CN216351171U - 磁传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种磁传感器，包括：衬底，具有相对的第一表面与第二表面；凹槽，自第一表面向第二表面的方向延伸，凹槽的底面位于衬底中；第一伸缩部，位于凹槽的侧壁上；第一压电部，位于第一伸缩部上；第二伸缩部，位于第一表面上沿第一方向延伸；第二压电部，位于第二伸缩部上；第三伸缩部，位于第一表面上沿第二方向延伸；以及第三压电部，位于第三伸缩部上，其中，第一方向垂直于第一表面向第二表面的方向，第二方向垂直于第一表面向第二表面的方向，并且垂直于第一方向。

Description

磁传感器

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种磁传感器。

背景技术

目前常规的磁传感技术主要基于两种原理：霍尔效应和磁电阻效应。基于磁电阻效应的传感器灵敏度相对较高，但是制作工艺流程复杂，同时不能单片集成导致整个传感器系统价格飙升；而基于霍尔效应的传感器虽然能够被单片集成到集成电路中，但是低灵敏度限制了其使用环境。

因此，希望进一步优化磁传感器的结构，从而可以有效的兼顾磁传感器的灵敏度与成本。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种磁传感器，以达到兼顾磁传感器的灵敏度与成本的目的。

根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种磁传感器，包括：衬底，具有相对的第一表面与第二表面；凹槽，自所述第一表面向所述第二表面的方向延伸，所述凹槽的底面位于所述衬底中；第一伸缩部，位于所述凹槽的侧壁上；第一压电部，位于所述第一伸缩部上；第二伸缩部，位于所述第一表面上沿第一方向延伸；第二压电部，位于所述第二伸缩部上；第三伸缩部，位于所述第一表面上沿第二方向延伸；以及第三压电部，位于所述第三伸缩部上，其中，所述第一方向垂直于所述第一表面向所述第二表面的方向，所述第二方向垂直于所述第一表面向所述第二表面的方向，并且垂直于所述第一方向。

可选地，所述第一伸缩部、所述第二伸缩部以及所述第三伸缩部为将磁能转换为机械能的磁致伸缩材料层，所述第一压电部、所述第二压电部以及所述第三压电部为将所述机械能转换为电能的压电材料层。

可选地，所述第一压电部呈长条状，沿该长条的长度方向具有相对的第一端与第二端，所述第一压电部的第一端靠近所述凹槽的开口，所述第一压电部的第二端靠近所述凹槽的底面；所述第二压电部呈长条状且沿所述第一方向具有相对的第一端与第二端，所述第二压电部的第一端靠近所述凹槽，所述第二压电部的第二端远离所述凹槽；所述第三压电部呈长条状且沿所述第二方向具有相对的第一端与第二端，所述第三压电部的第一端靠近所述第二压电部，所述第三压电部的第二端远离所述第二压电部。

可选地，所述第一伸缩部的外周边缘包围所述第一压电部的外周边缘；所述第二伸缩部的外周边缘包围所述第二压电部的外周边缘；所述第三伸缩部的外周边缘包围所述第三压电部的外周边缘。

可选地，所述第一压电部的数量为多个，且相邻的所述第一压电部彼此分隔；所述第二压电部的数量为多个，且相邻的所述第二压电部彼此分隔；所述第三压电部的数量为多个，且相邻的所述第三压电部彼此分隔。

可选地，所述第一伸缩部与所述第一压电部的数量、位置一一对应，且相邻的所述第一伸缩部之间彼此分隔；所述第二伸缩部与所述第二压电部的数量、位置一一对应，且相邻的所述第二伸缩部之间彼此分隔；所述第三伸缩部与所述第三压电部的数量、位置一一对应，且相邻的所述第三伸缩部之间彼此分隔。

