[发明专利]一种无线无源MEMS温度传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种无线无源MEMS温度传感器，其特征在于：包括衬底(1)，在衬底(1)下方正中位置设空腔(11)，将衬底(1)正对空腔(11)的区域称为空腔区域，周侧的其他区域称为侧壁区域；在衬底(1)的上表面由下至上依次设置下介质层(21)、第一中间介质层(22)、第二中间介质层(23)、第三中间介质层(24)和上介质层(25)，下介质层(21)、第一中间介质层(22)、第二中间介质层(23)、第三中间介质层(24)和上介质层(25)均覆盖空腔区域和侧壁区域；在下介质层(21)和第一中间介质层(22)之间设置第一铁磁材料层(31)，第一铁磁材料层(31)位于空腔区域；在第一中间介质层(22)和第二中间介质层(23)之间设置第一敏感电感(51)和电容下极板(41)，第一敏感电感(51)位于空腔区域，电容下极板(41)位于侧壁区域，第一敏感电感(51)为矩形螺旋面结构，电容下极板(41)与第一敏感电感(51)的外侧端连接；在第二中间介质层(23)和第三中间介质层(24)之间设置第二敏感电感(52)和电容上极板(42)，第二敏感电感(52)位于空腔区域并位于第一敏感电感(51)正上方，电容上极板(42)位于侧壁区域并位于电容下极板(41)正上方，第二敏感电感(52)为矩形螺旋面结构，电容上极板(42)与第二敏感电感(52)的外侧端连接；在第三中间介质层(24)和上介质层(25)之间设置第二铁磁材料层(32)，第二铁磁材料层(32)位于空腔区域；在第一中间介质层(22)上表面的中心位置设置连接柱(6)，连接柱(6)贯穿第二中间介质层(23)并深入到第三中间介质层(24)内，第一敏感电感(51)的内侧端和第二敏感电感(52)的内侧端均与连接柱(6)连接，实现第一敏感电感(51)和第二敏感电感(52)的串联，最终构成传感器LC回路中的敏感电感；所述电容上极板(42)、电容下极板(41)以及电容上极板(42)与电容下极板(41)之间的第二中间介质层(23)共同构成传感器LC回路中的电容。

2.根据权利要求1所述的无线无源MEMS温度传感器，其特征在于：所述衬底(1)为硅衬底。

3.根据权利要求1所述的无线无源MEMS温度传感器，其特征在于：所述下介质层(21)为SiO₂层，厚度在100nm～1000nm范围内。

4.根据权利要求1所述的无线无源MEMS温度传感器，其特征在于：所述第一铁磁材料层(31)和第二铁磁材料层(32)为具有逆磁滞伸缩效应的CoFeB层、CoFeSiB层或NiFeSiB层。

5.根据权利要求1所述的无线无源MEMS温度传感器，其特征在于：所述第一敏感电感(51)和第二敏感电感(52)均为由Al构成的矩形螺旋面结构。

6.根据权利要求1所述的无线无源MEMS温度传感器，其特征在于：所述第一中间介质层(22)、第二中间介质层(23)和第三中间介质层(24)均为SiO₂层，并且第二中间介质层(23)的厚度在50nm～200nm范围内。

7.根据权利要求1所述的无线无源MEMS温度传感器，其特征在于：所述上介质层(25)为Si₃N₄层。

8.一种无线无源MEMS温度传感器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)选用N型(100)硅制作衬底，通过湿氧热氧化在衬底的上表面生长500nm厚度的SiO₂作为下介质层，同时在所述衬底背面热生长SiO₂层；

(2)刻蚀所述衬底背面的SiO₂，以SiO₂做掩膜使用TMAH试剂对硅衬底进行湿法刻蚀，形成空腔；

(3)在下介质层上溅射NiFeSiB并光刻形成第一铁磁材料层；

(4)通过增强型化学气相沉积的方法在第一铁磁材料层上制作一层200nm厚度SiO₂，形成第一中间介质层；

(5)在第一中间介质层的上表面溅射Al并光刻形成第一敏感电感以及电容下极板，并形成电容下极板与第一敏感电感的外侧端部的连接；

(6)通过增强型化学气相沉积的方法在第一敏感电感上制作一层100nm厚度SiO₂，形成第二中间介质层；

(7)对第二中间介质层进行光刻，去除位于第一敏感电感内侧端部正上方的介质，形成用于设置连接柱的通孔，在第二中间介质层上溅射Al并光刻形成第二敏感电感、电容上极板、以及形成电容上极板与第二敏感电感的外侧端部的连接、以及形成用于连接第一敏感电感和第二敏感电感的连接柱；

(8)在第二敏感电感、电容上极板及连接柱上通过化学气相沉积形成200nm厚度的SiO₂作为第三中间介质层；

(9)在第三中间介质层上溅射NiFeSiB并光刻形成第二铁磁材料层；

(10)在第二铁磁材料层上通过增强型化学气相沉积的方法制作一层200nm厚度Si₃N₄，形成上介质层。