JP2023509763A - デュアルポアデバイスを作製する方法 - Google Patents
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Abstract
本開示の実施形態は、デュアルポアセンサ、及びデュアルポアセンサを製造する方法を提供する。本方法は、膜スタックを形成することであって、膜スタックが２つのケイ素層及び２つの膜層を含む、膜スタックを形成することと、次いで、膜スタックをエッチングして、膜スタックを貫通しており２つのリザーバ及び２つのナノポアを有するチャネルを生成することと、を含む。本方法はまた、リザーバの内面とナノポアの内面との上に酸化物層を堆積させることと、酸化物層上に誘電体層を堆積させることと、スタックの一部分を貫通する金属コンタクトを形成することと、を含む。本方法は、誘電体層をエッチングしてウェルを形成することと、第１のケイ素層をエッチングしてリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層を露出させることと、リザーバの内面とナノポアの内面との上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、をさらに含む。
【選択図】図１５
【選択図】図１５
Description
本明細書の実施形態は、ソリッドステートナノポアセンサ（ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｎａｎｏｐｏｒｅ ｓｅｎｓｏｒ）と共に使用されるフローセル、及びこのようなフローセルを製造する方法に関する。
ソリッドステートナノポアセンサは、低コストで、持ち運びが容易で、処理速度が速い生体高分子（例えば、ＤＮＡ又はＲＮＡ）シーケンシング（配列解析）技術として登場した。生体高分子鎖のソリッドステートナノポアシーケンシングは、典型的に、約１００ｎｍの直径をそれぞれが有する１つ以上のナノスケールサイズの開口（例えば、ナノポア）を介して生体高分子鎖を移動させることを含む。シングルポアセンサでは、ナノポアが、２つの導電性流体リザーバを分離する膜層を通って配置されている。シーケンス解析される生体高分子鎖、例えば、特徴的に負に帯電したＤＮＡ鎖又はＲＮＡ鎖が、２つの導電性流体リザーバのうちの一方に導入され、その後、上記リザーバ間に電位を与えることによって、ナノポアを通って引き込まれる。生体高分子鎖がナノポアを通過する間、その様々なモノマー単位（例えば、ＤＮＡ鎖又はＲＮＡ鎖のタンパク質塩基）が、ナノポアを様々な割合で塞ぎ、従って、ナノポアを通過するイオン電流の流れを変化させる。得られた電流信号パターンを使用して、ＤＮＡ鎖又はＲＮＡ鎖中のタンパク質の配列といった、生体高分子鎖中のモノマー単位の配列を決定することが可能である。一般に、シングルポアセンサには、ナノポアを通過する生体高分子鎖の移動速度を遅らせながら、得られる電流信号パターンにおける信号対雑音比を最適化するのに十分な電位を２つのリザーバ間に依然として与える仕組みが無い。
有利に、デュアルポアセンサは、その２つのナノポア内で生体高分子鎖を共捕捉することによって、生体高分子鎖の移動速度を制御するための仕組みを提供する。典型的なデュアルポアセンサは、壁によって分離された隣り合う２つの流体リザーバと、共通の流体チャンバと、当該共通の流体チャンバを各流体リザーバから分離する膜と、を特徴とし、ここで、膜層は、２つのナノポアが貫通して配置されている。シーケンス解析される生体高分子鎖は、第１の流体リザーバから共通の流体チャンバへと、さらに共通の流体チャンバから第２の流体リザーバへと第２のナノポアを通って移動する。望ましくは、２つのナノポアは、生体高分子鎖の共捕捉を可能にするために、互いに十分に近接して配置されている。生体高分子鎖が両方のナノポアによって共捕捉されると、競合する電位が各ナノポアに印加されて、生体高分子鎖の両端が反対の移動方向に引っ張られる「綱引き（ｔｕｇ－ｏｆ－ｗａｒ）」が起きる。有利に、競合する電位間の差を調整して、ナノポアを通過する生体高分子鎖の移動速度、従って、電気信号又は電流信号パターンあるいはこれらから得られるパターンの分解能を制御することが可能である。
デュアルポアセンサのための公知の製造方法は、概して、比較的スケールが小さく、従って、デュアルポアセンサを公共市場に進出させるために必要とされる大量生産、品質、再現性、及びコスト要件とは相容れない。さらに、公知の製造方法では、一般に、２つのナノポア間の最小間隔が約５００ｎｍに制限されており、従って、当該２つのナノポアから形成されるデュアルポアセンサの能力は、比較的より短い生体高分子鎖のシーケンス解析を行うことに制限されている。
これに対応して、改良されたデュアルポアセンサ及びその形成方法が必要とされている。
本開示の実施形態は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、及び／又は他の生体高分子といった生体分子シーケンシングのために使用しうる垂直方向に揃えられたソリッドステートデュアルポアセンサ、及びこのようなデュアルポアセンサを製造する方法を提供する。
１つ以上の実施形態において、デュアルポアセンサを形成する方法が提供され、本方法は、
膜スタックを形成することであって、
膜スタックが、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、及び
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層
を含む、膜スタックを形成することと、
膜スタックをエッチングして、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネル
を生成することと、を含む。
本方法はまた、
第２の膜層と、第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
第２の膜層上に配置された保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、第２のナノポアを覆うことと、
誘電体層、保護酸化物層、及び第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層内に延びる金属コンタクトを形成することと、を含む。
本方法は、
誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、をさらに含む。
膜スタックを形成することであって、
膜スタックが、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、及び
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層
を含む、膜スタックを形成することと、
膜スタックをエッチングして、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネル
を生成することと、を含む。
本方法はまた、
第２の膜層と、第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
第２の膜層上に配置された保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、第２のナノポアを覆うことと、
誘電体層、保護酸化物層、及び第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層内に延びる金属コンタクトを形成することと、を含む。
本方法は、
誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、をさらに含む。
他の実施形態において、デュアルポアセンサを形成する方法が提供され、本方法は、
膜スタックを形成することであって、
膜スタックが、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネルを含む、膜スタックを形成すること
を含む。
本方法はまた、
第２の膜層と、第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
第２の膜層上に配置された保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、第２のナノポアを覆うことと、
誘電体層、保護酸化物層、及び第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトを形成することと、を含む。
本方法は、
誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、
第１のナノポア及び第２のナノポアの少なくとも内面上に、スペーサ層を堆積させることと、をさらに含む。
膜スタックを形成することであって、
膜スタックが、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネルを含む、膜スタックを形成すること
を含む。
本方法はまた、
第２の膜層と、第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
第２の膜層上に配置された保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、第２のナノポアを覆うことと、
誘電体層、保護酸化物層、及び第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトを形成することと、を含む。
本方法は、
誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、
第１のナノポア及び第２のナノポアの少なくとも内面上に、スペーサ層を堆積させることと、をさらに含む。
いくつかの実施形態において、デュアルポアセンサが提供され、デュアルポアセンサが、
膜スタックであって、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネルであって、第１のナノポア及び第２のナノポアのそれぞれが約１ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、チャネル
を含む膜スタックを含む。
デュアルポアセンサはまた、
第２の膜層の上に配置された誘電体層内に形成されたウェルと、
