专利名称：Dna探针阵列合成和探测用的光开关阵列组合及其制造方法
本专利一般涉及DNA探针阵列光引导合成和光激发探测用的光开关阵列组合，特别涉及由微机械加工而成，能选择性启动，并用于DNA探针阵列光引导合成和光激发探测的光开关阵列组合。
伴随基因工程的迅速发展，疾病的基因诊断日渐普及，而通过基因分析揭示生命现象更是成为生命科学研究的基本途径。基因诊断和基因分析的迫切要求就是要尽快发展出结构简单，精确度高，省时省力，价格低廉的DNA定序仪。最近几年出现的DNA芯片具有体积小，样品和试剂消耗少，测量速度快，可由未经专门培训的人员操作等优点。
DNA探针阵列已经采用光引导的方法进行合成。例如，采用5’末端保护的核苷氨基磷酸酯(nucleosidephosphoramidite)“积木块”通过光引导合成寡核苷酸。5’未端保护的基团可以是光易变的，也可以是酸易变的。在这种合成过程中，合成部位原是加于保护的，通过光照可以将保护去除。只有在合成部位去除保护后，不同种类的单核苷酸分子才能偶合到合成部位上去。不同序列DNA探针的合成就是通过这种去除保护和偶合的多次循环而实现的。有三种常用的光引导合成的方法，这三种方法分别为采用光易变保护基团和用光直接去除保护基团；采用酸易变的4，4’-二甲氧基三苯甲基(dimethoxytrityl或DMT)保护基团和用光去除用作保护层的光刻胶；采用DMT保护基团和用光去除用作保护层的光易变聚合物薄膜(PAG)。
这几种方法都需要用到许多类似于制造集成电路所用的工艺。其中用得次数最多的工艺是图形转移或光刻技术。这种工艺要求先设计好光刻模版，使其包含大量规则排列的点区。当平行光源通过光刻模版照射衬底时，会在衬底表面产生相似的图形。只有光照射的点区才发生DNA合成，而无光照射的点区则不发生合成。
采用这种方法合成不同序列的DNA探针阵列需要进行多次光刻。例如，制造25个核酸苷的探针阵列至少需要进行一百次光刻，由于每个探针的序列都不尽相同，每次光刻用的光刻模版也都不相同。
直接写入的光刻技术被用来改进上述方法合成DNA探针阵列所存在的成本，质量，和效率等问题。这种直接写入进行DNA探针阵列合成方法不用固定的光刻模板，而是临时生成图形，因此需要动态图形生成器。具有这种直接成像功能的系统包含有空间光调制器，该调制器由计算机进行控制，使每次光刻时都能提供一幅预先设定的图形，并投射到衬底表面进行光引导合成。
已知的空间光调制器分微机械调制器和微型机电调制器。有一种微机械调制器为微型反射镜阵列，用微型金属反射镜对反射光进行调制，使一束光选择性地反射到特定的区域。有一种微型机械调制器，其运行所依赖的不是调制反射光，而是调制透射光，例如液晶显示器就属于这种微型机械调制器。
这种直接写入光刻合成DNA探针的方法存在一些问题。主要是该系统须配置实现光路对准的机械装置，以将光束对准衬底上的特定区域，这些机械装置包括X-Y平移台和步进马达，使平台移动的距离等于衬底上特定区域的中心间隔。用这钟方法大量生产DNA探针阵列要花很多劳力和时间，因此生产成本很高。另外，随着探针阵列的规模不断增加，生产成本更是节节攀升。
其次，杂交DNA探针的光探测也要求一套复杂的机械装置。该装置包括样品台，光源，光探测器，扫描器，和光转发器等。扫描器要同时移动样品台和光转发器。光转发器要在探测的起始位置和终止位置之间进行跟踪。以便每一个或一群探针都能精确定位，并能测出其在光束激发下发出的荧光。
本发明的宗旨，总的说来，就是要解决上述DNA探针阵列光引导合成和杂交DNA探针阵列光激发探测技术中存在的问题。具体说来，就是要达到如下几个目的。
第一个目的，就是开发出一种光开关阵列组合，可用来进行DNA探针阵列的光引导合成和杂交DNA探针阵列光激发探测，而不需要配置光路对准和探针跟踪的机械装置。
第二个目的，就是开发出一种光开关阵列组合，其光开关阵列及其驱动电路被集成在同一衬底上，并且对需要进行DNA探针合成的每一组位置都能选择性启动光开关，引入光束予以照射。
