一种基于AlGaN/GaNHEMT的生物表面微流道制备方法

摘要

一种基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制备方法微流道工艺，该工艺包括以下步骤，使用MOCVD、PECVD等外延生长AlGaN/GaN HEMT的异质结材料结构；制作源漏金属形成欧姆接触；制备微流道；使用PECVD设备生长SiN钝化层。其中微流道制备方法使用双层胶工艺。实现快速的生物样品制备、反应、检测分析集成化。

权利要求

1.一种基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制备方法微流道工艺，该工艺包括以下步骤，S1使用MOCVD、PECVD外延生长AlGaN/GaN HEMT的异质结材料结构；

S2制作源漏金属形成欧姆接触；

S3制备微流道；

1)在HEMT表面均匀涂上第一层光刻正胶；

2)使用步进投影光刻机进行曝光，显影，在厚度10μm的正胶膜上形成第一层胶窗口，即微流道的底部窗口；

3)采用涂布材料涂在底层胶表面，隔离上下层胶体；

4)涂上负lift-out图形工艺胶，厚度为1.0μm；

5)使用步进投影光刻机进行曝光；形成双层胶微流道完整的胶型结构；

6)采用ICPCVD设备，淀积SiN腔体材料，腔壁厚度为10μm；

7)使用剥离液剥离所有胶体，形成高10μm微流道；

S4使用PECVD设备生长SiN钝化层。

说明书

一种基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生物半导体芯片技术领域，特别涉及一种生物微流道芯片的制备方法。

背景技术

[0002] 宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽带大、耐高压、耐高温、耐酸碱腐蚀、抗辐射、电子饱和速度和漂移速度高、容易形成高质量异质结构的优异特性，非常适合制造高温、高频、大功率、抗辐照微波电子器件。

[0003] 2005年Kang等人开始开展AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)用于生物传感领域的研究,从而使得AlGaN/GaN HEMT器件在生物传感领域的应用得到了广泛的关注。与传统的硅基生物器件相比较,GaN基生物传感器件的化学性能更稳定,同时具备无毒性、可降低吸附细胞退化等优点,

[0004] 在AlGaN/GaN HEMT结构中,由于自发极化和压电极化效应,AlGaN/GaNHEMT器件的界面处会形成一个2DEG的表面通道,势阱中的2DEG受控于栅极电压,该结构用作生物传感器是将AlGaN/GaNHEMT的栅极用生物分子膜代替,器件工作时,待测抗原的引入引起生物分子膜表面电压的变化,从而引起势阱中2DEG浓度的改变,而2DEG浓度的改变会导致晶体管的源极(source)和漏极(drain)之间电流的变化,因此可通过电流的变化来检测引入待测抗原的浓度变化。

[0005] 传统的微流道芯片是以各种微管道网络为结构特征,用来实现对包含生化组份微流体的控制和检测分析,包括常见的毛细管电泳芯片、PCR反应芯片、介电电泳分离芯片等。

[0006] 本发明提出将生物微流道芯片与AlGaN/GaN HEMT器件集成及制造方法，实现快速的生物样品制备、反应、检测分析集成化。

发明内容

[0007] 为了解决上述问题，本发明提出了一种基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道芯片，并提出相应的制备方法，具体是在AlGaN/GaN HEMT制备过程中，由本发明提出的微流道工艺取代T型栅的制备。

[0008] 一种基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制备方法微流道工艺，该工艺包括以下步骤，

