(57)【要約】  本開示の態様は、基板上の生物学的な検知デバイスのアレイを大量生産する方法であって、生物学的な検知デバイスのそれぞれが、１以上の固体ナノポアが貫通している垂直又は水平薄膜を有する、方法、及び各ナノポアの単純な流体的なアドレスのための方法に関する。一態様では、自立薄膜を通して正極から負極に電圧を印加することによってナノポアを形成するための方法が開示される。他の態様では、ウエハ上に複数のナノポアを形成するための方法が開示される。別の一態様では、基板の片側からアドレス可能なナノポアの両側に溶液槽を有するデバイスを提供する、ナノポアデバイスを形成するための片側処理方法が開示される。更に別の一態様では、複数のナノポアデバイスを流体的にアドレスするための方法が開示される。【選択図】図６Ａ
2020534533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物学的なシークエンシングデバイスを形成するための方法であって、
基板上に複数のナノポアデバイスを形成することであって、各ナノポアデバイスが第１の溶液槽及び第２の溶液槽を有する、複数のナノポアデバイスを形成すること、
複数の第１のチャネルを通じて前記第１の溶液槽の１以上に流体連通している第１の溶液容器を形成すること、並びに
複数の第２のチャネルを通じて前記第２の溶液槽の１以上に流体連通している第２の溶液容器を形成することを含む、方法。
【請求項２】
サンプルを含む流体で前記第１の溶液容器を満たすこと、及び、前記複数の第１のチャネルのうちの少なくとも１つを通して、前記複数のナノポアデバイスのうちの少なくとも１つに、前記サンプルを含む流体を流すことによって、前記複数のナノポアデバイスのうちの前記少なくとも１つの一部分を満たすことを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のナノポアデバイスのそれぞれの前記第１の溶液槽及び前記第２の溶液槽が、前記基板の同じ側にある、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
サンプルを含まない流体で前記第２の溶液容器を満たすこと、及び、前記複数の第２のチャネルのうちの少なくとも１つを通して、前記複数のナノポアデバイスのうちの前記少なくとも１つに、前記サンプルを含まない流体を流すことによって、前記複数のナノポアデバイスのうちの前記少なくとも１つの一部分を満たすことを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のナノポアデバイスのそれぞれが、個別に満たされる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のナノポアデバイスの２つ以上が、全体として満たされる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のナノポアデバイスのそれぞれが、個別に電気的にアドレス可能である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ナノポアデバイスを形成するための方法であって、
基板上の第１の非選択的エッチング可能材料上に第１の選択的エッチング可能材料を堆積させること、
前記第１の選択的エッチング可能材料上に誘電材料を堆積させること、
前記誘電材料上に第２の選択的エッチング可能材料を堆積させること、
前記第２の選択的エッチング可能材料上に第２の非選択的エッチング可能材料を堆積させること、及び
前記第１の選択的エッチング可能材料と前記第２の選択的エッチング可能材料を選択的にエッチングして、前記基板の片側且つ前記誘電材料の両側に第１の溶液槽と第２の溶液槽を形成することを含む、方法。
【請求項９】
前記第１の選択的エッチング可能材料と前記第２の選択的エッチング可能材料を選択的にエッチングすることが、前記第１の非選択的エッチング可能材料及び前記第２の非選択的エッチング可能材料に重なる前記第１の選択的エッチング可能材料及び前記第２の選択的エッチング可能材料をエッチングするように選択されたエッチャントに、前記基板を曝露することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の溶液槽及び前記第２の溶液槽を、導電性溶液で満たすことを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の溶液槽に隣接した導電性材料の第１の部分から前記第２の溶液槽に隣接した導電性材料の第２の部分に電圧を印加して、前記誘電材料を通してナノポアを形成することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノポアが、垂直薄膜である前記誘電材料を通して形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
