[发明专利]纳米孔流动池和制造方法

说明书

本文提供纳米孔流动池和纳米孔流动池的制造方法。在一个实施方式中，一种形成流动池的方法包括在第一基板上形成多层堆叠结构。多层堆叠结构的特征为设置在第一基板上的隔膜层和设置在隔膜层上的材料层，隔膜层具有穿过隔膜层形成的第一开口。方法进一步包括图案化第二基板的表面，以在第二基板中形成第二开口，将第二基板的图案化的表面结合至多层堆叠结构的表面，减薄第一基板，和去除减薄的第一基板和至少部分的材料层，以暴露隔膜层的相对表面。

背景

领域

本文的实施方式涉及与固态纳米孔传感器一起使用的流动池(flow cell)和流动池的制造方法。

相关技术的说明

固态纳米孔传感器已出现作为低成本、高度易动(highly mobile)且快速处理的生物聚合物(例如，DNA或RNA)测序技术。生物聚合物链的固态纳米孔测序包含将生物聚合物链移位穿过具有介于约0.1nm与约100nm之间的直径的纳米尺度尺寸的开口，也就是纳米孔。通常，纳米孔穿过隔膜层设置，隔膜层将两个导电流体储存器分开。待测序的生物聚合物链(例如，特性上带负电的DNA或RNA链)被引入到两个导电流体储存器中的一个导电流体储存器中，并且接着通过在两个导电流体储存器之间提供电位而被吸引穿过纳米孔。随着生物聚合物链行进穿过纳米孔，聚合物链的不同的单体单元(例如DNA或RNA链的蛋白质基)阻塞纳米孔的不同百分比，因此改变流动穿过纳米孔的离子电流。可使用所得到的电流信号模式来确定生物聚合物链中的单体单元的序列，例如在DNA或RNA链中蛋白质的序列。

常常，在单晶硅基板上制作隔膜层和穿过隔膜层设置的纳米孔，单晶硅基板与隔膜层和纳米孔一起形成纳米孔流动池。单晶硅基板通常与在半导体装置的制造中使用的基板相同或类似。使用与在半导体装置的制造中使用的那些基板相同或类似的基板，促进使用商业上可取得的半导体装置制造装备和方法制作纳米孔流动池。

通常，隔膜层沉积到硅基板的前侧表面上，并且使用光刻图案化和蚀刻处理序列穿过隔膜层形成纳米孔，但不穿过硅基板。靠近硅基板设置的隔膜层的表面接着通过将开口蚀刻到硅基板的背侧表面中而暴露。通常，通过将基板的背侧表面穿过设置于基板的背侧表面上的图案化掩模而暴露至例如KOH的湿式或水性硅蚀刻剂，形成在硅基板的背侧表面中的开口。常见的硅基板将需要暴露至硅蚀刻剂达介于9小时与13小时之间，以各向异性地蚀刻穿过硅基板的厚度。此长的蚀刻时间不期望地增加循环时间，并且因此增加形成纳米孔流动池的成本。再者，在常规纳米孔流动池中于高频核苷酸检测期间用于支撑隔膜层的单晶基板中积累的电荷不期望地在电流信号中增加背景噪声。此不期望的背景噪声降低纳米孔传感器或流动池的检测分辨率。

因此，本领域中需要形成用于在固态纳米孔传感器中使用的纳米孔流动池的改良的方法，和由所述方法形成的改良的纳米孔流动池。

概述

本公开内容的实施方式提供可在固态纳米孔传感器中使用的装置，例如纳米孔流动池，和所述装置的制造方法。

在一个实施方式中，一种形成流动池的方法包括：在将多层堆叠结构(stack)传送至例如玻璃基板的第二基板之前，在例如单晶硅基板的第一基板上形成多层堆叠结构。在此，多层堆叠结构的特征为隔膜层，具有穿过隔膜层形成的第一开口，其中隔膜层设置于第一基板上，并且材料层设置于隔膜层上。方法进一步包括图案化第二基板，以在第二基板中形成第二开口，和将第二基板的图案化的表面结合至多层堆叠结构的表面。方法进一步包括减薄第一基板。方法进一步包括去除减薄的第一基板和至少部分的第一材料层与第二材料层，以暴露隔膜层的相对的表面。在一些实施方式中，第二开口穿过第二基板而设置。在其他实施方式中，方法包括将第二基板减薄至第二开口穿过第二基板设置的地方。在此，可在第二基板的图案化的表面结合至多层堆叠结构的表面之前或之后减薄第二基板。