[发明专利]一种新型MEMS多维气体传感器芯片及其制备工艺

权利要求书

1.一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，包括加热单元、光激发单元和气敏单元；所述加热单元包括衬底层、钝化介质层一、多晶硅淀积层、发热电阻、隔离沟道和钝化介质层二；所述衬底层的顶部由下至上依次铺设有所述钝化介质层一和所述多晶硅淀积层，在所述多晶硅淀积层上离子注入有所述发热电阻，同时在所述多晶硅淀积层上刻蚀有隔离沟道，所述多晶硅淀积层的顶部铺设有所述钝化介质层二，并且将所述隔离沟道进行填充和对所述发热电阻进行覆盖，所述钝化介质层二的顶部中部铺设有所述气敏单元，所述气敏单元的两侧铺设有所述光激发单元。

2.如权利要求1所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，所述衬底层采用底部光刻悬空的薄膜结构材料，所述薄膜结构材料采用硅、氮化硅或碳化硅。

3.如权利要求1所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，所述钝化介质层一采用氮化硅或者是碳化硅薄膜材料。

4.如权利要求1所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，所述多晶硅淀积层包括种子层PolySi和外延层Epi-PolySi；在所述种子层PolySi上通过外延生长有所述外延层Epi-PolySi。

5.如权利要求1所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，所述钝化介质层二采用氧化层材料。

6.如权利要求1所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，所述气敏单元包括金属电极一和气敏电阻层；所述钝化介质层二的顶部中部两侧对称设有两个所述金属电极一，两个所述金属电极一上覆盖铺设有所述气敏电阻层。

7.如权利要求6所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，所述金属电极一采用金、铂金或钛材料；所述气敏电阻层采用氧化铜、氧化锌或氧化锡金属氧化物材料。

8.如权利要求1所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，所述光激发单元包括激光发射二极管、光波导和光反射层；所述激光发射二极管包括n型GaN层、InGaN/GaN量子阱层、p型GaN层、ITO层和金属电极二；靠近所述气敏单元一侧的所述n型GaN层的顶部由下至上依次铺设有所述InGaN/GaN量子阱层、所述p型GaN层和所述ITO层，远离所述气敏单元一侧的所述n型GaN层的顶部、所述ITO层的顶部均由下至上依次铺设有所述光波导和光反射层，且在每侧所述光波导内布设有两个所述金属电极二，其中一个所述金属电极二位于所述n型GaN层的顶部，另外一个所述金属电极二位于所述ITO层的顶部。

9.如权利要求8所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片，其特征在于，所述光波导采用二氧化硅介质层材料，所述光反射层采用金属铝材料。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种新型MEMS多维气体传感器芯片的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1：首先对晶圆片进行背面第一步光刻，通过TMAH或者KOH深硅腐蚀方法完成悬空硅膜的制作，然后在悬空硅膜的正面沉积钝化介质层一；

S2：钝化介质层一上通过LPCVD沉积多晶硅的种子层PolySi，在种子层PolySi上通过外延生长多晶硅的外延层Epi-PolySi；

S3：实施第二步的光刻，然后通过离子注入的方式，在外延层Epi-PolySi材料层制作发热电阻丝和互连电路，形成发热电阻；

S4：实施第三步光刻，使用DeepRIE干刻技术制作隔离沟道，生长氧化层作为钝化介质层二，并在淀积的过程中对隔离沟道进行填充；

S5：钝化介质层二上开始堆叠光激发材料层，使用MOCVD技术先堆叠n型GaN层，实施第四步光刻，完成RIE刻蚀，进行金属蒸发，再实施第五步光刻，完成钝化介质层二上金属电极一的制作；

S6：气敏电阻层材料淀积，实施第六步光刻，完成气敏单元的制作；

S7：继续使用MOCVD技术淀积InGaN/GaN量子阱层和p型GaN层，实施第七步光刻，用RIE技术刻蚀，分别实施第八步、第九步光刻，并通过liftoff技术，分别完成ITO层和电路引线的制作；

S8：通过PECVD技术淀积二氧化硅介质层，后淀积铝金属层，并实施第十次光刻完成关键步骤的制作。