固態(tài)孔陣及其制作方法
【專利摘要】一種固態(tài)孔陣及其制作方法，其中固態(tài)孔陣的制作方法包括：在襯底的頂面和底面上分別形成底部孔陣基底和頂部孔陣基底；在頂部孔陣基底中形成正面孔；在具有頂部孔陣基底的襯底上形成頂部保護層，并在底部孔陣基底上形成底部保護層；在底部孔陣基底和底部保護層中形成背面窗口；以及通過堿腐蝕蝕穿襯底，以使正面孔與背面窗口連通。此外，本公開還提供了一種固態(tài)孔陣。通過本公開的方法，增加了正面薄膜的強度，簡化了工藝步驟，降低了成本，同時更適合大規(guī)模制造。
【專利說明】固態(tài)孔陣及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地涉及一種固態(tài)孔陣及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于在生物分子的篩選、基因測序等方面的應(yīng)用，微米、納米孔陣已成為分子生物學研究的重要器件。固態(tài)納米孔陣由于采用了微細加工技術(shù)，使其具有孔的可控性、可集成性和高效性等優(yōu)點，而被廣泛使用。在加工固態(tài)納米孔陣時，如果先形成孔陣然后再腐蝕硅襯底，則在各向異性地腐蝕硅襯底的過程中該孔陣容易被腐蝕反映產(chǎn)生的氫氣沖破。因此，目前基于硅基固態(tài)納米孔陣都是采用先腐蝕硅的方法制作的。具體地，通常先把硅襯底通過濕法或者干法腐蝕挖空，然后在鏤空的膜(一般具有幾十納米到幾百納米的厚度)上形成孔陣。但由于膜太薄，容易碎，因此膜的面型難以控制，導(dǎo)致在鏤空的膜上形成孔陣十分困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在下文中給出關(guān)于本公開的簡要概述，以便提供關(guān)于本公開的某些方面的基本理解。應(yīng)當理解，這個概述并不是關(guān)于本公開的窮舉性概述。它并不是意圖確定本公開的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本公開的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0004]為了解決上述問題，本公開的一個主要目的在于，提供一種固態(tài)孔陣的制作方法，包括:在襯底的頂面和底面上分 別形成底部孔陣基底和頂部孔陣基底；在頂部孔陣基底中形成正面孔；在具有頂部孔陣基底的襯底上形成頂部保護層，并在底部孔陣基底上形成底部保護層；在底部孔陣基底和底部保護層中形成背面窗口 ；以及通過堿腐蝕蝕穿襯底，以使正面孔與背面窗口連通。
[0005]可選地，在襯底頂面沉積的孔陣基底中形成正面孔的步驟進一步包括:在頂部孔陣基底上涂覆光刻膠，通過光刻和反應(yīng)離子刻蝕在頂部孔陣基底中形成正面孔，以露出襯
。
[0006]可選地，在襯底底面沉積的保護層中形成背面窗口的步驟進一步包括:在底部保護層上涂覆光刻膠，通過光刻和反應(yīng)離子刻蝕在底部孔陣基底和底部保護層中形成背面窗口，以露出襯底。
[0007]可選地，保護層的厚度在8-20納米之間。
[0008]可選地，頂部孔陣基底和底部孔陣基底的材料為低應(yīng)力氮化硅或者低應(yīng)力氧化硅。
[0009]可選地，頂部保護層和底部保護層的材料為低溫氮化硅或者低溫氧化硅。
[0010]可選地，利用KOH或者四甲基氫氧化銨進行堿腐蝕。
[0011]可選地，正面孔的寬度小于背面窗口的寬度。
[0012]另一方面，本公開提供了一種固態(tài)孔陣列，包括:具有通孔的襯底；在襯底頂面上形成的頂部孔陣基底和在襯底底面上形成的底部孔陣基底，其中在頂部孔陣基底中對應(yīng)于通孔位置處具有正面孔；以及在頂部孔陣基底的表面和側(cè)壁上形成的頂部保護層以及在底部孔陣基底的表面上形成的底部保護層，其中，在底部孔陣基底和底部保護層中對應(yīng)于通孔位置處具有背面窗口。
[0013]通過本公開提供的這種二次沉積薄膜的方法來制造固態(tài)孔陣，增加了正面薄膜的強度，使其不容易被各向異性腐蝕硅襯底的過程中產(chǎn)生的氫氣沖破，從而解決了正面保護的問題。此外，由于先形成孔陣，然后再腐蝕硅，因此簡化了工藝步驟，降低了成本，同時更適合大規(guī)模制造。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本公開提供的固態(tài)孔陣的制作方法的流程圖
[0015]圖2至圖6示出了根據(jù)本公開實施例的固態(tài)孔陣的制作方法的具體工藝流程圖。 【具體實施方式】
