本發(fā)明屬于微納器件制備與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙層納米孔的生物分子檢測(cè)器件的制作方法，特別是涉及一種DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)：
使用納米孔(nanopore)進(jìn)行DNA分子堿基序列的識(shí)別已經(jīng)研究20年。當(dāng)DNA分子在電場(chǎng)力的作用下穿過(guò)納米孔時(shí)，改變納米孔內(nèi)的離子電流幅值，并借該電流幅值來(lái)識(shí)別堿基。因?yàn)閴A基之間的堿基很小，在0.34nm。所以科學(xué)家們一直追求更薄的納米孔，如石墨烯，二硫化鉬，氮化硼等超薄材料制作成的納米孔。但是，都沒(méi)有考慮到DNA分子在溶液中的熱運(yùn)動(dòng)的影響。因此，當(dāng)前的基于固態(tài)納米孔的基因測(cè)序，一直沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。其中，Ling，X.S(Ling，X.S.“Methodsofsequencingnucleisacidsusingnanoporesandactivekineticproofreading”，WO/2013/119784，InternationalapplicationNo：PCT/US2013/025106(2013))，提出的利用納米孔作為動(dòng)力學(xué)校對(duì)的機(jī)理來(lái)測(cè)量斷鏈雜交探針，給基于固態(tài)納米孔的DNA堿基序列的檢測(cè)帶來(lái)了新的希望。然而，這種實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)校對(duì)的芯片的結(jié)構(gòu)以及如何制造出來(lái)都沒(méi)有得到很好的解決。本發(fā)明將正對(duì)設(shè)計(jì)出一種用于DNA序列檢測(cè)的雙層納米孔芯片結(jié)構(gòu)以及如何制造的。這種工藝簡(jiǎn)單、制造成本低的DNA堿基序列檢測(cè)的固態(tài)納米孔芯片制造方法，必將具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問(wèn)題：鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)的制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)不可行的弊端，同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)與CMOS技術(shù)相兼容，能有效降低制造工藝復(fù)雜程度問(wèn)題。技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法，所述制作方法至少包括步驟：1)提供一硅基體作為基板；2)在基體兩側(cè)表面通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積法(LowPressureChemicalVaporDeposition，LP-CVD)工藝沉積3層納米薄膜組成的結(jié)構(gòu)層，從基體向上分別為SiN/SiO2/SiN；3)使用LP-CVD工藝在所述結(jié)構(gòu)層表面沉積犧牲層；4)利用反應(yīng)離子刻蝕(Reactionionetching，RIE)刻蝕所述基體一側(cè)所述結(jié)構(gòu)層和所述犧牲層形成基體釋放窗口；5)接著使用堿性溶液刻蝕所述硅基體得到由所述結(jié)構(gòu)層和所述犧牲層組成的自支撐納米薄膜；6)再次使用刻蝕的辦法，刻蝕掉所述自支撐納米薄膜上方的犧牲層，得到懸空所述結(jié)構(gòu)層；7)接著，使用氦離子束在所述結(jié)構(gòu)層(即SiN/SiO2/SiN結(jié)構(gòu))上刻蝕出納米通孔；8)最后使用緩沖過(guò)的氫氟酸(BufferedOxideEtch，BOE)刻蝕所述結(jié)構(gòu)層中的SiO2得到由SiO2空腔分割開(kāi)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)?？蛇x地，所述步驟2)中采用LP-CVD工藝沉積3層納米薄膜組成的結(jié)構(gòu)層。從基體向上分別為SiN/SiO2/SiN，對(duì)應(yīng)的每層厚度區(qū)間分別為2～10nm，5～30nm和5～30nm?？