生物学的なシークエンシング用途向けのデバイスであって、
複数のナノポアデバイス、
第１の溶液容器、及び
第２の溶液容器を備え、
前記第１の溶液容器が、一連の第１のチャネルを通じて前記複数のナノポアデバイスのそれぞれに流体結合され、前記第２の溶液容器が、一連の第２のチャネルを通じて前記複数のナノポアデバイスのそれぞれに流体結合されている、デバイス。
【請求項１４】
前記複数のナノポアデバイスのそれぞれが、第１の溶液槽及び第２の溶液槽を備え、前記ナノポアデバイスのそれぞれの前記第１の溶液槽が、前記一連の第１のチャネルを通じて前記第１の溶液容器に流体連通し、前記ナノポアデバイスのそれぞれの前記第２の溶液槽が、前記一連の第２のチャネルを通じて前記第２の溶液容器に流体連通している、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記複数のナノポアデバイスのそれぞれが、個別に流体的にアドレス可能であり、且つ個別に電気的にアドレス可能である、請求項１３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本開示の態様は、基板上の生物学的な検知デバイスのアレイを大量生産する方法であって、生物学的な検知デバイスのそれぞれが、１以上の固体ナノポア（nanopore）が貫通している垂直又は水平薄膜を有する、方法、及び各ナノポアの単純な流体的なアドレス（address：直接にアクセスすること）のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] ナノポアは、デオキシリボ核酸（DNA）及びリボ核酸（RNA）のシークエンシング（sequencing）すなわち塩基配列決定などの用途向けに広く使用されている。一実施例では、ナノポア（ナノ細孔）のシークエンシングが、電気検出法を使用して実行される。電気検出法は、概して、導電性流体内に浸漬されたナノポアを通して未知のサンプルを搬送すること、及びナノポアの両側にわたり電位を印加することを含む。ナノポアを通るイオンの伝導からもたらされる電流が測定される。ナノポア表面にわたる電流密度の大きさは、ナノポアの寸法、及びその時にナノポアを占めているDNAやRNAなどのサンプルの組成に依存する。種々のヌクレオチドが、ナノポア表面にわたる電流密度の特徴的な変化を引き起こす。これらの電流の変化が測定されて、DNA又はRNAサンプルをシークエンシングするために使用される。
【０００３】
[0003] 様々な方法が、生物学的なシークエンシング向けに使用されてきた。合成によるシークエンシングすなわち第二世代のシークエンシングを使用して、DNAの１本鎖に結合している塩基を同定する。概してDNA鎖全体を単一のポアに通すことを含む、第三世代のシークエンシングは、DNAを直接読み取るために使用される。あるシークエンシング方法は、DNA又はRNAサンプルが、切断されてその後に再構築されることを必要とする。更に、あるシークエンシング方法は、生体膜と生体ポアを使用する。それらは、保存期限があり、使用する前に低温に保たれなければならない。
【０００４】
[0004] 最近では、窒化ケイ素や酸化ケイ素などの自立薄膜上に形成されたナノメートルサイズのポアである固体ナノポアが、シークエンシング向けに使用されてきた。しかし、トンネル電子顕微鏡、集束イオンビーム、又は電子ビームなどを使用する、現在の固体ナノポアの製作方法は、ナノポアのアレイを製造するために必要なサイズと位置の制御要件を簡単かつ安価に実現することができない。更に、現在のナノポア製作方法は時間がかかる。更に、現在の自立薄膜の製作方法は、手作業であり時間と費用がかかり、DNA又はRNAシークエンシング向けに最適な薄さで、垂直薄膜などの自立薄膜を繰り返し形成するために、効率よく使用することができない。
【０００５】
[0005] したがって、１以上の固体ナノポアが貫通する垂直又は水平薄膜を大規模に製造する方法、及びナノポアの流体的なアドレスのための方法が、当該技術分野で必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
[0006] 本開示の態様は、基板上の生物学的な検知デバイスのアレイを大量生産する方法であって、生物学的な検知デバイスのそれぞれが、１以上の固体ナノポアが貫通している垂直又は水平薄膜を有する、方法、及び各ナノポアの単純な流体的なアドレスのための方法に関する。一態様では、自立薄膜を通して正極から負極に電圧を印加することによってナノポアを形成するための方法が開示される。他の態様では、ウエハ上に複数のナノポアを形成するための方法が開示される。別の一態様では、基板の片側からアドレス可能なナノポアの両側に溶液槽を有するデバイスを提供する、ナノポアデバイスを形成するための片側処理方法が開示される。更に別の一態様では、複数のナノポアデバイスを流体的にアドレスするための方法が開示される。
