提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器及其制備工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明揭示了一種提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器及其制備工藝，制備工藝包括：在基底上形成溝槽陣列；沉積第一磁性材料；沉積第一介質(zhì)材料；沉積第二介質(zhì)材料；通過(guò)光刻工藝，形成磁傳感單元圖形；沉積第三介質(zhì)材料，形成第三介質(zhì)材料層，溝槽被部分填充；沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層；通過(guò)刻蝕工藝回刻平面上的部分或全部第二磁性材料層,保留溝槽里面的第二磁性材料；沉積第四介質(zhì)材料；制造通孔和電極。本發(fā)明提出的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器及其制備工藝，可提高第三軸的磁性材料的物理厚度，從而增加第三軸的感應(yīng)能力；又不會(huì)增加第一層磁性材料在第一、第二軸方向的磁性材料的厚度，因而不會(huì)影響第一、第二軸方向的靈敏度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器及其制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種磁傳感器，尤其涉及一種提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器；同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種上述磁傳感器的制備工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]磁傳感器按照其原理，可以分為以下幾類(lèi):霍爾元件，磁敏二極管，各項(xiàng)異性磁阻元件(AMR)，隧道結(jié)磁阻(TMR)元件及巨磁阻(GMR)元件、感應(yīng)線圈、超導(dǎo)量子干涉磁強(qiáng)計(jì)等。
[0003]電子羅盤(pán)是磁傳感器的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，隨著近年來(lái)消費(fèi)電子的迅猛發(fā)展，除了導(dǎo)航系統(tǒng)之外，還有越來(lái)越多的智能手機(jī)和平板電腦也開(kāi)始標(biāo)配電子羅盤(pán)，給用戶帶來(lái)很大的應(yīng)用便利，近年來(lái)，磁傳感器的需求也開(kāi)始從兩軸向三軸發(fā)展。兩軸的磁傳感器，即平面磁傳感器，可以用來(lái)測(cè)量平面上的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向，可以用X和Y軸兩個(gè)方向來(lái)表示。
[0004]為了提高競(jìng)爭(zhēng)力，一種方案將X軸、Y軸、Z軸感應(yīng)器件設(shè)置在同一個(gè)圓晶或芯片上，提高了磁傳感器的可制造性、磁感應(yīng)能力，價(jià)格也相應(yīng)降低。如中國(guó)專(zhuān)利CN201210563667.3揭示了一種磁傳感裝置及其磁感應(yīng)方法，該第三方向(Z軸)磁傳感部件包括:基底、導(dǎo)磁單元、感應(yīng)單元、外圍電路；基底的表面開(kāi)有溝槽；導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面，用以感應(yīng)Z軸方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出；感應(yīng)單元設(shè)置于所述基底表面上，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的Z軸方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測(cè)量出Z軸方向?qū)?yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)方向。
[0005]然而，由于導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元通常同時(shí)制備，導(dǎo)磁單元采用沉積的方式設(shè)置在溝槽的側(cè)壁，因此導(dǎo)磁單元的厚度較薄，導(dǎo)致第三軸方向的靈敏度不佳。而如果通過(guò)增加沉積厚度，使得導(dǎo)磁單元沉積到適合的厚度，會(huì)使得感應(yīng)單元的厚度較厚，又降低第一軸、第二軸的靈敏度，還會(huì)削弱傳感器的檢測(cè)范圍。
[0006]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的磁傳感器和制造工藝，以便克服現(xiàn)有磁傳感器的上述缺陷，在不損失第一和第二方向磁傳感器性能的前提下，提升第三方向的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種提高第三軸靈敏度的磁傳感器的制備工藝，可提高第三軸的感應(yīng)能力，又不會(huì)影響第一軸、第二軸方向的靈敏度。
[0008]此外，本發(fā)明還提供一種提高第三軸靈敏度的磁傳感器，可提高第三軸的感應(yīng)能力，又不會(huì)影響第一軸、第二軸方向的靈敏度。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟:
[0011]步驟S1、在基底上形成溝槽陣列；
[0012]步驟S2、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層；
[0013]步驟S3、沉積第一介質(zhì)材料，形成第一介質(zhì)材料層；
[0014]步驟S5、通過(guò)光刻工藝，形成磁傳感器單元圖形；
