Mems多層線圈及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于弱磁場(chǎng)傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種MEMS多層線圈及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]弱磁場(chǎng)傳感技術(shù)廣泛應(yīng)用于磁性目標(biāo)探測(cè)、地磁導(dǎo)航、磁存儲(chǔ)、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)學(xué)等軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。現(xiàn)有技術(shù)中的AMR(Anisotropic Magnetoresistive，各向異性磁阻)磁敏感體，GMR(Giant Magnetoresistive，巨磁阻)磁敏感體、MTJ(Magnetic TunnelJunct 1n，磁隧道結(jié))磁敏感體相比其他類型磁敏感技術(shù)具有體積小、功耗低、易批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，尤其是MTJ磁敏感體，具有電阻變化率高、靈敏度高和溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，具有發(fā)展成小型化高性能磁傳感器的巨大潛力。在小型化高性能磁傳感器中，為使磁敏感體工作在線性區(qū)域，同時(shí)最大限度的降低磁滯影響，通常采用外置線圈調(diào)節(jié)磁敏感體周圍的磁場(chǎng)大小，從而實(shí)現(xiàn)大量程條件下的高分辨率磁場(chǎng)測(cè)量。傳統(tǒng)的多層線圈大部分由電鍍實(shí)現(xiàn)，電鍍的薄膜不均勻且位置誤差大，圖形化精度低，不能滿足高精度的磁場(chǎng)調(diào)控。
[0003]近年來，各研究小組對(duì)高精度磁場(chǎng)調(diào)控線圈的設(shè)計(jì)和制備進(jìn)行了大量的研究。2009年9月9日公布的專利中(CN101526590A)通過直流濺射、射頻濺射、半導(dǎo)體薄膜加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了縱向結(jié)構(gòu)的巨磁阻磁傳感器，但其垂向結(jié)構(gòu)不能產(chǎn)生平面內(nèi)磁場(chǎng);2013年WugangTian等(Rev.Sc1.1nstrum.84, 035004 (2013))采用平面線圈對(duì)GMR磁敏感體的磁場(chǎng)補(bǔ)償，有效降低磁滯的影響，但是線圈體積大，引線端口布局不合理，對(duì)工藝兼容不利;在生物醫(yī)學(xué)方面，2013年清華大學(xué)(CN102936754A)通過直流濺射、等離體化學(xué)氣相沉積方法制備多層線圈，形成的磁梯度陣列可提高細(xì)胞圖形化效率，但正反向電流在同一平面內(nèi)因此很難形成平面均勾磁場(chǎng)且調(diào)控難度大；2014年Janez Trontelj等通過ASIC工藝實(shí)現(xiàn)多層微線圈實(shí)現(xiàn)對(duì)霍爾元件的靈敏度改善，提升霍爾元件性能，但工藝相對(duì)復(fù)雜且成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中用于小型磁傳感器平面磁場(chǎng)調(diào)控的多層線圈存在結(jié)構(gòu)平面內(nèi)磁場(chǎng)調(diào)控能力弱，精度與工藝難度無法兼顧等不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)平面內(nèi)的高精度磁場(chǎng)調(diào)控、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小、成本低廉和制作方便的用于小型磁傳感器平面磁場(chǎng)調(diào)控的MEMS多層線圈及其制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種MEMS多層線圈，包括底層線圈和頂層線圈，所述底層線圈的上側(cè)、所述頂層線圈的下側(cè)均設(shè)有磁性調(diào)控層。
[0006]上述的MEMS多層線圈，優(yōu)選的，所述磁性調(diào)控層的材料為鎳、鈷、鐵中的至少一種。
[0007]上述的MEMS多層線圈，優(yōu)選的，所述磁性調(diào)控層的厚度為500nm?lOOOnm。
[0008]上述的MEMS多層線圈，優(yōu)選的，所述磁性調(diào)控層的下側(cè)設(shè)有底絕緣層，所述磁性調(diào)控層的上側(cè)設(shè)有頂絕緣層。
[0009]上述的MEMS多層線圈，優(yōu)選的，所述底層線圈和所述頂層線圈之間設(shè)有導(dǎo)電通道，所述底層線圈與頂層線圈通過所述導(dǎo)電通道電連接。
[0010]上述的MEMS多層線圈，優(yōu)選的，所述底層線圈的材料為鉻、鋁、銅、銀中的至少一種，所述頂層線圈的材料為鉻、鋁、銅、銀中的至少一種。
[0011]上述的MEMS多層線圈，優(yōu)選的，所述底層線圈的厚度為0.8μπι?3μπι，寬度為30μπι?10ym ；所述頂層線圈的厚度為0.8μηι?3μηι，寬度為30μηι?ΙΟΟμπι。
