JP7090733B2 - 分子認識のためのナノポアを備えたトンネリング接合の製造 - Google Patents

分子認識のためのナノポアを備えたトンネリング接合の製造 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
[0001]この出願は、２０１８年４月９日出願の米国特許仮出願番号第６２／６５４，８９４号の優先権を主張し、その内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書中に取り込まれている。
[0002]この出願は、トンネル接合を使用して分子を解析するためのシステム、このようなシステムを作るための方法、およびこのようなシステムを使用するための方法に関する。分子のこのような解析は、核酸などの生体高分子を配列決定することを含むことができる。
[0003]ナノポアは、単一の分子を検出する能力を有し、これは、化学検出および生体検出の分野において有望な技術である。例えば、ナノポアが、核酸配列決定のために使用されることがある。固体状態のナノポアは、迅速に生体感知する分子感知技術のために使用される１つのタイプである。いくつかのケースでは、固体状態のナノポアは、２つの電極間のイオン性液体中にチャネルを形成する。２つの電極は、ナノポアそれ自体の一部でなくてもよいが、イオン性液体中に設置されることがある。分子がナノポアチャネルを通過するので、チャネルを通る電流および他の電気的特性が変化する。これらの電気的特性は、分子に関する情報を提供できるが、製造の問題が、核酸分子中の個々のヌクレオチドを同定することを困難にさせることがある。
[0004]ナノポアデバイスは、トンネリング認識を使用する。トンネリング認識は、ナノポアデバイスそれ自体の中にあることがある電極間に核酸のヌクレオチドを置くことに基づく。ヌクレオチドの軌道は、電子が１つの電極から他の電極へ移動することを可能にし、トンネリング電流を生み出すだろう。固体状態のナノポアの寸法および他の特性は、大量生産プロセスに適応することが困難なことがある。イオン電流を用いて核酸分子を配列決定するために、ナノポア寸法は、ナノメートルのオーダ、例えば、２ｎｍ未満であることが必要なことがある。このサイズのチャネルを作り出すことは、精密で費用のかかる技術を必要とすることがある。しかしながら、ナノポアの寸法を小さくすることは、感知デバイスとして機能するためにナノポアにとって必要な濡れ性の不完全さまたは不十分さをもたらすことがある。化学検出および生体検出において使用されるナノポアを含むデバイスの設計および製造性ならびにこのデバイスに関わるプロセスの改善は、依然として必要である。設計および製造性の改善は、正確で精密な解析を犠牲にしてはならない。これらの問題および他の問題は、この明細書に記載される技術により取り扱われる。
[0005]トンネリング接合にとって、２つの金属電極間に薄い誘電体が望まれる。トンネリング接合は、電極および誘電体を貫通する穴を含むことができる。ナノメートルのオーダの寸法を有するこれらのトンネリング接合を製造することは、難しい。電極は、アライメントの目的で互いに垂直にパターニングされることがある。しかしながら、電極の垂直なアライメントは、電極の鋭角な側壁およびこの鋭角な側壁を覆う薄い誘電体からもたらされる短絡に結果としてなることがある。加えて、薄い誘電体はそれ自体、短絡することに対して不十分なバリアであることがある。電極からの金属が、誘電体中に埋め込まれるようになることがある。誘電体材料とともに金属が、剥がれ落ちることがあり、ボイドおよび短絡の可能性を作り出すことがある。さらにその上、電極厚さもまた、難題を提起することがある。穴が電極内にパターニングされることがあるという理由で、薄い電極は、パターニングを容易にすることができる。しかしながら、薄い電極はまた、シート抵抗の増加をもたらす。
[0006]本技術の実施形態は、改善されそしてより信頼性のあるトンネリング接合およびトンネリング接合を製造する方法を可能にできる。電気的に短絡することの問題は、鋭角な側壁および角部がないが代わりに傾斜するまたは湾曲した側壁を備えた電極を堆積することにより低減されることがある。電極層の上に堆積された層は、その時には下にある電極層を適切に覆うことが可能であり、それゆえ短絡することを低減するまたは防止することが可能である。加えて、２つの絶縁性材料が誘電体層として使用されることがあり、これにより不完全なカバレッジの可能性および剥離することの可能性を減少させることがある。さらにその上、電極は、穴がパターニングされる薄い電極を提供するためにコンタクトエリアから接合エリアまで先細りを形成されることがあり、一方で厚いコンタクトエリアがシート抵抗を減少させる。電極はまた、コンタクトエリアのところで広くそして接合エリアのところで狭くなるようにパターニングされることがある。
[0007]本発明の実施形態の本質および利点をより良く理解することが、下記の詳細な説明および添付の図面を参照して手に入れられることがある。
[0008]本発明の実施形態による、金属－絶縁体－金属接合を示す図である。 [0009]図１Ｂおよび図１Ｃは、本発明の実施形態による、固体状態のナノポアデバイスの図である。 図１Ｂおよび図１Ｃは、本発明の実施形態による、固体状態のナノポアデバイスの図である。 [0010]本発明の実施形態による、固体状態のナノポアデバイスの複数のエリアを図示する図である。 [0011]本発明の実施形態による、垂直側壁を備えた電極のないデバイス２０１を備えたシステム２００の図である。 [0012]本発明の実施形態による、絶縁体層を堆積するためのプロセスフローを示す図である。 [0013]図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄは、本発明の実施形態による、ナノポアを形成するためのプロセス中の断面を示す図である。 図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄは、本発明の実施形態による、ナノポアを形成するためのプロセス中の断面を示す図である。 図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄは、本発明の実施形態による、ナノポアを形成するためのプロセス中の断面を示す図である。 [0014]図４Ａは、本発明の実施形態による、接合領域およびコンタクト領域の図である。 図４Ｂは、本発明の実施形態による、接合領域およびコンタクト領域の図である。 [0015]本発明の実施形態による、垂直でない側壁を備えた電極を堆積するためのプロセスフローを示す図である。 [0016]図６Ａは、本発明の実施形態による、金属層を堆積するためにレジストの様々なサイズにした開口部を使用することを示す図である。 [0017]図６Ｂは、本発明の実施形態による、レジスト開口部の上面図である。 [0018]本発明の実施形態による、分子を解析するためのシステムを製造する方法を示す図である。 [0019]図７Ｂおよび図７Ｃは、本発明の実施形態による、レジスト層内の溝の断面を示す図である。 図７Ｂおよび図７Ｃは、本発明の実施形態による、レジスト層内の溝の断面を示す図である。 [0020]本発明の実施形態による、分子を解析する方法を示す図である。 [0021]本発明の実施形態にしたがって試験したデバイスの構成を示す図である。 [0022]本発明の実施形態による、様々な直径についての電流－電圧曲線を示す図である。 [0023]本発明の実施形態による、様々な直径について一定電圧における電流を示す図である。 [0024]図１０Ａは、本発明の実施形態にしたがって試験したデバイスの構成を示す図である。 [0025]図１０Ｂは、本発明の実施形態による、絶縁体の様々な厚さについて電流－電圧特性を示す図である。 [0026]本発明の実施形態による、トンネリング接合デバイスのＳＥＭ像を示す図である。 [0027]本発明の実施形態によるコンピュータシステムを示す図である。 [0028]本発明の実施形態による解析システムを示す図である。 [0029]本発明の実施形態によるコンピュータシステムを示す図である。
用語
[0030]「接触している」という用語は、電子が１つの物体から他の物体を通ってトンネルできるように１つの物体をもう１つの物体に近接させることを呼ぶことができる。サブアトミックレベルでは、物体が極近接することを物体内の電子雲からの反発力が妨げることがあるので、２つの物体は、決して互いに物理的に触れ合わない。
[0031]「核酸」は、デオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドおよび単一鎖または二重鎖のいずれかの形態の上記の重合体を呼ぶことがある。この用語は、既知のヌクレオチド類似物または修飾された主鎖残基もしくは連鎖を含有する核酸を包含することができ、これらは、合成物、自然発生物、および非自然発生物であり、基準核酸と類似の結合特性を有し、そして基準ヌクレオチドと類似の方式で代謝される。このような類似物の例は、限定ではなく、ホスホロチオエート、ホスホラミダイト、メチルホスホン酸塩、キラルメチルホスホン酸塩、２－Ｏ－メチルリボヌクレオチド、ペプチド核酸（ＰＮＡ）を含むことがある。
[0032]別なふうに示さない限り、特定の核酸配列はまた、保存的に修飾されたこれらの異形（例えば、縮退コドン置換物）、および相補的配列、ならびに明示的に示された配列を非明示的に包含する。具体的に、縮退コドン置換物は、１つまたは複数の選択された（またはすべての）コドンの第３の位置が混合基および／またはデオキシイノシン残基で置換される配列を生成することにより実現されることがある（Ｂａｔｚｅｒら、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｒｅｓ． １９：５０８１（１９９１）、Ｏｈｔｓｕｋａら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ． ２６０：２６０５－２６０８（１９８５）、Ｒｏｓｓｏｌｉｎｉら、Ｍｏｌ．Ｃｅｌｌ．Ｐｒｏｂｅｓ ８：９１－９８（１９９４））。核酸という用語は、遺伝子、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、およびポリヌクレオチドと互換的に使用される。
[0033]自然発生のリボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレチドモノマを呼ぶことに加えて、「ヌクレオチド」という用語は、文脈が明確に別なふうに示さない限り、ヌクレオチドが使用される（例えば、相補基への混成）特定の文脈に関して機能的に等価である誘導体および類似物を含め、これらの関係する構造的な異形を呼ぶように理解されてもよい。
[0034]「振動する」という用語は、ブラウン運動または他の力の結果としての流体中の物体の運動を呼ぶことができる。物体は、人間または機械による積極的な介在なしに振動できる。いくつかのケースでは、物体は、印加された電場または圧力駆動流の結果として振動できる。
[0035]半導体処理層およびステップに関して「上方に（ａｂｏｖｅ）」または「上に（ｏｎ ｔｏｐ ｏｆ）」などの方向を示す用語は、これらの用語が基板の表面により画定される平面からさらに遠くの位置を示す基準枠を使用することができる。「底部」は、基板の下側または基板の下側の方であってもよい。基板が上下逆向きで処理される場合でさえ、層の「底部」が基板の下側または処理されない側に最も近い層の側を依然として呼ぶことができることを、当業者なら理解するはずである。
