[发明专利]光栅波导微流体芯片的制造方法

说明书

本发明提供一种光栅波导微流体芯片的制造方法，包括提供衬底，在衬底上形成牺牲层，形成下包层；形成波导层；形成光栅波导，包括出射光栅；在波导层上形成保护层，用于覆盖光栅波导并保护出射光栅；在保护层上形成上包层；形成微流道，贯穿上包层以暴露出保护层；出射光栅位于微流道下方用以将光沿垂直方向向上导入微流道内；去除牺牲层。具有有益效果：在柔性基底上沉积光学性能可调的氮化硅薄膜，扩展SiN光学器件材料的应用范围和形式，将传统光学系统通过集成光学或片上光学器件来实现，把传统的台式大型的光学系统缩小到芯片尺寸，保证出色的分析性能，实现微纳尺度下的生物样品的高通量芯片级光学检测和分析集成系统，大幅度降低系统成本。

技术领域

本发明涉及一种光栅波导微流体芯片的制造方法，尤其涉及一种光栅波导微流体生物检测芯片的制造方法。

背景技术

在现代生化分析流程中，高通量检测设备已经被广泛使用。这些设备大多采用基于微流体技术或者微孔阵列的生物芯片，装载在高性能的光学系统中，实现对诸如核酸、蛋白、病毒、细菌、细胞等等不同尺寸的生物样品的分析。这些光学系统的设计通常都基于复杂的几何光学，其体积大、成本高、需要光学准直、维护成本较高。

在精准医疗时代，小型化、高性能、低成本和可移动的集成化分析系统受到很大关注。尤其是lab on chip的概念，经过几十年的发展，基于微流体技术对生物样品的操控方面取得了长足的进步，但真正的lab on chip 系统仍然缺少一种微纳尺度下的高通量生物样品的芯片级的片上光学检测和分析集成系统。

同时，在高分子聚合物薄膜上沉积光学氮化硅薄膜等材料，将以SiN 为波导的集成光学器件同硅或者玻璃衬底分开且聚合物具有一定的延展性，这大大增加了以SiN等材料为波导的集成光学器件的其应用范围。

在高分子聚合物上沉积薄膜，为了不破坏聚合物的分子结构需要将沉积温度控制的越低越好，而目前主流的SiN薄膜生长温度在400度左右，仍然太高。

发明内容

为解决目前现代生化分析仪器体积庞大、成本高和满足精准医疗时代所需求的仪器小型化、可移动和集成化等一系列新的需求。本发明通过集成电路量产工艺来生产这种芯片级光学检测和分析系统，将传统光学系统的功能通过集成光学或片上光学器件来实现，不仅可以把传统的台式甚至大型的光学系统缩小到芯片尺寸，而且还保证同等甚至更出色的分析性能，实现微纳尺度下的生物样品的高通量芯片级光学检测和分析集成系统，大幅度降低系统成本。

本发明提供一种光栅波导微流体芯片的制造方法，包括：

步骤1000：提供衬底，在所述衬底上形成牺牲层，在所述牺牲层上形成厚度为15～30μm高分子聚合材料的下包层；

步骤2000：在所述下包层上形成波导层，所述波导层是氮化硅材料；

步骤3000：以所述波导层形成光栅波导，所述光栅波导包括出射光栅；

步骤4000：在所述波导层上形成二氧化硅保护层，所述保护层用于覆盖所述光栅波导并保护所述出射光栅；在所述保护层上形成厚度为 15～30μm的上包层；

步骤5000：形成微流道，所述微流道贯穿所述上包层以暴露出所述保护层；所述出射光栅位于所述微流道下方用以将光沿垂直方向向上导入所述微流道内；

步骤6000：去除所述牺牲层，以将所述上包层与所述衬底剥离；

所述微流道宽度为10-100μm，所述牺牲层的腐蚀选择比高于所述上包层、所述保护层、所述波导层或所述下包层，所述牺牲层的材料为金属、聚合物或氧化物。

优选地，步骤2000中，通过电感耦合等离子体化学气相沉积法，沉积温度为25-150℃，并通入包括硅气源和氮气源的反应载气，以形成所述波导层。