一种单片集成二维磁矢量传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种单片集成二维磁场传感器及其制作工艺，包括用于检测二维磁场的八个硅磁敏三极管，其中两两硅磁敏三极管之间为并联设置，并分别形成第一磁敏感单元(MSE1)、第二磁敏感单元(MSE2)、第三磁敏感单元(MSE3)和第四磁敏感单元(MSE4)，其中，第一磁敏感单元(MSE1)和第二磁敏感单元(MSE2)沿x轴按相反磁敏感方向设置，形成第一差分测试电路，用于x方向磁场(Bx)的检测；第三磁敏感单元(MSE3)和第四磁敏感单元(MSE4)沿y轴按相反磁敏感方向设置，形成第二差分测试电路，用于y方向磁场(By)的检测。所述单片集成二维磁矢量传感器结构简单，实现了二维磁场的检测，芯片实现了小型化和单片集成化。

【技术实现步骤摘要】
一种单片集成二维磁矢量传感器
本技术涉及传感器
，尤其涉及二维磁矢量传感器，特别地，涉及一种单片集成二维磁矢量传感器。
技术介绍
随着科学技术的迅速发展，传感器技术倍受重视，尤其是广泛应用于现代工业和电子产品的磁场传感器，而随着应用的广泛，对于磁场传感器集成化的要求也随之提高。用于检测二维磁场的传感器包括磁敏三极管、磁通门、巨磁电阻(GMR)、隧穿磁敏电阻(TMR)、各向异性磁敏电阻(AMR)和霍尔元件等。在现有技术中，已有采用磁敏三极管进行二维磁场检测的报道，但是，在所述报道中，采用磁敏三极管进行二维磁场检测时，需要较宽的磁敏感区间，即磁场需要覆盖整个芯片进行测量，而对于范围较窄的磁场检测效果不佳。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，采用MEMS技术在高阻单晶硅衬底上设计、制作八个集成化SOI(绝缘层上硅)硅磁敏三极管，其中两两并联设置，并且，对八个硅磁敏三极管进行排布设置，实现两对差分测试电路的单片集成化，分别用于检测平面内二维磁场(Bx、By)，从而完成本技术。本技术一方面提供了一种单片集成二维磁矢量传感器，具体体现在以下几方面：(1)一种单片集成二维磁矢量传感器，其中，所述传感器包括作为器件层的第一硅片1和作为衬底的第二硅片2，其中，在第一硅片1上设置有用于检测二维磁场的八个硅磁敏三极管，并且，两两硅磁敏三极管之间为并联设置。(2)根据上述(1)所述的单片集成二维磁矢量传感器，其中，所述八个硅磁敏三极管分别磁敏三极管一SMST1、硅磁敏三极管二SMST2、硅磁敏三极管三SMST3、硅磁敏三极管四SMST4、硅磁敏三极管五SMST5、硅磁敏三极管六SMST6、硅磁敏三极管七SMST7和硅磁敏三极管八SMST8，其中，所述硅磁敏三极管一SMST1和硅磁敏三极管二SMST2并联设置；所述硅磁敏三极管五SMST5和硅磁敏三极管六SMST6并联设置；所述硅磁敏三极管三SMST3和硅磁敏三极管四SMST4并联设置；所述硅磁敏三极管七SMST7和硅磁敏三极管八SMST8并联设置。(3)根据上述(1)或(3)所述的单片集成二维磁矢量传感器，其中，所述硅磁敏三极管一SMST1和硅磁敏三极管二SMST2在并联后与集电极负载电阻一RL1连接，形成第一磁敏感单元MSE1；所述硅磁敏三极管五SMST5和硅磁敏三极管六SMST6并联后与集电极负载电阻二RL2连接，形成第二磁敏感单元MSE2；所述硅磁敏三极管三SMST3和硅磁敏三极管四SMST4在并联后与集电极负载电阻三RL3连接，形成第三磁敏感单元MSE3；所述硅磁敏三极管七SMST7和硅磁敏三极管八SMST8并联后与集电极负载电阻四RL4连接，形成第四磁敏感单元MSE4。(4)根据上述(1)至(3)之一所述的单片集成二维磁矢量传感器，其中，所述第一磁敏感单元MSE1和第二磁敏感单元MSE2沿x轴按相反磁敏感方向设置，形成第一差分测试电路，用于x方向磁场(Bx)的检测；和/或所述第三磁敏感单元MSE3和第四磁敏感单元MSE4沿y轴按相反磁敏感方向设置，形成第二差分测试电路，用于y方向磁场(By)的检测。