差动式螺线管磁场检测装置及其制造方法制造方法及图纸

一种差动式螺线管磁场检测装置，是一种以微观尺寸制造的磁场检测器，其构成包括：层叠在半导体基片上的两个软磁性薄膜式磁芯，由按数字“８”的形状卷绕的金属薄膜图形构成的、用于对软磁性薄膜式磁芯交替激磁的激磁线圈，以及由螺旋形卷绕的金属薄膜图形形成的磁通变化检测线圈。由于两个磁通变化检测线圈构成闭合的磁通路，漏磁通可以降到最少。此外，该磁场检测装置是一种差动式磁场检测器，各驱动信号，组合后可以抵减。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，该装置具有集成在半导体基片上的微观的封闭磁通路。更具体地说，涉及一种集成在半导体基片上的差动螺线管磁场检测装置，用于通过利用差动方式驱动两个软磁性磁膜式磁芯，形成封闭磁通路检测比地磁场要弱的磁场，以及制造该装置的方法。利用软磁性材料和线圈的磁检测器已被长期用作高灵敏度的磁检测器。这样一种磁检测器是通过将一个线圈围绕较大的杆状磁芯或者一个由软磁性带构成的环形磁芯来制造的。为了精确地检测磁场，需要一个电磁回路。已经提出一种方法，其中利用软磁性薄膜式磁芯和平面薄膜式线圈得到磁检测器的磁场检测元件。一种常规的弱磁场检测器件是利用软磁性薄膜式磁芯1a和1b以及平面薄膜式线圈制造的。这两个磁芯1a和1b沿检测轴线的方向平行配置以便随后按照差动的方式驱动。这是为了当没有施加外部磁场时补偿基于电磁感应的感应电压，从而将激磁线圈2a-2b以及磁通变化检测线圈3a-3b围绕软磁性薄膜式磁芯1a和1b绕制。因此常规弱磁场检测器件需要大的面积。此外由于由激磁线圈2a-2b产生的磁通变化以及由磁通变化检测线圈3a-3b检测的磁场的影响，不可能避免通过软磁性薄膜式磁芯1a和1b的漏磁通，这使得难于高灵敏度地检测磁场。由于常规的弱磁场检测器件是通过将线圈卷绕在较大的杆状磁芯或环形磁芯上，而该环形磁芯是由软磁性带制成，因此它的制造成本高。为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种差动式螺线管磁场检测装置，它具有集成在半导体基片上的微观的磁通路，通过将漏磁通降至最小能够高灵敏度地精确检测磁场，并可以以微观尺寸制造。本专利技术的另一个目的是提供一种用于制造差动式螺线管磁场检测装置的方法，检测装置具有集成在半导体基片上的微观的磁通路，通过将漏磁通降至最小能够高灵敏度地精确检测磁场，并可以以微观尺寸制造。因此为了实现第一个目的，提供一种差动式螺线管磁场检测装置，包括半导体基片、平行地叠装在半导体基片上以便形成闭合的磁通路的软磁性薄膜式磁芯，由金属薄膜构成的、用于实现交替激磁以及软磁性薄膜式磁芯的差动激磁的螺旋形激磁线圈，以及由金属薄膜构成、用于检测软磁性薄膜式磁芯中的磁通变化的螺旋形磁通变化检测线圈。在本专利技术中，最好激磁线圈绕n匝，其中n是正整数，磁通变化检测线圈绕m匝，其中m是正整整数，激磁线圈和磁通变化检测线圈交替地逐匝卷绕。此外，当外部磁场为零时，由激磁线圈引起的感应波形相抵减(offset)。此外，最好激磁线圈按照数字“8”的形状卷绕，且磁通变化检测线圈作为一个螺线管平面形线圈螺旋地围绕软磁性薄膜式磁芯卷绕。为了实现第二个目的，提供一种用于制造差动式螺线管磁场检测装置的方法，该方法包含下列步骤(a)在半导体基片上形成一个绝缘层，(b)在绝缘层上形成线圈的底层线路，(c)在步骤(b)中所述的绝缘层上形成一个绝缘层，以便覆盖该底层线路，(d)在步骤(c)中形成的绝缘层上沉积一种软磁材料用作底磁性薄膜，并对其构图以形成下软磁性薄膜式磁芯，(e)沉积一个绝缘层以覆盖下软磁性薄膜式磁芯，并用光刻法对其进行蚀刻以形成第一通孔，(f)在步骤(e)中的绝缘层上形成一金属层用做中间层线路，并对其构图以形成线圈的中间层线路，(g)在步骤(e)中的绝缘层上沉积一个绝缘层以覆盖该中间层线路，并在其上沉积一软磁性材料用作底磁性薄膜，并对其构图以形成上磁性薄膜式磁芯，(h)沉积一个绝缘层以便覆盖上磁性薄膜式磁芯，并用光刻法对其进行蚀刻以形成第二通孔，以及(i)在步骤(h)中的绝缘层上形成一金属层用做顶层线路，并对其构图以形成线圈顶层线路。