一種磁傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種磁傳感器及其制備方法，所述制備方法包括：分別制備磁傳感器的感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元；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)單元進行測量；感應(yīng)單元測量第一方向或/和第二方向的磁場，并測量引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；導(dǎo)磁單元制備步驟中，溝槽側(cè)壁上導(dǎo)磁單元的磁性薄膜的厚度H1大于感應(yīng)單元的磁性薄膜的厚度H2的一半。本發(fā)明提出的磁傳感器及其制備方法，在單一的圓晶/芯片上同時具有Ｘ、Ｙ和Ｚ三軸方向的傳感單元。此外，本發(fā)明分步制造水平方向感應(yīng)單元和Z方向的導(dǎo)磁單元，增加溝槽側(cè)壁磁材料的厚度，有助于提升Z軸方向的器件靈敏度。
【專利說明】一種磁傳感器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種傳感器，尤其涉及一種磁傳感器；同時，本發(fā)明還涉及一種磁傳感器的制備方法。

【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(艦10，隧道結(jié)磁阻(1服)元件及巨磁阻((--)元件、感應(yīng)線圈、超導(dǎo)量子干涉磁強計坐寸。
[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和平板電腦也開始標配電子羅盤，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度和方向，可以用X和V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
1叫1161:0-1？6818仏11。6 )材料來檢測空間中磁感應(yīng)強度的大小。這種具有晶體結(jié)構(gòu)的合金材料對外界的磁場很敏感，磁場的強弱變化會導(dǎo)致八自身電阻值發(fā)生變化。
[0005]在制造、應(yīng)用過程中，將一個強磁場加在八II？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八的敏感軸，如圖1所示。為了使測量結(jié)果以線性的方式變化，八材料上的金屬導(dǎo)線呈45。角傾斜排列，電流從這些導(dǎo)線和八II？材料上流過，如圖2所示；由初始的強磁場在八II？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)存在外界磁場他時，八II？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1和電流I的夾角9也會發(fā)生變化，如圖3所示。對于八II？材料來說，9角的變化會弓I起八自身阻值的變化，如圖4所示。
[0007]通過對八服單元電阻變化的測量，可以得到外界磁場。在實際的應(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或半電橋檢測八阻值的變化，如圖5所示。^1/^2/^3/1^4是初始狀態(tài)相同的八1尺電阻，當(dāng)檢測到外界磁場的時候，81作2阻值增加八尺而…/財減少八8。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八^。
[0008]目前的三軸傳感器是將一個平面〔X、V兩軸)傳感部件與2方向的磁傳感部件進行系統(tǒng)級封裝組合在一起，以實現(xiàn)三軸傳感的功能；也就是說需要將平面?zhèn)鞲胁考?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/芯片上無法同時實現(xiàn)三軸傳感器的制造。
[0009]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計一種新的磁傳感器，以使實現(xiàn)在單圓晶/芯片上進行三軸傳感器的制造；且同時需要保證傳感的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種磁傳感器的制備方法，有助于提升2軸方向的器件靈敏度。
[0011]此外，本發(fā)明還提供一種磁傳感器，有助于提升2軸方向的器件靈敏度。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0013]一種磁傳感器的制備方法，所述制備方法包括:分別制備磁傳感器的感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元；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)單元進行測量；所述感應(yīng)單元測量第一方向或/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；
