一種電容式微機電磁場傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電容式微機電磁場傳感器，該磁場傳感器包括從下向上依次疊加設置的硅襯底、二氧化硅層、多晶硅層和氮化硅層，二氧化硅層的中部為空心，多晶硅層和氮化硅層中部設有U形梁，氮化硅層的四周設為錨區(qū)，U形梁根部與錨區(qū)固定連接，U形梁處于懸空狀態(tài)；U形梁的氮化硅層的上表面布設有驅(qū)動金屬線；錨區(qū)中設有電容上極板焊盤、電容底電極焊盤和驅(qū)動金屬線焊盤；氮化硅層中設有含金屬柱的第一通孔和含金屬柱的第二通孔；U形梁的多晶硅層通過第一通孔與電容上極板焊盤連接，構(gòu)成電容上電極；多晶硅層通過第二通孔與電容底電極焊盤連接，構(gòu)成電容底電極；多晶硅層中設有凹槽，凹槽隔離電容上電極和電容底電極。該傳感器可以測量磁場幅度，且傳感器結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】一種電容式微機電磁場傳感器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器【技術領域】，具體來說，涉及一種電容式微機電磁場傳感器。
【背景技術】
[0002]磁場傳感器有著悠久的歷史，指南針的發(fā)明到現(xiàn)代交通導航，磁場傳感器越來越被人重視。
[0003]磁場傳感器與我們的生活息息相關，自然界和人類社會生活的許多地方都存在磁場或與磁場相關的信息。利用人工設置的永磁體產(chǎn)生的磁場，可作為許多種信息的載體。因此，探測、采集、存儲、轉(zhuǎn)換、復現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場和磁場中承載的各種信息的任務，自然就落在磁場傳感器身上。已研制出利用各種物理、化學和生物效應的磁傳感器，并已在科研、生產(chǎn)和社會生活的各個方面得到廣泛應用，承擔起探究種種信息的任務。
[0004]隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術的發(fā)展，大大推動了 MEMS磁場傳感器的發(fā)展，出現(xiàn)了一些微型磁場傳感器的結(jié)構(gòu)，同時新發(fā)展的MEMS工藝能夠在硅襯底上利用IC (英文全稱為:integrated circuit,中文是:集成電路)后處理工藝制作各種機械結(jié)構(gòu)，為磁場傳感器的設計開辟了新的途徑，近年來，提出了一些微型磁場傳感器的結(jié)構(gòu)，如法國的VincentBeroulle、Laurent Latorre提出的MEMS磁場傳感器,在懸臂梁與錨區(qū)附近做壓阻,通過測量壓阻的輸出檢測磁場。扭擺式MEMS磁場傳感器最早由Beverley Eyre等人提出，測量在磁場作用下受力后結(jié)構(gòu)扭擺的幅度，來測量磁場的大小。這些磁場傳感器只能測量磁場的大小。磁場是一個矢量，所以對磁場方向信息很重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術問題:本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種電容式微機電磁場傳感器，該傳感器可以測量磁場幅度，且傳感器結(jié)構(gòu)簡單。
[0006]技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:
一種電容式微機電磁場傳感器，該磁場傳感器包括從下向上依次疊加設置的娃襯底、二氧化硅層、多晶硅層和氮化硅層，二氧化硅層的中部為空心，多晶硅層和氮化硅層中部設有U形梁，氮化硅層的四周設為錨區(qū)，U形梁根部與錨區(qū)固定連接，U形梁處于懸空狀態(tài)；u形梁的氮化硅層的上表面布設有驅(qū)動金屬線；錨區(qū)中設有電容上極板焊盤、電容底電極焊盤和驅(qū)動金屬線焊盤；氮化硅層中設有含金屬柱的第一通孔和含金屬柱的第二通孔山形梁的多晶硅層通過第一通孔與電容上極板焊盤連接，構(gòu)成電容上電極；多晶硅層通過第二通孔與電容底電極焊盤連接，構(gòu)成電容底電極；多晶硅層中設有凹槽，凹槽隔離電容上電極和電容底電極。