可选地，每个所述第一伸缩部呈长条状，沿该长条的长度方向，所述第一伸缩部具有相对的第一端与第二端，每个所述第一伸缩部的第一端靠近所述凹槽的开口，每个所述第一伸缩部的第二端靠近所述凹槽的底面；每个所述第二伸缩部呈长条状且沿所述第一方向延伸并具有相对的第一端与第二端，沿所述第一方向，所述第二伸缩部的第一端靠近所述凹槽，所述第二伸缩部的第二端远离所述凹槽；每个所述第三伸缩部呈长条状且沿所述第二方向延伸并具有相对的第一端与第二端，所述第三伸缩部的第一端靠近所述第二压电部，所述第三伸缩部的第二端远离所述第二压电部。

可选地，所述凹槽为多边形槽，所述凹槽的至少一个侧壁设置至少一个所述第一伸缩部及其对应的所述第一压电部。

可选地，所述凹槽的每个侧壁与所述凹槽的底面的夹角均大于90°。

可选地，还包括：第一金属连线，位于所述凹槽的侧壁上，分别与每个所述第一压电部的第一端相连；第二金属连线，位于所述凹槽的侧壁上，分别与每个所述第一压电部的第二端相连；第三金属连线，位于所述第一表面上，分别与每个所述第二压电部的第一端相连；第四金属连线，位于所述第一表面上，分别与每个所述第二压电部的第二端相连；第五金属连线，位于所述第一表面上，分别与每个所述第三压电部的第一端相连；第六金属连线，位于所述第一表面上，分别与每个所述第三压电部的第二端相连；第一压点与第二压点，均位于所述第一表面上；第三压点与第四压点，均位于所述第一表面上；第五压点与第六压点，均位于所述第一表面上；所述第一连接延伸至所述第一表面上并与所述第一压点相连，所述第二金属连线延伸至所述第一表面上并与所述第二压点相连；所述第三金属连线与所述第三压点相连，所述第四金属连线与所述第四压点相连；所述第五金属连线与所述第五压点相连，所述第六金属连线与所述第六压点相连。

可选地，还包括具有开口的钝化层，其中，所述钝化层位于所述第一表面上方，并且所述开口暴露所述第一伸缩部、所述第二伸缩部、所述第三伸缩部、所述第一压电部、所述第二压电部以及所述第三压电部。

可选地，还包括隔离层，至少位于所述第一伸缩部与所述衬底之间、所述第二伸缩部与所述衬底之间以及所述第三伸缩部与所述衬底之间，以将所述第一伸缩部、第二伸缩部、所述第三伸缩部与所述衬底分隔。

根据本实用新型实施例提供的磁传感器，通过将第一伸缩部与第一压电部堆叠在衬底中的凹槽侧壁上，在外界磁场发生变化使得第一伸缩部因磁致伸缩效应形变时，与第一伸缩部相连的第一压电部也同时发生形变，第一压电部因压电效应在两端输出电势差，从而实现检测Z轴方向(自衬底第一表面向第二表面延伸的方向)上的磁信号大小的目的。由于第一伸缩部是用磁致伸缩材料制成的，对磁信号的变化敏感，因此保证了磁传感器的灵敏度。同时，由于仅需要在衬底中的凹槽侧壁上堆叠磁致伸缩材料与压电材料，就可以实现磁信号到电信号的转变，工艺简单，能与IC工艺结合，从而降低了成本。

将第一伸缩部与第一压电部设置为长条状，且两端分别靠近凹槽的开口与凹槽的底面，增加了同一对第一伸缩部与第一压电部在Z轴方向上的高度差，进而增强了在Z轴方向上的检测能力。相比于AMR磁阻传感器需要斜面上的条形磁阻成45度，本申请的磁传感器对斜面上条状结构的角度限制很宽泛，提高了设计的灵活程度，并降低了制造难度。而且Z轴方向的灵敏度是由条状结构的顶端与低端的高度差决定的，条状结构与衬底的角度越大，灵敏度越高。

通过将第二磁致伸缩部、第二压电部设置在衬底的第一表面上，或者还将第三磁致伸缩部、第三压电部也设置在衬底的第一表面上，使得基于同一衬底形成的磁传感器可以检测多个方向上的磁信号。

