[发明专利]一种磁场/加速度集成传感器和集成化工艺方法

说明书

本发明公开了一种磁场/加速度集成传感器和集成化工艺方法，所述传感器包括设置在同一芯片上的磁场传感器和加速度传感器，磁场传感器磁敏感单元包括硅磁敏三极管和霍尔磁场传感器，其中，霍尔磁场传感器以原位掺杂纳米硅薄膜nc‑Si:H(n⁺)作为磁敏感层，加速度传感器敏感单元主要为原位掺杂的纳米多晶硅薄膜电阻，可实现对三维磁场和三轴加速度的同时测量。本发明基于微电子机械加工技术在SOI晶圆器件层上完成集成传感器芯片制作，并通过键合工艺和内引线压焊技术实现芯片封装，具有体积小、易于批量生产等特点。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种多物理量、多参量同时检测的单片集成传感器，尤其涉及一种磁场/加速度集成传感器和集成化工艺方法。

背景技术

随着科学技术的迅速发展和应用需求，传感器技术倍受重视，现今已由单一的敏感单元发展为可同时测量多个物理量、多个方向的集成化传感器，并广泛应用于现代工业、汽车电子、航空航天、深海探测等领域。

通过分析空间三维磁场和三个方向加速度的测量原理，结果表明敏感单元在敏感机理、衬底材料导电类型选择、制作工艺方法等方面存在较大差异。目前，可用于集成化的磁场传感器主要包括霍尔磁场传感器、磁敏二极管、磁敏三极管、分裂漏场效应晶体管(MAGFET)等，结合影响磁场传感器磁敏特性的主要因素考虑，可集成化的磁场传感器优选单晶硅衬底为p型导电类型；通过分析压阻式加速度传感器特性，优选单晶硅衬底为n型导电类型。现有技术中，在制作集成化芯片的过程中常存在不兼容的问题，使得三维磁场传感器和三轴加速度传感器难以集成。

因此，有必要提供一种单片集成磁场/加速度传感器及其集成化工艺方法，其能够实现三维磁场和三轴加速度的同时测量，且兼容性较好。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：在SOI晶圆(器件层p型高阻Si，电阻率ρ≥100Ω·cm)上制作单片集成磁场/加速度传感器，采用立体结构硅磁敏三极管和以掺磷纳米硅薄膜nc-Si:H(n⁺)作为磁敏感层的霍尔磁场传感器作为磁场传感器的敏感单元，利用掺硼纳米多晶硅薄膜电阻作为加速度传感器的敏感元件，可实现对三维磁场和三轴加速度的同时测量，从而完成了本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

第一方面，提供一种磁场/加速度集成传感器，其中，所述传感器包括设置在同一芯片上的磁场传感器和加速度传感器，以实现三维磁场和三轴加速度的同时测量。

第二方面，提供一种磁场/加速度集成传感器的集成化工艺方法，优选用于制备第一方面所述的磁场/加速度集成传感器，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤1，清洗SOI片，第零次光刻，在器件层1上制作对版标记；

步骤2，第一次氧化，在器件层1上生长薄氧，作为离子注入缓冲层；

步骤3，第一次光刻，在器件层1上表面进行离子注入，实现n⁺型掺杂，在600～1200℃下处理8～10h，形成隔离槽；

步骤4，第二次光刻，在器件层1上表面刻蚀负载电阻窗口，离子注入，进行n^-型掺杂，形成负载电阻；

步骤5，第三次光刻，在器件层1上表面刻蚀基区窗口，离子注入，进行p⁺型重掺杂，形成基区；

步骤6，高温退火，形成杂质分布；

步骤7，清洗SOI片，采用化学气相沉积法在器件层1上表面生长二氧化硅层；

步骤8，第四次光刻，采用化学气相沉积法原位生长掺磷nc-Si:H(n⁺)，形成掺磷nc-Si:H(n⁺)薄膜作为霍尔磁场传感器磁敏感层；