蛇x地，所述步驟3)中采用LP-CVD工藝在所述結(jié)構(gòu)層表面沉積犧牲層。所述犧牲層是雙納米薄膜，從基體向上分別為由SiO2/SiN，或者是多晶硅/SiN，對(duì)應(yīng)的每層厚度區(qū)間分別為100～600nm，100～200nm?？蛇x地，所述步驟4)中利用RIE刻蝕所述基體一側(cè)所述結(jié)構(gòu)層和所述犧牲層形成基體釋放窗口，窗口尺寸范圍為550um×550um～750um×750um?？蛇x地，所述步驟5)中利用堿性溶液刻蝕所述硅基體得到由所述結(jié)構(gòu)層和所述犧牲層組成的自支撐納米薄膜，所使用的堿性溶液為KOH或者是TMAH?？蛇x地，所述步驟6)中刻蝕掉所述自支撐納米薄膜上方的所述犧牲層，得到懸空所述結(jié)構(gòu)層，懸空所述結(jié)構(gòu)層的直徑在2um～5um內(nèi)?？蛇x地，所述步驟7)中使用氦離子束在懸空所述結(jié)構(gòu)層上刻蝕出納米通孔。氦離子束刻蝕得到的納米孔尺寸在2nm～300nm內(nèi)?？蛇x地：所述步驟8)中使用緩沖過(guò)的氫氟酸(BufferedOxideEtch，BOE)刻蝕所述結(jié)構(gòu)層中的SiO2得到由SiO2空腔分割開(kāi)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)。氫氟酸緩沖液刻蝕納米孔中SiO2的時(shí)間在5s～20s。如上所述，本發(fā)明提供一種DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法。包括：首先提供一硅基體作為基板；在基體兩側(cè)表面通過(guò)LP-CVD工藝沉積由3層納米薄膜組成的結(jié)構(gòu)層，從基體向上分別為SiN/SiO2/SiN；接著使用LP-CVD工藝在所述結(jié)構(gòu)層表面沉積犧牲層；刻蝕基體一側(cè)所述結(jié)構(gòu)層和所述犧牲層形成基體釋放窗口；接著使用堿性溶液刻蝕所述硅基體得到由所述結(jié)構(gòu)層和所述犧牲層組成的自支撐納米薄膜?？涛g掉所述自支撐納米薄膜上方的犧牲層，得到懸空所述結(jié)構(gòu)層。接著，使用氦離子束在懸空所述結(jié)構(gòu)層上刻蝕出納米通孔。最后使用緩沖過(guò)的氫氟酸刻蝕所述結(jié)構(gòu)層中的SiO2得到由SiO2空腔分割開(kāi)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有以下有益效果：1、與CMOS技術(shù)兼容，降低制造成本。2、夠?qū)崿F(xiàn)雙層納米孔的制造。3、可以實(shí)現(xiàn)DNA分子的動(dòng)力學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)。附圖說(shuō)明圖1顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法的工藝流程圖。圖2顯示為本發(fā)明所需的硅基體示意圖。圖3～圖5顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法步驟2)中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6～圖7顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法步驟3)中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖圖8顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法步驟4)呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法步驟5)呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法步驟6)呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法步驟7)呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法步驟8)呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13顯示為本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法步驟8)呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖中雙納米孔局部放大示意圖。