特開 2022-88395 基板内のポア形成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022088395

(43)【公開日】2022-06-14

(54)【発明の名称】基板内のポア形成

(51)【国際特許分類】

   B81B 1/00 20060101AFI20220607BHJP

   G01N 33/50 20060101ALI20220607BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20220607BHJP

【ＦＩ】

B81B1/00

G01N33/50 P

G01N27/00 Z

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022032068

(22)【出願日】2022-03-02

(62)【分割の表示】P 2020516720の分割

【原出願日】2018-08-08

(31)【優先権主張番号】62/561,962

(32)【優先日】2017-09-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/049,749

(32)【優先日】2018-07-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】クラウス， フィリップ アレン

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン， ジョセフ アール．

(57)【要約】      （修正有）

【課題】良好に制御された固体状態のナノポア、及びその配列を製造する方法が提供される。
【解決手段】一態様では、ナノポア、及びその配列を製造する方法は、物理的シーム２３４を利用する。１つ以上のエッチピット２１８は、基板の上側において形成され、１つ以上のエッチピット２１８と整列している１つ以上のトレンチは、基板の裏側において形成される。開口は、１つ以上のエッチピット２１８と１つ以上のトレンチとの間に形成される。次いで、誘電材料２３２が基板の上に形成され、開口が充填される。次いで、接触子２４８が、基板の上側及び裏側に配置され、電圧が、誘電材料２３２を通して、基板の上側から裏側へと又は基板の裏側から上側へと印加され、ナノポアが形成される。別の態様では、ナノポアは、誘電材料２３２内に形成されるシーム２３４における開口の中心において又は当該開口の中心の近傍に形成される。
【選択図】図２Ｌ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ナノポアを形成する方法であって、
上側の少なくとも１つのフィーチャ、前記上側の前記少なくとも１つのフィーチャと整列した、裏側の少なくとも１つのフィーチャ、及び前記上側の前記少なくとも１つのフィーチャと前記裏側の前記少なくとも１つのフィーチャとの間の少なくとも１つの開口を有する基板を設けることと、
前記基板の上に誘電材料を形成して、前記少なくとも１つの開口を充填することであって、前記誘電材料は、その中に少なくとも１つのシーム又は間隙が形成される、前記少なくとも１つの開口を充填することと、
前記少なくとも１つのシーム又は間隙を利用して、少なくとも１つのナノポアを形成することと
を含む方法。

【請求項2】

前記基板の上に前記誘電材料を形成して、前記少なくとも１つの開口を充填することが、前記基板を酸化することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記基板の上に前記誘電材料を形成して、前記少なくとも１つの開口を充填することが、原子層堆積、物理的気相堆積、又は化学気相堆積によって、前記誘電材料を前記基板の上に堆積することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記少なくとも１つのシーム又は間隙を利用して、少なくとも１つのナノポアを形成することが、
前記基板の前記上側にわたって上部接触子を配置することと、
前記基板の前記裏側にわたって底部接触子を配置することと、
前記少なくとも１つのシーム又は間隙にわたって前記上部接触子から前記底部接触子へと電圧を印加することと
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

第１の電解質が、前記基板の前記上側にわたって配置され、第２の電解質が、前記基板の前記裏側にわたって配置され、前記上部接触子が、前記第１の電解質内に配置され、前記底部接触子が、前記第２の電解質内に配置される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ナノポアが、前記少なくとも１つの開口の中心において又は当該開口の中心の近傍に形成される、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

ナノポアを形成する方法であって、
基板の上側にエッチピットを形成することと、
前記基板の裏側にトレンチを形成することであって、前記トレンチが、前記エッチピットと整列した、トレンチを形成することと、
前記エッチピットと前記トレンチとの間に開口を形成することであって、前記開口が、前記エッチピットと前記トレンチとを接続する、開口を形成することと、
前記基板の上に誘電材料を形成して、前記開口を充填することであって、当該誘電材料は、その中にシーム又は間隙が形成される、前記開口を充填することと、
前記シーム又は間隙を利用して、ナノポアを形成することと
を含む方法。

【請求項8】

前記基板の上に誘電材料を形成して、前記開口を充填することが、前記基板を酸化することを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記基板の上に前記誘電材料を形成して、前記開口を充填することが、
原子層堆積、物理的気相堆積、又は化学気相堆積によって、前記誘電材料を前記基板の上に堆積することを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記シーム又は間隙を利用して、前記ナノポアを形成することが、
前記基板の前記上側にわたって上部接触子を配置することと、
前記基板の前記裏側にわたって底部接触子を配置することと、
前記シーム又は間隙にわたって前記上部接触子から前記底部接触子へと電圧を印加することと
を含む、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

第１の電解質が、前記基板の前記上側にわたって配置され、第２の電解質が、前記基板の前記裏側にわたって配置され、前記上部接触子が、前記第１の電解質内に配置され、前記底部接触子が、前記第２の電解質内に配置される、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記シーム又は間隙が、形成された前記誘電材料の第１の部分と形成された前記誘電材料の第２の部分との間に形成される、請求項７に記載の方法。

