分上。此时，可以具有预定膜厚度的侧壁形成层35也可以在间隙32a内形成在抗蚀剂掩模32的横向壁33a和33b上。

随后，在电极形成部31和氧化硅层27上膜形成的侧壁形成层35可以通过例如干蚀刻在由抗蚀剂掩模32形成的间隙32a内被回蚀刻以留下沿着抗蚀剂掩模32的横向壁33a和33b的侧壁形成层35。因此，侧壁37可以沿着抗蚀剂掩模32的横向壁33a和33b形成，如图7B所示，在图7B中，对应于图7A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示。在某些情形中，侧壁37可以从抗蚀剂掩模32的横向壁33a和33b的顶点朝向电极形成部31和氧化硅层27逐渐加厚。因此，间隙32a的宽度W2可以以两个侧壁37的组合厚度那么多地变窄。这种加厚可以用于选择在各种应用比如目标分子检测中使用的纳米间隙宽度。

随后，电极形成部31可以在间隙32a内暴露的宽度W1可以制造得以侧壁37的膜厚度那么多地小于由抗蚀剂掩模32形成的间隙32a的宽度W2。随后，在相对于彼此布置的侧壁37之间的W1宽间隙中暴露的电极形成部31的一部分可以例如通过干蚀刻来去除。因此，具有宽度W1的纳米间隙NG可以形成在侧壁37之间，且跨过纳米间隙NG相对于彼此布置的两个电极25和26可以被形成，如图7C所示，在图7C中，对应于图7B的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示。

电极形成部31可以通过其在由本文描述的抗蚀剂掩模32形成的间隙32a内暴露的宽度W1可以用作最终形成的纳米间隙NG的宽度W1。因此，在抗蚀剂掩模32的横向壁32a和32b上形成侧壁形成层35的过程中，侧壁形成层35的膜厚度可以根据纳米间隙NG的期望宽度W1来选择。也就是说，当具有小宽度W1的纳米间隙NG形成时，侧壁形成层35可以被厚厚地形成以减少由抗蚀剂掩模32形成的间隙32a内暴露的电极形成部31的宽度W1。另一方面，当具有大宽度W1的纳米间隙NG形成时，侧壁形成层35可以薄薄地形成以增加由抗蚀剂掩模32形成的间隙32a内暴露的电极形成部31的宽度W1。

最后，位于电极25和26以及氧化硅层27上的侧壁37的部分可以通过例如湿蚀刻来去除。此后，位于电极25和26以及氧化硅层27上的抗蚀剂掩模32可以通过剥离来去除。因此，形成具有在电极25和26之间的纳米间隙NG的纳米间隙电极21是可能的，如图4所示。注意在此情形中，侧壁37被首先去除，且然后抗蚀剂掩模32被去除。可替代地，抗蚀剂掩模32可以首先被去除，并且然后侧壁37可以被去除。

在上述的配置中，包括跨过间隙彼此面对的横向壁33a和33b的抗蚀剂掩模32可以形成在电极形成部31上，侧壁37可以分别形成在抗蚀剂掩模32的两个横向壁33a和33b上，电极形成部31被暴露在侧壁37之间，且然后在侧壁37之间暴露的电极形成部31可以被去除以形成纳米间隙NG。

在上述的这种制造方法中，除由抗蚀剂掩模32形成的间隙32a的宽度W2之外，通过调节每一个侧壁37的膜厚度形成具有期望的宽度W1的纳米间隙NG是可能的。此外，侧壁37可以在该制造方法中形成在由抗蚀剂掩模32形成的横向壁33a和33b上，且此后，由抗蚀剂掩模32形成的间隙32a的宽度W2可以以侧壁37的膜厚度那么多地来制造得较小。因此，形成具有甚至小于在图案化的抗蚀剂掩模32中形成的间隙32a的宽度W2的宽度W1的纳米间隙NG是可能的。

根据上述的配置，具有通过侧壁37的膜厚度调节的宽度W1的纳米间隙NG可以利用布置在电极形成部31上的侧壁37作为掩模的一部分来形成在电极形成部31上。因此，形成不仅与常规的纳米间隙相同宽度W1的纳米间隙NG而且也形成甚至比利用常规的光刻技术形成的常规纳米间隙小的宽度W1的纳米间隙NG是可能的。

在某些情形中，具有间隙32a的抗蚀剂掩模32可以直接地形成在电极形成部31上。在其它实施例中，电极形成部(在其表面上可以形成硬掩模)可以用于形成在硬掩模中具有间隙的间隙形成掩模，并且间隙形成掩模可以布置在通过硬掩模形成的间隙中的电极形成部上。

在该实施例中，仅在由抗蚀剂掩模32形成的两个横向壁33a和33b上形成的侧壁37之间暴露的硬掩模材料可以被去除以在硬掩模中形成间隙。然后，穿过在位于侧壁37之间的硬掩模中的间隙的电极形成部31的一部分可以通过例如干蚀刻来去除，从而在侧壁37之间形成纳米间隙NG。

也如本文描述的，抗蚀剂掩模32可以作为掩模应用。在其它实施例中，由不同于抗蚀剂的各种材料中的一种形成的掩模可以被应用，只要间隙可以被形成并且侧壁可以被形成在该间隙的横向壁上。注意，最终制造的纳米间隙电极可以是侧壁37可以被保留就位而不被去除的一种纳米间隙电极，如图7C所示。可替代地，侧壁可以作为随后过程的一部分被去除。在某些实施例中，抗蚀剂掩模32可以被保留就位；作为替代，抗蚀剂掩模32可以被去除。

本文描述了图4中显示的用于制造纳米间隙电极21的可替代方法。在某些实施例中，可以具有预定形状的电极支撑部28和29可以邻近于氧化硅层27形成在其上的衬底可以被首先制备。然后，由碳纳米管制成的电极形成部31可以在氧化硅层27的表面上从一个电极支撑部28的表面到另一个电极支撑部29的表面形成或施加，以便桥接在电极支撑部28和29的膨胀的电极部件28b和29b上，如图5所示。

在其它实施例中，电极形成部31可以包括金、Pt或其它金属或合金纳米丝，或者可以包括半导体纳米丝，其中纳米丝可以具有纳米直径，或者可以具有若干纳米那么大的直径或更大。

在其它实施例中，电极形成部31可以包括金属或合金或半导体的薄层(例如，单层)。随后，例如由抗蚀剂材料制成的侧壁形成掩模40的层可以作为膜形成在电极形成部31和氧化硅层27上。此后，侧壁形成掩模40可以利用光刻技术图案化。因此，如显示了图5中的截面B-B’的侧向横截面配置的图8A所示，侧壁形成掩模40的横向壁40a可以与如图4中显示的电极形成部31的纳米间隙NG要被形成的区域对齐地形成在电极形成部31和氧化硅层27上。

随后，侧壁形成层(未示出)可以作为膜形成在侧壁形成掩模40和电极形成部31和氧化硅层27(其可以包括不同于电极形成部31的材料的诸如钛(Ti)或氮化硅(SiN)的材料)的暴露部分上。此后，侧壁形成层可以通过干蚀刻被回蚀刻以留下沿着侧壁形成掩模40的横向壁40a的侧壁形成层的一部分。因此，侧壁37可以沿着侧壁形成掩模40的横向壁40a形成，如图8A所示。注意，以该方式形成的侧壁37可以从侧壁形成掩模40的横向壁40a的顶点朝向电极形成部31和氧化硅层27逐渐加厚。因此，侧壁37的最大厚度可以是最终形成的纳米间隙NG的宽度W1。

随后，如图8B所示，在图8B中，对应于图8A的构成元素的构成元素通过相同的参考数字表示，侧壁形成掩模40可以被去除以留下在电极形成部31上垂直地建立的侧壁37。在这种情形中侧壁可以是独立的侧壁。独立的侧壁可以具有小于或等于约10纳米(nm)、5nm、4nm、3nm、2nm、1nm、0.9nm、0.8nm、0.7nm、0.6nm或0.5nm的宽度。参考图8C，在图8C中，对应于图8B的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，可以用作间隙形成掩模的抗蚀剂掩模41可以形成在电极形成部31和氧化硅层27上。上面描述的这种抗蚀剂掩模41可以通过在电极形成部31和氧化硅层27的暴露部分上涂覆抗蚀剂涂层材料并且硬化抗蚀剂涂层材料来形成。在此，抗蚀剂涂层材料可以被选择以形成在粘度上低的抗蚀剂掩模41。因此，即使抗蚀剂涂层材料在例如涂覆在电极形成部31和氧化硅层27上时粘附到侧壁37的上部，该材料由于材料自身的重量和在离心地形成为均匀膜时的离心力等而从侧壁37的上部剥离。因此，侧壁37的上部可以被暴露而没有被掩埋在抗蚀剂涂层材料中。因此，侧壁37的上部可以从抗蚀剂掩模41的表面露出。

