專利名稱：單芯片三軸磁場傳感器的工藝集成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及磁電子器件領(lǐng)域，更特別地，涉及在單個芯片上集成用于感測沿三個正交方向的磁場的CMOS兼容的磁電子磁場傳感器的工藝?！?br> 背景技術(shù)：
傳感器廣泛用于現(xiàn)代系統(tǒng)中以測量或檢測物理參數(shù)，諸如位置、運(yùn)動、力、加速度、溫度、壓強(qiáng)等。雖然存在多種不同的傳感器類型用于測量這些和其他參數(shù)，但是它們都受到各種限制。例如，不昂貴的低磁場傳感器諸如用于電子羅盤和其他類似磁感測應(yīng)用中的那些低磁場傳感器通常包括基于各向異性磁致電阻(AMR)的器件。為了獲得與CMOS良好匹配的所需靈敏度和適當(dāng)電阻，這種傳感器的感測單元的大小一般在平方毫米的級別。對于移動應(yīng)用，這種AMR傳感器配置在成本、電路面積和功耗方面是高代價(jià)的。其他類型的傳感器諸如霍爾效應(yīng)傳感器、巨磁致電阻(GMR)傳感器和磁隧道結(jié)(MTJ)傳感器已經(jīng)用于提供更小外形的傳感器，但是這些傳感器具有它們自己的問題，諸如不合適的靈敏度和受溫度變化所影響。為了解決這些問題，MTJ傳感器和GMR傳感器已用在惠斯通橋結(jié)構(gòu)中以提高靈敏度且消除溫度相關(guān)的電阻變化。許多磁感測技術(shù)本質(zhì)上響應(yīng)一個取向的外加磁場，排斥正交軸。實(shí)際上，已經(jīng)開發(fā)了雙軸磁場傳感器用于電子羅盤應(yīng)用，其通過使用用于每個感測軸的惠斯通橋結(jié)構(gòu)來檢測地磁場方向。例如，霍爾傳感器一般響應(yīng)于與襯底表面垂直的離面磁場分量。而包括大多數(shù)AMR、GMR和MTJ傳感器器件的薄膜磁致電阻傳感器響應(yīng)于面內(nèi)的外加磁場。利用這些響應(yīng)軸，小占用面積的三軸感測方案的開發(fā)一般涉及具有以彼此正交的角度定位的一個或多個芯片的多芯片模塊。對于磁致電阻傳感器，正交的面內(nèi)分量可以用精細(xì)的傳感器設(shè)計(jì)來獲得，但是離面響應(yīng)一般通過垂直焊接或焊料回流以接觸已經(jīng)垂直安裝的第二芯片來取得。由于垂直焊接的芯片的大小一般由根據(jù)操縱限制確定的焊盤節(jié)距支配，所以這種技術(shù)導(dǎo)致最終封裝的大的垂直擴(kuò)展度、高的管芯和組裝成本，并使芯片級封裝困難且成本高，因?yàn)楸仨毎ㄘ灤┬酒耐贰Ｒ虼?，需要不昂貴的用于封裝低成本單芯片磁傳感器的制造工藝，該單芯片磁傳感器具有減小的管芯占用面積且響應(yīng)于沿三個維度施加的磁場。還需要一種三軸傳感器，其能高效且不昂貴地構(gòu)造為用于移動應(yīng)用中的集成電路結(jié)構(gòu)。還需要一種改善的磁場傳感器和制造來克服本領(lǐng)域中的問題，諸如上面概述的那些。此外，結(jié)合附圖和本背景技術(shù)部分，本發(fā)明的其他期望特征和特性將從下面的具體實(shí)施方式
和所附權(quán)利要求變得顯然。


下面將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中相似的附圖標(biāo)記指示相似的元件，且圖I示出可根據(jù)示范性實(shí)施例集成的三軸磁場傳感器結(jié)構(gòu)，其使用MTJ傳感器的三個橋結(jié)構(gòu)形成的差分傳感器；
圖2-9是圖I的Z軸橋結(jié)構(gòu)隨著在根據(jù)第一示范性實(shí)施例的工藝集成中的進(jìn)展的局部剖視圖；圖10是圖2-9的根據(jù)第一示范性實(shí)施例的工藝集成的步驟的流程圖； 圖11是根據(jù)第二示范性實(shí)施例的圖4的變型的局部剖視圖；圖12是根據(jù)第二示范性實(shí)施例的圖8的變型的局部剖視圖；圖13是根據(jù)第三示范性實(shí)施例的圖6的變型的局部剖視圖；圖14是通過圖9的四個Z軸傳感器中的兩個的有限元仿真所計(jì)算的通量線的圖；以及圖15是曲線圖，示出作為傳感器間隔覆層的函數(shù)的、表達(dá)為單個(未差分接線的)MTJ感測元件的X靈敏度的百分?jǐn)?shù)的Z靈敏度。將意識到，為了圖示的簡單和清楚，圖中所示的元件不一定是按比例繪制的。例如，一些元件的尺寸相對于其他元件被夸大以促進(jìn)和改善清楚度和理解。此外，當(dāng)認(rèn)為適當(dāng)時，附圖標(biāo)記在圖之間重復(fù)以表示對應(yīng)或相似的元件。

發(fā)明內(nèi)容
一種集成單芯片三軸磁場元件的方法，該單芯片三軸磁場元件具有帶面內(nèi)磁場靈敏度的膜平面和配置為響應(yīng)于與該膜平面垂直的磁場分量的離面薄膜通量引導(dǎo)件，該方法包括在第一電介質(zhì)層中蝕刻第一和第二多個槽，第一和第二多個槽中的每個槽具有底部和側(cè)面；在至少該第一多個槽中的每個的側(cè)面上沉積第一材料，該第一材料具有高的磁導(dǎo)率；在第一多個槽中沉積第二材料且在第二多個槽中沉積第三材料，該第三材料是導(dǎo)電的；在該第一電介質(zhì)層以及該第一和第二多個槽上沉積第二電介質(zhì)層；在第二槽的第一部分中形成穿過第二電介質(zhì)層到第三材料的第一多個導(dǎo)電通路；在第二電介質(zhì)層上形成鄰近第一多個槽的側(cè)面定位的第一多個薄膜磁致電阻磁場傳感器元件，第一多個薄膜磁致電阻磁場傳感器元件中的每一個電耦接到第一多個通路之一；以及在第二電介質(zhì)層以及第一多個薄膜磁致電阻磁場傳感器元件上沉積第三電介質(zhì)層。
