叶佳佳

摘  要：在传统的生物过孔实验中通常使用MEMS（微机电系统）设计制造的单层纳米孔芯片。而随着对生物结构探索的进一步加深，需要多层纳米孔结构才能满足实验需求。该文针对纳米孔测序设计了多层纳米孔芯片制造的MEMS实验过程，包括芯片版图设计、薄膜沉积、窗口及基体释放、纳米孔制造等多种工艺，最终得到实验所需的多层纳米孔芯片。

关键词：多层芯片  MEMS  纳米孔  生物测序实验

中图分类号：TN305.7                      文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（b）-0005-07

Experiment Design of Nanopore Chip Manufacturing Based on MEMS

YE Jiajia

（School of Physical Science and Technology， Soochow University， Suzhou， Jiangsu Province，215000 China）

Abstract：Single nanopore chips designed and manufactured by MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems） are used for traditional biological nanopore experiments. With development of exploring for biological structures， multilayer nanopore structure is required for experiment. Multilayer nanopore structure is designed for nanopore sequencing by MEMS， include chip layout design， film deposition， window and substrate release， nanopore manufacturing， finally we get the nanopore chip for sequencing experiment.

Key Words：Multilayer chip;MEMS;Nanopore;Biological sequencing experiment

MEMS是微機电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的简称，利用集成电路制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、控制处理电路甚至接口、通信和电源等制造在一块或多块芯片上。在设计好多层纳米孔薄膜结构的基础上，需要使用MEMS工艺来实现芯片的最终诞生。相较于传统机械，MEMS涉及的领域更小，生产的产品也更小，最大不超过厘米级，甚至是微米级的尺寸，在厚度方向则更加细小。从上述内容可以看出，MEMS可以革命性地影响几乎所有类别的产品。它用微加工技术将各种产品整合到基于硅的微电子芯片上，做到systems-on-a-chip。

1  芯片设计

芯片应用以纳米孔测序实验[1]需求为例，由于DNA过单纳米孔存在诸多形态、运动往复等不确定性，因此需要设计双纳米孔来进行进一步的信号验证检测[2]。基于此，设计了双纳米孔结构薄膜芯片，这是一个氮化硅（Si3N4）—氧化硅（SiO2）—氮化硅（Si3N4）三层结构，在此三层结构上加工出约5～10 nm的纳米孔后，利用HF溶液腐蚀掉中间氧化硅的一部分。同时，为了减小噪声，在结构层上再设计沉积一层较厚的SiO2薄膜。……