注意，如果抗蚀剂涂层材料的粘度是高的且其粘附到侧壁37的上部的任何部分在其上硬化，且因此侧壁37作为整体由抗蚀剂掩模41覆盖，或者如果抗蚀剂掩模41具有大的膜厚度，且因此侧壁37作为整体由抗蚀剂掩模41覆盖，则侧壁37的上部可以通过回蚀刻抗蚀剂掩模41而从抗蚀剂掩模41的表面露出，如图8C所示。

随后，如图9A所示，图9A中，对应于图8C的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，侧壁37(其上部可以被暴露)可以例如通过湿蚀刻被去除，以在侧壁37位于的抗蚀剂掩模41的区域中形成间隙42。因此，电极形成部31可以穿过间隙42露出。然后，如图9B所示，图9B中对应于图9A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，穿过抗蚀剂掩模41的间隙42暴露的电极形成部31的一部分可以通过例如干蚀刻被去除，从而形成纳米间隙NG，其中电极25和26跨过纳米间隙NG在电极形成部31上彼此相对地布置。

电极形成部31可以穿过本文描述的抗蚀剂掩模41的间隙42暴露的宽度作为将随后形成的图4显示的纳米间隙NG的宽度W1。因此，在侧壁形成掩模40的横向壁40a上形成侧壁形成层的过程中，侧壁形成层的膜厚度可以根据纳米间隙NG的期望宽度W1选择。也就是说，当具有小宽度W1的纳米间隙NG被形成时，侧壁形成层可以薄薄地形成以减小穿过抗蚀剂掩模41的间隙42暴露的电极形成部31的宽度。另一方面，当具有大宽度W1的纳米间隙NG被形成时，侧壁形成层可以厚厚地形成以增加超过抗蚀剂掩模41的间隙42暴露的电极形成部31的宽度。

最后，位于电极25和26以及氧化硅层27上的抗蚀剂掩模41可以通过例如剥离来去除。因此，形成如图4所示的具有在电极25和26之间的纳米间隙NG的纳米间隙电极21是可能的。在其它实施例中，抗蚀剂掩模41可以被保留就位，且例如可以用作DNA可以被移动以便于电极25和26相互作用的沟道。

在上述配置中，侧壁37可以形成在布置在电极形成部31上的侧壁形成掩模40的横向壁40a上，并且然后侧壁形成掩模40可以被去除以垂直地建立侧壁37。抗蚀剂掩模41可以被形成以便包围侧壁37。然后，由抗蚀剂掩模41包围的侧壁37可以被去除以形成在抗蚀剂掩模41中的间隙42并且穿过间隙42暴露电极形成部31。此后，穿过间隙42暴露的电极形成部31的任何一个或多个部分可以被去除以在间隙42内形成纳米间隙NG。

在本文描述的这种制造方法中，在抗蚀剂掩模41中形成的间隙42的宽度可以通过调节每一个侧壁37的膜厚度来调节。因此，在间隙42内形成的纳米间隙NG可以被形成为期望的宽度W1。此外，因为侧壁37可以被形成为具有极其小的膜厚度，所以形成具有对应于侧壁37的厚度的极其小宽度W1的纳米间隙NG是可能的。

根据上述配置，具有通过侧壁37的膜厚度调节的宽度W1的纳米间隙NG可以利用布置在电极形成部31上的侧壁37作为掩模而形成在电极形成部31上。因此，不仅形成与常规的纳米间隙相同宽度W1的纳米间隙NG而且也形成比常规的纳米间隙甚至更小的宽度W1的纳米间隙NG是可能的。

注意，如上面描述的，其中侧壁形成层被制成为沿着侧壁形成掩模40的横向壁40a保留以形成可以被垂直地建立成壁形状的侧壁37。在其它实施例中，仅在侧壁形成掩模40上的侧壁形成层可以被去除以留下沿着侧壁形成掩模40的横向壁40a的侧壁形成层。此外，侧壁形成层可以被制造成保留在氧化硅层27和电极形成部31上，在此处不存在侧壁形成掩模40。因此，可以形成具有L形状的横截面的底部表面的侧壁。

用作间隙形成掩模的侧壁形成掩模40和抗蚀剂掩模41可以由抗蚀剂材料形成。在其它实施例中，一个或多个侧壁形成掩模和一个或多个间隙形成掩模可以由各种其它材料形成。

本公开提供了用于制造图4显示的制造纳米间隙电极21的方法。注意，图4中显示的纳米间隙电极21的配置的描述将在此处被省略以避免重复之前的描述。在某些实施例中，在上面邻近于氧化硅层27而形成有具有预定形状的电极支撑部28和29的衬底可以首先被制备。然后，由碳纳米管制成的电极形成部31可以跨过氧化硅层27的表面从一个电极支撑部的表面到另一个电极支撑部29的表面形成，以便桥接在电极支撑部28和29的膨胀的电极部件28b和29b上，如图5所示。

此外，可以例如由氮化硅(SiN)制成的蚀刻停止膜(未示出)可以形成在电极形成部31和氧化硅层27上，其中为了防止可以包括碳纳米管的电极形成部31在可以通过湿蚀刻去除侧壁的稍后描述的制造过程中被蚀刻。

随后，可以例如由多晶硅或非晶硅制造的层状的第一间隙形成掩模可以通过CVD方法等作为膜形成在电极形成部31和氧化硅层27上的蚀刻停止膜上。此后，第一间隙形成掩模可以利用光刻技术来图案化。因此，如描述了制造具有图5的截面B-B’的侧向横截面图的设备的方法的图10A所示，第一间隙形成掩模45的横向壁45a可以形成在蚀刻停止膜(未示出)上，该蚀刻停止膜可以位于电极形成部31和氧化硅层27上，与图4显示的电极形成部31的纳米间隙NG可以被形成的区域对齐。

随后，可以例如由可以是不同于电极形成部31的材料的材料的氧化硅制成的侧壁形成层(未示出)可以作为膜形成在电极形成部31和氧化硅层27和第一间隙形成掩模45上的蚀刻停止膜上。此后，侧壁形成层可以通过干蚀刻被回蚀刻以留下沿着第一间隙形成掩模45的横向壁45a的侧壁形成层。因此，侧壁37可以沿着第一间隙形成掩模45的横向壁45a形成，如图10A所示。注意，以此方式形成的侧壁37可以从第一间隙形成掩模45的横向壁45a的顶点朝向电极形成部31和氧化硅层27和蚀刻停止膜逐渐地加厚。因此，侧壁37的最大厚度可以是随后形成的纳米间隙NG的宽度W1。

随后，如对应于图10A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示的图10B所示，可以例如由多晶硅或非晶硅制成的第二间隙形成掩模46可以通过CVD方法等作为膜形成在位于电极形成部31和氧化硅层27、在侧壁37和在第一间隙形成掩模45上的蚀刻停止膜(未示出)上。

然后，覆盖第一间隙形成掩模45和侧壁37的第二间隙形成掩模46的区域、第一间隙形成掩模45和侧壁37可以被抛光并且可以通过平坦化处理(比如CMP)过抛光。因此，第一间隙形成掩模45、侧壁37和第二间隙形成掩模46的表面可以被暴露，如其中对应于图10B的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示的图10C所示。

在某些实施例中，侧壁37的侧表面的大倾斜的上部区域可以被抛光并且第一间隙形成掩模45、侧壁37和第二间隙形成掩模46可以被抛光，并且在平坦化处理操作中过抛光直到在第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间的侧壁37的横截面可以被形成为基本上四边形形状。注意，在某些实施例中，仅覆盖第一间隙形成掩模45和侧壁37的第二间隙形成掩模46的区域可以被抛光，只要第一间隙形成掩模45、侧壁37和第二间隙形成掩模46的表面可以在平坦化处理操作被执行时被暴露。

随后，如图11A所示，在图11A中，对应于图10C的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，位于第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间的侧壁37可以通过例如湿蚀刻被去除以形成与侧壁37相同宽度的间隙49。因此，在电极形成部31上的蚀刻停止膜(未示出)可以穿过间隙49被暴露。

然后，，如图11B所示，在图11B中，对应于图11A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，蚀刻停止膜(未示出)和穿过第一间隙形成掩模和第二间隙形成掩模46之间的间隙49暴露的电极形成部31的部分可以例如通过干蚀刻被去除，从而形成纳米间隙NG和跨过在电极形成部31中的纳米间隙NG彼此相对地布置的电极25和26。

如上描述的位于第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间的间隙49内的电极形成部31的宽度用作随后形成的图4显示的纳米间隙NG的宽度W1。因此，在第一间隙形成掩模45的横向壁45a上形成侧壁形成层的过程中，侧壁形成层的膜厚度可以根据纳米间隙NG的期望宽度W1来选择。也就是说，当具有小宽度W1的纳米间隙NG被形成时，侧壁形成层可以被薄薄地形成以减小在第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间的间隙49内暴露的电极形成部31的宽度。另一方面，当具有大宽度W1的纳米间隙NG被形成时，侧壁形成层可以被厚厚地形成以增加在第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间的间隙49内暴露的电极形成部31的宽度。

