专利名称：用于dna原位合成的可编程uv-led阵列芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于DNA高密度原位合成的紫外光源，尤其涉及一种利用
m族氮化物半导体材料作为晶圆片的微阵列发光结构。
背景技术：
最近几年，DNA的原位合成技术取得了长足的进步，这种技术具有合 成速度快、相对成本低、便于规模化生产等优点，适合于制造寡核苷酸和寡 肽微点阵芯片。在合成时，用紫外光透过光掩膜板将玻片表面需要反应部分 的光脱保护基团脱去，然后反应连接上所需碱基单体。同样在需要连接另一 种碱基单体的地方用紫外光脱去保护基团，反应上相应的单体。这样通过4 个循环就可以在玻片表面的相应位置合成上所需的单层碱基。根据设计的 DNA长度，重复上述循环就可以制备出相应的DNA芯片来。在此基础上， 有人将光引导合成技术与半导体工业所用的光敏抗蚀技术相结合，以酸作为 去保护剂，将每步合成产率提高到99%，但制造工艺复杂程度增加了许多。
然而，这种方法的缺点还在于每个循环都需要不同的掩膜板，对于25 个碱基的芯片来说就需要大约100块掩膜板，工艺的繁琐程度及成本都非常 高。而且还需要在超净间中操作。
可喜的是在光电子领域，近来使用半导体发光元件如LED的发光装 置已广泛的用作光源，因为它们具有比灯泡更小的体积、更优异的功率效率 或更长的寿命。特别是以III族氮化物半导体为晶圆片的发光二极管(LEDs)在设计、加工等技术上得到了长足的进步，尤其是出现了 LED的微阵列结 构，通过微加工技术可以在InGaN晶圆片上制作出NXN的LED矩阵单 元。这种LED微阵列结构具有输出功率大、发光均匀等特点，在微点阵成 像、显示、无掩模版图形转移等领域有着广阔的应用前景。
发明内容
基于半导体发光元件技术的日渐成熟，针对上述现有用于DNA原位合 成的紫外光源所存在的缺陷，本发明的目的旨在提供一种基于III族氮化物 半导体的紫外LED阵列芯片结构及其制造方法，通过计算机的编程操作实 现对UV-LED阵列芯片有选择地控制指定区域的光源发光，进而简化DNA 高密度原位合成的制造工艺。
为达成上述目的，本发明提出的解决方案为
用于DNA原位合成的可编程UV-LED阵列芯片，其特征在于所述 DNA原位合成的生物制备中用于脱去保护基团的紫外光源采用的是可编程 UV-LED阵列芯片，所述阵列芯片以晶圆片作为基底，包括复数个独立的 P型半导体、N型半导体、绝缘层以及多层金属电极，任意一个P型半导体 与N型半导体构成一 LED单元，各LED单元之间通过多层金属连接，并由 计算机选择性地驱动UV-LED点亮。
进一步地，所述基底晶圆片为一种基于蓝宝石衬底的III族氮化物半导 体；所述P型半导体是位于长条形N型半导体台阶上的独立岛状台阶；所述 绝缘层选择为二氧化硅薄膜；所述多层金属为钛铝钛金。
本发明进一步提出了该阵列芯片的制造方法，其步骤为
(1)、在晶圆片基底上采用ICP刻蚀形成台阶状的PN结结构；
(2) 、在N型半导体台阶的顶面上与P型半导体相隔绝地溅镀多层金属钛 铝钛金，利用光刻、刻蚀技术形成N电极结构；
(3) 、通过PECVD的方法，将绝缘层二氧化硅薄膜生长在该PN结上， 覆盖整个晶圆片表面；
(4) 、在P型台阶顶面光刻、腐蚀形成若干窗口；
(5) 、对器件进行一次光刻并电子束蒸发多层金属la，在丙酮中浸泡剥离 出P加厚电极的形状，并形成最终的LED阵列结构。
本发明设计的UV-LED阵列芯片，于实际应用中具有的有益效果为 采用了基于III族氮化物半导体的LED制成的微阵列结构，可以通过计 算机的编程操作实现对UV-LED阵列芯片上各LED单元的发光控制，有选 择地指定区域内的LED单元光源局部发光，省却了大量的掩膜板的重复使 用，改善了DNA原位合成的制备工艺和成本。
图1是本发明沿多层金属的P加厚电极方向的LED阵列截面图； 图2是本发明沿多层金属的N电极方向的LED阵列截面图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易理解，下面特结合本发 明一具体实施例，作详细说明如下
近年来，DNA原位合成技术取得了长足的进步，并以其合成速度快、 相对成本低、便于规模化生产等有点，广泛应用于制造寡核苷酸和寡肽微点 阵芯片之中。在合成时，用紫外光透过掩膜板脱去保护基团的制备工艺中， 非但需要反复循环使用相同步骤，而且还要耗费大量的掩膜板，这些成为了
DNA原位合成技术进一步发展的瓶颈。为此，我们将光电子领域的半导体 发光元件引入生物DNA原位合成的技术中，设计了一种基于III族氮化物半 导体晶圆片的可编程UV-LED阵列芯片。其结构包括复数个P型半导体 3、 N型半导体2、 二氧化硅薄膜绝缘层4以及钛铝钛金多层金属1，其中P 型半导体3是位于长条形N型半导体2台阶上的独立岛状台阶，N型半导体 2与多层金属钛铝钛金lb结合的地方形成N电极，而P型半导体的顶部则 电子束蒸发多层金属钛铝钛金la形成了 P型加厚电极。任意一个P加厚电 极与N电极构成一 LED单元，各LED单元之间通过钛铝钛金多层金属连 接，并由计算机选择性地驱动UV-LED点亮。
