一種基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物半導體芯片技術領域，特別涉及一種生物微流道芯片的制備方 法。
【背景技術】
[0002] 寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN)作為第三代半導體材料的典型代表，具有禁帶寬 帶大、耐高壓、耐高溫、耐酸堿腐蝕、抗輻射、電子飽和速度和漂移速度高、容易形成高質(zhì)量 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)異特性，非常適合制造高溫、高頻、大功率、抗輻照微波電子器件。
[0003] 2005年Kang等人開始開展AlGaN/GaN高電子迀移率晶體管（HEMT)用于生物傳 感領域的研宄，從而使得AlGaN/GaN HEMT器件在生物傳感領域的應用得到了廣泛的關注。 與傳統(tǒng)的硅基生物器件相比較，GaN基生物傳感器件的化學性能更穩(wěn)定，同時具備無毒性、 可降低吸附細胞退化等優(yōu)點，
[0004] 在AlGaN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)中，由于自發(fā)極化和壓電極化效應，AlGaN/GaNHEMT器件 的界面處會形成一個2DEG的表面通道，勢阱中的2DEG受控于柵極電壓，該結(jié)構(gòu)用作生物 傳感器是將AlGaN/GaNHEMT的柵極用生物分子膜代替，器件工作時，待測抗原的引入引起 生物分子膜表面電壓的變化，從而引起勢阱中2DEG濃度的改變，而2DEG濃度的改變會導 致晶體管的源極（source)和漏極（drain)之間電流的變化，因此可通過電流的變化來檢 測引入待測抗原的濃度變化。
[0005] 傳統(tǒng)的微流道芯片是以各種微管道網(wǎng)絡為結(jié)構(gòu)特征，用來實現(xiàn)對包含生化組份 微流體的控制和檢測分析，包括常見的毛細管電泳芯片、PCR反應芯片、介電電泳分離芯片 等。
[0006] 本發(fā)明提出將生物微流道芯片與AlGaN/GaN HEMT器件集成及制造方法，實現(xiàn)快速 的生物樣品制備、反應、檢測分析集成化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道芯 片，并提出相應的制備方法，具體是在AlGaN/GaN HEMT制備過程中，由本發(fā)明提出的微流道 工藝取代T型柵的制備。
[0008] 一種基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制備方法微流道工藝，該工藝包括以 下步驟，
[0009] 1.使用MOCVD、PECVD等外延生長AlGaN/GaN HEMT的異質(zhì)結(jié)材料結(jié)構(gòu)；
[0010] 2.制作源漏金屬形成歐姆接觸；
[0011] 3.制備微流道
[0012] 1)在HEMT表面均勻涂上第一層光刻正膠；
[0013] 2)使用步進投影光刻機（stepper)進行曝光，顯影，在厚度10 μ m的正膠膜上形成 第一層膠窗口，即微流道的底部窗口；
[0014] 3)采用涂布材料涂在底層膠表面，隔離上下層膠體；
[0015] 4)涂上負lift-out圖形工藝膠，厚度為1.0 um ;
[0016] 5)使用步進投影光刻機進行曝光；形成雙層膠微流道完整的膠型結(jié)構(gòu)；
[0017] 6)采用ICPCVD設備，淀積SiN腔體材料，腔壁厚度約為IOum ;
[0018] 7)使用剝離液剝離所有膠體，形成高IOum左右微流道
[0019] 4.使用PECVD設備生長SiN鈍化層。
【附圖說明】
[0020] 圖1為第一層涂膠、光刻工藝；
[0021] 圖2為涂涂布材料、光刻工藝；
[0022] 圖3為涂第二層負膠、光刻工藝；
[0023] 圖4為蒸發(fā)SiN腔體材料、去膠后形成微流道工藝。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1-4所示，一種基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制備方法微流道工 藝，該工藝包括以下步驟，
[0025] 1.使用MOCVD、PECVD等外延生長AlGaN/GaN HEMT的異質(zhì)結(jié)材料結(jié)構(gòu)；
[0026] 在SiC襯底上依次生長4 μ m厚的GaN/AIN緩沖層，2 μ m厚i-GaN層，25nm厚的 Ala25Gaa75N勢皇層，5nm厚的GaN帽層。
[0027] 2.制作源漏金屬形成歐姆接觸；