[0014]所述導(dǎo)磁單元制備步驟中，溝槽側(cè)壁上導(dǎo)磁單元的磁性薄膜的厚度!II是感應(yīng)單元的磁性薄膜的厚度取的一半以上。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述導(dǎo)磁單元的主體部分形成于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面；
[0016]所述感應(yīng)單元的磁性材料層形成于溝槽外，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號，并根據(jù)該磁信號測量出第三方向?qū)?yīng)的磁場強度及磁場方向；導(dǎo)磁單兀與感應(yīng)單元不連接。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法具體包括如下步驟:
[0018]步驟31、在基底上形成溝槽陣列；
[0019]步驟32、在設(shè)有溝槽陣列的基底上沉積第一絕緣材料；
[0020]步驟33、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層；隨后沉積第一保護材料，形成第一保護材料層；通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元；
[0021]步驟34、沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣材料層；
[0022]步驟35、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料層的厚度與第一磁性材料層的厚度相同或者不同；隨后沉積第二保護材料，形成第二保護材料層；
[0023]步驟36、曝光工藝，去除多余部分的光刻膠；刻蝕，去除多余的第二保護材料，并去除光刻膠，剩余的第二保護材料為硬掩膜；
[0024]步驟37、以步驟36剩余的第二保護層材料為硬掩膜再進行一次刻蝕，去除多余部分的第二磁性材料，剩余的第二磁性材料作為導(dǎo)磁單元的磁性薄膜；
[0025]步驟38、進行介質(zhì)層材料的填充和化學(xué)機械拋光工藝，并在介質(zhì)層中采用光刻進行開孔。
[0026]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟35中，第二磁性材料層的厚度大于第一磁性材料層的厚度；
[0027]步驟36中，保留的光刻膠包括感應(yīng)單元與溝槽之間的區(qū)域，以及與該區(qū)域連接的溝槽中的部分；
[0028]步驟38中，根據(jù)設(shè)定，制造一層或多金屬層及介質(zhì)層。
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法具體包括如下步驟:
[0030]步驟31、在基底上形成溝槽陣列；
[0031〕 步驟32、在設(shè)有溝槽陣列的基底上沉積第一絕緣材料；
[0032]步驟33、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層；隨后沉積第一保護材料，形成第一保護材料層；通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元；
[0033]步驟34、沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣材料層；步驟35、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料層的厚度與第一磁性材料層的厚度相同或者不同；隨后沉積第二保護材料，形成第二保護材料層；
[0034]步驟36、曝光工藝，去除多余部分的光刻膠；
[0035]刻蝕，去除多余的第二保護材料；保留光刻膠下的第二保護材料，以及光刻膠與感應(yīng)單元之間的第二保護材料；
[0036]步驟37’、去除光刻膠；
[0037]步驟38’、以步驟36’剩余的第二保護材料為硬掩膜再進行一次刻蝕，去除多余部分的第二磁性材料；
[0038]步驟39’、進行介質(zhì)層材料的填充和化學(xué)機械拋光工藝，并在介質(zhì)層中采用光刻進行開孔。
[0039]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述感應(yīng)單元與導(dǎo)磁單元中的磁性薄膜的距離通過調(diào)節(jié)兩者之間的第二絕緣材料在側(cè)壁的厚度確定。
[0040]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法具體包括如下步驟:
[0041]步驟31’ ’、在具有0103電路的基底上形成溝槽，在具有溝槽的基底上依次沉積第二磁性材料及第二保護材料，形成第二磁性材料層及第二保護材料層，通過半導(dǎo)體工藝形成導(dǎo)磁單元；
[0042]步驟32’ ’、沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣材料層；
[0043]步驟33’ ’、依次沉積第一磁性材料及第一保護材料，形成第一磁性材料層及第一保護材料層，通過半導(dǎo)體工藝形成感應(yīng)單元；其中，溝槽里的第二磁性材料能夠?qū)?方向的磁信號收集并引導(dǎo)到水平方向，由第一磁性材料層進行測試。
