本發(fā)明涉及傳感器，尤其涉及一種芯片垂直方向上制備磁通聚集器的方法及對應(yīng)的磁通聚集器。

背景技術(shù)：

1、近年來，受物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)驅(qū)動，傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石，迎來了飛速發(fā)展，磁傳感器是其中非常重要的一種。磁傳感器從檢測地磁場用于導(dǎo)航交通，車輛定位，到檢測神經(jīng)元活動產(chǎn)生的極微弱磁場用于醫(yī)療診斷，涵蓋了各個領(lǐng)域，磁傳感器的應(yīng)用無處不在。并且隨著人們對傳感器高靈敏度、低功耗、小型化等性能需求的提高，集成電路中微型磁傳感器所使用的技術(shù)也在不斷更新，目前主要包括霍爾效應(yīng)、各向異性磁阻效應(yīng)、巨磁阻效應(yīng)以及隧穿磁阻效應(yīng)四種，其探測磁場的靈敏度依次遞增。隨著探測性能的不斷提升，隧穿磁阻(tunnel?magnetoresistance，tmr)傳感器在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中變得越來越受歡迎?？梢詫崿F(xiàn)低至pt量級的人體心臟磁場、腦磁場檢測，這對磁傳感器靈敏度的要求越來越高，如何通過各種方式進一步提高靈敏度是一個重要的方向。

2、通過選擇薄膜材料、優(yōu)化制造工藝以及改變層厚度、器件的幾何形狀等都可以提高磁傳感器靈敏度，并且通過磁傳感器芯片與磁通聚集器集成、利用具有低飽和場的軟鐵磁材料以及修改傳感器幾何結(jié)構(gòu)可以進一步實現(xiàn)磁傳感器靈敏度的提升。磁通聚集器呈喇叭形，由于軟磁材料的導(dǎo)磁特性，可以使面積小的一邊磁通密度增強，并且將傳感器置于磁通聚集器的間隙處，可以檢測到更強的磁場強度。

3、如圖1和圖2所示為現(xiàn)有芯片中磁通聚集器的結(jié)構(gòu)圖，其中圖2是多個磁通聚集器串聯(lián)圖，由圖1和圖2可見，現(xiàn)有的磁通聚集器以平面方式設(shè)置在襯底上，而襯底位于芯片所在平面上，因此這種磁通聚集器設(shè)計都是以平面設(shè)置方式直接集成在芯片中的，其雖然能實現(xiàn)磁場的增強，但這種方案仍然有明顯不足：

4、由于對于磁通聚集器來說，其他參數(shù)一致的情況下，磁通聚集器的長度越長，針對中心磁場放大效果越好；外部寬度與內(nèi)部寬度的比值越大，中心磁場的放大效果越好；間隙的距離(放置磁敏感單元的中心)越小中心磁場放大效果越好。因此，芯片中整體磁通聚集器面積的增大會不利于小型化和集成度提升，比如圖2所示的串聯(lián)情況，其會明顯增大芯片的平面面積，從而不利于傳感器芯片小型化和集成度的提升。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種芯片垂直方向上制備磁通聚集器的方法及對應(yīng)的磁通聚集器，以解決上述提及的至少一個問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下方案：

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種芯片垂直方向上制備磁通聚集器的方法，所述方法用于增強具有垂直各向異性的磁敏感單元的靈敏度，所述方法包括：利用光刻及刻蝕技術(shù)在硅襯底底部制備出正視圖呈喇叭形或梯形且三維結(jié)構(gòu)為截錐體的制備區(qū)域，所述制備區(qū)域底部寬于頂部，且并未穿透所述硅襯底，所述硅襯底的底部設(shè)置在芯片平面之上；在所述制備區(qū)域中沉積磁通聚集器材料以形成第一磁通聚集單元；利用微納加工在所述硅襯底的頂部制備出磁敏感單元，所述磁敏感單元的位置位于所述第一磁通聚集單元的正上方；在所述磁敏感單元頂部制備出與所述第一磁通聚集單元對稱設(shè)置的第二磁通聚集單元。

4、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中在所述磁敏感單元頂部制備出與所述第一磁通聚集單元對稱設(shè)置的第二磁通聚集單元包括：在所述硅襯底的頂部沉積一層二氧化硅層；利用化學(xué)機械拋光將所述二氧化硅層頂部磨平；利用光刻及刻蝕技術(shù)在二氧化硅層頂部制備出倒喇叭形或倒梯形且三維結(jié)構(gòu)為截錐體的制備區(qū)域，所述二氧化硅層頂部的制備區(qū)域與所述硅襯底底部的制備區(qū)域以所述磁敏感單元為中心對稱設(shè)置；在所述二氧化硅層頂部的制備區(qū)域中沉積磁通聚集器材料以形成第二磁通聚集單元。