誘電体層、及び第２の膜層を貫通して、第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトと、と含む。
膜スタックであって、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネルであって、第１のナノポア及び第２のナノポアのそれぞれが約１ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、チャネル
を含む膜スタックを含む。
デュアルポアセンサはまた、
第２の膜層の上に配置された誘電体層内に形成されたウェルと、
誘電体層、及び第２の膜層を貫通して、第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトと、と含む。
本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、その幾つかを添付の図面に示す。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面は本開示の典型的な実施形態を示しているにすぎず、したがって、本開示の範囲を限定すると見做すべきではないことに留意されたい。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通のする同一の構成要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。１つ以上の実施形態の構成要素及び特徴が、他の実施形態に有益に組み込まれうることが想定される。
本開示の実施形態は、生体高分子シーケンシングのために使用されうるソリッドステートデュアルポアセンサ、及びその製造方法を提供する。一般に、本明細書に記載され説明されるデュアルポアセンサは、堆積、リソグラフィ、及びエッチングのための複数のプロセスの組み合わせを含むエレクトロニクス製造技術によって形成される。デュアルポアセンサは、少なくとも２つの流体リザーバを含み、この少なくとも２つの流体リザーバは、当該流体リザーバ同士が垂直方向に揃うように、上下に配置されている。
図１Ａ～図１Ｄは、１つ以上の実施形態に係る、膜スタック１１２を形成する様々な段階の間のワークピース１００の概略的な断面図を示している。膜スタック１１２は、本明細書中に記載され説明されるデュアルポアセンサを形成するための出発構造である。膜スタック１１２は、図１Ｄに示すように互いに配置された、２つ以上のケイ素層１０４、１０８と、２つ以上の膜層１０６、１１０とを含む。１つ以上の実施形態において、第１のケイ素層１０４が、基板又はウエハ（図１Ａ）であり、第１の膜層１０６が、第１のケイ素層１０４上に堆積され、成長し、又は別様に配置され（図１Ｂ）、第２のケイ素層１０８が、第１の膜層１０６上に堆積され、成長し、又は別様に配置され（図１Ｃ）、第２の膜層１１０が、第２のケイ素層１０８上に堆積され、成長し、又は別様に配置される（図１Ｄ）。
ケイ素層１０４、１０８のそれぞれが、別々に、１つ以上のケイ素含有材料であることができ又はそれを含むことができる。典型的には、ケイ素層１０４、１０８のそれぞれは、別々に、アモルファスシリコン（α－Ｓｉ）若しくはそのドーパント変化体であることができ、又は、アモルファスシリコン（α－Ｓｉ）若しくはそのドーパント変化体を含むことができる。ケイ素層１０４、１０８のそれぞれは、１つ以上の堆積又はコーティングプロセス（例えば、１つ以上の気相堆積プロセス、１つ以上のスピンオンコーティング、又は他の技術）によって、別々に堆積させる又は別様に形成することができる。例示的な気相堆積プロセスは、化学気相堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又はプラズマＣＶＤ（ＰＥ－ＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ－ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）とすることができ又はこれらを含むことができる。１つ以上の実施例において、第１のケイ素層１０４は、第２のケイ素層１０８と同じ厚さ又は第２のケイ素層１０８より大きい厚さを有しうる。
１つ以上の実施形態において、ケイ素層１０４は、本明細書に記載され説明されるデュアルポアセンサを形成するのに有用な任意の種類の基板でありうる基板とすることができ又は当該基板を含むことができる。例示的な基板は、Ｎ型若しくはＰ型ドープされた単結晶シリコンウエハといった、半導体デバイス製造において一般的に使用されるものとすること、又は、ドープされていない単結晶シリコン、例えば真性単結晶シリコンウエハで形成された基板とすることができ、又はこれらを含むことができる。いくつかの実施形態において、ケイ素層１０４は、ドープされた又はドープされていないケイ素基板又はウエハであって、ドープされていない単結晶シリコンのエピタキシャル層がその上に形成されるケイ素基板又はウエハである。他の実施形態において、ケイ素層１０４は、ケイ素の層状スタック、サファイアといった電気絶縁材料、又は、酸化ケイ素、及びケイ素の基板（一般にシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ：ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板若しくはＳＯＩウエハとして知られる）を特徴とする。ケイ素層１０４として使用されるときには、ドープされていないケイ素基板、ドープされていないケイ素のエピタキシャル層、及びＳＯＩ基板によって、有利に、これらから形成されたデュアルポアセンサ内の望まれない寄生容量が、ドープされたケイ素基板で形成されたセンサと比べて低減される。
第１のケイ素層１０４は、約２００μｍ、約２５０μｍ、約３００μｍ、約４００μｍ、又は約５００μｍ～約６００μｍ、約６５０μｍ、約７００μｍ、約７５０μｍ、約７７５μｍ、約８００μｍ、約８５０μｍ、約９００μｍ、約１０００μｍ、約１２００μｍ、約１３５０μｍ、約１５００μｍ、約１，６５０μｍ、約１，８００μｍ、又はそれ以上の厚さを有しうる。例えば、第１のケイ素層１０４は、約２００μｍ～約１８００μｍ、約２００μｍ～約１６５０μｍ、約２００μｍ～約１５００μｍ、２００μｍ～約１０００μｍ、約２００μｍ～約８５０μｍ、約２００μｍ～約８００μｍ、約２００μｍ～約７５０μｍ、約２００μｍ～約７００μｍ、約２００μｍ～約６００μｍ、約２００μｍ～約５００μｍ、約２００μｍ～約３５０μｍ、約５００μｍ～約１，８００μｍ、約５００μｍ～約１，６５０μｍ、約５００μｍ～約１，５００μｍ、約５００μｍ～約１，０００μｍ、約５００μｍ～約８５０μｍ、約５００μｍ～約８００μｍ、約５００μｍ～約７７５μｍ、約５００μｍ～約７５０μｍ、約５００μｍ～約７００μｍ、約５００μｍ～約６００μｍ、約７５０μｍ～約１，８００μｍ、約７５０μｍ～約１，６５０μｍ、約７５０μｍ～約１５００μｍ、約７５０μｍ～約１０００μｍ、約７５０μｍ～約８５０μｍ、約７５０μｍ～約８００μｍ、又は約７５０μｍ～約７７５μｍの厚さを有しうる。１つ以上の実施例において、第１のケイ素層１０４は、ケイ素含有ウエハ又はケイ素含有基板であり、約７００μｍ～約９００μｍ、約７２５μｍ～約８２５μｍ、又は約７５０μｍ～約８００μｍ、例えば約７７５μｍの厚さを有する。
第２のケイ素層１０８は、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、又は約５０ｎｍ～約６０ｎｍ、約７０ｎｍ、約８０ｎｍ、約９０ｎｍ、約１００ｎｍ、約１１０ｎｍ、約１２０ｎｍ、約１５０ｎｍ、又は約２００ｎｍの厚さを有しうる。例えば、第２のケイ素層１０８は、約１０ｎｍ～約２００ｎｍ、約２０ｎｍ～約２００ｎｍ、約２０ｎｍ～約１５０ｎｍ、約２０ｎｍ～約１２０ｎｍ、約２０ｎｍ～約１００ｎｍ、約２０ｎｍ～約８０ｎｍ、約２０ｎｍ～約５０ｎｍ、約４０ｎｍ～約２００ｎｍ、約４０ｎｍ～約１５０ｎｍ、約４０ｎｍ～約１２０ｎｍ、約４０ｎｍ～約１００ｎｍ、約４０ｎｍ～約８０ｎｍ、約４０ｎｍ～約５０ｎｍ、約６０ｎｍ～約２００ｎｍ、約６０ｎｍ～約１５０ｎｍ、約６０ｎｍ～約１２０ｎｍ、約６０ｎｍ～約１００ｎｍ、又は約６０ｎｍ～約８０ｎｍの厚さを有しうる。
膜層１０６、１１０のそれぞれは、別々に、１つ以上の窒化ケイ素材料とすることができ又はそれを含むことができる。典型的には、膜層１０６、１１０のそれぞれは、別々に、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＮ）若しくはそのドーパント変化体とすることができ、又は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＮ）若しくはそのドーパント変化体を含むことができる。膜層１０６、１１０のそれぞれは、別々に、１つ以上の気相堆積プロセスによって堆積させる又は別様に形成することができる。典型的な気相堆積プロセスは、ＣＶＤ、ＰＥ－ＣＶＤ、パルスＣＶＤ、原子層気相堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマＡＬＤ（ＰＥ－ＡＬＤ：ｐｌａｓｍａ－ｅｎｈａｎｃｅｄ ＡＬＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、他のスパッタリング技術、若しくはそれらの任意の組合せとすることができ、又はこれらを含むことができる。１つ以上の実施例において、第１の膜層１０６と第２の膜層１１０とは、互いに同じ厚さ又は実質的に同じ厚さを有する。