[0009] 1.使用MOCVD、PECVD等外延生长AlGaN/GaN HEMT的异质结材料结构；

[0010] 2.制作源漏金属形成欧姆接触；

[0011] 3.制备微流道

[0012] 1)在HEMT表面均匀涂上第一层光刻正胶；

[0013] 2)使用步进投影光刻机(stepper)进行曝光，显影，在厚度10μm的正胶膜上形成第一层胶窗口，即微流道的底部窗口；

[0014] 3)采用涂布材料涂在底层胶表面，隔离上下层胶体；

[0015] 4)涂上负lift-out图形工艺胶，厚度为1.0um；

[0016] 5)使用步进投影光刻机进行曝光；形成双层胶微流道完整的胶型结构；

[0017] 6)采用ICPCVD设备，淀积SiN腔体材料，腔壁厚度约为10um；

[0018] 7)使用剥离液剥离所有胶体，形成高10um左右微流道

[0019] 4.使用PECVD设备生长SiN钝化层。

附图说明

[0020] 图1为第一层涂胶、光刻工艺；

[0021] 图2为涂涂布材料、光刻工艺；

[0022] 图3为涂第二层负胶、光刻工艺；

[0023] 图4为蒸发SiN腔体材料、去胶后形成微流道工艺。

具体实施方式

[0024] 如图1-4所示，一种基于AlGaN/GaN HEMT的生物表面微流道制备方法微流道工艺，该工艺包括以下步骤，

[0025] 1.使用MOCVD、PECVD等外延生长AlGaN/GaN HEMT的异质结材料结构；

[0026] 在SiC衬底上依次生长4μm厚的GaN/AlN缓冲层,2μm厚i-GaN层,25nm厚的Al0.25Ga0.75N势垒层，5nm厚的GaN帽层。

[0027] 2.制作源漏金属形成欧姆接触；

[0028] 对样品甩正胶 MIR-701，转速为5000转/min，在150℃的热板上烘2分钟，采用紫外光刻及显影、定影形成腐蚀窗口；

[0029] 使用ICP-RIE设备干法刻蚀AlGaN势垒层和GaN缓冲层，刻蚀深度为150nm，反应气体为Cl2/Ar。

[0030] 电子束蒸发Ti/Al/Ni/Au金属，在氮气氛围内快速热退火，在AlGaN势垒层上面的两侧形成源漏电极。该源漏电极间距为18μm，退火条件为，温度850℃下，退火时间1分钟。

[0031] 3.制备微流道

[0032] 1)在HEMT表面均匀涂上第一层光刻正胶；

[0033] 在外延层表面，使用 10XT正胶均匀涂上第一层光刻正胶，厚度10μm左右，在120℃下烘烤100秒，形成正胶膜；

[0034] 2)使用ASML5500/100D步进投影光刻机进行曝光，在120℃下烘烤100秒，使用浓度为2.38％的 AZ400K显影液进行显影，用去离子水冲洗30秒，在120℃下烘烤90秒,则在 10XT正胶膜上形成约为宽0.40μm第一层厚膜胶窗口，即微流道的底部侧壁窗口。

[0035] 3)对第一层胶进行处理，采用涂布材料 -500涂在底层胶表面，厚度0.35微米，然后进行烘焙热处理，85℃条件下烘烤70秒，110℃条件下烘烤70秒，使涂布材料-500与 10XT正胶表面形成一定厚度的稳定的薄膜。然后使用 R-2显影液，在23℃条件下对形成的薄膜进行70秒冲洗显影，保证残留的涂布材料 -500能够完全去除干净，这时 10XT正胶表面和栅条的侧壁将留下一定厚度的薄膜。

[0036] 4)涂上层胶，选用了厚度为1.0μm的负lift-out图形工艺胶 5214E。经过以下工艺步骤：

[0037] 首先在100℃下烘烤60秒；使用ASML5500/100D步进投影光刻机进行曝光；反转后在120℃温度烘烤90秒；使用浓度为2.38％的 AZ300MIF显影液，在23℃下浸泡60秒，使用浓度为50％的 Developer显影液，在23℃下浸泡60秒，使用浓度为25％的400K显影液，在23℃下浸泡60秒；用去离子水冲洗30秒；在120℃下烘烤120秒。这样形成微流道的胶体结构基本完成。

[0038] 4.采用ICPCVD设备，淀积SiN腔体材料，腔壁厚度为10μm。

[0039] 5.AZ剥离液剥离所有胶体：使用 400T Stripper常温下浸泡60秒剥离负lift-out图形工艺胶；使用 Remover 200高温下浸泡30秒剥离正胶。

[0040] 6.淀积钝化层：采用PECVD设备PH2-7-100，反应气体为NH3、SiH4和N2，在源漏电极的表面及AlGaN势垒层的表面淀积钝化层，所述的钝化层的材料为SiN，厚度为10nm。