[0044]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法具體包括如下步驟:
[0045]步驟1、在基底上形成沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層；隨后沉積第一保護材料，形成第一保護材料層；通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元；
[0046]步驟2、形成溝槽，并沉積第二絕緣層材料；
[0047]步驟3、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料層的厚度與第一磁性材料層的厚度相同或者不同；隨后沉積第二保護材料，形成第二保護材料層；
[0048]步驟4、通過半導(dǎo)體工藝在溝槽的側(cè)壁形成導(dǎo)磁單元陣列；
[0049]步驟5、進行介質(zhì)層材料的填充和化學(xué)機械拋光工藝，并在介質(zhì)層中采用光刻進行開孔；并根據(jù)實際需要制造后續(xù)的金屬層和介質(zhì)層。
[0050]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法包括:制造2方向的磁傳感器，以及制造水平方向的磁傳感器，即能夠在同一芯片上制造三軸的磁傳感器。
[0051]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述溝槽側(cè)壁上導(dǎo)磁單元的磁性薄膜的厚度!II為感應(yīng)單元的磁性薄膜的厚度的一半以上。
[0052]一種磁傳感器，所述磁傳感器包括:感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元；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)單元進行測量；所述感應(yīng)單元測量第一方向或/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；所述溝槽側(cè)壁上導(dǎo)磁單元的磁性薄膜的厚度III為感應(yīng)單元的磁性薄膜的厚度02的一半以上；導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元不連通。
[0053]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的磁傳感器及其制備方法，在單一的圓晶/芯片上同時具有X、V和2三軸方向的傳感單元，單芯片上可選擇性集成八31(:外圍電路，其制造工藝與標準的(:103工藝完全兼容；具有良好的可制造性、優(yōu)異的性能和明顯的價格競爭力。
[0054]此外，本發(fā)明分步制造水平方向感應(yīng)單元和2方向的導(dǎo)磁單元，有助于提升2軸方向的器件靈敏度。因為2軸磁傳感器的靈敏度主要由兩檢測單元的靈敏度和朝檢測單元輸出的磁信號的強度決定；而朝檢測單元輸出的磁信號的強度則與在溝槽側(cè)壁磁性薄膜的厚度相關(guān)，即厚度越薄性能越差。本發(fā)明之所以分成兩步制造檢測單元(導(dǎo)磁單元)和信號收集單元(感應(yīng)單元),就是要增加溝槽側(cè)壁磁性薄膜的厚度，從而達到提高靈敏度的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0055]圖1為現(xiàn)有磁傳感器的磁性材料的示意圖。
[0056]圖2為現(xiàn)有磁傳感器的磁性材料及導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057]圖3為磁場方向和電流方向的夾角示意圖。
[0058]圖4為磁性材料的9 -1？特性曲線示意圖。
[0059]圖5為惠斯通電橋的連接圖。
[0060]圖6為本發(fā)明磁傳感裝置一部分的俯視圖。
[0061]圖7為圖6的―向剖視圖。
[0062]圖8為實施例一中步驟31的示意圖。
[0063]圖9為實施例一中步驟52的示意圖。
[0064]圖10為實施例一中步驟33的示意圖。
[0065]圖11為實施例一中步驟34的示意圖。
[0066]圖12為實施例一中步驟35的示意圖。
[0067]圖13為實施例一中步驟56的示意圖。
[0068]圖14為實施例一中步驟37的示意圖。
[0069]圖15為實施例一中步驟58的示意圖。
[0070]圖16為實施例三中步驟37’的示意圖。
[0071]圖17為實施例三中步驟38’的示意圖。
[0072]圖18為實施例三中步驟39’的示意圖。
[0073]圖19為實施例四中步驟56的示意圖。
[0074]圖20為實施例四中步驟37的示意圖。
[0075]圖21為實施例四中步驟58的示意圖。
[0076]圖22為實施例五中步驟1的示意圖。
[0077]圖23為實施例五中步驟2的示意圖。
[0078]圖24為實施例五中步驟3的示意圖。

【具體實施方式】
[0079]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0080]實施例一
[0081]請參閱圖6、圖7，其中，圖7是圖6中沿八-八方向的投影；本發(fā)明揭示了一種磁傳感器，所述磁傳感器包括2軸磁傳感部件，該2軸磁傳感部件包括:基底10、導(dǎo)磁單元20、感應(yīng)單元；基底10可以包括(:103外圍電路。