圖14顯示為本發(fā)明雙層納米孔高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)實(shí)物圖。元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明S1～S8步驟1硅基體2結(jié)構(gòu)層20結(jié)構(gòu)層-121結(jié)構(gòu)層-2200SiN薄膜層-1201SiO2薄膜層-1202SiN薄膜層-2210SiN薄膜層-3211SiO2薄膜層-2212SiN薄膜層-43犧牲層30犧牲層-131犧牲層-2300SiO2薄膜層-3301SiN薄膜層-5310SiO2薄膜層-4311SiN薄膜層-64釋放窗口5基體硅腐蝕槽6懸空結(jié)構(gòu)層窗口7納米通孔8SiO2空腔9雙SiN納米孔90SiN納米孔-191SiN納米孔-2具體實(shí)施方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱附圖1至圖14。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。如圖1所示，本發(fā)明提供一種DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟：S1，提供一包括硅基體；S2，通過(guò)LP-CVD工藝分別在基體兩側(cè)表面沉積3層納米薄膜組成的結(jié)構(gòu)層，由基體向上分別為SiN/SiO2/SiN；S3，LP-CVD工藝在所述結(jié)構(gòu)層表面沉積犧牲層；S4，LP-CVD工藝在所述結(jié)構(gòu)層表面沉積犧牲層；S5，刻蝕所述硅基體得到由所述結(jié)構(gòu)層和所述犧牲層組成的自支撐納米薄膜；S6，蝕掉所述自支撐納米薄膜上方的犧牲層，得到懸空所述結(jié)構(gòu)層；S7，使用氦離子束在所述結(jié)構(gòu)上刻蝕出納米通孔；S8，使用緩沖過(guò)的氫氟酸刻蝕所述結(jié)構(gòu)層中的SiO2得到由SiO2空腔分割開(kāi)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)的方法作詳細(xì)的介紹。首先執(zhí)行步驟S1，提供一包括硅基體1，如圖2所示。所述硅基體1可以是已摻雜后的單晶硅、多晶硅或者多晶硅等，在此不限。本實(shí)施例中，所述硅基體1為摻雜后的單晶硅。然后執(zhí)行步驟S2，如圖3～圖5所示。LP-CVD工藝在基體1兩側(cè)表面分別沉積2～10nm的SiN薄膜(SiN薄膜層-1，SiN薄膜層-2)，5～30nm的SiO2薄膜(SiO2薄膜層-3，SiO2薄膜層-4)和5～30nm的SiN薄膜(SiN薄膜層-3，SiN薄膜層-4)。這三層納米薄膜組成結(jié)構(gòu)層2。本實(shí)施例中，上述3層薄膜厚度分別為5nm，10nm，10nm。也可以選擇要求范圍內(nèi)的其他厚度，請(qǐng)參閱附圖3和圖5。接著執(zhí)行步驟S3，使用LP-CVD工藝在所述結(jié)構(gòu)層表面沉積犧牲層3；所述犧牲層3是雙納米薄膜，從基體向上分別為由厚度為100～600nm的SiO2(SiO2薄膜層-3，SiO2薄膜層-4)和厚度為100～200nm的SiN(SiN薄膜層-5，SiN薄膜層-6)。本實(shí)施例中，上述SiO2薄膜厚度為300nm。也可以選擇為100nm，200nm，400nm，500nm和600nm。上述SiN薄膜厚度為120nm，也可以選用在100nm～200nm內(nèi)的其他參數(shù)。請(qǐng)參閱附圖3和圖5。本實(shí)施例中，SiO2薄膜可以使用多晶硅薄膜代替。多晶硅薄膜厚度與SiO2薄膜厚度相同。接著執(zhí)行步驟S4，在述所述犧牲層3表面上涂敷光刻膠，之后通過(guò)光刻圖形化所述光刻膠形成開(kāi)口，再利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(Reactive-IonEtching，RIE)刻蝕所述開(kāi)口以下的所述犧牲層3和結(jié)構(gòu)層2形成釋放窗口4，所述釋放窗口4的尺寸范圍為550um×550um～750um×750um?？梢詾?50um×550um，600um×600um，也可以選擇為750um×750um。本實(shí)施例中，如圖8所示，所述釋放窗口4的尺寸為600um×600um。