[0036]「電気的特性」という用語は、電気回路に関係するいずれかの性質を呼ぶように理解されることがある。電気的特性は、電圧、電流、抵抗、インピーダンス、インダクタンス、または容量、およびこれらの時間変化（例えば、現在の周波数）を呼ぶことができる。
[0037]現在市販されている従来型のナノポアに基づくデバイスは、準安定な脂質二重層に挿入されたタンパク質ナノポアを含むことができる。脂質二重層は、壊れやすいことがあり、デバイスの安定性を害することがある。固体状態の原子スケールのナノポア層は、タンパク質ナノポアよりも壊れにくいことがあり、製造性の改善に対する可能性を有する。これらのデバイスに関係する可能な方法は、電極間の２ｎｍ以下の隙間に核酸分子を閉じ込めることならびに電極をトンネルして通る電子を使用してヌクレオチドとヌクレオチド配列および核酸分子を認識することを含む。従来の固体状態の方法は、ナノポア、ナノポア含有デバイス、および解析機器の信頼性のある大量生産に適応することが困難なことがある。従来方法により作られたデバイスは、ナノポアがパターニングされる前でさえ電気的に短絡することがある。パターニングの後で、残存するデバイスが、動作中に急速に劣化することがある。
[0038]本技術の実施形態は、改善されそしてより信頼性のあるトンネリング接合およびトンネリング接合を製造する方法を可能にすることができる。電気的に短絡する問題は、鋭角な側壁および角部がないが、代わりに傾斜するまたは湾曲した側壁を有する電極を堆積することにより減少させることができる。電極層の上に堆積した層は、その時には下にある電極層を適切に覆い、したがって短絡することを減少させるまたは防止することが可能である。加えて、２つの絶縁性材料が、誘電体層として使用されることがあり、これにより不完全なカバレッジの可能性および剥落の可能性を減少させることがある。さらにその上、穴がパターニングされる薄い電極を設けるために、電極がコンタクトエリアから接合エリアまで先細りを形成されることがあり、一方で厚いコンタクトエリアがシート抵抗を減少させる。電極はまた、コンタクトエリアのところで広くなりそして接合エリアのところで狭くなるようにパターニングされることがある。
Ｉ． トンネリングを使用するナノポア
[0039]図１Ａは、分子のトンネリング認識のために使用されることがある単純なデバイス１００を示す。絶縁性層１０２は、金属１０４と金属１０６とを隔てる。金属１０４および金属１０６は、電極であってもよい。電圧が、電源１０８から金属１０４および金属１０６に印加されることがある。分子が両方の金属１０４および金属１０６と接触すると、電子が、一方の電極から他方へと核酸分子をトンネルして通ることができ、電流を発生することがある。電流は、計測器１１０により測定されることがある。分子は、振動することがあり、測定される電流は、ある振幅および周波数を有することがある。振幅および周波数は、可変であってもよい。電流の特性は、特定の分子または分子の一部分を同定する際に役立つことがある。電気的特性は、分子または分子の一部分を同定する際にほぼフィンガプリントとして働くことができる。
[0040]図１Ｂは、従来技術により製造した固体状態のナノポアデバイス１２０を示す。デバイス１２０は、穴１２２を有する。穴１２２は、一度に１つの分子だけが通過することを許すことができ、これが分子の認識を単純化することがある。穴１２２は、上部金属電極１２４、絶縁性層１２６、および底部金属電極１２８に形成されることがある。底部金属電極１２８は、基板１３０上にあってもよい。上部金属電極１２４は、電源１３２に接続されることがある。底部金属電極１２８は、電気計測器１３４に接続されることがある。上部電極１３６および底部電極１３８は、分子を穴１２２の中へと駆動することに役立つ電場を生成できる。底部電極１３８は、電源１４０に接続されることがある。上部電極１３６は、電気計測器１４２に接続されることがある。
[0041]図１Ｃは、デバイス１２０の破断図を示す。金属電極の鋭角な側壁の効果は、領域１５０ではより明らかである。底部金属電極１２８によって形成された段差の上に層が、見られることがある。絶縁性層１２６は、底部金属電極１２８の上部表面上でナノメートルのオーダ（例えば、１～２ｎｍ）の厚さを有することがある。図中の絶縁性層１２６は、底部金属電極１２８のコンフォーマルなカバレッジを示す。しかしながら、絶縁体は、実際には段差をコンフォーマルには覆わないことがある。底部金属電極１２８の側壁カバレッジは、底部金属電極１２８の上部表面上のカバレッジよりも薄いことがある。薄いカバレッジは、上部金属電極１２４と底部金属電極１２８との間の短絡が起こりやすいエリアであり得る。
[0042]図１Ｄは、デバイス１２０の２次元図を示す。図はまた、接合エリアが、上部金属電極１２４と底部金属電極１２８とが重なるエリアであることを示す。コンタクトエリアは、電極が重ならないエリアである。
ＩＩ． 信頼性および製造性を向上させるための技術
[0043]３つの技術が、ナノポアデバイスの信頼性および製造性を改善するために記載される。上に述べたように、図１Ｂおよび図１Ｃのナノポアデバイスの信頼性および製造性の潜在的な弱さは、電極の鋭角な側壁および電極間の薄い絶縁性層カバレッジであり得る。第１に、電極を覆う絶縁性層のカバレッジが厚くなり、これにより短絡することの可能性を減少させるように、傾斜する側壁を備える電極が堆積されることがある。第２に、絶縁性層は、多数の絶縁体層を含むことができ、ボイドを形成することおよび短絡を引き起こすことを防止できる。第３に、電極がより容易に製造され、通常動作にとっては高過ぎるシート抵抗を持たないように、電極層は、２次元に先細りを形成されることがある。
Ａ． 傾斜する側壁を備える電極
[0044]短絡することの可能性は、垂直な側壁または実質的に垂直な側壁のない電極を形成することにより低減されることがある。電極は、傾斜する側壁を有することがあるまたは湾曲されるもしくは丸みを付けられることがある。電極の構造がここで導入される。電極を堆積するために使用したプロセスが、後で論じられる。
[0045]図２は、垂直な側壁を備える電極を用いないデバイス２０１を備えたシステム２００の図を示す。上部金属電極２０２は、底部金属電極２０４の上方にある。第１の絶縁体層２０６および第２の絶縁体層２０８は、上部金属電極２０２と底部金属電極２０４とを隔てる。底部金属電極２０４は、基板２１０の上にある。穴２１２は、上部金属電極２０２、第２の絶縁体層２０８、第１の絶縁体層２０６、底部金属電極２０４、および基板２１０を貫通することがある。エリア２１４に見られるように、第１の絶縁体層２０６により覆われるべき、底部金属電極２０４の垂直な側壁が存在しない。代わりに、底部金属電極２０４は、緩やかな湾曲または傾斜を有し、これは垂直な側壁よりももっと容易に絶縁体層によりコンフォーマルに覆われることが可能である。
[0046]上部金属電極２０２もまた、傾斜した側壁を有することができる。傾斜した側壁は、この電極を覆う絶縁体層にとって適切なカバレッジを確実にできる。傾斜した側壁を用いると、上部金属電極２０２の上方に堆積した絶縁体層は、ボイドおよびシームの形成を回避できる。ナノポアデバイスの動作中に、解析しようとする分子は、液体媒体中にあってもよい。ボイドおよびシームは、液体が電極に浸透することを可能にでき、これがイオン性液体から上部金属電極２０２への望まれない電気経路を可能にすることがある。言い換えると、上部金属電極２０２にともなう傾斜する側壁は、液体からの上部金属電極の分離を助けることができる。
Ｂ． 多重絶縁体層
[0047]分子が両方の電極に接触するときに、分子を通るトンネリング電流が解析を容易にするために分子の十分に小さな部分を通ることができるように、薄い絶縁性層が、電極間に望まれる。例えば、解析しようとする分子がＤＮＡ分子である場合に、ＤＮＡ分子が両方の電極に接触するときに、電流が単一のヌクレオチドだけを通過するように、絶縁性層は薄いはずである。しかしながら、薄い絶縁性層は、厚い絶縁性層よりも電極間に小さな障壁しか形成しない。底部電極の端部のところに、金属の粒子が存在することがある。金属粒子は、電極を堆積している間にまたはすぐ後に電極の端部から剥がれ落ちることがある。薄い絶縁性層が底部電極の端部のところのこれらの金属粒子を覆うために使用される場合には、薄い絶縁性層は、もう１つの電極が堆積される前に除去されるまたはエッチングで取り去られることがある。そして、これらの金属粒子は、もう１つの電極が底部電極の上へと堆積されるときには、絶縁性層によってはもはや覆われないことがある。底部電極および上部電極が、接触することがありそして短絡を引き起こすことがある。電極の端部のところに存在する金属粒子もまた、垂直な側壁をともなう表面形状でより一般的なことがある。
[0048]図３Ａは、電極間の薄い絶縁性層の完全な状態を維持することできるプロセスフローを図示する。ステップ３００において、基板３０２は、上部に金属電極３０４で始まる。ステップ３２０において、第１の絶縁体材料が第１の絶縁体層３０６を形成するために堆積される。
[0049]ステップ３４０において、コンタクトビア３０８が第１の絶縁体層３０６にエッチングされることがある。コンタクトビア３０８の底部は、金属電極３０４の露出した部分であってもよい。図３Ｂは、ステップ３４０におけるコンタクトビア３０８を通る断面を示す。
[0050]ステップ３６０において、第２の絶縁体材料が第２の絶縁体層３１０を形成するために堆積されることがある。第２の絶縁体層３１０は、接合絶縁体として使用された材料を含むことができる。第２の絶縁体材料は、金属電極３０４の露出した部分上および第１の絶縁体層３０６の部分上を含めコンタクトビア３０８を画定する表面上に堆積されることがある。コンタクトビア３０８もまた、第２のビア３１２を形成するために第２の絶縁体層３１０により覆われる。第２のビア３１２は、コンタクトビア３０８が堆積した第２の絶縁体の厚さだけ縮小されるので、コンタクトビア３０８よりも小さな直径を有することがある。第２のビア３１２の底部は、第２の絶縁体層３１０の一部分である。図３Ｃは、ステップ３６０における第２のビア３１２を通る断面を示す。
[0051]ステップ３８０において、金属材料が上部電極３１４を形成するために堆積されることがある。またステップ３８０において、穴３１６が、上部電極３１４、第２の絶縁体層３１０、第１の絶縁体層３０６、金属電極３０４、および基板３０２を含めすべての層を貫通してエッチングされることがある。穴３１６のサイズは、コンタクトビア３０８および第２のビア３１２の両方よりも小さいことがある。図３Ｄは、穴３１６を通る断面を示す。第２の絶縁体層３１０は、金属電極３０４を上部電極３１４から隔て、そしてトンネリング接合の幅を形成する。
[0052]図３の２つの絶縁体層は、金属電極３０４のより良いカバレッジを可能にすることができ、そして短絡の可能性を減少させることができる。第１の絶縁体層３０６は、金属電極３０４の端部を覆い、これが厚い絶縁体層として、金属電極３０４の側面から剥がれ落ちるすべての金属粒子の適切なカバレッジを提供できる。加えて、第１の絶縁体層３０６を通るコンタクトビアをエッチングすることは、ナノポアそれ自体の後のエッチングを容易にすることができ、そしてアライメント問題および処理問題を減少させることができる。
Ｃ． コンタクトエリアから接合エリアへの先細り形成
[0053]ナノポア用の薄い電極が、製造を容易にするために望まれる。穴をエッチングすることまたはそうでなければ形成することは、厚い電極と比較して薄い電極を貫通することが容易である。薄い電極はまた、シート抵抗を大きくする。ある程度まで、分子が電極に接触するときの電流または電圧の変化がより容易に検出されることが可能であるように、より大きなシート抵抗が望まれる。しかしながら、シート抵抗を大きくすることは、熱を増加させることがあり、デバイス故障につながることがある。これらの問題を取り扱うために、電極は、コンタクト領域から接合領域への少なくとも２つの方向に先細りを形成されることがある。電極の構造が、下記に説明される。電極に先細りを形成するためのプロセスフローは、後で説明される。