最后，位于电极25和26以及氧化硅层27上的第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46可以通过例如湿蚀刻被去除。因此，形成图4显示的具有在电极25和26之间的纳米间隙NG的纳米间隙电极21是可能的。

在上述配置中，侧壁37可以形成在布置在电极形成部31上的第一间隙形成掩模45的横向壁45a上，并且然后第二间隙形成掩模46可以形成为邻接在侧壁37上。因此，侧壁37可以布置在第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间。然后，第一间隙形成掩模45、侧壁37和第二间隙形成掩模46的表面可以被暴露，并且侧壁37可以被去除以形成在第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间的间隙49。因此，纳米间隙NG可以通过去除在间隙49内的电极形成部31的部分来形成。

在本文描述的这种制造方法中，通过调节侧壁37的膜厚度来形成具有期望的宽度W1的纳米间隙NG是可能的。此外，侧壁37可以形成有极其小的膜厚度。因此，形成具有对应于侧壁37的厚度的极其小宽度W1的纳米间隙NG是可能的。此外，与常规的制造方法不同，该制造方法不需要在形成纳米间隙NG时图案化金属掩模。因此，在没有不适当的努力下形成纳米间隙NG是可能的。

根据上面描述的配置，具有通过侧壁37的膜厚度调节的宽度W1的纳米间隙NG可以利用布置在电极形成部31上的侧壁37作为掩模来形成在电极形成部31中。因此，不仅形成与常规的纳米间隙相同宽度W1的纳米间隙NG而且也形成比常规的纳米间隙甚至更小宽度W1的纳米间隙NG是可能的。

在某些情形中，第二间隙形成掩模46可以直接地形成在第一间隙形成掩模45上，如图10B所示。在其它实施例中，在形成硬掩模的表面上的第一间隙形成掩模45可以在没有在第一间隙形成掩模45上直接形成第二间隙形成掩模46的情况下使用。甚至在该情形中，在第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间布置侧壁37是可能的。因此，通过去除侧壁37在第一间隙形成掩模45和第二间隙形成掩模46之间形成间隙49是可能的。

应注意，本发明不限于本实施例，而是可以在本发明主题的范围内修改和以各种其它方式实现。例如，各种材料可用作电极5和6(25和26)、衬底2、氧化硅层4(27)、侧壁11(37)等的材料。此外，第一电极形成部9、第二电极形成部12以及电极5和6可以具有各种形状。同样，电极形成部31和电极25和26可以具有各种形状。

例如，尽管电极形成部31被描述为由碳纳米管制成，但是本发明不限于这些实施例。例如，电极形成部可以由具有各种其它形状中的一种的金属材料形成，包括简单的长方体和柱状形状。

此处，将对结合图6和7的描述进行描述的制造方法进行说明。例如，如果由长方体形状的金属材料制成的电极形成部被应用为电极形成部，具有开口32a的抗蚀剂掩模32可以布置在长方体形状的一个或多个电极形成部上，侧壁37可以沿着抗蚀剂掩模32的横向壁33a和33b两者形成，并且在侧壁37之间暴露的电极形成部的部分可以被去除。因此，在侧壁37和跨过纳米间隙NG彼此相对地布置的长方体形状电极之间形成纳米间隙NG是可能的。

参考图6-11，电极支撑部28和29可以邻近于衬底上的氧化硅层27形成并且电极形成部31可以布置在电极支撑部28和29的表面上。可替代地，具有各种形状的电极形成部可以布置在其中电极支撑部28和29没有邻近于衬底上的氧化硅层27布置的衬底上，而是可以简单地与氧化硅层一起设置或者可以仅包括硅衬底。可替代地，电极形成部可以布置在衬底上，并且电极支撑部可以在其两侧上突出地形成在电极形成部的上部上。因此，实施例可以具有其中电极形成部位于布置成在衬底上彼此面对的两个电极支撑部之间的配置。

此外，在上述实施例中，已经描述了纳米间隙电极1(21)，其中单链DNA可以至少部分地经过电极5和6(25和26)之间的纳米间隙NG，并且当单链DNA的碱基经过电极5和6(25和26)之间的纳米间隙NG时流过电极5和6(25和26)的一个或多个电流值可以用安培计测量。然而，本发明不限于这些实施例。纳米间隙电极可以在各种其它应用中使用。在某些实施例中，纳米间隙可以用于双链DNA，且因此可以被制造成具有可能更适合于双链DNA的测量的不同尺寸。在其它实施例中，纳米间隙可以用于其它生物分子，比如氨基酸、脂类或碳水化合物，且因此可以制造成具有适合于每一种类型的生物分子的宽度。

在伴随图6-11的说明中，已经描述了侧壁11或37可以被形成为从横向壁的顶点朝向可以被应用为侧壁的氧化硅层27逐渐加厚的方法。在其它实施例中，根据膜形成的位置在膜厚度上不同的侧壁形成层可以在各种膜形成条件(温度、压力、采用的气体、流率等)下形成，而不以保形的方式在侧壁上形成膜。因此，可以存在被施加到被形成为从顶点朝向氧化硅层逐渐变薄的侧壁，或者其宽度可以具有在顶点和氧化硅层之间的中间位置处或者在各种其它位置处的最大宽度的侧壁的膜。

本公开提供了用于制造具有在电极5和6之间的纳米间隙NG的纳米间隙电极1的方法。衬底2(氧化硅层4可以在硅衬底3上形成)可以被首先制备。随后，可以添加电极形成层79并且例如由氮化硅(SiN)制成并且具有横向壁72a的第一掩模72可以利用光刻技术形成在电极形成层79的预定区域上。

随后，如图12A所示，由诸如不同于电极形成层79的表面的材料(其可以包括氮化钛)的钛(Ti)的材料制成的侧壁形成层80可以通过例如化学气相沉积(CVD)技术作为膜被形成在电极形成部79和衬底2的暴露部分上。此时，侧壁形成层80可以沿着第一掩模72的横向壁72a形成。在横向壁72a上形成的侧壁形成层80的膜厚度可以根据纳米间隙NG的期望宽度W1选择。也就是说，当具有小宽度W1的纳米间隙NG被形成时，侧壁形成层80可以形成有小的膜厚度。另一方面，当具有大宽度W1的纳米间隙NG被形成时，侧壁形成层80可以形成有大的膜厚度。

随后，如图12B所示，被膜形成在第一掩模72和电极形成层79的暴露部分上的侧壁形成层80可以通过例如干蚀刻被蚀刻以留下沿着第一掩模72的横向壁72a的侧壁形成层80的部分。蚀刻过程可以被配置为相对于衬底2是垂直的，或者可以成角度使得侧壁形成层80的部分可以通过第一掩模72的横向壁72a至少部分地被保护免于蚀刻。

随后，如图12C所示，第二掩模73可以通过例如溅射方法被沉积。

随后，如图12D所示，第一掩模72和侧壁形成层80以及第二掩模73的区域可以被抛光或者可以通过平坦化处理(比如CMP(化学和机械抛光))被过抛光。

随后，如图13A(中心横截面图)和图13B(顶视图)所示，抗蚀剂层可以被施加和图案化。通过图案化的抗蚀剂74保留暴露的第一掩模72和第二掩模73的部分然后可以被蚀刻掉。图案化的抗蚀剂74然后可以被去除，暴露剩余的掩模层，如图13C(中心横截面图)和图13D(顶视图)显示的。剩余的第一掩模72和剩余的第二掩模73然后可以用于蚀刻电极形成层79，并且可以随后被去除，如图13E(中心横截面图)和图13F(顶视图)所示，产生图1所示的结构。

在图14中，参考数字1表示根据本发明的一个实施例的纳米间隙电极。在该纳米间隙电极1中，相对的电极15和16可以布置在衬底2上。带有最小宽度W1的中空间隙G1(其可以是纳米级(比如，不大于1000nm))可以形成在这些电极15和16之间。衬底2可以包括例如硅衬底3和形成在硅衬底3上的氧化硅层4。衬底2因此可以具有其中形成一对的两个电极15和16可以形成在氧化硅层4上的配置。

在某些实施例中，在电极15和16之间形成的间隙G1可以包括掩模宽度间隙G2和比对应于掩模宽度间隙G2的宽度W1窄的纳米间隙NG。本发明的纳米间隙电极1的特征在于，形成比利用在制造过程(稍后描述)中使用的掩模形成的掩模宽度间隙G2的宽度W2窄的纳米间隙NG是可能的。在某些实施例中，纳米间隙NG可以形成有从0.1nm至30nm的最小宽度W1，或者不大于10nm、不大于5nm、不大于2nm、不大于1nm或者不大于0.5nm的宽度W1，或者从1.5nm至0.3nm或者从1.2nm至0.5nm或者从0.9nm至0.65nm或者从1.2nm至0.9nm或者从1.0nm至0.8nm或者从0.8nm至0.7nm的宽度W1。本文描述的宽度可以用于本文描述的任何纳米间隙的间隙间隔。