具體實(shí)施例方式下面的詳細(xì)描述本質(zhì)上僅是示范性的，無意限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用和使用。此外，無意被前面的背景技術(shù)和后面的詳細(xì)描述中給出的任何理論所束縛。通過集成導(dǎo)磁材料(一般具有大于100的磁導(dǎo)率，更優(yōu)選地具有大于1000的磁導(dǎo)率，諸如鎳鐵合金(NiFe))的大高寬比(aspect ratio)垂直條(通量引導(dǎo)件)，且垂直條的邊緣終止于緊靠磁感測元件的相對邊緣和相對側(cè)面的附近，可以使部分垂直(Z軸)磁場進(jìn)入感測元件的平面內(nèi)(X-Y平面)。磁導(dǎo)率是材料響應(yīng)于外加磁場獲得的磁化程度。這些通量引導(dǎo)件用于捕獲來自外加磁場的Z分量的磁通，并且在這樣做時，在通量引導(dǎo)件的末端附近以基本水平方式彎曲磁場線。通過通量引導(dǎo)件例如惠斯通橋的橋臂(leg)中的兩個橋臂中的感測元件的左邊緣之上的通量引導(dǎo)件的段(segment)以及另外兩個橋臂中的感測元件的右邊緣之上的通量引導(dǎo)件的不對稱定位，水平分量可以對于兩對橋臂沿相反方向起作用，導(dǎo)致強(qiáng)的差分信號。沿X或Y方向施加的磁場將相等地投射在橋的全部四個橋臂上，并且用適當(dāng)?shù)母袦y元件設(shè)計(jì)，可以從最終傳感器信號扣除并且不貢獻(xiàn)到最終傳感器信號。單獨(dú)的橋被包括在磁傳感器芯片上的另外地方以用于確定磁信號的X和Y分量，以此方式，具有沿所有三個空間取向的分量的磁場可以由例如基于磁隧道結(jié)(MTJ)感測元件的單芯片磁致電阻感測模塊準(zhǔn)確地確定。有限元法(FEM)仿真已表明，一對大高寬比的通量引導(dǎo)件，例如25nm寬乘500nm高且沿第三方向延伸若干微米，在適當(dāng)定位時將提供在單獨(dú)元件上的信號為從相同強(qiáng)度的面內(nèi)(X軸)磁場測量的信號的約80%。額外信號可通過通量引導(dǎo)件更靠近傳感器、通量引導(dǎo)件的高度增加以及引導(dǎo)件幾何構(gòu)型的額外成形來獲得。一個例子是增加與感測元件平行的水平段，其延伸在感測元件的邊緣之上。另外的例子是形成U形，其安置為具有與感測元件的外邊緣對齊的內(nèi)水平段以及使通量引導(dǎo)件部分地在感測元件的平面內(nèi)延伸的垂直段成角末端，以及形成類似地安置的盒(box)結(jié)構(gòu)。這些幾何構(gòu)型用于進(jìn)一步增強(qiáng)所引導(dǎo)的通量的水平分量并且將其移到傳感器的更中心的區(qū)域。單獨(dú)的25nm寬的垂直條用作通量引導(dǎo)件的結(jié)構(gòu)對交疊誤差具有容忍性，并且對于單個通量引導(dǎo)層與感測層之間的85nm的失準(zhǔn)產(chǎn)生2. 5%比率的表觀x對z磁場轉(zhuǎn)換(對于差分接線的惠斯通橋)。通量引導(dǎo)層可由一般用在磁隨機(jī)存取存儲器(MRAM)工藝流程中的層形成，在該工藝流程期間在三個側(cè)面上包覆有高磁導(dǎo)率材料(諸如NiFe類合金或CoFe類合金)的位線和數(shù)字線(這里稱為通量引導(dǎo)件)用于增大所存在的磁場因子以減小翻轉(zhuǎn)存儲器儲存元件所需的電流。在傳感器應(yīng)用中，可以使用帶有可選的額外步驟的類似工藝，該額外步驟濺射出數(shù)字線的底部以去除存在于槽底部上的任何包覆?？梢詫に嚵鞒踢M(jìn)行修改，使得用于通量引導(dǎo)件的包覆的高度和寬度分別代替上述示范性工藝中使用的500nm和25nm處于最佳值。后面更詳細(xì)地描述在塊晶片上提供多軸釘扎(pinning)的方法和裝置，該塊晶片可用于形成集成電路傳感器，該集成電路傳感器包括具有三個不同釘扎方向的不同參考層，所述三個不同釘扎方向中的兩個方向基本正交，所述不同參考層用單個釘扎材料沉積和塊晶片設(shè)置工序設(shè)置。作為預(yù)備步驟，一個或更多鐵磁和反鐵磁材料層的堆疊被蝕刻成大高寬比的具有二維形狀的成形參考層，該形狀提供每個參考層的期望磁化方向的區(qū)分。根據(jù)所使用的材料和技術(shù)，最終磁化方向可沿成形層的短軸或長軸取向。例如，如果參考層由圖案化成微米級尺寸的稍微不平衡的合成反鐵磁體(SAF)形成，則磁化將沿短軸指向。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到的那樣，SAF實(shí)施例提供與在磁電子器件中使用被釘扎SAF參考層相關(guān)的許多好處。在另一些實(shí)施例中，通過控制被釘扎和固定層的厚度以及圖案化結(jié)構(gòu)的面內(nèi)空間范圍，最終磁化可以沿長軸指向。利用形狀各向異性，通過在存在排列在參考層的期望磁化方向之間的取向磁場時進(jìn)行加熱而在參考層中誘導(dǎo)不同的磁化方向。在一些實(shí)施例中，參考層被充分加熱以減少各向異性材料成分并允許形狀和外加磁場來主導(dǎo)磁化方向。以此方式，一旦取向磁場被去除，形狀各向異性就沿期望方向引導(dǎo)磁化。在去除取向磁場時，參考層的磁化弛豫以遵循參考層的形狀，從而誘導(dǎo)沿成形的參考層的期望軸排列的磁化?？蛇x的補(bǔ)償磁場可被施加以幫助誘導(dǎo)正交性，參考層然后被加熱到反鐵磁釘扎層的相變溫度之上。例如，如果兩個參考層被成形為具有彼此垂直的較長維度，那么所誘導(dǎo)的兩個參考層的磁化將大致彼此垂直?？梢砸胄⊙a(bǔ)償角，使得雖然兩個參考層的長軸不垂直，但是所得的誘導(dǎo)磁化基本彼此垂直。圖I是磁場傳感器100，形成有第一、第二和第三差分傳感器101、111、121，分別用于檢測外加磁場的沿第一軸120 (例如y軸方向)、第二軸110 (例如X軸方向)和第三軸130 (例如z軸方向)的分量方向。z軸方向表示為進(jìn)出圖I所位于的頁面的點(diǎn)和十字的對。第一和第二傳感器101、111的示范性實(shí)施例詳細(xì)描述于美國專利申請12/433,679中。如 這里繪示的那樣，每個傳感器101、111、121形成有連接成橋結(jié)構(gòu)的未屏蔽感測元件。因此，第一傳感器101從在多個參考層106-109之上以橋結(jié)構(gòu)連接對應(yīng)多個感測元件102-105形成，其中參考層106-109中的每個沿X軸方向磁化。以類似方式，第二傳感器從在多個參考層116-119之上以橋結(jié)構(gòu)連接對應(yīng)多個感測元件112-115形成，每個參考層116-119沿與參考層106-109的磁化方向垂直的γ軸方向磁化。此外，與第一和第二傳感器101、111在相同平面中的第三傳感器121從在多個參考層126-129上以橋結(jié)構(gòu)連接的對應(yīng)多個感測元件122-125形成，每個參考層126-129沿與參考層106-109和116-119的磁化方向成大約45度的xy軸方向磁化。在某些實(shí)施例中，第三傳感器121的參考方向可位于沿另一軸。在所示橋結(jié)構(gòu)101中，感測元件102、104形成為具有第一易軸磁化方向，感測元件103、105形成為具有第二易軸磁化方向，其中第一和第二易軸磁化方向彼此正交且取向?yàn)橄嗟鹊夭煌趨⒖紝?06-109的磁化方向。