專利名稱：用于dna原位合成的可編程uv-led陣列芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于DNA高密度原位合成的紫外光源，尤其涉及一種利用
m族氮化物半導(dǎo)體材料作為晶圓片的微陣列發(fā)光結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
最近幾年，DNA的原位合成技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，這種技術(shù)具有合 成速度快、相對成本低、便于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點，適合于制造寡核苷酸和寡 肽微點陣芯片。在合成時，用紫外光透過光掩膜板將玻片表面需要反應(yīng)部分 的光脫保護(hù)基團(tuán)脫去，然后反應(yīng)連接上所需堿基單體。同樣在需要連接另一 種堿基單體的地方用紫外光脫去保護(hù)基團(tuán)，反應(yīng)上相應(yīng)的單體。這樣通過4 個循環(huán)就可以在玻片表面的相應(yīng)位置合成上所需的單層堿基。根據(jù)設(shè)計的 DNA長度，重復(fù)上述循環(huán)就可以制備出相應(yīng)的DNA芯片來。在此基礎(chǔ)上， 有人將光引導(dǎo)合成技術(shù)與半導(dǎo)體工業(yè)所用的光敏抗蝕技術(shù)相結(jié)合，以酸作為 去保護(hù)劑，將每步合成產(chǎn)率提高到99%，但制造工藝復(fù)雜程度增加了許多。
然而，這種方法的缺點還在于每個循環(huán)都需要不同的掩膜板，對于25 個堿基的芯片來說就需要大約100塊掩膜板，工藝的繁瑣程度及成本都非常 高。而且還需要在超凈間中操作。
可喜的是在光電子領(lǐng)域，近來使用半導(dǎo)體發(fā)光元件如LED的發(fā)光裝 置已廣泛的用作光源，因為它們具有比燈泡更小的體積、更優(yōu)異的功率效率 或更長的壽命。特別是以III族氮化物半導(dǎo)體為晶圓片的發(fā)光二極管(LEDs)在設(shè)計、加工等技術(shù)上得到了長足的進(jìn)步，尤其是出現(xiàn)了 LED的微陣列結(jié) 構(gòu)，通過微加工技術(shù)可以在InGaN晶圓片上制作出NXN的LED矩陣單 元。這種LED微陣列結(jié)構(gòu)具有輸出功率大、發(fā)光均勻等特點，在微點陣成 像、顯示、無掩模版圖形轉(zhuǎn)移等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
基于半導(dǎo)體發(fā)光元件技術(shù)的日漸成熟，針對上述現(xiàn)有用于DNA原位合 成的紫外光源所存在的缺陷，本發(fā)明的目的旨在提供一種基于III族氮化物 半導(dǎo)體的紫外LED陣列芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法，通過計算機的編程操作實 現(xiàn)對UV-LED陣列芯片有選擇地控制指定區(qū)域的光源發(fā)光，進(jìn)而簡化DNA 高密度原位合成的制造工藝。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出的解決方案為
用于DNA原位合成的可編程UV-LED陣列芯片，其特征在于所述 DNA原位合成的生物制備中用于脫去保護(hù)基團(tuán)的紫外光源采用的是可編程 UV-LED陣列芯片，所述陣列芯片以晶圓片作為基底，包括復(fù)數(shù)個獨立的 P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、絕緣層以及多層金屬電極，任意一個P型半導(dǎo)體 與N型半導(dǎo)體構(gòu)成一 LED單元，各LED單元之間通過多層金屬連接，并由 計算機選擇性地驅(qū)動UV-LED點亮。
進(jìn)一步地，所述基底晶圓片為一種基于藍(lán)寶石襯底的III族氮化物半導(dǎo) 體；所述P型半導(dǎo)體是位于長條形N型半導(dǎo)體臺階上的獨立島狀臺階；所述 絕緣層選擇為二氧化硅薄膜；所述多層金屬為鈦鋁鈦金。
本發(fā)明進(jìn)一步提出了該陣列芯片的制造方法，其步驟為
(1)、在晶圓片基底上采用ICP刻蝕形成臺階狀的PN結(jié)結(jié)構(gòu)；
(2) 、在N型半導(dǎo)體臺階的頂面上與P型半導(dǎo)體相隔絕地濺鍍多層金屬鈦 鋁鈦金，利用光刻、刻蝕技術(shù)形成N電極結(jié)構(gòu)；