实际上，这些电极15和16中的每一个可以由各种类型的金属硅化物(包括硅化钛、硅化钼、硅化铂、硅化镍、硅化钴、硅化钯和硅化铌或其组合)或硅化物与其它材料的合金中的一种形成，或者可以是可以用各种材料掺杂的硅化物，如可以是掺杂半导体常用的。电极15和16可以具有相同的配置并且可以跨过衬底2上的纳米间隙NG双向对称地形成。在电极部件15和16的各自端部的侧壁15a和16a可以跨过纳米间隙NG彼此相对地布置。实际上，在某些实施例中，电极15和16可以由长方体构成，其纵向横截面可以是四边形的且其纵向方向可以在y方向上延伸。电极15和16可以布置成使得其长边中心轴线定位在相同的y轴直线上，并且使得侧壁15a和16a的前表面面向彼此。

肩部15b和16b可以包括L形状的凹部，其可以形成在电极15和16的侧壁15a和16a的上部拐角内。此外，尾部弯曲表面15c和16c对应于距在侧壁15a和16a中形成的肩部15b和16b的底部表面的向下增加的距离逐渐增加地轻微地凹进。因此，桥接在电极15和16上的四边形掩模宽度间隙G2和其间的间隙可以形成在肩部15b和16b之间。因此，在弯曲表面15c和16c之间形成了对应于电极的端部之间的距离的纳米间隙NG，其较靠近衬底2逐渐增加地加宽。

在其它实施例中，形成掩模宽度间隙G2的肩部15b和16b上方的表面可以通过例如CMP抛光而被去除，以便仅留下在电极15和16之间的纳米间隙NG。

注意在上述配置的纳米间隙电极1中，电流可以例如从电源(未示出)供应到电极15和16，并且流过电极15和16的电流值可以利用安培计(未示出)测量。因此，纳米间隙电极1允许单链DNA从正交于可以是电极15和16的纵向轴线的y轴的x方向和/或从可以是电极15和16的高度轴线的z方向穿过电极15和16之间的纳米间隙NG，并且与y轴线成直角地相交；安培计可以被用于测量在单链DNA的碱基穿过电极15和16之间的纳米间隙NG时流过电极15和16的电流值；并且包括单链DNA的碱基可以基于电流值来确定。

在某些实施例中，上述的制造纳米间隙电极1的方法可以包括这样的方法，在该方法中，衬底2(据此可以是氧化硅层4的层)可以被形成在可以是如图5所示被制备的硅衬底3的衬底上。然后，可以是矩形形状的并且可以由硅制成并且可以具有在y轴上延伸的纵向轴线的电极形成部18可以利用光刻技术形成在氧化硅层4上。随后，可以由氮化硅(SiN)制成的掩模层19(未示出)可以作为膜形成在衬底2和电极形成部18上；该掩模层19可以利用抗蚀剂掩模形成，该抗蚀剂掩模可以通过标准的光刻过程来图案化。

因此，可以具有矩形横截面并且可以由氮化硅(SiN)制成的掩模层19可以被形成为沿着正交于可以是电极形成部18的纵向轴线的y轴的x轴桥接在电极形成部18上。注意，掩模层19的宽度W2用于在电极15和16可以被形成时形成电极15和16之间的掩模宽度G2。在某些实施例中，因此，可能希望改变图案化抗蚀剂掩模以选择掩模层19的宽度W2的方法，这可能需要最小化对应于掩模层19的宽度W2的抗蚀剂掩模的宽度的方法。

此处，将集中在图15中的横截面A-A’和B-B’中示出的结构以描述制造纳米间隙电极1的过程。图16A显示了图15中的横截面A-A’的结构，而图16B显示了图15的横截面B-B’的结构。如图16C和图16D所示，在图16C中，对应于图16A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，且图16D中，对应于图16B的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，可以由诸如钛、钼、铂、镍、钴、钯或铌的金属元素制成的硅化物产生层52可以通过例如溅射作为膜形成在掩模层19和电极形成部18上。注意，此时，硅化物产生层52也可以作为膜形成在衬底2上，其可以在没有被掩模层19和电极形成部18覆盖的区域中暴露。

随后，可以进行热处理以使电极形成部18和硅化物产生层52反应。因此，电极形成部18的与硅化物产生层52接触的部分可以被硅化以形成电极15并且如图16E(其中对应于图16C的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)和图16F(其中对应于图16D的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)所示。

在某些情形中，在此点，可能难以在掩模层19下的电极形成部18的区域中形成硅化物，在此处，硅化物产生层52不形成为膜，如图16E所示。硅化物产生层52的一个或多个金属元素从掩模层19的两个外侧面朝向掩模层19下的区域扩散；硅化也在靠近不与硅化物产生层52直接接触的掩模层19的两个侧向部分的下部区域中进展。因此，电极15和16可以从掩模层19的两个外侧面在掩模层19下形成。在此情形中，电极15和16可以由于硅化物产生层52的一个或多个金属元素从掩模层19的两个侧向部分附近在掩模层19下扩散而在下面的掩模层19中形成，并且从而形成硅化物。结果是，电极15和16膨胀(体积膨胀)到比掩模层不覆盖的电极形成部18的区域的体积大的体积。因此，电极15和16的侧壁15a和16a(具体地，弯曲表面15c和16c)可以被形成为比掩模层19的下部的宽度W2更靠近彼此。

而且在此情形中，电极形成部18的硅化可以进展直到达到氧化硅层4。因此，形成与氧化硅层4接触的电极15和16是可能的。对于上述的电极15和16，在掩模层19下的电极15和16的侧壁15a和16a的部分(弯曲表面15c和16c)可以通过合适地选择电极形成部18的膜厚度、硅化物产生层52的膜厚度以及热处理时的温度、加热时间等来控制。因此，在侧壁15a和16a之间的最小宽度W1可以设定为例如是0.1nm至30nm或者可以是本文描述的任何宽度，且弯曲表面15c和16c的弯曲度可以被控制。

随后，如图17A(其中对应于图16E的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)和图17B(其中对应于图16F的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)所示，残留在掩模层19和氧化硅层4上的硅化物产生层52的未反应的部分可以通过蚀刻去除。此后，如图17C(其中对应于图17A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)和图17D(其中对应于图17B的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)所示，掩模层19可以通过蚀刻被去除以在电极部件15和16的肩部15b和16b之间形成掩模宽度间隙G2。

如果硅化物产生层52例如由钴形成，则电极15和16可以包括硅化钴(CoSi)。此后，残留在掩模层19和氧化硅层4上的硅化物产生层52的任何未反应的部分可以通过利用硫酸(H2SO4)和过氧化氢(H2O2)的液体混合物湿蚀刻而被去除。

在某些实施例中，如图17E(其中对应于图17C的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)和图17F(其中对应于图17D的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)所示，残留在氧化硅层4上的电极15和16之间的电极形成部18的任何未反应的部分可以通过蚀刻等去除以暴露电极15和16的弯曲表面15c和16c，从而在弯曲表面15c和16c之间形成中空纳米间隙NG。因此，制造如图14所示的纳米间隙电极1是可能的。

在上述配置中，掩模层19可以依照形成特定宽度来选择，并且可以形成在可以位于衬底2上的电极形成部18上，并且硅化物产生层52可以作为膜形成在电极形成部18上。此后，可以进行热处理以使硅化物产生层52与电极形成部18反应以形成通过由反应引起的体积膨胀穿透掩模层19下的两个相对的电极15和16，从而使电极15和16的侧壁15a和16a通过体积膨胀而比掩模层19的宽度更靠近彼此。掩模层19和残留在掩模层19的下部区域中的电极形成部18的任何未反应的部分可以被去除。因此，纳米间隙NG可以形成在电极15和16之间。因而，制造具有比利用图案化的掩模层19形成的掩模宽度间隙G2甚至更小的纳米间隙NG的纳米间隙电极1是可能的。

在上述的这种纳米间隙电极1中，电极15和16从掩模层19的两个侧向部分在掩模层19下的穿透程度可以简单地通过合适地选择电极形成部18的膜厚度、硅化物产生层52的膜厚度以及在制造过程中用于使电极形成部18硅化的热处理时间和加热温度来控制。因此，容易形成比掩模层19的掩模宽度间隙G2甚至更窄的纳米间隙NG是可能的。此外，在上述的这种制造方法中，在电极15和16之间形成具有比当使用掩模层19时可以使用光刻技术形成的最小值小的最小宽度的掩模宽度间隙G2窄的纳米间隙NG是可能的。

在用于制造纳米间隙电极的某些方法中，可以通过利用采用曝光和显影图案化的抗蚀剂掩模直接地蚀刻电极层来在两个相对的电极之间形成纳米间隙。因为可以通过曝光和显影在抗蚀剂掩模中形成的最小宽度可以是10nm的量级，所以很难利用这样的方法形成比该宽度窄的纳米间隙。

