[发明专利]一种用于生物分子检测的芯片单元的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳技术领域，尤其涉及一种用于生物分子检测的芯片单元的制备方法。

背景技术

纳流体通道在微纳米技术领域尤其是在微纳米生物领域有着广泛的应用。将纳流体通道与电极相结合构成的适于生物分子检测的芯片单元，可以实现对DNA/RNA、蛋白质、药物、毒品和氨基酸等进行检测分析，应用在基因测序、药物筛选、蛋白组学、临床诊断等领域。为了实现这种适于生物分子检测的芯片单元，首先必须获得宽度为纳米级的纳流体通道，然后再在通道内制作间距更小的电极。但是，在宽度为纳米级的纳流体通道内制备间距更小的电极，存在非常大的技术困难；即使能实现，也存在重复性差和成本高的缺陷。因此，如何实现纳流体通道和电极的有效的结合成为我们研究的重要方向。

目前，纳米结构的制备方法主要有：光刻、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、微接触印刷、电化学方法和电迁移方法等。但是，光学光刻方法受到光波波长限制，刻蚀的极限在微米量级，难以达到纳米量级；微接触印刷、电子束刻蚀和聚焦离子束刻蚀的方法周期长成本高；电化学和电迁移方法工艺可靠性较低，可能导致与CMOS工艺的不兼容。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于生物分子检测的芯片单元的制备方法，简单且成本较低，能突破光刻分辨率限制及提高芯片单元与CMOS工艺的兼容性，并提高适于生物分子检测的芯片单元的制备效率。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种用于生物分子检测的芯片单元的制备方法，包括如下步骤：

（1）在衬底上依次生长抗腐蚀的电热绝缘材料层、第二侧墙材料层和基底材料层；

（2）用光刻和干法刻蚀的方法去除基底材料层的四边，形成图形作为制备第一侧墙的基底；

（3）在第二侧墙材料层的上表面和基底材料层的上表面及侧面淀积第一侧墙材料层；

（4）采用干法回刻，去除基底材料层上表面的第一侧墙材料层和第二侧墙材料层上表面的部分第一侧墙材料层，将形成高和宽均为纳米尺寸的第一侧墙材料层；

（5）采用湿法腐蚀的方法去除基底材料层，只保留纳米尺寸的第一侧墙材料层；

（6）以第一侧墙材料层为掩膜干法刻蚀第二侧墙材料层至电热绝缘材料层的上表面，形成第一侧墙在上，第二侧墙材料层在下的堆叠侧墙；

（7）采用光刻或电子束光刻+薄膜淀积+剥离工艺在该堆叠侧墙的一条边上搭上一条制作电极的抗腐蚀的金属层；

（8）采用薄膜淀积工艺，在电热绝缘材料层及金属层上制备一层制作纳流体通道的抗腐蚀绝缘材料层；

（9）用化学机械抛光CMP的方法抛光步骤（8）所得单元的上表面，去除金属层上面的抗腐蚀绝缘材料层，同时切断第一侧墙两旁的金属的连接；即抛光过程中，须将第一侧墙顶部的金属层抛断，并且不能抛到第二侧墙上表面；

（10）在步骤（9）抛光后所得单元的上表面淀积一层钝化层薄膜，并用光刻+干法刻蚀的方法在堆叠侧墙的两端、金属层的两侧开通孔至第二侧墙材料层的底面，并保留光刻胶，然后用湿法腐蚀方法透过开好的通孔去除第二侧墙材料层形成纳流体通道，保留剩余的第一侧墙材料层作为通道封顶层，然后去除光刻胶；

（11）在纳流体通道两侧的金属层上引出电极即生成适于生物分子检测的芯片单元。

更进一步的，步骤（8）采用薄膜淀积工艺制备结构从上到下依次为SiO2、SiN 和SiO2的叠层作为制作纳流体通道的抗腐蚀绝缘材料层，其中SiN作为步骤（9）化学机械抛光CMP方法的截止层，即步骤（9）用化学机械抛光CMP方法抛光步骤（8）所得单元上表面至抗腐蚀绝缘材料层的SiN截止层。

更进一步的，步骤（10）和步骤（11）分别用下述步骤（10a）和（11a）代替：

（10a）在步骤（9）抛光后所得单元的上表面淀积一层钝化层薄膜，然后在第二侧墙材料层两侧的金属层上引出电极；

（11a）用光刻+干法刻蚀的方法在堆叠侧墙的两端、金属层的两侧开通孔至第二侧墙材料层的底面，并保留光刻胶，然后用湿法腐蚀方法透过开好的通孔去除第二侧墙材料层形成纳流体通道，保留剩余的第一侧墙材料层作为通道封顶层，然后去除光刻胶，即生成适于生物分子检测的芯片单元。

更进一步的，电热绝缘材料、基底材料层、第二侧墙材料层、第一侧墙材料层和抗腐蚀绝缘材料层为氧化物、氮化物或硫化物，或者是由氧化物、氮化物、硫化物中的至少两种构成的混合物。