一种磁场矢量传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种磁场矢量传感器，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，在所述第一硅片(1)上设置有多个同种磁敏感元器件，所述多个磁敏感元器件构成三个磁敏感单元，以实现对不同方向磁场分量的测量。同时在芯片内嵌入聚/导磁微结构，能够转换磁场分量的方向，实现空间磁场的测量。本实用新型专利技术所述磁场矢量传感器结构简单，实现了芯片的小型化和集成化；所述制作工艺，操作简单，易于实现，适合规模化工业应用。

【技术实现步骤摘要】
一种磁场矢量传感器
本技术涉及空间磁矢量传感器
，尤其涉及低交叉干扰领域，具体涉及一种由同种磁敏感元件组成的磁场矢量传感器。
技术介绍
随着磁场传感器技术的迅速发展，具有优良静态特性的空间磁矢量传感器在导航定位、汽车工业、深海探测等领域应用广泛。目前，空间磁矢量传感器主要存在各方向交叉干扰大和灵敏度一致性差等问题。为优化传感器特性指标，应选择同种磁敏感元器件进行结构设计，但同种磁敏感元器件仅对同一方向的磁场敏感，无法实现空间各方向磁矢量测量。若将同种分立磁敏感元器件按照不同磁场分量方向进行封装，则不利于集成化。因此，亟需解决的问题是提供一种能够调制被测磁场方向、交叉干扰性低、灵敏度一致性高的磁场矢量传感器。
技术实现思路
为了克服上述问题，本技术人进行了锐意研究，结果发现：在单晶硅上设计、制作五个霍尔磁场传感器，构成三个磁敏感单元，能够实现对不同方向磁场分量的低交叉干扰性测量；同时在芯片内嵌入聚/导磁微结构，能够转换磁场分量的方向，实现空间磁场的测量，从而完成了本技术。具体来说，本技术的目的在于提供以下方面：第一方面，提供一种磁场矢量传感器，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，在所述第一硅片1上设置有多个同种磁敏感元器件，所述多个磁敏感元器件构成三个磁敏感单元，以实现对不同方向磁场分量的测量。第二方面，提供一种第一方面所述的传感器的制作工艺，其中，所述工艺包括以下步骤：步骤1，清洗第一硅片1和第二硅片2，然后在第二硅片2的上表面生长二氧化硅层3；步骤2，采用键合工艺将第一硅片1与第二硅片2进行键合，使得第一硅片1的下表面与第二硅片2的上表面之间键合为一体；步骤3，在键合后，对第一硅片1进行工艺减薄、抛光、清洗处理，然后在第一硅片1的上表面生长薄氧化层；步骤4，在第一硅片1的上表面进行一次光刻，并注入离子进行n-型轻掺杂，形成五个霍尔磁场传感器的磁敏感区；步骤5，在第一硅片1的上表面进行二次光刻，并注入离子进行n+型重掺杂，分别形成五个霍尔磁场传感器的控制电流极和霍尔电压输出端；步骤6，清洗，然后高温退火，激活杂质，然后去除步骤4中生长的薄氧化层；步骤7，清洗，在第一硅片1的上表面生长二氧化硅层，然后进行三次光刻，刻蚀形成引线孔；步骤8，在第一硅片1的上表面进行真空蒸镀金属铝，然后进行四次光刻，形成铝电极、金属铝互连线；步骤9，在第一硅片1的上表面生长钝化层，然后进行五次光刻，形成铝电极窗口；步骤10，进行合金化处理形成欧姆接触，得到磁场矢量传感器；步骤11，在第二硅片2的下表面刻蚀深槽结构，形成四个深槽结构4；步骤12，制备聚/导磁微结构，包裹磁屏蔽层，然后将其固定至对应的深槽结构中。步骤13，对上述嵌入聚/导磁微结构的磁场矢量传感器进行无磁化封装第三方面，提供一种磁场矢量传感器，优选采用第二方面所述的制作工艺得到。本技术所具有的有益效果包括：(1)本技术所述的磁场矢量传感器，通过将五个霍尔磁场传感器构成的三个磁敏感单元与聚/导磁微结构相结合，实现了同一种磁敏感元器件对空间磁场的检测；(2)本技术所述的磁场矢量传感器，将x轴方向两个霍尔磁场传感器按照相反磁敏感方向对称放置，将y轴方向两个霍尔磁场传感器按照相反磁敏感方向对称放置，消除了在测试x和y方向磁场分量过程中z轴方向磁场分量引起的交叉干扰，并提高了磁灵敏度一致性；(3)本技术所述的磁场矢量传感器，沿x轴和y轴方向对称设置的聚/导磁微结构，可以将收集到的磁场转换至z轴方向进行测量，且磁场导入面的面积是磁场导出面面积的3～5倍，能够有效聚集磁力线、增强磁场以及提高磁灵敏度；(4)本技术所述的磁场矢量传感器，在聚/导磁微结构的外部包裹有磁屏蔽层，能够有效降低漏磁，提高对待检测磁场的传导效率；(5)本技术所述的磁场矢量传感器，结构简单，实现了芯片的小型化和集成化；(6)本技术所述的制作工艺，操作简单，易于实现，适合规模化工业应用。附图说明图1示出本技术所述磁场矢量传感器的结构图；图2示出本技术所述磁场矢量传感器的磁场检测原理图，其中，a为无外加磁场时的检测原理图，b为外加沿x轴正方向磁场分量Bx的检测原理图，c为外加沿x轴负方向磁场分量-Bx的检测原理图，d为外加沿y轴正方向磁场分量By的检测原理图，e为外加沿y轴负方向磁场分量-By的检测原理图，f为外加沿z轴负方向磁场分量-Bz的检测原理图，g为外加沿z轴正方向磁场分量Bz的检测原理图；图3示出本技术所述聚/导磁微结构的结构示意图；图4-1～图4-7示出本技术所述传感器制作工艺的过程图；图5示出本技术实验例中的磁场输入输出特性曲线，其中，a为外加磁场为x轴方向的测试结果，b为外加磁场为y轴方向的测试结果，c为外加磁场为z轴方向的测试结果。