通过将伸缩部与对应的压电部数量设置为多个，并通过金属连线使得多个压电部并联，在某一对伸缩部与对应的压电部出现故障时，不会对磁传感器的性能有较大的影响，有利于提高器件的可靠性。

将伸缩部的外周边缘包围对应压电部的外周边缘，从而使得压电部能够更好的检测到伸缩部的形变量，进一步增大了磁传感器的灵敏度。

在钝化层上设置开口，以暴露伸缩部与压电部，该钝化层能够在保护其下方被覆盖的结构的同时，还保证了伸缩部与压电部的形变不会受到钝化层影响。

此外，由于本实用新型实施例的磁传感器原理为磁致伸缩效应和压电效应相结合的，二者对外界条件均不敏感，并且磁传感器表面覆盖有钝化层进行保护，因此，该磁传感器具有极佳的可靠性，对外界环境的容忍性更好，能够在许多极端条件下使用，是一款能防水、抗震、防尘防颗粒的磁传感器。而且，本实用新型实施例的磁传感器工作时不需要外加电源进行供电，只需要连接外部的处理电路来读取磁传感器的输出信号，属于自供电器件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本申请的一些实施例，而非对本申请的限制。

图1示出了本实用新型实施例的磁传感器的立体结构示意图。

图2至图13示出了本实用新型实施例制造磁传感器的方法在一些阶段的结构图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”等表述方式。

在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

本实用新型可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了本实用新型实施例的磁传感器的立体结构示意图，其中，为了更加清晰的表示各个伸缩部与压电部的结构，图1中并未示出钝化层。

如图1所示，本实施例的磁传感器包括：衬底101、凹槽102、隔离层103，还包括第一磁致伸缩材料部111、第二磁致伸缩材料部112、第三磁致伸缩材料部113、第一压电材料部121、第二压电材料部122以及第三压材料电部123，在后文中为了简洁描述，分别被称为第一伸缩部111、第二伸缩部112、第三伸缩部113、第一压电部121、第二压电部122以及第三压电部123。

衬底101具有相对的第一表面与第二表面，凹槽102自衬底101的第一表面向第二表面的方向(Z轴方向)延伸，凹槽102的底面位于衬底101中。隔离层103位于衬底101的第一表面上，并且还覆盖凹槽102的侧壁与底面。第一伸缩部111位于凹槽102的侧壁上，并且隔离层103将第一伸缩部111与衬底101分隔。第二伸缩部112与第三伸缩部113均位于衬底101的第一表面上，并且第二伸缩部112、第三伸缩部113通过隔离层103与衬底101分隔。第一压电部121位于第一伸缩部111上并与第一伸缩部111相连。第二压电部122位于第二伸缩部112上并与第二伸缩部112相连，第三压电部123位于第三伸缩部113上并与第三伸缩部113相连。

在本实施例中，衬底101为硅衬底，隔离层103的材料包括但不限于氧化硅。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对衬底101的材料进行其他设置，其中，在衬底101为绝缘衬底时，本领域技术人员也可以根据需要选择不设置隔离层103，第一伸缩部111、第二伸缩部112以及第三伸缩部113会与衬底101直接接触。

在本实施例中，第一伸缩部111、第二伸缩部112以及第三伸缩部113的材料均为磁致伸缩材料，包括但不限于稀土-铁合金(RFe₂)材料，其中，R为稀土元素。第一压电部121、第二压电部122以及第三压电部123的材料均为压电材料，包括但不限于氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)和锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)。

在本实施例中，凹槽102为多边形槽，且凹槽102的每个侧壁均为倾斜侧壁，凹槽102的侧壁与底面的夹角均大于90°，其中，侧壁越陡，在Z轴方向的分量越大，越有利于提升磁传感器在Z轴方向的灵敏度，但与之对应的工艺难度也越高。因此，综合考虑磁传感器在Z轴方向的灵敏度和侧壁工艺难度，凹槽102的侧壁与底面的夹角角度优选为90～135°。图1中示出了凹槽102呈正方形槽的情况。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对凹槽102的形状以及凹槽102各个侧壁与底面的夹角进行其他设置，例如将凹槽102设置为矩形槽等等。其中，在凹槽102为多边形槽的情况下，凹槽102的每一个侧壁都较为平整，因此，在侧壁上生长的磁致伸缩膜层粘附性较好，有效地降低了磁致伸缩膜层从侧壁脱落的风险。