另一方面，在本文描述的制造纳米间隙电极的方法的某些实施例中，电极15和16的侧壁15a和16a由于在随后的制造过程中的体积膨胀而在掩模层19下的区域中更靠近彼此，即使可以通过常规的制造光刻技术在抗蚀剂掩模中形成的最小宽度W2可以是10nm，且因此，掩模层19的最小宽度W2可以是5nm至10nm。因此，形成具有不大于2nm、1nm、0.9nm、0.8nm、0.7nm、0.6nm或0.5nm的宽度的纳米间隙NG或者本文描述的可以比5nm至10nm的最小宽度W2小的任何间隙间隔是可能的。

在某些情形中，硅化物产生层52可以作为膜形成在电极形成部18上，并且然后可以进行热处理；电极形成部18和硅化物产生层52可以因而彼此反应；两个相对的体积膨胀的电极15和16可以被形成；并且电极15和16的侧壁15a和16a可以通过体积膨胀而更靠近彼此，从而在电极15和16之间形成纳米间隙NG。因此，使电极15和16之间的掩模宽度间隙G2更小达硅化的量那么多是可能的。因此，制造具有比通过常规的光刻处理形成的间隙甚至更小的纳米间隙NG的纳米间隙电极1是可能的。

在上述的这种制造方法中，形成弯曲表面15c和16c从而电极15和16的相对的侧壁15a和16a可以彼此逐渐更靠近是可能的。因此，制造其中侧壁15a和16a之间的宽度由于弯曲表面15c和16c的弯曲而逐渐变窄的纳米间隙电极1是可能的。

在某些情形中，电极15和16可以形成为与氧化硅层4接触。作为替代，电极15和16不需要形成为与氧化硅层4接触，并且电极形成部18的未反应的部分可以形成在氧化硅层4和电极15和16之间。在该实施例中，通过合适地选择电极形成部18和硅化物产生层52的膜厚度以及使电极形成部18硅化(或者硅化)的热处理时间和温度使电极形成部18的未反应的部分残留在氧化硅层4和电极15和16之间是可能的。

在图18(其中对应于图14的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)中图示的另一实施例中，显示了纳米间隙电极21。描述了具有带有最小宽度W1的纳米间隙NG的纳米间隙电极21，其是纳米级的(不大于1000nm)，可以形成在电极23和24之间。纳米间隙电极21的特征在于，形成比利用标准光刻过程的掩模形成的掩模宽度间隙的宽度窄的纳米间隙NG是可能的。纳米间隙NG可以形成有0.1nm至30nm或者不大于2nm、1nm、0.9nm、0.8nm、0.7nm、0.6nm、或0.5nm的最小宽度W1，或者可以是本文描述的任何宽度。

电极23和24可以由各种类型的金属硅化物(包括硅化钛、硅化钼、硅化铂、硅化镍、硅化钴、硅化钯和硅化铌或其组合)中的一种或多种形成。电极23和24可以具有相同的配置并且可以跨过衬底2上的纳米间隙NG双向对称地形成。在电极23和24的各自端部的侧壁23a和24a可以跨过纳米间隙NG彼此相对地布置。在某些实施例中，电极23和24可以包括长方体，其纵向横截面可以是四边形的，且其纵向轴线可以在y方向上延伸。电极23和24可以布置成使得其长边中心轴线可以定位在相同的y轴直线上，并且可以定位成使得侧壁23a和24a的前表面可以面向彼此。

在某些实施例中，向外膨胀的部分可以形成在与衬底2接触的电极23和24的侧壁23a和24a的区域中。因此，电极23和24允许形成在其间的纳米间隙NG的宽度在膨胀的部分23b和24b面向彼此的区域中进一步变窄到最小宽度W1。

在某些实施例中，利用纳米间隙电极21，电流可以例如从电源(未示出)供应到电极23和24，并且电极23和24之间的电流值可以利用安培计(未示出)来测量。因此，纳米间隙电极21允许单链DNA从正交于可以是电极23和24的纵向轴线的y轴的x轴和/或从可以是电极23和24的高度轴并且与y轴直角地相交的z轴穿过电极23和24之间的纳米间隙NG；安培计可以用于测量当单链DNA的碱基穿过电极23和24之间的纳米间隙NG时流过电极23和24的电流值；并且构成单链DNA的碱基可以基于相关的电流值来确定。

在某些实施例中，制造方法可以用于制造包括衬底2的纳米间隙电极21，其中可以形成在硅衬底3上的氧化硅层4可以被制备，并且硅层可以因此形成在氧化硅层4上。随后，抗蚀剂层可以作为膜形成在该硅层上，并且该抗蚀剂层然后可以通过曝光和显影被图案化以形成掩模(抗蚀剂掩模)。

随后，硅层可以利用掩模来图案化。然后，如图19A所示，可以跨过掩模宽度间隙G3彼此相对的两个电极形成部56和57可以由硅层形成。注意在该情形中，电极形成部56和57可以形成为立方体形状，其可以是矩形的，可以具有平行于y轴延伸的纵向轴线方向。此外，电极形成部56和57可以布置成使得其长边中心轴线可以定位在相同的直线上并且使得电极形成部56和57的侧壁可以跨过掩模宽度间隙G3面向彼此。

在图19B(其中对应于图19A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)显示的某些实施例中，硅化物产生层58可以由诸如钛、钼、铂、镍、钴、钯或铌或其组合或合金的金属元素制成，可以通过例如溅射作为膜形成在电极形成部56和57和氧化硅层4的暴露部分上。随后，可以进行热处理以使电极形成部56和57与硅化物产生层58反应。因此，可以与硅化物产生层58接触的电极形成部56和57可以形成硅化物，产生由金属硅化物制成的电极23和24，如图19C(其中对应于图19B的构成元素的构成元素用相同的参考数字表示)所示。

此处，电极23和24(当形成硅化物时)体积地膨胀并且因此侧壁23a和24a彼此更靠近。因此，形成比利用掩模形成的掩模宽度间隙G3更窄的纳米间隙NG是可能的。此时，硅化物产生层58的任何过量的量与其它区域相比可能在与衬底2接触的电极形成部56和57的区域中存在。因此，电极形成部56和57结合硅化物产生层58的硅化可以在那些区域中被促进。电极23和24的形成可以进一步引起体积膨胀，导致膨胀部分23b和24b。因此，电极23和24可以形成为使得纳米间隙NG的宽度可以通过在电极23和24接触衬底2的区域中彼此相对布置的膨胀部分23b和24b的形成而进一步变窄。

对于利用该方法形成的电极23和24，电极23和24的侧壁23a和24a的位置以及膨胀部分23b和24b的膨胀程度可以通过合适地选择电极形成部56和57的膜厚度、硅化物产生层58的膜厚度和热处理时的温度、加热时间等来控制。侧壁23a和24a之间的宽度以及膨胀部分23b和24b之间的最小宽度W1因此被设定为例如从0.1nm至30nm或者不大于2nm、1nm、0.9nm、0.8nm、0.7nm、0.6nm或0.5nm或者本文描述的任何间隙间隔。

随后，残留在纳米间隙NG和其它区域内的氧化硅层4上的硅化物产生层58的任何未反应的部分可以通过蚀刻来去除，如图19D所示，在图19D中对应于图19C的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示。因此，制造具有在电极23和24之间的纳米间隙NG的纳米间隙电极21是可能的，如图18所示。

在上述配置中，跨过间隙(掩模宽度间隙G3)彼此相对地布置的两个电极形成部56和57可以形成在衬底2上；硅化物产生层58可以作为膜形成在电极形成部56和57上；并且然后可以进行热处理以使硅化物产生层58与电极形成部56和57反应，从而形成可以由于反应而体积膨胀的两个相对的电极23和24。因此，通过体积膨胀使电极23和24的侧壁23a和24a彼此更靠近并且形成比可以通常使用光刻方法制造的电极23和24之间形成的掩模宽度间隙G3小的纳米间隙NG是可能的。因此，制造具有比利用图案化掩模形成的掩模宽度间隙G3甚至更小的纳米间隙NG的纳米间隙电极21是可能的。

在某些实施例中，当形成如上所述的纳米间隙电极21时，电极23和24的体积膨胀的程度可以简单地通过合适地选择电极形成部56和57的膜厚度、硅化物产生层58的膜厚度以及在制造过程中用于使电极形成部56和57硅化的热处理时间和加热温度来控制。因此，形成比与掩模相关的掩模宽度间隙G3甚至更窄的纳米间隙NG是可能的。在某些情形中，可以在电极23和24之间形成比具有可以利用标准光刻过程采用掩模形成的最小宽度的掩模宽度间隙G3窄的纳米间隙NG。

在某些实施例中，硅化物产生层58可以作为膜形成在电极形成部56和57上，并且然后可以进行热处理；电极形成部56和57以及硅化物产生层58因此可以彼此反应；两个相对的体积膨胀的电极23和24可以被形成；并且电极23和24的侧壁23a和24a可以通过体积膨胀而彼此更靠近，从而在电极23和24之间形成纳米间隙NG。因此，使电极23和24之间的掩模宽度间隙G3更小达体积膨胀的量那么多是可能的。因此，制造具有比通过正常的(或标准的)光刻处理形成的间隙甚至更小的纳米间隙NG的纳米间隙电极21是可能的。

