[发明专利]基于洛伦兹力的三维MEMS磁场传感器及其制备方法

权利要求书

1.基于洛伦兹力的三维MEMS磁场传感器，其特征在于，包括衬底(1)、以及设置在衬底(1)上的结构运动部分和结构固定部分；

所述结构固定部分包括框形锚区(3)、质量块(6)、第一传感电极组(51)、第二传感电极组(52)、第三传感电极组(53)、第四传感电极组(54)和中心焊盘(10)；

质量块(6)位于框形锚区(3)的中心位置，第一传感电极组(51)、第二传感电极组(52)、第三传感电极组(53)和第四传感电极组(54)均匀设置在质量块(6)的四周，中心焊盘(10)设置在质量块(6)的上表面中心位置；

所述结构运动部分包括框架(2)、第一框架金属线(76)、弹簧组件(4)、第五传感电极组(55)、第六传感电极组(56)、第七传感电极组(57)和第八传感电极组(58)；

所述弹簧组件(4)连接在框架和框形锚区(3)之间，第一框架金属线(76)设置在框架(4)上表面的周边；

第五传感电极组(55)、第六传感电极组(56)、第七传感电极组(57)和第八传感电极组(58)与框架连接，且位于框架内，第五传感电极组(55)与第一传感电极组(51)相对设置形成第一电容(33)，第六传感电极组(56)和第二传感电极组(52)相对设置形成第二电容(34)、第七传感电极组(57)和第三传感电极组(53)相对设置形成第三电容(35)、第八传感电极组(58)和第四传感电极组(54)相对设置形成第四电容(36)。

2.根据权利要求1所述基于洛伦兹力的三维MEMS磁场传感器，其特征在于，所述弹簧组件(4)包括第一弹簧(11)、第二弹簧(12)、第三弹簧(13)和第四弹簧(14)；第一弹簧(11)、第二弹簧(12)、第三弹簧(13)和第四弹簧(14)分别连接在框架和框形锚区(3)之间；第一弹簧(11)、第三弹簧(13)、第一电容(33)和第三电容(35)位于同一直线上；第二弹簧(12)、第四弹簧(14)、第二电容(34)和第四电容(36)位于同一直线上。

3.根据权利要求1所述基于洛伦兹力的三维MEMS磁场传感器，其特征在于，所述结构运动部分还包括第二框架金属线(95)、第二弹簧金属线(96)；

所述结构固定部分还包括设置在锚区(3)上的焊盘五(91)、焊盘六(92)、焊盘七(93)和焊盘八(94)；焊盘五(91)、焊盘六(92)、焊盘七(93)和焊盘八(94)分别邻近第一弹簧(11)、第二弹簧(12)、第三弹簧(13)和第四弹簧(14)的一端，且与第二弹簧金属线(96)连接；

第二框架金属线(95)设置在框架(4)上表面的周边，且位于第一框架金属线(76)的下方，第二框架金属线(95)与第一框架金属线(76)之间设置有绝缘层，第二弹簧金属线(96)设置在弹簧组件(4)的上表面，第二弹簧金属线(96)通过第二框架金属线(95)连接第五传感电极组(55)、第六传感电极组(56)、第七传感电极组(57)和第八传感电极组(58)。

4.根据权利要求3所述基于洛伦兹力的三维MEMS磁场传感器，其特征在于，第二弹簧金属线(96)上设置有绝缘层和第一弹簧金属线(75)，绝缘层位于第二弹簧金属线(96)和第一弹簧金属线(75)之间；

所述结构固定部分还包括设置在锚区(3)上的第一焊盘(71)、第二焊盘(72)、第三焊盘(73)和第四焊盘(74)；

第一焊盘(71)、第二焊盘(72)、第三焊盘(73)和第四焊盘(74)分别邻近第一弹簧(11)、第二弹簧(12)、第三弹簧(13)和第四弹簧(14)的一段，且与第一弹簧金属线(75)连接；

第一弹簧金属线(75)通过第一框架金属线(76)连接第五传感电极组(55)、第六传感电极组(56)、第七传感电极组(57)和第八传感电极组(58)。

5.如权利要求1所述基于洛伦兹力的三轴MEMS磁场传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对N型晶向低阻双抛硅清洗，在锚区(3)、弹簧组件(4)、框架(2)部分掩膜，对于中间质量块(2)、电极组件(5)通过扩散工艺，制备出硼掺杂硅形成导体；

步骤2，第一次光刻并刻蚀弹簧组件(4)和电极组件(5)的高度；

将步骤1扩散后的硅片背面旋涂一层光刻胶并进行光刻，刻蚀出弹簧组件(4)和电极组件(5)的位置；

所述弹簧组件(4)包括第一弹簧(11)、第二弹簧(12)、第三弹簧(13)和第四弹簧(14)；

所述电极组件(5)包括第一传感电极组(51)、第二传感电极组(52)、第三传感电极组(53)、第四传感电极组(54)、第五传感电极组(55)、第六传感电极组(56)、第七传感电极组(57)和第八传感电极组(58)；

步骤3，第二次光刻并确定硅片背面框架(2)区域的高度；

将硅片背面框架(2)部分对应的高度刻低至低于锚区(3)和质量块(6)；

步骤4，硅-玻璃键合，将玻璃作为衬底(1)

步骤5，第三次光刻工确定弹簧组件(4)和电极组件(5)的高度对硅片正面，旋涂光刻胶并进行光刻，然后在弹簧组件(4)和电极组件(5)所在位置进行刻蚀，从而确定弹簧组件(4)和电极组件(5)的高度；

步骤6，进行第四次光刻并制作检测金属层(9)；

在硅片正面旋涂光刻胶并进行光刻，暴露出锚区(3)焊盘五(91)到焊盘八(94)、弹簧组件(4)及框架(2)区域，溅射检测金属层(9)，利用剥离工艺将光刻胶和光刻胶上的检测金属层(9)洗掉，从而在锚区(3)上形成焊盘五(91)、焊盘六(92)、焊盘七(93)、焊盘八(94)，在弹簧组件(4)上形成第二弹簧金属线(95)，在框架(2)上形成第二框架金属线(96)；

步骤7，第五次光刻并沉积SiO2绝缘层(8)；

在硅片正面旋涂光刻胶并进行光刻，暴露出检测金属层(9)，其他区域覆盖光刻胶，然后沉积绝缘层(8)，利用剥离工艺将光刻胶和光刻胶上绝缘层(8)洗掉，从而得到位于弹簧组件(4)及框架(2)区域的绝缘层(8)；

步骤8，第六次光刻并制作驱动金属层(7)；

在硅片正面旋涂光刻胶并进行光刻，暴露出绝缘层(8)，其他区域覆盖光刻胶，沉积驱动金属层(7)，利用剥离工艺将对光刻胶和光刻胶上的驱动金属层(7)洗掉，从而在锚区(3)上形成第一焊盘(71)、第二焊盘(72)、第三焊盘(73)、第四焊盘(74)，在弹簧组件(4)上形成第一弹簧金属线(76)，在框架(2)上形成第一框架金属线(75)。