[0082]基底10的表面具有介質(zhì)層，并且在介質(zhì)層里開有溝槽11。所述基底設(shè)有一列或若干列溝槽，本實施例中，一列溝槽包括若干子溝槽11。
[0083]導(dǎo)磁單元20的主體部分設(shè)置于溝槽11內(nèi)，并有部分露出溝槽11至基底表面，用以收集2軸方向的磁信號，并將該磁信號輸出給感應(yīng)單元進行檢測，從而得到2軸方向的磁信號強度及方向。
[0084]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20輸出的2軸方向的磁信號，并根據(jù)該磁信號測量出2軸方向?qū)?yīng)的磁場強度及磁場方向。具體地感應(yīng)單元能測量第一方向或/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/和第二方向的第三方向磁場。感應(yīng)單兀包括磁材料層30，以及該磁材料層30上設(shè)置的若干平行設(shè)置的電極40。同時，所述感應(yīng)單元還用以感應(yīng)X軸、V軸方向的磁信號，并以此測量出X軸、V軸方向?qū)?yīng)的磁場強度及磁場方向。通過導(dǎo)磁單元20的設(shè)置，感應(yīng)單元將2軸方向的磁場引導(dǎo)到水平方向進行測量。所述導(dǎo)磁單元20及感應(yīng)單元的磁材料層可以使用同一磁性材料，材料層數(shù)一致，但是分步制造得到，且導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元不連通(兩者之間有縫隙如導(dǎo)磁單元20及感應(yīng)單元的磁材料層可以是各向異性磁傳感器八1尺、也可以是III？和(^!?，以下不再贅述。當(dāng)然，所述導(dǎo)磁單元20及感應(yīng)單元的磁材料層30也可以使用不同的磁性材料，或者采用不同的層數(shù)。
[0085]如圖7所示，所述導(dǎo)磁單元20的主體部分與基底表面所在平面的夾角可在45°?90。之間，越大越好以收集到比較純粹的2軸磁信號。所述感應(yīng)單元的磁材料層30貼緊基底表面設(shè)置，與基底表面平行。然而，上述的夾角越大，在磁材料薄膜沉積的過程中，側(cè)壁沉積的磁薄膜的沉積速率下降，同等條件下得到溝槽側(cè)壁上的磁薄膜的厚度就較小，而厚度較小將導(dǎo)致第三方向的磁傳感靈敏度較小，這與上述的要求矛盾。(在薄膜沉積的過程中，溝槽側(cè)壁上沉積的薄膜比基底上水平設(shè)置的薄膜薄很多。)要提高器件的靈敏度，必須要提升在側(cè)壁的磁材料薄膜的厚度。如果導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元為同時沉積、制造形成，側(cè)壁的磁材料薄膜厚度調(diào)節(jié)很困難。本發(fā)明的核心改進在于分步制造導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元，本發(fā)明的磁傳感器中，所述溝槽側(cè)壁上導(dǎo)磁單元的磁性薄膜的厚度犯大于感應(yīng)單元的磁性薄膜的厚度取的一半以上，甚至根據(jù)實際的需要超過上述的值，大大地保證了第三方向磁場的收集和感應(yīng)的效率，最終提高了第三方向磁傳感器的性能。
[0086]本發(fā)明將導(dǎo)磁單元、感應(yīng)單元分開制備；可以先制備導(dǎo)磁單元，也可以先制備感應(yīng)單元。
[0087]本實施例中，本發(fā)明磁傳感器的制備方法包括如下步驟(首先包括制備2軸傳感器的步驟，包括):
[0088]步驟31、在基底101上形成溝槽陣列102，如圖8所示；
[0089]步驟32、形成第一絕緣材料層103，為單層或者多層，如圖9所示；
[0090]步驟33、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層104，隨后沉積第一保護材料，形成第一保護材料層105 ；通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元，如圖10所示；
[0091]步驟34、沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣材料層106，如圖11所示；
[0092]步驟35、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層107，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料的材質(zhì)相同或者不同；第二磁性材料層107的厚度與第一磁性材料層104的厚度相同或者不同；通常，第二磁性材料層107的厚度大于第一磁性材料層104的厚度；隨后沉積第二保護層材料，形成第二保護層材料層108，如圖12所示；沉積在溝槽側(cè)壁的磁性材料的厚度大于磁性材料層104厚度的一半以上；
[0093]步驟36、曝光工藝，去除多余部分的光刻膠，保留如圖13所示的部分光刻膠109 ；保留的光刻膠109包括感應(yīng)單元與溝槽之間的區(qū)域，以及與該區(qū)域連接的溝槽中的部分光刻膠；
[0094]步驟37、刻蝕形成如圖14所示的結(jié)構(gòu)，去除多余的保護層材料，并去膠，剩余的第二保護層材料110為硬掩膜；
