專(zhuān)利名稱(chēng)：具有場(chǎng)發(fā)生器和傳感元件的磁傳感器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁傳感器設(shè)備，其包括磁傳感元件，特別是磁阻導(dǎo)線(xiàn)， 以及至少一個(gè)用于產(chǎn)生磁激勵(lì)場(chǎng)的導(dǎo)體。此外，本發(fā)明涉及用于制造這 種傳感器設(shè)備的方法以及所述傳感器設(shè)備的用途。
背景技術(shù)：
WO2005/010543Al和WO2005/010542A2記載了一種磁傳感器設(shè)備， 其可以例如在微流體生物傳感器中用于4企測(cè)利用》茲珠(magnetic bead ) 標(biāo)記的(例如生物的)分子。該微傳感器設(shè)備設(shè)有傳感單元陣列，包括 用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的導(dǎo)線(xiàn)以及用于檢測(cè)由磁化小珠產(chǎn)生的雜散場(chǎng)的巨磁阻 器件(GMR)。所述GMR的電阻于是指示了傳感單元附近的小珠的數(shù)量。
在上述文獻(xiàn)中，假設(shè)導(dǎo)線(xiàn)和GMR器件具有相同的厚度并且設(shè)置在公 共的平面上。然而，在實(shí)踐中，導(dǎo)線(xiàn)以及關(guān)聯(lián)的GMR器件的厚度可能相 差很大。而且，GMR器件的敏感平面通常不與該器件的中間平面重合。 因此，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通常將在GMR器件的敏感平面內(nèi)具 有非消失分量，該非消失分量引入相當(dāng)大的磁串?dāng)_并且因而加強(qiáng)了磁化 粒子的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
基于這種情形，本發(fā)明的目的是提供用于更精確地確定磁場(chǎng)，特別 是磁化粒子產(chǎn)生的雜散場(chǎng)的裝置。
這個(gè)目的是通過(guò)依照權(quán)利要求l的磁傳感器設(shè)備、依照權(quán)利要求7的 方法以及依照權(quán)利要求11的用途來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求中公開(kāi)了優(yōu)選 的實(shí)施例。
依照本發(fā)明的f茲傳感器設(shè)備包括以下部件
a)磁傳感元件，其對(duì)于敏感平面內(nèi)的磁場(chǎng)分量敏感并且具有與所 述敏感平面垂直的第一厚度。在此上下文中，"敏感平面，，是一種幾何 對(duì)象并且因而在兩個(gè)維度上無(wú)限延展。由于其設(shè)計(jì)的原因，所述磁傳感 元件包括某個(gè)敏感區(qū)域(例如GMR元件中的自由層)，其對(duì)于在該敏感 區(qū)域內(nèi)占優(yōu)并且與每文感平面平行的^f茲場(chǎng)(矢量)分量每丈感。然而，^l與 敏感平面正交的磁場(chǎng)將不會(huì)在所述磁傳感元件中產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)。b)至少一個(gè)電導(dǎo)體，其用于在電流流經(jīng)它時(shí)產(chǎn)生磁激勵(lì)場(chǎng)，其中
所述導(dǎo)體具有與所述敏感平面垂直的第二厚度，并且其中該第二厚度與 所述磁傳感元件的第一厚度不同。術(shù)語(yǔ)"磁激勵(lì)場(chǎng)"在此上下文中主要
用作對(duì)于所述導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)的唯一引用；而且，它包含了所述場(chǎng)在許 多應(yīng)用中的功能的暗示，即對(duì)樣本中的磁性粒子的激勵(lì)。
盡管下面的討論將包括存在僅僅一個(gè)導(dǎo)體與 一個(gè)磁傳感元件關(guān)聯(lián) 的基本情形，但是所述設(shè)備的許多優(yōu)選實(shí)施例包括兩個(gè)導(dǎo)體和它們之間 的關(guān)聯(lián)的磁傳感元件的布置。而且，所述磁傳感器設(shè)備可以包括多個(gè)傳 感單元，每個(gè)傳感單元包括與一個(gè)或多個(gè)磁傳感元件關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè) 導(dǎo)體。
