[发明专利]一种单片集成SiC MEMS压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SiC MEMS电容式压力传感器及其读出电路的集成方案，属于微机电系统领域。 

背景技术

近年来，随着MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术的不断发展和成熟，各类MEMS器件和系统在汽车、消费电子、生物医疗等领域的应用中大放异彩，成为高科技领域的研究热点和产业生力军，获得了广泛的关注。而硅基MEMS更是取得了巨大成功。 

压力传感器是MEMS最成功的产品之一，它已被广泛应用到汽车、工业加工、医疗事业和航天航空中。但是近年来，由于硅材料本身特性的限制，硅基器件在高温、高压、强腐蚀性的环境下很难应用(Thin Solid Films 355-356(1999)518-524)。SiC材料以其优异的电学、力学性能，以及化学稳定性，成为了硅材料的很好的替代品(Sensors andActuators 82(2000)210-218)。 

目前，在半导体工业中采用的SiC的制备方案主要有两种，一种是高温制备，另一种是低温制备。高温制备以LPCVD(低压化学气相淀积)为代表，制备温度通常在800℃以上，产生的SiC多为多晶结构，其力学电学性能都很高，化学性能也很稳定(IEEE SENSORS JOURNAL，VOL.4，NO.4(2004)464-470；IEEE SENSORS JOURNAL，VOL.6，NO.2(2006)316-324；IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES，VOL.49，NO.12(2002)2323-2332)；而低温制备的SiC主要采用PECVD(等离子体增强化学气相淀积)，制备温度通常在400℃以下，加工出来的SiC力学电学性也不错，同时保持了化学稳定性(Sensors and Actuators A 67(1998)175-180；J.Micromech.Microeng.17(2007)775-780；J.Micromech.Microeng.17(2007)426-431)。相比之下，高温SiC的性能和稳定性更好，适合于高温高压等恶劣环境下应用，而低温SiC的优势在于生成温度低，工艺兼容性更好，可以直接在后续或之前的加工中引入传统微加工所需要的材料和工艺，同时加工出来的器件可以与处理电路集成，从而大大提高器件的精度和可靠性，并降低加工成本。 

到目前为止，许多商用的压力传感器大多是硅基的，不能适用于腐蚀性环境，而以高温SiC为材料的器件，很难与处理电路集成。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗腐蚀的单片集成SiC MEMS压力传感器，将低温淀积的PECVD SiC与压力传感器相结合得到SiC电容式压力传感器，并实现CMOS处理电路与SiC电容式压力传感器的单片集成。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种单片集成SiC MEMS压力传感器，包括第一衬底、CMOS处理电路、电容感应薄膜、第二衬底和下电极，其中：在第二衬底上开有压力腔；压力腔表面覆盖有下电极；电容感应薄膜覆盖在第二衬底的上表面，悬浮于压力腔上，该薄膜由两层PECVD SiC薄膜夹一金属层组成，所述金属层为上电极；第一衬底位于电容感应薄膜之上，第一衬底在压力腔的上方开有深槽，露出上层的PECVD SiC薄膜；CMOS处理电路嵌置于第一衬底的下表面，位于深槽的旁边，并与上电极接通。 

上述组成电容感应薄膜的两层SiC薄膜是通过PECVD技术淀积的SiC薄膜，其中上电极之上的为结构层，一般厚0.2μm～5μm；上电极之下的为介电层，一般厚0.1μm～1μm。上电极的厚度一般为0.1μm～1μm。 

优选的，上述第二衬底是玻璃衬底；压力腔深0.5μm～10μm；下电极是一金属层，厚0.1μm～1μm。 

优选的，上述第一衬底是硅衬底。所述CMOS处理电路是用CMOS工艺在硅片上加工出来的。 

进一步的，为了便于CMOS处理电路与外部的连接，在CMOS处理电路下方的电容感应薄膜部分设有隔离槽，这样最后划片时去除隔离槽下方的第二衬底部分就可以实现CMOS处理电路与外部的连接。