對于第二橋結(jié)構(gòu)111，感測元件112、114具有與感測元件113、115的第二易軸磁化方向正交的第一易軸磁化方向，從而第一和第二易軸磁化方向取向?yàn)橄嗟鹊夭煌趨⒖紝?16-119的磁化方向。在第三橋結(jié)構(gòu)121中，感測元件122、123、124和125都具有與參考層126、127、128和129的參考磁化方向正交的易軸磁化方向。第三橋結(jié)構(gòu)121還包括分別與感測元件122-125的右邊緣相鄰地定位的通量引導(dǎo)件132-135和分別與感測元件122-125的左邊緣相鄰地定位的通量引導(dǎo)件136-139。通量引導(dǎo)件132、137、134和139位于感測元件122-125之上，通量引導(dǎo)件136、133、138和135位于感測元件122-125之下。這些通量引導(dǎo)件132-139的定位隨后更詳細(xì)地描述于圖2中。在所示傳感器101、111、121中，不要求對感測元件進(jìn)行屏蔽，也不需要任何特殊參考元件。在一示范性實(shí)施例中，這通過如下來實(shí)現(xiàn)對于X和Y傳感器，使每個活性(active)感測元件(例如102、104)參考另一活性感測元件(例如103、105)，利用形狀各向異性技術(shù)來確立被參考感測元件的易磁軸彼此偏轉(zhuǎn)約90度；對于Z傳感器，參考對沿Z方向施加的磁場以相反方式響應(yīng)的感測元件。Z傳感器參考將在下面更詳細(xì)地描述。圖I所示的結(jié)構(gòu)無需具有在圖2-9中更詳細(xì)地描述的第三傳感器121結(jié)構(gòu)的好處，僅作為例子給出。通過將第一和第二傳感器101、111定位為正交排列，每個具有從傳感器的釘扎方向相等地偏轉(zhuǎn)且在每個傳感器內(nèi)彼此正交的感測元件取向，所述傳感器可以檢測沿第一和第二軸的外加磁場的分量方向。通量引導(dǎo)件132-139在傳感器121中在橋臂141、143和橋臂142、144之間以不對稱方式位于元件122-125的相反邊緣之上和之下。由于通量引導(dǎo)件132、134被置于感測元件122、124之上，所以來自外加磁場的Z分量的磁通可被通量引導(dǎo)件132和134沿右側(cè)引導(dǎo)到xy平面中并且使感測元件122和124的磁化沿第一方向朝向更高電阻態(tài)旋轉(zhuǎn)。類似地，來自Z磁場的磁通量可以被通量引導(dǎo)件133和135沿感測元件右側(cè)引導(dǎo)到xy平面中并且使感測元件123和125的磁化沿與第一方向相反的第二方向朝向低電阻態(tài)旋轉(zhuǎn)，因?yàn)檫@些通量引導(dǎo)件位于感測元件123、125之下。于是，傳感器121可以檢測沿正交(Z)軸的外加磁場分量方向。盡管在一優(yōu)選實(shí)施例中，通量引導(dǎo)件在與磁場傳感器的平面正交的平面中，但是如果通量引導(dǎo)件與傳感器成的角不是嚴(yán)格的90度，那么通量引導(dǎo)件仍將起作用。在另一些實(shí)施例中，通量引導(dǎo)件與磁場傳感器之間的角可以在從45度到135度的范圍，根據(jù)其他因素諸如制造容易度來選擇準(zhǔn)確的角。
從以上描述可以看出，磁場傳感器可以從差分傳感器101、111、121形成，差分傳感器101、111、121使用在被釘扎或參考層106-109、116-119和126-129上以橋結(jié)構(gòu)連接的相應(yīng)的未屏蔽感測元件102-105、112-115以及具有被引導(dǎo)的磁通的感測元件122-125以檢測外加磁場的存在和方向。采用該配置，磁場傳感器提供良好的靈敏度，且還提供橋結(jié)構(gòu)的溫度補(bǔ)償屬性。橋電路101、111、121可以作為已有MRAM或薄膜傳感器制造工藝的一部分制造，僅有小的調(diào)整以控制各種傳感器層的磁取向和通量引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的橫截面。例如參見美國專利No. 6，174，737。參考層106-109、116-119和126-129中的每個可形成有一個或更多下鐵磁層，感測元件102-105、112-115、12-125中的每個可以形成有一個或更多上鐵磁層。絕緣隧穿電介質(zhì)層(未示出)可以設(shè)置在感測元件102-105、 112-115、12-125與參考層106-109、116-119和126-129之間。參考和感測電極期望地是磁材料，其磁化方向可以被配向。合適的電極材料和將材料布置成磁致電阻隨機(jī)存取存儲器(MRAM)器件和其他磁隧道結(jié)(MTJ)傳感器器件的電極一般使用的結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域公知的。例如，參考層106-109、116_119和126-129可以用一個或更多鐵磁和反鐵磁材料的層形成至10至IOOOA范圍內(nèi)的組合厚度，在一些實(shí)施例中在250至350A的范圍。在一示范性實(shí)現(xiàn)中，參考層106-109、116-119和126-129中的每個由單個鐵磁層和下面的反鐵磁釘扎層形成。在另一示范性實(shí)現(xiàn)中，每個參考層106-109、116-119和126-129包括合成反鐵磁堆疊部件(例如，鈷鐵(CoFe)JT(Ru)和鈷鐵硼(CoFeB)的堆疊，其為20至8θΑ厚)和下面的約200人厚的反鐵磁釘扎層。下面的反鐵磁釘扎材料可以是可重置的材料，諸如IrMn和FeMn，但是可以使用在合理溫度下不容易重置的其他材料諸如PtMn。形成后，當(dāng)參考層106-109、116-119和126-129的磁化方向被釘扎在一個方向上，在正常操作條件期間不發(fā)生改變時，參考層106-109、116-119和126-129用作固定或被釘扎磁層。如這里公開的那樣，用于釘扎參考層106-109、116-119和126-129的材料的熱品質(zhì)可改變用于形成這些層的制造順序。感測元件102-105、112-115、122-125 中的每一個和參考層 106-109、116-119 和126-129中的每一個形成磁隧道結(jié)(MTJ)傳感器。例如，對于橋電路121而言，感測元件122和參考層126形成MTJ傳感器141。類似地，感測元件123和參考層127形成MTJ傳感器142，感測元件124和參考層128形成MTJ傳感器143，感測元件125和參考層129形成MTJ傳感器144。