【請求項13】

基板であって、
前記基板の上側の複数の上側フィーチャ、
前記基板の裏側の複数の裏側フィーチャであって、前記複数の上側フィーチャのそれぞれが、当該複数の裏側フィーチャのそれぞれと整列している、前記基板の裏側の複数の裏側フィーチャ、
前記複数の上側フィーチャのそれぞれを前記複数の裏側フィーチャのそれぞれと接続する複数の開口、及び
前記基板の上に形成された誘電材料であって、前記上側フィーチャのそれぞれにおける当該誘電材料が、前記複数の開口のそれぞれの中心において又は当該開口のそれぞれの中心の近傍にナノポアを有する、誘電材料
を備えている基板。

【請求項14】

前記ナノポアの直径が、１００ナノメートル以下である、請求項１３に記載の基板。

【請求項15】

前記複数の上側フィーチャが、錐台形状のエッチピットであり、前記複数の裏側フィーチャが、トレンチ又は錐台形状エッチピットである、請求項１３に記載の基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本明細書に開示される態様は、基板において、良好に制御された固体状態のナノポア、及び良好に制御された固体状態のナノポアのアレイを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］ナノポアは、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）およびリボ核酸（ＲＮＡ）配列決定などの用途に幅広く使用されている。一例では、ナノポア配列決定は、電気的検出方法を使用して実施される。電気検出的方法には、概して、導電性流体に浸漬されたナノポアを通して未知の試料を搬送し、電位をナノポアにわたって印加することが含まれる。ナノポアを通してイオンが伝導することから生じる電流が測定される。ナノポア表面全体の電流密度の大きさは、ナノポアの寸法、及びその時点でナノポアを占有するＤＮＡ又はＲＮＡなどの試料の組成に左右される。種々のヌクレオチドが、ナノポア表面全体の電流密度に特徴的な変化を引き起こす。これらの電流変化は測定され、ＤＮＡ又はＲＮＡ試料を配列決定するために使用される。

【0003】

［０００３」生物学的配列決定（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）のためには、様々な方法が使用されてきた。合成による配列決定、又は第２世代配列決定は、どの塩基がＤＮＡの一本鎖に結合したかを同定するために使用される。第３世代配列決定は、概して、単一のポアを通してＤＮＡ鎖全体を通すことを含むが、ＤＮＡを直接読み取るために使用される。幾つかの配列決定方法では、ＤＮＡ又はＲＮＡ試料を切断し、次いで、再構成することが必要とされる。さらに、幾つかの配列決定方法は、生体膜及び生体ポアを使用する。これらは、貯蔵寿命を有しており、使用前に保冷していなければならない。

【0004】

［０００４］窒化ケイ素又は酸化ケイ素などのフリースタンディング膜に形成されたナノメートルサイズのポアである固体状態のナノポアは、最近、配列決定のために使用されている。しかしながら、トンネル電子顕微鏡、集束イオンビーム、又は電子ビームを使用するなどの現在の固体状態ナノポアの製造方法は、ナノポアのアレイを製造するために必要とされるサイズ及び位置制御要件を容易且つ安価に達成することができない。加えて、現在のナノポア製造方法は、時間がかかる。

【0005】

［０００５」したがって、当技術分野では、良好に制御された固体状態のナノポア、及び良好に制御された固体状態のナノポアのアレイを製造する改良された方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0006】

［０００６」良好に制御された固体状態のナノポア、及び良好に制御された固体状態のナノポアのアレイを製造する方法が提供される。一態様では、ナノポア及びナノポアのアレイを製造する方法は、物理的シームを利用する。１つ以上のエッチピットが、基板の上側において形成され、１つ以上のエッチピットと整列している１つ以上のトレンチが、基板の裏側において形成される。開口は、１つ以上のエッチピットと１つ以上のトレンチとの間に形成される。次いで、例えば、酸化又は原子層堆積によって、誘電材料が基板の上に形成され、開口が充填される。次いで、接触子が、基板の上側及び裏側に形成又は配置され、電圧が、誘電材料を通して、基板の上側から裏側へと又は基板の裏側から上側へと印加され、ナノポアが形成される。別の態様では、ナノポアは、誘電材料内に形成されるシームにおける開口の中心において又は当該開口の中心の近傍に形成される。

【0007】

［０００７」一態様では、ナノポアを形成する方法が提供される。当該方法は、上側の少なくとも１つのフィーチャ、上側の少なくとも１つのフィーチャと整列した、裏側の少なくとも１つのフィーチャ、及び上側の少なくとも１つのフィーチャと裏側の少なくとも１つのフィーチャとの間の少なくとも１つの開口を有する基板を設けることと、基板の上に誘電材料を形成して、少なくとも１つの開口を充填することであって、当該誘電材料は、その中に少なくとも１つのシームが形成される、少なくとも１つの開口を充填することと、少なくとも１つのシームを利用して、少なくとも１つのナノポアを形成することとを含む。