[0012]上述的MEMS多層線圈，優(yōu)選的，所述底絕緣層的材料包括二氧化硅或氮化硅，所述頂絕緣層的材料包括二氧化娃或氮化娃。
[0013]上述的MEMS多層線圈，優(yōu)選的，所述底絕緣層的厚度為200nm?600nm;所述頂絕緣層的厚度為200nm?600nmo
[0014]作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的MEMS多層線圈的制備方法，包括以下步驟:
S1:在一玻璃基底上濺射沉積底層線圈金屬層，用底層線圈掩膜板光刻固膠，濕法腐蝕出底層線圈后去膠；
S2:濺射沉積底絕緣層；
S3:濺射沉積磁性層，用磁性調(diào)控層掩膜板光刻固膠，濕法腐蝕出磁性調(diào)控層，并形成用于形成導(dǎo)電通道的過孔后去膠；
S4:濺射沉積頂絕緣層；
S5:用過孔掩膜板光刻固膠，濕法腐蝕頂絕緣層和底絕緣層，使所述過孔形成導(dǎo)電通道的導(dǎo)電通孔后去膠；
S6:濺射沉積頂層線圈金屬層，用頂層線圈掩膜板光刻固膠，濕法腐蝕出頂層線圈后去膠，劃片、去膠清洗后得MEMS多層線圈。
[0015]本發(fā)明基于以下原理:相互平行的導(dǎo)線中通以同向電流時(shí)將會(huì)形成平行于導(dǎo)線平面的磁場(chǎng)，導(dǎo)線間的中心區(qū)域磁場(chǎng)近似為均勻磁場(chǎng)，磁性調(diào)控層可消除反向電流的磁場(chǎng)干擾，增強(qiáng)同向電流磁場(chǎng)的強(qiáng)度，可降低線圈工作所需電流，從而降低功耗。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明的MEMS多層線圈，利用磁性調(diào)控層能有效屏蔽底層線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)并且增強(qiáng)頂層線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，達(dá)到消除傳統(tǒng)單層線圈結(jié)構(gòu)中的反向電流干擾作用，提升平面磁場(chǎng)均勻性和調(diào)控能力，大幅降低線圈功耗。
[0017]2、本發(fā)明的MEMS多層線圈的制備方法，基于MEMS技術(shù)的高精度圖形化優(yōu)勢(shì)，使得多層線圈具有較高的圖形化精度來，從而保證了平面MEMS線圈的高精度磁場(chǎng)調(diào)控能力；所有膜層均采用磁控濺射和濕法腐蝕工藝，大大簡(jiǎn)化了工藝設(shè)備體系，降低了成本。
[0018]總之，本發(fā)明通過磁場(chǎng)可調(diào)控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用濺射與濕法腐蝕結(jié)合優(yōu)化工藝體系，基于紫外光刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)保證圖形化精度，因此磁場(chǎng)調(diào)控能力強(qiáng)且工藝簡(jiǎn)單，可控性好，成本低。此外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路和制備方法還可廣泛應(yīng)用于其他基于磁性調(diào)控層和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)調(diào)控的場(chǎng)合。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明MEMS多層線圈的俯視示意圖，圖中箭頭為電流方向。
[0020]圖2為本發(fā)明MEMS多層線圈的截面示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的玻璃基底表面生成底層線圈金屬層的示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中刻蝕底層線圈金屬層，形成底層線圈的示意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中沉積底絕緣層、再沉積磁性層的示意圖。
[0024]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中刻蝕磁性層，形成磁性調(diào)控層和過孔的示意圖。
[0025]圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中沉積頂絕緣層的示意圖。
[0026]圖8為本發(fā)明實(shí)施例1刻蝕頂絕緣層和底絕緣層，形成導(dǎo)電通孔的示意圖。
[0027]圖9為本發(fā)明實(shí)施例1沉積頂層線圈金屬層、刻蝕頂層線圈金屬層，形成頂層線圈和導(dǎo)電通道的示意圖。
[0028]圖10為本發(fā)明MEMS多層線圈的磁場(chǎng)特征仿真圖。
[0029]圖例說明:1、導(dǎo)電通道;2、頂層線圈；3、底層線圈；4、頂絕緣層;5、磁性調(diào)控層;6、底絕緣層;7、玻璃基底。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]實(shí)施例1:
如圖1和圖2示出了本發(fā)明的MEMS多層線圈實(shí)施例，該MEMS多層線圈包括底層線圈3