在某些实施例中，形成膨胀部分23b和24b从而可以使电极23和24的相对的侧壁23a和24a逐渐地更靠近彼此是可能的。因而，制造其中在侧壁23a和24a之间的宽度由于膨胀部分23b和24b的生长而逐渐变窄的纳米间隙电极21是可能的。

对于本领域技术人员来说明显的是，本发明不限于本实施例，并且在本发明的主题的范围内本发明可以以各种其它方式被修改和实现。例如，电极15和16(23和24)可以具有各种形状。在某些情形中，一个或多个电极形成部18(26和57)可以由硅制成，硅化物产生层52(28)可以由诸如钛、钼、铂、镍、钴、钯或铌或其合金的一种或多种金属元素制成，其可以作为膜形成在一个或多个电极形成部18(56和57)上。随后，可以进行热处理以使一个或多个电极形成部18(56和57)与硅化物产生层58(28)反应，从而形成由一个或多个金属硅化物制成的体积膨胀的电极15和16(23和24)。然而，本发明不限于这些实施例。可替代地，由钛制成的电极形成部可以被形成；由钨制成的化合物产生层可以作为膜形成在电极形成部上；此后可以进行热处理以使电极形成部与化合物产生层反应；并且由钛化钨制成的体积膨胀的电极可以被形成，从而在电极之间形成纳米间隙，其中电极的侧壁彼此更靠近达体积膨胀的量那么多。将理解的是，不同于钛和钨的材料可以被采用。

而且在上述的第一实施例和第二实施例中，已经描述了纳米间隙电极1(21)，其中单链DNA可以穿过电极15和16(23和24)之间的纳米间隙NG，并且当单链DNA的碱基穿过电极15和16(23和24)之间的纳米间隙NG时流过电极15和16(23和24)或在电极15和16(23和24)之间流过的电流值可以利用安培计进行测量。然而，本发明不限于这些实施例。可以在各种其它应用中采用纳米间隙电极。

在某些实施例中，制造方法可以用于制造包括衬底2的纳米间隙电极21，其中氧化硅层4可以被形成在衬底2上，硅衬底3可以被制备在衬底2上，并且硅层因此可以形成在氧化硅层4上。随后，抗蚀剂层可以作为膜形成在该硅层上，并且该抗蚀剂层然后可以通过曝光和显影而被图案化以形成掩模(抗蚀剂掩模)。

随后，硅层可以采用掩模来图案化。然后，如图20A所示，可以跨过掩模宽度间隙G3彼此相对的两个电极形成部55和36可以由硅层形成。注意，在此情形中，电极形成部55和36可以形成为立方体形状，其可以是矩形的，并且其可以具有平行于y轴延伸的纵向轴线方向。此外，电极形成部55和36可以布置成使得其长边中心轴线可以定位在相同的直线上并且使得电极形成部55和36的侧壁可以跨过掩模宽度间隙G3彼此面对。

随后，如图20B(其中对应于图20A的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示)所示，硅化物产生层38可以由诸如钛、钼、铂、镍、钴、钯、铌或任何其它过渡金属或其组合或合金的金属元素制成，可以通过例如溅射作为膜形成在电极形成部55和36上。在某些实施例中，溅射可以成角度地进行。由于掩模宽度间隙G3的狭窄，硅化物产生层38可以不达到底部。

随后，可以进行热处理以使电极形成部55和36与硅化物产生层38反应，该反应可以是在自对准多晶硅化物过程(asalicideprocess)或矽化物过程(apolycideprocess)中。随后，残留在纳米间隙NG和其它区域内的氧化硅层4上方的硅化物产生层38的任何未反应的部分可以通过蚀刻去除。因此，可以与硅化物产生层38接触的电极形成部55和36可以形成由金属硅化物制成的硅化的电极63和64，如图20C所示，在图20C中，对应于图20B的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示。

因此，电极63和64的侧壁可以通过体积膨胀而彼此更靠近，从而在电极63和64之间形成纳米间隙NG。因此，使电极23和24之间的掩模宽度间隙G3小达体积膨胀的量那么多是可能的。因此，制造具有比由正常的光刻处理形成的间隙甚至更小的间隙的纳米间隙NG的纳米间隙电极1是可能的。

在某些实施例中，可能希望使用非矩形形状的掩模层19。这可以有利地产生纳米间隙NG的点或垂直边缘以更好地便于单个碱基测量。图21A-21C显示了三个不同的掩模变形的顶视图，其中最小掩模尺寸可以是对应于掩模宽度间隙G2的宽度W2。在一个实施例中，如图21A所示，掩模产生在电极形成部18上的梯形形状的间隙膜。在某些实施例中，梯形角度10可以大于或等于10度，大于或等于30度，或者大于或等于60度。在某些实施例中，由金属扩散到硅内形成的硅化物将产生具有弯曲边缘而不是平面边缘的电极，但是仍可以具有最小间隙距离G2。本发明不限于图21A-21C显示的掩模变形。

在某些实施例中，如图22A-22F所示，其中对应于图20A-20F的构成元素的构成元素用相似的参考数字表示，可能希望形成小的沟道以将目标物质(例如，生物分子，比如DNA或RNA)带到纳米间隙电极。掩模层19可以设计成形成该沟道，因为其可以在该过程中被蚀刻掉。图22A、图22C和图22E显示了沟道顶部层13的添加。为了清楚，沟道顶部层13在图22B、22D和22E中未显示。在某些实施例中，沟道顶部层可以是与制造方法相容的非导电材料，比如SiO2，或者可以是聚合物，比如聚二甲基硅氧烷或SU8。

在某些实施例中，如图23所示，为了能够蚀刻掉掩模层19，沟道顶部层13可以沉积有至少一个沟道进入口14。在图23中，显示了具有两个沟道进入口14的顶视图。在某些实施例中，掩模层19的宽度和厚度可以沿着掩模轴的轴线变化，其在去除时可以形成一个或多个沟道。在某些实施例中，多个电极对可以位于每一个沟道中。

在某些实施例中，如图24A-24B所示，硅化物膨胀可以仅从一个侧进行。在某些实施例中，电极形成部116和金属电极115可以被制造。随后，硅化物产生层118可以使用例如溅射形成为膜。如图24A所示，间隙W2可以足够窄使得硅化物产生层118不能一直沿着间隙W2的底部向下延伸。金属电极115的金属可以相对于硅化物产生层118选择使得硅化物产生层118可以被蚀刻掉而不影响金属电极115。

随后，可以进行热处理以使电极形成部116与硅化物产生层118反应以形成电极117。残留在纳米间隙NG和其它区域内的氧化硅层4上的硅化物产生层118的任何未反应的部分可以通过蚀刻被去除。如图24B所示，硅化物的膨胀可以产生比掩模宽度W2窄的宽度W1的间隙。

在某些实施例中，产生的一个或多个硅化物可以是导电的。形成的一个或多个硅化物可以在自对齐过程(比如自对准多晶硅化物过程或矽化物过程)中形成。多个硅化物产生过程可以用于相同的电极形成元件，例如，以形成电极和电极尖端，并且连接到相互连接部，据此，电流可以穿过电极尖端并且因此可以传送到放大器或测量设备。相互连接部也可以用于施加偏置电势，该偏置电势可以源自偏置源，由一个或多个相互连接部携带并且施加到可以由已经利用自对准多晶硅化物过程形成的硅化物材料形成的一个或多个电极。

在某些实施例中，硅化物膨胀可以产生垂直纳米间隙。电极形成部125和第一硅化物产生电极128a可以首先被制造在SiO2涂覆的晶片上，如图25A所示。这随后可以是介电层127，比如SiO2。此后，可以沉积第二硅化物产生电极128b。这在图25B中显示。

随后，如图25C所示，可以进行热处理以使电极形成部125与硅化物产生层128a和128b反应。电极形成部125的未反应的部分可以然后被蚀刻掉。这随后可以是具有一个或多个轴孔(未示出)的介电覆盖物129以提供通过电极形成部125的残余的去除产生的流体沟道。完成的横截面在图25D中显示。

在某些情形中，可以利用图案化掩模形成的掩模宽度间隙G2和G3可以作为之前通过当纳米间隙NG被形成时处理形成的间隙被施加。然而，本发明不限于这些实施例。在一个实施例中，间隙可以通过首先利用图案化掩模层19形成掩模宽度间隙G2并且然后进一步修剪掩模的图案以控制掩模层19的间隙来形成。在另一实施例中，间隙可以通过例如通过沉积使电极形成部56和57之间的间隙变窄或者通过各种其它类型的过程来形成。在本发明中，间隙可以小达电极部件的体积膨胀的量那么多，如上面描述的。因此，制造具有比通过正常的光刻处理形成的间隙甚至更小的纳米间隙NG的纳米间隙电极是可能的。