【0008】

［０００８」別の態様では、ナノポアを形成するための方法が提供される。当該方法は、基板の上側にエッチピットを形成することと、基板の裏側にトレンチを形成することであって、当該トレンチが、前記エッチピットと整列した、トレンチを形成することと、エッチピットとトレンチとの間に開口を形成することであって、当該開口が、エッチピットとトレンチとを接続する、開口を形成することと、基板の上に誘電材料を形成して、開口を充填することであって、当該誘電材料は、その中にシームが形成される、開口を充填することと、シームを利用して、ナノポアを形成することとを含む。

【0009】

［０００９」更に別の実施形態では、基板が開示される。当該基板は、概して、基板の上側の複数の上側フィーチャ、基板の裏側の複数の裏側フィーチャであって、複数の上側フィーチャのそれぞれが、複数の裏側フィーチャのそれぞれと整列した、基板の裏側の複数の裏側フィーチャ、複数の上側フィーチャのそれぞれを複数の裏側フィーチャのそれぞれと接続する複数の開口、及び基板の上に形成された誘電材料であって、上側フィーチャのそれぞれにおける誘電材料が、複数の開口のそれぞれの中心において又は当該開口のそれぞれの中心の近傍にナノポアを有する、誘電材料を含む。

【0010】

［００１０］さらに別の態様では、ナノポアを形成するための方法が提供される。当該方法は、概して、基板の裏側にトレンチを形成することと、基板の上側にエッチピットを形成することであって、エッチピットが、エッチング停止層の上に形成され、エッチング停止層が、トレンチとエッチピットとの間にバリアを形成する、基板の上側にエッチピットを形成することと、バリアから誘電材料を形成することと、基板の上側と裏側に１つ以上の接触子を配置することと、誘電材料を通して、上側接触子から裏側接触子へと又は裏側接触子から上側接触子へと電圧を印加し、ナノポアを形成することとを含む。

【0011】

［００１１］さらに別の態様では、ナノポアを形成するための方法が提供される。当該方法は、概して、上側の少なくとも１つのフィーチャ、上側の少なくとも１つのフィーチャと整列した、裏側の少なくとも１つのフィーチャ、及び上側の少なくとも１つのフィーチャと裏側の少なくとも１つのフィーチャとの間の少なくとも１つの開口を有する基板を設けることと、基板の上に誘電材料を形成して、少なくとも１つの開口を充填することと、誘電材料を通して、上側から裏側へと電圧を印加し、少なくとも１つのナノポアを形成することとを含む。

【0012】

［００１２］本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、諸態様を参照することによって、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明を得ることができる。そのうちの幾つかの態様は、添付の図面で例示されている。しかし、添付の図面は、例示的な態様のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、他の等しく有効な態様も許容し得ることに、留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示に係る、１つ以上のナノポアを形成するための方法の処理フローである。

【図2A-O】本明細書に開示された処理フローの様々な段階で１つ以上のナノポアが形成される基板の断面を示す。

【図3A-C】本明細書に開示された別の処理フローの様々な段階で１つ以上のナノポアが形成される基板の断面を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［００１６］理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一態様の要素及び特徴は、さらなる記述がなくとも、他の態様に有益に組み込まれ得ると想定される。

【0015】

［００１７］良好に制御された固体状態のナノポア、及び良好に制御された固体状態のナノポアのアレイを製造する方法が提供される。一態様では、ナノポア及びナノポアのアレイを製造する方法は、物理的シームを利用する。１つ以上のエッチピットは、基板の上側において形成され、１つ以上のエッチピットと整列している１つ以上のトレンチは、基板の裏側において形成される。開口は、１つ以上のエッチピットと１つ以上のトレンチとの間に形成される。次いで、例えば、酸化又は原子層堆積によって、誘電材料が基板の上に形成され、開口が充填される。次いで、接触子が、基板の上側及び裏側に形成又は配置され、電圧が、誘電材料を通して、基板の上側から裏側へと又は基板の裏側から上側へと印加され、ナノポアが形成される。別の態様では、ナノポアは、誘電材料内に形成されるシームにおける開口の中心において又は当該開口の中心の近傍に形成される。