第１の膜層１０６及び第２の膜層１１０のそれぞれは、別々に、約０．１ｎｍ、約０．２ｎｍ、約０．３ｎｍ、約０．４ｎｍ、約０．５ｎｍ、約０．６ｎｍ、約０．７ｎｍ、約０．８ｎｍ、約０．９ｎｍ、約１ｎｍ、約１．１ｎｍ、約１．２ｎｍ、約１．３ｎｍ、約１．４ｎｍ、約１．５ｎｍ、約１．６ｎｍ、約１．８ｎｍ、約２ｎｍ、約２．５ｎｍ、約３ｎｍ、約５ｎｍ、約７ｎｍ、約９ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、又はそれ以上の厚さを有しうる。例えば、第１の膜層１０６及び第２の膜層１１０のそれぞれは、別々に、約０．１ｎｍ～約４０ｎｍ、約０．１ｎｍ～約３０ｎｍ、約０．１ｎｍ～約２０ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．１ｎｍ～約８ｎｍ、約０．１ｎｍ～約６ｎｍ、約０．１ｎｍ～約５ｎｍ、約０．１ｎｍ～約３ｎｍ、約０．１ｎｍ～約２ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１．２ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１ｎｍ、約０．１ｎｍ～約０．８ｎｍ、約０．１ｎｍ～約０．６ｎｍ、約０．１ｎｍ～約０．５ｎｍ、約０．１ｎｍ～約０．３ｎｍ、約０．５ｎｍ～約４０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約３０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約８ｎｍ、約０．５ｎｍ～約６ｎｍ、約０．５ｎｍ～約５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約３ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．２ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１ｎｍ、約０．５ｎｍ～約０．８ｎｍ、約０．５ｎｍ～約０．６ｎｍ、約０．８ｎｍ～約４０ｎｍ、約０．８ｎｍ～約３０ｎｍ、約０．８ｎｍ～約２０ｎｍ、約０．８ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．８ｎｍ～約８ｎｍ、約０．８ｎｍ～約６ｎｍ、約０．８ｎｍ～約５ｎｍ、約０．８ｎｍ～約３ｎｍ、約０．８ｎｍ～約２ｎｍ、約０．８ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．８ｎｍ～約１．２ｎｍ、又は約０．８ｎｍ～約１ｎｍの厚さを有しうる。
図２は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、チャネル２０２が形成された膜スタック１１２を含むワークピース２００の概略的な断面図を示す。ワークピース２００は、図１Ｄのワークピース１００から形成することができる。膜スタック１１２は、リソグラフィプロセスに晒され、次いで、エッチングプロセスによって、第２の膜層１１０、第２のケイ素層１０８、第１の膜層１０６を貫通して第１のケイ素層１０４内へと延在するチャネル２０２が生成される。いくつかの例において、エッチングプロセスが、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ｒｅａｃｔｉｖｅ－ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）プロセスである。
チャネル２０２は、第２の膜層１１０を貫通するチャネル２０２が第１の膜層１０６を貫通するチャネル２０２よりも直径が大きくなるように、テーパ状の外形を有しうる。第１の膜層１０６に形成されたポアの直径と、第２の膜層１１０に形成されたポアの直径と、のそれぞれは、チャネル２０２のテーパの角度及び／又はチャネル２０２の長さを制御することによって、別々に決定される。これらのポアは、約１ｎｍ、約２ｎｍ、又は、約５ｎｍから約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、又は約５０ｎｍの直径を有しうる。これらのポア直径は、以下にさらに記載され説明される後のプロセス段階において縮小することができる。
図３は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、チャネル３０２が形成された膜スタック１１２を含むワークピース３００の概略的な断面図を示している。ワークピース３００は、図１Ｂのワークピース１００から始まる２つ以上の段階で形成され又は別様に製造されうる。例えば、チャネル３０２は、ＬＥＬＥ（ｌｉｔｈｏ－ｅｔｃｈ－ｌｉｔｈｏ－ｅｔｃｈ）プロセスによって形成されうる。（図１Ｂに示される）ワークピース１００から始まって、第１の膜層１０６及び第１のケイ素層１０４が、リソグラフィプロセスに晒され、この後のエッチングプロセスで、チャネル３０２の下部が形成される。その後で、第２のケイ素層１０８が、第１の膜層１０６上に堆積され、第２の膜層１１０が、第２のケイ素層１０８上に堆積させられる。続いて、第２の膜層１１０及び第２のケイ素層１０８が、リソグラフィプロセスに晒され、この後のエッチングプロセスで、（図３に描かれた）チャネル３０２の上部が形成される。チャネル３０２は、第２の膜層１１０、第２のケイ素層１０８、第１の膜層１０６を貫通して、第１のケイ素層１０４内へと延在している。
チャネル３０２は、第２の膜層１１０を貫通するチャネル３０２が第１の膜層１０６を貫通するチャネル３０２と同じ直径を有するように、真っすぐな壁の外形を有しうる。第１の膜層１０６に形成されたポアの直径と、第２の膜層１１０に形成されたポアの直径とは、各エッチングプロセスによって別々に決定される。これらのポアは、約１ｎｍ、約２ｎｍ、又は、約５ｎｍから約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、又は約５０ｎｍの直径を有しうる。これらのポア直径は、以下にさらに記載され説明される後のプロセス段階において縮小することができる。
図４Ａは、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、チャネル４０２が形成された膜スタック１１２を含むワークピース１００の概略的な断面図を示しており、図４Ｂは、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、図４Ａに示されたワークピース１００の概略的な上面図を示している。チャネル４０２は、第２の膜層１１０の開口４０１から、第２の膜層１１０、第２のケイ素層１０８、第１の膜層１０６を貫通して、第１のケイ素層１０４内へと延在している。膜スタック１１２がエッチングされて、第１のケイ素層１０４内の第１のリザーバ４０２ａ、第１の膜層１０６の第１のナノポア４０２ｂ、第２のケイ素層１０８内の第２のリザーバ４０２ｃ、及び第２の膜層１１０の第２のナノポア４０２ｄが生成する。チャネル４０２は、第１のリザーバ４０２ａ及び第２のリザーバ４０２ｃと、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄと、を含み、従って、チャネル４０２は、第１のリザーバ４０２ａと、第２のリザーバ４０２ｃと、第１のナノポア４０２ｂと、第２のナノポア４０２ｄとに流体連通している。
図１Ｄに示されたワークピース１００は、プラズマエッチングプロセスといったエッチングプロセスに晒され、第１のリザーバ４０２ａ及び第２のリザーバ４０２ｃ、並びに第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄを含むチャネル４０２が生成する。１つ以上の実施形態において、プラズマベースの乾式エッチングプロセスを使用することによって、材料を除去してチャネル４０２を形成することができる。例えば、第２の膜層１１０、第２のケイ素層１０８、第１の膜層１０６、及び第１のケイ素層１０４は連続的に、１つ以上のハロゲン含有ガスのラジカル種といった、１つ以上のエッチャントの活性化されたラジカル種を含むプラズマに暴露されうる。例示的なエッチャントは、フッ素、フッ化水素、塩素、塩化水素、若しくはこれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上とすることができ、又はこれらを含むことができる。チャネル４０２のために材料を除去するために使用することができる例示的なシステムは、アプライドマテリアルズ社（サンタクララ、カリフォルニア）から入手可能な、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）Ｓｅｌｅｃｔｒａ（登録商標）Ｅｔｃｈシステム、及び、
他の製造業者からの適切なシステムである。
他の製造業者からの適切なシステムである。
１つ以上の実施形態において、第１のリザーバ４０２ａと第２のリザーバ４０２ｃとは、互いに同じ直径ｄ１を有することができ、第１のナノポア４０２ｂと第２のナノポア４０２ｄとは、互いに同じ直径ｄ２を有することができる。図示しない他の実施形態において、第１のリザーバ４０２ａと第２のリザーバ４０２ｃとは、別々に、互いに異なる直径を有することができ、第１のナノポア４０２ｂと第２のナノポア４０２ｄとは、別々に、互いに異なる直径を有することができる。第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄの直径は、以下でさらに記載され説明される後のプロセス段階において縮小されうる。
第１のリザーバ４０２ａ及び第２のリザーバ４０２ｃのそれぞれは、別々に、約２００ｎｍ、約３００ｎｍ、約４００ｎｍ、又は約４５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、又は約１，０００ｎｍの直径ｄ１を有しうる。例えば、第１のリザーバ４０２ａ及び第２のリザーバ４０２ｃのそれぞれは、別々に、約２００ｎｍ～約８００ｎｍ、約２００ｎｍ～約６００ｎｍ、約２００ｎｍ～約５００ｎｍ、約２００ｎｍ～約４００ｎｍ、約４００ｎｍ～約８００ｎｍ、約４００ｎｍ～約６００ｎｍ、約４００ｎｍ～約５００ｎｍ、約４５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５００ｎｍ～約８００ｎｍ、約５００ｎｍ～約６００ｎｍ、又は約５００ｎｍ～約５５０ｎｍの直径ｄ１を有しうる。
第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄのそれぞれは、別々に、約１ｎｍ、約２ｎｍ、又は約５ｎｍ～約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、約６０ｎｍ、又は約８０ｎｍの直径ｄ２を有しうる。例えば、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄのそれぞれは、別々に、約１ｎｍ～約８０ｎｍ、約１ｎｍ～約６０ｎｍ、約１ｎｍ～約５０ｎｍ、約１ｎｍ～約４０ｎｍ、約１ｎｍ～約３５ｎｍ、約１ｎｍ～約３０ｎｍ、約１ｎｍ～約２５ｎｍ、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、約１ｎｍ～約１０ｎｍ、約１０ｎｍ～約８０ｎｍ、約１０ｎｍ～約６０ｎｍ、約１０ｎｍ～約５０ｎｍ、約１０ｎｍ～約４０ｎｍ、約１０ｎｍ～約３５ｎｍ、約１０ｎｍ～約３０ｎｍ、約１０ｎｍ～約２５ｎｍ、約１０ｎｍ～約２０ｎｍ、約１０ｎｍ～約１５ｎｍ、約２０ｎｍ～約８０ｎｍ、約２０ｎｍ～約６０ｎｍ、約２０ｎｍ～約５０ｎｍ、約２０ｎｍ～約４０ｎｍ、約２０ｎｍ～約３５ｎｍ、約２０ｎｍ～約３０ｎｍ、又は約２０ｎｍ～約２５ｎｍの直径ｄ２を有しうる。