(3) 、通過PECVD的方法，將絕緣層二氧化硅薄膜生長在該PN結(jié)上， 覆蓋整個晶圓片表面；
(4) 、在P型臺階頂面光刻、腐蝕形成若干窗口；
(5) 、對器件進(jìn)行一次光刻并電子束蒸發(fā)多層金屬la，在丙酮中浸泡剝離 出P加厚電極的形狀，并形成最終的LED陣列結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明設(shè)計的UV-LED陣列芯片，于實際應(yīng)用中具有的有益效果為 采用了基于III族氮化物半導(dǎo)體的LED制成的微陣列結(jié)構(gòu)，可以通過計 算機的編程操作實現(xiàn)對UV-LED陣列芯片上各LED單元的發(fā)光控制，有選 擇地指定區(qū)域內(nèi)的LED單元光源局部發(fā)光，省卻了大量的掩膜板的重復(fù)使 用，改善了DNA原位合成的制備工藝和成本。


圖1是本發(fā)明沿多層金屬的P加厚電極方向的LED陣列截面圖； 圖2是本發(fā)明沿多層金屬的N電極方向的LED陣列截面圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易理解，下面特結(jié)合本發(fā) 明一具體實施例，作詳細(xì)說明如下
近年來，DNA原位合成技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，并以其合成速度快、 相對成本低、便于規(guī)?；a(chǎn)等有點，廣泛應(yīng)用于制造寡核苷酸和寡肽微點 陣芯片之中。在合成時，用紫外光透過掩膜板脫去保護(hù)基團(tuán)的制備工藝中， 非但需要反復(fù)循環(huán)使用相同步驟，而且還要耗費大量的掩膜板，這些成為了
DNA原位合成技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。為此，我們將光電子領(lǐng)域的半導(dǎo)體 發(fā)光元件引入生物DNA原位合成的技術(shù)中，設(shè)計了一種基于III族氮化物半 導(dǎo)體晶圓片的可編程UV-LED陣列芯片。其結(jié)構(gòu)包括復(fù)數(shù)個P型半導(dǎo)體 3、 N型半導(dǎo)體2、 二氧化硅薄膜絕緣層4以及鈦鋁鈦金多層金屬1，其中P 型半導(dǎo)體3是位于長條形N型半導(dǎo)體2臺階上的獨立島狀臺階，N型半導(dǎo)體 2與多層金屬鈦鋁鈦金lb結(jié)合的地方形成N電極，而P型半導(dǎo)體的頂部則 電子束蒸發(fā)多層金屬鈦鋁鈦金la形成了 P型加厚電極。任意一個P加厚電 極與N電極構(gòu)成一 LED單元，各LED單元之間通過鈦鋁鈦金多層金屬連 接，并由計算機選擇性地驅(qū)動UV-LED點亮。
如圖1和圖2所示，分別是本發(fā)明可編程UV-LED陣列芯片沿多層金屬 的P加厚電極方向以及N電極方向的LED陣列截面圖。需要指出的是，上 述兩附圖為同一器件沿著兩個不同方向的截面圖，并且制造過程是同步進(jìn)行 的，且作為芯片制造的基底為III族氮化物半導(dǎo)體晶圓片，該晶圓片本身即為 P型半導(dǎo)體形成于N型半導(dǎo)體上。由這兩張附圖，可以進(jìn)一步看出并分析該 LED陣列芯片的制備過程
首先，在上述晶圓片基底上采用兩步等離子體刻蝕形成臺階狀的PN結(jié) 結(jié)構(gòu)，即先將晶圓片刻蝕形成高密集度且相互獨立、孤島狀的P型半導(dǎo)體 3;再在該晶圓片上深度刻蝕出長條形的N型半導(dǎo)體臺階2。
然后，在N型半導(dǎo)體臺階2的頂面上與P型半導(dǎo)體3相隔絕地濺鍍多層 金屬鈦鋁鈦金lb，利用光刻、刻蝕技術(shù)形成N電極結(jié)構(gòu)；
接著，通過PECVD的方法，將絕緣層4 二氧化硅薄膜生長在整個晶圓 片上，在P型臺階頂面光刻、腐蝕形成若干窗口；
最后，對器件進(jìn)行一次光刻并電子束蒸發(fā)多層金屬la，在丙酮中浸泡剝 離出P加厚電極的形狀，并形成最終的LED陣列結(jié)構(gòu)。
這些工藝步驟為光電子領(lǐng)域的成熟技術(shù)，故不在贅述其周詳特征。
本發(fā)明的可編程UV-LED陣列芯片應(yīng)用于DNA原位合成的生物制備 后，藉由基于III族氮化物半導(dǎo)體制成的LED微陣列結(jié)構(gòu)，可以通過計算機 的編程操作實現(xiàn)對UV-LED陣列芯片上各LED單元的發(fā)光控制，有選擇地 指定區(qū)域內(nèi)的LED光源局部發(fā)光，省卻了大量的掩膜板的重復(fù)使用，改善 了 DNA原位合成的制備工藝和成本。