[0016]下面參照附圖來說明本公開的實施例。在本公開的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本公開無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0017]圖1示出了根據(jù)本公開的固態(tài)孔陣的制作方法的流程圖，其具體步驟如下:
步驟101，在襯底的頂面和底面上分別形成底部孔陣基底和頂部孔陣基底；
步驟102，在頂部孔陣基底111中形成正面孔； 步驟103，在具有頂部孔陣基底111的襯底100上形成頂部保護層121，并在底部孔陣基底112上形成底部保護層122 ；
步驟104，在底部孔陣基底112和底部保護層122中形成背面窗口 ；以及 步驟105，通過堿腐蝕蝕穿襯底100，以使正面孔與背面窗口連通。
[0018]基于圖1所示的固態(tài)孔陣的制作方法，以下結(jié)合具體實施例來詳細描述本公開的固態(tài)孔陣的制作方法的具體工藝流程。
[0019]圖2-圖6示出了根據(jù)本公開實施例的固態(tài)孔陣的制作方法的具體工藝流程圖。在圖2中所使用的襯底是硅襯底，且具體工藝步驟如下。
[0020]如圖2所示，在硅襯底200的頂面和底面上分別形成孔陣基底211和212，即，在硅襯底200的頂面上形成頂部孔陣基底211，以及在硅襯底200的底面上形成底部孔陣基底212。在優(yōu)選實施例中，頂部孔陣基底211和212可以以沉積的方式在硅襯底200的頂面和底面上形成。
[0021]在本步驟中，孔陣基底211和212的材料可以是低應(yīng)力氮化硅或低應(yīng)力氧化硅。
[0022]如圖3所示，在頂部孔陣基底211上涂覆光刻膠，通過光刻和反應(yīng)離子刻蝕，在頂部孔陣基底211中形成正面孔，以露出硅襯底200。在優(yōu)選實施例中，該正面孔的寬度在幾十納米至幾微米的范圍內(nèi)。
[0023]如圖4所示，在具有頂部孔陣基底211的硅襯底200上形成頂部保護層221，以覆蓋頂部孔陣基底211的表面，正面孔的側(cè)壁以及硅襯底200露出的部分。此外，在底部孔陣基底212上形成底部保護層222。[0024]在優(yōu)選的實施例中，保護層222的厚度在8納米至20納米之間，其厚度值與硅襯底的厚度成比例。此外，該保護層221和222的材料可以是低溫氮化硅或者低溫氧化硅。這種低溫氮化硅或低溫氧化硅具有較高的應(yīng)力，當對其進行堿腐蝕時其具有比硅襯底材料慢很多的反應(yīng)速度。在后續(xù)的腐蝕硅襯底的過程中，保護層可以保護其所覆蓋的孔陣基底不受堿性腐蝕液的損傷。
[0025]如圖5所示，在底部保護層222上涂覆光刻膠，通過光刻和反應(yīng)離子刻蝕，在底部保護層222和底部孔陣基底212中形成背面窗口，以露出硅襯底200。該背面窗口的形狀可以是方形槽。背面窗口的寬度可以為幾毫米。
[0026]如圖6所示，通過堿腐蝕蝕穿硅襯底200，以使正面孔與背面窗口連通，從而形成固態(tài)孔陣列。在優(yōu)選實施例中，可以利用諸如KOH或者四甲基氫氧化銨的堿性腐蝕液進行堿腐蝕。
[0027]由于具有較高應(yīng)力的保護層覆蓋正面孔頂面和側(cè)壁，增強了孔周邊結(jié)構(gòu)的強度，使其不容易被腐蝕硅襯底過程所產(chǎn)生的氫氣破壞。此外，如上所述，正面孔的寬度在幾十納米至幾微米的范圍內(nèi)，而背面窗口的寬度可以為幾毫米，可以看出背面窗口的寬度比正面孔的寬度大很多。通過這種設(shè)置使得在腐蝕硅襯底200過程中產(chǎn)生的氫氣可以容易地通過背面窗口排出。
[0028]此外，由于在腐蝕硅襯底200時保護層221和222的材料的反應(yīng)速度比硅襯底材料的反應(yīng)速度慢很多，因此，堿性腐蝕液在蝕穿硅襯底200之后雙面作用于沉積在硅襯底頂部上的保護層221，從而迅速地這部分保護層腐蝕掉。這樣可以實現(xiàn)在形成固態(tài)孔陣的同時，保護孔周圍的孔陣基底，從而更好地控制孔陣的孔型。
[0029]基于以上工藝形成本公開的固態(tài)孔陣列，具體參照圖6示出。該固態(tài)孔陣包括:具有通孔的襯底200 ;在襯底200頂面上形成的頂部孔陣基底211和在襯底200底面上形成的底部孔陣基底212，其中在頂部孔陣基底211中對應(yīng)于通孔位置處具有正面孔；以及在頂部孔陣基底211的表面和側(cè)壁上形成的頂部保護層221以及在底部孔陣基底212的表面上形成的底部保護層222，其中，在底部孔陣基底212和底部保護層222中對應(yīng)于通孔位置處具有背面窗口。
