技術領域

本發明涉及一種壓力傳感器芯片，尤其是一種多量程CMOS?MEMS電容式壓力傳感器芯片，屬于MEMS器件設計制造技術領域。

背景技術

壓力測量是MEMS?技術的一個主要應用方面，壓力傳感器的應用主要有三個方面：壓力監控、壓力控制和物理量測量。壓力傳感器有著廣泛的應用領域，包括汽車工程，航空導航，消費電子和軍事運用等方面。

如今主流的壓力檢測技術有：電容壓力檢測技術、壓阻壓力檢測技術以及熱型壓力檢測技術等。電容式壓力傳感器是硅微壓力傳感器的一種主要類型，其基本原理是將壓力變化轉換為電容的變化。壓力作用于彈性膜，膜發生形變，使得兩個電極間介質介電常數發生變化，產生相應的電容值變化，電容值隨著壓力變化單調變化，電容值與壓力值相互對應，形成由壓力到電容的傳感轉換功能。多量程電容式壓力傳感器芯片具有多方面的優勢，例如較大的測量范圍、較高的靈敏度、較低的溫度偏移系數、更加堅固的結構以及更低的功耗等等。傳統電容式壓力傳感器芯片主要缺點如下：（1）無法使其與CMOS工藝兼容，傳感器芯片的CMOS工藝集成化是傳感器研究和發展的趨勢；（2）單一的量程，只能針對某一特定的量程范圍進行測試，使其不能得到最大限度的使用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種多量程CMOS?MEMS電容式壓力傳感器芯片，采用多個不同尺寸的電容壓力傳感器單元實現多量程，靈敏度高，量程范圍大，并且提高了可制造性，制造成本低。

按照本發明提供的技術方案，所述多量程CMOS?MEMS電容式壓力傳感器芯片，包括玻璃基座和設置在玻璃基座上的硅基底，其特征是：在所述硅基底上表面設置第一壓力傳感器單元、第二壓力傳感器單元、第三壓力傳感器單元、第四壓力傳感器單元、第五壓力傳感器單元和第六壓力傳感器單元；所述第一壓力傳感器單元、第二壓力傳感器單元、第三壓力傳感器單元、第四壓力傳感器單元、第五壓力傳感器單元和第六壓力傳感器單元分別包括上電極、下電極和壓力膜；所述第一壓力傳感器單元、第二壓力傳感器單元、第三壓力傳感器單元、第四壓力傳感器單元、第五壓力傳感器單元和第六壓力傳感器單元的下電極分別通過金屬鋁線合并連接后輸出。

在所述硅基底的上部設置由硅基底的上表面向下表面延伸的P阱，在P阱的上表面依次設置氧化硅層和多晶硅，在硅基底的下部設置真空密封腔；所述真空密封腔上部的P阱、氧化硅層和多晶硅構成壓力膜；在所述P阱的一側設置P+區，在氧化硅層上表面的兩側分別設置氮化硅層，在兩側的氮化硅層上表面分別設置第一金屬層和第二金屬層，在兩側的氮化硅層中設置第一鎢塞和第二鎢塞，第一鎢塞依次穿過氮化硅層和氧化硅層連接第一金屬層和P+區，第二鎢塞穿過氮化硅層連接第二金屬層和氮化硅層下部的多晶硅；所述第一鎢塞和第一金屬層構成了下電極，第二鎢塞和第二金屬層構成了上電極，下電極由第一鎢塞與P+區歐姆接觸引出。

所述第一壓力傳感器單元、第二壓力傳感器單元、第三壓力傳感器單元、第四壓力傳感器單元、第五壓力傳感器單元和第六壓力傳感器單元的壓力膜的尺寸不同。

所述壓力膜為正方形；所述第一壓力傳感器單元的壓力膜邊長為400μm，第二傳感器單元的壓力膜邊長為600μm，第三傳感器單元的壓力膜邊長為800μm，第四傳感器單元的壓力膜邊長為1000μm，第五傳感器單元的壓力膜邊長為1500μm，第六傳感器單元的壓力膜邊長為2000μm。

所述真空密封腔由硅基底的下表面延伸至P阱的下表面。

所述第一金屬層、第二金屬層和金屬連線采用金屬鋁。

本發明在傳統電容式壓力傳感器芯片結構的基礎上設計了一種由多個基本傳感器單元構成，并與CMOS工藝兼容的多量程電容壓力傳感器芯片；本發明采用了多個不同壓力膜尺寸的電容壓力傳感器單元實現多量程，電容壓力傳感器芯片靈敏度高，量程范圍大，并且提高了可制造性，制造成本低。

附圖說明

圖1為本發明所述壓力傳感器的俯視圖。

圖2為本發明所述傳感器單元的俯視圖。

圖3為本發明所述傳感器單元的剖視圖。