參考層106-109、116-119和126-129可以由磁化方向(由箭頭表示)沿圖案化參考層(或多個參考層)的長軸排列的單個圖案化鐵磁層形成。然而，在另一些實(shí)施例中，參考層可以用合成反鐵磁(SAF)層實(shí)現(xiàn)，SAF層用于使參考層的磁化沿圖案化參考層(或多個參考層)的短軸排列。將理解，SAF層可以與下面的反鐵磁釘扎層組合地實(shí)施，但是用具有提供充分強(qiáng)的磁化的合適幾何構(gòu)型和材料的SAF結(jié)構(gòu)，下面的反鐵磁釘扎層可以不需要，由此提供更簡單的制造工藝，節(jié)省了成本。感測元件102-105、112-115、122_125可以用一個或更多鐵磁材料層形成至10-5000是范圍內(nèi)的厚度，在一些實(shí)施例中，在10-1000人的范圍內(nèi)。上鐵磁材料可以是軟磁材料，諸如NiFe、CoFe、Fe、CoFeB等。在每個MTJ傳感器中，感測元件102-105、112-115、122-125用作感測層或自由磁層，因?yàn)樗鼈兊拇呕较蚩梢员煌獯艌鲋T如地磁場的存在所偏轉(zhuǎn)。最終形成時，感測元件102-105、112-115、122-125可以用磁化方向(由箭頭表示)沿圖案化形狀的長軸排列的單個鐵磁層形成。參考層106-109,116-119 和 126-129 和感測元件 102-105、112-115、122-125 可以形成為具有不同的磁屬性。例如，參考層106-109、116-119和126-129可以用耦合到鐵磁膜的反鐵磁膜交換層形成，以形成具有高矯頑力和偏移磁滯曲線的層，從而它們的磁化方向?qū)⒈会斣谝粋€方向上，因此基本不受外加磁場的影響。對照地，感測元件102-105、112-115、122-125可以用具有相當(dāng)?shù)偷母飨虍愋院统C頑力的提供不同磁化方向的軟磁材料形成，從而感測電極的磁化方向可以被外加磁場改變。在一些實(shí)施例中，釘扎場的強(qiáng)度比感測電極的各向異性場大兩個數(shù)量級左右，盡管可以通過使用公知技術(shù)改變電極的成分，調(diào)節(jié)電極的各種磁屬性來使用不同的比率。MTJ傳感器中的參考層106-109、116-119和126-129所形成的形狀將磁化方向確定在參考層106-109、116-119和126-129的平面內(nèi)(圖I中由標(biāo)有“釘扎方向”的用于每個傳感器橋的矢量箭頭所示)。如這里描述的那樣，參考層106-109、116-119和126-129的磁·化方向可以利用被釘扎電極的形狀各向異性獲得，在這種情況下，參考層106-109、116-119和126-129的形狀可以每個都在單個參考層的釘扎方向上更長。替選地，對于包括由耦合間隔層分隔開的兩個或更多鐵磁層的被釘扎SAF結(jié)構(gòu)，鐵磁層可以沿釘扎方向更短。特別地，被釘扎層106-109、116-119和126-129的磁化方向可以通過首先在存在取向磁場時加熱成形的參考層106-109、116-119和126-129而獲得，取向磁場與成形的參考層106-109、116-119和126-129的最長取向軸非正交地取向，使得所施加的取向磁場包括在參考層106-109、116-119和126-129的期望釘扎方向的方向上的磁場分量。參考層的磁化方向至少暫時被排列在預(yù)定方向上。然而，通過在該處理期間適當(dāng)?shù)丶訜釁⒖紝硬⑶胰コ∠虼艌龆粶p少熱，參考層的磁化沿成形的參考層106-109、116-119和126-129的期望取向軸弛豫。一旦磁化弛豫，參考層可以被退火和或冷卻從而參考電極層的磁場方向被設(shè)置在用于成形的參考層106-109、116-119和126-129的期望方向上。第三橋電路121的傳感器器件141-144的結(jié)構(gòu)包括參考層126-129、感測元件122-125以及通量引導(dǎo)件132-139，全部都形成在電介質(zhì)材料140內(nèi)且用這里公開的工藝集成。通量引導(dǎo)件136具有位于傳感器元件122的邊緣之下的端部。通量引導(dǎo)件133和138具有分別位于傳感器元件123和124的邊緣之下的端部。通量引導(dǎo)件135具有位于傳感器元件125的邊緣之下的端部。通量引導(dǎo)件132和137具有分別位于傳感器元件122和123的邊緣之上的端部，通量引導(dǎo)件134和139具有分別位于傳感器元件124和125的邊緣之上的端部。通量引導(dǎo)件的端部可以盡可能靠近傳感器元件，二者之間具有小于或等于250nm的優(yōu)選間隔。為了最緊湊密度陣列，感測元件盡可能靠近，優(yōu)選分開小于2. 5μπι。這里描述的示范性實(shí)施例可以如下利用已知光刻工藝制造。集成電路、微電子器件、微機(jī)電器件、微流器件和光電器件的制造涉及產(chǎn)生以某種方式相互作用的若干材料層。這些層中的一個或更多可以被圖案化從而層的各個區(qū)域具有不同的電特性或其他特性，其可以在層內(nèi)互連或者互連到其他層以產(chǎn)生電部件和電路。這些區(qū)域可以通過選擇性引入或去除各種材料來產(chǎn)生。限定這種區(qū)域的圖案一般通過光刻工藝產(chǎn)生。例如，光致抗蝕劑材料層施加到位于晶片襯底上的層上。光掩模(包含透明和不透明區(qū)域)用于以輻照形式(諸如紫外光、電子或X射線)選擇性曝光該光致抗蝕劑材料。曝露或未曝露到輻照的光致抗蝕劑材料通過應(yīng)用顯影劑而被去除。然后可以將蝕刻應(yīng)用到未被殘留的抗蝕劑保護(hù)的層，當(dāng)抗蝕劑被去除時，襯底上的層被圖案化。替選地，也可以使用額外工藝，例如利用光致抗蝕劑作為模板構(gòu)建一結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示范性實(shí)施例。雖然在下面的描述中闡述了各種細(xì)節(jié)，但是將理解，本發(fā)明可以實(shí)踐為沒有這些特定細(xì)節(jié)，對這里描述的發(fā)明可以作出許多對于實(shí)施而言特定的決定以獲得器件設(shè)計(jì)者的特定目的，諸如順應(yīng)與工藝技術(shù)或者設(shè)計(jì)相關(guān)的約束，其將因?qū)嵤┒兓?。雖然這種開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗時的，但是對于受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言這仍是常規(guī)任務(wù)。