[0028] 對樣品甩正膠AZ? MIR-701，轉(zhuǎn)速為5000轉(zhuǎn)/min，在150°C的熱板上烘2分鐘， 采用紫外光刻及顯影、定影形成腐蝕窗口；
[0029] 使用ICP-RIE設備干法刻蝕AlGaN勢皇層和GaN緩沖層，刻蝕深度為150nm，反應 氣體為Cl 2/Ar。
[0030] 電子束蒸發(fā)Ti/Al/Ni/Au金屬，在氮氣氛圍內(nèi)快速熱退火，在AlGaN勢皇層上面的 兩側(cè)形成源漏電極。該源漏電極間距為18 μ m，退火條件為，溫度850°C下，退火時間1分鐘。
[0031] 3.制備微流道
[0032] 1)在HEMT表面均勻涂上第一層光刻正膠；
[0033] 在外延層表面，使用AZ? IOXT正膠均勻涂上第一層光刻正膠，厚度10 μ m左右， 在120°C下烘烤100秒，形成正膠膜；
[0034] 2)使用ASML5500/100D步進投影光刻機進行曝光，在120°C下烘烤100秒，使用濃 度為2.38%的AZ? AZ400K顯影液進行顯影，用去離子水沖洗30秒，在120°C下烘烤90 秒，則在AZ? IOXT正膠膜上形成約為寬0.40μπι第一層厚膜膠窗口，即微流道的底部 側(cè)壁窗口。
[0035] 3)對第一層膠進行處理，采用涂布材料AZ?R-500涂在底層膠表面，厚度0. 35 微米，然后進行烘焙熱處理，85°C條件下烘烤70秒，IKTC條件下烘烤70秒，使涂布材料 AZ?R-500與AZ? IOXT正膠表面形成一定厚度的穩(wěn)定的薄膜。然后使用AZ⑧R-2顯 影液，在23°C條件下對形成的薄膜進行70秒沖洗顯影，保證殘留的涂布材料AZ?R_500 能夠完全去除干凈，這時AZ? IOXT正膠表面和柵條的側(cè)壁將留下一定厚度的薄膜。
[0036] 4)涂上層膠，選用了厚度為LO μπι的負lift-out圖形工藝膠AZ? 5214E。經(jīng) 過以下工藝步驟：
[0037] 首先在100°C下烘烤60秒；使用ASML5500/100D步進投影光刻機進行曝光；反轉(zhuǎn) 后在120°C溫度烘烤90秒；使用濃度為2. 38%的AZ? AZ300MIF顯影液，在23°C下浸泡 60秒，使用濃度為50%的AZ? Developer顯影液，在23°C下浸泡60秒，使用濃度為25% 的AZ? 400K顯影液，在23°C下浸泡60秒；用去離子水沖洗30秒；在120°C下烘烤120秒。 這樣形成微流道的膠體結(jié)構(gòu)基本完成。
[0038] 4.采用ICPCVD設備，淀積SiN腔體材料，腔壁厚度為10 μ m。
[0039] 5. AZ剝離液剝離所有膠體：使用AZ? 400T Stripper常溫下浸泡60秒剝離負 lift-out圖形工藝膠；使用AZ? Remover 200高溫下浸泡30秒剝離正膠。
[0040] 6.淀積鈍化層：采用PECVD設備PH2-7-100,反應氣體為NH3、SiH# N 2，在源漏電 極的表面及AlGaN勢皇層的表面淀積鈍化層，所述的鈍化層的材料為SiN，厚度為10nm。
【主權(quán)項】
1. 一種基于AlGaN/GaNHEMT的生物表面微流道制備方法微流道工藝，該工藝包括以 下步驟， Sl使用MOCVD、PECVD外延生長AlGaN/GaNHEMT的異質(zhì)結(jié)材料結(jié)構(gòu)； S2制作源漏金屬形成歐姆接觸； S3制備微流道； 1) 在HEMT表面均勻涂上第一層光刻正膠； 2) 使用步進投影光刻機進行曝光，顯影，在厚度10ym的正膠膜上形成第一層膠窗口， 即微流道的底部窗口； 3) 采用涂布材料涂在底層膠表面，隔離上下層膠體； 4) 涂上負lift-out圖形工藝膠，厚度為I.Oum; 5) 使用步進投影光刻機進行曝光；形成雙層膠微流道完整的膠型結(jié)構(gòu)； 6) 采用ICPCVD設備，淀積SiN腔體材料，腔壁厚度約為IOum; 7) 使用剝離液剝離所有膠體，形成高IOum左右微流道； S4使用PECVD設備生長SiN鈍化層。
【專利摘要】一種基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制備方法微流道工藝，該工藝包括以下步驟，使用MOCVD、PECVD等外延生長AlGaN/GaN HEMT的異質(zhì)結(jié)材料結(jié)構(gòu)；制作源漏金屬形成歐姆接觸；制備微流道；使用PECVD設備生長SiN鈍化層。其中微流道制備方法使用雙層膠工藝。實現(xiàn)快速的生物樣品制備、反應、檢測分析集成化。
【IPC分類】B01L3-00, B81C1-00
【公開號】CN104815708
【申請?zhí)枴緾N201510107077
【發(fā)明人】王智勇, 王青, 高鵬坤, 張綿
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年3月11日