[0015]步驟S6、沉積第三介質(zhì)材料，形成第三介質(zhì)材料層，溝槽被部分填充；
[0016]步驟S7、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層；
[0017]步驟S8、通過(guò)刻蝕工藝回刻平面上的部分或全部第二磁性材料層，保留溝槽里面的第二磁性材料；
[0018]步驟S9、沉積第四介質(zhì)材料，形成第四介質(zhì)材料層；
[0019]步驟S10、制造通孔和電極。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法步驟S3、S5之間還包括步驟S4、沉積第二介質(zhì)材料，形成第二介質(zhì)材料層。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S5中，生成磁傳感器的圖形，形成感應(yīng)單元的磁材料層，同時(shí)通過(guò)溝槽的應(yīng)用形成導(dǎo)磁單元，即在單芯片上形成三軸傳感器；所述導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，用以收集第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出給感應(yīng)單元；所述感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測(cè)量出第三方向?qū)?yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)方向；
[0022]所述導(dǎo)磁單元包括第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元，第一導(dǎo)磁單元為沉積的第一磁性材料而后經(jīng)步驟S5光刻形成；第二導(dǎo)磁單元為沉積第二磁性材料而后經(jīng)步驟S8刻蝕形成。
[0023]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備工藝還包括:
[0024]制備第一磁傳感器、第二磁傳感器的步驟，第一磁傳感器、第二磁傳感器分別用以感應(yīng)與基底表面平行的第一方向、第二方向，第一方向、第二方向相互垂直。
[0025]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一磁性材料與第二磁性材料相同，或者不同。
[0026]所述第一磁性材料或/和第二磁性材料為AMR材料，或?yàn)镚MR材料，或?yàn)門(mén)MR材料。
[0027]所述第一磁性材料或/和第二磁性材料為鎳鐵合金。
[0028]所述基底含有CMOS電路，或者不含CMOS電路。
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一方向?yàn)閄軸方向，第二方向?yàn)閅軸方向，第三軸為Z軸方向。
[0030]一種提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，其特征在于，所述磁傳感器包括:
[0031]基底，其表面開(kāi)有溝槽；
[0032]導(dǎo)磁單元，包括第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元；第一導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面；第二導(dǎo)磁單元設(shè)置于溝槽內(nèi)；導(dǎo)磁單元用以收集第三方向的磁場(chǎng)信號(hào)，并將該磁場(chǎng)信號(hào)輸出；
[0033]感應(yīng)單元，設(shè)置于所述基底表面上，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測(cè)量出第三方向?qū)?yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)方向。
[0034]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述磁傳感器還包括第一磁傳感器、第二磁傳感器，第一磁傳感器、第二磁傳感器分別用以感應(yīng)與基底表面平行的第一方向、第二方向，第一方向、第二方向相互垂直。
[0035]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一方向?yàn)閄軸方向，第二方向?yàn)閅軸方向，第三軸為Z軸方向。
[0036]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一磁性材料與第二磁性材料相同，或者不同。
[0037]所述第一磁性材料或/和第二磁性材料為AMR材料，或?yàn)镚MR材料，或?yàn)門(mén)MR材料。
[0038]所述第一磁性材料或/和第二磁性材料為鎳鐵合金。
[0039]所述基底含有CMOS電路，或者不含CMOS電路。
[0040]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，可提高第三軸的磁性材料的物理厚度，從而增加第三軸的感應(yīng)能力；又不會(huì)增加第一層磁性材料在第一、第二軸方向的磁性材料的厚度，因而不會(huì)影響第一、第二軸方向的靈敏度。并且在側(cè)壁上面第二導(dǎo)磁單元與第一導(dǎo)磁單元是被介質(zhì)層隔開(kāi)的，所以第二導(dǎo)磁單元起到幫助收集磁場(chǎng)的同時(shí)不會(huì)影響第三軸本身的作用。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1為本發(fā)明磁傳感器制備工藝步驟S4后的示意圖。
[0042]圖2為本發(fā)明磁傳感器制備工藝步驟S5沉積光刻膠的示意圖。
[0043]圖3為本發(fā)明磁傳感器制備工藝步驟S5后的示意圖。
[0044]圖4為本發(fā)明磁傳感器制備工藝步驟S6后的示意圖。