在本实施例中，凹槽102的至少一个侧壁上设置至少一个第一伸缩部111与对应的第一压电部121，其中，根据磁传感器Z轴方向的灵敏度和管芯尺寸来对第一伸缩部111与第一压电部121数量的总对数进行设置。每个侧壁上的第一伸缩部111与第一压电部121的对数可以相等或不相等。其中，侧壁上的第一伸缩部111与第一压电部121的总对数越多，磁传感器在Z轴方向的灵敏度越高。

在一些具体的实施例中，凹槽102的每个侧壁上均设置相等的对数的第一伸缩部111与第一压电部121，例如4对。第一伸缩部111与第一压电部121均呈长条状(长方形)，位于凹槽102同一个侧壁上的第一伸缩部111平行排列且彼此分隔，对应的多个第一压电部121也平行排列。每个第一伸缩部111的外周边缘包围对应的第一压电部121的外周边缘，即每个第一伸缩部111的长和宽均大于对应的第一压电部121的长和宽。其中，若第一压电部121的尺寸大于第一伸缩部111，第一压电部121会与下层的隔离层103有接触，则会限制第一伸缩部111的变形，减弱信号的输出，从而导致灵敏度的降低。因此，令第一压电部121的尺寸比第一伸缩部111小，其目的是为了压电材料能够更好的检测磁致伸缩材料的变形量。

呈长条状的第一伸缩部111与第一压电部121沿长条的长度方向均具有相对的第一端与第二端，第一伸缩部111的第一端与第一压电部121的第一端靠近凹槽102的开口，第一伸缩部111的第二端与第一压电部121的第二端靠近凹槽102的底面。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第一伸缩部111与对应的第一压电部121的形状、尺寸、数量以及排布进行其他设置，例如同一片第一伸缩部111上对应多个分隔的第一压电部121。

在本实施例中，第二压电部122沿第一方向(X轴方向)延伸，第三压电部123沿第二方向(Y轴方向)延伸，其中，X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向两两相互垂直，X轴方向与Y轴方向可以互换。

在一些具体的实施例中，第二伸缩部112的外周边缘包围第二压电部122的外周边缘，第三伸缩部113的外周边缘包围第三压电部123的外周边缘，即每个第二伸缩部112的长和宽均大于对应的第二压电部122的长和宽，每个第三伸缩部113的长和宽均大于对应的第三压电部123的长和宽。第二伸缩部112、第三伸缩部113、第二压电部122以及第三压电部123均呈长条状(长方形)，具有相对的第一端与第二端。其中，第二伸缩部112与第二压电部122的第一端靠近凹槽102、第二端远离凹槽102，第三伸缩部113与第三压电部122的第一端靠近第二压电部122、第二端远离第二压电部122。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第二伸缩部112、第三伸缩部113、第二压电部122以及第三压电部123的形状、尺寸进行其他设置。

第二伸缩部112的数量为多个，且相邻的第二伸缩部112之间彼此分隔，第二压电部122的数量与第二伸缩部122对应，例如第二伸缩部112与第二压电部122共有5对，且多对第二伸缩部112与第二压电部122平行排布。第三伸缩部113的数量为多个，且相邻的第三伸缩部113之间彼此分隔，第三压电部123的数量与第三伸缩部123对应，例如第三伸缩部113与第三压电部123共有5对，且多对第三伸缩部113与第三压电部123平行排布。然而本实用新型实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对第二伸缩部112、第三伸缩部113、第二压电部122以及第三伸缩部123数量与排布方式进行其他设置，其中，第二伸缩部112、第三伸缩部113分别用于X、Y方向的磁场检测，其数量可以相等或不相等。当然，为了兼顾X、Y、Z方向的灵敏度，一般将第二伸缩部112、第三伸缩部113的数量设计成一致，第一伸缩部111的总数量大于等于第二伸缩部112的总数量。