此外，參考不包括每個器件特征或幾何構(gòu)型的簡化剖視圖描繪了一些外形，以避免限制或模糊了本發(fā)明。還將注意到，貫穿本詳細(xì)描述，與磁傳感器設(shè)計(jì)和操作、磁致電阻隨機(jī)存取存儲器(MRAM)設(shè)計(jì)、MRAM操作、半導(dǎo)體器件制造以及集成電路器件的其他方面相關(guān)的常規(guī)技術(shù)和特征可能未詳細(xì)描述于此。雖然作為已有MRAM制造工藝的一部分，某些材料將被形成和去除以制造集成電路傳感器，但是用于形成或去除這種材料的具體工序未在下面詳細(xì)描述，因?yàn)檫@種細(xì)節(jié)是公知的并且對于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何制造和使用本發(fā)明而言認(rèn)為不是必需的。此外，這里包含的各個圖中示出的電路/部件布局和配置旨在描繪本發(fā)明的示范性實(shí)施例。應(yīng)注意，許多替代或額外電路/部件布局可以存在于實(shí)用實(shí)施例中。
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參照圖2和10，根據(jù)集成工藝的一示范性實(shí)施例，第一蝕刻停止層204沉積1002在襯底202上。第一電介質(zhì)層206沉積1004在第一蝕刻停止層204上，多個第一槽208被蝕刻1006為穿過第一電介質(zhì)層206到第一蝕刻停止層204。具有大于100且優(yōu)選大于1000的磁導(dǎo)率的導(dǎo)磁材料212諸如NiFe或CoFeB沉積1008在第一多個槽208內(nèi)且在第一電介質(zhì)層206上。導(dǎo)磁材料212被從第一多個槽208的底部和從第一電介質(zhì)層206的頂部回濺射去除1010 (圖3)，產(chǎn)生在第一多個槽208的側(cè)面216上的導(dǎo)磁層214 (也稱為包覆層、或通量引導(dǎo)件、或通量集中器)。此外，在第一多個槽208的側(cè)面216上形成導(dǎo)磁材料的步驟可以在時間上縮短或者被消除以允許一些導(dǎo)磁材料保留在第一和第二多個槽208、222的底部以及第一區(qū)域224上，由此在隨后的步驟中例如通過拋光從第一電介質(zhì)層206的頂表面去除導(dǎo)磁材料之后提供“U”形通量引導(dǎo)件。第二電介質(zhì)層218然后沉積1021在槽208中的蝕刻停止層204上以及在電介質(zhì)層206上。如果沉積工藝是共形工藝，那么第二電介質(zhì)層218還將覆蓋通量引導(dǎo)件216。第二多個槽222 (圖4)和第一區(qū)域224被蝕刻1014為穿過第一電介質(zhì)層206至第一蝕刻停止層204，優(yōu)選地，導(dǎo)電材料226例如銅沉積1016在第一和第二多個槽208、222以及第一區(qū)域224中且被拋光1018以提供平滑表面228。替選地，金屬諸如鋁可以被沉積且然后被減除地圖案化以形成被第一和第二多個槽208、222分隔開的導(dǎo)電線，之后導(dǎo)磁包覆層可以例如通過濺射沉積應(yīng)用到殘留的鋁上的溝槽的側(cè)面。第一區(qū)域224可以是與第二多個槽222正交地形成的槽。在該情況下，被填充的槽208是被減除地圖案化的金屬。替選地，第一多個槽208可以被填充有電介質(zhì)材料。此外，導(dǎo)電材料226可以沉積為兩個單獨(dú)的層，第一層在第一多個槽208內(nèi)，第二層在第一區(qū)域224和第二多個槽222內(nèi)。還可以在形成通量引導(dǎo)件214的同時在第二多個槽222和區(qū)域224中形成導(dǎo)磁材料215 (見圖11)。參照圖5，第二蝕刻停止層232沉積1020在表面228上，第三電介質(zhì)層234沉積在第二蝕刻停止層232上。第一多個通路236被蝕刻1024為穿過第三電介質(zhì)234和第二蝕刻停止層232至第二多個槽222的一部分中的導(dǎo)電材料226，導(dǎo)電材料238置于1026第一多個通路236內(nèi)。第一多個隧道結(jié)傳感器(每個包括感測元件123和參考層127 (圖I))形成1028在第三電介質(zhì)層234上，參考層127中的每個接觸第一多個通路236中的第一多個導(dǎo)電材料238之一。第二多個隧道結(jié)傳感器(每個包括感測元件123和參考層127)形成1028在第三電介質(zhì)層234上且在區(qū)域206上方。電介質(zhì)層242然后沉積1030在第一多個隧道結(jié)傳感器和第三電介質(zhì)層234之上。參照圖6，第三 蝕刻停止層246沉積1032在第四電介質(zhì)層242上，第五電介質(zhì)層248沉積1034在第三蝕刻停止層246上。第三和第四多個槽252、254被蝕刻1036為穿過第五電介質(zhì)層248和第三蝕刻停止層246，第三多個槽252中的每一個形成在感測元件123中的每一個上方，第四多個槽254形成在第一和第二槽208、222上方，其間沒有感測元件123。導(dǎo)磁材料256沉積1038在第三和第四多個槽252、254內(nèi)且在第五電介質(zhì)層248上。參照圖7，導(dǎo)磁材料256被從第三和第四多個槽252、254的底部回濺射去除1040(圖10)，得到在第三和第四多個槽252、254的側(cè)面262上的導(dǎo)磁層258 (也稱為包覆層、通量弓I導(dǎo)件或通量集中器)。第六電介質(zhì)層264沉積1042在槽252、254中的第四電介質(zhì)層242上以及在第五電介質(zhì)層248上。參照圖8，第五多個槽272被蝕刻1044為穿過第六和第五電介質(zhì)層264和248、第三蝕刻停止層246以及一部分第四電介質(zhì)層242到達(dá)感測元件123，而槽274被蝕刻為穿過第六和第五電介質(zhì)層264和248、第三蝕刻停止層246以及一部分第四電介質(zhì)層242，它們?nèi)慷荚诘谝粎^(qū)域224上方。第五多個槽272和槽274還可包含通量集中器259，如圖12所示。這些通量集中器259將優(yōu)選以與通量集中器258相同的方式和相同的工藝形成。在槽274內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步蝕刻1046以形成穿過第四和第三電介質(zhì)層242、234和蝕刻停止層232到導(dǎo)電材料226的第二通路276，并在槽254內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步蝕刻1046以形成第三通路277。