一種磁傳感裝置及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件及工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磁傳感裝置，尤其涉及一種磁傳感裝置的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]磁傳感器按照其原理，可以分為以下幾類:霍爾元件，磁敏二極管，各項異性磁阻元件(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)計坐寸ο
[0003]電子羅盤是磁傳感器的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，隨著近年來消費(fèi)電子的迅猛發(fā)展，除了導(dǎo)航系統(tǒng)之外，還有越來越多的智能手機(jī)和平板電腦也開始標(biāo)配電子羅盤，給用戶帶來很大的應(yīng)用便利，近年來，磁傳感器的需求也開始從兩軸向三軸發(fā)展。兩軸的磁傳感器，即平面磁傳感器，可以用來測量平面上的磁場強(qiáng)度和方向，可以用X和Y軸兩個方向來表示。
[0004]以下介紹現(xiàn)有磁傳感器的工作原理。磁傳感器采用各向異性磁致電阻(AnisotropicMagneto-Resistance)材料來檢測空間中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。這種具有晶體結(jié)構(gòu)的合金材料對外界的磁場很敏感，磁場的強(qiáng)弱變化會導(dǎo)致AMR自身電阻值發(fā)生變化。
[0005]在制造、應(yīng)用過程中，將一個強(qiáng)磁場加在AMR單元上使其在某一方向上磁化，建立起一個主磁域，與主磁域垂直的軸被稱為該AMR的敏感軸，如圖1所示。為了使測量結(jié)果以線性的方式變化，AMR材料上的金屬導(dǎo)線呈45°角傾斜排列，電流從這些導(dǎo)線和AMR材料上流過，如圖2所示；由初始的強(qiáng)磁場在AMR材料上建立起來的主磁域和電流的方向有45°的夾角。
[0006]當(dāng)存在外界磁場Ha時，AMR單元上主磁域方向就會發(fā)生變化而不再是初始的方向，那么磁場方向M和電流I的夾角Θ也會發(fā)生變化，如圖3所示。對于AMR材料來說，Θ角的變化會弓I起AMR自身阻值的變化，如圖4所示。
[0007]通過對AMR單元電阻變化的測量，可以得到外界磁場。在實(shí)際的應(yīng)用中，為了提高器件的靈敏度等，磁傳感器可利用惠斯通電橋檢測AMR阻值的變化，如圖5所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態(tài)相同的AMR電阻，當(dāng)檢測到外界磁場的時候，R1/R2阻值增加Λ R而R3/R4減少AR。這樣在沒有外界磁場的情況下，電橋的輸出為零；而在有外界磁場時，電橋的輸出為一個微小的電壓AV。
[0008]目前的三軸傳感器是將一個平面(X、Y兩軸)傳感部件與Z方向的磁傳感部件進(jìn)行系統(tǒng)級封裝組合在一起，以實(shí)現(xiàn)三軸傳感的功能(可參考美國專利US5247278、US5952825、US6529114、US7126330、US7358722);也就是說需要將平面?zhèn)鞲胁考癦方向磁傳感部件分別設(shè)置于兩個圓晶或芯片上，最后通過封裝連接在一起。目前，在單圓晶/芯片上無法同時實(shí)現(xiàn)三軸傳感器的制造。
[0009]為了使三軸磁傳感器可以設(shè)置于一個圓晶或芯片上，本申請人于2012年12月24日申請了一件發(fā)明專利，名稱為《一種磁傳感裝置的制備工藝》，專利號為201210563952.5 ；該工藝中，將導(dǎo)磁單元設(shè)置于溝槽中，導(dǎo)磁單元用于感應(yīng)Z軸方向的磁場；感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，能接收導(dǎo)磁單元的信號，并根據(jù)該信號測量出Z軸方向的磁場。
[0010]然而，通常溝槽中的導(dǎo)磁單元僅包括一層磁性結(jié)構(gòu)，使得器件的感應(yīng)性能不佳，靈敏度及精度還有待進(jìn)一步提聞。
[0011]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計一種新的磁傳感裝置制備工藝，以便克服現(xiàn)有磁傳感裝置的上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種磁傳感裝置，可提高磁傳感裝置的感應(yīng)能力及靈敏度。
[0013]此外，本發(fā)明還提供一種磁傳感裝置的制備工藝，可提高制得磁傳感裝置的感應(yīng)能力及靈敏度。
[0014]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0015]—種磁傳感裝置,所述磁傳感裝置包括第三方向磁傳感部件，所述第三方向磁傳感部件包括:
[0016]基底，其表面開有溝槽；