図５は、保護酸化物層１２０を含むワークピース１００の概略的な断面図を示しており、保護酸化物層１２０は、第２の膜層１１０の上面と、チャネル４０２の内面、例えば、第１のリザーバ４０２ａ及び第２のリザーバ４０２ｃの内面、並びに第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄの内面と、の上に堆積され又は別様に形成されている。保護酸化物層１２０は、チャネル４０２によって形成された内壁のための保護コーティングである。保護酸化物層１２０は、酸化ケイ素といった１つ以上の誘電材料、１つ以上の金属酸化物、１つ以上の金属ケイ酸塩、そのドーパント、若しくはこれらの任意の組合せとすることができ、又はこれらを含むことができる。例えば、保護酸化物層１２０は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸イットリウム、ケイ酸ハフニウム、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸チタン、ケイ酸タンタル、若しくはこれらの任意の組み合わせとすることができ、又はこれらを含むことができる。
いくつかの実施形態において、図４Ａに示されたワークピース１００が、気相堆積プロセスといった１つ以上の堆積プロセスに晒され、保護酸化物層１２０を形成する又は別様に堆積させる。保護酸化物層１２０を形成又は別様に堆積させるために使用する例示的な気相堆積プロセスは、ＡＬＤ、ＰＥ－ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥ－ＣＶＤ、パルスＣＶＤ、若しくはこれらの任意の組合せとすることができ、又はこれらを含むことができる。１つ以上の実施例において、保護酸化物層１２０は、ＡＬＤプロセス又はＰＥ－ＡＬＤプロセスによって堆積させられる。保護酸化物層１２０は、約０．５ｎｍ、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、又は約５ｎｍ～約８ｎｍ、約１０ｎｍ、約１２ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約５０ｎｍ、又は約６０ｎｍの厚さを有する。例えば、保護酸化物層１２０は、約１ｎｍ～約６０ｎｍ、約１ｎｍ～約５０ｎｍ、約１ｎｍ～約４０ｎｍ、約１ｎｍ～約３５ｎｍ、約１ｎｍ～約３０ｎｍ、約１ｎｍ～約２５ｎｍ、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、約１ｎｍ～約１５ｎｍ、約１ｎｍ～約１２ｎｍ、約１ｎｍ～約１０ｎｍ、約１ｎｍ～約８ｎｍ、約１ｎｍ～約５ｎｍ、約１ｎｍ～約３ｎｍ、約５ｎｍ～約６０ｎｍ、約５ｎｍ～約５０ｎｍ、約５ｎｍ～約４０ｎｍ、約５ｎｍ～約３５ｎｍ、約５ｎｍ～約３０ｎｍ、約５ｎｍ～約２５ｎｍ、約５ｎｍ～約２０ｎｍ、約５ｎｍ～約１５ｎｍ、約５ｎｍ～約１２ｎｍ、約５ｎｍ～約１０ｎｍ、約５ｎｍ～約８ｎｍ、約１０ｎｍ～約６０ｎｍ、約１０ｎｍ～約５０ｎｍ、約１０ｎｍ～約４０ｎｍ、約１０ｎｍ～約３５ｎｍ、約１０ｎｍ～約３０ｎｍ、約１０ｎｍ～約２５ｎｍ、約１０ｎｍ～約２０ｎｍ、約１０ｎｍ～約１５ｎｍ、又は約１０ｎｍ～約１２ｎｍの厚さを有する。
図６は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、保護酸化物層１２０上に配置されており第２のナノポア４０２ｄを覆っている誘電体層１３０を含むワークピース１００の概略的な断面図を示している。誘電体層１３０は、スピンオン誘電材料を含むことができ、又は、気相堆積プロセスによって堆積され若しくは別様に形成されうる。
１つ以上の実施形態において、誘電体層１３０が、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）酸化物、１つ以上のシラン酸化物、１つ以上のポリイミド、１つ以上の他の誘電材料、若しくはこれらの任意の組合せとすることができ、これらを含むことができ、及び／又はこれらから作製することができる。１つ以上の実施例において、誘電体層１３０は、ポリイミドといった１つ以上の感光性材料とすることができ又はこれを含むことができる。例えば、感光性材料は、感光性のポリマー前駆体、例えば感光性ポリイミド前駆体若しくはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）から作製することができ、又はこれらを含むことができる。１つ以上の後続のプロセスにおいて、所望のパターンをその上に直接的に露光する。
誘電体層１３０は、約０．５μｍ、約１μｍ、約１．５μｍ、又は約２μｍ～約２．５μｍ、約３μｍ、約４μｍ、又は約５μｍの厚さを有する。例えば、誘電体層１３０は、約０．５μｍ～約５μｍ、約０．５μｍ～約４μｍ、約０．５μｍ～約３μｍ、約０．５μｍ～約２μｍ、約０．５μｍ～約１μｍ、約１μｍ～約５μｍ、約１μｍ～約４μｍ、約１μｍ～約３μｍ、約１μｍ～約２μｍ、約１．５μｍ～約５μｍ、約１．５μｍ～約４μｍ、約１．５μｍ～約３μｍ、又は約１．５μｍ～約２μｍの厚さを有する。
図７は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、コンタクトホール１３６を有するワークピース１００の概略的な断面図を示している。コンタクトホール１３６は、第２のケイ素層１０８内から延びて、第２の膜層１１０、保護酸化物層１２０、及び誘電体層１３０を完全に貫通している。例えば、コンタクトホール１３６は、誘電体層１３０、保護酸化物層１２０、第２の膜層１１０を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層１０８内へとエッチングすることができ又は別様に形成することができる。いくつかの実施形態において、コンタクトホール１３６は、リソグラフィエッチング処理シーケンスを使用して、誘電体層１３０の硬化したポリマー、及び第２のケイ素層１０８の他の材料を通って、さらに、第２の膜層１１０、保護酸化物層１２０を完全に貫通してエッチングされる。１つ以上の実施形態において、コンタクトホール１３６は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって形成される。コンタクトホール１３６の直径は、約１μｍ、約１０μｍ、約５０μｍ、又は約１００μｍ～約２５０μｍ、約５００μｍ、約８００μｍ、又は約１０００μｍでありうる。
図８は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、１つ以上の金属堆積プロセスに晒された後の図７に示されたワークピース１００の概略的な断面図を示している。ワークピース１００は、コンタクトホール１３６内及び誘電体層１３０の上面の少なくとも一部分に亘って配置された１つ以上の導電性材料を含む金属コンタクト１３８を有する。金属コンタクト１３８は、誘電体層１３０、保護酸化物層１２０、及び第２の膜層１１０を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層１０８内へと延在している。１つ以上の態様において、金属コンタクト１３８は、図８に示すように、チャネル４０２に対して平行に又は実質的に平行に延在する。
金属コンタクト１３８を形成する、コンタクトホール１３６内に配置された１つ以上の導電性材料は、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、クロム、コバルト、それらの合金、又はこれらの任意の組み合わせとすることができ、又はこれらを含みうる。金属コンタクト１３８は、電気めっき若しくは電着、無電解めっき、ＣＶＤ、ＰＥ－ＣＶＤ、ＰＶＤ、又はこれらの任意の組合せを含む１つ以上の堆積プロセスによって堆積され、めっきされ、又は別様に形成されうる。
図９は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、１つ以上のエッチングプロセスに晒された後の図８に示されたワークピース１００の概略的な断面図を示している。誘電体層１３０の上面に配置された金属コンタクト１３８は、金属コンタクト堆積プロセスの後に残った導電性材料の残留層である。金属コンタクト１３８の導電性材料を含むこの残留層が、誘電体層１３０に達するまでエッチングされ、研磨され、及び／又は別様に除去されうる。いくつかの例において、金属コンタクト１３８の導電性材料を含む残留層が、湿式エッチングプロセス、化学機械的プロセス（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ）、電解複合ＣＭＰ（ｅ－ＣＭＰ）、又はこれらの任意の組合せに晒される。
図１０Ａは、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、他のエッチングプロセスに晒された後の図９に示されたワークピース１００の概略的な断面図を示しており、図１０Ｂは、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、図１０Ａに示されたワークピース１００の概略的な上面図を示している。図１０Ａに示されるように、誘電体層１３０の少なくとも一部分がエッチングされ又は別様に除去されて、第２のナノポア４０２ｄのチャネル４０２の上に配置されたウェル１４０を形成する。いくつかの例において、誘電体層１３０の上記一部分が、乾式エッチングプロセスによってエッチングされ、ウェル１４０を形成する。例えば、ウェル１４０は、ＲＩＥプロセス又は他のプラズマエッチングプロセスを用いて誘電体層１３０の上記一部分を除去することによって形成される。