上述磁傳感元件和導(dǎo)體的相對(duì)布置應(yīng)當(dāng)使得導(dǎo)體產(chǎn)生的磁激勵(lì)場(chǎng) 基本上垂直于磁傳感元件(的敏感區(qū)域)內(nèi)的敏感平面。在這點(diǎn)上，如 果所述傳感元件的壽丈感平面內(nèi)的^f茲場(chǎng)分量小于所述^f茲場(chǎng)的幅度的2。/。，優(yōu) 選地小于0.2%,則認(rèn)為該磁場(chǎng)"基本上垂直于"所述敏感平面。于是， 磁激勵(lì)場(chǎng)與完全正交性的偏差將對(duì)傳感器輸出具有可忽略的影響。
所述磁傳感器設(shè)備具有提供高精度的傳感器信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榇偶?勵(lì)場(chǎng)的平面內(nèi)分量產(chǎn)生的磁串?dāng)_被最小化或者甚至被完全消除了 。同 時(shí)，該磁傳感器設(shè)備允許產(chǎn)生強(qiáng)磁激勵(lì)場(chǎng)(因?yàn)樗鼈兪抢鐦颖局械拇?性粒子的充分激勵(lì)所需的)，這要求以足夠的厚度確定所述導(dǎo)體的尺寸， 而不管所述磁傳感元件的厚度如何。
在所述磁傳感器設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例中，將所述磁傳感元件和導(dǎo)體分 別設(shè)置在第一區(qū)域和第二區(qū)域上，其中所述區(qū)域位于隔離材料上并且在 幾何上位于與所述傳感器設(shè)備的敏感平面具有不同距離的平面內(nèi)。因 此，隔離材料的不同高度可以補(bǔ)償導(dǎo)體和磁傳感元件的不同厚度，使得 通過(guò)導(dǎo)體的有效電流位于所述敏感平面內(nèi)。
在上述實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，第二區(qū)域位于襯底中的溝道的底部， 其中第一區(qū)域典型地為該襯底的剩余表面的一部分。因此，可以將所述 導(dǎo)體嵌入或沉入到襯底的(否則平坦的)表面內(nèi)以便補(bǔ)償相對(duì)于所述磁 傳感元件的較高的厚度。特別可能的是，將導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)的若干部分嵌入到 襯底中(例如在CMOS技術(shù)中)，從而存在其上可以構(gòu)造所述磁傳感器設(shè) 備的剩余部件的基本上平坦的表面。
在可替換的設(shè)計(jì)中，所述第 一 或第二區(qū)域可以是襯底表面上的邊緣的頂部(其中所述表面包括另一區(qū)域)。于是，該邊緣將會(huì)把較薄的部 件(通常為所述磁傳感元件)提升到其中所述磁激勵(lì)場(chǎng)變得與所述敏感 平面垂直的高度。
通常，所述導(dǎo)體和磁傳感元件可以具有任意的三維形狀。然而，在 優(yōu)選的實(shí)施例中，磁傳感元件和/或?qū)w的形狀關(guān)于敏感平面對(duì)稱(chēng)。于是， 這些部件的物理效應(yīng)也關(guān)于敏感平面對(duì)稱(chēng)。由于對(duì)稱(chēng)性的要求(在磁場(chǎng) 不能具有劇烈的彎曲的假設(shè)下)，導(dǎo)體產(chǎn)生的磁激勵(lì)場(chǎng)必須例如正交地 穿越所述敏感平面。
所述磁傳感元件和/或?qū)w的三維形狀通常與具有垂直于其軸向方 向的均勻截面的伸長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，其中所述截面例如為矩形或圓。
在許多應(yīng)用中，所述磁傳感元件的(第 一 )厚度小于所述導(dǎo)體的(第 二)厚度，因?yàn)樵搶?dǎo)體必須被制成足夠大以便允許足夠高的電流。在本 發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一厚度小于第二厚度的70%,優(yōu)選地小于
第二厚度的50%,最優(yōu)選地小于第二厚度的10%。
所述磁傳感元件特別地可以包括線(xiàn)圈、霍爾(Hall)傳感器、平面 霍爾傳感器、磁通門(mén)傳感器、SQUID (超導(dǎo)量子干涉器件)、磁共振傳 感器、磁致伸縮(magneto-restrictive)傳感器或者WO200S/010S43Al或 WO2005/010542A2中所述類(lèi)型的磁阻元件，尤其是GMR(巨磁阻)、TMR (隧道f茲阻)或者AMR (各向異性/磁阻)元件。