[0017]導(dǎo)磁單元，包括至少兩個導(dǎo)磁子單元，即至少包括第一導(dǎo)磁子單元、第二導(dǎo)磁子單元，各導(dǎo)磁子單元沿溝槽的深度方向依次排列，相鄰的兩個導(dǎo)磁子單元之間設(shè)有介質(zhì)材料；各導(dǎo)磁子單元的部分設(shè)置于溝槽內(nèi)；所述第一導(dǎo)磁子單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面；所述第二導(dǎo)磁子單元的主要部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，第二導(dǎo)磁子單元設(shè)置于第一導(dǎo)磁子單元的上方，第二導(dǎo)磁子單元與第一導(dǎo)磁子單元之間設(shè)有第一介質(zhì)材料；所述導(dǎo)磁單元用以感應(yīng)第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應(yīng)單元進(jìn)行測量；
[0018]感應(yīng)單元，靠近導(dǎo)磁單元露出溝槽的部分設(shè)置，與導(dǎo)磁單元連接或者兩者之間設(shè)有間隙，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結(jié)合導(dǎo)磁單元輸出的磁信號，能測量被導(dǎo)磁單兀引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向測量的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；所述感應(yīng)單元包括電極層及一個感應(yīng)子單元，感應(yīng)子單元靠近最上方的導(dǎo)磁子單元設(shè)置；各個導(dǎo)磁子單元感應(yīng)第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應(yīng)子單元進(jìn)行測量；所述感應(yīng)子單元測量第一方向或/和第二方向的磁場，結(jié)合各導(dǎo)磁子單元輸出的磁信號，能配合電極層測量被導(dǎo)磁子單元弓丨導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場。
[0019]—種磁傳感裝置,所述磁傳感裝置包括第三方向磁傳感部件，所述第三方向磁傳感部件包括:
[0020]基底，其表面開有溝槽；
[0021]導(dǎo)磁單元，包括至少兩個導(dǎo)磁子單元，其中部分或全部導(dǎo)磁子單元沿溝槽的深度方向疊加設(shè)置；導(dǎo)磁單元的部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽，相鄰的兩個導(dǎo)磁子單元之間設(shè)有介質(zhì)材料；所述導(dǎo)磁單元用以感應(yīng)第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應(yīng)單元進(jìn)行測量；
[0022]感應(yīng)單元，靠近導(dǎo)磁單元露出溝槽的部分設(shè)置，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結(jié)合導(dǎo)磁單兀輸出的磁信號，能測量被導(dǎo)磁單兀引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向測量的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直。
[0023]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述感應(yīng)單元包括電極層及一個以上感應(yīng)子單元，各個感應(yīng)子單元分別靠近相應(yīng)的導(dǎo)磁子單元設(shè)置；
[0024]各個導(dǎo)磁子單元感應(yīng)第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到對應(yīng)的感應(yīng)子單元進(jìn)行測量；各感應(yīng)子單元測量第一方向或/和第二方向的磁場，結(jié)合對應(yīng)導(dǎo)磁子單元輸出的磁信號，能配合電極層測量被導(dǎo)磁子單兀引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場；
[0025]所述導(dǎo)磁單元包括若干導(dǎo)磁子單元，所述第一導(dǎo)磁子單元、第二導(dǎo)磁子單元作為其中兩個導(dǎo)磁子單元；
[0026]各導(dǎo)磁子單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，導(dǎo)磁子單元的主體部分與基底平面的夾角為45°?90° ;各導(dǎo)磁子單元之間通過介質(zhì)材料隔開。
[0027]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述導(dǎo)磁單元僅包括兩個導(dǎo)磁子單元，即第一導(dǎo)磁子單元、第二導(dǎo)磁子單元，第二導(dǎo)磁子單元設(shè)置于第一導(dǎo)磁子單元的上方；
[0028]所述第一導(dǎo)磁子單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面；
[0029]所述第二導(dǎo)磁子單元的主要部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，第二導(dǎo)磁子單元與第一導(dǎo)磁子單元之間設(shè)有第一介質(zhì)材料，第一介質(zhì)材料層設(shè)置于第一導(dǎo)磁子單元上；第一介質(zhì)