一种复合膜片式的MEMS压力传感器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种复合膜片式的MEMS压力传感器，包括硅衬底层，在所述硅衬底层的下端刻蚀有第三刻蚀腔体，在硅衬底层的上端刻蚀有第二刻蚀腔体；所述第二刻蚀腔体小于第三刻蚀腔体；在所述硅衬底层上还设置有硅器件层，所述硅器件层的底部位于第二刻蚀腔体内的位置刻蚀有第一刻蚀腔体；所述第一刻蚀腔体小于第二刻蚀腔体，本实用新型专利技术通过采用复合膜片结构，能同时进行三个或以上的压力范围测量，极大地减小了芯片尺寸面积，提高了传感器的集成度，同时满足了低压测量时的灵敏度与量程，其工艺流程与传统MEMS工艺相通，同时与集成电路工艺兼容，易集成化。易集成化。易集成化。

【技术实现步骤摘要】
一种复合膜片式的MEMS压力传感器


[0001]本技术属于传感器测量
，具体地说，涉及一种复合膜片式的MEMS压力传感器。

技术介绍

[0002]随着微机电技术的发展，由于第二代半导体材料单晶硅的压阻效应和其良好的机械结构特性，使得利用微机电工艺技术制成的MEMS硅压阻式压力传感器逐渐成为了市场的主流。其具有体积小、精度高、成本低和稳定性强的优点，并广泛应用在航空航天、石油、电力等领域。硅压阻式压力传感器主要由敏感膜片、压敏电阻条组成，其工作原理为当敏感膜片受到外界压力作用下，发生挠曲变形，而膜片上的压敏电阻则在膜片挠曲应力的作用下，通过压阻效应，使得自身电阻率发生变化，由四个压敏电阻条构成的惠斯通电桥电路，将电阻率的变化转换成输出电压的变化。
[0003]传统的MEMS压力传感器具有一个深腔刻蚀形成敏感膜片以及在敏感膜片上通过扩散或则离子注入工艺形成的2对压敏电阻，通过金属沉积工艺来构成惠斯通电桥连接。对于这种传统的硅压阻式压力传感器来说，其测量范围与结构灵敏度大小是密切相关的，在结构设计上，为了增大测量范围或则缩小测量范围都需要改变膜厚以及敏感膜片的面积大小，由此造成了传统的压力传感器芯片针对多个压力量程测量，往往采用以大量程的芯片代替小量程的芯片从而对小量程压力范围进行检测，或则通过MEMS工艺重新加工出不同结构的压力芯片来保证。一方面，大量程的压力芯片测量微小压力时会使得整个传感器的灵敏度非常低，增加了后端接口电路的负担，除此之外重新进行前端工艺流片和结构设计也造成了的开发成本的极大增加，另一方面对于后端封装测试来说，不同芯片结构尺寸大小也造成了封装管壳的尺寸变化，对于后续产品的一致性和通用性替代都造成了不利的影响。