本發(fā)明還涉及用于制造上述類(lèi)型的微電子磁傳感器設(shè)備的方法，其 中所述方法包括以下能夠以任意順序執(zhí)行的步驟，所述以任意順序執(zhí)行 包括這些步驟中的兩個(gè)或更多個(gè)步驟的同時(shí)執(zhí)行
a) 在襯底表面處的隔離材料上產(chǎn)生第一區(qū)域和第二區(qū)域，其中所 述第一和第二區(qū)域相對(duì)于所述表面具有不同的高度。
b) 將用于所述磁傳感元件的第一材料沉積到第一區(qū)域上。該第一 材料可選地可以具有如例如GMR元件所需的分層結(jié)構(gòu)。
c) 將用于所述導(dǎo)體的第二材料沉積到第二區(qū)域上。 所述方法可選地可以包括集成微電子器件制造領(lǐng)域的技術(shù)人員熟
悉的另外的步驟。因此，將特定材料沉積到襯底的有限區(qū)域上通常將包 括將該材料沉積到襯底的整個(gè)表面上，將掩模局部地沉積到得到的材料 層上，通過(guò)在該材料未被掩蓋的地方蝕刻掉該材料來(lái)去除掩模之外的所 述材料，以及最后去除掩模，從而留下限制到襯底上的感興趣區(qū)域的材料。
通過(guò)調(diào)節(jié)第 一 和第二區(qū)域的不同高度，可以將最終駐留在這些區(qū)域 上的所述磁傳感元件和導(dǎo)體放置在任何希望的相對(duì)高度上。因此，特別 可能的是，設(shè)置它們，使得導(dǎo)體產(chǎn)生的磁激勵(lì)場(chǎng)將垂直于所述磁傳感元 件中的敏感平面。
不同高度的第一和第二區(qū)域的產(chǎn)生可以以各種不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。 依照一種可替換方案，通過(guò)蝕刻襯底的初始平坦的表面，從而在襯底中 產(chǎn)生具有相對(duì)于剩余表面的"負(fù)高度，，的凹槽來(lái)產(chǎn)生第一和第二區(qū)域。
這種方法可以進(jìn)一步區(qū)分蝕刻的襯底表面部分；因此，有可能蝕刻僅僅 一小部分，從而在襯底中形成溝道，或者蝕刻較大的部分，從而留下升 高的襯底的隔離的邊緣或孤島。
在另 一個(gè)可替換方案中，通過(guò)將隔離材料沉積到襯底的平坦表面上 來(lái)產(chǎn)生第一和第二區(qū)域。因此，可以形成相對(duì)于襯底的原始平坦表面的 水平而升高的區(qū)域。如已經(jīng)提到的，隔離材料的沉積可以包括其沉積到 襯底的整個(gè)表面上以及隨后在不需要該材料的地方去除該材料?？商鎿Q 地，在沉積隔離層之前，可選地可以將應(yīng)當(dāng)直接設(shè)置在襯底表面上的部 件沉積在所述表面上。隔離材料特別地可以是與襯底相同的材料。
在所述方法的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，也將(所述磁傳感元件的) 第一材料沉積到第二區(qū)域(其中構(gòu)造所述導(dǎo)體)上，使得所述導(dǎo)體最終 將包括磁傳感元件的材料。這通常不成問(wèn)題，因?yàn)殡妼?dǎo)率是適用于所述 導(dǎo)體的材料的唯一要求。通過(guò)類(lèi)似的方式，也可以將導(dǎo)體的第二材料沉 積到其中構(gòu)造所述磁傳感元件的第 一 區(qū)域上。
本發(fā)明還涉及以上所描述的磁傳感器設(shè)備的用途，其用于分子診 斷、生物樣本分析和/或化學(xué)樣本分析，特別是小分子的檢測(cè)。分子診斷 可以例如借助于直接或間接附著到目標(biāo)分子的磁珠來(lái)實(shí)現(xiàn)。


本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)以下描述的實(shí)施例將是顯而易見(jiàn)的， 并且將參照這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。這些實(shí)施例將借助于附圖通過(guò)實(shí)例加 以描述，在附圖中
圖1為依照本發(fā)明的磁傳感器設(shè)備的示意性表示；
圖2和圖3示出了磁傳感器設(shè)備的兩個(gè)可替換的制造過(guò)程，其包括將GMR元件放置在襯底的升高的區(qū)域上；
圖4、圖5和圖6示出了磁傳感器設(shè)備的三個(gè)可替換的制造過(guò)程，其 中導(dǎo)體的一部分嵌入到襯底中；
圖7示出了具有中間隔離層的磁傳感器設(shè)備的制造過(guò)程；
圖8示出了 GMR元件中的磁串?dāng)_信號(hào)與其上分別放置了導(dǎo)體和 GMR元件的區(qū)域的高度差的依賴(lài)關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