(5)根据上述(1)至(4)之一所述的单片集成二维磁矢量传感器，其中，在所述第一磁敏感单元MSE1和第二磁敏感单元MSE2中，硅磁敏三极管一SMST1的基区、硅磁敏三极管二SMST2的基区、硅磁敏三极管五SMST5的集电区和硅磁敏三极管六SMST6的集电区沿x轴方向共线；优选地，硅磁敏三极管一SMST1的集电区、硅磁敏三极管二SMST2的集电区、硅磁敏三极管五SMST5的基区和硅磁敏三极管六SMST6的基区沿x轴方向共线。(6)根据上述(1)至(5)之一所述的单片集成二维磁矢量传感器，其中，在所述第三磁敏感单元MSE3和第四磁敏感单元MSE4中，硅磁敏三极管三SMST3的基区、硅磁敏三极管四SMST4的基区、硅磁敏三极管七SMST7的集电区和硅磁敏三极管八SMST8的集电区沿y轴方向共线；优选地，硅磁敏三极管三SMST3的集电区、硅磁敏三极管四SMST4的集电区、硅磁敏三极管七SMST7的基区和硅磁敏三极管八SMST8的基区沿y轴方向共线。(7)根据上述(1)至(6)之一所述的单片集成二维磁矢量传感器，其中，在第一硅片1上、每个硅磁敏三极管周围制作有隔离环11，优选地，所述隔离环11为n+型掺杂。本技术第二方面提供一种本技术第一方面所述传感器的制作工艺，具体体现在以下方面：(8)一种上述(1)至(7)之一所述单片集成二维磁矢量传感器的制作工艺，其中，所述工艺包括以下步骤：步骤1、清洗第一硅片1，进行一次氧化，在其下表面生长二氧化硅层；步骤2、在所述第一硅片1的下表面进行一次光刻，制作得到八个发射区窗口，并进行n+型重掺杂，分别形成八个硅磁敏三极管的发射区；步骤3、清洗第二硅片，双面生长二氧化硅层，并采用键合工艺使第一硅片与第二硅片之间进行键合，优选第一硅片的下表面与第二硅片的上表面之间进行键合；步骤4、键合后，对第一硅片进行减薄、抛光、清洗处理；步骤5、清洗，采用热氧化工艺在器件层上表面生长二氧化硅层，作为离子注入缓冲层；步骤6、在器件层的上表面依次进行二次光刻、三次光刻、四次光刻和五次光刻，分别进行n+型掺杂、n-型掺杂、n+型重掺杂和p+型重掺杂，分别依次形成隔离环、四个集电极负载电阻、八个集电区和八个基区；步骤7、高温退火处理；步骤8、清洗，在芯片上生长二氧化硅层，优选厚度为作为金属互连线绝缘层；步骤9、第六次光刻，刻蚀金属电极引线孔，然后进行真空蒸镀金属Al层，并在金属Al层表面进行刻蚀，形成金属Al互连线；步骤10、清洗，在芯片上生长二氧化硅层，优选厚度为作为钝化层，第七次光刻，刻蚀钝化层窗口；步骤11、清洗，第八次光刻，在第二硅层下表面刻蚀八个发射区引线坑窗口，通过深槽刻蚀技术(ICP)进行刻蚀，形成八个发射区腐蚀坑；步骤12、清洗，通过真空蒸镀在八个腐蚀坑内制作金属Al，形成金属Al引线；步骤13、进行合金化处理形成欧姆接触，得到所述单片集成二维磁矢量传感器。(9)根据上述(8)所述的制作工艺，其中，在步骤1中，所述第一硅片1为<100>晶向高阻p型单晶硅片，优选地，所述第一硅片的电阻率大于1000Ω·cm。本技术第三方面提供一种利用本技术第二方面所述工艺制得的单片集成二维磁矢量传感器。附图说明图1示出本技术所述单片集成二维磁矢量传感器的俯视示意图；图2示出本技术所述单片集成二维磁场传感器的等效电路图；图3示出图1中a-a处的一种优选实施方式的截面示意图；图4示出图1中b-b处的一种优选实施方式的截面示意图；图5a～图5g示出本技术所述制作工艺的工艺过程图一(沿a-a截面)；图6a～图6g示出本技术所述制作工艺的工艺过程图二(沿b-b截面)；图7示出区别于本技术所述传感器的对比传感器的俯视示意图。