技术实现思路

[0004]本技术针对现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种复合膜片式的MEMS压力传感器，通过在一个传感器中集成化多个不同量程的模块，实现了对不同量程、不同尺寸的物件的适应性测量，同时提高了测量的一致性。
[0005]本技术具体实现内容如下：
[0006]本技术提出了一种复合膜片式的MEMS压力传感器，包括硅衬底层，在所述硅衬底层的下端刻蚀有第三刻蚀腔体，在硅衬底层的上端刻蚀有第二刻蚀腔体；所述第二刻蚀腔体小于第三刻蚀腔体；
[0007]在所述硅衬底层上还设置有硅器件层，所述硅器件层的底部位于第二刻蚀腔体内的位置刻蚀有第一刻蚀腔体；所述第一刻蚀腔体小于第二刻蚀腔体；
[0008]在所述第一刻蚀腔体、第二刻蚀腔体和第三刻蚀腔体上分别对应设置有第一量程敏感膜片、第二量程敏感膜片和第三量程敏感膜片；
[0009]在所述硅器件层的上层设置有十二组的压敏电阻条，从内到外构成三组惠斯登电桥电路，每组惠斯登电桥电路包括四个压敏电阻条；
[0010]最内侧的一组惠斯登电桥电路与第一刻蚀腔体内的第一量程敏感膜片通过金属引线对应连接；
[0011]居中的一组惠斯登电桥电路与第二刻蚀腔体内的第二量程敏感膜片通过金属引线对应连接；
[0012]最外侧的一组惠斯登电桥电路与第三刻蚀腔体内的第三量程敏感膜片通过金属引线对应连接；
[0013]所述第一刻蚀腔体、第二刻蚀腔体和第三刻蚀腔体以硅器件层的中心点为轴心对称分布。
[0014]为了更好地实现本技术，进一步地，在所述硅衬底层下还设置有玻璃基底。
[0015]为了更好地实现本技术，进一步地，在三组惠斯登电桥电路之间，设置有PN二极管，通过PN二极管将压敏电阻条隔断开。
[0016]为了更好地实现本技术，进一步地，设置多个电压源，并在三组惠斯登电桥电路的连接端设置8个金属Pad，通过金属Pad分别与对应的电压源进行连接和关闭。
[0017]为了更好地实现本技术，进一步地，一组惠斯登电桥电路中的四个所述压敏电阻条呈四个方向在硅器件层上均匀分布。
[0018]为了更好地实现本技术，进一步地，所述第三刻蚀腔体为开口朝下的梯形腔体结构，所述第三量程敏感膜片设置在第三刻蚀腔体的上顶面，且最外侧的惠斯登电桥电路的四个压敏电阻条设置在硅器件层上与第三量程敏感膜片的边缘对应的位置处。
[0019]为了更好地实现本技术，进一步地，所述第二刻蚀腔体为开口朝上的梯形腔体结构，所述第二量程敏感膜片设置在第二刻蚀腔体的下底面，且位于中侧的惠斯登电桥电路的四个压敏电阻条设置在硅器件层上与第二量程敏感膜片的边缘对应的位置处。
[0020]为了更好地实现本技术，进一步地，所述第一刻蚀腔体为开口朝下的梯形腔体结构，所述第一量程敏感膜片设置在第一刻蚀腔体的上顶面，且最内侧的惠斯登电桥电路的四个压敏电阻条设置在硅器件层上与第一量程敏感膜片的边缘对应的位置处。
[0021]本技术与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
[0022]本技术通过采用复合膜片结构，能同时进行三个或以上的压力范围测量，极大地减小了芯片尺寸面积，提高了传感器的集成度，同时满足了低压测量时的灵敏度与量程，其工艺流程与传统MEMS工艺相通，同时与集成电路工艺兼容，易集成化。
附图说明
[0023]图1为本技术剖面结构示意图；
[0024]图2为本技术俯视结构示意图；
[0025]图3为本技术全部压敏电阻条连通进行使用的电路原理图；
[0026]图4为本技术较小压力作用下八个压敏电阻条连通进行使用的电路原理图；
[0027]图5为本技术中等压力作用下六个压敏电阻条连通进行使用的电路原理图；
[0028]图6为本技术较大压力作用下四个压敏电阻条连通进行使用的电路原理图；
[0029]图7为施加较小压力进行测量的示意图；
[0030]图8为施加中等压力进行测量的示意图；
[0031]图9为施加较大压力进行测量的示意图。
[0032]其中：1、玻璃基底，2、硅衬底层，3、硅器件层，4、压敏电阻条，5、金属引线，6、金属Pad，7、PN结二极管，8、第一量程敏感膜片，9、第一刻蚀腔体，10、第二量程敏感膜片，11、第二刻蚀腔体，12、第三量程敏感膜片，13、第三刻蚀腔体。
具体实施方式
[0033]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本技术中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0034]在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合膜片式的MEMS压力传感器，其特征在于，包括硅衬底层（2），在所述硅衬底层（2）的下端刻蚀有第三刻蚀腔体（13），在硅衬底层（2）的上端刻蚀有第二刻蚀腔体（11）；所述第二刻蚀腔体（11）小于第三刻蚀腔体（13）；在所述硅衬底层（2）上还设置有硅器件层（3），所述硅器件层（3）的底部位于第二刻蚀腔体（11）内的位置刻蚀有第一刻蚀腔体（9）；所述第一刻蚀腔体（9）小于第二刻蚀腔体（11）；在所述第一刻蚀腔体（9）、第二刻蚀腔体（11）和第三刻蚀腔体（13）上分别对应设置有第一量程敏感膜片（8）、第二量程敏感膜片（10）和第三量程敏感膜片（12）；在所述硅器件层（3）的上层设置有十二组的压敏电阻条（4），从内到外构成三组惠斯登电桥电路，每组惠斯登电桥电路包括四个压敏电阻条（4）；最内侧的一组惠斯登电桥电路与第一刻蚀腔体（9）内的第一量程敏感膜片（8）通过金属引线（5）对应连接；居中的一组惠斯登电桥电路与第二刻蚀腔体（11）内的第二量程敏感膜片（10）通过金属引线（5）对应连接；最外侧的一组惠斯登电桥电路与第三刻蚀腔体（13）内的第三量程敏感膜片（12）通过金属引线（5）对应连接；所述第一刻蚀腔体（9）、第二刻蚀腔体（11）和第三刻蚀腔体（13）以硅器件层（3）的中心点为轴心对称分布。2.如权利要求1所述的一种复合膜片式的MEMS压力传感器，其特征在于，在所述硅衬底层（...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宗达，彭鹏，李奇思，刘璐，苏晓晓，
申请(专利权)人：成都凯天电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：