【０００７】
[0007] 一態様では、生物学的なシークエンシングデバイスを形成するための方法が開示される。該方法は、基板上に複数のナノポアデバイスを形成することであって、各ナノポアデバイスが第１の溶液槽及び第２の溶液槽を有する、複数のナノポアデバイスを形成することと、複数の第１のチャネルを通じて第１の溶液槽のそれぞれに流体連通している第１の溶液容器を形成することと、複数の第２のチャネルを通じて第２の溶液槽のそれぞれに流体連通している第２の溶液容器を形成することとを含む。
【０００８】
[0008] 別の一態様では、ナノポアデバイスを形成するための方法が開示される。該方法は、基板上の第１の非選択的エッチング可能材料上に第１の選択的エッチング可能材料を堆積させること、第１の選択的エッチング可能材料上に誘電材料を堆積させること、誘電材料上に第２の選択的エッチング可能材料を堆積させること、第２の選択的エッチング可能材料上に第２の非選択的エッチング可能材料を堆積させること、及び、第１の選択的エッチング可能材料と第２の選択的エッチング可能材料を選択的にエッチングして、基板の片側且つ誘電材料の両側に第１の溶液槽と第２の溶液槽を形成することを含む。
【０００９】
[0009] 更に別の一態様では、生物学的なシークエンシング用途向けのデバイスが開示される。該デバイスは、複数のナノポアデバイス、第１の溶液容器、及び第２の溶液容器を含む。第１の溶液容器は、一連の第１のチャネルを通じて複数のナノポアデバイスのそれぞれに流体結合され、第２の溶液容器は、一連の第２のチャネルを通じて複数のナノポアデバイスのそれぞれに流体結合されている。
【００１０】
[0010] 上述の本開示の特徴を詳細に理解し得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、付随する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、本開示は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】
【００１１】
【図１Ａ】[0011] 図１A〜図１Dは、本明細書で開示される方法の様々な段階における基板の断面図を描いている。
【図１Ｂ】図１A〜図１Dは、本明細書で開示される方法の様々な段階における基板の断面図を描いている。
【図１Ｃ】図１A〜図１Dは、本明細書で開示される方法の様々な段階における基板の断面図を描いている。
【図１Ｄ】図１A〜図１Dは、本明細書で開示される方法の様々な段階における基板の断面図を描いている。
【図２】[0012] その上に複数のナノポアデバイスを有するウエハの上面図である。
【図３】[0013] DNAシークエンシングプロセス中の、その上に２つのナノポアデバイスを有する、図２のウエハの一部分の断面図である。
【図４Ａ】[0014] 図４A〜図４Cは、図２のウエハの一部分の様々な構成の上面図を描いている。
【図４Ｂ】図４A〜図４Cは、図２のウエハの一部分の様々な構成の上面図を描いている。
【図４Ｃ】図４A〜図４Cは、図２のウエハの一部分の様々な構成の上面図を描いている。
【図５Ａ】[0015] 図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｂ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｃ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｄ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｅ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｆ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｇ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｈ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｉ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｊ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｋ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｌ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図５Ｍ】図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板の断面図を描いている。