【0016】

［００１８］本明細書に開示される方法は、一例として、半導体基板上に固体状態のナノポアを形成することを指している。さらに、開示された方法は、固体状物質及び生体物質を含む様々な材料に他のポア状構造を形成するために有用であると考えられている。本明細書に開示される方法は、一例として、錐台形状エッチピット及びトレンチの形成にも言及しているが、他のエッチングされたフィーチャ及びそれらの任意の組合せも考えられる。例示のために、酸化ケイ素誘電体層を有するシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板が説明されているが、任意の適切な基板材料及び誘電材料も考えられる。さらに、本明細書に開示された方法は、基板の上側及び裏側に言及している。上側と裏側とは、概して、基板の両側のことを指しており、必ずしも上向きの配向又は下向きの配向を必要としているわけではない。したがって、本明細書に記載された方法は、垂直膜上のシームを利用して、垂直膜を通してナノポアを形成するためにも有用であると考えられている。さらに、本明細書に開示された方法は、概して、シームを利用することに言及しているが、開示された方法は、間隙を利用して、ナノポアを形成するために有用であるとも考えられている。

【0017】

［００１９］図１は、本開示に係る、１つ以上のナノポアを形成するための方法１００の処理フローである。

【0018】

［００２０］方法１００の前に、基板が設けられる。基板は、概して、ドープされた又はドープされていないシリコン（Ｓｉ）基板などの任意の適切な半導体基板である。方法１００は、工程１１０で、基板の上側に１つ以上のエッチピットを形成することにより始まる。工程１２０では、１つ以上のトレンチが基板の裏側に形成され、これは、基板の上側の１つ以上のエッチピットと整列している。工程１３０では、１つ以上のエッチピットのそれぞれと１つ以上のトレンチのそれぞれとの間に開口が形成される。工程１４０では、誘電材料が基板の上に形成され、開口が充填され、開口の中心において又はその中心の近傍にシームが形成される。シームは、概して、各側壁に形成された誘電材料の交点に形成される。工程１５０では、シームを開いて、良好に制御されたナノポアを形成するために、シームを利用して、基板の上側から裏側へと又は基板の裏側から上側へと電圧を印加することによりナノポアを形成する。

【0019】

［００２１］一態様では、工程１４０及び工程１５０は、内部に開口を有する処理済み基板に対して実行されるスタンドアローン処理の一部である。

【0020】

［００２２］工程１２０，工程１３０、及び工程１４０は、概して、任意の適切な順序で行われる。一態様では、工程１２０で基板の裏側に１つ以上のトレンチを形成することは、工程１１０で基板の上側に１つ以上のエッチピットを形成する前に行われ、工程１４０で誘電材料を堆積することは、概して、方法１００の任意の適切な段階で行われる。

【0021】

［００２３］一態様では、基板が酸化されて、開口が充填され、１つ以上のエッチピットのそれぞれの開口の中心において又はその中心の近傍にシームが形成される。別の態様では、誘電体材料が基板の上に堆積されて、１つ以上のエッチピットのそれぞれの開口の中心において又はその中心の近傍にシームが形成される。誘電材料は、概して、原子層堆積（ＡＬＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、又は化学気相堆積（ＣＶＤ）を含むがこれらに限定されない任意の適切な堆積方法によって堆積される。さらに、幾つかの実施例は、堆積された誘電材料内のシーム形成を含むが、誘電材料がシームを有さず、且つ、誘電材料にわたって、誘電破壊を起こすのに十分な電圧を印加すると、誘電材料内にナノポアが形成されるとも考えられている。

【0022】

［００２４］別の態様では、方法１００は、例えば、基板を酸化するか、又は誘電材料を堆積する前に、基板の上側の１つ以上のエッチピットの底部にエッチング停止層を形成することをさらに含む。

【0023】

［００２５］図２Ａから図２Ｏは、本明細書に開示される方法に従って、例えば、方法１００の様々な段階で１つ以上のナノポアが形成される基板２００の断面図を示す。図２Ａから図２Ｏは、特定の順序で示されているが、図２Ａから図２Ｏに示される方法１００の様々な段階は、任意の適切な順序で実行されるとも考えられている。

【0024】

［００２６］図２Ａに示すように、上側ハードマスク２１０は、基板２００の上側に配置され、上側底部反射防止コーティング（ｂｏｔｔｏｍ ａｎｔｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ：ＢＡＲＣ）層２１２は、上側ハードマスク２１０の上に配置され、上側フォトレジスト２１４は、上側ＢＡＲＣ層２１２の上に配置される。次に、上側パターニング処理が実行されて、上側ハードマスク２１０及び上側ＢＡＲＣ層２１２に１つ以上のトレンチ２１６が形成される。概して、上側パターニング処理は、図２Ｂに示されるように、上側フォトレジスト２１４をパターニングし、次いで、例えば、図２Ｃに示されるように、反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）によって、マスクされていない上側ハードマスク２１０及び上側ＢＡＲＣ層２１２をエッチングすることを含む。上側フォトレジスト２１４は、任意選択的に除去される。次に、ＫＯＨエッチング又は他の適切なエッチング処理などの上側エッチング処理が実行され、図２Ｄに示すように、基板２００内に１つ以上の錐台形状エッチピット２１８が形成される。他の適切なエッチング処理には、異方性エッチング処理が含まれるが、これに限定されない。