在本专利技术中，该半导体基片最好是一个硅基片，底层线路和中间层线路以及顶层线路是由从铝(Al)、金(Au)铜(Cu)的组中选择出来的至少一种金属构成。此外，当底层线路和中间层线路以及顶层线路是由铝(Al)、金(Au)构成时，使用例如为溅射法或者CVD法的沉积方法。否则，当底层线路和中间层线路以及顶层线路由铜(Cu)构成时，采用电镀法或者非电解电镀法。此外，软磁性薄膜式磁芯最好由通过将坡莫合金或非晶磁性合金以及非磁性材料层叠制成的多层软磁性薄膜构成，绝缘层最好由氧化硅、光敏抗蚀剂和聚酰亚胺中的至少一种构成。通过参照附图对本专利技术的优选实施例的详细介绍，将会使本专利技术的上述目的和优点变得更加明显，其中附图说明图1是表示常规的磁场检测装置的示意透视图；图2是表示根据本专利技术的一个实施例的集成在半导体基片上的差动式螺线管磁场检测装置的示意透视图；图3A-3E是表示图2中所示的差动式螺线管磁场检测装置的工作情况的时钟图，其中图3A是第一软磁性薄膜式磁芯的磁场波形示意图，图3B是第二软磁性薄膜式磁芯的磁场波形示意图，图3C是第一软磁性薄膜式磁芯的磁通密度波形示意图，图3D是第二软磁性薄膜式磁芯的磁通密度波形示意图，图3E和图3F是图2中所示的差动式螺线管磁场检测装置的中感应电压Vind1，Vind2，以及Vind1+Vind2和波形示意图；图4是表示图2中所示的差动式螺线管磁场检测装置的平面图；图5是沿图4中的线X-X’的剖面图；以及图6A-6F表示用于制造图2中所示的差动式螺线管磁场检测装置的方法加工步骤。参照图2，图3A-3F，根据本专利技术的差动式螺线管磁场检测装置是这样构成，即，两个激磁线圈14a-14b和磁通变化检测线圈15a-15b围绕两个夹在半导体基片11上软磁性薄膜式磁芯卷绕。这里，由于激磁线圈14a-14b围绕软磁性薄膜式磁芯12和13按数字“8”的形状卷绕，如在图2中所示，上和下软磁性薄膜式磁芯12和13利用交流激磁电流产生磁通，二磁通彼此相反。此外由于磁通变化检测线圈15a-15b这样卷绕，使其可以对由软磁性薄膜式磁芯12和13产生的磁通变化的总和进行检测，由于两个软磁性薄膜式磁芯12和13的磁场方向是彼此相反，磁通变化检测线圈15a-15b由于交变激磁电流通过电磁感应产生的感应电压相抵减。沿与软磁性薄膜式磁芯12和13的轴线平行的方向施加外部磁场Hext。就是说，沿与软磁性薄膜式磁芯12和13相同的方向施加外部磁场Hext。激磁电流相对于软磁性薄膜式磁芯12和13沿彼此相反的方向流动，这是因为激磁线圈14a-14b相对于软磁性薄膜式磁芯12和13按照数字“8”的形状卷绕。因此如在图3A和3B中所表示，激磁电流产生的激磁磁场Hexc和-Hexc极性相反。因此软磁性薄膜式磁芯12和13的内部磁场为Hext+Hexc和Hext-Hexc，如图3A和3B中所示。这里由于软磁性薄膜式磁芯12和13的导磁率被此相等，它们的磁通密度也是相同的，如图3C和3D中所示。图3F中所表示的电压，感应到磁通变化检测线圈15。在这里，图3E中表示软磁性薄膜式磁芯12和13磁通密度分别感应的电压，它们的综合得到一个如在图3F中表示的复合电压。外部磁场Hext幅值可以通过测量该复合电压的幅值来确定。在利用半导体基片11的磁场检测装置中，重要的是，交替地逐匝围绕软磁性薄膜式磁芯12和13、按照数字“8”形状的螺线管形式卷绕激磁线圈14a-14b和磁通变化检测线圈15a-15b，以便得到在软磁性薄膜式磁芯12和13中的产生的磁通变化的总和。如上所述，激磁线圈14a-14b和磁通变化检测线圈15a-15b交替卷绕在半导体基片11上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差动式螺线管磁场检测装置，包含： 半导体基片； 平行地层叠在该半导体基片上以形成闭合磁通路的软磁性薄膜式磁芯； 由金属薄膜形成的螺线管形激磁线圈，用于对该软磁性薄膜式磁芯进行交替地激磁和差动激磁；以及 由金属薄膜形成的螺线管形磁通变化检测线圈，用于检测软磁性薄膜式磁芯中的磁通变化。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔相彦，赵汉基，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]