在某些实施例中，纳米沟道可以制造得较小，其中较小可以是沟道宽度或沟道深度的减小，或者可以是沟道的宽度和深度两者的减小。在某些实施例中，本文描述的技术可以用于使沟道的宽度和深度中的一个或两者变窄。

在某些实施例中，沟道的宽度和/或深度可以利用用于形成纳米间隙的相同或类似的过程来减小。在某些情形中，可替代的或另外的过程操作可以用于减小沟道的宽度和/或深度。在某些实施例中，其中用于减小沟道的宽度和/或深度的材料可以被认为是非导电的，材料可以被暴露，并且可以形成沟道的壁。

在其它实施例中，其中用于减小沟道的宽度和/或深度的材料可以被认为是导体，非导电材料可以被覆盖在导电材料上，以便防止与沟道的正常使用干扰，沟道的正常使用可以包括生物分子穿过沟道的电泳转移的使用。可以用作覆盖用于使沟道变窄的导电材料的纳米导体的材料可以包括SiO₂，或者在半导体过程中常用的其它氧化物。

在其它实施例中，其中可以被认为是导体的材料可以用于减小沟道的宽度和/或深度，沟道的不同部分可以在没有用于减小沟道的宽度的材料的情况下被留下，从而分割导电材料，其从而可以防止用于转移的电泳的使用干扰。

在其它实施例中，用于减少沟道的宽度和/或深度的材料可以在沟道的某些部分中使用而在其它部分中不使用。例如，用于减少沟道的宽度和/或深度的材料可以用于减少在纳米间隙电极的紧邻附近的沟道的宽度和/或深度，以便增加可以穿过沟道转移的生物分子和可以被定位以便询问穿过沟道转移的分子的纳米间隙电极之间的相互作用的可能性。用于减小沟道的宽度和/或深度的材料可以被用于在足够靠近纳米间隙的距离处减小沟道的宽度和/或深度以便防止邻近于纳米间隙电极的次级结构的形成。

在某些实施例中，用于减少沟道的宽度和/或深度的材料可以直接地并置用于形成纳米间隙电极的材料，特别是如果用于减少纳米沟道的宽度和/或深度的材料是非导体的话。在其它实施例中，其中用于减少纳米间隙的宽度和/或深度的材料可以被认为是导体，间隔件元件可以被期望在电极结构和用于使沟道的宽度和/或深度变窄的材料之间。

用于隔开电极的间隔件元件和用于使沟道的宽度和/或深度变窄的导电材料可以包括可以在沟道结构的使用期间至少部分地被保留就位的非导电材料，或者可以包括可以在沟道的宽度和/或深度减少之后被去除的导电或非导电材料。

在某些实施例中，沟道的两个侧可以被变窄，而在其它实施例中，沟道的单个侧可以被变窄。

在某些实施例中，比如图3E所示，侧壁11可以被形成并且形成电极5和6的TiN层可以被回蚀刻，暴露侧壁11的两个侧面，侧壁可以使用本文描述的任何技术被加宽，并且可以应用可以填充加宽的侧壁11、电极5和6以及纳米沟道壁(未示出)之间的空间的非导体。非导体可以包括SiO₂，其可以使用诸如CVD的任何标准半导体过程来施加，CVD可以包括低压CVD(LPCVD)或超低真空CVD(ULVCVD)、等离子体方法比如微波加强CVD或等离子体加强CVD、原子层CVD、原子层沉积(ALD)或等离子体加强ALD、气相外延或任何其它合适的制造方法。结构可以被抛光(例如，使用CMP)和过抛光以便设定沟道的期望深度。

在其它实施例中，如图8A所示，侧壁37可以形成有对应于最小半导体制造特征尺寸的宽度；可以是抗蚀剂掩模的掩模层可以被放置在侧壁形成掩模40、侧壁37、电极支撑部29和电极形成部31上。另外的层可以被添加到侧壁37，从而增加由此对应于沟道的宽度的厚度。

在类似于描述了窄纳米间隙的制造的图17A-F显示的实施例的某些实施例中，膨胀的电极部件15和16可以通过以与可以延伸沟道的长度的电极形成部18的材料类似的方式利用材料而被防止与沟道变窄材料接触，其中间隙在电极部件和紧邻的沟道的部分之间，其中因此可以引起电极形成部和用于使沟道变窄的类似材料的硅化以使电极间隙和沟道分别变窄。掩模层19可以沉积在沟道和电极结构之间的间隙中，在两个导电材料之间提供电隔离屏障，防止可以放置在沿着沟道的各种位置的不同电极的短路。

在某些实施例中，掩模层19可以用于通过增加掩模层19的宽度来增加沟道的宽度，使得在其下方的硅化物的随后形成将从进一步分开的位置开始，并且将因此导致将因此更大的在两者之间的间隔。

在某些实施例中，沟道的宽度和/或深度可以是沿着其长度一致的，而在其它实施例中，沟道的宽度和/或深度可以变化，其中沟道的宽度和/或深度可以在电极结构的附近更窄，且可以在别的地方加宽。对于其中多个电极结构沿着单个纳米沟道定位的实施例，沟道的宽度和/或深度可以匹配于电极结构的附近的电极间隙的间隔，并且可以在电极结构之间加宽。

在某些实施例中，其中电极的间隔可以比可以是生物分子(例如，DNA或RNA)的目标分子的直径窄，在电极间隙的间隔的匹配中，沟道可以大于电极间隙的宽度。在某些情形中，沟道从比电极间隙宽0.1nm到比电极间隙宽0.3nm，或者从比电极间隙宽0.1nm到1nm，或者从比电极间隙宽01.nm到3nm。类似地，沟道的深度可以当生物分子比电极间隙的间隔大时比电极间隙的宽度大，并且可以类似于宽度定尺寸。

在其它实施例中，沟道的宽度可以大于或小于沟道的深度。在某些实施例中，沟道的深度可以小于生物分子的直径，其中对于靠近纳米间隙的沟道的至少一部分，直径可以被认为是例如双链DNA的直径的一半的距离，使得生物分子可以被约束以便被定向为使得其可能与电极间隙的电极相互作用。

在其它实施例中，其中沟道可以在宽度和/或深度上变化，沟道对于沟道的部分，例如，在可以沿着纳米沟道隔开的电极纳米间隙之间的纳米沟道的部分可以不变窄。

尽管本文已经显示和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说明显的是，这种实施例仅通过举例提供。预期本发明不受在说明书中提供的具体示例限制。尽管已经参考前述说明描述了本发明，但是本文的实施例的说明和阐述不意味着在限制的意义上被解释。现在在不偏离本发明的情况下本领域技术人员将会想到许多变形、改变和替代。而且，应理解，本发明的所有方面不限于取决于各种条件和变量的本文阐述的具体的描述、配置或相对比例。应理解，本文描述的本发明的实施例的各种替代可以在实践本发明中被采用。因此预期本发明也将涵盖任何这样的替代、修改、变形或等同物。预期所附的权利要求限定本发明的范围且从而在这些权利要求及其等同物的范围内的方法和结构也应被涵盖。

Claims (69)

1.一种用于制造传感器的方法，所述传感器具有至少一个纳米间隙，所述方法包括：

(a)提供邻近于衬底的第一电极形成部、邻近于所述第一电极形成部的侧壁和邻近于所述侧壁的第二电极形成部；

(b)去除所述侧壁，从而在所述第一电极形成部和所述第二电极形成部之间形成纳米间隙；以及

(c)将所述第一电极形成部和所述第二电极形成部制备用作电极，当目标物质被布置在所述电极之间时所述电极检测跨过所述纳米间隙的电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一电极形成部和所述第二电极形成部制备用作所述电极包括：

去除所述第一电极形成部和所述第二电极形成部的至少一部分，以提供所述电极。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电极形成部和/或所述第二电极形成部由金属氮化物形成。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一电极形成部和/或所述第二电极形成部由氮化钛形成。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底包括邻近于半导体层的半导体氧化物层。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述半导体是硅。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述侧壁具有小于或等于约2纳米的宽度。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述宽度小于或等于约1纳米。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述宽度大于约0.5纳米。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标物质是核酸分子，并且

其中，所述侧壁具有小于所述核酸分子的直径的宽度。

11.根据权利要求1所述的方法，在(c)之前，还包括：

暴露所述第一电极形成部、所述侧壁和所述第二电极形成部的表面。

12.根据权利要求1所述的方法，在(b)之前，还包括：

去除所述侧壁的一部分，以使得在所述第一电极形成部和所述第二电极形成部之间的所述侧壁的横截面具有四边形形状。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：