【0025】

［００２７］基板２００は、次いで、裏側の処理のために反転される。図２Ｅに示すように、裏側ハードマスク２２０が、基板２００の裏側にわたって堆積され、裏側ＢＡＲＣ層２２２が、裏側ハードマスク２２０の上に堆積され、裏側フォトレジスト２２４が、裏側ＢＡＲＣ層２２２の上に堆積される。次に、裏側パターニング処理が実行されて、裏側ハードマスク２２０及び裏側ＢＡＲＣ層２２２内に１つ以上の裏側トレンチ２２６が形成される。概して、裏側パターニング処理は、図２Ｆに示されるように、裏側フォトレジスト２２４をパターニングし、次いで、図２Ｇに示されるように、マスクされていない裏側ハードマスク２２０、裏側ＢＡＲＣ層２２２、及び基板２００の一部をエッチングして、１つ以上の裏側トレンチ２２６を形成することを含む。スピンコーティングされた裏側フォトレジスト２２４は、任意選択的に除去される。

【0026】

［００２８］図２Ａから図２Ｏの態様では、基板２００は、一例としてその上側に１５０ナノメートル（ｎｍ）のＳｉデバイス層２３０を有する埋め込み酸化物層２０２を内部に有するＳＯＩ基板であるが、任意の適切な基板又はＳＯＩ基板も考えられる。上側ハードマスク２１０は、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）窒化物であり、上側フォトレジスト２１４は、スピンコーティングされたフォトレジストである。１つ以上の錐台形状エッチピット２１８は、概して、基板のサイズに基づいた任意の適切なサイズである。例えば、上側に１５０ｎｍのＳｉデバイス層を有するＳＯＩ基板が使用される態様では、１つ以上の錐台形状エッチピット２１８は、５ミリメートル（ｍｍ）ピッチで間隔を置いた２１２ナノメートル（ｎｍ）×２１２ｎｍ四方の開口である。ＫＯＨエッチングは、概して、約５４．７度の角度でＳｉをエッチングする。したがって、上側ＫＯＨエッチングがＳＯＩ基板２００で所定期間行われると、１つ以上の錐台形状エッチピット２１８は、概して、錐台形状エッチピット２１８の先端が埋め込み酸化物層２０２上にあり且つそこに接触した状態で終端する。この所定期間は、概して、マスク開口に対する横方向エッチングを減少させる又は無くすように決定される。概して、図２Ｉに示すＳｉの＜１００＞面２２９は、溶液の温度及びＨ_２Ｏ中のＫＯＨの濃度に対応する速度でエッチングされる。ほとんどの場合、ＫＯＨは、約０．４ｎｍ／秒から約２０ｎｍ／秒の間の速度でＳｉの＜１００＞面をエッチングするであろう。溶液を冷却又は加熱することによって、この速度を加速又は遅延させることができる。

【0027】

［００２９］裏側フォトレジスト２２４のパターニングは、任意の適切なサイズ及び形状の開口のパターンを形成することを含み、これらの開口は、１つ以上の錐台形状エッチピット２１８と整列している。例えば、上述のように、上側に１５０ｎｍのＳｉデバイス層を有するＳＯＩ基板が使用される態様では、裏面フォトレジスト２２４は、５ｍｍピッチで１００マイクロメートル（μｍ）×１００μｍ四方の開口でパターニングされる。これらの開口は、基板２００の上側の１つ以上の円錐台形エッチピット２１８と整列している。一態様では、深掘反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を次いで使用し、１つ以上の裏側トレンチ２２６が形成される。１つ以上の裏側トレンチ２２６は、図２Ｇに示すように、埋め込み酸化物層２０２の裏側における表面までエッチングされ、１つ以上の裏側トレンチ２２６のそれぞれの底部は、埋め込み酸化物層２０２の上部に対応する。次いで、フッ化水素酸（ＨＦ）ディップのよう局所的な除去処理が、１つ以上の裏側トレンチ２２６の中の埋め込み酸化物層２０２を除去するために使用され、それにより、図２Ｉに示されるように、１つ以上の裏側トレンチ２２６のそれぞれの底部が、デバイス層２３０上にあり且つそこに接触した状態になり、開口２２８が、１つ以上の錐台形状エッチピット２１８の先端に形成される。図２Ｉは、図２Ｈの拡大され且つ反転した部分である。さらなる態様では、湿式エッチング処理が使用されて、１つ以上の裏側トレンチ２２６が形成される。

【0028】

［００３０］概して、開口２２８のサイズは、エッチング処理中に、化学的性質、温度、濃度勾配、及び副生成物除去勾配（ｂｙｐｒｏｄｕｃｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔｓ）を制御することによって制御される。一態様では、開口は、約５ｎｍ×５ｎｍと約１０ｎｍ×１０ｎｍとの間である。開口のサイズは、通常、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて測定される。

