[发明专利]水平纳米通道阵列、微纳流控芯片及其制作方法

说明书

一种水平纳米通道阵列、微纳流控芯片及其制作方法，所述制作方法包括如下步骤：步骤1：在衬底上形成图形化的掩膜层；步骤2：以图形化的掩膜层为掩膜，对衬底进行刻蚀形成若干个扇贝状柱；步骤3：利用自限制氧化，在扇贝状柱上形成水平纳米线阵列；步骤4：对衬底的被刻蚀区域进行填充；步骤5：采用湿法腐蚀释放水平纳米线阵列，形成水平纳米通道阵列。本发明提出了一种工艺简单，与集成电路工艺相兼容且适宜批量生产的硅基水平纳米通道阵列制作方法。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种水平纳米通道阵列、微纳流控芯片及其制作方法。

背景技术

微纳流控芯片(Micro-nano fluidic chip)通过将一些功能部件集成在一块硬币大小的芯片上，形成控制流体贯穿整个系统的微纳米通道网络，从而实现常规化学或者生物实验室的部分功能。当集成在微纳流控芯片上的流道特征尺寸缩小至微米甚至纳米尺度时，流体在通过流道时会在范德瓦尔兹力、静电力、毛细管作用力等共同影响之下产生不同于宏观尺度的流体特征。这些特征对微纳流控芯片在流体操控、生物传感、蛋白质检测以及DNA测序等方面的应用有着重要影响。因此，为了探索流体在微纳流控系统中的特殊性质，需要建立合适的、具有特定纳米通道的微纳流控体系。

目前基于纳米通道的微纳流控芯片的主要结构形式有水平通道和垂直通道两种，其中水平纳流控芯片的纳米通道处于水平方向上，连接两侧微储液槽。目前这种结构形式的微纳流控通道在工艺技术上还存在一定问题。例如，用于制作水平结构的微纳流道芯片的制作方式复杂且工艺与集成电路工艺不兼容，电子束光刻技术光刻效率低，不能批量生产等。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种水平纳米通道阵列、微纳流控芯片及其制作方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题的至少之一。

为实现上述目的，本发明的方案为：

作为本发明的一个方面，提供一种水平纳米通道阵列的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：在衬底上形成图形化的掩膜层；

步骤2：以图形化的掩膜层为掩膜，对衬底进行刻蚀形成若干个扇贝状柱；

步骤3：利用自限制氧化，在扇贝状柱上形成水平纳米线阵列；

步骤4：对衬底的被刻蚀区域进行填充；

步骤5：采用湿法腐蚀释放水平纳米线阵列，形成水平纳米通道阵列。

作为本发明的另一个方面，还提供一种采用如上述的水平纳米通道阵列的制作方法制备得到的水平纳米通道阵列。

作为本发明的再一个方面，还提供一种微纳流控芯片，包括如上述的水平纳米通道阵列。

基于上述技术方案，本发明相较于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

本发明采用常规硅基材料作为衬底，通过刻蚀形成扇贝状柱，利用自限制氧化形成水平纳米线阵列，再采用湿法腐蚀释放形成水平纳米通道阵列；综上，本发明提出了一种工艺简单，与集成电路工艺相兼容且适宜批量生产的硅基水平纳米通道阵列制作方法；

(1)本发明采用各向异性刻蚀-氧化-各向同性刻蚀或者博世工艺的循环刻蚀方法形成一个或者多个扇贝状柱，再通过自限制氧化方式控制极小尺寸及精度，形成水平纳米线阵列，并不完全依赖光刻技术；

(2)本发明的图形化的掩膜层可以采用薄膜生长与电子束图形化形成或者采用侧墙转移方式，通过侧墙转移方式有利于实现小尺寸图形化的掩膜层；

(3)本发明采用氧化硅层与氮化硅层双层结构作为掩膜，有利于保证刻蚀、自限制氧化后纳米线的圆形形貌。

附图说明

图1是本发明实施例1-3的水平纳米通道阵列的制作流程示意图；