附图标记说明1-第一硅片；11-隔离环；2-第二硅片；3-二氧化硅层；SMST1-硅磁敏三极管一；SMST2-硅磁敏三极管二；SMST3-硅磁敏三极管三；SMST4-硅磁敏三极管四；SMST5-硅磁敏三极管五；SMST6-硅磁敏三极管六；SMST7-硅磁敏三极管七；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单片集成二维磁矢量传感器，其特征在于，所述传感器包括作为器件层的第一硅片(1)和作为衬底的第二硅片(2)，其中，在第一硅片(1)上设置有用于检测二维磁场的八个硅磁敏三极管，并且，两两硅磁敏三极管之间为并联设置，其中，所述八个硅磁敏三极管分别为硅磁敏三极管一(SMST1)、硅磁敏三极管二(SMST2)、硅磁敏三极管三(SMST3)、硅磁敏三极管四(SMST4)、硅磁敏三极管五(SMST5)、硅磁敏三极管六(SMST6)、硅磁敏三极管七(SMST7)和硅磁敏三极管八(SMST8)，所述硅磁敏三极管一(SMST1)和硅磁敏三极管二(SMST2)并联设置；所述硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)并联设置；所述硅磁敏三极管三(SMST3)和硅磁敏三极管四(SMST4)并联设置；所述硅磁敏三极管七(SMST7)和硅磁敏三极管八(SMST8)并联设置；所述硅磁敏三极管一(SMST1)和硅磁敏三极管二(SMST2)在并联后与集电极负载电阻一(RL1)连接，形成第一磁敏感单元(MSE1)；所述硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)并联后与集电极负载电阻二(RL2)连接，形成第二磁敏感单元(MSE2)；所述硅磁敏三极管三(SMST3)和硅磁敏三极管四(SMST4)在并联后与集电极负载电阻三(RL3)连接，形成第三磁敏感单元(MSE3)；所述硅磁敏三极管七(SMST7)和硅磁敏三极管八(SMST8)并联后与集电极负载电阻四(RL4)连接，形成第四磁敏感单元(MSE4)；所述第一磁敏感单元(MSE1)和第二磁敏感单元(MSE2)沿x轴按相反磁敏感方向设置，形成第一差分测试电路，用于x方向磁场(Bx)的检测；所述第三磁敏感单元(MSE3)和第四磁敏感单元(MSE4)沿y轴按相反磁敏感方向设置，形成第二差分测试电路，用于y方向磁场(By)的检测。...

【技术特征摘要】
1.一种单片集成二维磁矢量传感器，其特征在于，所述传感器包括作为器件层的第一硅片(1)和作为衬底的第二硅片(2)，其中，在第一硅片(1)上设置有用于检测二维磁场的八个硅磁敏三极管，并且，两两硅磁敏三极管之间为并联设置，其中，所述八个硅磁敏三极管分别为硅磁敏三极管一(SMST1)、硅磁敏三极管二(SMST2)、硅磁敏三极管三(SMST3)、硅磁敏三极管四(SMST4)、硅磁敏三极管五(SMST5)、硅磁敏三极管六(SMST6)、硅磁敏三极管七(SMST7)和硅磁敏三极管八(SMST8)，所述硅磁敏三极管一(SMST1)和硅磁敏三极管二(SMST2)并联设置；所述硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)并联设置；所述硅磁敏三极管三(SMST3)和硅磁敏三极管四(SMST4)并联设置；所述硅磁敏三极管七(SMST7)和硅磁敏三极管八(SMST8)并联设置；所述硅磁敏三极管一(SMST1)和硅磁敏三极管二(SMST2)在并联后与集电极负载电阻一(RL1)连接，形成第一磁敏感单元(MSE1)；所述硅磁敏三极管五(SMST5)和硅磁敏三极管六(SMST6)并联后与集电极负载电阻二(RL2)连接，形成第二磁敏感单元(MSE2)；所述硅磁敏三极管三(SMST3)和硅磁敏三极管四(SMST4)在并联后与集电极负载电阻三(RL3)连接，形成第三磁敏感单元(MSE3)；所述硅磁敏三极管七(SMST7)和硅磁敏三极管八(SMST8)并联后与集电极负载电阻四(RL4)连接，形成第四磁敏感单元(MSE4)；所述第一磁敏感单元(MSE1)和第二磁敏感单元(MSE2)沿x轴按相反磁敏感方向设置，形成第一差分测试电路，用于x方向磁场(Bx)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锋，金晨晨，刘红梅，温殿忠，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23