【図６Ａ】[0016] 複数のチャネルによって第１の溶液容器と第２の溶液容器に連結された複数の基板の上面図である。
【図６Ｂ】[0017] 第１の溶液容器と第２の溶液容器に連結された基板のうちの１つの断面図である。
【図７】[0018] 生物学的なシークエンシング用途向けの基板の三次元ビュー（view）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0019] 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、更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。
【００１３】
[0020] 本開示の態様は、基板上の生物学的な検知デバイスのアレイを大量生産する方法であって、生物学的な検知デバイスのそれぞれが、１以上の固体ナノポアが貫通している垂直又は水平薄膜を有する、方法、及び各ナノポアの単純な流体的なアドレスのための方法に関する。一態様では、自立薄膜を通して正極から負極に電圧を印加することによってナノポアを形成するための方法が開示される。他の態様では、ウエハ上に複数のナノポアを形成するための方法が開示される。別の一態様では、基板の片側からアドレス可能なナノポアの両側に溶液槽を有するデバイスを提供する、ナノポアデバイスを形成するための片側処理方法が開示される。更に別の一態様では、複数のナノポアデバイスを流体的にアドレスするための方法が開示される。
【００１４】
[0021] 本明細書で説明される方法は、一実施例として、半導体基板上の固体ナノポアの形成に言及する。説明される方法は、半導体及び生物学的材料を含む、様々な材料上に他のポアのような構造を形成するために有用であることも考慮されている。本明細書で説明される方法は、一実施例としてトレンチの形成にも言及するが、他のエッチングされる特徴及びそれらの任意の組み合わせも考慮されている。例示的な目的で、酸化ケイ素誘電体層を有するシリコン基板が説明されるが、任意の適切な基板材料及び誘電材料も考慮されている。更に、本明細書で説明される方法は、基板の表側及び裏側に言及する。表側及び裏側は、概して、基板の両側を指し、必ずしも上向き又は下向きの配向を必要とするわけではない。
【００１５】
[0022] 図１A〜図１Dは、本明細書で開示される方法の様々な段階における、１以上のナノポアが形成される基板１００の断面図を描いている。
【００１６】
[0023] 基板１００は、概してシリコン層１０２を含む。基板１００上に、自立薄膜１０４が堆積される。図１A〜図１Dは、例示目的で垂直な自立薄膜を示している。しかし、本明細書では、水平な自立薄膜も考慮されている。自立薄膜１０４は、概して、任意の適切な方法によって堆積又は形成される。その実施例が、以下で開示される。
【００１７】
[0024] 一態様では、該方法が、自立薄膜１０４の何れかの側（すなわち、両側）に、正極１０６ａと負極１０６ｂを堆積させることによって開始する。図１Ａで示されているように、正極１０６ａと負極１０６ｂは、自立薄膜１０４から距離を空けて堆積される。導電性流体１０８が、電極１０６ａ、１０６ｂのそれぞれと自立薄膜１０４との間の空間内に配置される。図１Ｂで示されているように、正極１０６ａと負極１０６ｂは、自立薄膜１０４に隣接して堆積される。図１Ｃ及び図１Ｄによって示されているように、正極１０６ａから負極１０６ｂに電圧が印加されて、自立薄膜１０４を絶縁破壊（breakdown）し、そこを通ってナノポア１１０が形成される。図１Ｄは、ナノポア１１０が貫通している基板１００の上面（見下ろし）図である。一旦、基板１００上の自立薄膜１０４を通してナノポア１１０が形成されると、基板１００は、生物学的なシークエンシングなどのシークエンシングの用途向けの、例えばDNA又はRNAのシークエンシング向けの、デバイスとして使用されてよい。例えば、ナノポア１１０内のDNA又はRNAサンプルのサイズを特定するために、一般的に、継続的又は間欠的な電流検知が実行されてよい。
【００１８】
[0025] 図１Ｃで示されているように、正極１０６ａと負極１０６ｂは、オプションで選択的に除去される。一態様では、導電性流体１０８が、インクジェット印刷によって配置される。一態様では、電圧が継続的に印加される。別の一態様では、電圧がパルス化される。概して、電圧は、自立薄膜１０４の材料の絶縁破壊電圧以上の任意の電圧である。概して、ナノポア１１０のサイズ又は直径は、電圧が材料の絶縁破壊電圧を超えて増加するに従って、電圧が印加される時間が増加するに従って増加する。
【００１９】