【0029】

［００３１］次いで、図２Ｊに示されるように、基板２００の上に誘電材料２３２が形成され、開口２２８が充填される。誘電材料２３２の厚さは、概して、約０．５ｎｍと約１０ｎｍとの間、例えば、約１ｎｍと約５ｎｍとの間（約１ｎｍ等）である。一態様では、ＳＯＩ基板２００のシリコンデバイス層は、例えば、基板を酸素又は水（Ｈ_２Ｏ）に曝すことによって酸化され、それにより、誘電材料２３２が形成される。別の態様では、誘電材料２３２は、ＡＬＤによって堆積される。別の態様では、誘電材料２３２は、例えば、ＡＬＤ、ＣＶＤ、又はＰＶＤによって金属層又は半導体層を堆積し、次いで、金属層又は半導体層を酸化し、誘電材料を形成することにより、形成される。図２Ｊの拡大部分である図２Ｋに示すように、開口２２８の中心における又はその中心の近傍の誘電材料２３２内に、シーム２３４が形成される。ここで、錐台形状エッチピット２１８の側壁２３６ａ、２３６ｂに形成された誘電材料２３２が合流している。シリコンデバイス層の酸化が使用される場合、例えば、開口２２８は、ケイ素（Ｓｉ）が二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）に変換されるときの体積膨張によって閉じられる。シーム２３４は、誘電材料２３２におけるウイークポイント（ｗｅａｋ ｐｏｉｎｔ）である。

【0030】

［００３２］次いで、シーム２３４が利用され、良好に制御されたナノポア２３６が形成される。概して、シーム２３４を利用することには、シーム２３４を通して、基板２００の上側の誘電材料２３２の上の上部接触子から、基板２００の裏側の誘電材料２３２の上の底部接触子へと（又はその逆順に）電圧を印加することが含まれる。印加された電圧は、シーム２３４において酸化物の誘電破壊を誘起し、それにより、シーム２３４の位置において、良好に制御され、局所化され、且つ強固なナノポアが形成される。このナノポアは、概して、開口２２８の中心において又は中心の近傍に存在する。印加された電圧は、概して、例えば、誘電材料２３２の一部を劣化させることによって、誘電材料２３２の少なくとも一部を除去してナノポアを形成する。印加された電圧は、概して、誘電材料の破壊電圧よりも高い典型的な電圧を含む。例えば、ＳｉＯ_２の破壊電圧は、概して、材料１cmあたり約２メガボルト（ＭＶ）から約６ＭＶ、又は材料１nmあたり約２００から６００ミリボルト（ｍＶ）である。一態様では、電流がより長く印加されて膜をゆっくり破壊するよう、誘電材料の破壊電圧よりわずかに低い電圧が印加される。別の態様では、ナノポアが誘電材料を突き抜けるよう、誘電材料の破壊電圧を上回る電圧が印加される。

【0031】

［００３３］一態様では、図２Ｌに示すように、上部接触子２４８は、基板２００の上側の第１の電解質内に配置され、下部接触子２５０は、基板２００の裏側の第２の電解質内に配置される。一実施例では、上部接触子２５２及び／又は底部接触子２５４は、図２Ｍに示されるように、導電性タングステン（Ｗ）層である。さらなる態様では、上部接触子及び下部接触子は、１つ以上の金属又はこれらの組み合わせなどの任意の適切な導電性材料である。

【0032】

［００３４］シーム２３４を通して電圧が伝導されると、図２Ｎに示されるように、ナノポア２４０が、開口２２８の中心において又は中心の近傍に形成される。ナノポア２４０は、本明細書に開示される方法に従って形成されるので、ナノポア２４０のサイズ及び位置が良好に制御される。ナノポア２４０の良好に制御されたサイズとは、概して、特定のサイズの試料を配列決定するのに適した直径である。一態様では、ナノポア２４０のサイズは、約１００ｎｍ以下である。一態様では、ナノポア２４０のサイズは、約０．５ｎｍと約５ｎｍとの間、例えば、約１ｎｍと約３ｎｍとの間（２ｎｍ等）である。別の態様では、ナノポア２４０のサイズは、約１．５ｎｍと約１．８ｎｍとの間、例えば、約１．６ｎｍであり、これは、おおよそＤＮＡの一本鎖のサイズである。別の態様では、ナノポア２４０のサイズは、約２ｎｍと約３ｎｍとの間、例えば、約２．８ｎｍであり、これは、おおよそ２本鎖ＤＮＡのサイズである。ナノポア２４０の良好に制御された位置は、概して、１つ以上のナノポアの構成に適した、基板上の任意の位置である。一態様では、基板２００は、図２Ｏに示すように、ナノポア２４０の配列を含む。本明細書に開示される方法は、概して、１つ以上のナノポア２４０のそれぞれの位置を制御するように使用され、これにより、配列決定又は他の処理に望まれる構成のナノポア配列が形成される。

