一種梳齒結(jié)構(gòu)的微機電磁場傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種梳齒結(jié)構(gòu)的微機電磁場傳感器，包括硅襯底、二氧化硅層、多晶硅層和氮化硅層，多晶硅層的中部設(shè)有梳齒梁，氮化硅層頂面四周設(shè)有錨區(qū)，梳齒梁的根部與錨區(qū)的一邊固定連接，梳齒梁的頂部為第一梳齒，錨區(qū)的另一邊中設(shè)有第二梳齒，第一梳齒和第二梳齒相互交叉配合，形成梳齒電容的兩極；梳齒梁上表面布設(shè)有驅(qū)動金屬線；錨區(qū)上設(shè)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(shè)有第一通孔和第二通孔；梳齒梁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(shè)有凹槽。該傳感器可以測量磁場幅度，靈敏度高。
【專利說明】一種梳齒結(jié)構(gòu)的微機電磁場傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，涉及一種梳齒結(jié)構(gòu)的微機電磁場傳感器?！颈尘凹夹g(shù)】
[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(dǎo)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(guān)，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(guān)的信息。利用人工設(shè)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(fù)現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場和磁場中承載的各種信息的任務(wù)，自然就落在磁場傳感器身上。已研制出利用各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)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(yīng)用，承擔(dān)起探究種種信息的任務(wù)。
[0004]隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)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(shè)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(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種梳齒結(jié)構(gòu)的微機電磁場傳感器，可以測量磁場幅度，該磁場傳感器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種梳齒結(jié)構(gòu)的微機電磁場傳感器，該磁場傳感器包括從下向上依次疊加設(shè)置的娃襯底、二氧化硅層、多晶硅層和氮化硅層，二氧化硅層的中部和多晶硅層的中部均為空心，多晶硅層的中部設(shè)有梳齒梁，梳齒梁由多晶硅和氮化硅制成，氮化硅層頂面四周設(shè)有錨區(qū)，梳齒梁的根部與錨區(qū)的一邊固定連接，梳齒梁的頂部為第一梳齒，錨區(qū)的另一邊設(shè)有第二梳齒，第一梳齒和第二梳齒相互交叉配合，形成梳齒電容的兩極；梳齒梁處于懸空狀態(tài)；梳齒梁上表面布設(shè)有驅(qū)動金屬線；錨區(qū)上設(shè)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(shè)有帶有金屬柱的第一通孔和帶有金屬柱的第二通孔；梳齒梁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(shè)有凹槽。
[0007]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)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)明的電容式的微機電磁場傳感器，利用梳齒梁結(jié)構(gòu)頂部梳齒與錨區(qū)部分的梳齒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；而且電容的容值由梳齒梁結(jié)構(gòu)頂部梳齒與錨區(qū)部分的梳齒的相對面積決定，可控性較大。
[0008]2.功耗小、性能可靠。本發(fā)明利用電容來測量梳齒梁的的位移，來測量磁場的幅度。整個測量過程中所用的電流為直流電，采用梳齒梁受力較大，產(chǎn)生的位移也較大，因此功耗小。利用梳齒梁形成的梳齒結(jié)構(gòu)可以增加電容的靈敏度。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
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【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體圖。
[0010]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。
[0011]圖中有:梳齒梁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、第一梳齒7、第二梳齒8、凹槽9、氮化娃層10、多晶娃層11、二氧化娃層12、娃襯底13、第一通孔14、第二通孔15。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明。
[0013]如圖1至圖3所示， 本發(fā)明的一種梳齒結(jié)構(gòu)的微機電磁場傳感器，包括從下向上依次疊加設(shè)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的中部和多晶娃層11的中部均為空心，多晶娃層11的中部設(shè)有梳齒梁I，梳齒梁I由多晶娃和氮化硅制成，多晶硅層11頂面四周設(shè)有錨區(qū)3，梳齒梁I的根部與錨區(qū)3的一邊固定連接，梳齒梁I的頂部為第一梳齒7，錨區(qū)3的另一邊設(shè)有第二梳齒8，第一梳齒7和第二梳齒8相互交叉配合，形成梳齒電容；梳齒梁I處于懸空狀態(tài)；梳齒梁I上表面布設(shè)有驅(qū)動金屬線2 ;錨區(qū)3上設(shè)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(shè)有帶有金屬柱的第一通孔14和帶有金屬柱的第二通孔15 ;梳齒梁I通過第一通孔14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15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(shè)有凹槽9。凹槽9隔離電容上電極和電容底電極。
[0014]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，梳齒梁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。
[0015]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(shù)硅片氧化形成二氧化硅層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9，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)形成梳齒梁I。本例中采用氮化硅膜層為絕緣層。
【權(quán)利要求】
1.一種梳齒結(jié)構(gòu)的微機電磁場傳感器,其特征在于，該磁場傳感器包括從下向上依次疊加設(shè)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)的中部和多晶娃層(11)的中部均為空心，多晶娃層(11)的中部設(shè)有梳齒梁(I)，梳齒梁(I)由多晶硅和氮化硅制成，氮化硅層(10)頂面四周設(shè)有錨區(qū)(3)，梳齒梁(I)的根部與錨區(qū)(3)的一邊固定連接，梳齒梁(I)的頂部為第一梳齒(7)，錨區(qū)(3)的另一邊設(shè)有第二梳齒(8)，第一梳齒(7)和第二梳齒(8)相互交叉配合，形成梳齒電容的兩極；梳齒梁(I)處于懸空狀態(tài)；梳齒梁(I)上表面布設(shè)有驅(qū)動金屬線(2);錨區(qū)(3)上設(shè)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(shè)有帶有金屬柱的第一通孔(14)和帶有金屬柱的第二通孔(15);梳齒梁(I)通過第一通孔(14)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(15)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(shè)有凹槽(9)。
【文檔編號】B81B3/00GK103499796SQ201310456380
【公開日】2014年1月8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, 周志浩, 薛銘豪, 景晟 申請人:東南大學(xué)