形成与所述纳米间隙相交的沟道。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述沟道是被覆盖的沟道。

15.一种形成传感器的方法，所述传感器具有至少一个纳米间隙，所述方法包括：

(a)在邻近于衬底的电极形成部上布置间隙形成掩模，所述间隙形成掩模具有跨过间隙而彼此相对的横向壁，其中，所述间隙具有第一宽度；

(b)在所述间隙形成掩模的所述横向壁上形成侧壁，其中，所述电极形成部暴露在所述侧壁之间；

(c)去除在所述侧壁之间暴露的所述电极形成部的一部分以在其间形成纳米间隙，其中，所述纳米间隙具有小于所述第一宽度的第二宽度；

(d)去除所述侧壁以暴露由所述纳米间隙分隔开的所述电极形成部的部分；以及

(e)将所述电极形成部的所述部分制备用作电极，当目标物质被布置在所述电极之间时，所述电极检测跨过所述纳米间隙的电流。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述电极形成部的所述部分制备用作所述电极包括：

去除所述电极形成部的所述部分以提供所述电极。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述衬底包括邻近于半导体层的半导体氧化物层。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述半导体是硅。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二宽度小于或等于约2纳米。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第二宽度小于或等于约1纳米。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第二宽度大于约0.5纳米。

22.根据权利要求15所述的方法，其中，所述目标物质是核酸分子，并且

其中，所述第二宽度小于所述核酸分子的直径。

23.根据权利要求15所述的方法，其中，所述间隙形成掩模和所述侧壁由不同材料形成。

24.根据权利要求15所述的方法，还包括：

形成与所述纳米间隙相交的沟道。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述沟道是被覆盖的沟道。

26.一种形成传感器的方法，所述传感器具有至少一个纳米间隙，所述方法包括：

(a)提供包括侧壁的掩模，其中，所述侧壁被布置为邻近于电极形成部，所述电极形成部邻近于衬底；

(b)去除所述侧壁以在所述掩模中形成间隙，其中，所述间隙暴露所述电极形成部的一部分；

(c)去除所述电极形成部的所述一部分以形成纳米间隙；

(d)去除所述掩模以暴露由所述纳米间隙分隔开的所述电极形成部的部分；以及

(e)将所述电极形成部的所述部分制备用作电极，当目标物质被布置在所述电极之间时，所述电极检测跨过所述纳米间隙的电流。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，将所述电极形成部的所述部分制备用作所述电极包括：

去除所述电极形成部的所述部分以提供所述电极。

28.根据权利要求26所述的方法，其中，(a)包括：

(i)在被布置为邻近于所述电极形成部的第一掩模的横向壁上提供所述侧壁，

(ⅱ)去除所述第一掩模，以及

(ⅲ)形成邻近于所述侧壁的第二掩模，

其中，所述掩模包括所述第二掩模的至少一部分。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，去除所述第一掩模来暴露所述电极形成部。

30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述第二掩模覆盖所述侧壁。

31.根据权利要求28所述的方法，其中，在去除所述第一掩模之后，所述侧壁是具有小于或等于约2纳米的宽度的独立侧壁。

32.根据权利要求26所述的方法，其中，(a)包括：

(i)在被布置为邻近于所述电极形成部的第一掩模的横向壁上提供所述侧壁，

(ⅱ)形成邻近于所述侧壁的第二掩模，以及

(ⅲ)蚀刻所述第二掩模，

其中，所述掩模包括所述第一掩模和所述第二掩模的至少一部分。

33.根据权利要求32所述的方法，其中，形成邻近于所述侧壁的所述第二掩模包括：

使所述第二掩模覆盖所述第一掩模和所述侧壁。

34.根据权利要求32所述的方法，其中，蚀刻所述第二掩模包括：

蚀刻所述第一掩模和/或所述侧壁。

35.根据权利要求26所述的方法，还包括：

形成与所述纳米间隙相交的沟道。

36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述沟道是被覆盖的沟道。

37.根据权利要求26所述的方法，其中，所述衬底包括邻近于半导体层的半导体氧化物层。

38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述半导体是硅。

39.根据权利要求26所述的方法，其中，(a)还包括：

提供侧壁形成层并且蚀刻所述侧壁形成层，以形成所述侧壁。

40.根据权利要求26所述的方法，其中，所述纳米间隙具有小于或等于约2纳米的宽度。

41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述宽度小于或等于约1纳米。

42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述宽度大于约0.5纳米。

43.根据权利要求26所述的方法，其中，所述目标物质是核酸分子，并且

其中，所述侧壁具有小于所述核酸分子的直径的宽度。

44.根据权利要求26所述的方法，还包括：

形成与所述纳米间隙相交的沟道。

45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述沟道是被覆盖的沟道。

46.一种制造纳米间隙电极传感器的方法，包括：

(a)在电极形成部上提供具有第一材料的膜，所述电极形成部具有第二材料，其中，所述电极形成部被布置为邻近于衬底；

(b)加热所述膜以使所述第一材料和所述第二材料反应，从而形成体积膨胀的并且彼此相对的两个电极部件，其中，所述电极部件中的每一个具有侧壁；

(c)通过体积膨胀而使所述电极部件的侧壁朝向彼此，从而在所述电极部件之间形成纳米间隙；以及

(d)将所述电极形成部制备用作电极，当目标物质被布置在所述电极之间时，所述电极检测跨过所述纳米间隙的电流。

47.根据权利要求46所述的方法，其中，将所述电极形成部制备用作所述电极包括：

去除所述电极部件的至少一部分以提供所述电极。

48.根据权利要求46所述的方法，其中，(a)包括：

(ⅰ)形成以与所述电极形成部的宽度一致的方式而选择的掩模，

(ⅱ)在所述电极形成部上形成所述膜。

49.根据权利要求48所述的方法，其中，在形成两个电极部件时，所述两个电极部件通过由所述反应所产生的体积膨胀而穿透到所述掩模内，从而使所述电极部件的侧壁朝向彼此。

50.根据权利要求49所述的方法，还包括：

去除所述掩模和残留在所述掩模的下部区域中的所述电极部件的未反应的部分，从而在所述电极部件之间形成纳米间隙。

51.根据权利要求46所述的方法，还包括：

形成与所述纳米间隙相交的沟道。

52.根据权利要求51所述的方法，其中，所述沟道是被覆盖的沟道。

53.一种制造传感器的方法，所述传感器具有至少一个纳米间隙电极，所述方法包括：

(a)提供两个邻近于衬底的电极形成部，其中，所述电极形成部被布置为跨过具有第一宽度的间隙而彼此相对；

(b)在所述电极形成部上形成化合物产生层的膜；

(c)进行热处理，以便于在所述化合物产生层和至少一个所述电极形成部之间的反应，以形成通过反应而体积膨胀的至少一个电极部件，从而通过体积膨胀使所述电极形成部的侧壁朝向彼此，以形成具有比所述第一宽度小的第二宽度的纳米间隙；以及

(d)将所述电极形成部制备用作电极，当目标物质被布置在所述电极之间时，所述电极检测跨过所述纳米间隙的电流。

54.根据权利要求53所述的方法，其中，将所述电极形成部制备用作所述电极包括：

去除所述电极形成部的部分以提供所述电极。

55.根据权利要求53所述的方法，

其中，所述化合物产生层是硅化物产生层，

其中，(c)包括：在反应期间使所述电极形成部硅化，并且

其中，所述电极形成部在所述硅化期间体积膨胀。

56.根据权利要求53所述的方法，其中，所述第二宽度小于或等于约2纳米。

57.根据权利要求56所述的方法，其中，所述第二宽度小于或等于约1纳米。

58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述第二宽度大于约0.5纳米。

59.根据权利要求53所述的方法，其中，所述目标物质是核酸分子，并且

其中，所述第二宽度小于所述核酸分子的直径。

60.根据权利要求53所述的方法，其中，(c)包括：

在所述化合物产生层和两个所述电极形成部之间的反应。

61.根据权利要求53所述的方法，其中，(c)包括：

在所述化合物产生层和仅一个所述电极形成部之间的反应。

62.根据权利要求53所述的方法，还包括：

形成与所述纳米间隙相交的沟道。

63.根据权利要求62所述的方法，其中，所述沟道是被覆盖的沟道。

64.一种纳米间隙电极传感器，其包括在衬底上跨过纳米间隙而相对地布置的至少两个电极部件，

其中，所述电极部件的相对的侧壁逐渐地更靠近彼此，并且所述侧壁之间的宽度逐渐变窄，并且

其中，所述电极适合于在目标物质被布置在所述电极之间时检测跨过所述纳米间隙的电流。

65.根据权利要求64所述的纳米间隙电极传感器，其中，所述电极部件由金属硅化物形成。

66.根据权利要求64或65所述的纳米间隙电极传感器，其中，所述纳米间隙形成为尾部弯曲的形状，其中，所述电极部件的所述侧壁之间的距离随着所述纳米间隙接近所述衬底而逐渐加宽。

67.根据权利要求64或65所述的纳米间隙电极传感器，其中，所述侧壁包括与所述衬底接触的向外膨胀的部分。

68.根据权利要求64所述的纳米间隙电极传感器，还包括：

与所述纳米间隙相交并且与所述纳米间隙流体连通的沟道。

69.根据权利要求68所述的纳米间隙电极传感器，其中，所述沟道是被覆盖的沟道。