通路277也在同時被蝕刻。導(dǎo)電材料282例如銅然后填充1048在第三、第四和第五槽以及獨(dú)特槽274內(nèi)并被拋光1050以形成平滑表面278。該導(dǎo)電材料還填充通路276和277。第四蝕刻停止層283沉積1052在表面278 (圖9)上，第七電介質(zhì)層284沉積1054在第四蝕刻停止層283上。第六和第七多個槽286、288被蝕刻1056在第七電介質(zhì)層284中至第四蝕刻停止層283。在第六多個槽286中和第七多個槽288之一中進(jìn)行1058另一蝕刻以在第六多個槽286和第七多個槽288的所述之一之間形成第三多個通路292分別至第四多個槽254和槽274。導(dǎo)電材料292諸如銅填充1060在第六和第七槽286、288以及第三多個通路292內(nèi)。被填充的第六多個槽是導(dǎo)體以提供穩(wěn)定場。結(jié)構(gòu)200然后以公知方式被鈍化1062。替選地，Al金屬可以在沉積電介質(zhì)284之前被沉積且然后被蝕刻以形成圖案化頂層金屬，然后電介質(zhì)284可以被沉積在頂上。在另一示范性實(shí)施例(圖13)中，槽253 (圖12)與第三和第五槽252、272 (見圖8)同時形成，全部區(qū)域具有沉積和濺射的導(dǎo)磁性通量引導(dǎo)件。這通過去除單獨(dú)的電介質(zhì)沉積和光刻步驟而簡化了工藝。在另一示范性實(shí)施例(圖11)中，槽224、222 (圖12)與槽208 (見圖8)同時形成，全部區(qū)域具有沉積和濺射的導(dǎo)磁性通量引導(dǎo)件。這通過去除單獨(dú)的電介質(zhì)沉積和光刻步驟進(jìn)一步簡化了工藝。在另一示范性實(shí)施例(圖13)中，在第三蝕刻停止層246的沉積之后，通過沉積形成在第三蝕刻停止層246上的薄電介質(zhì)層(未示出)，然后蝕刻停止于感測層123的上電極上的通路，制造至傳感器的接觸。在該通路245被蝕刻的同時，在圖案化感測層123旁邊蝕刻稍微更深的通路247，其停止在下電極127上，產(chǎn)生到參考層127的接觸路徑。在Ta、TaN、Ti或其他金屬局部互連層249被沉積時，二通路都被填充。該局部互連249然后被圖案化，電介質(zhì)層248沉積在頂上。上通量引導(dǎo)件槽(253)可以如上面關(guān)于步驟1012描述的那樣被制造，但是從感測層123物理偏移且不與其電接觸。這允許在傳感器布局和設(shè)計(jì)方面更自由。在又一實(shí)施例中，在上一段落中提及的局部互連層249的沉積之后，上通量引導(dǎo)件251可以完整地留在外。蝕刻停止層283和電介質(zhì)層285被沉積且槽288被蝕刻。導(dǎo)磁材料可以被沉積和濺射在這些槽288中，然后它們被金屬例如銅填充，并被CMP拋光。該結(jié)構(gòu)然后被鈍化。電介質(zhì)202下面的金屬層優(yōu)選Al被圖案化成導(dǎo)電線，其與在金屬292之上通過電介質(zhì)層(未示出)間隔開的金屬層(優(yōu)選Al)連接，且還被圖案化成用 于對傳感器施加自測試磁場的導(dǎo)電線。圖14是通過圖I的傳感器器件141、142的有限元仿真計(jì)算的通量線的視圖，沿Z方向130的磁場應(yīng)用在器件上。有限兀方法(FEM)模擬表明所得磁通量線160表現(xiàn)出在傳感器平面內(nèi)的分量。傳感器器件141由在感測元件122的相反端部上的通量引導(dǎo)件132和136表示。傳感器器件142由在感測元件123的相反端部上的通量引導(dǎo)件133和137表示。換言之，感測元件122從通量引導(dǎo)件132和136延伸，感測元件123從通量引導(dǎo)件133和137延伸。外磁場的沿Z軸130的分量與通量引導(dǎo)件132、136、133和137相互作用以沿X軸120在感測元件122、123中產(chǎn)生不對稱響應(yīng)，如箭頭170所示。以此方式，對于指向頁面底部的Z方向130的外加磁場，感測元件122的磁化旋轉(zhuǎn)離開參考層126的釘扎方向(并且到高電阻態(tài))，而感測元件123的磁化朝向參考層127的釘扎方向旋轉(zhuǎn)(并且到低電阻態(tài))。對于沿X方向120的磁場,兀件122、123 二者都表現(xiàn)沿相同方向的誘導(dǎo)磁化(朝向高或低電阻態(tài))。因此，通過將MTJ元件141、142導(dǎo)線連接成惠斯通橋以用于差分測量且扣除MTJ器件141、142的電阻，X磁場響應(yīng)被消除，測量了兩倍的Z磁場響應(yīng)。圖15是曲線圖，示出對于置于感測元件之上和之下的25nm寬、500nm高的垂直段，Z/X靈敏度比率對覆層/傳感器間隔的關(guān)系。隨著覆層進(jìn)入25納米距離，Z/X靈敏度比率增大到約75%。通過諸如上面強(qiáng)調(diào)的那些等的橫截面改變，或者通過改善通量引導(dǎo)件的高寬t匕，可以獲得額外因子，例如使引導(dǎo)件更高將線性地增大Z/X靈敏度比率。因此，使通量引導(dǎo)件盡可能靠近感測元件，并且盡可能多地增大其高度而不負(fù)面影響磁微結(jié)構(gòu)是重要的。在一示范性實(shí)施例中增大通量引導(dǎo)件214的高度的方式是在電介質(zhì)206中蝕刻槽208 (圖2)，沉積導(dǎo)磁材料212，用銅填充槽，然后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光以使表面暴露。對所填充的槽208的頂部再次重復(fù)相同工藝，使得從該工藝流程的兩次(或更多次)重復(fù)獲得的通量引導(dǎo)件直接垂直對準(zhǔn)?？蛇x的電介質(zhì)間隔層(未示出)可以沉積在多個通量引導(dǎo)件302、304之間以使它們彼此磁去耦，從而減小磁疇形成在形成于兩個垂直對準(zhǔn)的通量引導(dǎo)件302、304之間的界面處的微結(jié)構(gòu)處的傾向。該工藝還可以用于通量引導(dǎo)件258。此外，通路可以形成在電介質(zhì)204之下且覆蓋有導(dǎo)磁材料212并與第一多個槽208的側(cè)面216在相同時間被填充。該工藝形成更高的通量引導(dǎo)件，其中通路的側(cè)面與第一多個槽216的側(cè)面對準(zhǔn)。