第三个目的，就是开发出一种光开关阵列组合，其光开关阵列及其驱动电路被集成在同一衬底上，并且对需要进行光激发荧光探测的每一个杂交的DNA探针都能选择性启动光开关，引入光束予以照射。
第四个目的，就是开发出一种光开关阵列组合，其光开关阵列及其驱动电路被集成在同一衬底上，使得所有需要合成DNA探针的位置都能启动光开关，引入光束直接进行照射，而对反应溶液不会由于光路从中穿过而产生任何干扰。
第五个目的，就是开发出一种光开关阵列组合，其光开关阵列及其驱动电路被集成在同一衬底上，使得所有杂交的DNA探针都能启动光开关，引入光束直接进行照射，而对相邻的杂交探针不会由于光路从中穿过而产生任何干扰。
第六个目的，就是开发出一种由光开关阵列和驱动电路组成的光开关阵列组合，能用工业生产已经成熟的集成电路技术和微机械加工技术进行批量生产。
第七个目的，就是开发出一种用于DNA探针光引导合成和杂交DNA探针光激发探测的光开关阵列组合，与控制电路集成，实现光路自动对准，生产成本低，运行速度快，操作简单易行。
最后一个目的，就是开发出一种用于DNA探针光引导合成和杂交DNA探针光激发探测的光开关阵列组合，不需要分子生物学的实验条件，不需要高级专才亲自参预，可以安置在任何实验室，医院，和诊所，由一般的技术人员运行操作。
为了实现上述目的以及其它目的，本发明提出的光开关阵列组合的特征结构包括用作衬底的硅片，处于硅片之内的光开关阵列，装置于硅片之上的玻璃片，以及处于玻璃片表面的DNA探针阵列。硅片内集成有启动光开关的驱动电路，还可能集成有选取光开关的寻址电路。硅片的背面刻有许多深孔，每个深孔对准一只光开关，当光开关开启时，会引导一束光投射到光开关上方的玻璃片表面。
光开关阵列组合的每只光开关都由两面平行，且由空气层隔离的薄膜镜子组成，也即由法布里-珀罗(Fabry-Perot)空腔组成。根据己知的理论，无损耗的法布里-珀罗空腔的透射系数T为镜子的反射系数R1和R2以及镜面间空气间隔h的函数T＝[(1-R1)(1-R2)]/{[1-(R1R2)1/2]2+4(R1R2)1/2sin2(2πh/λ)}其中λ为工作光波波长。
上式分母中的正弦取值分别为0和1时，该式的数值分别达到最大值和最小值。因此，当h取值为λ/4数倍时，透射系数变成Tmax＝[(1-R1)(1-R2)]/[1-(R1R2)1/2]2对于h＝0，λ/2，λ…
Tmin＝[(1-R1)(1-R2)]/[1+(R1R2)1/2]2对于h＝λ/4，3λ/4…由此可见，当两面镜子的反射系数取值相等时，法布里-珀罗空腔的透射系数总是为1，而反射系数总是为0。因此，要获得最大的衬度，或最大的法布里-珀罗空腔透射系数和最小的法布里-珀罗空腔反射系数，两面薄膜镜子的反射系数R1和R2要尽可能相等和尽可能取较大的数值。
基本理论同时告诉我们，当镜子的厚度取值为λ/(4n)的奇数倍时，镜子的反射系数R1和R2取最大值，其中n为镜子材料的折射率。在此情况下，镜子的R1和R2表示为R1，2＝[(n2-n0)/(n2+n0)]2其中n0为镜子底层材料的折射率。
本发明的光开关阵列组合的薄膜镜子，最好是由无定型碳化硅构成。其第一替代方案是由等离子增强化学气相沉积(PECVD)法形成的氮化硅构成。其第二替代方案是由低压化学气相沉积(LPCVD)法形成的氮化硅构成。对于紫外光照射，无论是碳化硅还是氮化硅都是透明的，不会产生光的吸收损失。
根据文献报道，无定型碳化硅的折射率为2.48至2.65，氮化硅的折射率为2.0至2.1。对于自由支持的薄膜，其下介质为空气，有n0＝1。用上述反射系数的公式计算，得出无定型碳化硅镜子的反射系数R1，2分别为52％和56％，而氮化硅镜子的反射系数R1，2分别为40％和36％。