ウェル１４０は、約０．５μｍ、約１μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、又は約１５μｍ～約２０μｍ、約３０μｍ、約５０μｍ、約８０μｍ、又は約１００μｍの直径を有しうる。例えば、ウェル１４０は、約０．５μｍ～約１００μｍ、約０．５μｍ～約９０μｍ、約０．５μｍ～約８０μｍ、約０．５μｍ～約６５μｍ、約０．５μｍ～約５０μｍ、約０．５μｍ～約３０μｍ、約０．５μｍ～約２０μｍ、約０．５μｍ～約１０μｍ、約０．５μｍ～約５μｍ、約０．５μｍ～約１μｍ、約１０μｍ～約１００μｍ、約１０μｍ～約９０μｍ、約１０μｍ～約８０μｍ、約１０μｍ～約６５μｍ、約１０μｍ～約５０μｍ、約１０μｍ～約３０μｍ、約１０μｍ～約２０μｍ、又は約１０μｍ～約１５μｍの直径を有しうる。
ウェル１４０は、約２００ｎｍ、約３００ｎｍ、約４００ｎｍ、又は約４５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５５０ｎｍ、約６００ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、約１，０００ｎｍ、約２，０００ｎｍ、約３，０００ｎｍ、又は約５，０００ｎｍの深さを有しうる。例えば、ウェル１４０は、約２００ｎｍ～約５，０００ｎｍ、約２００ｎｍ～約２，０００ｎｍ、約２００ｎｍ～約１，０００ｎｍ、約２００ｎｍ～約８００ｎｍ、約２００ｎｍ～約６００ｎｍ、約２００ｎｍ～約５００ｎｍ、約２００ｎｍ～約４００ｎｍ、約４００ｎｍ～約５，０００ｎｍ、約４００ｎｍ～約２，０００ｎｍ、約４００ｎｍ～約１，０００ｎｍ、約４００ｎｍ～約８００ｎｍ、約４００ｎｍ～約６００ｎｍ、約４００ｎｍ～約５００ｎｍ、約４５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５００ｎｍ～約８００ｎｍ、約５００ｎｍ～約６００ｎｍ、又は約５００ｎｍ～約５５０ｎｍの深さを有しうる。
図１１は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、他のエッチングプロセスに晒された後の図１０Ａに示されたワークピース１００の概略的な断面図を示している。第１のケイ素層１０４の少なくとも一部分がエッチングされ又はその別様に除去されてウェル１４２を形成し、第１のリザーバ４０２ａの内面上に堆積された保護酸化物層１２０の少なくとも一部分を露出させる。１つ以上の実施例において、図１１に示されるように、第１のケイ素層１０４の上記一部分が、湿式エッチングプロセスでエッチングにより除去されて、保護酸化物層１２０の上記一部分が露出する。
湿式エッチングプロセスで使用される適切な湿式エッチャントの例は、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、エチレンジアミン及びピロカテコール（ＥＰＤ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、若しくはこれらの任意の組み合わせのうちの１つ以上としうる又はこれらを含みうる水溶液である。１つ以上の実施例において、第１のケイ素層１０４の上記一部分が、約７０℃～約９０℃の温度で、約１０時間～約１４時間の間、ワークピース１００を水酸化物溶液（約３０重量％～約３５重量％のＫＯＨ）に晒すことによって除去される。
図１２Ａは、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、他のエッチングプロセスに晒された後の図１１Ａに示されたワークピース１００の概略的な断面図を示しており、図１２Ｂは、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、図１２Ａに示されたワークピース１００の概略的な上面図を示している。図１２Ａ及び図１２Ｂに描かれているように、全ての又は実質的に全ての保護酸化物層１２０を、エッチングする又は別様に除去することができ、同様に、ウェル１４０の範囲内に配置された誘電体層１３０の下部を、エッチングする又は別様に除去することができる。具体的には、当初は第１のリザーバ４０２ａ及び第２のリザーバ４０２ｃの内面上に堆積され、かつ当初は第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄの内面上に堆積された保護酸化物層１２０が、１つ以上のエッチングプロセスによってエッチングされ又は別様に除去されうる。
１つ以上の実施例において、ウェル１４０の範囲内に配置された保護酸化物層１２０及び誘電体層１３０の下部が、１つ以上の湿式エッチングプロセスによってエッチングされる。湿式エッチングプロセスは、保護酸化物層１２０及び誘電体層１３０の下部を１つ以上のエッチング液に晒すことを含む。エッチング液は、希フッ酸（ＤＨＦ）水溶液、及び／又は、ＨＦ及びフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）の水溶液といった緩衝ＨＦ溶液とすることができ、又はこれらを含むことができる。ワークピース１００は、１０分未満の間、例えば約１分～約８分の間エッチング液に晒される。
第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄのそれぞれは、別々に、約０．５ｎｍ、約１ｎｍ、約１．２５ｎｍ、約１．５ｎｍ、約１．７５ｎｍ、又は約２ｎｍ～約２．２５ｎｍ、約２．５ｎｍ、約２．７５ｎｍ、約３ｎｍ、約４ｎｍ、約５ｎｍ、約６ｎｍ、約８ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、又は約５０ｎｍの直径ｄ３を有しうる。例えば、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄのそれぞれは、別々に、約０．５ｎｍ～約５０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約３０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約８ｎｍ、約０．５ｎｍ～約５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約４ｎｍ、約０．５ｎｍ～約３ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２．５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２．２５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．７５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．２５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１ｎｍ、約０．５ｎｍ～約０．７５ｎｍ、約１ｎｍ～約５０ｎｍ、約１ｎｍ～約４０ｎｍ、約１ｎｍ～約３０ｎｍ、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、約１ｎｍ～約１５ｎｍ、約１ｎｍ～約１０ｎｍ、約１ｎｍ～約８ｎｍ、約１ｎｍ～約５ｎｍ、約１ｎｍ～約４ｎｍ、約１ｎｍ～約３ｎｍ、約１ｎｍ～約２．５ｎｍ、約１ｎｍ～約２．２５ｎｍ、約１ｎｍ～約２ｎｍ、約１ｎｍ～約１．７５ｎｍ、約１ｎｍ～約１．５ｎｍ、約１ｎｍ～約１．２５ｎｍ、約１．５ｎｍ～約５０ｎｍ、約１．５ｎｍ～約３０ｎｍ、約１．５ｎｍ～約２０ｎｍ、約１．５ｎｍ～約１０ｎｍ、約１．５ｎｍ～約８ｎｍ、約１．５ｎｍ～約５ｎｍ、約１．５ｎｍ～約４ｎｍ、約１．５ｎｍ～約３ｎｍ、約１．５ｎｍ～約２．５ｎｍ、約１．５ｎｍ～約２．２５ｎｍ、約１．５ｎｍ～約２ｎｍ、又は約１．５ｎｍ～約１．７５ｎｍの直径ｄ３を有しうる。
１つ以上の実施例において、第１の膜層１０６及び第２の膜層１１０は、別々に、約０．１ｎｍ～約４０ｎｍの厚さを有することができ、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄは、別々に、約０．５ｎｍ～約５０ｎｍの直径ｄ３を有しうる。他の例において、第１の膜層１０６及び第２の膜層１１０は、別々に、約０．５ｎｍ～約２０ｎｍの厚さを有することができ、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄは、別々に、約１ｎｍ～約３．５ｎｍの直径ｄ３を有しうる。いくつかの例において、第１の膜層１０６及び第２の膜層１１０は、別々に、約０．７ｎｍ～約１０ｎｍの厚さを有することができ、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄは、別々に、約１．５ｎｍ～約２．５ｎｍの直径ｄ３を有しうる。他の例において、第１の膜層１０６及び第２の膜層１１０は、別々に、約０．８ｎｍ～約１．２ｎｍの厚さを有することができ、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄは、別々に、約１．７５ｎｍ～約２．２５ｎｍの直径ｄ３を有しうる。
１つ以上の実施形態において、図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるワークピース１００は、本明細書に記載され説明されるように垂直方向に揃えられたデュアルポアセンサであり、ＤＮＡ、ＲＮＡ、生体高分子、及び／又は他の生体分子のシーケンシングの間使用することが可能である。第１のナノポア４０２ｂ又は第２のナノポア４０２ｄの一方が所望の直径ｄ３を有さない場合には、所望の直径ｄ３を有するために、追加の材料を堆積させて、第１のナノポア４０２ｂ又は第２のナノポア４０２ｄの直径をさらに縮小することができる。所望の直径ｄ３を有するために、第１のナノポア４０２ｂ又は第２のナノポア４０２ｄの直径を調節することに関するさらなる詳細がさらに記載され、以下で述べられ、図１３、図１４Ａ、及び図１４Ｂに示される。
図１３は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、堆積プロセスに晒された後の図１２Ａに示されたワークピース１００の概略的な断面図を示している。第１のリザーバ４０２ａ及び第２のリザーバ４０２ｃの内面上及び第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄの内面上に堆積された保護酸化物層１２０をエッチングし又は別様に除去した後に、本方法はまた、スペーサ層１５０を、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄの少なくとも内面上に堆積させて、これらの直径を縮小させることを含みうる。