[0045]圖5為本發(fā)明磁傳感器制備工藝步驟S7后的示意圖。
[0046]圖6為本發(fā)明磁傳感器制備工藝步驟S8后的示意圖。
[0047]圖7為本發(fā)明磁傳感器制備工藝步驟S9后的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0049]實(shí)施例一
[0050]請(qǐng)參閱圖1至圖7，本發(fā)明揭示了一種提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟:
[0051]【步驟S1】在基底1上形成溝槽11陣列?；?可以通過(guò)沉積介質(zhì)材料形成，在基底上形成若干溝槽11，形成溝槽陣列。基底含有CMOS電路，或者不含CMOS電路。
[0052]【步驟S2】沉積第一磁性材料，如N1-Fe，形成第一磁性材料層2；
[0053]【步驟S3】沉積第一介質(zhì)材料(如TaN)，形成第一介質(zhì)材料層3；
[0054]【步驟S4】如圖1所示，沉積第二介質(zhì)材料(如Si N)，形成第二介質(zhì)材料層4 ；
[0055]【步驟S5】通過(guò)光刻工藝，形成磁傳感單元(以AMR為例)圖形。如圖2、圖3所示，先設(shè)置光刻膠5，而后通過(guò)光刻工藝形成AMR圖形。
[0056]本步驟中，生成磁傳感器的圖形，形成感應(yīng)單元的磁材料層，同時(shí)通過(guò)溝槽的應(yīng)用形成導(dǎo)磁單元，即在單芯片上形成三軸傳感器；所述導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，用以收集第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出給感應(yīng)單元；所述感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測(cè)量出第三方向?qū)?yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)方向。
[0057]所述導(dǎo)磁單元包括第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元，第一導(dǎo)磁單元為沉積的第一磁性材料而后經(jīng)步驟S5光刻形成；第二導(dǎo)磁單元為沉積第二磁性材料而后經(jīng)步驟S8刻蝕形成。
[0058]【步驟S6】如圖4所示，沉積第三介質(zhì)材料(如Si N)，形成第三介質(zhì)材料層6，溝槽被部分填充；
[0059]【步驟S7】如圖5所示，沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層7，第二磁性材料與第一磁性材料相同，或者不同；如材料是N1-Fe，其組份與第一磁性材料完全相同，或者有差異，即Ni和Fe原子在材料中的占比不同；或者材料是不同于N1-Fe的其他磁性材料，例如GMR或者TMR材料。
[0060]【步驟S8】如圖6所示，通過(guò)刻蝕工藝回刻平面上的部分或全部第二磁性材料層，保留溝槽里面的第二磁性材料71 ；
[0061 ]【步驟S9】如圖7所示，沉積第四介質(zhì)材料，形成第四介質(zhì)材料層8 ；
[0062]【步驟S10】制造通孔和電極，以及后續(xù)的層次，可包括用于自檢測(cè)或者ST/RST的電流以及驅(qū)動(dòng)。
[0063]所述制備工藝還可以包括:制備第一磁傳感器、第二磁傳感器的步驟，第一磁傳感器、第二磁傳感器分別用以感應(yīng)與基底表面平行的第一方向、第二方向，第一方向、第二方向相互垂直。所述第一方向?yàn)閄軸方向，第二方向?yàn)閅軸方向，第三軸為z軸方向。
[0064]請(qǐng)結(jié)合圖6，本發(fā)明還揭示一種提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，所述磁傳感器包括基底1、導(dǎo)磁單元、感應(yīng)單元；基底1的表面開(kāi)有溝槽11。
[0065]導(dǎo)磁單元包括第一導(dǎo)磁單元22、第二導(dǎo)磁單元71 ;第一導(dǎo)磁單元22的主體部分設(shè)置于溝槽11內(nèi)，并有部分露出溝槽11至基底1表面；第二導(dǎo)磁單元71設(shè)置于溝槽1內(nèi)；導(dǎo)磁單元用以收集第三方向的磁場(chǎng)信號(hào)，并將該磁場(chǎng)信號(hào)輸出。第一導(dǎo)磁單元22、第二導(dǎo)磁單元71之間設(shè)有介質(zhì)材料。第二導(dǎo)磁單元71的厚度大于第一導(dǎo)磁單元22，第二導(dǎo)磁單元71可以有效的幫助收集第三方向的磁場(chǎng)
[0066]感應(yīng)單元21設(shè)置于所述基底1表面上，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測(cè)量出第三方向?qū)?yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)方向。感應(yīng)單元21可以與第一導(dǎo)磁單元22連為一體，也可以分離設(shè)置。
[0067]所述磁傳感器還可以包括第一磁傳感器、第二磁傳感器，第一磁傳感器、第二磁傳感器分別用以感應(yīng)與基底表面平行的第一方向、第二方向，第一方向、第二方向相互垂直。所述第一方向?yàn)閄軸方向，第二方向?yàn)閅軸方向，第三軸為z軸方向。
[0068]綜上所述，本發(fā)明提出的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，可提高第三軸的磁性材料的物理厚度，從而增加第三軸的感應(yīng)能力；又不會(huì)增加第一層磁性材料在第一、第二軸方向的磁性材料的厚度，因而不會(huì)影響第一、第二軸方向的靈敏度。