附图标号说明：1-第一硅片；2-第二硅片；3-二氧化硅层；4-深槽结构；5-类梯形台；6-柱体；H1～H5-霍尔磁场传感器一～霍尔磁场传感器五；CCMS1～CCMS4-聚/导磁微结构一～聚/导磁微结构四；Al1～Al21-铝电极一～铝电极二十一；Bx-x轴正向磁场；-Bx-x轴负向磁场；By-y轴正向磁场；-By-y轴负向磁场；Bz1-聚/导磁微结构一CCMS1转换的z轴方向磁场；Bz2-聚/导磁微结构二CCMS2转换的z轴方向磁场；Bz3-聚/导磁微结构三CCMS3转换的z轴方向磁场；Bz4-聚/导磁微结构四CCMS4转换的z轴方向磁场；Vx1-H1第二霍尔输出端和H2第一霍尔输出端串联后，H1第一霍尔输出端电势；Vx2-H1第二霍尔输出端和H2第一霍尔输出端串联后，H2第二霍尔输出端电势；Vy1-H3第二霍尔输出端和H4第一霍尔输出端串联后，H3第一霍尔输出端电势；Vy2-H3第二霍尔输出端和H4第一霍尔输出端串联后，H4第二霍尔输出端电势；Vz1-H5第一霍尔输出端电势；Vz2-H5第二霍尔输出端电势。具体实施方式下面通过附图和实施方式对本技术进一步详细说明。通过这些说明，本技术的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。第一方面，本技术提供了一种磁场矢量传感器，如图1所示，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，在所述第一硅片1上设置有多个同种磁敏感元器件，所述多个磁敏感元器件构成三个磁敏感单元，以实现对不同方向磁场分量的测量。其中，所述同种磁敏感元器件优选为霍尔磁场传感器，所述霍尔磁场传感器为5个。其中，如图1所示，所述五个霍尔磁场传感器分别为霍尔磁场传感器一H1、霍尔磁场传感器二H2、霍尔磁场传感器三H3、霍尔磁场传感器四H4、霍尔磁场传感器五H5，其中，所述霍尔磁场传感器一H1和霍尔磁场传感器二H2构成第一磁敏感单元；所述霍尔磁场传感器三H3和霍尔磁场传感器四H4构成第二磁敏感单元；所述霍尔磁场传感器五H5构成第三磁敏感单元。根据本技术一种优选的实施方式，在所述第一硅片1和第二硅片2之间设置有二氧化硅层3。在进一步优选的实施方式中，所述第一硅片的厚度为5～15μm，所述第二硅片2的厚度为400～600μm，所述二氧化硅层3的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁场矢量传感器，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，在所述第一硅片(1)上设置有多个同种磁敏感元器件，所述多个磁敏感元器件构成三个磁敏感单元，以实现对不同方向磁场分量的测量。

【技术特征摘要】
1.一种磁场矢量传感器，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，在所述第一硅片(1)上设置有多个同种磁敏感元器件，所述多个磁敏感元器件构成三个磁敏感单元，以实现对不同方向磁场分量的测量。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述磁敏感元器件为霍尔磁场传感器，在所述第一硅片(1)上设置有五个霍尔磁场传感器，分别为霍尔磁场传感器一(H1)、霍尔磁场传感器二(H2)、霍尔磁场传感器三(H3)、霍尔磁场传感器四(H4)、霍尔磁场传感器五(H5)，其中，所述霍尔磁场传感器一(H1)和霍尔磁场传感器二(H2)构成第一磁敏感单元；所述霍尔磁场传感器三(H3)和霍尔磁场传感器四(H4)构成第二磁敏感单元；所述霍尔磁场传感器五(H5)构成第三磁敏感单元。3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述霍尔磁场传感器一(H1)和霍尔磁场传感器二(H2)沿x轴相反磁敏感方向对称设置，构成第一磁敏感单元，用于x轴磁场分量的检测；所述霍尔磁场传感器三(H3)和霍尔磁场传感器四(H4)沿y轴相反磁敏感方向对称设置，构成第二磁敏感单元，用于y轴磁场分量的检测；和/或所述霍尔磁场传感器五(H5)设置在第一磁敏感单元和第二磁敏感单元的中心，构成第三磁敏感单元，用于z轴磁场分量的检测。4.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，在所述第一硅片(1)的下表面制作有深槽结构(4)，在所述深槽结构中设置有聚/导磁微结构，用于改变外加磁场的方向；所述深槽结构的深度为400～600μm。5.根据权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述聚/导磁微结构呈L型，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锋，李学磊，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