【0033】

［００３５］タングステン層を使用する一態様では、配列決定のためのナノポア配列が形成されるように、タングステンは、概して、各ナノポアに指定可能であるようにパターン化される。別の態様では、電圧は、各フィーチャに連続的に印加され、配列決定のためのナノポア配列が形成される。

【0034】

［００３６］上記で開示したように、図２Ａから２Ｏに示す段階は、概して、任意の適切な順序で実行される。一態様では、１つ以上のエッチングピット２１８が形成され、次いで、誘電材料２３２の薄層が、１つ以上のエッチングピット２１８の上に共形的に堆積される。次いで、１つ以上の裏背側トレンチ２２６が形成され、埋め込み酸化物層２０２が優先的に除去されることにより、フリースタンディング誘電体層が残る。次いで、電圧が誘電体材料２３２にわたって印加され、上記に開示されるように、１つ以上のナノポア２４０が形成される。

【0035】

［００３７］本態様では、共形誘電体材料２３２の厚さは、約０．５ｎｍと約１０ｎｍとの間、例えば、約０．５ｎｍと約５ｎｍとの間、例えば、約１ｎｍと約２ｎｍとの間（約１ｎｍ等）である。誘電体材料２３２は、概して、ＳｉＯ_２と比べてエッチング速度が遅い任意の適切な誘電体材料である。好適な誘電体材料の例には、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、及びＳｉＮが含まれるが、これらに限定されない。ＳｉＯ_２のエッチング速度に対する、誘電体材料２３２のエッチング速度は、概して、約１０：１より大きく、例えば、約１００：１、例えば、約１，０００：１、例えば、約１０，０００：１である。シームは、エッチピット２１８の底部の開口２２８の中心に形成されてもよく、又は形成されなくてもよい。しかしながら、ナノポア２４０が誘電体材料２３２のウィークポイントに形成されるように、電圧を誘電体材料２３２にわたってなお印加してもよい。

【0036】

［００３８］図３Ａから３Ｃは、１つ以上のナノポアが、本明細書に開示される処理フローに従って、例えば、方法１００の様々な段階で形成される、基板３００の断面図を示す。図３Ａ及び３Ｂに示される段階は、基板におけるナノポア形成の代替的な段階であり、図２Ａから２Ｏに示され且つ上記に開示された様々な段階と置き換えてもよい。

【0037】

［００３９］図３Ａから３Ｃに示される態様では、エッチング停止層３５０は、図３Ａに示されるように、１つ以上のエッチングピット２１８の底部に配置される。エッチング停止層３５０により、ＫＯＨエッチングが、良好に制御された厚さで、エッチピット２１８の底部で停止する。エッチピット２１８の底部の、薄い露出したエッチング停止層層３５０において依然として開口２２８が存在する。次に、例えば、急速熱処理（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＲＴＰ）酸化によって、基板３００を酸化し、良好に制御された酸化物層（誘電体材料２３２の層など）が形成され、図３Ｂに示すように、開口２２８が閉じられる。次いで、電圧が誘電体材料２３２にわたって印加され、エッチピット２１８の基部における開口２２８の領域内に誘電破壊が引き起こされ、図３Ｃに示されるように、開口２２８内にナノポア２４０が形成される。本態様によれば、シームは、誘電体材料２３２内に形成されてもよく、又は形成されなくてもよい。しかしながら、エッチピット２１８の基部における誘電体材料２３２のウィークポイントでの誘電破壊により、ナノポア２４０が依然として形成されるであろう。

【0038】

［００４０］エッチング停止層３５０は、本明細書に開示される処理フローの任意の適切な段階で、任意の適切な方法によって堆積される。一態様では、エッチング停止層３５０は、ドーパントをシリコンデバイス層に注入又は拡散し、ＳＯＩ基板製造中にＳＯＩ基板の埋め込み酸化物層２０２と接触させることによって形成される。別の態様では、１つ以上の裏側トレンチ２２６が基板３００の裏側に形成された後、且つ、１つ以上のエッチピット２１８が基板３００内に形成される前に、エッチング停止層３５０は形成される。エッチング停止層の厚さは、１０ｎｍ以下、例えば、２ｎｍ以下、例えば、１ｎｍ以下などの任意の適切な厚さである。エッチング停止層３５０は、概して、ホウ素（Ｂ）を含む任意の適切なドーパントを含むが、これに限定されない。

【0039】

［００４１］酸化の厚さは、約０．５ｎｍから約１０ｎｍ、例えば、約１ｎｍから約５ｎｍ、例えば、約１ｎｍなどの任意の適切な厚さである。

【0040】

［００４２］本開示の利点は、良好に制御されたナノポア及びナノポアのアレイを迅速に形成する能力を含み、これらは、概して、個々に指定可能である。開示された方法は、概して、薄膜メンブレンを通してサイズ及び位置が良好に制御されたナノポアを提供する。良好に制御されたサイズのナノポアを製造する方法により、信号対雑音比の改善がもたらされる。なぜなら、ナノポアのサイズは、ナノポアを通過するＤＮＡの一本鎖などの試料のサイズに類似し、これにより、ナノポアを通過する電流の変化が増大するからである。さらに、良好に制御された位置を有するナノポアを製造する方法により、ＤＮＡなどの試料がナノポアを自由に通過することが可能になる。さらに、膜の薄さ（例えば、約１ｍｍ）により、ＤＮＡ配列の改善された読み取りがもたされる。