盡管所描述的這里公開的示范性實(shí)施例涉及各種傳感器結(jié)構(gòu)及其制造方法，但是本發(fā)明無需局限于示出本發(fā)明的發(fā)明方面的示范性實(shí)施例，本發(fā)明可應(yīng)用于許多半導(dǎo)體工藝和/或器件。因此，上面公開的特定實(shí)施例僅是示范性的，不應(yīng)作為對本發(fā)明的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以被修改和以不同但等價(jià)的方式實(shí)踐，所述方式對于受益于這里的教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯然的。例如，傳感器結(jié)構(gòu)中的感測層和釘扎層的相對位置可以顛倒從而釘扎層在上，感測層在下。感測層和釘扎層還可以用與所公開的那些不同的材料形成。此夕卜，所描述的層的厚度可以偏離所公開的厚度值。因此，前面的描述無意將本發(fā)明限制到所闡述的特定形式，而是相反，旨在覆蓋可包括在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的思想和范圍內(nèi)的這些替換、修改和等價(jià)，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，他們可以進(jìn)行各種修改、替代和替換而不偏離本發(fā)明的最寬形式的思想和范圍。上面關(guān)于特定實(shí)施例描述了益處、其他優(yōu)點(diǎn)和對問題的解決方案。然而，益處、優(yōu)點(diǎn)、對問題的解決方案以及可使任何益處、優(yōu)點(diǎn)或解決方案發(fā)生或變得更顯著的任何元件(或多個元件)不被解釋為任意或全部權(quán)利要求的關(guān)鍵、必需或必要特征或要素。這里使用時，術(shù)語“包括”、“包含”或其任何其他變體旨在覆蓋非排除性的包括，使得包括一列元素的 工藝、方法、物件或裝置不是僅包括那些元素，而是可以包括未明確列出的或這種工藝、方法、物件或裝置固有的其他元素。雖然在前面的詳細(xì)描述中已經(jīng)給出了至少一個示范性實(shí)施例，但是應(yīng)理解，存在大量變型。還應(yīng)理解，該示范性實(shí)施例或多個示范性實(shí)施例僅是例子，無意以任何方式限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用性或配置。而是，前面的詳細(xì)描述將向本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實(shí)施本發(fā)明的示范性實(shí)施例的便利路線圖，應(yīng)理解，在示范性實(shí)施例中描述的元件的功能和布置方面可以進(jìn)行各種改變而不偏離所附權(quán)利要求闡明的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種集成磁致電阻磁場傳感器元件的方法，該磁致電阻磁場傳感器元件具有帶面內(nèi)磁場靈敏度的膜平面和配置為對垂直于該膜平面的磁場分量進(jìn)行響應(yīng)的離面通量引導(dǎo)件，該方法包括在第一電介質(zhì)層內(nèi)蝕刻第一和第二多個槽，第一和第二多個槽中的每個槽具有底部和側(cè)面；在至少第一多個槽中的每個的側(cè)面上沉積第一材料，該第一材料具有高磁導(dǎo)率；在第一多個槽中沉積第二材料且在第二多個槽內(nèi)沉積第三材料，該第三材料是導(dǎo)電的；在該第一電介質(zhì)層以及該第一和第二多個槽上沉積第二電介質(zhì)層；形成穿過該第二電介質(zhì)層到該第二槽的第一部分中的第三材料的第一多個導(dǎo)電通路；在該第二電介質(zhì)層上形成鄰近第一多個槽的側(cè)面定位的第一多個磁致電阻磁場傳感器元件，該第一多個磁致電阻磁場傳感器元件中的每一個耦接到該第二多個通路之一；以及在該第二電介質(zhì)層和該第一多個磁致電阻磁場傳感器元件上沉積第三電介質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，該磁致電阻磁場傳感器元件包括磁隧道結(jié)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，該第一材料包括磁導(dǎo)率大于100的材料。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括形成穿過該第三電介質(zhì)層到該磁致電阻磁場傳感器元件的第二多個導(dǎo)電通路；以及在該第三電介質(zhì)層上形成多條導(dǎo)電線，該多條導(dǎo)電線中的每一條都電耦接到該第二多個導(dǎo)電通路之一。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括形成穿過第二和第三電介質(zhì)層到該第二多個槽之一中的第三材料的第三多個導(dǎo)電通路；以及形成在該多個第二槽的該第一部分上的穩(wěn)定層以及耦接到該第三多個導(dǎo)電通路中的至少一個的接觸焊盤。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括在該第二電介質(zhì)層上形成關(guān)于該第一多個槽的側(cè)面定位且配置成對外加磁場的垂直分量不進(jìn)行響應(yīng)的第二多個磁致電阻磁場傳感器元件。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，沉積第二材料的步驟包括沉積導(dǎo)電材料。
8.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，沉積第二材料的步驟包括沉積電介質(zhì)材料。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，沉積第一材料包括在該第一多個槽中沉積第一材料；以及回濺射該第一材料以將該第一材料轉(zhuǎn)移到該第一多個槽的側(cè)面。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，形成穩(wěn)定層的步驟包括形成包括銅的穩(wěn)定層。
