[发明专利]一种基于谐振式结构的电涡流传感器芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种基于谐振式结构的电涡流传感器芯片，包括激励线圈（6）和谐振结构两部分，其特征在于：激励线圈（6）为矩形平面线圈结构，谐振结构由谐振梁（10）、直流导线（8）、拾振电阻（7）和惠斯通电桥连接构成，谐振结构位于芯片中心，激励线圈（6）围绕于谐振结构，谐振梁（10）包括中心梁（10-3）、布置直流导线（8）的驱动梁（10-1）和布置检测电阻的检测梁（10-2），，驱动梁（10-1）和检测梁（10-2）两端根部通过中心梁（10-3）连接，拾振电阻(7)中的第一参考电阻(7-1)和第二参考电阻(7-2)位于芯片周围，第一检测电阻(7-3)、第二检测电阻(7-4)布置在检测梁(10-2)上，四个电阻组成惠斯通电桥；直流导线(8)沿谐振梁(10)方向由一端驱动梁（10-1）接入，从另一端驱动梁（10-1）接出。

2.根据权利要求1所述的一种基于谐振式结构的电涡流传感器芯片，其特征在于：所述激励线圈（6）采用MEMS技术制作，所采用材料为铝，其截面为矩形，截面尺寸为宽为5～30μm，厚为1～5μm，匝数为13～20匝。

3.根据权利要求1所述的一种基于谐振式结构的电涡流传感器芯片，其特征在于：所述的谐振梁10所使用材料为二氧化硅，沿梁方向呈轴对称结构，中心梁（10-3）为两根，尺寸相同均长800～1000μm，宽20～30μm，厚40～50μm，两梁间距80～100μm；驱动梁（10-1）和检测梁（10-2）两部分尺寸相同，均长100～150μm，宽20～30μm，厚80～90μm，两梁间距100～120μm，左右两部分完全一致。

4.根据权利要求1所述的一种基于谐振式结构的电涡流传感器芯片，其特征在于：所述直流导线（8）所采用材料为铝，截面尺寸宽为5～30μm，厚为1～5μm。

5.根据权利要求1所述的一种基于谐振式结构的电涡流传感器芯片，其特征在于：惠斯通电桥所用的拾振电阻（7）采用离子注入技术对其进行硼掺杂，获得P型掺杂硅，然后采用等离子刻蚀技术刻蚀P型掺杂硅，获得构成惠斯通电桥的四个相同阻值的拾振电阻，其中布置在检测梁的拾振电阻为检测电阻，其余为参考电阻。

6.一种基于谐振式结构的电涡流传感器芯片及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）使用HF溶液清洗双面抛光SOI硅片，所述SOI硅片由上层单晶硅（1）、二氧化硅埋层（2）和下层单晶硅（3）组成，其中，二氧化硅埋层（2）将上层单晶硅（1）和下层单晶硅（3）隔离开；

2）双面淀积氮化硅（4），淀积厚度为0.1μm～0.2μm，为后续湿法腐蚀提供掩蔽和保护；

3）在SOI硅片背面光刻，刻蚀去掉背面部分区域的氮化硅（4），为后面形成背腔做准备；

4）采用氢氧化钾各向异性刻蚀下层单晶硅（3）形成背腔，并腐蚀至二氧化硅埋层（2）自停止；

5）用等离子刻蚀技术刻蚀去除位于正面的氮化硅（4）；

6）采用离子注入技术对其进行硼掺杂，获得P型掺杂硅检测电阻（7），掺杂浓度为3×10¹⁸cm^-3，然后采用等离子刻蚀（Reactive Ion Etching，RIE）技术刻蚀P型掺杂硅得到拾振电阻（7），以获得构成惠斯通电桥的四个相同阻值的拾振电阻，其中布置在检测梁的拾振电阻为检测电阻，其余为参考电阻；

7）正面铺光刻胶（5），光刻胶5的厚度为1～5μm；

8）刻蚀光刻胶（5），形成平面线圈（6）、直流导线（8）、内引线（9）的掩膜图案；

9）溅射沉积铝，铝的厚度为1～5μm，利用剥离工艺，形成激励线圈（6）、直流导线（8）、内引线（9），并去除剩余的光刻胶；

10）光刻胶形成谐振梁图案，利用反应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,ICP)刻蚀形成谐振梁（10）结构；

11）最后经过划片得到所设计的基于谐振式结构的电涡流传感器的单个管芯。