【0041】

［００４３］以上の説明は本開示の態様を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱しなければ、本開示の他の態様及びさらなる態様が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決まる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図2H】

【図2I】

【図2J】

【図2K】

【図2L】

【図2M】

【図2N】

【図2O】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【手続補正書】

【提出日】2022-03-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板であって、
埋め込み酸化物層、
前記埋め込み酸化物層上に配置されたデバイス層、
前記デバイス層上に配置されたハードマスク、
前記基板の上側の複数の上側フィーチャであって、錐台形状エッチピットである上側フィーチャ、
前記基板の裏側の複数の裏側フィーチャであって、前記複数の上側フィーチャのそれぞれが当該複数の裏側フィーチャのそれぞれと整列している、複数の裏側フィーチャ、
前記複数の上側フィーチャのそれぞれを、前記複数の裏側フィーチャのそれぞれと接続する複数の開口、及び
前記基板の上方に形成された誘電材料であって、前記上側フィーチャのそれぞれにおける当該誘電材料が、前記複数の開口のそれぞれの中心において又は当該開口のそれぞれの中心の近傍にナノポアを有する、誘電材料
を備える基板。

【請求項2】

前記ナノポアの直径が、１００ナノメートル以下である、請求項１に記載の基板。

【請求項3】

前記ナノポアの直径が、約１ナノメートルから約２ナノメートルである、請求項２に記載の基板。

【請求項4】

前記複数の裏側フィーチャがトレンチである、請求項１に記載の基板。

【請求項5】

前記ハードマスク上に配置された反射防止コーティングをさらに備える、請求項１に記載の基板。

【請求項6】

エッチング停止層が、前記錐台形状エッチピットのそれぞれの底部に配置される、請求項１に記載の基板。

【請求項7】

前記デバイス層が、ケイ素含有デバイス層であり、約１５０ｎｍの厚さを有する、請求項１に記載の基板。

【請求項8】

前記基板が、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板である、請求項１に記載の基板。

【請求項9】

基板であって、
基板の上側の、側壁を有する複数の上側フィーチャ、
前記基板の裏側の複数の裏側フィーチャであって、前記複数の上側フィーチャのそれぞれが当該複数の裏側フィーチャのそれぞれと整列している、複数の裏側フィーチャ、
前記複数の上側フィーチャのそれぞれを、前記複数の裏側フィーチャのそれぞれと接続する複数の開口、
前記基板の上方に形成された誘電材料、及び
前記複数の上側フィーチャのそれぞれの前記側壁上に形成された前記誘電材料が合流する中心又は中心の近傍で前記誘電材料内に形成されたシーム
を備える基板。

【請求項10】

ナノポアが、前記誘電材料内の前記シームか前記シームの近傍に形成される、請求項９に記載の基板。

【請求項11】

前記ナノポアの直径が１００ナノメートル以下である、請求項１０に記載の基板。

【請求項12】

前記ナノポアの前記直径が約１ナノメートルから約２ナノメートルの間である、請求項１１に記載の基板。

【請求項13】

前記複数の上側フィーチャが錐台形状エッチピットである、請求項９に記載の基板。

【請求項14】

前記複数の裏側フィーチャがトレンチである、請求項９に記載の基板。

【請求項15】

基板であって、
前記基板の上側の複数の上側フィーチャ、
前記基板の裏側の複数の裏側フィーチャであって、当該複数の裏側フィーチャのそれぞれが前記複数の上側フィーチャのそれぞれと整列している、複数の裏側フィーチャ、
前記複数の上側フィーチャのそれぞれを、前記複数の裏側フィーチャのそれぞれと接続する複数の開口、
前記基板の上方に形成された誘電材料、
前記基板の前記上側の第１の電解質内に配置された上部接触子、及び
前記基板の前記裏側の第２の電解質内に配置された下部接触子
を備える基板。

【請求項16】

前記上部接触子、及び／又は前記下部接触子が導電性タングステン層である、請求項１５に記載の基板。

【請求項17】

前記複数の上側フィーチャが錐台形状エッチピットである、請求項１５に記載の基板。

【請求項18】

エッチング停止層が、前記錐台形状エッチピットのそれぞれの底部に配置される、請求項１７に記載の基板。

【請求項19】

前記誘電材料が、前記複数の上側フィーチャのそれぞれの上方に形成される、請求項１５に記載の基板。

【請求項20】

前記基板が、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板である、請求項１５に記載の基板。

【外国語明細書】