[0030]進一步地，頂部孔陣基底和底部孔陣基底的材料為低應(yīng)力氮化硅或者低應(yīng)力氧化硅。頂部保護層和底部保護層的材料為低溫氮化硅或者低溫氧化硅。
[0031]優(yōu)選地，保護層的厚度可以在8-20納米之間。正面孔的寬度小于背面窗口的寬度。
[0032]本公開及其優(yōu)點，但是應(yīng)當理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本公開的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本公開的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本公開的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本公開可以使用執(zhí)行與在此的相應(yīng)實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)孔陣的制作方法，包括: 在襯底的頂面和底面上分別形成底部孔陣基底和頂部孔陣基底； 在所述頂部孔陣基底中形成正面孔； 在具有所述頂部孔陣基底的所述襯底上形成頂部保護層，并在所述底部孔陣基底上形成底部保護層； 在所述底部孔陣基底和所述底部保護層中形成背面窗口 ；以及 通過堿腐蝕蝕穿所述襯底，以使所述正面孔與所述背面窗口連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，在襯底頂面沉積的所述孔陣基底中形成正面孔的步驟進一步包括: 在所述頂部孔陣基底上涂覆光刻膠，通過光刻和反應(yīng)離子刻蝕在所述頂部孔陣基底中形成正面孔，以露出所述襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，在所述襯底底面沉積的所述保護層中形成背面窗口的步驟進一步包括: 在所述底部保護層上涂覆光刻膠，通過光刻和反應(yīng)離子刻蝕在所述底部孔陣基底和所述底部保護層中形成背面窗口，以露出所述襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述保護層的厚度在8-20納米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述頂部孔陣基底和所述底部孔陣基底的材料為低應(yīng)力氮化硅或者低應(yīng)力氧化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述頂部保護層和所述底部保護層的材料為低溫氮化硅或者低溫氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，利用KOH或者四甲基氫氧化銨進行所述堿腐蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其中，所述正面孔的寬度小于所述背面窗口的寬度。
9.一種固態(tài)孔陣列，包括: 具有通孔的襯底； 在所述襯底頂面上形成的頂部孔陣基底和在所述襯底底面上形成的底部孔陣基底，其中在所述頂部孔陣基底中對應(yīng)于所述通孔位置處具有正面孔；以及 在所述頂部孔陣基底的表面和側(cè)壁上形成的頂部保護層以及在所述底部孔陣基底的表面上形成的底部保護層，其中，在所述底部孔陣基底和所述底部保護層中對應(yīng)于所述通孔位置處具有背面窗口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)孔陣列，其中，所述頂部孔陣基底和所述底部孔陣基底的材料為低應(yīng)力氮化硅或者低應(yīng)力氧化硅。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)孔陣列，其中，所述頂部保護層和所述底部保護層的材料為低溫氮化硅或者低溫氧化硅。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)孔陣列，其中，所述保護層的厚度在8-20納米之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)孔陣列，其中，所述正面孔的寬度小于所述背面窗口的覽度。
【文檔編號】C23F1/02GK103510088SQ201210226670
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】董立軍, 趙超 申請人:中國科學院微電子研究所