[0054]図４Ａは、横並びで接合領域およびコンタクト領域の図を示す。接合領域は、高さＨ１および幅Ｗ１を備えた電極４０２を有することができる。コンタクト領域は、高さＨ２および幅Ｗ２を備えるが同じ電極４０２を有することができる。幅Ｗ２が、幅Ｗ１よりも大きいことがある。高さＨ２が、高さＨ１よりも大きいことがある。
[0055]図４Ｂは、高さおよび幅の両方がコンタクト領域から接合領域へとどのように先細りを形成することができるかを示す。先細りは、幅Ｗ２から幅Ｗ１へと連続的にまたは単調に減少することがある。先細りは、Ｈ２からＨ１へと連続的にまたは単調に減少することがある。いくつかの実施形態では、先細りは、直線的であってもよい。他の実施形態では、先細りは、湾曲に追従してもよい。いくつかの実施形態では、幅の先細りは、図４Ｂにおけるように両側で対称であってもよい。他の実施形態では、幅の先細りは、対称でなくてもよい。例えば、一方の側は、平坦であってもよく、ところが他方の側は先細りを形成される。高さに関して、電極の底部が下にある層により固定されるという理由で、先細りは、一方の側だけであってもよい。
[0056]厚さに先細りを形成することは、電極の薄い部分を貫通するナノポアを形成することを可能にできる。幅に先細りを形成することは、シート抵抗が接合領域の近くで高いがコンタクト領域の近くで低くなることを可能にするだろう。
[0057]本技術の実施形態は、絶縁性層がほぼ２ｎｍ厚であるときでさえ１００％に近付くプロセス歩留まりをもたらすことができる。デバイス内のトンネリング電流は、接合の断面積に比例することがあり、これは標準的な金属－絶縁体－金属接合モデルと矛盾しない。少なくとも２つの方向に先細りを形成する方法は、傾斜する側壁を備えた電極を形成することまたは多数の絶縁体層を堆積することとは無関係なことがある。
ＩＩＩ． システム
[0058]実施形態は、分子を解析するためのシステムを含むことができる。システムは、図２のシステム２００に類似することがある。システムは、デバイス２０１を含むことができる。デバイス２０１は、底部金属電極２０４などの第１の電極を含むことができる。底部金属電極２０４は、第１の導電性材料を含むことができる。導電性金属は、貴金属を含むことができ、貴金属は、例えば、金、プラチナ、およびパラジウムを含む。解析しようとする分子用の媒体として使用される水溶液中で化学的に安定である金属酸化物を有する任意の金属が使用されることがある。他の金属は、第４周期元素（例えば、クロム、ニッケル、および銅）、第５周期元素（例えば、パラジウム）、および第６周期元素（例えば、タンタル）を含め、遷移金属を含むことができる。いくつかの実施形態では、他の金属は、高融点金属（例えば、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコン、ハフニウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム）を含むことができる。底部金属電極２０４は、基板２１０の表面に接触することがある。基板２１０は、シリコンウェハまたはシリコン・オン・インシュレータ・ウェハを含め、半導体基板であってもよい。
[0059]底部金属電極２０４は、垂直でない側壁を有することができる。当業者は、完全に垂直な側壁が半導体処理技術では一般的でことを認識するはずである。しかしながら、処理の不完全さが垂直でない側壁をもたらすことを除き、側壁が垂直になるように意図されるときの他の半導体処理とは異なり、底部金属電極２０４の側壁は垂直でないように意図される。これゆえ、電極の側壁は、通常の処理ばらつきをともなうものよりもさらに傾斜することがある。側壁は、０ｎｍから１ｎｍ、１ｎｍから２ｎｍ、２ｎｍから５ｎｍ、５ｎｍから１０ｎｍ、１０ｎｍから２０ｎｍ、２０ｎｍから２５ｎｍ、２５ｎｍから５０ｎｍ、または５０ｎｍよりも大きい湾曲の半径を有することができる。湾曲の半径が大きいほど、優れた側壁カバレッジを可能にすることがある。側壁は、０度以上から１０度まで、１０度から２０度まで、２０度から３０度まで、３０度から４０度まで、４０度から４５度まで、４５度から５０度まで、５０度から６０度まで、６０度から７０度まで、７０度から８０度まで、または８０度から９０度未満までの角度で傾斜することがある。湾曲した側壁の傾斜の角度は、平均角度または金属電極の厚さの半分のところでの側壁に接する直線の角度として測定されることがある。角度が小さいほど、より優れた側壁カバレッジを可能にすることがある。底部金属電極２０４は、レジスト層を形成した後で基板を回転させながら垂直でない角度で第１の導電性材料を堆積することにより形成されることがある。第１の電極のための例の堆積プロセスが後で説明される。
[0060]デバイス２０１は、第２の導電性材料を含む第２の電極を含むことができる。第２の電極は、上部金属電極２０２であってもよい。第２の導電性材料は、第１の導電性材料と同じ材料であっても異なる材料であってもよい。上部金属電極２０２は、底部金属電極２０４用の側壁と同様に、垂直でない側壁を有することができる。上部金属電極２０２は、レジスト層を形成した後で基板を回転させながら垂直でない角度で第１の導電性材料を堆積することにより形成されることがある。第２の電極のための堆積プロセスがこの明細書において後で説明される。
[0061]デバイスは、底部金属電極２０４と上部金属電極２０２との間に配置された絶縁性層を含むことができる。絶縁性層は、第１の絶縁性材料および第２の絶縁性材料を含むことができる。言い換えると、絶縁性層は、絶縁性材料の２つの層を含むことができる。第１の絶縁性材料は、第１の絶縁体層２０６であってもよい。第２の絶縁性材料は、第２の絶縁体層２０８であってもよい。第２の絶縁体層２０８の第１の部分は、第１の絶縁体層２０６と上部金属電極２０２との間に配置されることがある。第２の絶縁体層２０８の第２の部分は、底部金属電極２０４と上部金属電極２０２との間に配置されることがある。第２の絶縁体層２０８のこの第２の部分は、トンネル接合の幅を画定することができる。
[0062]絶縁性材料は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ハフニア（ＨｆＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、または酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ガラス、もしくは石英を含め、誘電体であってもよい。絶縁性材料は、本明細書に記載した金属の酸化物を含め、金属酸化物であってもよい。絶縁性材料は、ｌｏｗ－ｋ誘電体またはｈｉｇｈ－ｋ誘電体であってもよい。ｌｏｗ－ｋ誘電体は、４．０以下、３．９以下、３．５以下、３．０以下、２．５以下、２．０以下、または１．５以下の誘電率を有することができる。ｈｉｇｈ－ｋ誘電体は、４．０よりも大きい、５．０以上、１０以上、２０以上、または５０以上の誘電率を有することができる。トンネリング接合として働く絶縁性層の厚さは、物質および／または誘電率に依存することがある。アルミナに関して、厚さは、約２ｎｍであってもよく、これが約１００ｐＡのトンネリング電流をもたらす。厚さはまた、解析しようとする分子にも依存することがある。厚さは、大き過ぎてはならず、そうでなければトンネリング電流が目的の部分よりも大きな分子の部分を通り抜けることがある（例えば、トンネリング電流は、単一のヌクレオチドの代わりに多数のヌクレオチドを通過することがある）。第１の絶縁性材料は、第２の絶縁性材料と同じで材料あっても異なる材料であってもよい。第２の絶縁性材料は、導電性材料に付着する材料であってもよい。例えば、導電性材料が白金である場合に、絶縁性材料は、アルミナであってもよい。
[0063]トンネリング接合として働く絶縁性層の厚さ（例えば、第２の絶縁性材料の厚さ）は、実施形態では、１ｎｍ以下、１ｎｍから２ｎｍまで、２ｎｍから３ｎｍまで、３ｎｍから４ｎｍまで、４ｎｍから５ｎｍまで、または５ｎｍよりも大きいことがある。第１の絶縁性材料の厚さは、第２の絶縁性材料の厚さよりも大きいことがある。第１の絶縁性材料の厚さは、第２の絶縁性材料の厚さよりも２から５倍厚い、５から１０倍厚い、または１０倍厚いことを含め、１０倍から２０倍厚いことがある。厚さは、材料の高さを呼ぶ。
[0064]ナノポアは、電極、絶縁性層、および基板を貫通する穴であってもよい。ナノポアは、穴２１２であってもよい。第２の絶縁体層２０８は、穴２１２の一部を画定する絶縁性層を構成できる。
[0065]底部金属電極２０４、上部金属電極２０２、および絶縁性層は、穴の一部分を画定できる。基板２１０もまた、穴の一部分を画定できる。全体の穴は、基板２１０、底部金属電極２０４、第２の絶縁体層２０８、および上部金属電極２０２により画定されることがある。穴２１２は、円柱状であってもよい。穴２１２が円柱状でない場合、穴２１２は、特徴的な寸法により記述することができる。特徴的な寸法は、長さ、幅、長軸の長さ、または短軸の長さで記述されることがある。特徴的な寸法は、基板の平面に平行な平面内にあってもよい。穴２１２が円柱状でない場合、特徴的な寸法は、穴２１２と同じ体積および同じ高さを有する円柱の直径であってもよい。穴の直径または特徴的な寸法は、０．９ｎｍから１．０ｎｍまで、１．０ｎｍから１．５ｎｍ、１．５ｎｍから２．０ｎｍ、２．０ｎｍから２．５ｎｍ、２．５ｎｍから５ｎｍ、５ｎｍから１０ｎｍ、１０ｎｍから１５ｎｍ、１５ｎｍから２０ｎｍ、または２０ｎｍから３０ｎｍを含め、０．９ｎｍから３０ｎｍまでであってもよい。いくつかの実施形態では、穴２１２は、スリットであってもよい。スリットは、長方形の立体に形状で類似することがあり、これは基板の平面に平行な平面内の長さおよび幅により特徴づけられることがある。
[0066]底部金属電極２０４および上部金属電極２０２は、交差するパターンに堆積されることがある。しかしながら、底部金属電極２０４および上部金属電極２０２が絶縁性層により隔てられるという理由で、底部金属電極２０４および上部金属電極２０２は、互いに接触しない。底部金属電極２０４は、第１の長手方向軸を有することがある。第１の長手方向軸は、軸２５０であってもよい。長手方向軸は、底部金属電極２０４の長さに沿っていることがある。底部金属電極２０４は、軸２５０に対して対称であっても実質的に対称であってもよい。上部金属電極２０２は、第２の長手方向軸を有することがある。第２の長手方向軸は、軸２５２であってもよい。第１の長手方向軸に類似して、第２の長手方向軸は、上部金属電極２０２の長さに沿っていることがあり、そして上部金属電極２０２は、軸２５２に対して対称であっても実質的に対称であってもよい。
[0067]軸２５０を含む第１の平面は、基板２１０の表面に直交することがある。軸２５２を含む第２の平面は、基板２１０の表面に直交することがある。第１の平面および第２の平面は、ゼロでない角度で交差することがある。２つの軸は、電極が基板の上方の異なる高さのところにあるという理由で、同じ平面内にないことがある。軸が基板２１０の表面と平行な平面上へと投影された場合に、軸は、ゼロでない角度で交差することがある。ゼロでない角度は、４５度から５５度まで、５５度から６５度まで、６５度から７５度まで、７５度から８５度まで、８５度から９５度まで、または９０度を含め、４５度から９５度までであってもよい。