进一步参考图1，本实用新型实施例的磁传感器还包括：第一金属连线131、第二金属连线132、第三金属连线133、第四金属连线134、第五金属连线135、第六金属连线136、第一压点141、第二压点142、第三压点143、第四压点144、第五压点145以及第六压点146。其中，各金属连线与压点均为导电材料，例如为Au、Al、CrAu合金、TiPtAu合金、铝硅合金(Al-Si1％)、Ti、TiN等。

在本实施例中，第一压点141与第二压点142均位于衬底101的第一表面上，并通过隔离层103与衬底101分隔。第一金属连线131依次经过凹槽102的每一个侧壁与每个第一压电部111的第一端相连，并且第一金属连线131还经凹槽102的侧壁延伸至衬底101的第一表面上与第一压点141相连。第二金属连线132依次经过凹槽102的每一个侧壁与每个第一压电部111的第二端相连，并且第二金属连线132还经凹槽102的侧壁延伸至衬底101的第一表面上与第二压点142相连。第一金属连线131和第二金属连线132也通过隔离层103与衬底101分隔。多个第一压电部121通过第一金属连线131与第二金属连线132实现并联。在一些其他实施例中，磁传感器还包括第七压点147，并通过隔离层103与衬底101分隔，第七压点147作为第一压点141的等效压点与第一金属连线131相连，即作为备用压点。

进一步的，第三金属连线133至第六金属连线136以及第三压点143至第六压点146均位于衬底101的第一表面上，通过隔离层103与衬底101分隔。第三金属连线133与每个第二压电部122的第一端相连，并与第三压点143相连。第四金属连线134与每个第二压电部122的第二端相连，并与第四压点144相连。多个第二压电部122通过第三金属连线133与第四金属连线134实现并联。第五金属连线135与每个第三压电部123的第一端相连，并与第五压点145相连。第六金属连线136与每个第三压电部123的第二端相连，并与第六压点146相连。多个第三压电部123通过第五金属连线135与第六金属连线136实现并联。

进一步参考图12与图13，本实用新型实施例的磁传感器还包括具有开口151的钝化层150，其材料包括但不限于透明的氮化硅。钝化层150覆盖隔离层103、第一金属连线131、第二金属连线132、第三金属连线133、第四金属连线134、第五金属连线135以及第六金属连线136，并且开口151暴露第一伸缩部111、第二伸缩部112、第三伸缩部113、第一压电部121、第二压电部122以及第三压电部123。在本实施例中，第一压点141至第七压点147均位于衬底101的一侧，且钝化层150不覆盖第一压点141至第七压点147。

在本实施例中，当外界磁场发生变化时，将第三压点143与第四压点144两端的电势差通过信号处理电路(例如ASIC电路)转换后获得X轴方向的磁感测信号；将第五压点145与第六压点146两端的电势差通过信号处理电路转换后获得Y轴方向的磁感测信号；将第一压点141与第二压点142(或者第七压点147)两端的电势差通过信号处理电路转换后输出，再结合X/Y轴方向的磁感测信号，计算得到Z轴方向的磁感测信号。

本实施例中的磁传感器为基于同一衬底的3轴传感器，在一些其他实施例中，磁传感器还可以为基于同一衬底的双轴传感器或单轴传感器，例如不包括第三伸缩部113与第三压电部123以及与第三压电部123电连接的结构；或者不包括第二伸缩部112、第二压电部122、第三伸缩部113、第三压电部123以及与第二压电部122、第三压电部123电连接的结构。

图2至图13示出了本实用新型实施例制造磁传感器的方法在一些阶段的结构图。

如图2与图3所示，在衬底101中形成凹槽102，其中，图3为沿图2中AA线所截的截面图。

在该步骤中，例如通过光刻工艺在衬底101的第一表面101a形成具有开口的掩模，然后将衬底101浸泡在TMAH(四甲基氢氧化铵)或KOH(氢氧化钾)溶液中，从而在掩模开口对应位置形成凹槽102。