相同的附圖標(biāo)記或者相差100的整數(shù)倍的附圖標(biāo)記在附圖中表示相 同或相似的部件。
圖1示出了在作為生物傳感器的特定應(yīng)用中的依照本發(fā)明的微電子 磁傳感器設(shè)備100，所述生物傳感器用于檢測(cè)研究區(qū)域(樣本室)中的 磁交互粒子，例如超順磁性小珠1。磁阻生物芯片或生物傳感器在靈敏 度、特異性、集成、易于使用和成本方面具有用于生物分子診斷的有前 景的特性。WO2003/054566、 WO2003/054523 、 WO2005/010542A2 、 WO2005/010543A1以及WO2005/038911A1中描述了這樣的生物芯片的 實(shí)例，這些文獻(xiàn)通過(guò)引用合并到本申請(qǐng)中。
生物傳感器典型地包括圖l所示類(lèi)型的(例如IOO個(gè))磁傳感器設(shè) 備100的陣列，并且因而可以同時(shí)測(cè)量溶液(例如血液或唾液)中的大 量不同目標(biāo)分子(例如蛋白質(zhì)、DNA、氨基酸、濫用藥物)的濃度。在 結(jié)合(bind)方案的一個(gè)可能的實(shí)例(所謂的"夾心式測(cè)定(assay)") 中，這是通過(guò)向結(jié)合表面提供目標(biāo)分子可以與其結(jié)合的第一抗體來(lái)實(shí)現(xiàn) 的。攜帶第二抗體的超順磁性小珠1于是可以附著到結(jié)合的目標(biāo)分子上。 為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖中僅僅示出了小珠l。 —
在激勵(lì)導(dǎo)線(xiàn)lll、 113形式的導(dǎo)體中流動(dòng)的電流I產(chǎn)生磁場(chǎng)H，該磁 場(chǎng)然后磁化超順磁性小珠1。來(lái)自超順磁性小珠1的雜散場(chǎng)H'在傳感器 設(shè)備100的巨磁阻(GMR) 112中引入磁化分量，其在GMR 112的敏 感平面E內(nèi)具有矢量分量并且因而產(chǎn)生可測(cè)量的電阻變化。這種方法也 可以應(yīng)用到其他的結(jié)合方案(例如抑制性或竟?fàn)幮詼y(cè)定)以檢測(cè)小的分 子，比如藥物。此外，這種方法也可以用來(lái)檢測(cè)與傳感表面相距一定距 離的(固定)磁珠(體測(cè)量)。
上述類(lèi)型的生物傳感器中使用的磁阻傳感器通常非常薄。因此，圖 1中所示的GMR元件12的典型厚度d例如大約為數(shù)十納米，其中所述厚度根據(jù)定義是在垂直于所述設(shè)備的表面的方向Z上測(cè)量的。由于激勵(lì) 導(dǎo)線(xiàn)必須產(chǎn)生相當(dāng)大的磁激勵(lì)場(chǎng)H并且因而必須傳導(dǎo)相當(dāng)大的電流I，
因此導(dǎo)線(xiàn)111、 113的厚度h必須被選擇成大得多，典型地大約為數(shù)百
納米，以便防止過(guò)熱和/或電遷移效應(yīng)。
在典型的平版印刷工藝中，將磁阻傳感元件和激勵(lì)導(dǎo)線(xiàn)沉積在襯底 的公共平坦表面上(圖中未示出)。由于前述的它們的厚度差異，激勵(lì) 導(dǎo)線(xiàn)中電流的中心因而與所述磁傳感器的敏感層不完全在同 一平面內(nèi)。 這種配置使得導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)不是完全垂直地進(jìn)入傳感元件的敏感區(qū) 域，并且因而大激勵(lì)場(chǎng)的小的平面內(nèi)分量被所述傳感器檢測(cè)到。由于激 勵(lì)場(chǎng)比小珠的雜散場(chǎng)大得多，因而甚至該場(chǎng)的平面內(nèi)分量也比來(lái)自磁珠
的典型信號(hào)大得多。這種假的(spurious)平面內(nèi)分量稱(chēng)為磁串?dāng)_，其 干擾了待測(cè)量的信號(hào)。因此，需要一種配置和方法，其降低或完全消除 這種磁串?dāng)_信號(hào)，從而可以更可靠地測(cè)量來(lái)自小珠的雜散場(chǎng)。
本文提出通過(guò)相對(duì)于薄磁阻傳感器112降低厚的激勵(lì)導(dǎo)線(xiàn)111、 113，使得導(dǎo)線(xiàn)中電流I的中心位于與傳感器112的敏感層相同的敏感平 面E內(nèi)來(lái)解決上述磁串?dāng)_問(wèn)題。這樣，可以顯著地降低或者甚至完全消 除串?dāng)_。