[0068]電極の端部は、穴を含む電極のエリアよりも厚く幅広いことがある。電極の端部は、電気的な接続のためのコンタクト領域であってもよい。穴を含むエリアは、接合領域と呼ばれることがある。コンタクト領域および接合領域は、図４Ａおよび図４Ｂに示された領域であってもよい。接合領域は、穴の中心の５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、または５０ｎｍ以内であってもよい。接合領域は、穴の場所のところの電極の幅に実質的に等しい幅を有する電極のエリアであってもよい。実質的に等しい幅は、もう１つの幅の５％、１０％、または１５％以内の幅である。接合領域内の電極の幅は、電極の最小幅であってもよい。コンタクト領域は、電極の最大幅を含むことができる。コンタクト領域は、最大幅の場所よりも穴からさらに遠い電極の任意の部分を含むことができる。
[0069]電極の厚さは、電極の高さであってもよい。電極のあるエリア内の電極の厚さは、最大厚さ、平均厚さ、または中央値厚さであってもよい。電極の厚さは、２ｎｍから５ｎｍまで、５ｎｍから１０ｎｍまで、または１０ｎｍよりも大きくてもよい。あるエリア内の電極の幅は、最大幅、平均幅、または中央値幅であってもよい。電極の幅は、１０ｎｍから５０ｎｍまで、５０ｎｍから１００ｎｍまで、１００ｎｍから２００ｎｍまで、２００ｎｍから５００ｎｍまで、または５００ｎｍよりも大きくてもよい。
[0070]システムは、第１の電極または第２の電極のうちの少なくとも一方と電気的に通信する電源を含むことができる。電源は、図２の電源２５４であってもよい。電源は、一定電圧または一定電流を供給できる。電源は、１０ｍＶから１００ｍＶまで、１００ｍＶから２００ｍＶまで、２００ｍＶから３００ｍＶまで、３００ｍＶから５００ｍＶまで、または５００ｍＶから１Ｖまでを含め、０から１Ｖまでの電圧を供給できる。いくつかの実施形態では、電源は、１ｐＡから１０ｐＡまで、１０ｐＡから１００ｐＡまで、１００ｐＡから１ｎＡまで、１ｎＡから１０ｎＡ、または１０ｎＡから３０ｎＡまでを含め、０から３０ｎＡの電流を供給できる。例として、電源２５４は、直流電圧、交流電圧、または様々な波形（例えば、パルス、サイン、方形、三角形、またはのこぎり歯）を供給できる。
[0071]システムは、第１の電極または第２の電極のうちの少なくとも一方と電気的に通信する電気計測器を含むことができる。電気計測器は、計測器２５６であってもよい。電気計測器は、電圧計または電流計であってもよい。
[0072]システムは、第２の電源を含むことができる。第２の電源は、電源２５８であってもよい。第２の電源は、穴を通る電場を印加するように構成されることがある。第２の電源は、第１の電極と電気的に通信しなくてもよいし、第２の電極と電気的に通信しなくてもよい。第２の電源は、第３の電極と電気的に通信することがある。第３の電極は、電極２６０であってもよい。加えて、第２の電源は、電極２６２などの第４の電極と電気的に通信することができる。第３の電極および第４の電極は、穴の中心を通る長手方向軸（例えば、軸２６４）が第３の電極および第４の電極を横切るように設置されてもよい。
[0073]単一のデバイスは、システムのソリッドステート部分または半導体プロセス技術を介して製造したシステムの部分を呼ぶことができる。デバイスは、第１の電極、第２の電極、絶縁性層、および基板を含むことができる。システムは、複数のデバイスを含むことができる。デバイスは、アレイに配置されることがある。デバイスは、各々のデバイス内の電極の各々の対から複数の電源または単一の電源への電気的な接続部を有することがある。デバイスは、複数の電気計測器への接続部を有することがある。複数の解析システムを使用することは、多重化を可能にできる。複数のデバイスは、５０から１００まで、１００から５００まで、５００から１，０００まで、１，０００から５，０００まで、５，０００から１０，０００まで、または１０，０００超のデバイスを含むことができる。
[0074]配列決定システムのさらなる詳細が、２０１７年７月２７日出願の米国特許出願公開第２０１８／００３１５２３（Ａ１）号に記載されており、その内容はあらゆる目的のために本明細書に組み込まれている。
ＩＶ． 製造の方法
[0075]デバイスおよびシステムを製造する方法は、垂直でない側壁を備える電極を堆積するためのプロセスならびに電極の高さおよび厚さに先細りを形成するためのプロセスを含むことができる。
Ａ． 傾斜する側壁
[0076]上に記載したように、傾斜する側壁は、上にある絶縁体層が下にある導電性材料層をより容易に覆うことを可能にし、これにより短絡することまたは剥離することの可能性を減少させるために使用されることがある。
[0077]図５は、垂直でない側壁を備える電極を堆積するためのプロセスフローを示す。第１のステップ５５０では、リフトオフレジスト５０２が下にある層５０４の上に堆積される。下にある層５０４は、基板または基板の上方に前もって堆積した層であってもよい。もう１つのレジスト層５０６が、リフトオフレジスト５０２の上に堆積される。レジスト層５０６は、リフトオフレジスト５０２を露出させるようにパターニングされる。リフトオフレジスト５０２は次いで、レジスト層５０６の下で下にある層５０４の上方にアンダーカットを作り出すようにパターニングされる。アンダーカットは、レジスト層５０６の下のリフトオフレジスト５０２の一部分を除去する現像剤を使用することにより作り出されることがある。レジスト層５０６は、リフトオフレジスト５０２にオーバーハングする。現像剤は、レジストの一部分がパターニングしたマスクを通る光に露光された後でレジストを除去するために使用する液体であってもよい。現像剤は、フォトリソグラフィで使用されるいずれかの適した現像剤であってもよい。現像剤は、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）系のＭＩＦ（金属イオンフリーの）現像剤およびＭＩＢ（金属イオン含有）現像剤などのＩ線レジストを含むことができる。現像剤は、他の現像剤の中で、ＡＺ３００ＭＩＦ、ＭＦ－２４Ａ、Ｍ４５２を含むことができる。
[0078]図５のプロセスフローの第２のステップ５６０に示したように、４５度の角度でのバイアスしたターゲット堆積が、金属を堆積するために使用されることがある。角度は、例えば、３０度から４０度まで、４０度から５０度まで、５０度から６０度まで、６０度から７０度まで、または４５度を含め、３０度から７０度までの角度を含むことができる。ウェハは、堆積プロセス中に垂直軸の周りを連続的に回転されることがある。
[0079]第３のステップ５７０では、下にある層５０４上の金属層５０８が、堆積されることがある。レジストのオーバーハング、角度を付けた堆積、および回転するウェハの結果として、金属層５０８の側壁は、垂直ではないことがある。側壁は、傾斜するまたは湾曲することがある。金属は、レジスト層５０６のオーバーハングの下に堆積されることが可能である。バイアスしたターゲット堆積は、高品質、ピンホールフリー、界面混合を回避しながら超薄層を可能にできる。
[0080]第４のステップ５８０では、リフトオフレジスト５０２が除去されるまたは「リフトオフ」されることがあり、これがレジスト層５０６およびレジスト層５０６の上に堆積した金属５１０を除去する。リフトオフレジストは、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）を含め、有機溶剤によって除去されることがある。結果は、金属層５０８をともなった下にある層５０４であってもよい。金属層５０８は、デバイスの電極であってもよい。
[0081]傾斜する側壁を形成する図５で使用したもの以外の技術もまた、本発明の実施形態では使用されてもよい。他の技術は、誘導結合プラズマ反応性エッチング（ＩＣＰ ＲＩＥ）、ある角度でのイオンミリング、およびグレースケールリソグラフィに続くＲＩＥを含む。
Ｂ． 幅および厚さの先細り形成
[0082]図４Ａおよび図４Ｂに示したような電極の幅および厚さに先細りを形成することもまた、リフトオフレジストを使用して実現されることがある。
[0083]図６Ａは、レジストの異なるサイズの開口部が、金属層の異なる厚さおよび幅をどのようにしてもたらすことができるかを示す。図５に示したプロセスに類似のプロセスが、金属層を堆積するために使用されることがある。しかしながら、レジスト層の間の開口部は、金属層の幅および厚さを変えるために変えられることがある。
[0084]レジスト層６０２およびリフトオフレジスト６０４が、下にある層６０６の上に堆積され、そし先細りターニングされる。しかしながら、接合領域では、レジスト層６０２の間の開口部の幅、Ｗ３、は、コンタクト領域の対応する幅、Ｗ４、よりも狭い。小さい幅、Ｗ３、は、コンタクト領域に堆積した金属層６１０よりも接合領域に堆積した狭い金属層６０８をもたらすことがある。また、少ない材料が狭い開口部を通って堆積されることがあるという理由で、接合領域の金属層６０８の高さ、Ｈ３、もまた、コンタクト領域の金属層６１０の高さ、Ｈ４、よりも小さいことがある。
[0085]図６Ｂは、図４Ｂに示した電極用の幾何形状を実現するために、レジスト開口部がどのように先細りを形成されることがあるかの上面図を示す。レジスト層６０２の開口部は、後で堆積した金属層６０８の目的の長さに沿って幅Ｗ４から幅Ｗ３まで単調にまたは連続的に減少することがある。レジスト開口部の幅は、堆積された電極の幅と同じであっても同じでなくてもよい。例えば、Ｗ４はＷ２と同じでなくてもよく、そしてＷ３はＷ１と同じでなくてもよい。電極がある角度で堆積されるという理由で、電極のうちのいくつかが、レジスト層６０２のオーバーハングの下に形成されることがある。結果として、電極の幅は、レジスト開口部の対応する幅よりも広いことがある。リフトオフレジスト６０４およびレジスト層６０２が除去された後で、図４Ｂに示した幾何形状が実現されることがある。
Ｃ． 方法例
[0086]図７Ａは、分子を解析するためのシステムを製造する方法７００を示す。方法７００は、傾斜する側壁を備えた電極および２つの絶縁体層を含むことができる。加えて、方法７００はまた、電極が容易に製造されるように２次元に電極に先細りを形成することを含むことができる。方法７００は、図２の構造に類似する構造を形成することと見られてもよい。ブロック７０５～７２０は、底部金属電極２０４を形成するためであってもよい。ブロック７２５～７４０は、第１の絶縁体層２０６および第２の絶縁体層２０８を形成するためであってもよい。ブロック７４５は、上部金属電極２０２を形成するためであってもよい。ブロック７５０および７５５は、穴２１２を形成するためであってもよい。
[0087]ブロック７０５において、第１のレジスト層が、第１の導電性層を堆積する前に基板上に形成されることがある。第１のレジスト層は、２つの異なるレジストサブレイヤを含むことができる。第１のレジスト層の第１の部分は、第１のレジスト層の第２の部分の下方のサブレイヤであってもよい。第１のレジスト層の第１の部分は、リフトオフレジストであってもよく、第１のレジスト層の第２の部分は、リフトオフレジスト以外のレジストであってもよい。例えば、図５では、第１のレジスト層の第１の部分は、リフトオフレジスト５０２であってもよく、第１のレジスト層の第２の部分は、レジスト層５０６であってもよい。