在本实施例中，凹槽102自衬底101的第一表面101a向第二表面101b的方向延伸，凹槽102的底面102b位于衬底101中，凹槽102的侧壁102a呈斜面，且侧壁102a与底面102b的夹角大于90°。

进一步的，在凹槽102的侧壁与底面以及衬底101的第一表面上形成隔离层103，如图4与图5所示，其中，图5为沿图4中AA线所截的截面图。

在该步骤中，例如采用低压化学气相淀积(LPCVD)的方法，或等离子增强型化学气相淀积(PECVD)的方法形成隔离层103，其中，隔离层103的材料例如为二氧化硅，隔离层103的厚度范围在0.1～1μm之间。

进一步的，在凹槽102的侧壁上形成第一伸缩部111，并且在衬底101的第一表面上形成第二伸缩部112与第三伸缩部113，如图6与图7所示，其中，图7为沿图6中AA线所截的截面图。

在该步骤中，例如采用磁控溅射法通过共溅射沉积等方式在隔离层103表面淀积一层磁致伸缩材料，继而通过光刻、刻蚀等工艺将其图形化，在衬底101的第一表面和凹槽102的侧壁形成长条状的磁感应材料作为第一伸缩部111、第二伸缩部112以及第三伸缩部113，用于磁传感器的磁能和机械能转换。其中，第一伸缩部111、第二伸缩部112以及第三伸缩部113的厚度范围在0.3～1μm之间，长度范围在2～5μm之间，宽度范围在0.1-0.5μm之间。相邻伸缩部之间的间距可以相同，也可以不同，根据工艺，间距一般在0.5～5μm之间。

进一步的，分别在第一伸缩部111、第二伸缩部112以及第三伸缩部113上形成第一压电部121、第二压电部122以及第三压电部123，如图8与图9所示，其中，图9为沿图8中AA线所截的截面图。

在该步骤中，例如采用射频磁控溅射(RF PVD)或氢化物气相外延生长法(HVPE)的方法在半导体结构的表面形成压电材料层，然后对压电材料层进行光刻、刻蚀，从而分别在第一伸缩部111、第二伸缩部112以及第三伸缩部113的表面形成长条状的压电材料作为第一压电部121、第二压电部122以及第三压电部123，用于磁传感器机械能和电能的转换。其中，第一压电部121、第二压电部122以及第三压电部123的长度范围在1～4μm之间，宽度范围在0.1～0.5μm之间，厚度范围在为0.1～0.5μm之间。优选的，第一压电部121、第二压电部122以及第三压电部123的宽度范围在0.2～0.4μm之间。

进一步的，对应在凹槽102的侧壁与衬底101的第一表面形成第一金属连线131、第二金属连线132、第三金属连线133、第四金属连线134、第五金属连线135、第六金属连线136、第一压点141、第二压点142、第三压点143、第四压点144、第五压点145、第六压点146以及第七压点147，如图10与图11所示，其中，图11为沿图10中AA线所截的截面图。

在该步骤中，例如通过溅射或蒸发的方法淀积金属层，金属层的厚度例如为0.5～2μm，然后通过光刻和刻蚀工艺，分别形成第一金属连线131至第六金属连线136以及第一压点141至第七压点147。需要注意的是，金属连线位于压电部上，不能覆盖压电部的两端以及伸缩部的两端，否则会阻碍伸缩部发生形变。

进一步的，在半导体结构上形成钝化层150，如图12至图13所示，其中，图13为沿图12中AA线所截的截面图。

在该步骤中，例如通过PECVD工艺在半导体结构生长一层氮化硅，并通过光刻和刻蚀将其图形化形成开口151，开口151露出第一压点141至第七压点147和磁感测区域，其中，磁感测区域包括第一伸缩部111、第二伸缩部112、第三伸缩部113、第一压电部121、第二压电部122以及第三压电部123所在区域。其中，钝化层150不能覆盖磁感测区域中的伸缩部和压电部，否则会阻碍伸缩部发生形变。