基于法布里-珀罗空腔的光开关由静电力进行运作。法布里-珀罗空腔的上部镜子由四根弹性梁支持。当无外加电压施于腔体，且h等于λ/4的奇数倍时，腔体的透射系数取最大值，此时开关处于关闭状态。当有外加电压作用时，在静电力作用下，弹性梁发生弯曲，腔体的上部镜子拉向下部，改变h的数值。一旦h的数值等于λ/4的偶数倍，腔体的透射系数则取最小值，此时开关进入开通状态。当有光源垂直照射硅片的背面时，硅片内的每个深孔都会将一束光线引向与该深孔对应的光开关。当光开关处于关闭状态时，深孔引入的光束被垂直反射回去。当光开关处于开通状态时，深孔引入的光束穿过开关，沿着原来的傅佈方向继续前进。
外加电压施于选定的光开关组由驱动电路和寻址电路决定。驱动电路包括模拟开关和门电路，寻址电路包括移位寄存器电路等。这两种电路可以部分或全部与光开关阵列集成在同一块硅片上。
用本发明的光开关阵列组合进行DNA探针阵列的光引导合成，如采用DMT保护基团和光刻胶工艺，其制程如下。第一，设计DNA探针序列，并编写每步光照的计算机程序。计算机程序用于控制光开关阵列开与关的分配，以形成特定的明暗交替的点阵图形，每个点区对应一个需要进行DNA探针合成的位置。第二，在光开关阵列组合的玻璃片表面塗覆光刻胶，并将组合装入反应台或反应室，以便喷射含有DMT保护基团的单核苷酸溶液，单核苷酸有腺嘌呤(A)，胞嘧啶(C)，鸟嘌呤(G)，胸腺嘧啶(T)四种，每次只用一种，而不同的次数用不同的单核苷酸。光刻胶可以是正胶，也可以是负胶，其作用是分别使去除保护的区域接受光照或避免光照。第三，启动光开关，打开弧光灯，照射合成表面，经过一定的时间后，再关闭弧光灯。第四，进行光刻胶显影和腐蚀，并用酸处理裸露的玻璃片区域，以去除已合成的寡核苷酸上的保护基团，然后去除残存的光刻胶。第五，让含有DMT保护基团的单核苷酸偶合到去除保护的寡核苷酸上。第七，再次在光开关阵列组合的玻璃片上塗覆光刻胶。上述各步骤依次反复进行，直至合成出多种所需DNA系列的DNA探针阵列为止。
DNA探针阵列的分析步骤包括，用荧光物标记DNA样品的所有组成；将样品喷射到玻璃片上，与玻璃片上的DNA探针阵列进行特异性杂交。如果样品的某组成与玻璃片上的某些探针杂交成功，该组成将被固定在相应的探针区域。如果与该区域相应的光开关被打开，则该区域杂交的DNA探针在紫外光激发下发出荧光。根据荧光发出区域的地址信息，就可推断相应的探针类型，进而可以确定样品的DNA顺序。
图1A表示本发明光开关阵列组合的一只光开关被开启，由此引入一束光线照射到玻璃片的上表面，从而在该处形成一个DNA探针。
图1B表示本发明光开关阵列组合的一只光开关被打开，由此引入一束光线照射到玻璃片表面的一个杂交的DNA探针，在该光线的激励下杂交的DNA探针发射出荧光。
图2表示从本发明光开关阵列组合切割下来的一个重复单元的部份切除透视图，该单元包含一只光开关，处于光开关下的一个深孔，处于光开关上的一块玻璃片，和在玻璃片表面形成的一个DNA探针。
图3为从本发明光开关阵列组合在制造步骤1完成后的横截面示意图，该图表示在一块硅片的上表面形成了第一二氧化硅层，第一无定型碳化硅层，第二二氧化硅层，和第二无定型碳化硅层。
图4为从本发明光开关阵列组合在制造步骤2完成后的横截面示意图，该图表示在硅片上方形成了电连接线，隔离条，和反射膜。
图5为从本发明光开关阵列组合在制造步骤3完成后的横截面示意图，该图表示在硅片上方形成了填充的槽沟。
图6为从本发明光开关阵列组合在制造步骤4完成后的横截面示意图，该图表示在硅片上方刻划出法布里-珀罗空腔的平面构型。
图7为从本发明光开关阵列组合在制造步骤5完成后的横截面示意图，该图表示在硅片下方形成了对准法布里-珀罗空腔平面构型的深孔。
图8为从本发明光开关阵列组合在制造步骤6完成后的横截面示意图，该图表示在腐蚀掉法布里-珀罗空腔平面构型区内的第二二氧化层后形成的基于法布里-珀罗空腔工作模式的光开关。
图9为从本发明光开关阵列组合在制造步骤7完成后的横截面示意图，该图表示一玻璃片置于法布里-珀罗空腔的上方。