11.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，沉積第二材料和第三材料的步驟包括在同一處理步驟中沉積導(dǎo)電材料。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括在該第三電介質(zhì)層上沉積第四電介質(zhì)層；在該第四電介質(zhì)層中蝕刻第三多個槽和第四多個槽；在第三和第四多個槽的側(cè)面上沉積所述第一材料；在該第四電介質(zhì)層內(nèi)蝕刻第五多個槽和獨(dú)特槽；在該獨(dú)特槽與該第一區(qū)域之間形成導(dǎo)電通路；以及用導(dǎo)電材料填充該第三、第四和第五多個槽以及該獨(dú)特槽。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，沉積第一材料的步驟包括沉積NiFe。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括在該第一電介質(zhì)層之下形成第四電介質(zhì)層；以及蝕刻第三多個槽，每一個都對準(zhǔn)在第一多個槽中的每一個的下面；以及沉積第一材料在第三多個槽中的每個的側(cè)面上，第一材料具有高磁導(dǎo)率；以及沉積第二材料在該第三多個槽中。
15.如權(quán)利要求I所述的方法，還包括在該第一電介質(zhì)層之下形成第四電介質(zhì)層；以及蝕刻第三多個槽，每一個對準(zhǔn)在第一多個槽中的每一個之下；以及其中沉積第一材料在至少第一多個槽中的每個的側(cè)面上還沉積該第一材料在第三多個槽中的每個的側(cè)面上。
16.—種集成單芯片三軸磁致電阻磁場傳感器的方法,該單芯片三軸磁致電阻磁場傳感器具有形成在膜平面中且具有面內(nèi)磁場靈敏度的第一和第二磁致電阻磁場傳感器元件以及具有離面靈敏度的第三磁致電阻磁場傳感器元件，該第三磁致電阻磁場傳感器元件包括配置為引導(dǎo)與在所述膜平面中的第三磁致電阻磁場傳感器元件垂直的磁場分量的通量引導(dǎo)件，該方法包括在第一電介質(zhì)層的第一部分內(nèi)，蝕刻該第一電介質(zhì)層內(nèi)的第一和第二多個槽，第一和第二多個槽中的每個槽具有底部和側(cè)面；沉積第一材料在至少該第一多個槽中的每個的側(cè)面上，該第一材料具有高磁導(dǎo)率；沉積第二材料在第一多個槽中且沉積第三材料在第二多個槽內(nèi)，該第三材料是導(dǎo)電的；沉積第二電介質(zhì)層在該第一電介質(zhì)層以及該第一和第二多個槽上；形成穿過該第二電介質(zhì)層到該第二槽的第一部分中的第三材料的第一多個導(dǎo)電通路；在第一電介質(zhì)層的第二部分內(nèi)，在該第二電介質(zhì)層上形成第一和第二多個磁致電阻磁場傳感器兀件；在該第二電介質(zhì)層上形成與該第一多個槽的側(cè)面相鄰地定位的第三多個磁致電阻磁場傳感器元件，第一多個磁致電阻磁場傳感器元件中的每一個電耦接到第二多個通路之一；以及沉積第三電介質(zhì)層在該第二電介質(zhì)層和該第一多個磁致電阻磁場傳感器元件上。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，該磁致電阻磁場傳感器元件包括磁隧道結(jié)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括形成穿過該第三電介質(zhì)層到該磁致電阻磁場傳感器元件的第二多個導(dǎo)電通路；以及在該第三電介質(zhì)層上形成多條導(dǎo)電線，該多條導(dǎo)電線中的每一條都電耦接到該第二多個導(dǎo)電通路之一。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括 形成穿過第二和第三電介質(zhì)層到該第二多個槽之一中的第三材料的第三多個導(dǎo)電通路；以及形成在該多個第二槽的該第一部分上的穩(wěn)定層以及耦接到該第三多個導(dǎo)電通路中的至少一個的接觸焊盤。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括形成穿過第三電介質(zhì)層到磁致電阻磁場傳感器元件的第二多個導(dǎo)電通路；在第三電介質(zhì)層上形成多條導(dǎo)電線，該多條導(dǎo)電線中的每一條電耦接到該第二多個導(dǎo)電通路之一；在該多條導(dǎo)電線和該第三電介質(zhì)層上沉積第四電介質(zhì)層；在該第四電介質(zhì)層中蝕刻第三多個槽；形成穿過該第二和第三電介質(zhì)層到該第二多個槽之一中的第三材料的第三多個導(dǎo)電通路；沉積第四材料到該第三多個導(dǎo)電通路和該第三多個槽中，該第四材料是導(dǎo)電的；以及沉積電介質(zhì)鈍化層。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括形成到該第一多個槽之一中的第二材料的第三多個導(dǎo)電通路。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括在該鈍化層中形成導(dǎo)電通路；以及形成在該鈍化層上且與該鈍化層中的導(dǎo)電通路電接觸的導(dǎo)電自測試線。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，該磁致電阻磁場傳感器元件包括磁隧道結(jié)。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括形成穿過第三電介質(zhì)層到磁致電阻磁場傳感器元件的第二多個導(dǎo)電通路；以及在第三電介質(zhì)層上形成多條導(dǎo)電線，該多條導(dǎo)電線中的每一條電耦接到該第二多個導(dǎo)電通路之一。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，還包括形成穿過該第二和第三電介質(zhì)層到該第二多個槽之一中的第三材料的第三多個導(dǎo)電通路；以及形成在該多個第二槽的第一部分上的穩(wěn)定層和耦接到該第三多個導(dǎo)電通路中的至少一個的接觸焊盤。
全文摘要
半導(dǎo)體工藝集成三個橋電路在單個芯片上以感測沿三個正交方向的磁場，每個橋電路包括耦接為惠斯通橋的磁致電阻傳感器。該工藝包括形成磁致電阻傳感器以及在三個橋電路之一上的用于將“Z”軸磁場傳輸?shù)饺∠蛟赬Y平面內(nèi)的傳感器上的多個通量引導(dǎo)件的各種沉積和蝕刻步驟。
文檔編號G01R33/02GK102918413SQ201180024124
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者R·韋格, P·馬瑟, K·史密斯, S·阿加瓦爾, J·斯勞特 申請人:艾沃思賓技術(shù)公司