例えば、ワークピース１００が、１つ以上の気相堆積プロセスに晒されて、ワークピース１５０の、全てではないにせよほとんどの露出表面にスペーサ層１５０が堆積させられる。スペーサ層１５０は、第１のケイ素層１０４、第１の膜層１０６、第２のケイ素層１０８、第２の膜層１１０、保護酸化物層１２０、誘電体層１３０、及び金属コンタクト１３８の露出表面の上に配置されている。スペーサ層１５０は、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄの内面（例えば、第１の膜層１０６及び第２の膜層１１０の内面）上、及び第２のリザーバ４０２ｃの内面（例えば、第２のケイ素層１０８の内面）上に配置されている。スペーサ層１５０は、第１のナノポア４０２ｂ及び／又は第２のナノポア４０２ｄにおいて、又は第１のナノポア４０２ｂ及び／又は第２のナノポア４０２ｄに隣接して、チャネル４０２を部分的に若しくは完全に覆う又は別様に塞ぐことができる。図１３において、チャネル４０２は、第１のナノポア４０２ｂの付近で完全に覆われたものとして示されている。他の例において、スペーサ層１５０が、その下にある表面上にコンフォーマルに（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）又は実質的にコンフォーマルに堆積され、これにより、チャネル４０２はウェル１４０、１４２の間で完全に開いたままである。
スペーサ層１５０は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、そのドーパント変化体、又はこれらの任意の組合せといった、１つ以上の材料を含む。スペーサ層１５０は、ＡＬＤプロセス、ＰＥ－ＡＬＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＰＥ－ＣＶＤプロセス、パルスＣＶＤプロセス、又はこれらの任意の組合せといった、任意の気相堆積プロセスによって堆積させることができる。１つ以上の実施例において、スペーサ層１５０は、ＡＬＤプロセス又はＰＥ－ＡＬＤプロセスによって堆積させることができる。
所望の直径ｄ３を有するために、スペーサ層１５０は、第１のナノポア４０２ｂ又は第２のナノポア４０２ｄの直径を調整するのに必要な任意の厚さまで堆積させることができる。従って、スペーサ層１５０は、約０．１ｎｍ、約０．２ｎｍ、約０．３ｎｍ、約０．４ｎｍ、約０．５ｎｍ、約０．６ｎｍ、約０．７ｎｍ、約０．８ｎｍ、約０．９ｎｍ、約１ｎｍ、約１．１ｎｍ、約１．２ｎｍ、約１．３ｎｍ、約１．４ｎｍ、約１．５ｎｍ、約１．６ｎｍ、約１．８ｎｍ、約２ｎｍ、約２．５ｎｍ、約３ｎｍ、約５ｎｍ、約７ｎｍ、約９ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、又はそれ以上の厚さを有しうる。例えば、スペーサ層１５０は、約０．１ｎｍ～約２０ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１５ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．１ｎｍ～約８ｎｍ、約０．１ｎｍ～約６ｎｍ、約０．１ｎｍ～約５ｎｍ、約０．１ｎｍ～約３ｎｍ、約０．１ｎｍ～約２ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１．２ｎｍ、約０．１ｎｍ～約１ｎｍ、約０．１ｎｍ～約０．８ｎｍ、約０．１ｎｍ～約０．６ｎｍ、約０．１ｎｍ～約０．５ｎｍ、約０．１ｎｍ～約０．３ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．５ｎｍ～約８ｎｍ、約０．５ｎｍ～約６ｎｍ、約０．５ｎｍ～約５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約３ｎｍ、約０．５ｎｍ～約２ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１．２ｎｍ、約０．５ｎｍ～約１ｎｍ、約０．５ｎｍ～約０．８ｎｍ、約０．５ｎｍ～約０．６ｎｍ、約０．８ｎｍ～約２０ｎｍ、約０．８ｎｍ～約１５ｎｍ、約０．８ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．８ｎｍ～約８ｎｍ、約０．８ｎｍ～約６ｎｍ、約０．８ｎｍ～約５ｎｍ、約０．８ｎｍ～約３ｎｍ、約０．８ｎｍ～約２ｎｍ、約０．８ｎｍ～約１．５ｎｍ、約０．８ｎｍ～約１．２ｎｍ、又は約０．８ｎｍ～約１ｎｍの厚さを有しうる。
図１４Ａは、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、スペーサ層１５０の部分を除去するために１つ以上のエッチングプロセスに晒された後の、図１３に示されたワークピース１００の概略的な断面図を示しており、図１４Ｂは、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、ワークピース１００の概略的な上面図を示している。
本方法は、スペーサ層１５０の少なくとも一部分を、誘電体層１３０の上面及び側面、並びに金属コンタクト１３８の上面からエッチングすることを含む。本方法はまた、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄを貫通するチャネル４０２の所望の直径を形成するために、スペーサ層１５０の少なくとも一部分をエッチングすることを含む。このようにして、第１のナノポア４０２ｂ及び第２のナノポア４０２ｄは、所望の直径ｄ３を有する。本方法はさらに、第１の膜１０６の下面、第２の膜１１０の上面、又は両方の表面から、スペーサ層１５０の少なくとも一部分をエッチングすることを含む。チャネル４０２が、スペーサ層１５０のために覆われ又は塞がれている場合には、エッチングプロセスによって、チャネル４０２の閉塞を緩和し又は閉塞を完全に解消してチャネル４０２を空けるために、スペーサ層１５０の十分な部分が除去される。
膜全体の厚さは、第１の膜１０６の下面及び／又は第２の膜１１０の上面からスペーサ層１５０の少なくとも一部分をエッチングし又は別様に除去することによって効果的に薄くされる。例えば、下方の膜全体は、第１の膜１０６と、第１の膜１０６の下面上に載置されたスペーサ層１５０と、を含みうる。下方の膜全体の厚さが、エッチングプロセス中に第１の膜１０６の下面上のスペーサ層１５０を薄くすることによって、所望の厚さに低減される。同様に、上方の膜全体は、第２の膜１１０と、第２の膜１１０の上面に載置されたスペーサ層１５０と、を含みうる。上方の膜全体の厚さが、エッチングプロセス中に第２の膜１１０の上面上のスペーサ層１５０を薄くすることによって、所望の厚さに低減される。
１つ以上の実施例において、スペーサ層１５０が、１つ以上の湿式エッチングプロセスによってエッチングされる。湿式エッチングプロセスは、スペーサ層１５０を１つ以上のエッチング液に晒すことを含む。エッチング液は、希フッ酸（ＤＨＦ）水溶液、及び／又は、ＨＦ及びフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）の水溶液といった緩衝ＨＦ溶液とすることができ、又はこれらを含むことができる。
図１５は、本明細書に記載され説明される１つ以上の実施形態に係る、デュアルポアセンサ４００の概略的な断面図を示している。デュアルポアセンサ４００は、アノードとして使用される金属コンタクト１３８を介して、第２リザーバ４０２ｃにおいて中間で接地される。第２のリザーバ４０２ｃによって中間で接地することによって、２つの回路が形成され、即ち、第２のナノポア４０２ｄ及びウェル１４０を介する上側の回路と、第１のナノポア４０２ｂ及びウェル１４２を介する下側の回路と、が形成される。ウェル１４０、１４２のそれぞれは、別々にカソードとして機能する。
有利に、本明細書に記載され説明された方法によって、垂直方向に揃えられたデュアルポアセンサの大量生産と、当該デュアルポアセンサの品質、再現性、及び製造コストにおける改善と、が可能となる。さらに、本明細書に記載され説明された、垂直方向に揃えられたデュアルポアセンサは、従来の水平方向のデュアルポアシステムに比べて、ＤＮＡ、ＲＮＡ、及び／又は他の生体高分子の生体分子シーケンシングに対するより良好な制御をもたらす。
本開示の実施形態はさらに、以下の段落１から２４のうちのいずれか１つ以上の段落に関する。
１．デュアルポアセンサを形成する方法であって、
膜スタックを形成することであって、
膜スタックが、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、及び
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層
を含む、膜スタックを形成することと、
膜スタックをエッチングして、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネル
を生成することと、
第２の膜層と、第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
第２の膜層上に配置された保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、第２のナノポアを覆うことと、
誘電体層、保護酸化物層、及び第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトを形成することと、
誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、
を含む、方法。
膜スタックを形成することであって、
膜スタックが、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、及び
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層
を含む、膜スタックを形成することと、
膜スタックをエッチングして、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネル
を生成することと、
第２の膜層と、第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
第２の膜層上に配置された保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、第２のナノポアを覆うことと、