图10为从本发明光开关阵列组合在制造步骤8完成后的横截面示意图，该图表示一个DNA探针形成于玻璃片的上表面。
本发明的光开关阵列组合如图1A和图1B所示。图1A表示的光开关阵列组合构成包括用作衬底的硅片201，位于硅片201中若干由102标示处于关闭状态的光开关，位于硅片201中若干由103标示处于开启状态的光开关，置于硅片201上方的玻璃片104，和若干由112标示，处于玻璃片104上表面的DNA探针。光开关阵列组合构成还包括若干由107标示的电子开关，由108标示的垂直移位寄存器，和由109标示的水平移位寄存器。每一只光开关由一只电子开关操控，而开启的电子开关由垂直移位寄存器和水平移位寄存器联合选定。硅片201的背面刻有若干深孔，每个深孔瞄准一只光开关。有一紫外光源垂直照射硅片201背面，并由深孔分割成若干分开的光束。当光开关处于关闭状态时，如102所标记，深孔中的光束被光开关垂直反射回去，如106所标记。当光开关处于开启状态时，如103所标记，深孔中的光束可以穿过光开关，沿着原来傅播的方向继续前进，并投射到玻璃片104的表面，如105所标记。被光束照射的玻璃片表面如塗覆有DNA合成溶液，会发生光引导合成，形成DNA探针，如112所标示。
图1B所表示的光开关阵列组合，除了以标号113取代标号112以外，其它标号均与图1B中的标号含意相同。标号113表示DNA探针112与用荧光素标记的DNA样品特异性结合后形成的杂交DNA探针。在紫外光激励下，杂交的DNA探针会发射荧光，并由光探测器检测。如果杂交的DNA探针类型已知，也即杂交的DNA探针顺序已知，根据开启的光开关的地址信息可以推测出该样品DNA类型或该样品DNA顺序。
本发明光开关阵列组合的周期性重复单元如图2所示。该单元包括硅片201，依次沉积在硅片201上的第一无定型碳化硅层202，二氧化硅层203，和第二无定型碳化硅层层204，以及一个法布里-珀罗空腔。该法布里-珀罗空腔由第一无定型碳化硅膜205，空气隔层206，和第二无定型碳化硅膜207组成。第二无定型碳化硅膜207由四条对称分布的无定型碳化硅梁208所支持。每条无定型碳化硅梁208通过两个固定桩209与硅片相连。金属电极210覆盖整个无定型碳化硅梁208和无定型碳化硅膜207的周围部分。第一无定型碳化硅膜205的背面由防止光反射的薄膜211所覆盖，并与向硅片201背面敞开的深孔213对准。法布里-珀罗空腔占据的区域由八条防腐蚀墙214所环抱。每条固定桩209与一条对应的防腐蚀墙214相连。硅片背面覆盖有光反射膜215。一玻璃片217通过隔条216置于硅片201上方。一个DNA探针218处于玻璃片217上表面，并与处于其下方的深孔213对准。
第一和第二无定型碳化硅膜205和207的厚度设定为λ/(4nSiC)的奇数倍，以使该两无定型碳化硅膜的反射系数都取最大值，其中nSiC为无定型碳化硅的折射率。空气隔层206的原始厚度设定为λ/4的奇数倍，以使法布里-珀罗空腔的透射系数取极小值，或使该腔体处于全反射状态。
无定型碳化硅的电阻率高达1010至1014欧姆-厘米，因此由电极210与硅片组合的平板结构，可以成为良好的平行平板电容器。当有一电压施加于该电容器时，产生的静电力作用于无定型碳化硅梁208，使其弯曲而将无定型碳化硅膜207向下推移，从而减小空气隔层206的厚度。而当空气隔层206的厚度被减小到等于λ/4的偶数倍时，法布里-珀罗空腔被驱动进入全透射状态。
DNA探针218由光束照射引导合成而成，其形状和尺寸大体复制于深孔213，因为照射光束是通过深孔引入的，也即通过深孔，从照射硅片201背面的平行光线中分割出来的。
作为一种替代方案，法布里-珀罗空腔由PECVD氮化硅膜构成。在此情况下，由无定型碳化硅层—二氧化硅层—无定型碳化硅层组成的多层结构被由PECVD氮化硅层—铝层—PECVD氮化硅层所组成的多层结构所取代。