5、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中在所述磁敏感單元頂部制備出與所述第一磁通聚集單元對稱設(shè)置的第二磁通聚集單元包括：在所述硅襯底的頂部沉積一層二氧化硅層；利用化學(xué)機械拋光將所述二氧化硅層頂部磨平；利用制備所述第一磁通聚集單元的方法在另一塊硅襯底中制備出第二磁通聚集單元；將具有所述第二磁通聚集單元的硅襯底鍵合在所述二氧化硅層頂部，使得所述第一磁通聚集單元和所述第二磁通聚集單元以所述磁敏感單元為中心對稱設(shè)置。

6、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中鍵合的方式包括直接鍵合、熱壓鍵合或粘合劑鍵合。

7、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種芯片垂直方向上制備磁通聚集器的方法，所述方法用于增強面內(nèi)型隧穿磁阻傳感器的靈敏度，所述方法包括：利用光刻及刻蝕技術(shù)在硅襯底底部制備出正視圖呈喇叭形或梯形且三維結(jié)構(gòu)為截錐體的制備區(qū)域，所述制備區(qū)域底部寬于頂部，且并未穿透所述硅襯底，所述硅襯底的底部設(shè)置在芯片平面之上；在所述制備區(qū)域中沉積磁通聚集器材料以形成第一磁通聚集單元；利用微納加工在所述硅襯底的頂部制備出磁敏感單元，所述第一磁通聚集單元位于所述磁敏感單元的一側(cè)；在所述磁敏感單元的兩側(cè)分別制備出平面型的第三磁通聚集單元和第四磁通聚集單元，所述第三磁通聚集單元位于所述第一磁通聚集單元的正上方；在所述第四磁通聚集單元上方制備出第二磁通聚集單元，所述第二磁通聚集單元與所述第一磁通聚集單元以所述磁敏感單元為中心對稱設(shè)置。

8、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中在所述第四磁通聚集單元上方制備出第二磁通聚集單元包括：在所述硅襯底的頂部沉積一層二氧化硅層；利用化學(xué)機械拋光將所述二氧化硅層頂部磨平；利用光刻及刻蝕技術(shù)在二氧化硅層頂部制備出倒喇叭形或倒梯形且三維結(jié)構(gòu)為截錐體的制備區(qū)域，所述二氧化硅層頂部的制備區(qū)域位于所述第四磁通聚集單元上方，且所述二氧化硅層頂部的制備區(qū)域與所述硅襯底底部的制備區(qū)域以所述磁敏感單元為中心對稱設(shè)置；在所述二氧化硅層頂部的制備區(qū)域中沉積磁通聚集器材料以形成第二磁通聚集單元。

9、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中在所述第四磁通聚集單元上方制備出第二磁通聚集單元包括：在所述硅襯底的頂部沉積一層二氧化硅層；利用化學(xué)機械拋光將所述二氧化硅層頂部磨平；利用制備所述第一磁通聚集單元的方法在另一塊硅襯底中制備出第二磁通聚集單元；將具有所述第二磁通聚集單元的硅襯底鍵合在所述二氧化硅層頂部，使得所述第一磁通聚集單元和所述第二磁通聚集單元以所述磁敏感單元為中心對稱設(shè)置，且使得所述第二磁通聚集單元位于所述第四磁通聚集單元上方。

10、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中平面型的第三磁通聚集單元和第四磁通聚集單元為喇叭型、梯形或t型。

11、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種芯片垂直方向上制備的磁通聚集器，所述磁通聚集器包括：設(shè)置在硅襯底中的第一磁通聚集單元、設(shè)置在硅襯底頂部的磁敏感單元、以及以所述磁敏感單元為中心，與所述第一磁通聚集單元對稱設(shè)置的第二磁通聚集單元，所述磁通聚集器利用如上所述的方法制備而成。

12、根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種芯片垂直方向上制備的磁通聚集器，所述磁通聚集器包括：設(shè)置在硅襯底中的第一磁通聚集單元，設(shè)置在硅襯底頂部的磁敏感單元、第三磁通聚集單元及第四磁通聚集單元，與所述磁敏感單元為中心，與第一磁通聚集單元對稱設(shè)置的第二磁通聚集單元，所述磁通聚集器利用如上所述的方法制備而成。

13、由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的芯片垂直方向上制備磁通聚集器的方法及對應(yīng)的磁通聚集器，為了解決常規(guī)磁通聚集器面積過大不利于芯片小型化的設(shè)計的影響，通過在芯片的z軸方向(芯片所在平面的法向)集成磁通聚集器來匯聚磁通，這種設(shè)計可以增強具有垂直各向異性(pma)的磁敏感單元的靈敏度。另外通過在芯片所在平面增加一個小型化的磁通聚集器就可實現(xiàn)將空間中的磁場也就是垂直芯片方向上磁通聚集器聚集的磁通定向引導(dǎo)和匯聚到芯片所在平面的磁敏感單元處，進而提高了具有面內(nèi)型磁敏感單元的傳感器的靈敏度，同時保證芯片的面積不會過大，利于小型化和集成度提高。