[0069]這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于，所述制備工藝包括如下步驟: 步驟31、在基底上形成溝槽陣列； 步驟32、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層； 步驟33、沉積第一介質(zhì)材料，形成第一介質(zhì)材料層； 步驟35、通過(guò)光刻工藝，形成磁傳感單元圖形； 步驟36、沉積第三介質(zhì)材料，形成第三介質(zhì)材料層，溝槽被部分填充； 步驟37、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層； 步驟38、通過(guò)刻蝕工藝回刻平面上的部分或全部第二磁性材料層，保留溝槽里面的第二磁性材料； 步驟39、沉積第四介質(zhì)材料，形成第四介質(zhì)材料層； 步驟310、制造通孔和電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于: 所述方法步驟33、85之間還包括步驟34、沉積第二介質(zhì)材料，形成第二介質(zhì)材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于: 所述步驟35中，生成磁傳感單元的圖形，形成感應(yīng)單元的磁材料層，同時(shí)通過(guò)溝槽的應(yīng)用形成導(dǎo)磁單元，即在單芯片上形成三軸傳感器；所述導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，用以收集第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出給感應(yīng)單元；所述感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測(cè)量出第三方向?qū)?yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)方向； 所述導(dǎo)磁單元包括第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元，第一導(dǎo)磁單元為沉積的第一磁性材料而后經(jīng)步驟35光刻形成；第二導(dǎo)磁單元為沉積第二磁性材料而后經(jīng)步驟58刻蝕形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于: 所述制備工藝還包括: 制備第一磁傳感器、第二磁傳感器的步驟，第一磁傳感器、第二磁傳感器分別用以感應(yīng)與基底表面平行的第一方向、第二方向，第一方向、第二方向相互垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于: 所述第一方向?yàn)閄軸方向，第二方向?yàn)閂軸方向，第三軸為2軸方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于: 第一磁性材料與第二磁性材料相同，或者不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于: 所述第一磁性材料或丨和第二磁性材料為纟材料，或?yàn)?--材料，或?yàn)镮II？材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于: 所述第一磁性材料或/和第二磁性材料為鎳鐵合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器的制備工藝，其特征在于: 基底含有0103電路，或者不含0103電路。
10.一種提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，其特征在于，所述磁傳感器包括: 基底，其表面開(kāi)有溝槽； 導(dǎo)磁單元，包括第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元；第一導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面；第二導(dǎo)磁單元設(shè)置于溝槽內(nèi)；導(dǎo)磁單元用以收集第三方向的磁場(chǎng)信號(hào)，并將該磁場(chǎng)信號(hào)輸出； 感應(yīng)單元，設(shè)置于所述基底表面上，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測(cè)量出第三方向?qū)?yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，其特征在于: 所述磁傳感器還包括第一磁傳感器、第二磁傳感器，第一磁傳感器、第二磁傳感器分別用以感應(yīng)與基底表面平行的第一方向、第二方向，第一方向、第二方向相互垂直。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，其特征在于: 所述第一方向?yàn)閄軸方向，第二方向?yàn)閂軸方向，第三軸為2軸方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，其特征在于:第一導(dǎo)磁單元與第二導(dǎo)磁單元的磁性材料相同，或者不同。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，其特征在于: 所述第一磁性材料或丨和第二磁性材料為纟材料，或?yàn)?--材料，或?yàn)镮II？材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，其特征在于: 所述第一磁性材料或/和第二磁性材料為鎳鐵合金。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的提高第三軸感應(yīng)能力的磁傳感器，其特征在于: 基底含有0103電路，或者不含0103電路。
【文檔編號(hào)】G01R33/02GK104483637SQ201410778540
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】楊鶴俊, 張挺, 王宇翔, 邱鵬 申請(qǐng)人:上海矽?？萍加邢薰?br>