根据本实用新型实施例提供的磁传感器，通过将第一伸缩部与第一压电部堆叠在衬底中的凹槽侧壁上，在外界磁场发生变化使得第一伸缩部因磁致伸缩效应形变时，与第一伸缩部相连的第一压电部也同时发生形变，第一压电部因压电效应在两端输出电势差，从而实现检测Z轴方向(自衬底第一表面向第二表面延伸的方向)上的磁信号大小的目的。由于第一伸缩部是用磁致伸缩材料制成的，对磁信号的变化敏感，因此保证了磁传感器的灵敏度。同时，由于仅需要在衬底中的凹槽侧壁上堆叠磁致伸缩材料与压电材料，就可以实现磁信号到电信号的转变，工艺简单，能与IC工艺结合，从而降低了成本。

将第一伸缩部与第一压电部设置为长条状，且两端分别靠近凹槽的开口与凹槽的底面，增加了同一对第一伸缩部与第一压电部在Z轴方向上的高度差，进而增强了在Z轴方向上的检测能力。相比于AMR磁阻传感器需要斜面上的条形磁阻成45度，本申请的磁传感器对斜面上条状结构的角度限制很宽泛，提高了设计的灵活程度，并降低了制造难度。而且Z轴方向的灵敏度是由条状结构的顶端与低端的高度差决定的，条状结构与衬底的角度越大，灵敏度越高。

通过将第二磁致伸缩部、第二压电部设置在衬底的第一表面上，或者还将第三磁致伸缩部、第三压电部也设置在衬底的第一表面上，使得基于同一衬底形成的磁传感器可以检测多个方向上的磁信号。

通过将伸缩部与对应的压电部数量设置为多个，并通过金属连线使得多个压电部并联，在某一对伸缩部与对应的压电部出现故障时，不会对磁传感器的性能有较大的影响，有利于提高器件的可靠性。

将伸缩部的外周边缘包围对应压电部的外周边缘，从而使得压电部能够更好的检测到伸缩部的形变量，进一步增大了磁传感器的灵敏度。

在钝化层上设置开口，以暴露伸缩部与压电部，该钝化层能够在保护其下方被覆盖的结构的同时，还保证了伸缩部与压电部的形变不会受到钝化层影响。

此外，由于本实用新型实施例的磁传感器原理为磁致伸缩效应和压电效应相结合的，二者对外界条件均不敏感，并且磁传感器表面覆盖有钝化层进行保护，因此，该磁传感器具有极佳的可靠性，对外界环境的容忍性更好，能够在许多极端条件下使用，是一款能防水、抗震、防尘防颗粒的磁传感器。而且，本实用新型实施例的磁传感器工作时不需要外加电源进行供电，只需要连接外部的处理电路来读取磁传感器的输出信号，属于自供电器件。

以上对本实用新型的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本实用新型的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本实用新型的范围之内。

Claims (12)

1.一种磁传感器，其特征在于，包括：

衬底，具有相对的第一表面与第二表面；

凹槽，自所述第一表面向所述第二表面的方向延伸，所述凹槽的底面位于所述衬底中；

第一伸缩部，位于所述凹槽的侧壁上；

第一压电部，位于所述第一伸缩部上；

第二伸缩部，位于所述第一表面上沿第一方向延伸；

第二压电部，位于所述第二伸缩部上；

第三伸缩部，位于所述第一表面上沿第二方向延伸；以及

第三压电部，位于所述第三伸缩部上，

其中，所述第一方向垂直于所述第一表面向所述第二表面的方向，所述第二方向垂直于所述第一表面向所述第二表面的方向，并且垂直于所述第一方向。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述第一伸缩部、所述第二伸缩部以及所述第三伸缩部为将磁能转换为机械能的磁致伸缩材料层，

所述第一压电部、所述第二压电部以及所述第三压电部为将所述机械能转换为电能的压电材料层。

3.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述第一压电部呈长条状，沿该长条的长度方向具有相对的第一端与第二端，所述第一压电部的第一端靠近所述凹槽的开口，所述第一压电部的第二端靠近所述凹槽的底面；