圖1中所示的特定磁傳感器設(shè)計(jì)包括襯底114(例如Si),襯底114 在其頂側(cè)分別具有不同高度z!和Z2的區(qū)域Rl和R2，其中GMR元件112 放置在第一較高的區(qū)域R1上并且導(dǎo)體111和113放置在兩個(gè)第二較低 的區(qū)域R2上。因此，導(dǎo)體lll、 113的厚度h (在z方向上測(cè)量)可以 比GMR元件112的厚度d更大，因?yàn)樗蓛蓚€(gè)區(qū)域Rl、R2的高度差lz廣Z21 補(bǔ)償，使得導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)111、 113的中間平面位于與GMR元件112的敏感 平面E相同的高度。在該圖中，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)假設(shè)所述敏感平面E與 GMR元件112的中間平面重合，得到對(duì)于理想放置的關(guān)系式
<formula>formula see original document page 9</formula>
具有導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)和磁傳感元件的所描述的"平衡放置"的微電子傳感 器設(shè)備可以通過(guò)各種不同的平版印刷工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如
1) 將傳感材料沉積在襯底上并且同時(shí)圖案化所述傳感器和將襯底 蝕刻到需要的深度。隨后，沉積和圖案化導(dǎo)線(xiàn)材料。
2) 制造具有所需厚度的一半的埋藏導(dǎo)線(xiàn)。這可以為例如CMOS工 藝的最后階段。在平面化之后，完成磁性材料的沉積和圖案化。隨后，進(jìn)行第二半導(dǎo)線(xiàn)的沉積和圖案化?？梢哉{(diào)整該第二導(dǎo)線(xiàn)層的厚度，以便 消除串?dāng)_信號(hào)。
3) 在沉積導(dǎo)線(xiàn)和傳感器之前圖案化襯底，并且隨后沉積和圖案化 傳感器和導(dǎo)線(xiàn)。
4) 沉積和圖案化導(dǎo)線(xiàn)材料；沉積隔離材料和傳感材料；隨后，圖 案化傳感材料。為了在導(dǎo)線(xiàn)和傳感器之間形成接觸，還必須形成通路孔。
圖2示出了磁傳感器設(shè)備200的第一示例性制造工藝的連續(xù)步驟。 該工藝的特征在于，只留下襯底表面在區(qū)域Rl之下的(小的)區(qū)域部 分，該部分最終承載GMR傳感器212,而將襯底S的表面的其余部分 蝕刻掉深度lz,-Z21。這個(gè)工藝的第一階段a)包括將傳感材料G(例如材 泮+Ta、 NiFe、 IrMn、 CoFe、 Ru、 CoFe、 Cu、 CoFe、 NiFe和Ta的分層 序列)沉積到襯底S上并且將掩模M1沉積到第一區(qū)域R1上。接下來(lái)， 在掩模M1周?chē)膮^(qū)域中蝕刻掉襯底S的一部分以及傳感材料G (階段 b)。然后，去除蝕刻掩模M1并且將導(dǎo)線(xiàn)材料W (例如Au)沉積到整 個(gè)表面上(階段c)。在階段d),在導(dǎo)線(xiàn)材料上將掩模M2沉積到第二 區(qū)域R2上。然后，在導(dǎo)線(xiàn)材料W未被掩蓋的地方，蝕刻掉導(dǎo)線(xiàn)材料W， 在階段e)得到最終的傳感器設(shè)備200,其在襯底214上的第一區(qū)域R1 和兩個(gè)第二區(qū)域R2上分別包括GMR傳感器212和兩個(gè)導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)211、 213。
圖3示出了上述工藝的變型，其在階段a)開(kāi)始于在襯底S上將掩 模M1沉積到第一區(qū)域R1上。然后，在掩模M1之外蝕刻襯底S (階段 b),從而剩下高度為lz廣Z2l的直立邊緣。在去除掩模M1之后，將傳感 材料G沉積到整個(gè)表面上并且再次將掩模M2放置到第一區(qū)域R1上(階 段c)。在階段d),在傳感材料G未被掩蓋的地方，蝕刻掉傳感材料 G。在去除掩模M2之后，將厚層導(dǎo)線(xiàn)材料W沉積到整個(gè)表面上并且在 兩個(gè)第二區(qū)域R2上用掩模M3覆蓋(階段e)。然后，在步驟f)蝕刻 掉掩模M3之外的導(dǎo)線(xiàn)材料W,得到最終的傳感器設(shè)備300,其在襯底 314上的第一區(qū)域Rl和兩個(gè)第二區(qū)域R2上分別包括GMR傳感器312 和兩個(gè)導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)311、 313。