[0088]ブロック７１０において、第１の溝が、第１のレジスト層内に画定されることがある。図７Ｂおよび図７Ｃは、ブロック７１０に関係する可能な構造７７０を示す。第１の溝は、第１の溝７７２であってもよい。第１のレジスト層は、上部部分７７４および底部部分７７６を含むことができる。上部部分７７４は、図５のレジスト層５０６に類似のレジスト層であってもよく、底部部分７７６は、リフトオフレジスト５０２であってもよい。第１のレジスト層は、基板７７８上にあってもよい。第１の溝７７２は、第１のレジスト層の上部部分７７４のオーバーハング７８０により一部が画定されることがある。第１の溝７７２は、第１の側壁７８１および第２の側壁７８２を含むことができ、第１の側壁７８１が第２の側壁７８２に対向するまたは面することをともなう。第１の側壁７８１および第２の側壁７８２は、第１の溝７７２の側面を画定する側壁であってもよい。これらの側壁は、オーバーハングのために全体を通して完全に垂直でなくてもよい。第１の側壁７８１は、第１のレジスト層の上部部分７７４および第１のレジスト層の底部部分７７６を含むことができる。第２の側壁７８２もまた、第１のレジスト層の上部部分７７４および第１のレジスト層の底部部分７７６を含むことができる。
[0089]第１のレジスト層の上部部分７７４が第１のレジスト層の底部部分７７６を通り越してオーバーハングするという理由で、第１の溝７７２の上部のところの幅は、第１の溝７７２の底部のところよりも狭いことがある。第１の溝７７２の第１の幅７８４は、底部部分７７６を有する第１の側壁７８１から底部部分７７６を有する第２の側壁７８２までの距離により画定されることがある。第１の溝７７２の第２の幅７８６は、上部部分７７４を有する第１の側壁７８１から上部部分７７４を有する第２の側壁７８２までの距離により画定されることがある。第１の幅７８４は、第２の幅７８６よりも大きい。第１の幅７８４および第２の幅７８６は、溝に直交しそして基板に直交する平面上で測定されることがある。溝の２つの部分は、いずれかの適したフォトリソグラフィ法によりパターニングされることがある。第１のレジスト層の底部部分７７６は、第１の溝７７２の底部部分７７６を第１のレジスト層の上部部分７７４よりも早く除去する湿式化学薬品（例えば、現像剤）を用い先細りターニングされることがある。
[0090]溝の上部のところの溝の幅は、溝の長さに沿って変わることがある。広い溝は、広い第１の電極という結果になることがある。溝は、溝の長さに沿った２つの端部のところで終結することがある。溝の上部のところの幅は、溝の端部から中心へより狭い幅へと先細りを形成することがある。溝は、図６Ｂに示したレジスト開口部に類似することがある。溝の上部のところの狭い幅は、堆積した第１の電極の狭い幅の結果であってもよい。狭い幅をともなう第１の電極の領域は、デバイスの接合エリアであってもよく、そこでは穴が後で画定されることがある。接合エリアは、第１の電極および第２の電極が重なるエリアであってもよい。
[0091]ブロック７１５において、第１の導電性材料が、垂直でない側壁を有する第１の電極を形成するために基板の表面上に堆積されることがある。第１の導電性材料を堆積することは、基板を回転させながら直角でない角度で第１の導電性材料を堆積することを含むことができる。直角でない角度は、４０から５０度までおよび４５度を含め、３０度から６０度までであってもよい。第１の導電性材料は、バイアスしたターゲット堆積により堆積されることがある。第１の導電性材料は、任意の導電性材料または本明細書において説明するいずれかの金属であってもよい。
[0092]ブロック７０５～７１５で説明した溝および角度付き堆積の結果として、垂直でない側壁を有する第１の電極が、堆積した第１の導電性材料をエッチングすることを必要とせずに堆積だけを介して形成されることがある。
[0093]ブロック７２０において、第１のレジスト層が、第１の導電性層を堆積することの後で除去されることがある。第１のレジスト層は、底部部分７７６および上部部分７７４を含む。第１のレジスト層は、有機溶剤を用いて除去されることがある。レジストの除去の後で、第１の電極が基板上に残ることがある。
[0094]ブロック７２５において、絶縁性層が、第１の電極上に形成されることがある。絶縁性材料は、例えば、本明細書において記載したような、いずれかの絶縁性材料であってもよい。電極間にトンネリング電流がないまたはほとんどないように、絶縁性層は、十分に厚くてもよい。
[0095]ブロック７２５は、実施形態では、ブロック７３０～７４０のステップを使用して実施されることがある。ブロック７３０において、絶縁性層を形成するために、第１の絶縁性材料が、第１の電極の上に第１の絶縁体層として堆積されることがある。例として、第１の絶縁性材料は、イオンビーム堆積（ＩＢＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積されてもよい。第１の絶縁性材料は、本明細書において記載する任意の絶縁性材料であってもよい。
[0096]ブロック７３５において、第１の絶縁性材料内の第１のビアが、第１の電極の上部表面のある部分を露出させために画定されることがある。第１のビアは、第１の絶縁性材料を電子ビームリソグラフィを使用し先細りターニングし、ウェットエッチングすることにより画定されることがある。第１の電極の上部表面の一部分が、絶縁性材料のウェットエッチにより画定されることがある。ドライエッチが金属材料をスパッタすることがあり、短絡の可能性を大きくするという理由で、ウェットエッチが、使用されることがある。
[0097]ブロック７４０において、第２の絶縁性材料が、第１の絶縁性材料上に第２の絶縁体層として堆積されることがある。第２の絶縁性材料は、本明細書において記載したいずれかの絶縁性材料または誘電体であってもよい。第２の絶縁性材料は、第２のビアを画定するために第１のビアの表面上に堆積されることがある。第２のビアは、結果として第１のビアよりも小さい寸法を有することがある。第１のビアの底部のところで、第２の絶縁性材料は、第１の電極の上部表面と接触することがある。第１の絶縁性材料は、第２の絶縁性材料よりも大きな厚さを有することがある。第２の絶縁性材料は、原子層堆積により堆積されることがある。第１の絶縁性材料および第２の絶縁性材料は、本明細書において記載したいずれの絶縁性材料であってもよい。多数の絶縁性層は、不完全なカバレッジの可能性および剥離する可能性を低減できる。
[0098]ブロック７４５において、第２の導電性材料が、垂直でない側壁を有する第２の電極を形成するために絶縁性層上に堆積されることがある。第２の導電性材料は、本明細書において記載したいずれの導電性材料または金属であってもよい。第２の電極は、上部金属電極２０２であってもよい。第２の導電性材料を堆積することは、第２のレジスト層を形成することに続くことがあり、ここでは第２のレジスト層が第１のレジスト層に類似する。第２のレジスト層は、第２の絶縁性材料を堆積した後で除去されてもよい。第２の電極を形成するプロセスは、ブロック７０５、７１０、７１５、および７２０を含め、第１の電極のために使用したステップに実質的に類似するステップを使用できる。
[0099]第２の導電性材料は、第１の導電性金属に対してゼロでない角度でのある向きで堆積されることがある。第１の電極は、第１の長手方向軸を有することがある。第２の電極は、第２の長手方向軸を有することがある。第１の平面は、第１の長手方向軸を含むことができ、そして基板の表面に直交することがある。第２の平面は、第２の長手方向軸を含むことができ、そして基板の表面に直交することがある。第１の平面および第２の平面は、ゼロ度でない角度で交差することがある。ゼロ度でない角度は、９０度を含め、８５から９５度までであってもよい。第２の導電性材料は、基板を回転させながらバイアスしたターゲット堆積により堆積されることがある。第１の電極または第２の電極のうちの少なくとも一方が、それぞれの電極の長さに沿った一方向の先細りまたはそれぞれの電極の中心に向かう先細りの後の最小幅のところのエリア内で重なることがある。
[0100]ブロック７５０において、穴が、基板、第１の電極、絶縁性層、および第２の電極内に画定されることがある。穴は、図２の穴２１２であってもよく、これは、ナノポアであってもよい。穴を画定することは、第２の導電性材料のある部分を除去することを含むことができる。
[0101]ブロック７５５において、第２のビアの底部表面の一部分を画定する材料が除去されることがある。第２のビアの底部を除去することは、穴を画定することに寄与することがある。第２のビアの底部表面は、第２の絶縁性材料を含むことができるが、第１の絶縁性材料を除外することができる。第２のビアの底部表面が除去された後で、第１の電極の一部分が除去されることがある。基板の一部分もまた除去されることがある。穴は、基板の厚さを貫通して延びることがある。穴は、第２のビアよりも小さい直径または特性寸法を有することがある。
[0102]方法７００はさらに、第１の電極または第２の電極のうちの少なくとも一方を電源（例えば、電源２５４）に接続することを含むことができる。方法はまた、第１の電極または第２の電極のうちの少なくとも一方を電気計測器に接続することを含むことができる。電源は、本明細書に記載したいずれの電源であってもよい。電気計測器は、本明細書に記載したいずれの電気計測器であってもよい。電源および／または電気計測器は、コンピュータシステムと通信するように接続されてもよい。
Ｖ． 分子を解析する方法
[0103]図８は、分子を解析する方法８００を示す。方法８００は、本明細書に記載したいずれかのシステムまたはデバイスを使用することができる。
[0104]ブロック８１０において、電圧が絶縁性層により隔てられた第１の電極および第２の電極をまたいで印加されることがある。絶縁性層は、第１の絶縁性材料および第２の絶縁性材料を含むことができる。第２の絶縁性材料は、第１の絶縁性材料と第２の電極との間に配置されることがある。第１の絶縁性材料は、第２の絶縁性材料の厚さよりも大きな厚さを有することがある。電圧源を含め、電源は、電圧を印加できる。電源は、コンピュータシステムにより制御されることがある。第１の電極、第２の電極、および絶縁性層は、本明細書に記載したいずれかであってもよい。
[0105]方法８００は、電気泳動または圧力で駆動される流れによって分子を第１の電極および第２の電極に移動させることを含むことができる。電気泳動は、本明細書に記載したように電極の第２の対をまたいで電圧を印加することによって引き起こされることがある。圧力で駆動される流れは、ポンプ、インペラ、または他の適した機器によることがある。分子の動きは、電極またはポンプもしくはインペラの制御を介して、コンピュータにより部分的に制御されることがある。
[0106]ブロック８２０において、分子は、穴内の絶縁性層をまたいで第１の電極および第２の電極に接触されることがある。第１の電極は、垂直でない側壁を有することがある。第２の電極は、垂直でない側壁を有することがある。絶縁性層は、第１の電極と第２の電極との間に配置されることがある。穴の一部分が、第１の絶縁性材料および第２の絶縁性材料により画定されることがある。
[0107]分子は、核酸分子またはいずれかの生体高分子分子であってもよい。例えば、タンパク質が、タンパク質中のアミノ酸を決定するために解析されることがある。
[0108]第１の電極は、第１の長手方向軸を有することがある。第１の電極は、第１の長手方向軸の周りの中心に置かれることがある。第２の電極は、第２の長手方向軸を有することがある。第２の電極は、第２の長手方向軸の周りの中心に置かれることがある。第１の平面は、第１の長手方向軸を含むことができ、そして基板の表面に直交してもよい。第２の平面は、第２の長手方向軸を含むことができ、そして基板の表面に直交することがある。第１の平面および第２の平面は、ゼロ度でない角度で交差することができ、これは本明細書に記載したいずれかであってもよい。