接著執(zhí)行步驟S5，將整個(gè)結(jié)構(gòu)放入堿性溶液中，利用步驟S4刻蝕形成的釋放窗口4進(jìn)行釋放，去除所述硅基體1，得到基體硅腐蝕槽5和由所述結(jié)構(gòu)層2和所述犧牲層3組成的自支撐納米薄膜。具體地，如圖9所示，在本實(shí)施例中，去除半所述硅基體1的堿性溶液為濃度為25％的TMAH溶液。也可以選擇使用KOH去除所述硅基體1。接著執(zhí)行步驟S6，在所述結(jié)構(gòu)層2和所述犧牲層3組成的自支撐納米薄膜(SiN薄膜層-1，SiO2薄膜層-1，SiN薄膜層-2，SiO2薄膜層-3，SiN薄膜層-5)上涂敷光刻膠，之后通過(guò)光刻圖形化所述光刻膠形成開(kāi)口，再利用反應(yīng)離子刻蝕工藝(Reactive-IonEtching，RIE)刻蝕所述開(kāi)口以下的犧牲層-1，30形成懸空結(jié)構(gòu)層窗口6。為了保護(hù)所述SiN薄膜層-2，在本步驟中的RIE刻蝕，刻蝕所述SiO2薄膜層-3時(shí)，剩余10nm～20nm停止采用RIE刻蝕，采用到常溫緩沖過(guò)的氫氟酸(BufferedOxideEtch，BOE)刻蝕剩余的所述SiO2薄膜層-3。這樣可以保護(hù)所述SiN薄膜層-2不被RIE刻蝕。所述懸空結(jié)構(gòu)層窗口6的直徑在2um～5um之間。本實(shí)例中，RIE刻蝕所述SiO2薄膜層-3層的剩余厚度為20nm。可選擇地為10nm或者15nm。隨后，采用到常溫BOE刻蝕剩余的所述SiO2薄膜層-3得到所述懸空結(jié)構(gòu)層窗口6，所述懸空結(jié)構(gòu)層窗口6的直徑為4um，圖10所示?？蛇x擇使用多晶硅薄膜代替所述犧牲層3中的SiO2薄膜層-3和SiO2薄膜層-4。此時(shí)，在所述結(jié)構(gòu)層2和所述犧牲層3組成的自支撐納米薄膜(SiN薄膜層-1，SiO2薄膜層-1，SiN薄膜層-2，SiO2薄膜層-3，SiN薄膜層-5)上涂敷光刻膠，之后通過(guò)光刻圖形化所述光刻膠形成開(kāi)口，再利用深反應(yīng)離子刻蝕工藝(DeepReactive-IonEtching，DRIE)刻蝕所述開(kāi)口以下的犧牲層-1，30形成懸空結(jié)構(gòu)層窗口6。在本步驟中的DRIE刻蝕，刻蝕所述多晶硅時(shí)，剩余10nm～20nm停止采用DRIE刻蝕，采用堿性溶液中刻蝕剩余的多晶硅得到所述懸空結(jié)構(gòu)層窗口6。這樣可以有效保護(hù)所述SiN薄膜層-2不被DRIE刻蝕。所述懸空結(jié)構(gòu)層窗口6的直徑在2um～5um之間。接著執(zhí)行步驟S7，使用氦離子束在所述懸空結(jié)構(gòu)層窗口6(即SiN薄膜層-1，SiO2薄膜層-1，SiN薄膜層-2)上刻蝕出納米通孔7?？涛g得到的所述納米通孔7的直徑在2nm～300nm內(nèi)。請(qǐng)參閱附圖11，本實(shí)例中的所述納米通孔7的直徑為250nm。最后執(zhí)行步驟S8，請(qǐng)參閱附圖12～13，采用緩沖過(guò)的BOE刻蝕所述所述納米通孔7的SiO2薄膜層-1得到雙層納米孔。氫氟酸緩沖液刻蝕納米孔中SiO2的時(shí)間在5s～20s。本實(shí)例中，采用BOE刻蝕SiO2薄膜層-1的時(shí)間為10s，得到所述由SiO2空腔8分割開(kāi)的雙層SiN納米孔9。最終制備出來(lái)的所述雙層納米孔9的高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)實(shí)物圖見(jiàn)圖14。綜上所述，本發(fā)明提供的一種DNA堿基序列檢測(cè)的雙層SiN納米孔結(jié)構(gòu)及其制作方法，解決了傳統(tǒng)基于固態(tài)納米孔測(cè)序的方法中沒(méi)有考慮到DNA分子在溶液中的熱運(yùn)動(dòng)的影響。本發(fā)明提出的雙層納米孔結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)DNA分子的動(dòng)力學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)DNA分子中的額堿基序列的識(shí)別。此外，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、制造成本低、與CMOS工藝的完全兼容使其有較好的擴(kuò)展性和較廣的使用范圍。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。