圖4示出了另一種制造工藝，其中將導(dǎo)線(xiàn)材料的一部分Wl沉積或 埋藏到襯底S中的預(yù)制溝道中(階l殳a)。這可以例如在CMOS工藝的 最后階段中完成。在平面化之后，在階段b)順序地用傳感材料G和導(dǎo)線(xiàn)材料的第二部分W2覆蓋整個(gè)表面，并且將掩模M1沉積到第二區(qū)域
R2上。在階段c),在導(dǎo)線(xiàn)材料W2未被掩蓋的地方，蝕刻掉導(dǎo)線(xiàn)材料 W2,并且之后去除掩模。在階段d),將新的掩模M2和M3分別放置 在第一和第二區(qū)域Rl和R2上，使得現(xiàn)在可以在不需要傳感材料G的 地方蝕刻掉傳感材料G。這在階段e)得到最終的傳感器設(shè)備400,其在 襯底414上的第 一 區(qū)域Rl和兩個(gè)第二區(qū)域R2上分別包括GMR傳感器 412和兩個(gè)導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)411、 413。在這種情況下，兩個(gè)導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)411、 413 具有分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)具有底層和頂層"純"導(dǎo)線(xiàn)材料以及中間層 傳感材料。
圖5示出了上述工藝的變型，其中同樣將導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)的一部分Wl埋 藏到襯底S中(階段a)。在下一階段b),將傳感材料G沉積到整個(gè) 表面上并且將掩沖莫M1和M2分別放置到第一和第二區(qū)域R1和R2上。 在階段c),蝕刻掉多余的傳感材料G并且去除掩模。接下來(lái)，將導(dǎo)線(xiàn) 材料的第二部分W2沉積到整個(gè)表面上，并且再次用掩模M3覆蓋第二 區(qū)域R2(階段d)。然后，在導(dǎo)線(xiàn)材料W2未被掩蓋的地方蝕刻掉導(dǎo)線(xiàn) 材料W2，并且去除掩模。這得到階段e)的最終的傳感器設(shè)備500,其 在襯底514上的第 一 區(qū)域Rl和兩個(gè)第二區(qū)域R2上分別包括GMR傳感 器512和兩個(gè)導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)5U、 513。像在前面的附圖中一樣，導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn) 511、 513包括三個(gè)不同的層。
圖6示出了制造工藝的另一種變型，其開(kāi)始于將導(dǎo)線(xiàn)材料W的一 部分W1埋藏到村底S中。在階段a)，這些埋藏的部分Wl ^皮導(dǎo)線(xiàn)材 料的第二部分W2覆蓋，導(dǎo)線(xiàn)材料的該第二部分W2在整個(gè)表面上延伸 并且在該導(dǎo)線(xiàn)材料上已經(jīng)將掩模Ml放置到第二區(qū)域R2上。在階段b ), 在第二導(dǎo)線(xiàn)材料W2未被掩蓋的地方蝕刻掉第二導(dǎo)線(xiàn)材料W2，并且去 除掩模。接下來(lái)，將傳感材料G沉積到整個(gè)表面上并且將掩模M2放置 到第一區(qū)域R1上(階段c)。然后，在傳感材料G未被掩蓋的地方蝕 刻掉多余的傳感材料G,并且去除所述掩模。這在階段d)中得到最終 的傳感器設(shè)備600，其在襯底614上的第一區(qū)域R1和兩個(gè)第二區(qū)域R2 上分別包括GMR傳感器612和兩個(gè)導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)611、 613。在這種情況下， 每個(gè)導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)611、 613包括(典型地相同材料，例如Au的)兩個(gè)塊， 其中之一埋藏到襯底614中。
圖7示出了可替換的制造工藝，其在階段a)開(kāi)始于將導(dǎo)線(xiàn)材料W沉積到襯底S上并且隨后將掩模M1放置到第二區(qū)域R2上。在階段b)， 蝕刻掉未被掩蓋的導(dǎo)線(xiàn)材料并且去除掩模。在階段c)，將隔離材料J