有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1.結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)磁場幅度測量。本發(fā)明的電容式微機電磁場傳感器，利用U形梁結(jié)構(gòu)與錨區(qū)分別作為電容的兩個電極，通過電容的變化可以得到磁場的幅度；而且電容的容值由U形梁和錨區(qū)的相對面積決定，可控性較大。[0007]2.功耗小、性能可靠。本發(fā)明利用電容來測量U形梁的位移，來測量磁場的幅度。整個測量過程中所用的電流為直流電，采用U形梁受力較大，產(chǎn)生的位移也較大，因此功耗小。另外，電容檢測受外界環(huán)境影響較小，相對熱驅(qū)動的傳感器而言，本磁場傳感器用洛倫茲力相對比較容易驅(qū)動，性能可靠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0009]圖2是圖1中的多晶硅層剖面圖。
圖3是圖1中的a-a剖面圖。
[0010]圖中有:U形梁1、驅(qū)動金屬線2、錨區(qū)3、驅(qū)動金屬線焊盤4、電容上極板焊盤5、電容底電極焊盤6、凹槽7、第一通孔8、第二通孔9、氮化娃層10、多晶娃層11、氧化娃層12、娃襯底13。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行詳細的說明。
[0012]如圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種電容式微機電磁場傳感器，包括從下向上依次疊加設置的硅襯底13、二氧化硅層12、多晶硅層11和氮化硅層10。二氧化硅層12的中部為空心。多晶硅層11和氮化硅層10中部設有U形梁I。U形梁包括位于下部的多晶硅層和位于上部的氮化硅層。U形梁的多晶硅層和多晶硅層11位于同一層，U形梁的氮化硅層和氮化硅層10位于同一層。氮化硅層10的四周設為錨區(qū)3。U形梁I根部與錨區(qū)3固定連接。U形梁I處于懸空狀態(tài)。U形梁I的氮化硅層的上表面布設有驅(qū)動金屬線2 ;錨區(qū)3中設有電容上極板焊盤5、電容底電極焊盤6和驅(qū)動金屬線焊盤4 ;氮化硅層10中設有含金屬柱的第一通孔8和含金屬柱的第二通孔9 ;U形梁I的多晶硅層通過第一通孔8與電容上極板焊盤5連接，構(gòu)成電容上電極；多晶硅層11通過第二通孔9與電容底電極焊盤6連接，構(gòu)成電容底電極。多晶硅層11中設有凹槽7，凹槽7隔離電容上電極和電容底電極。
上述結(jié)構(gòu)的電容式微機電磁場傳感器，可以測量磁場的幅度，該結(jié)構(gòu)的磁場傳感器工作過程是:如圖1所示，在磁場傳感器的驅(qū)動金屬線2中施加一個任意的直流電流，測量電容變化。驅(qū)動金屬線2在縱向磁場Bh的作用下，受磁場力的作用，力的方向垂直紙面，U形梁I會發(fā)生彎曲變形。這樣，電容之間的相對面積會變化，電容也會隨之發(fā)生變化。通過測量電容的變化，得到電容之間面積的變化，從而得到變形，而變形是由磁場和電流共同作用得到的，電流已知，就可以得到磁場的大小，這樣就測量得到磁場幅度。
[0013]上述結(jié)構(gòu)的磁場傳感器的制備過程是:利用微機械加工技術硅片氧化形成二氧化硅膜層12，在淀積一層多晶硅層11作為底電極層，并刻蝕圖形形成凹槽7，沉積一層氮化硅層10，用于隔離金屬和多晶硅層11，并刻蝕圖形，接著濺射金屬，并圖形化，形成驅(qū)動金屬線2、以及焊盤，最后通過腐蝕釋放結(jié)構(gòu)形成U形梁I。本例中采用氮化硅層10為絕緣層。
【權(quán)利要求】
1.一種電容式微機電磁場傳感器,其特征在于,該磁場傳感器包括從下向上依次疊加設置的硅襯底(13)、二氧化硅層(12 )、多晶硅層(11)和氮化硅層(10 )，二氧化硅層(12 )的中部為空心，多晶硅層(11)和氮化硅層(10)中部設有U形梁(1)，氮化硅層(10)的四周設為錨區(qū)(3)，U形梁(I)根部與錨區(qū)(3)固定連接，U形梁(I)處于懸空狀態(tài)；U形梁(I)的氮化硅層的上表面布設有驅(qū)動金屬線(2);錨區(qū)(3)中設有電容上極板焊盤(5)、電容底電極焊盤(6)和驅(qū)動金屬線焊盤(4);氮化硅層(10)中設有含金屬柱的第一通孔(8)和含金屬柱的第二通孔(9);U形梁(I)的多晶硅層通過第一通孔(8)與電容上極板焊盤(5)連接，構(gòu)成電容上電極；多晶硅層(11)通過第二通孔(9 )與電容底電極焊盤(6 )連接，構(gòu)成電容底電極；多晶硅層(11)中設有凹槽(7)，凹槽(7)隔離電容上電極和電容底電極。
【文檔編號】G01R33/028GK103472412SQ201310456666
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】陳潔, 張澄, 胡靜潔, 李嘉鵬 申請人:東南大學