[0095]步驟38、以剩余的第二保護層材料110為硬掩膜再一次刻蝕，去除多余部分的磁性材料，如圖15所示；
[0096]步驟39、隨后進行介質(zhì)層材料的填充和化學(xué)機械拋光工藝，并在介質(zhì)層中采用光刻進行開孔，根據(jù)實際的需要制造一層或多層的金屬層和介質(zhì)層。
[0097]此外，本發(fā)明還可以包括制備X軸V軸磁傳感器(即水平方向磁傳感器)的步驟，由于制備水平方向的磁傳感器為現(xiàn)有技術(shù)，這里不做贅述。
[0098]實施例二
[0099]本實施例中，本發(fā)明制備方法可以先制造平面的磁傳感器陣列，再制造溝槽，隨后在溝槽內(nèi)形成導(dǎo)磁單元，具體包括如下步驟:
[0100]步驟31、在基底上形成第一磁性材料層，為單層或者多層，可包含保護層材料，通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元；
[0101]步驟32、制造溝槽，選擇性地沉積第二絕緣材料；
[0102]步驟33、沉積第二磁性材料層，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料的材質(zhì)相同或者不同；第二磁性材料層的厚度與第一磁性材料層的厚度相同或者不同；通常，第二磁性材料層的厚度大于第一磁性材料層的厚度；隨后沉積第二保護層材料；沉積在溝槽側(cè)壁的第二磁性材料的厚度大于第一磁性材料層厚度的一半以上；
[0103]步驟34、采用半導(dǎo)體工藝制造形成導(dǎo)磁單元；
[0104]步驟35、隨后進行介質(zhì)層材料的填充和化學(xué)機械拋光工藝，并在介質(zhì)層中采用光刻進行開孔，根據(jù)實際的需要制造一層或多層的金屬層和介質(zhì)層。
[0105]實施例三
[0106]本實施例與實施例一的區(qū)別在于，本實施例包含自對準制造超小感應(yīng)單元與檢測單元縫隙的工藝，具體包括:
[0107]步驟31、在基底101上形成溝槽陣列102，如圖8所示；
[0108]步驟32、形成第一絕緣材料層103，如圖9所示；
[0109]步驟33、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層104，隨后沉積第一保護材料，形成第一保護材料層105 ；通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元，如圖10所示；
[0110]步驟34、沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣材料層106，如圖11所示；
[0111]步驟35、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層107，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料的材質(zhì)相同或者不同；第二磁性材料層107的厚度與第一磁性材料層104的厚度相同或者不同；通常，第二磁性材料層107的厚度大于第一磁性材料層104的厚度；隨后沉積第二保護層材料，形成第二保護層材料層108，如圖12所示；
[0112]步驟36、曝光工藝，去除多余部分的光刻膠，保留如圖13所示的部分光刻膠109 ；保留的光刻膠109包括感應(yīng)單元與溝槽之間的區(qū)域，以及與該區(qū)域連接的溝槽中的部分光刻膠；
[0113]步驟37’、刻蝕，去除多余的第二保護材料；在刻蝕的過程中，通過刻蝕時間的控制，形成如圖16所示的結(jié)構(gòu)，即還保留部分第二保護材料層；具體地，保留光刻膠下的第二保護材料，以及光刻膠與感應(yīng)單元之間的第二保護材料；
[0114]步驟38’、去除光刻膠，如圖17所示；
[0115]步驟39’、以剩余的第二保護材料層110為硬掩膜再進行一次刻蝕，去除多余部分的第二磁性材料，如圖18所示。本發(fā)明的好處在于得到的感應(yīng)單元與導(dǎo)磁單元的距離能夠精確控制到一個較小的范圍:感應(yīng)單元與導(dǎo)磁單元中磁性材料的距離是通過兩者之間的介質(zhì)材料層(第二絕緣材料層106)在側(cè)壁的厚度決定的，而介質(zhì)材料層的厚度精確可控，并且能夠輕而易舉地做到10011111以下，例如5011111 ；在2軸傳感器的應(yīng)用中，2軸磁傳感器的靈敏度與上述的距離息息相關(guān)。
[0116]實施例四
[0117]本實施例與實施例一中所述制備方法的前面5步步驟相同；其區(qū)別在于，后續(xù)步驟中，所述制備方法對應(yīng)包括:
[0118]步驟36、曝光工藝，去除多余部分的光刻膠，保留如圖19所示的部分光刻膠139 ；保留的光刻膠139覆蓋在溝槽之上；
[0119]步驟37、刻蝕，去除多余的第二保護材料；去除光刻膠，如圖20所示；
[0120]步驟38、以剩余的第二保護材料層110為硬掩膜再進行一次刻蝕，去除多余部分的第二磁性材料，如圖21所示。即在溝槽里面保留有完整的磁性材料。
[0121]實施例五
[0122]本實施例與以上實施例的區(qū)別在于，本實施例中，先制備導(dǎo)磁單元(2軸方向的磁性薄膜),后制備感應(yīng)單元(水平方向的磁性薄膜本實施例中，磁傳感器的制備方法具體包括如下步驟:
[0123]步驟1、在具有0103電路的基底201上形成溝槽，依次沉積第二磁性材料層202和第二保護材料層203，通過半導(dǎo)體工藝形成如圖22所示的結(jié)構(gòu)；