[0026] ナノポア１１０のサイズ及び位置は、十分に制御されている。概して、ナノポア１１０の十分に制御されたサイズは、特定のサイズのサンプルをシークエンシングするのに適した直径である。一態様では、ナノポア１１０のサイズが、約１００ナノメートル（nm）以下である。一態様では、ナノポア１１０のサイズが、約０．５nmと約５nmの間、例えば、約１nmと約３nmの間、２nmなどである。別の一態様では、ナノポア１１０のサイズが、約１．５nmと約１．８nmの間、約１．６nmなどであり、略一本鎖DNAのサイズである。別の一態様では、ナノポア１１０のサイズが、約２nmと約３nmの間、約２．８nmなどであり、略二本鎖DNAのサイズである。概して、ナノポア１１０の十分に制御された位置は、１以上のナノポアの形状に適した基板上の任意の位置である。
【００２０】
[0027] 図２は、その上に複数のナノポアデバイス２２０を有するウエハ２００の上面図である。各ナノポアデバイス２２０は、少なくとも１つのナノポア１１０を有する。一態様では、各ナノポアデバイス２２０が、単一のナノポア１１０を有する。別の一態様では、各ナノポアデバイス２２０が、複数のナノポア１１０を有する。一態様では、ナノポアデバイス２２０が、上述の基板１００であり、その製造方法は、ナノポア製作に大量生産をもたらすために、ウエハ２００の全体にわたり拡大されている。別の一態様では、ナノポアデバイス２２０が、任意の適切なナノポア製造方法に従って形成された、生物学的なシークエンシングを行うことができる同様なデバイスである。概して、ウエハ２００は、ウエハ製作装備を使用して形成され、数百から数千、数百万の密集したナノポアデバイス２２０を含んでよい。ナノポアデバイス２２０は、個々にダイシングされて販売されてよく、グループでダイシングして次いでDNAシークエンシングデバイスの中に挿入できるような配置でウエハ２００上にグループ化されてよく、又は全体のウエハ２００がDNAシークエンシングデバイスであるウエハ２００上に残されてよい。ウエハ２００上のナノポアデバイス２２０のアレイは、シークエンシングを並列化してシークエンシング時間を高速化するために使用されてよく、又は単一のウエハ２００上で複数の試験（他の生物学的な試験を含む）を実行するために使用されてよい。
【００２１】
[0028] ナノポアデバイス２２０が、ウエハ２００上に堆積し又は形成された後で、サンプルを含む溶液が、概してナノポア１１０の一方の側に配置され、サンプルを含まない溶液が、ナノポア１１０の他方の側に配置される。DNAシークエンシングの実施例では、DNAを含む溶液が、ナノポア１１０の一方の側に配置され、DNAを含まない溶液が、ナノポア１１０の他方の側に配置される。一態様では、配置された溶液が、各ナノポア１１０向けに個別に追加される。別の一態様では、DNAを含む共通の溶液が、負極（アノード）側の全てに追加され、DNAを含まない溶液の共通のプールが、正極（カソード）側の全てに追加され、又はその逆である。一態様では、DNA溶液向けの入れ物（receptacle）が、ウエハ２００の中に製作される。別の一態様では、DNA溶液向けの入れ物が、DNA合成プレートなどの異なるインターフェースから製作される。
【００２２】
[0029] 図３は、DNAシークエンシングプロセス中の、その上に２つのナノポアデバイス２２０を有する、ウエハ２００の一部分３００の断面図である。図３で示されているように、２つのナノポアデバイス２２０は、それぞれ、カソード３２２ａ、３２２ｂを有し、共通のアノード３２４を共有する。DNAを含む溶液は、概して導電性液体内のDNAであり、カソード容器３２６ａ、３２６ｂに追加される。シークエンシング中に、電圧がナノポアの両側にわたり印加され、DNAが、カソード容器３２６ａ、３２６ｂから、ナノポア１１０を通ってアノード容器３２８に流れる。DNAがナノポア１１０を通って流れるときに、ナノポア１１０を通る電流が測定される。それによって、DNAサンプルがシークエンシングされてよい。複数のナノポアデバイス２２０が接続されているので、DNAシークエンシングプロセスは、概して並列化される。
【００２３】
[0030] 図４A〜図４Cは、ウエハ２００の一部分４００の様々な構成の上面図を描いている。図４Ａで示されているように、ナノポアデバイス２２０は、共通のアノード容器又は正電圧を共有する。図４Ｂで示されているように、ナノポアデバイス２２０のそれぞれは、それ自体のカソード容器及びそれ自体のアノード容器を有する。図４Ｃで示されているように、ナノポアデバイス２２０の最初の２つは、アノード容器を共有し、ナノポアデバイス２２０の次の２つは、別のアノード容器を共有し、ナノポアデバイス２２０のそれぞれは、それ自体のカソード容器を有する。図４Ａの実施例は、概して、検証されている単一のDNAシークエンシング向けに有用である。図４Ｂの実施例は、概して、シークエンシングされたDNAの個々のプールを選択するのに有用である。図４Ｃの実施例は、概して、同様なDNAの大きなプールから高品質のシークエンシングされたDNAを選択するのに有用である。
【００２４】