所述第二压电部呈长条状且沿所述第一方向具有相对的第一端与第二端，所述第二压电部的第一端靠近所述凹槽，所述第二压电部的第二端远离所述凹槽；

所述第三压电部呈长条状且沿所述第二方向具有相对的第一端与第二端，所述第三压电部的第一端靠近所述第二压电部，所述第三压电部的第二端远离所述第二压电部。

4.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述第一伸缩部的外周边缘包围所述第一压电部的外周边缘；

所述第二伸缩部的外周边缘包围所述第二压电部的外周边缘；

所述第三伸缩部的外周边缘包围所述第三压电部的外周边缘。

5.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述第一压电部的数量为多个，且相邻的所述第一压电部彼此分隔；

所述第二压电部的数量为多个，且相邻的所述第二压电部彼此分隔；

所述第三压电部的数量为多个，且相邻的所述第三压电部彼此分隔。

6.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述第一伸缩部与所述第一压电部的数量、位置一一对应，且相邻的所述第一伸缩部之间彼此分隔；

所述第二伸缩部与所述第二压电部的数量、位置一一对应，且相邻的所述第二伸缩部之间彼此分隔；

所述第三伸缩部与所述第三压电部的数量、位置一一对应，且相邻的所述第三伸缩部之间彼此分隔。

7.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，每个所述第一伸缩部呈长条状，沿该长条的长度方向，所述第一伸缩部具有相对的第一端与第二端，每个所述第一伸缩部的第一端靠近所述凹槽的开口，每个所述第一伸缩部的第二端靠近所述凹槽的底面；

每个所述第二伸缩部呈长条状且沿所述第一方向延伸并具有相对的第一端与第二端，沿所述第一方向，所述第二伸缩部的第一端靠近所述凹槽，所述第二伸缩部的第二端远离所述凹槽；

每个所述第三伸缩部呈长条状且沿所述第二方向延伸并具有相对的第一端与第二端，所述第三伸缩部的第一端靠近所述第二压电部，所述第三伸缩部的第二端远离所述第二压电部。

8.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述凹槽为多边形槽，所述凹槽的至少一个侧壁设置至少一个所述第一伸缩部及其对应的所述第一压电部。

9.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，所述凹槽的每个侧壁与所述凹槽的底面的夹角均大于90°。

10.根据权利要求3所述的磁传感器，其特征在于，还包括：

第一金属连线，位于所述凹槽的侧壁上，分别与每个所述第一压电部的第一端相连；

第二金属连线，位于所述凹槽的侧壁上，分别与每个所述第一压电部的第二端相连；

第三金属连线，位于所述第一表面上，分别与每个所述第二压电部的第一端相连；

第四金属连线，位于所述第一表面上，分别与每个所述第二压电部的第二端相连；

第五金属连线，位于所述第一表面上，分别与每个所述第三压电部的第一端相连；

第六金属连线，位于所述第一表面上，分别与每个所述第三压电部的第二端相连；第一压点与第二压点，均位于所述第一表面上；

第三压点与第四压点，均位于所述第一表面上；

第五压点与第六压点，均位于所述第一表面上；

所述第一连接延伸至所述第一表面上并与所述第一压点相连，所述第二金属连线延伸至所述第一表面上并与所述第二压点相连；

所述第三金属连线与所述第三压点相连，所述第四金属连线与所述第四压点相连；

所述第五金属连线与所述第五压点相连，所述第六金属连线与所述第六压点相连。

11.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，还包括具有开口的钝化层，其中，所述钝化层位于所述第一表面上方，并且所述开口暴露所述第一伸缩部、所述第二伸缩部、所述第三伸缩部、所述第一压电部、所述第二压电部以及所述第三压电部。

12.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，还包括隔离层，至少位于所述第一伸缩部与所述衬底之间、所述第二伸缩部与所述衬底之间以及所述第三伸缩部与所述衬底之间，以将所述第一伸缩部、第二伸缩部、所述第三伸缩部与所述衬底分隔。

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