[发明专利]一种单片集成二维磁场传感器及其制作工艺

说明书

本发明公开了一种单片集成二维磁场传感器及其制作工艺，所述传感器包括第一硅片(1)和第二硅片(2)，在第一硅片(1)上设置有用于检测二维磁场的四个硅磁敏三极管，其中两个硅磁敏三极管在xy平面内沿y轴、相反磁敏感方向对称设置，用于x轴方向磁场分量的检测，另两个硅磁敏三极管在xy平面内沿x轴、相反磁敏感方向对称设置，用于y轴方向磁场分量的检测；并且，在第一硅片上、每个硅磁敏三极管周围制作有隔离环(11)。所述制作工艺结合微电子机械加工技术和双极型工艺，实现了所述单片集成化传感器芯片的工艺制作。本发明所述单片集成二维磁场传感器结构简单，实现了二维磁场的检测，芯片实现了小型化和单片集成化。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及磁场传感器，特别地，涉及一种单片集成二维磁场传感器。

背景技术

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。

在现有技术中，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。二维磁场传感器多采用磁通门、霍尔元件、巨磁电阻等作为磁敏感单元，通过采用分立敏感元器件封装构成二维磁场传感器。

但是，由于二维磁场传感器是由分立元器件构成，敏感元器件间存在特性差异，因此组合封装的二维磁场传感器的磁灵敏度和准确度等都受到影响，存在特性一致性和磁敏特性交叉干扰等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，采用MEMS技术在高阻单晶硅衬底上设计、制作集成化SOI硅磁敏三极管，实现两对硅磁敏三极管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(B_x、B_y)，同时，采用隔离化处理，防止元器件之间的相互导通，得到单片集成二维磁场传感器，所述传感器具有较高磁灵敏度且有较好一致性，从而完成本发明。

本发明一方面提供了一种单片集成二维磁场传感器，具体体现在以下几方面：

(1)一种单片集成二维磁场传感器，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四个硅磁敏三极管，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和硅磁敏三极管四SMST4；

所述硅磁敏三极管包括基极、发射极和集电极。

(2)根据上述(1)所述的传感器，其中，所述第一硅片1的厚度为20～30μm，所述第二硅片2的厚度为350～450μm；优选地，所述第一硅片1的厚度为30μm，所述第二硅片2的厚度为400～425μm；更优选地，所述第一硅片1和第二硅片2均为100晶向高阻p型单晶硅片。

(3)根据上述(1)或(2)所述的传感器，其中，

所述硅磁敏三极管一SMST1和硅磁敏三极管二SMST2在xy平面内沿y轴、相反磁敏感方向对称设置；

硅磁敏三极管三SMST3和硅磁敏三极管四SMST4在xy平面内沿x轴、相反磁敏感方向对称设置。

(4)根据上述(1)至(3)之一所述的传感器，其中，

所述传感器还包括集电极负载电阻一R_L1、集电极负载电阻二R_L2、集电极负载电阻三R_L3和集电极负载电阻四R_L4，分别与硅磁敏三极管一SMST1、硅磁敏三极管二SMST2、硅磁敏三极管三SMST3和硅磁敏三极管四SMST4的集电极(C₁、C₂、C₃、C₄)相连；