(例如與村底S相同的材料)沉積到整個(gè)表面上并且然后用傳感材料G 完全覆蓋。在階段d)，將掩模M2沉積到第一區(qū)域R1上，并且在階段 e)在傳感材料G未被掩蓋的地方蝕刻掉傳感材料G并去除掩模。這得 到最終的傳感器設(shè)備700，其在襯底714上的第一區(qū)域R1和兩個(gè)第二區(qū) 域R2上分別包括GMR傳感器712和兩個(gè)導(dǎo)體導(dǎo)線(xiàn)711、 713。與前面 的實(shí)施例形成對(duì)照的是，在該方法中襯底S的表面保持為平面狀，并且 通過(guò)將GMR傳感器712放置到附加地沉積的(隔離)層715上而升高 該GMR傳感器712。為了接觸導(dǎo)線(xiàn)711、 713,通常必須在隔離層715 中蝕刻出通孔(未示出)。
圖8示出了磁傳感器設(shè)備200中的GMR傳感器212的輸出信號(hào)s
(例如電壓降)，所述磁傳感器設(shè)備如圖2所示地制造，在襯底S中具 有不同的蝕刻深度lz^Z21。由于測(cè)量期間不存在磁珠，該示圖示出了磁串 擾與區(qū)域Rl和R2之間的高度差iz廣Z2l的依賴(lài)關(guān)系，在所述區(qū)域上分別 放置了 GMR傳感器212和激勵(lì)導(dǎo)線(xiàn)611、 613?？梢钥闯觯ㄟ^(guò)更深地 蝕刻襯底，串?dāng)_信號(hào)s由正變?yōu)樨?fù)。通過(guò)仔細(xì)地調(diào)整蝕刻深度，可以完 全消除》茲串?dāng)_。
盡管上面參照特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是各種不同的修改和擴(kuò)
展是可能的，例如
-除了分子測(cè)定之外，也可以利用依照本發(fā)明的磁傳感器設(shè)備檢測(cè) 更大的部分，例如細(xì)胞、病毒，或者細(xì)胞或病毒的小部分、組織提取物 等等。
-檢測(cè)可以在傳感元件相對(duì)于生物傳感器表面進(jìn)行掃描或不掃描的 情況下發(fā)生。
-測(cè)量數(shù)據(jù)可以作為端點(diǎn)測(cè)量以及通過(guò)動(dòng)態(tài)地或間歇地記錄信號(hào)而 導(dǎo)出。
-可以通過(guò)感測(cè)方法直接4企測(cè)用作標(biāo)記的》茲性粒子。同樣，可以在 檢測(cè)之前進(jìn)一步處理這些粒子。進(jìn)一步處理的實(shí)例是添加材料或者修改 標(biāo)記的(生物)化學(xué)特性或物理特性以方便測(cè)量。
-所述設(shè)備和方法可以與若干生化測(cè)定類(lèi)型一起使用，所述測(cè)定類(lèi) 型例如結(jié)合/去結(jié)合測(cè)定、夾心式測(cè)定、竟?fàn)幮詼y(cè)定、置換測(cè)定、酶測(cè)定等等。
-所述設(shè)備和方法適合用于傳感器復(fù)用(即不同傳感器和傳感器表 面的并行使用)、標(biāo)記復(fù)用(即不同類(lèi)型的標(biāo)記的并行使用)以及室復(fù) 用(即不同反應(yīng)室的并行使用)。
-所述設(shè)備和方法可以用作快速、魯棒和易于使用的小樣本體積救
治現(xiàn)場(chǎng)(point-of-care)生物傳感器。所述反應(yīng)室可以是要與緊湊讀取器 一起使用的一次性物品，其包含所述一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)發(fā)生裝置和一個(gè)或 多個(gè)檢測(cè)裝置。此外，本發(fā)明的設(shè)備、方法和系統(tǒng)可以用于自動(dòng)化高通 量測(cè)試。在這種情況下，所述反應(yīng)室是例如安裝到自動(dòng)化儀器中的孔板 (well plate )或小容器(cuvette)。
最后，應(yīng)當(dāng)指出的是，在本申請(qǐng)中措詞"包括/包含"并沒(méi)有排除其 他的元件或步驟， "一"并沒(méi)有排除復(fù)數(shù)，并且單個(gè)處理器或其他單 元可以實(shí)現(xiàn)若干裝置的功能。本發(fā)明存在于每一個(gè)新穎的特有特征以及 特有特征的每一種組合之中。此外，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被視 為限制了它們的范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁傳感器設(shè)備(100-700)，包括a)磁傳感元件(112-712)，其對(duì)于敏感平面(E)內(nèi)的磁場(chǎng)分量敏感并且具有與所述敏感平面垂直的第一厚度(d)；b)至少一個(gè)導(dǎo)體(111-711，113-713)，其用于在電流(I)流經(jīng)它時(shí)產(chǎn)生磁激勵(lì)場(chǎng)(H)，所述導(dǎo)體具有與所述敏感平面(E)垂直的第二厚度(h)，該第二厚度與所述第一厚度(d)不同，其中所述導(dǎo)體相對(duì)于所述磁傳感元件設(shè)置，使得所述磁激勵(lì)場(chǎng)(H)基本上垂直于所述磁傳感元件內(nèi)的敏感平面(E)。