[0031] 図４Ａ〜図４Ｃで示されているものなどの幾つかの態様では、各ナノポアが、個別に電気的にアドレス可能（electrically addressable）である。電気的にアドレス可能とするために、ナノポアは、ナノポアの一方の側に、カソード又はアノード容器などの、それ自体の容器を少なくとも必要とする。この個別の電気的なアドレス可能性は、信号の混合を防止することのみならず、ナノポアを通るシークエンシングの速度を調整するのに有用である。
【００２５】
[0032] 図５A〜図５Mは、本明細書で開示される方法の様々な段階における生物学的なシークエンシング用途向けの基板５００の断面図を描いている。上述されたように、生物学的なシークエンシングのプロセス中に、サンプルを含む流体及びサンプルを含まない流体が、それぞれ、ナノポアの何れかの片側に配置される。図５Ａ〜図５Ｍは、片側製作プロセスの様々な段階にある生物学的なシークエンシング用途向けの基板５００を示している。該プロセスは、基板の上側からサンプルを含む流体及び／又はサンプルを含まない流体の両方を追加する。
【００２６】
[0033] 図５Ａで示されているように、基板５００の第１のシリコン層５０２上に酸化物層５０４が堆積されるか又は成長する。次いで、図５Ｂで示されているように、酸化物層５０２上に第１の窒化物層５０６が堆積される。次いで、エッチングプロセスが使用されて、窒化物層５０６の一部分をエッチングする。該エッチングプロセスは、概して、任意の適切なエッチングプロセスである。次いで、図５Ｃで示されているように、第１の窒化物層５０６の予めエッチングされた部分を満たすために、第２のシリコン層５０８が堆積される。次に、図５Ｄで示されているように、誘電体層５１０が、第２のシリコン層５０８の少なくとも一部分上に堆積され、パターニングされる。誘電体層は、概して、酸化物及び窒化物を含む任意の適切な誘電材料であるが、それらに限定されるものではない。一態様では、金属酸化物などの誘電体層５１０が、約１ナノメートル（nm）と約１０nmの間、例えば５nmの厚さまで堆積された原子層である。第２の窒化物層５１２が、残っている第１の窒化物層５０６、第２のシリコン層５０８、及び誘電体層５１０の上に堆積される。次いで、エッチングプロセスが使用されて、第２の窒化物層５１２の部分をエッチングする。図５Ｆで示されている実施例では、第２のシリコン層５０８の一部分の上の第２の窒化物層５１２の一部分のみならず、誘電体層５１０の上の第２の窒化物層５１２の一部分がエッチングされる。次いで、図５Ｇで示されているように、第２の窒化物層５１２の予めエッチングされた部分の上に、第３のシリコン層５１４が堆積される。次に、図５Ｈで示されているように、基板５００の第２の窒化物層５１２及び第３のシリコン層５１４の上に第３の窒化物層５１６が堆積される。次いで、図５Ｉで示されているように、第３の窒化物層５１６の部分が、エッチングされて、導電性材料５１８で満たされる。次いで、第３の窒化物層５１６の部分が、エッチングされて、第２のシリコン層５０８及び第３のシリコン層５１４を露出させる。
【００２７】
[0034] 次いで、図５Ｋで示されているように、第２のシリコン層５０８及び第３のシリコン層５１４が選択的にエッチングされる。例えば、ラジカルベースの化学反応を使用して、原子レベルの精度で、第２のシリコン層５０８及び第３のシリコン層５１４を除去するための調整可能な選択性を実現する。選択されたエッチャント及びラジカルは、第２のシリコン層５０８及び第３のシリコン層５１４を選択的にエッチングする。選択的なエッチングを実行するためのチャンバの一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から購入可能なProducer（登録商標）Selectra（商標）Etch chamberである。図５Ｌで示されているように、第２のシリコン層５０８及び第３のシリコン層５１４の選択的なエッチングは、第１の溶液槽５２０及び第２の溶液槽５２２を提供する。第１の溶液槽５２０及び第２の溶液槽５２２は、誘電体層５１０の何れかの片側（すなわち、両側）に配置されるが、上から満たされることが可能である。例えば、第１の溶液槽５２０及び第２の溶液槽５２２は、概して、緩衝流体で満たされる。次いで、第１の導電性材料部分５１８ａから第２の導電性材料部分５１８ｂに電圧が印加され、それは、誘電体層５１０の一部分の絶縁破壊を提供して、ナノポア１１０を形成する。２つの溶液槽５２０、５２２を溶液で満たす場合、入って来る液体に閉じ込められたナノポア１１０の近くから空気の泡が生じ得る。図７で示されているように、ナノポア１１０の両側の液体チャネルは、入口と出口を有し、それによって、１以上の泡はナノポア１１０の近くで閉じ込められない。
【００２８】
[0035] 上述された片側プロセスは、第１の溶液槽５２０と第２の溶液槽５２２が、互いから分離されることを可能にするが、基板５００の上側などの同じ側から満たすこともできる。