誘電体層、保護酸化物層、及び第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトを形成することと、
誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、
を含む、方法。
２．保護酸化物層が、酸化ケイ素、金属酸化物、金属ケイ酸塩、又はこれらの任意の組み合わせを含む、段落１に記載の方法。
３．保護酸化物層が、原子層堆積によって堆積させられる、段落１又は２に記載の方法。
４．第１のナノポア及び第２のナノポアのそれぞれが、別々に約０．５ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、段落１から３のいずれか一段落に記載の方法。
５．第１のナノポア及び第２のナノポアのそれぞれが、別々に約１ｎｍ～約５ｎｍの直径を有する、段落１から４のいずれか一段落に記載の方法。
６．誘電体層が、テトラエチルオルソシリケート酸化物、シラン酸化物、ポリイミド、又はこれらの任意の組み合わせを含む、段落１から５のいずれか一段落に記載の方法。
７．誘電体層が、約１μｍ～約５μｍである、段落１から６のいずれか一段落に記載の方法。
８．誘電体層が、約１．５μｍ～約３μｍである、段落１から７のいずれか一段落に記載の方法。
９．金属コンタクトを形成することが、
誘電体層と、保護酸化物層と、第２の膜層とを貫通して、部分的に第２のケイ素層内へと延在するコンタクトホールをエッチングすることと、
コンタクトホール内へと導電性材料を堆積させることと、
を含む、段落１から８のいずれか一段落に記載の方法。
誘電体層と、保護酸化物層と、第２の膜層とを貫通して、部分的に第２のケイ素層内へと延在するコンタクトホールをエッチングすることと、
コンタクトホール内へと導電性材料を堆積させることと、
を含む、段落１から８のいずれか一段落に記載の方法。
１０．金属コンタクトを形成することが、誘電体層から導電性材料のあらゆる残留層をエッチングすることをさらに含む、段落９に記載の方法。
１１．金属コンタクトが、チャネルに対して平行に又は実質的に平行に延在する、段落１から１０のいずれか一段落に記載の方法。
１２．誘電体層の一部分が、乾式エッチングプロセスによってエッチングされ、第２のナノポアの上にウェルを形成し、第１のケイ素層の一部分が、湿式エッチングプロセスによってエッチングされ、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の一部分を露出させる、段落１から１１のいずれか一段落に記載の方法。
１３．保護酸化物層が、湿式エッチングプロセスによってエッチングされる、段落１から１２のいずれか一段落に記載の方法。
１４．第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングした後に、
第１のナノポア及び第２のナノポアの少なくとも内面上にスペーサ層を堆積させることをさらに含む、段落１から１３のいずれか一段落に記載の方法。
第１のナノポア及び第２のナノポアの少なくとも内面上にスペーサ層を堆積させることをさらに含む、段落１から１３のいずれか一段落に記載の方法。
１５．スペーサ層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、又はこれらの任意の組み合わせを含む、段落１４に記載の方法。
１６．スペーサ層が、原子層堆積によって堆積させられる、段落１４に記載の方法。
１７．スペーサ層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のナノポア及び第２のナノポアを貫通するチャネルの所望の直径を生成することをさらに含む、段落１４に記載の方法。
１８．スペーサ層の少なくとも一部分を、第１の膜の下面又は第２の膜の上面からエッチングすることをさらに含む、段落１４に記載の方法。
１９．デュアルポアセンサを形成する方法であって、
膜スタックを形成することであって、
膜スタックが、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネル
を含む、膜スタックを形成することと、
第２の膜層と、第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
第２の膜層上に配置された保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、第２のナノポアを覆うことと、
誘電体層、保護酸化物層、及び第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトを形成することと、
誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、
第１のナノポア及び第２のナノポアの少なくとも内面上に、スペーサ層を堆積させることと、
を含む、方法。
膜スタックを形成することであって、
膜スタックが、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネル
を含む、膜スタックを形成することと、
第２の膜層と、第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
第２の膜層上に配置された保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、第２のナノポアを覆うことと、
誘電体層、保護酸化物層、及び第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトを形成することと、
誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、第１のリザーバの内面上に堆積された保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
第１のリザーバ及び第２のリザーバの内面と、第１のナノポア及び第２のナノポアの内面と、の上に堆積された保護酸化物層をエッチングすることと、
第１のナノポア及び第２のナノポアの少なくとも内面上に、スペーサ層を堆積させることと、
を含む、方法。
２０．スペーサ層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、又はこれらの任意の組み合わせを含み、スペーサ層が、原子層堆積によって堆積されられる、段落１９に記載の方法。
２１．スペーサ層の少なくとも一部分を、第１の膜の下面又は第２の膜の上面からエッチングすることをさらに含む、段落１９又は２０に記載の方法。
２２．第１のナノポア及び第２のナノポアのそれぞれが、別々に約１ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、段落１９から２１のいずれか一段落に記載の方法。
２３．段落１から２２のいずれか一段落に記載の方法によって準備されたデュアルポアセンサ。
２４．デュアルポアセンサであって、
膜スタックであって、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネルであって、第１のナノポア及び第２のナノポアのそれぞれが約１ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、チャネル
を含む膜スタックと、
第２の膜層の上に配置された誘電体層内に形成されたウェルと、
誘電体層、第２の膜層を貫通して、第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトと、
を備える、デュアルポアセンサ。
膜スタックであって、
第１のケイ素層、
第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
第１の膜層の第１のナノポア、
第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
第２の膜層の第２のナノポア、及び
第１のリザーバと、第２のリザーバと、第１のナノポアと、第２のナノポアとに流体連通するチャネルであって、第１のナノポア及び第２のナノポアのそれぞれが約１ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、チャネル
を含む膜スタックと、
第２の膜層の上に配置された誘電体層内に形成されたウェルと、
誘電体層、第２の膜層を貫通して、第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトと、
を備える、デュアルポアセンサ。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。本文書と矛盾しない限りにおいて、本明細書に記載される全ての文書が、あらゆる優先権証明書及び／又は審査の手続きを含め、参照により本明細書に組み込まれる。上述した概要及び具体的な実施形態から明らかであるように、本開示の形態が図示され記載されてきたが、様々な変更が、本開示の思想及び範囲から逸脱することなく行われうる。これに対応して、本開示は、それによって限定されることは意図されていない。同様に、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、米国特許法の解釈での「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語の同義語であると見なされる。同様に、或る組成物、要素、又は要素の群が、「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という移行表現（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ ｐｈｒａｓｅ）の後にあるときはいつでも、その組成物、要素又は要素群の記載より前にある移行表現「実質的に～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」、「～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」、「～からなる群から選択される（ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」、又は「～である（ｉｓ）」の後にある同じ組成物又は要素の群も想定され、その逆も然りであると理解されたい。