[0124]步驟2、沉積第二絕緣層材料206，如圖23所示；
[0125]步驟3、隨后依次沉積第一磁性材料層204和第一保護層材料205，通過半導(dǎo)體工藝形成如圖24所示的結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)中，溝槽里的第二磁性材料層202能夠?qū)?方向的磁信號收集并引導(dǎo)到水平方向，由第一磁性材料層204進行測試。如圖24所示，導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元的距離可由第二絕緣層的厚度決定，可根據(jù)實際需要進行調(diào)整。
[0126]制造過程除了 2方向的磁傳感器之外還包括制造水平方向的磁傳感器，即能夠在同一芯片上制造三軸的磁傳感器。
[0127]綜上所述，本發(fā)明提出的磁傳感器及其制備方法，在單一的圓晶/芯片上同時具有X、V和2三軸方向的傳感單元，單芯片上可選擇性集成外圍電路，其制造工藝與標準的0103工藝完全兼容；具有良好的可制造性、優(yōu)異的性能和明顯的價格競爭力。
[0128]此外，本發(fā)明分步制造水平方向感應(yīng)單元和2方向的導(dǎo)磁單元，有助于提升2軸方向的器件靈敏度。因為2軸磁傳感器的靈敏度主要由檢測單元的靈敏度和朝檢測單元輸出的磁信號的強度決定；而朝檢測單元輸出的磁信號的強度則與在溝槽側(cè)壁磁性薄膜的厚度相關(guān)，即厚度越薄性能越差。本發(fā)明之所以分成兩步制造檢測單元(導(dǎo)磁單元)和信號收集單元(感應(yīng)單元),就是要增加溝槽側(cè)壁磁性薄膜的厚度，從而達到提高靈敏度的目的。
[0129]這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實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、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種磁傳感器的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括:分別制備磁傳感器的感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元；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)單元進行測量；所述感應(yīng)單元測量第一方向或/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)磁單元引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直； 所述導(dǎo)磁單元制備步驟中，溝槽側(cè)壁上導(dǎo)磁單元的磁性薄膜的厚度Hl是感應(yīng)單元的磁性薄膜的厚度H2的一半以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 所述導(dǎo)磁單元的主體部分形成于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面； 所述感應(yīng)單元的磁性材料層形成于溝槽外，用以接收所述導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號，并根據(jù)該磁信號測量出第三方向?qū)?yīng)的磁場強度及磁場方向； 導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元不連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 所述制備方法具體包括如下步驟: 步驟S1、在基底上形成溝槽陣列； 步驟S2、在設(shè)有溝槽陣列的基底上沉積第一絕緣材料； 步驟S3、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層；隨后沉積第一保護材料，形成第一保護材料層；通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元； 步驟S4、沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣材料層； 步驟S5、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料層的厚度與第一磁性材料層的厚度相同或者不同；隨后沉積第二保護材料，形成第二保護材料層； 步驟S6、曝光工藝，去除多余部分的光刻膠；刻蝕，去除多余的第二保護材料，并去除光刻膠，剩余的第二保護材料為硬掩膜； 步驟S7、以步驟S6剩余的第二保護層材料為硬掩膜再進行一次刻蝕，去除多余部分的第二磁性材料，剩余的第二磁性材料作為導(dǎo)磁單元的磁性薄膜； 步驟S8、進行介質(zhì)層材料的填充和化學(xué)機械拋光工藝，并在介質(zhì)層中采用光刻進行開孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 步驟S5中，第二磁性材料層的厚度大于第一磁性材料層的厚度； 