[0109]ブロック８３０において、第１の電極および第２の電極を介して電気的特性が、測定されることがある。電気的特性は、電流、電圧、または抵抗であってもよい。電気的特性の測定は、振幅、パルス幅、および周波数のうちの少なくとも１つを測定することを含むことができる。パルス幅はまた、ドウェル時間と考えられることがあり、これは核酸分子のある一定の部分が両方の電極と接触したままである期間に関係することがある。いくつかの実施形態では、電気的特性が、フーリエ変換などの数学演算により変換されることがあり、そして変換が解析されることがある。実施形態では、測定した電気的特性が、印加した電圧と比較されることがあり、核酸分子の振動を分離するために調節されることがある。
[0110]電気的特性の変化が、バックグランドの電気的特性に関係して決定されることがある。電気的特性が、電気計測器により測定されることがあり、電気計測器は、当業者には明らかであるだろうように、様々な形態を取ることができる。電気的特性は、電流、電圧、および本明細書に記載したいずれかの他の特性を含む。測定値は、コンピュータシステムにより受信されることがある。
[0111]ブロック８４０において、分子の一部分が、電気的特性に基づいて同定されることがある。電気的特性が、較正電気特性と比較されることがある。例えば、電流が、既知の分子または分子の一部分から測定された較正電流と比較されることがある。例えば、ヌクレオチドまたは配列は、ヌクレオチドまたは配列を同定するフィンガプリントとして働く電流パターンを有することがある。測定した電流の振幅、周波数、および／またはパルス幅が、既知のヌクレオチドまたは配列に基づいて未知のヌクレオチドまたは配列を同定するために使用されることがある。振幅は、個々のヌクレオチドおよびヌクレオチドの抵抗に依存することがある。周波数は、ヌクレオチドおよび／または隣接するヌクレオチドが、穴内でどのように振動するかに依存することがある。
[0112]パターンが、認識されることがあり、そして既知のヌクレオチドまたは配列に一致させることができる。正確な一致は、必ずしも必要ない。代わりに、未知のヌクレオチドまたは配列から測定した電流が振幅、周波数、および／またはパルス幅のある種のしきい値レベルを有する場合に、ヌクレオチドまたは配列が同定されることがある。電流特性を解析することは、共鳴トンネリングダイオードからの電気的特性を解析することに類似することがある。ヌクレオチドのトンネリング認識は、Ｚｈａｏらの「ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ａｎｄ ｐｅｐｔｉｄｅｓ ｂｙ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ」、Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈ．９、（２０１４）４６６～７３により記載されたように、アミノ酸のトンネリング認識に類似することがあり、その内容はあらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれている。
[0113]分子の一部分を同定することは、分子の配列（例えば、ヌクレオチドもしくはアミノ酸）の一部または官能基の存在もしくは欠如を同定することを含むことができる。分子の一部分を同定することは、基準値または較正値に対して測定した電気的特性または電気的特性の変化を比較することを含むことができる。電気的特性は、電流、電圧、または本明細書に記載したいずれかの特性であってもよい。例えば、ＤＮＡの４つのヌクレオチドの各々またはタンパク質の２０個のアミノ酸の各々が、電流または前もって特徴づけた電流の変化を有することがある。４つのヌクレオチドまたは２０個のアミノ酸は、これらから分子の一部分が同定される所定のセットであってもよい。分子の様々な部分を見分けることは、数十ピコアンペアのオーダの電流の差異を使用することがある。較正電流または基準電流は、複数の読み値に基づくことがある。例えば、基準電流は、デバイスまたは類似のデバイスの全体にわたる数百、数千、または数万の電流測定値に基づくことがある。このような測定した値は、平均されることがあり、平均が、基準値または較正値に比較されることがある。平均以外の他の統計値、例えば、メジアンまたはモード、が使用されることがある。分子の一部分の同定は、コンピュータシステムを使用できる。コンピュータシステムは、システム内に記憶された基準電流または他の電気的特性を有することができる。
[0114]方法８００は、例えば、デバイスのアレイの一部として、第２の配列決定デバイスを用いてステップを繰り返すことを含むことができる。デバイスのアレイは、上に記載したいずれかのアレイであってもよい。分子の繰返しの電気的特性測定は、読み値に関する統計値を改善することができ、そして分子または分子の一部分の同定を容易にすることができる。方法８００は、分子を複数のデバイスに接触させることを含むことができる。複数は、５０から１００個まで、１００から５００個まで、５００から１，０００個まで、１，０００から５，０００個まで、５，０００から１０，０００個まで、または１０，０００個を超えるデバイスを含むことができる。分子の一部分からの電気的特性分布が基準の電気的特性と同じであるか異なるかを決定するために、統計的試験が使用されることがある。
[0115]分子を解析することのさらなる詳細は、２０１７年５月３１日出願の、米国特許出願第１５／６１０，１８６号に記載されており、その内容は、あらゆる目的のために本明細書に組み込まれている。
ＶＩ． 実施例
[0116]トンネリング接合が、製造されそして電流および電圧特性に関して試験された。電流および電圧特性は、トンネリング電流の存在を示した。
[0117]図９Ａは、試験したデバイスの構成を示す。構成は、図説の目的で単純化される。試験したデバイスは、垂直でない側壁を有する。このデバイスは、図３Ａのステップ３８０のデバイスに似ており、トンネリング接合が底部電極、絶縁体、および上部電極により形成される。しかしながら、穴は、複数の層のうちのいずれをも貫通してエッチングされない。直径「Ｄ」は、もう１つの絶縁体材料にエッチングされたコンタクトビア（例えば、コンタクトビア３０８）の幅を表示する。
[0118]図９Ｂは、コンタクトビアの様々な直径についての電流－電圧曲線を示す。トンネリング接合を通る電流がｙ軸に示され、２つの電極間の電圧がｘ軸に示される。電圧は、底部電極と上部電極との間に印加される。絶縁体および電極を通る電流が、－１Ｖから１Ｖまでの電圧に対して測定される。電流は、ビアの面積に比例することが予想される。したがって、電流が大きいほど、ビアの直径（図９Ａの「Ｄ」）が大きいことが予想される。グラフは、直径が１００ｎｍから８００ｎｍまで増加するにつれて増加する電流を示す。グラフは、デバイスがトンネリング接合に関して予想されるように振る舞うことを示す。
[0119]図９Ｃは、接合直径（すなわち、コンタクトビア直径）に対する０．９Ｖバイアスでの電流を示す。電流が、ｙ軸に示される。図９Ａの「Ｄ」であるパターニングした接合直径が、ｘ軸に示される。上部電極への０．９Ｖの一定電圧に対する電流が、様々な直径を備えたデバイスについてプロットされる。グラフは、接合直径への電流の二次の依存性を示し、このことは、電流がビアの面積に比例し、ビアの面積が直径の二乗に比例するという理由で予想される。
[0120]図１０Ａは、試験したデバイスの構成を示す。構成は、図９Ａと同じである。デバイスは、電極間の絶縁体の厚さ「Ｈ」に関して特徴づけられる。この厚さは、コンタクトビアがエッチングされた後に堆積された絶縁体の厚さであり、２つの電極間の絶縁体の最も薄い厚さである。
[0121]図１０Ｂは、絶縁体（Ａｌ２Ｏ３）の様々な厚さについての電流－電圧特性を示す。電流の絶対値が、ｙ軸に示される。上部電極と底部電極との間に印加された電圧がｘ軸に示される。電圧は、底部電極には印加されない。トンネリング接合は、酸化アルミニウム誘電体を挟んでいる２つのプラチナ電極を含む。異なる曲線は、電極間の酸化アルミニウム誘電体の様々な厚さ（すなわち、図１０Ａの「Ｈ」）についての電流および電圧を示す。絶縁体が厚いほど、予想されるように低い電流という結果になる。
[0122]試験した１２６個の接合のうち、１２４個がトンネリングダイオードを示した電流－電圧特性を示した。２つの接合は、短絡を示すオーミックな応答を示した。これらの試験結果は、トンネリング接合の高い歩留まりが実現されることが可能であることを示す。
[0123]図１１は、トンネリング接合デバイスの走査電子顕微鏡像を示す。パネル１１０２は、３つの接合デバイスの電極を示す。パネル１１０４は、単一の接合デバイスのさらに拡大した画像を示す。パネル１１０６は、接合デバイス内に画定されたナノスリットの画像を示す。パネル１１０８は、接合デバイス内に画定されたナノポアの画像を示す。円１１１０および１１１２は、エッチングしたコンタクトビアのトポグラフィを示す。これらの画像は、穴（スリットまたはポア）がコンタクトビアの内側にエッチングされることが可能であることを示す。
ＶＩＩ． コンピュータシステム
[0124]本明細書において述べたコンピュータシステムのうちのいずれも、任意の適切な数のサブシステムを利用できる。このようなサブシステムの例が、コンピュータシステム１０では図１２に示される。いくつかの実施形態では、コンピュータシステムは、単一のコンピュータ装置を含み、そこではサブシステムがコンピュータ装置の構成要素であってもよい。他の実施形態では、コンピュータシステムは、各々がサブシステムであり、内部構成要素をともなう多数のコンピュータ装置を含むことが可能である。コンピュータシステムは、デスクトップおよびラップトップコンピュータ、タブレット、携帯電話機ならびに他のモバイルデバイスを含むことができる。
[0125]図１２に示したサブシステムは、システムバス７５を介して相互接続される。プリンタ７４、キーボード７８、記憶デバイス７９、ディスプレイアダプタ８２につなげられたモニタ７６、等、などの追加のサブシステムが示される。周辺デバイスおよび入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ７１につなげる入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイスは、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート７７（例えば、ＵＳＢ、ＦｉｒｅＷｉｒｅ（登録商標）、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ）などの本分野では知られた任意の数の手段によりコンピュータシステムに接続されることが可能である。例えば、Ｉ／Ｏポート７７または外部インターフェース８１（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、Ｗｉ－Ｆｉ、等）が、Ｉｎｔｅｒｎｅｔなどのワイドエリアネットワーク、マウス入力デバイス、またはスキャナにコンピュータシステム１０を接続するために使用されることが可能である。システムバス７５を介した相互接続は、中央プロセッサ７３が各々のサブシステムと通信することおよびシステムメモリ７２または記憶デバイス７９（例えば、ハードドライブなどの固定ディスク、または光ディスク）からの命令の実行、ならびにサブシステム同士の間の情報の交換を制御することを可能にする。システムメモリ７２および／または記憶デバイス７９は、コンピュータ可読媒体を具現化できる。もう１つのサブシステムは、カメラ、マイクロフォン、加速度計、等などのデータ収集デバイス８５である。本明細書において記述されるデータのうちのいずれかが、１つの構成要素からもう１つの構成要素へ出力されることが可能であり、そしてユーザへ出力されることが可能である。