如图1和图2所示，分别是本发明可编程UV-LED阵列芯片沿多层金属 的P加厚电极方向以及N电极方向的LED阵列截面图。需要指出的是，上 述两附图为同一器件沿着两个不同方向的截面图，并且制造过程是同步进行 的，且作为芯片制造的基底为III族氮化物半导体晶圆片，该晶圆片本身即为 P型半导体形成于N型半导体上。由这两张附图，可以进一步看出并分析该 LED阵列芯片的制备过程
首先，在上述晶圆片基底上采用两步等离子体刻蚀形成台阶状的PN结 结构，即先将晶圆片刻蚀形成高密集度且相互独立、孤岛状的P型半导体 3;再在该晶圆片上深度刻蚀出长条形的N型半导体台阶2。
然后，在N型半导体台阶2的顶面上与P型半导体3相隔绝地溅镀多层 金属钛铝钛金lb，利用光刻、刻蚀技术形成N电极结构；
接着，通过PECVD的方法，将绝缘层4 二氧化硅薄膜生长在整个晶圆 片上，在P型台阶顶面光刻、腐蚀形成若干窗口；
最后，对器件进行一次光刻并电子束蒸发多层金属la，在丙酮中浸泡剥 离出P加厚电极的形状，并形成最终的LED阵列结构。
这些工艺步骤为光电子领域的成熟技术，故不在赘述其周详特征。
本发明的可编程UV-LED阵列芯片应用于DNA原位合成的生物制备 后，藉由基于III族氮化物半导体制成的LED微阵列结构，可以通过计算机 的编程操作实现对UV-LED阵列芯片上各LED单元的发光控制，有选择地 指定区域内的LED光源局部发光，省却了大量的掩膜板的重复使用，改善 了 DNA原位合成的制备工艺和成本。
以上是本发明的具体范例，对本案保护范围不构成任何限制，凡采用等 同变换或者等效替换而形成的技术方法，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
1.用于DNA原位合成的可编程UV-LED阵列芯片，其特征在于所述DNA原位合成的生物制备中用于脱去保护基团的紫外光源采用的是可编程UV-LED阵列芯片，所述阵列芯片以晶圆片作为基底，包括复数个独立的P型半导体、N型半导体、绝缘层以及多层金属电极，任意一个P型半导体与N型半导体构成一LED单元，各LED单元之间通过多层金属连接，并由计算机选择性地驱动UV-LED点亮。
2. 根据权利要求1所述的用于DNA原位合成的可编程UV-LED阵列 芯片，其特征在于所述基底晶圆片为基于蓝宝石衬底的III族氮化物半导 体。
3. 根据权利要求1所述的用于DNA原位合成的可编程UV-LED阵列芯 片，其特征在于所述P型半导体是位于长条形N型半导体台阶上的独立岛 状台阶。
4. 根据权利要求1所述的用于DNA原位合成的可编程UV-LED阵列芯 片，其特征在于所述绝缘层选择为二氧化硅薄膜。
5. 根据权利要求1所述的用于DNA原位合成的可编程UV-LED阵列芯 片，其特征在于所述多层金属为钛铝钛金。
6. 根据权利要求1所述的用于DNA原位合成的可编程UV-LED阵列芯片的制造方法，其特征在于所述制造方法包括如下步骤(1) 、在晶圆片上采用ICP刻蚀形成台阶状的PN结结构；(2) 、在N型半导体台阶的顶面上与P型半导体相隔绝地溅镀多层金属钛铝钛金，利用光刻、刻蚀技术形成N电极结构；(3) 、通过PECVD的方法，将绝缘层二氧化硅薄膜生长在该PN结上， 覆盖整个晶圆片表面；(4) 、在P型台阶顶面光刻、腐蚀形成若干窗口；(5) 、对器件进行一次光刻并电子束蒸发多层金属la，在丙酮中浸泡剥离 出P加厚电极的形状，并形成最终的LED阵列结构。
全文摘要
本发明涉及一种用于DNA高密度原位合成的紫外光源，公开了一种可编程UV-LED阵列芯片，其特征在于所述DNA原位合成的生物制备中用于脱去保护基团的紫外光源采用的是可编程UV-LED阵列芯片，所述阵列芯片以III族氮化物半导体晶圆片作为基底，包括复数个独立的P型半导体、N型半导体、绝缘层以及多层金属电极，任意一个P型半导体与N型半导体构成一LED单元，各LED单元之间通过多层金属连接。通过计算机的编程操作实现对UV-LED阵列芯片上各LED单元的发光控制，有选择地指定区域内的LED单元光源局部发光，省却了大量的掩膜板的重复使用，改善了DNA原位合成的工艺和成本。
文档编号H05B37/02GK101364608SQ200810157099
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月18日 优先权日2008年9月18日
发明者炯 李, 芳 鲍 申请人:苏州纳米技术与纳米仿生研究所