Mems多層線圈及其制備方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于弱磁場傳感技術領域，涉及一種MEMS多層線圈及其制備方法。
【背景技術】
[0002]弱磁場傳感技術廣泛應用于磁性目標探測、地磁導航、磁存儲、地質勘探、生物醫學等軍事和國民經濟領域。現有技術中的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)磁敏感體相比其他類型磁敏感技術具有體積小、功耗低、易批量生產等特點，尤其是MTJ磁敏感體，具有電阻變化率高、靈敏度高和溫度穩定性好等優點，具有發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域，同時最大限度的降低磁滯影響，通常采用外置線圈調節磁敏感體周圍的磁場大小，從而實現大量程條件下的高分辨率磁場測量。傳統的多層線圈大部分由電鍍實現，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調控。
[0003]近年來，各研究小組對高精度磁場調控線圈的設計和制備進行了大量的研究。2009年9月9日公布的專利中(CN101526590A)通過直流濺射、射頻濺射、半導體薄膜加工技術實現了縱向結構的巨磁阻磁傳感器，但其垂向結構不能產生平面內磁場;2013年WugangTian等(Rev.Sc1.1nstrum.84, 035004 (2013))采用平面線圈對GMR磁敏感體的磁場補償，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，對工藝兼容不利;在生物醫學方面，2013年清華大學(CN102936754A)通過直流濺射、等離體化學氣相沉積方法制備多層線圈，形成的磁梯度陣列可提高細胞圖形化效率，但正反向電流在同一平面內因此很難形成平面均勾磁場且調控難度大；2014年Janez Trontelj等通過ASIC工藝實現多層微線圈實現對霍爾元件的靈敏度改善，提升霍爾元件性能，但工藝相對復雜且成本高。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是克服現有技術中用于小型磁傳感器平面磁場調控的多層線圈存在結構平面內磁場調控能力弱，精度與工藝難度無法兼顧等不足，提供一種能夠實現平面內的高精度磁場調控、結構簡單緊湊、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調控的MEMS多層線圈及其制備方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案:
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、所述頂層線圈的下側均設有磁性調控層。
[0006]上述的MEMS多層線圈，優選的，所述磁性調控層的材料為鎳、鈷、鐵中的至少一種。
[0007]上述的MEMS多層線圈，優選的，所述磁性調控層的厚度為500nm?lOOOnm。
[0008]上述的MEMS多層線圈，優選的，所述磁性調控層的下側設有底絕緣層，所述磁性調控層的上側設有頂絕緣層。
[0009]上述的MEMS多層線圈，優選的，所述底層線圈和所述頂層線圈之間設有導電通道，所述底層線圈與頂層線圈通過所述導電通道電連接。
[0010]上述的MEMS多層線圈，優選的，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]作為一個總的發明構思，本發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，用磁性調控層掩膜板光刻固膠，濕法腐蝕出磁性調控層，并形成用于形成導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，使所述過孔形成導電通道的導電通孔后去膠；
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]本發明基于以下原理:相互平行的導線中通以同向電流時將會形成平行于導線平面的磁場，導線間的中心區域磁場近似為均勻磁場，磁性調控層可消除反向電流的磁場干擾，增強同向電流磁場的強度，可降低線圈工作所需電流，從而降低功耗。
[0016]與現有技術相比，本發明的優點在于:
1、本發明的MEMS多層線圈，利用磁性調控層能有效屏蔽底層線圈電流產生的磁場并且增強頂層線圈電流產生的磁場，達到消除傳統單層線圈結構中的反向電流干擾作用，提升平面磁場均勻性和調控能力，大幅降低線圈功耗。
[0017]2、本發明的MEMS多層線圈的制備方法，基于MEMS技術的高精度圖形化優勢，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線圈的高精度磁場調控能力；所有膜層均采用磁控濺射和濕法腐蝕工藝，大大簡化了工藝設備體系，降低了成本。
[0018]總之，本發明通過磁場可調控結構設計，采用濺射與濕法腐蝕結合優化工藝體系，基于紫外光刻對準技術保證圖形化精度，因此磁場調控能力強且工藝簡單，可控性好，成本低。此外，本發明的結構設計思路和制備方法還可廣泛應用于其他基于磁性調控層和結構設計來實現磁場調控的場合。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明MEMS多層線圈的俯視示意圖，圖中箭頭為電流方向。
[0020]圖2為本發明MEMS多層線圈的截面示意圖。
[0021]圖3為本發明實施例1的玻璃基底表面生成底層線圈金屬層的示意圖。
[0022]圖4為本發明實施例1中刻蝕底層線圈金屬層，形成底層線圈的示意圖。
[0023]圖5為本發明實施例1中沉積底絕緣層、再沉積磁性層的示意圖。
[0024]圖6為本發明實施例1中刻蝕磁性層，形成磁性調控層和過孔的示意圖。
[0025]圖7為本發明實施例1中沉積頂絕緣層的示意圖。
[0026]圖8為本發明實施例1刻蝕頂絕緣層和底絕緣層，形成導電通孔的示意圖。
[0027]圖9為本發明實施例1沉積頂層線圈金屬層、刻蝕頂層線圈金屬層，形成頂層線圈和導電通道的示意圖。
[0028]圖10為本發明MEMS多層線圈的磁場特征仿真圖。
[0029]圖例說明:1、導電通道;2、頂層線圈；3、底層線圈；4、頂絕緣層;5、磁性調控層;6、底絕緣層;7、玻璃基底。
【具體實施方式】
[0030]以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而限制本發明的保護范圍。
[0031]實施例1:
如圖1和圖2示出了本發明的MEMS多層線圈實施例，該MEMS多層線圈包括底層線圈3