以上是本發(fā)明的具體范例，對本案保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制，凡采用等 同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方法，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于DNA原位合成的可編程UV-LED陣列芯片，其特征在于所述DNA原位合成的生物制備中用于脫去保護(hù)基團(tuán)的紫外光源采用的是可編程UV-LED陣列芯片，所述陣列芯片以晶圓片作為基底，包括復(fù)數(shù)個獨立的P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、絕緣層以及多層金屬電極，任意一個P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體構(gòu)成一LED單元，各LED單元之間通過多層金屬連接，并由計算機選擇性地驅(qū)動UV-LED點亮。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于DNA原位合成的可編程UV-LED陣列 芯片，其特征在于所述基底晶圓片為基于藍(lán)寶石襯底的III族氮化物半導(dǎo) 體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于DNA原位合成的可編程UV-LED陣列芯 片，其特征在于所述P型半導(dǎo)體是位于長條形N型半導(dǎo)體臺階上的獨立島 狀臺階。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于DNA原位合成的可編程UV-LED陣列芯 片，其特征在于所述絕緣層選擇為二氧化硅薄膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于DNA原位合成的可編程UV-LED陣列芯 片，其特征在于所述多層金屬為鈦鋁鈦金。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于DNA原位合成的可編程UV-LED陣列芯片的制造方法，其特征在于所述制造方法包括如下步驟(1) 、在晶圓片上采用ICP刻蝕形成臺階狀的PN結(jié)結(jié)構(gòu)；(2) 、在N型半導(dǎo)體臺階的頂面上與P型半導(dǎo)體相隔絕地濺鍍多層金屬鈦鋁鈦金，利用光刻、刻蝕技術(shù)形成N電極結(jié)構(gòu)；(3) 、通過PECVD的方法，將絕緣層二氧化硅薄膜生長在該PN結(jié)上， 覆蓋整個晶圓片表面；(4) 、在P型臺階頂面光刻、腐蝕形成若干窗口；(5) 、對器件進(jìn)行一次光刻并電子束蒸發(fā)多層金屬la，在丙酮中浸泡剝離 出P加厚電極的形狀，并形成最終的LED陣列結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于DNA高密度原位合成的紫外光源，公開了一種可編程UV-LED陣列芯片，其特征在于所述DNA原位合成的生物制備中用于脫去保護(hù)基團(tuán)的紫外光源采用的是可編程UV-LED陣列芯片，所述陣列芯片以III族氮化物半導(dǎo)體晶圓片作為基底，包括復(fù)數(shù)個獨立的P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、絕緣層以及多層金屬電極，任意一個P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體構(gòu)成一LED單元，各LED單元之間通過多層金屬連接。通過計算機的編程操作實現(xiàn)對UV-LED陣列芯片上各LED單元的發(fā)光控制，有選擇地指定區(qū)域內(nèi)的LED單元光源局部發(fā)光，省卻了大量的掩膜板的重復(fù)使用，改善了DNA原位合成的工藝和成本。
文檔編號H05B37/02GK101364608SQ200810157099
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月18日
發(fā)明者炯 李, 芳 鮑 申請人:蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所