【００２９】
[0036] 図５Ａ〜図５Ｍの実施例では、様々なシリコン、誘電体、窒化物、及び導電性層が説明された。本明細書で開示される方法は、概して、より一般的には、様々な非選択的エッチング可能層及び選択的エッチング可能層をスタック内に堆積させること、及び、基板の同じ側に第１の溶液槽及び第２の溶液槽を形成するために、選択的エッチング可能層を選択的にエッチングすることに適用される。第１の溶液槽と第２の溶液槽は、自立薄膜によって分離されており、その自立薄膜は、そこを通るナノポアを有してよい。更なる実施形態では、湿式エッチングプロセスが使用されて、基板の同じ側に第１の溶液槽と第２の溶液槽を形成する。
【００３０】
[0037] 図６Ａは、複数のチャネル６３４ａ、６３４ｂによって第１の溶液容器６３０と第２の溶液容器６３２に連結された複数の基板５００の上面図である。図６Ｂは、第１の溶液容器６３０と第２の溶液容器６３２に連結された基板５００のうちの１つの断面図である。
【００３１】
[0038] 一態様では、第１の溶液容器６３０が、概して、DNAを含む導電性流体容器などのサンプルを含む導電性流体向けの容器であり、第２の溶液容器６３２が、概して、サンプルを含まない導電性流体向けの容器であり、又はその逆である。別の一態様では、第１の溶液容器６３０と第２の溶液容器６３２の両方が、サンプルを含まない流体を含む。図６Ａで示されているように、複数の基板５００（３つが示されている）は、共通の第１の溶液容器６３０と共通の第２の溶液容器６３２から、それぞれ、チャネル６３４ａとチャネル６３４ｂを通じて、流体的にアドレスすることができる。一態様では、チャネル６３４ａとチャネル６３４ｂが、内的なチャネルである。したがって、複数の溶液槽は、導電性流体を、溶液槽から距離を空けられたより大きな容器の中に落とすことによって満たすことができる。一態様では、上述された片側処理方法のおかげで、溶液槽と容器が、上側から満たされる。次いで、導電性流体は、毛管効果によってチャネルを満たし、したがって、基板５００の溶液槽の中へのその路をつくる。
【００３２】
[0039] 図６Ａ〜図６Ｂは、本明細書で説明された方法に従って形成された基板５００を示しているが、１以上の容器から複数のナノポアデバイスを流体的にアドレスする方法が、任意の適切な製造プロセスによって形成されたナノポアデバイスに適用可能である。
【００３３】
[0040] 本開示の利点は、基板の片側又は両側から概して流体的にアドレス可能な、十分に制御された大量のナノポア及びナノポアアレイを迅速に形成する能力を含む。開示される方法は、概して、薄膜を通るサイズが十分制御されたナノポアを提供する。十分に制御されたサイズのナノポアを製造する方法は、改善された信号対ノイズ比を提供する。というのも、ナノポアのサイズが、ナノポアを通って伝達される一本鎖のDNAなどのサンプルのサイズと同様だからである。それは、ナノポアを通過する電流の変化を高める。
【００３４】
[0041] 本明細書で説明される方法は、DNAシークエンシングなどの生物学的な用途向けの垂直又は水平自立薄膜も提供する。それらの膜は、薄く、例えば１０nm以下であり、絶縁性であり、生理食塩水（KCI）に対して化学的に耐性があり、エッチングプロセスの化学反応に対する高い選択性があり、物理的及び電気的なピンホールがなく、低い応力、並びに濡れ性を有する。自立薄膜が薄いほど、電界は縁部の周りに集中することになる。したがって、本明細書で説明される方法に従って製作された自立薄膜の厚さは、DNA塩基同定などの生物学的な用途向けの使用中に、高い信号対ノイズ比を可能にする。
【００３５】
[0042] また更に、本明細書で説明された方法及び装置は、種々のナノポアを種々のやり方で流体的にアドレスすることを可能にする。例えば、本明細書で説明された方法は、個別に又は組み合わせて、サンプルを含む共通の源とサンプルを含まない共通の源からの１以上のナノポアの単純な流体的なアドレスを提供する。更に、ナノポアデバイスの形成されたアレイは、製造現場から離れた場所で満たすために搬送することができる。
【００３６】
[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更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１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図５Ｌ】
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【図５Ｍ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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