2. 依照權(quán)利要求l的磁傳感器設(shè)備(100-700),其特征在于，所述磁傳感元件(112-712 )和導(dǎo)體(111-711, 113-713) 分別設(shè)置在隔離材料(S, J)的第一和第二區(qū)域(R1, R2)上，其中所 述區(qū)域(Rl, R2)屬于與所述敏感平面(E)具有不同距離的平面。
3. 依照權(quán)利要求2的磁傳感器設(shè)備(400-600), 其特征在于，第二區(qū)域(R2)位于襯底(S)中的溝道的底部。
4. 依照權(quán)利要求l的磁傳感器設(shè)備(100-700)，其特征在于，磁傳感元件(112-712)和/或?qū)w(111-711, 113-713) 的形狀關(guān)于所述敏感平面(E)對(duì)稱(chēng)。
5. 依照權(quán)利要求l的磁傳感器設(shè)備(100-700),其特征在于，所述第一厚度(d)小于第二厚度(h)的70%,優(yōu)選 地小于第二厚度(h)的50%,最優(yōu)選地小于第二厚度(h)的10%。
6. 依照權(quán)利要求l的磁傳感器設(shè)備(100-700),其特征在于，所述磁傳感元件包括線(xiàn)圏、霍爾傳感器、平面霍爾傳 感器、磁通門(mén)傳感器、SQUID、磁共振傳感器、磁致伸縮傳感器或者磁 阻元件，比如GMR ( 112-712)、 AMR或者TMR元件。
7. —種用于制造依照權(quán)利要求l的微電子磁傳感器設(shè)備(100-700) 的方法，包括任意順序的以下步驟a) 在襯底(S)表面處的隔離材料(S, J)上產(chǎn)生第一和第二區(qū)域 (Rl, R2),所述第一和第二區(qū)域相對(duì)于所述表面具有不同的高度；b) 將用于所述磁傳感元件(112-712)的第一材料(G)沉積到第 一區(qū)域(Rl )上；c) 將用于所述導(dǎo)體(111-711, 113-713)的第二材料(W, Wl,W2)沉積到第二區(qū)域(R2)上。
8. 依照權(quán)利要求7的方法，其特征在于，通過(guò)蝕刻襯底(S)的初始平坦的表面來(lái)產(chǎn)生第一和 第二區(qū)域(R1, R2)。
9. 依照權(quán)利要求7的方法，其特征在于，通過(guò)將絕緣材料(J)沉積到襯底(S)的平坦表面上 來(lái)產(chǎn)生第一和第二區(qū)域(R1, R2)。
10. 依照權(quán)利要求7的方法，其特征在于，同樣也將所述第一材料(G)沉積到第二區(qū)域(R2) 上，和/或也將所述第二材料沉積到第一區(qū)域(Rl)上。
11.依照權(quán)利要求1的磁傳感器設(shè)備(100-700)的用途，其用于分 子診斷、生物樣本分析和/或化學(xué)樣本分析，特別是小分子的檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁傳感器設(shè)備(100)，其可以例如用于檢測(cè)磁化粒子(1)并且包括至少一個(gè)導(dǎo)體(111，113)和至少一個(gè)磁傳感元件，例如GMR元件(112)。為了補(bǔ)償它們的不同厚度(d，h)，將這些部件分別放置到與磁傳感元件(112)的敏感平面(E)具有不同距離的第一和第二區(qū)域(R1，R2)上。因此，可以使得導(dǎo)體(111，113)產(chǎn)生的磁激勵(lì)場(chǎng)(H)垂直于磁傳感元件(112)內(nèi)的所述敏感平面(E)。在優(yōu)選的制造工藝中，例如部分地將導(dǎo)體(111，113)嵌入到襯底(114)表面中蝕刻的溝道中。
文檔編號(hào)G01N33/543GK101622539SQ200880006074
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者H·范佐恩, J·A·H·M·卡爾曼, J·A·J·M·克溫滕 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司