或る実施形態及び特徴が、上限値の集合及び下限知の集合を使用して説明されてきた。特に示されない限り、任意の２つの値の組み合わせ、例えば、任意のより低い値と任意のより高い値との組み合わせ、任意の２つのより低い値の組み合わせ、及び／又は任意の２つのより高い値の組み合わせを含む範囲が想定されていると理解されたい。以下の１つ対上の請求項では、或る特定の下限値、上限値、及び範囲が示される。
Claims (20)
- デュアルポアセンサを形成する方法であって、
膜スタックを形成することであって、
前記膜スタックが、
第１のケイ素層、
前記第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
前記第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、及び
前記第２のケイ素層上に配置された第２の膜層
を含む、膜スタックを形成することと、
前記膜スタックをエッチングして、
前記第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
前記第１の膜層の第１のナノポア、
前記第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
前記第２の膜層の第２のナノポア、及び
前記第１のリザーバと、前記第２のリザーバと、前記第１のナノポアと、前記第２のナノポアとに流体連通するチャネル
を生成することと、
前記第２の膜層と、前記第１のリザーバ及び前記第２のリザーバの内面と、前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
前記第２の膜層上に配置された前記保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、前記第２のナノポアを覆うことと、
前記誘電体層、前記保護酸化物層、及び前記第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に前記第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトを形成することと、
前記誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、前記第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
前記第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、前記第１のリザーバの前記内面上に堆積された前記保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
前記第１のリザーバ及び前記第２のリザーバの前記内面と、前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアの前記内面と、の上に堆積された前記保護酸化物層をエッチングすることと、
を含む、方法。 - 前記保護酸化物層が、酸化ケイ素、金属酸化物、金属ケイ酸塩、又はこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記保護酸化物層が、原子層堆積によって堆積させられる、請求項２に記載の方法。
- 前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアのそれぞれが、別々に約０．５ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電体層が、テトラエチルオルソシリケート酸化物、シラン酸化物、ポリイミド、又はこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電体層が約１μｍ～約５μｍである、請求項１に記載の方法。
- 前記金属コンタクトを形成することが、
前記誘電体層と、前記保護酸化物層と、前記第２の膜層とを貫通して、部分的に前記第２のケイ素層内へと延在するコンタクトホールをエッチングすることと、
前記コンタクトホール内へと導電性材料を堆積させることと、
を含む、請求項１に記載の方法。 - 前記金属コンタクトが、前記チャネルに対して平行に又は実質的に平行に延在する、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電体層の前記一部分が、乾式エッチングプロセスによってエッチングされ、前記第２のナノポアの上に前記ウェルを形成し、
前記第１のケイ素層の前記一部分が、湿式エッチングプロセスによってエッチングされ、前記第１のリザーバの前記内面上に堆積された前記保護酸化物層の前記一部分を露出させる、請求項１に記載の方法。 - 前記保護酸化物層が、湿式エッチングプロセスによってエッチングされる、請求項１に記載の方法。
- 第１のリザーバ及び第２のリザーバの前記内面と、前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアの前記内面と、の上に堆積された前記保護酸化物層をエッチングした後に、
前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアの少なくとも前記内面上にスペーサ層を堆積させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 前記スペーサ層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、又はこれらの任意の組み合わせを含む、請求項１１に記載の方法。
- 前記スペーサ層が、原子層堆積によって堆積させられる、請求項１１に記載の方法。
- 前記スペーサ層の少なくとも一部分をエッチングして、前記第１のナノポア及び第２のナノポアを貫通する前記チャネルの所望の直径を生成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
- 前記スペーサ層の少なくとも一部分を、前記第１の膜の下面又は前記第２の膜の上面からエッチングすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
- デュアルポアセンサを形成する方法であって、
膜スタックを形成することであって、
前記膜スタックが、
第１のケイ素層、
前記第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
前記第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
前記第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
前記第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
前記第１の膜層の第１のナノポア、
前記第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
前記第２の膜層の第２のナノポア、及び
前記第１のリザーバと、前記第２のリザーバと、前記第１のナノポアと、前記第２のナノポアとに流体連通するチャネル
を含む、膜スタックを形成することと、
前記第２の膜層と、前記第１のリザーバ及び前記第２のリザーバの内面と、前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアの内面と、の上に保護酸化物層を堆積させることと、
前記第２の膜層上に配置された前記保護酸化物層上に誘電体層を堆積させ、前記第２のナノポアを覆うことと、
前記誘電体層、前記保護酸化物層、及び前記第２の膜層を貫通して、少なくとも部分的に前記第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトを形成することと、
前記誘電体層の少なくとも一部分をエッチングして、前記第２のナノポアの上にウェルを形成することと、
前記第１のケイ素層の少なくとも一部分をエッチングして、前記第１のリザーバの前記内面上に堆積された前記保護酸化物層の少なくとも一部分を露出させることと、
前記第１のリザーバ及び前記第２のリザーバの前記内面と、前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアの前記内面と、の上に堆積された前記保護酸化物層をエッチングすることと、
前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアの少なくとも前記内面上に、スペーサ層を堆積させることと、
を含む、方法。 - 前記スペーサ層が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、又はこれらの任意の組合せを含み、前記スペーサ層が、原子層堆積によって堆積させられる、請求項１６に記載の方法。
- 前記スペーサ層の少なくとも一部分を、前記第１の膜の下面又は前記第２の膜の上面からエッチングすることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
- 前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアのそれぞれが、別々に約１ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、請求項１６に記載の方法。
- デュアルポアセンサであって、
膜スタックであって、
第１のケイ素層、
前記第１のケイ素層上に配置された第１の膜層、
前記第１の膜層上に配置された第２のケイ素層、
前記第２のケイ素層上に配置された第２の膜層、
前記第１のケイ素層内の第１のリザーバ、
前記第１の膜層の第１のナノポア、
前記第２のケイ素層内の第２のリザーバ、
前記第２の膜層の第２のナノポア、及び
前記第１のリザーバと、前記第２のリザーバと、前記第１のナノポアと、前記第２のナノポアとに流体連通するチャネルであって、前記第１のナノポア及び前記第２のナノポアのそれぞれが約１ｎｍ～約５０ｎｍの直径を有する、チャネル
を含む膜スタックと、
前記第２の膜層の上に配置された誘電体層内に形成されたウェルと、
前記誘電体層、前記第２の膜層を貫通して、前記第２のケイ素層内へと延在する金属コンタクトと、
を備える、デュアルポアセンサ。
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