[0126]コンピュータシステムは、例えば、外部インターフェース８１によりまたは内部インターフェースにより一緒に接続された複数の同じ構成要素またはサブシステムを含むことが可能である。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム、サブシステム、または装置は、ネットワークをわたって通信することが可能である。そのような事例では、１つのコンピュータがクライアントそしてもう１つのコンピュータがサーバと考えられてもよく、そこでは各々が同じコンピュータシステムの一部であってもよい。クライアントおよびサーバは、各々が多数のシステム、サブシステム、または構成要素を含むことができる。
[0127]本発明の実施形態のうちのいずれかがハードウェア（例えば、特定用途集積回路もしくはフィールドプログラマブルゲートアレイ）を使用するおよび／またはモジュールもしくは集積された方式の汎用プログラマブルプロセッサを用いるコンピュータソフトウェアを使用する制御論理の形態で実装されてもよいことが理解されるはずである。本明細書において使用するように、プロセッサは、シングルコアプロセッサ、同じ集積チップ上のマルチコアプロセッサ、または単一の回路ボード上のもしくはネットワークに接続された多数の処理ユニットを含む。本明細書に提供された開示および教示に基づいて、当業者なら、ハードウェアおよびハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを使用して本発明の実施形態を実施するための他の手段および／または方法を知りそして認識するだろう。
[0128]この出願において説明されるソフトウェア構成要素または機能のうちのいずれかは、例えば、Ｊａｖａ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ－Ｃ、Ｓｗｉｆｔなどのいずれかの適したコンピュータ言語、または、例えば、従来技術もしくはオブジェクト指向技術を使用するＰｅｒｌもしくはＰｙｔｈｏｎなどのスクリプト言語を使用してプロセッサにより実行されるソフトウェアコードとして実装されることがある。ソフトウェアコードは、一連の命令またはコマンドとして記憶および／または伝送のためにコンピュータ可読媒体上に記憶されることがある。適した非一時的なコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ハードドライブもしくはフロッピディスクなどの磁気媒体、またはコンパクトディスク（ＣＤ）もしくはＤＶＤ（ディジタルヴァーサタイルディスク）などの光媒体、フラッシュメモリ、等を含むことができる。コンピュータ可読媒体は、このような記憶デバイスまたは伝送デバイスの任意の組合せであってもよい。
[0129]このようなプログラムはまた、エンコードされ、そしてインターネットを含め多様なプロトコルに準拠する有線ネットワーク、光ネットワーク、および／または無線ネットワークを介した伝送に適合したキャリア信号を使用して伝送されることがある。それはそうとして、本発明の実施形態によるコンピュータ可読媒体は、このようなプログラムを用いてエンコードされたデータ信号を使用して作成されてもよい。プログラムコードを用いてエンコードされたコンピュータ可読媒体は、互換性のあるデバイスを用い先細りッケージングされることがある、または（例えば、インターネットダウンロードを介して）他のデバイスから別々に提供されることがある。いずれかのこのようなコンピュータ可読媒体は、単一のコンピュータ製品（例えば、ハードドライブ、ＣＤ、または完全なコンピュータシステム）上にまたは内部に常駐することができ、そしてシステムまたはネットワーク内の異なるコンピュータ製品上にまたは内部に存在することができる。コンピュータシステムは、本明細書で記述した結果のうちのいずれかをユーザに提供するため、モニタ、プリンタ、または他の適したディスプレイを含むことができる。
[0130]本明細書に記載した方法のうちのいずれかは、１つまたは複数のプロセッサを含むコンピュータシステムを用いて全体的にまたは部分的に実行されることがあり、このコンピュータシステムはステップを実行するように構成されることがある。したがって、実施形態は、それぞれのステップまたはステップのそれぞれのグループを実行する異なる構成要素を可能性として用いて、本明細書に記載した方法のうちのいずれかのステップを実行するように構成されたコンピュータシステムに向けられることがある。番号を付けられたステップとして示されるが、本明細書の方法のステップは、同時にまたは異なる順序で実行されてもよい。加えて、これらのステップの一部分は、他の方法からの他のステップの一部分とともに使用されることがある。また、ステップのすべてまたは一部分は、任意選択であってもよい。加えて、方法のうちのいずれかのステップのうちのいずれかが、モジュール、ユニット、回路、またはこれらのステップを実行するための他の手段を用いて実行されてもよい。
[0131]図１３は、例示的な解析システム１３００を示す。図１３に描かれたシステムは、配列決定デバイス１３０２およびコンピュータシステム１３０６の一部である知能モジュール１３０４を備える。配列決定デバイス１３０２は、システム２００または本明細書に記載したいずれかのシステムを含むことができる。複数の電極をまたいで電圧を印加すること（例えば、図８のブロック８１０）、電極に分子を接触させること（例えば、図８のブロック８２０）、および／または電極を介して電気的特性を測定すること（例えば、図８のブロック８３０）が、配列決定デバイス１３０２により実行されることがある。コンピュータシステム１３０６は、コンピュータシステム１０の一部またはすべてを含むことができる。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム１３０６は、電極を介して電気的特性を測定することができる（例えば、図８のブロック８３０）。例えば、生のアナログまたはディジタル出力信号は、コンピュータシステム１３０６により電流または電圧に変換されることがある。コンピュータシステム１３０６は、電気的特性に基づいて分子の一部分を同定できる（例えば、図８のブロック８４０）。データセット（電気的特性データセット）は、ネットワーク接続または直接接続を介して配列決定デバイス１３０２から知能モジュール１３０４へまたはその逆で転送される。データセットは、例えば、ヌクレオチドを同定するために処理されることがある。同定ステップは、コンピュータシステム１３０６のハードウェア上に記憶されたソフトウェアにより実施されることがある。データセットは、プロセッサ上で走りそして知能モジュールの記憶デバイス上に記憶されるコンピュータコードにより処理され、処理の後で、配列決定デバイスの記憶デバイスに転送して戻されることがあり、そこでは修飾されたデータが、ディスプレイングデバイス上にディスプレイされることがある。いくつかの実施形態では、知能モジュールはまた、配列決定デバイスにも実装されることがある。
[0132]図１４は、コンピュータシステム１４００が、例えば、絶縁性層により隔てられた第１の電極および第２の電極をまたいで電圧を印加すること（例えば、図８のブロック８１０）を含むことができる印加手段１４１０を備えることができる。コンピュータシステム１４００は、電極をまたいで電圧を印加するために配列決定デバイス（例えば、図１３の配列決定デバイス１３０２）へ命令を送ることができる。コンピュータシステム１４００は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）コンピュータであってもよい。コンピュータシステム１４００はまた、測定手段１４２０も含むことができ、これは第１の電極および第２の電極を介して電気的特性を測定すること（例えば、図８のブロック８２０）を含むことができる。コンピュータシステム１４００はさらに、受信手段１４３０を含むことができ、これは配列決定システムから電気的特性データ（例えば、図８のブロック８３０）を受信することを含むことができる。コンピュータシステム１４００はまた、同定手段１４４０を含むことができ、これは、例えば、電気的特性に基づいて分子の一部分を同定すること（例えば、図８のブロック８４０）を含むことができる。
[0133]特定の実施形態の具体的な詳細は、本発明の実施形態の概念および範囲から逸脱せずに、任意の適切な方式で組み合わせられることがある。しかしながら、発明の他の実施形態は、各々の個別の態様に関する具体的な実施形態、またはこれらの個別の態様の具体的な組合せに向けられることがある。
[0134]発明の例示の実施形態の上記の説明は、図説および説明の目的で提示されてきている。上記は、網羅的であるものではないし、発明を説明した厳密な形態に限定するものでもなく、多くの修正形態および変形形態が、上述の教示に照らして可能である。
[0135]先の説明では、説明の目的で、数多くの詳細が、本技術の様々な実施形態の理解を提供するために明示されてきている。しかしながら、ある種の実施形態がこれらの詳細のいくつかを用いずに、または追加の詳細を用いて実行されてもよいことが、当業者には明らかだろう。
[0136]いくつかの実施形態を説明してきており、様々な修正形態、代替の構造、および等価物が、発明の概念から逸脱せずに使用されてもよいことが、当業者により理解されるだろう。加えて、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、多数の良く知られたプロセスおよび要素が説明されていない。加えて、いずれかの具体的な実施形態の詳細が、その実施形態の変形形態に常に存在するとは限らないし、他の実施形態に追加されてもよい。
[0137]値の範囲が与えられる場合、文脈が別なふうに明確に規定しない限り、その範囲の上限と下限との間の下限の単位の１０分の１までの各々の間の値もまた、具体的に開示されることが理解される。述べた範囲内の任意の述べた値または間の値とその述べた範囲内の任意の他の述べた値または間の値との間の各々の小さな範囲が包含される。これらの小さな範囲の上限および下限は、他とは無関係に範囲内に含まれるまたは除外されてもよく、小さな範囲にいずれかの限度が含まれる、いずれの限度も含まれない、または両方の限度が含まれる各々の範囲もまた、述べた範囲内のいずれかの具体的に除外された限度を条件として、発明の範囲内に包含される。述べた範囲が限度の一方または両方を含む場合、これらの含まれた限度のうちのいずれかまたは両方を除外する範囲もまた含まれる。
[0138]本明細書および別記の特許請求の範囲において使用されるように、単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が別なふうに明確に指示しない限り複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「１つの方法（ａ ｍｅｔｈｏｄ）」への言及は、複数のこのような方法を含み、「その分子（ｔｈｅ ｍｏｌｅｃｕｌｅ）」への言及は、１つまたは複数の分子および当業者に知られたその等価物への言及、等々を含む。発明は、明確さおよび理解の目的で詳細にここに説明されてきている。しかしながら、ある種の変更および修正が別記の特許請求の範囲の範囲内で実行されてもよいことが、認識されるだろう。
[0139]本明細書において引用されたすべての出版物、特許、および特許出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれている。何物も先行技術であるようには認められない。

Claims (29)

  1. 分子を解析するためのシステムを製造する方法であって、