作为另一种替代方案，法布里-珀罗空腔由LPCVD氮化硅膜构成。在此情况下，由无定型碳化硅层—二氧化硅层—无定型碳化硅层组成的多层结构被由LPCVD氮化硅层—二氧化桂层—LPCVD氮化硅层所组成的多层结构所取代。
优先推荐的本发明光开关组合特征制造流程总共包括八个步骤，各个步骤分别由图3至图10表示。第一制造步骤如图3所示，准备好用作衬底的硅片301，并在该硅片表面依次沉积第一二氧化硅层302，第一无定型碳化硅层303，第二二氧化硅层304，和第二无定型碳化硅层305。硅片301可以是经历过MOS电路制程的，并且制作有若干不同类型的MOS电路，包括模拟电子开关电路，门电路，寻址电路等。第一二氧化硅层由PECVD沉积，其厚度稍微大于λ/(4nSiO2)，使得此层在稍后形成深孔过程中受到轻微腐蚀后，其厚度正好等于λ/(4nSiO2)。所采用的沉积参数为RF功率250瓦，温度300摄氏度，N2O流量300标准立方厘米/分钟，SiH4流量40标准立方厘米/分钟，和气压240毫托。在此条件下产生的沉积速率为600埃/分钟。第一无定型碳化硅层303也由PECVD沉积，其厚度等于λ/(4nSiC)奇数倍。所采用的沉积炉为双频率RF加热炉。所采用的沉积参数为气压600毫托，SiH4流量10标准立方厘米/分钟，CH4流量250标准立方厘米/分钟，Ar流量300标准立方厘米/分钟，温度300摄氏度，和RF功率60瓦。在上述条件下所获得的无定型碳化硅层303的应力低于50毫帕，并且具有较强的耐腐蚀能力。第二二氧化硅层304也由上述二氧化硅PECVD工艺沉积，沉积的厚度为λ/4的奇数倍。第二无定型碳化硅层305也由上述无定型碳化硅PECVD工艺沉积，其厚度也等于λ/(4nSiC)奇数倍，但沉积的厚度大于无定型碳化硅层303的厚度，以使该层具有比较高的机械强度。
第二制造步骤如图4所示，在硅片301的两面分别形成电连接线306，隔离条308，和反射膜307。为此，用电子束蒸发技术将1500埃厚的铝层沉积到硅片301的两面。对上表面的铝层进行光刻腐蚀，以形成铝层图形，铝腐蚀用H3PO4∶HAC∶CH3COOH＝8∶0.5∶0.1∶1腐蚀溶液。然后在硅片301的上表面形成另一仅暴露隔条308的光刻图形，在光刻胶图形上沉积另一层3微米厚的铝层。去除铝层下的光刻胶，随同去除光刻胶上的铝层，仅保存隔条308上的铝层。用这种铝层加厚技术将隔条308的铝层加厚到大于3微米，而硅片表面其它各处的铝层厚度则维持不变。
第三制造步骤如图5所示，形成填充的腐蚀停止槽309和固定桩(图中未标出)。此步包括在第二无定型碳化硅层305和第二二氧化硅层304中刻蚀出空槽。为此，先在第二无定型碳化硅层305上形成光刻图形，然后将硅片放入反应离子腐蚀(RIE)器中进行干法腐蚀。腐蚀条件为功率60瓦，气压0.05毫托，CF4流量70标准立方厘米/分钟，SF6流量10标准立方厘米/分钟，和O2，流量10标准立方厘米/分钟。在此条件下，产生的腐蚀速率为800埃/分钟，产生的对二氧化硅和对光刻胶的腐蚀选择系数分别为1.2和0.7。第二二氧化硅层304由稀释的HF溶液腐蚀。最终将刻出的空槽重新填实，为此，先用光刻胶保护除空槽以外的所有区域，然后用PECVD方法沉积无定型硅层，以覆盖空槽内壁，最后用PECVD方法沉积二氧化硅层填实空槽。溶去光刻胶，则除填充的空槽外，在其它区域沉积的无定型硅和二氧化硅层均随着光刻胶溶解而除去。
第四制造步骤如图6所示，刻划出法布里-珀罗空腔的平面结构。在形成光刻胶保护图形后，对第二无定型碳化硅层305进行干法腐蚀，腐蚀的条件与上述腐蚀无定型碳化硅的工艺相同。此步完成后，填充的沟槽309成为腐蚀停止墙309。
第五制造步骤如7所示，在硅片301的背面刻出深孔311。刻蚀之前，在硅片301的背面形成9至10微米厚，开有腐蚀窗口的光刻图形。接着用铝腐蚀溶液除去窗口中的铝层，再放进博斯(Bosch)干法腐蚀器，以腐蚀窗口中的硅层。腐蚀一直进行到将硅片301腐蚀透，最后停止在另一面的第一二氧化硅层302。深孔311的直径为4至30微米，典型值为10微米。深孔311底部露出的二氧化硅层302因经过轻微的腐蚀，厚度有所减少，但恰好可用作抗反射膜312。