步驟S6中，保留的光刻膠包括感應(yīng)單元與溝槽之間的區(qū)域，以及與該區(qū)域連接的溝槽中的部分； 步驟S8中，根據(jù)設(shè)定，制造一層或多金屬層及介質(zhì)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 所述制備方法具體包括如下步驟: 步驟S1、在基底上形成溝槽陣列； 步驟S2、在設(shè)有溝槽陣列的基底上沉積第一絕緣材料； 步驟S3、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層；隨后沉積第一保護材料，形成第一保護材料層；通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元； 步驟S4、沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣材料層；步驟S5、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料層的厚度與第一磁性材料層的厚度相同或者不同；隨后沉積第二保護材料，形成第二保護材料層； 步驟S6、曝光工藝，去除多余部分的光刻膠； 刻蝕，去除多余的第二保護材料；保留光刻膠下的第二保護材料，以及光刻膠與感應(yīng)單元之間的第二保護材料； 步驟S7’、去除光刻膠； 步驟S8’、以步驟S6’剩余的第二保護材料為硬掩膜再進行一次刻蝕，去除多余部分的第二磁性材料； 步驟S9’、進行介質(zhì)層材料的填充和化學(xué)機械拋光工藝，并在介質(zhì)層中采用光刻進行開孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 所述感應(yīng)單元與導(dǎo)磁單元中的磁性薄膜的距離通過調(diào)節(jié)兩者之間的第二絕緣材料在側(cè)壁的厚度確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 所述制備方法具體包括如下步驟: 步驟SI’ ’、在具有CMOS電路的基底上形成溝槽，在具有溝槽的基底上依次沉積第二磁性材料及第二保護材料，形成第二磁性材料層及第二保護材料層，通過半導(dǎo)體工藝形成導(dǎo)磁單元； 步驟S2’ ’、沉積第二絕緣材料，形成第二絕緣材料層； 步驟S3’ ’、依次沉積第一磁性材料及第一保護材料，形成第一磁性材料層及第一保護材料層，通過半導(dǎo)體工藝形成感應(yīng)單元；其中，溝槽里的第二磁性材料能夠?qū)方向的磁信號收集并引導(dǎo)到水平方向，由第一磁性材料層進行測試。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 所述制備方法具體包括如下步驟: 步驟1、在基底上形成沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層；隨后沉積第一保護材料，形成第一保護材料層；通過半導(dǎo)體工藝形成平面磁性材料陣列，作為感應(yīng)單元； 步驟2、形成溝槽，并沉積第二絕緣層材料； 步驟3、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層，第二磁性材料的材質(zhì)與第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料層的厚度與第一磁性材料層的厚度相同或者不同；隨后沉積第二保護材料，形成第二保護材料層； 步驟4、通過半導(dǎo)體工藝在溝槽的側(cè)壁形成導(dǎo)磁單元陣列； 步驟5、進行介質(zhì)層材料的填充和化學(xué)機械拋光工藝，并在介質(zhì)層中采用光刻進行開孔；并根據(jù)實際需要制造后續(xù)的金屬層和介質(zhì)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 所述制備方法包括:制造Z方向的磁傳感器，以及制造水平方向的磁傳感器，即能夠在同一芯片上制造三軸的磁傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的磁傳感器的制備方法，其特征在于: 所述溝槽側(cè)壁上導(dǎo)磁單元的磁性薄膜的厚度Hl為感應(yīng)單元的磁性薄膜的厚度H2的一半以上。
11.一種磁傳感器，其特征在于，所述磁傳感器包括:感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元；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)單元進行測量；所述感應(yīng)單元測量第一方向或/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； 所述溝槽側(cè)壁上導(dǎo)磁單元的磁性薄膜的厚度Hl為感應(yīng)單元的磁性薄膜的厚度H2的一半以上； 導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元不連通。
【文檔編號】H01L43/12GK104347798SQ201310340473
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】張挺, 楊鶴俊 申請人:上海矽?？萍加邢薰?br>