    基板の表面に対して垂直でない側壁を有する第１の電極を形成するために基板の表面上に第１の導電性材料を堆積するステップであって、ここで、前記第１の電極が第１の長手方向軸を有し、第１の平面が前記第１の長手方向軸を含みかつ前記基板の前記表面に直交するものである、前記ステップ；
    前記第１の電極上に絶縁性層を形成するステップ；
    基板の表面に対して垂直でない側壁を有する第２の電極を形成するために前記絶縁性層上に第２の導電性材料を堆積するステップであって、ここで、前記第２の電極が第２の長手方向軸を有し、第２の平面が前記第２の長手方向軸を含みかつ前記基板の前記表面に直交し、前記第１の平面および前記第２の平面がゼロ度でない角度で交差するものである、前記ステップ；ならびに
    前記基板、前記第１の電極、前記絶縁性層、および前記第２の電極内に穴を画定するステップ；
    を含む、前記方法。
  2. 前記絶縁性層を形成するステップが、
    前記第１の電極上に第１の厚さに第１の絶縁性材料を堆積するステップ；
    前記第１の電極の上部表面の一部分を露出させるために前記第１の絶縁性材料内に第１のビアを画定するステップ；
    前記第１の絶縁性材料上に第２の厚さに第２の絶縁性材料を堆積するステップであって、ここで、前記第２の厚さが前記第１の厚さより薄いものである、前記ステップ；および
    第２のビアを画定するために前記第１の電極の前記上部表面の前記一部分上に前記第２の絶縁性材料を堆積するステップ；
    を含み、ここで、
    前記穴を画定するステップが、前記第２のビアの底部表面の一部分を画定する材料を除去するステップを含み、
    前記穴が、前記第１の絶縁性材料ではなく前記第２の絶縁性材料内に画定される、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の導電性材料を堆積するステップが、バイアスしたターゲット堆積によるものであり、
    前記第１のビアを画定するステップが、電子ビームリソグラフィを使用してパターニングし、前記第１の絶縁性材料をウェットエッチングするステップを含む、
    請求項２に記載の方法。
  4. 前記ゼロ度でない角度が、８５度～９５度である、請求項１に記載の方法。
  5. 前記第１の導電性材料を堆積するステップの前に第１のレジスト層を形成するステップ；
    前記第１のレジスト層内に第１の溝を画定するステップであって、ここで、前記第１の溝が、前記第１の溝の底部で第１の幅を有し、前記第１の溝の上部で第２の幅を有するものであり、前記第１の幅が前記第２の幅よりも大きいものである、前記ステップ；
    前記第１の導電性材料を堆積するステップの後で前記第１のレジスト層を除去するステップ；
    をさらに含み、ここで、
    前記第１の導電性材料を堆積するステップが、前記基板を回転させながら垂直でない角度で前記第１の導電性材料を堆積するステップを含む、
    請求項１に記載の方法。
  6. 前記垂直でない角度が、４０度～５０度である、請求項５に記載の方法。
  7. 前記第１の幅が、前記第１の溝の端部から前記第１の長手方向軸に沿って減少し、
    前記第２の幅が、前記第１の溝の前記端部から前記第１の長手方向軸に沿って減少する、
    請求項５に記載の方法。
  8. 前記第１の電極が、前記第１の電極の端部から前記第１の長手方向軸に沿って幅および厚さについて先細りにされた、請求項１に記載の方法。
  9. 前記第２の導電性材料を堆積するステップの前に第１のレジスト層を形成するステップ；
    前記第１のレジスト層内に第１の溝を画定するステップであり、ここで、前記第１の溝が、前記第１の溝の底部で第１の幅を有し、前記第１の溝の上部で第２の幅を有するものであり、前記第１の幅が前記第２の幅よりも大きいものである、前記ステップ；ならびに
    前記第２の導電性材料を堆積するステップの後で前記第１のレジスト層を除去するステップ；
    をさらに含み、ここで、
    前記第２の導電性材料を堆積するステップが、前記基板を回転させながら垂直でない角度で前記第２の導電性材料を堆積するステップを含む、
    請求項１に記載の方法。
  10. 前記第１の電極または前記第２の電極のうちの少なくとも一方を電源に接続するステップ；および
    前記第１の電極または前記第２の電極のうちの少なくとも一方を電気計測器に接続するステップ；
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  11. 分子を解析するためのシステムであって、
    前記システムがデバイスを備え、前記デバイスが、
    第１の導電性材料を含む第１の電極であって、ここで、前記第１の電極が基板の表面に対して垂直でない側壁を有し、前記第１の電極が基板の表面と接触し、前記第１の電極が第１の長手方向軸を有し、第１の平面が、前記第１の長手方向軸を含みかつ前記基板の前記表面に直交するものである、前記第１の電極；
    第２の導電性材料を含む第２の電極であって、ここで、前記第２の電極が基板の表面に対して垂直でない側壁を有し、前記第２の電極が第２の長手方向軸を有し、第２の平面が、前記第２の長手方向軸を含みかつ前記基板の前記表面に直交し、前記第１の平面および前記第２の平面がゼロ度でない角度で交差するものである、前記第２の電極；ならびに
    前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された絶縁性層；
    を備え、ここで、
    穴が前記第１の電極、前記第２の電極、および前記絶縁性層を貫通する、
    前記システム。
  12. 前記第１の電極または前記第２の電極のうちの少なくとも一方と電気的に通信する電源と、前記第１の電極または前記第２の電極のうちの少なくとも一方と電気的に通信する電気計測器をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記電源が第１の電源であり、
    前記システムが、
    前記穴を介して電場を印加するように構成された第２の電源であって、前記第１の電極と電気的に通信せず、前記第２の電極と電気的に通信しない、前記第２の電源をさらに備える、
    請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記穴が円柱状である、請求項１１に記載のシステム。
  15. 前記絶縁性層が、第１の絶縁性材料および第２の絶縁性材料を含み、
    前記第２の絶縁性材料の第１の部分が、前記第１の絶縁性材料と前記第２の電極との間に配置され、
    前記第２の絶縁性材料の第２の部分が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、
    前記第１の絶縁性材料が、第１の厚さにより特徴づけられ、
    前記第２の絶縁性材料が、第２の厚さにより特徴づけられ、
    前記第１の厚さが、前記第２の厚さよりも大きく、
    前記穴が、前記第１の絶縁性材料ではなく前記第２の絶縁性材料内に画定される、
    請求項１１に記載のシステム。
  16. 前記第１の電極が、
    オーバーハングを有する第１のレジスト層を形成するステップの後で前記基板を回転させながら垂直でない角度で前記第１の導電性材料を堆積するステップにより形成される、請求項１１に記載のシステム。
  17. 前記第１の電極が、厚さおよび幅により特徴づけられ、
    前記第１の電極が、端部を有し、
    前記第１の電極の前記厚さが、前記端部から前記穴の一部分を画定する前記第１の電極の一部分まで先細りにされ、
    前記第１の電極の前記幅が、前記端部から前記穴の前記一部分を画定する前記第１の電極の一部分まで先細りにされた、
    請求項１１に記載のシステム。
  18. 前記第２の電極が、厚さおよび幅により特徴づけられ、
    前記第２の電極が、端部を有し、
    前記第２の電極の前記厚さが、前記端部から前記穴の一部分を画定する前記第１の電極の一部分まで先細りにされ、
    前記第２の電極の前記幅が、前記端部から前記穴の前記一部分を画定する前記第２の電極の一部分まで先細りにされた、
    請求項１７に記載のシステム。
  19. 前記第２の電源と電気的に通信する第３の電極；および
    第４の電極；
    をさらに備え、ここで、
    前記穴が、長手方向軸の付近に中心を置かれ、
    前記長手方向軸が、前記第３の電極および前記第４の電極と交差する、
    請求項１３に記載のシステム。
  20. 前記穴が、２ｎｍ～３０ｎｍの範囲内の直径により特徴づけられる、請求項１１に記載のシステム。
  21. 前記絶縁性層が、１ｎｍ～２ｎｍの範囲内の厚さにより特徴づけられる、請求項１１に記載のシステム。
  22. 前記デバイスが、第１のデバイスであり、
    前記システムが、前記第１のデバイスと同一である複数のデバイスを備える、
    請求項１１に記載のシステム。
  23. 分子を解析する方法であって、
    絶縁性層により隔てられた第１の電極および第２の電極をまたいで電圧を印加するステップであって、ここで、前記第１の電極が基板の表面に対して垂直でない側壁を有し、前記第１の電極が第１の長手方向軸を有し、前記第２の電極が基板の表面に対して垂直でない側壁を有し、前記第２の電極が第２の長手方向軸を有し、第１の平面が前記第１の長手方向軸を含みかつ基板の表面に直交し、第２の平面が前記第２の長手方向軸を含みかつ前記基板の前記表面に直交し、前記第１の平面および前記第２の平面がゼロ度でない角度で交差するものである、前記ステップ；
    穴内の前記絶縁性層をまたいで前記第１の電極および前記第２の電極に前記分子を接触させるステップ；
    前記第１の電極および前記第２の電極を介して電気的特性を測定するステップ；ならびに
    前記電気的特性に基づいて前記分子の一部分を同定するステップ；
    を含み、ここで、
    前記穴が、前記第１の電極、前記第２の電極、および前記絶縁性層を貫通する、
    前記方法。
  24. 前記絶縁性層が、第１の絶縁性材料および第２の絶縁性材料を含み、
    前記第２の絶縁性材料の第１の部分が、前記第１の絶縁性材料と前記第２の電極との間に配置され、
    前記第２の絶縁性材料の第２の部分が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置され、
    前記第１の絶縁性材料が、第１の厚さにより特徴づけられ、
    前記第２の絶縁性材料が、第２の厚さにより特徴づけられ、
    前記第１の厚さが、前記第２の厚さよりも大きく、
    前記穴の一部分が、前記第２の絶縁性材料により画定される、
    請求項２３に記載の方法。
  25. 前記電気的特性が、電流、電圧、または抵抗である、請求項２３に記載の方法。
  26. 前記電気的特性に基づいて前記分子の前記部分を同定するステップが、前記電気的特性を既知の分子または分子の既知の部分から測定した較正電気特性と比較するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
  27. 前記分子が、核酸分子である、請求項２３に記載の方法。
  28. 前記分子の前記部分が、ヌクレオチドを含む、請求項２３に記載の方法。
  29. 前記分子の前記部分を同定するステップが、前記分子の部分の所定のセットから前記分子の前記部分を同定するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
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