第五制造步骤如8所示，用稀释的HF溶液腐蚀掉腐蚀停止墙309所包围的第二二氧化硅层304部分。由此形成第一无定形碳化硅薄313，四条无定形碳化硅梁314，空气隔层315，和第二无定形碳化硅薄316。每条无定形碳化硅梁314的两相对边由两个固定桩支持，该固定桩是在填充槽309的制造过程中形成的。第一无定形碳化硅薄313的尺寸为4×4至40×40平方微米，典型值为20×20平方微米。无定形碳化硅梁314的长和宽分别为4至30微米，典型值为10微米，1至5微米，典型值为2微米。
第七制造步骤如9所示，将玻璃片317置于硅片301之上，其间通过隔条308隔开。玻璃片317的背面可以覆盖抗反射膜，且其背面周边也可以密封，以便在DNA的合成过程中保护光开关阵列。玻璃片317是一次性使用的，而光开关阵列则可以重复使用，因此，密封的方式应该是可撤除的。
第八制造步骤如10所示，在玻璃片317表面合成DNA探针阵列318。DNA探针阵列318的合成采用光易变保护基团和用光去除保护层工艺。该工艺要求首先用光易变保护基团对玻璃片317表面进行修饰。然后通过开启第一批光开关引入光束群，使其照射第一批需要进行DNA合成的位置，以产生反应羟基。接着喷塗第一种3‘未端被激活5‘未端羟基结合有光易变基团的脱氧核苷酸，使在合成位置发生偶合。经过偶合和氧化处理后，再将玻璃片317进行冲洗，然后开启第二批光开关引入光束群，使其照射第二批须进行合成的位置。接着将第二种3‘未端被激活5‘未端羟基结合有光易变基团的脱氧核苷酸喷塗到合成位置。这种选择性光去除保护和偶合循环重复进行下去，直至获得所需顺序的DNA探针阵列为止。
作为一种替代方案，DNA探针阵列318的光引导合成采用酸易4，4‘未端保护基团和光刻胶工艺。
作为另一种替代方案，DNA探针阵列318的光引导合成采用DMT保护基团和含有光酸产生者(PAG)的聚合物薄膜工艺。
第二优先制造本发明光开关组合的特征流程采用由第一铝层，第一PECVD氮化硅层，第二铝层，和第二PECVD氮化硅层组成的多层结构，以取代由第一二氧化硅层，第一无定型碳化硅层，第二二氧化硅层，和第二无定型碳化硅层组成的多层结构。两种制程的区别具体包括如下几项1.沉积PECVD氮化硅所用的参数为SiH4流量170标准立方厘米/分钟，NH3流量30标准立方厘米/分钟，温度300摄氏度，气压450毫托，功率250瓦，产生沉积速率160埃/分钟。RIE腐蚀PECVD氮化硅层的参数CHF4流量7.5标准立方厘米/分钟，N2流量42.5标准立方厘米/分钟，气压37.5毫托，功率60瓦，产生腐蚀速率250埃/分钟。
2.添充空槽的材料用二氧化硅。
3.刻出深孔后露出的第一铝层需要腐蚀掉，然后沉积一层厚λ/(4nSiO2)的二氧化硅层用作抗反射膜。
第三优先制造本发明光开关组合的特征流程采用由第一二氧化硅层，第一LPCVD氮化硅层，第二二氧化硅层，和第二LPCVD氮化硅层组成的多层结构，以取代由第一二氧化硅层，第一无定型碳化硅层，第二二氧化硅层，和第二无定型碳化硅层组成的多层结构。两种制程的区别具体包括如下几项1.光开关阵列开始制造时，硅片上的MOS电路尚未完成金属化步骤。
2.RIE腐蚀LPCYD氮化硅所用的参数为CHF4流量7.5标准立方厘米/分钟，N2流量42.5标准立方厘米/分钟，气压37.5毫托，功率60瓦，产生腐蚀速率250埃/分钟。
3.金属化形成电连线，隔离条，和反射膜被作为光开关阵列制程的最后一步进行。
以上所述以法布里-珀罗空腔为基础的光开关阵列只是本发明的一个例证，本发明的内容并不完全局限于此。对上述例证进行某些修改，熟识本专业的工程技术人员在读过本说明后是很容易做到的。因此本发明的精髓不是由上述内容限定，而是由本发明的权利要求限定。
权利要求
1.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合，其特征结构包括一硅片，一处于硅片内，以法布里-珀罗空腔模式工作的光开关阵列，一处于硅片内，促使光开关运行的驱动电路，若干处于硅片内的深孔，每个深孔对着一只光开关，并引导一束光线射向该光开关，一块置于硅片上的玻璃片，和一处于玻璃片上，由光引导合成的DNA阵列。
2.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合，其特征结构包括一硅片，一处于硅片内，以法布里-珀罗空腔模式工作的光开关阵列，一处于硅片内，促使光开关运行的驱动电路，若干处于硅片内的深孔，每个深孔对着一只光开关，并引导一束光射向该光开关，一块置于硅片上的玻璃片，和一处于玻璃片上的杂交DNA阵列。
3.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合的制造方法，其特征制造步骤包括准备好制作有驱动电路的硅片，在硅片上沉积抗光反射薄膜，在抗光反射薄膜上沉积第一层镜面层，在第一层镜面层上沉积牺牲层，在积牺牲层上沉积第二镜面层，在第二镜面层上形成电连线，电极，和隔离条，形成填充槽，由此划定可形变法布里-珀罗空腔的平面构造，并同时造就支持腔体弹性梁的固定桩，腐蚀掉填充槽所包围的牺牲层，以形成法布里-珀罗空腔，在硅片背面腐蚀出深孔，在硅片上方放置玻璃片，和在玻璃片上进行光引导合成DNA探针阵列。
4.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合的制造方法，其权利要3所述的特征制造步骤还包括所述的第一和第二镜面材料为无定型碳化硅。
5.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合的制造方法，其权利要3所述的特征制造步骤还包括所述的第一和第二镜面材料为PECVD氮化硅。
6.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合的制造方法，其权利要3所述的特征制造步骤还包括所述的第一和第二镜面材料为LPCVD氮化硅。
7.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合的制造方法，其权利要3所述的特征制造步骤还包括所述的牺牲层材料为二氧化硅。
8.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合的制造方法，其权利要3所述的特征制造步骤还包括所述的牺牲层材料为铝。
9.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合的制造方法，其权利要3所述的特征制造步骤还包括所述的填充槽由外衬无定型硅的二氧化硅所填充。
10.一种用于DNA探针光合成和杂交DNA探针光探测的光开关阵列组合的制造方法，其权利要3所述的特征制造步骤还包括所述的填充槽由二氧化硅所填充。
全文摘要
一种用于DNA探针阵列进行光引导合成和杂交DNA探针阵列光激发探测的光开关阵列组合，包括硅片，光开关阵列，驱动电路和选址电路，光束引导孔，硅片，和DNA阵列。光开关工作基于法布里－珀罗空腔模式，该腔体由微机械加工形成，其由空气层隔开的两面平行镜子由介质薄膜构成。光开关选择性开启后引入光束照射玻璃片上的合成位置，从而得以进行光引导合成DNA探针。光开关选择性开启后引入光束照射玻璃片上的杂交DNA探针，激发杂交的DNA探针发射出荧光，从而得以对杂交的DNA探针进行光探测。
文档编号C12Q1/68GK1439722SQ0210369
公开日2003年9月3日 申请日期2002年2月19日 优先权日2002年2月19日
发明者涂相征, 李韫言 申请人:李韫言