3damr傳感器z方向磁電阻感應(yīng)薄膜圖形定義方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜圖形的定義方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D AMR (Anisotropic Magnetoresistance，簡(jiǎn)稱(chēng) AMR)是基于各向異性磁電阻效應(yīng)，即當(dāng)施加的磁場(chǎng)垂直于鐵磁材料中的電流時(shí)，電阻產(chǎn)生明顯的變化，通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體技術(shù)在硅片或其它基底上制備鐵磁薄膜長(zhǎng)條，并輔以外圍電路及控制IC的集成而形成的具有X、Y、Z 3D感應(yīng)的磁敏傳感器。
[0003]由于各向異性磁電阻傳感器有著功耗低、集成度高、靈敏度高、噪聲小、可靠性高及耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使其在磁敏傳感器中所占的比重越來(lái)越高，應(yīng)用領(lǐng)域也正在逐步擴(kuò)大。
[0004]因各向異性磁電阻傳感器所具有的3D磁阻感應(yīng)的能力，故需要進(jìn)行X、Y、Z三個(gè)方向的磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義，其中，Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義通常借助于深溝槽，通過(guò)光刻刻蝕的方法對(duì)溝槽底部及頂部岸邊進(jìn)行圖形定義，以形成Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜，如圖1、2所示。其在溝槽底部進(jìn)行磁電阻感應(yīng)薄膜圖形定義的意義主要在于降低平面方向(Χ、Υ)磁感應(yīng)的分量。該種對(duì)溝槽底部磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義方法存在光刻膠涂布不均勻、光刻圖形難以解析、溝槽填充工藝復(fù)雜、刻蝕量較大及刻蝕形貌難以控制等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供兩種3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義方法，它工藝簡(jiǎn)單，效果好，成本低。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的第一種3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義方法，步驟包括:
[0007]I)在娃襯底上成長(zhǎng)第一介質(zhì)膜；
[0008]2)成長(zhǎng)第二介質(zhì)膜；所述第二介質(zhì)膜在濕法刻蝕或各向同性的氣體刻蝕中的刻蝕速率小于第一介質(zhì)膜；
[0009]3)以第一介質(zhì)膜為刻蝕阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成第二介質(zhì)膜的溝槽；
[0010]4)用濕法刻蝕或各向同性的氣體刻蝕方法對(duì)第一介質(zhì)膜進(jìn)行刻蝕，在所述溝槽下方形成橫向凹槽；
[0011]5)成長(zhǎng)第三介質(zhì)膜；
[0012]6)濺射磁電阻感應(yīng)薄膜。
[0013]所述第一介質(zhì)膜和第三介質(zhì)膜為Si3N4。
[0014]所述第二介質(zhì)膜采用化學(xué)氣相沉積方法成長(zhǎng)，通常為氧化硅。
[0015]所述步驟4)，刻蝕掉的第一介質(zhì)膜的厚度要明顯大于第三介質(zhì)膜厚度的2倍和磁電阻感應(yīng)薄膜的厚度之和，較佳的是大0.5?3 μπι。
[0016]所述磁電阻感應(yīng)薄膜由過(guò)Ta渡層、NiFe磁阻層、保護(hù)層組成，一般為NiFe/TaN復(fù)合膜。
[0017]本發(fā)明的第二種3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義方法，步驟包括:
[0018]I)在娃襯底上成長(zhǎng)第一介質(zhì)膜；
[0019]2)成長(zhǎng)第四介質(zhì)膜；
[0020]3)成長(zhǎng)第二介質(zhì)膜；所述第二介質(zhì)膜在濕法刻蝕或各向同性的氣體刻蝕中的刻蝕速率小于第四介質(zhì)膜；
[0021]4)以第一介質(zhì)膜為刻蝕阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成第二介質(zhì)膜的溝槽；
[0022]5)用濕法刻蝕或各向同性的氣體刻蝕方法對(duì)第四介質(zhì)膜進(jìn)行刻蝕，在所述溝槽下方形成橫向凹槽；
[0023]6)成長(zhǎng)第三介質(zhì)膜；
[0024]7)濺射磁電阻感應(yīng)薄膜。
[0025]所述第一介質(zhì)膜和第三介質(zhì)膜為Si3N4。
[0026]所述第二介質(zhì)膜采用化學(xué)氣相沉積方法成長(zhǎng)，通常為氧化硅。
[0027]所述第四介質(zhì)膜為摻雜濃度低于第二介質(zhì)膜的氧化硅或固化后的聚酰亞胺。
[0028]所述磁電阻感應(yīng)薄膜由過(guò)Ta渡層、NiFe磁阻層、保護(hù)層組成，一般為NiFe/TaN復(fù)合膜。
[0029]所述步驟4)，刻蝕掉的第四介質(zhì)膜的厚度大于第三介質(zhì)膜厚度的2倍和磁電阻感應(yīng)薄膜的厚度之和，較佳的是大0.5?3 μπι。
[0030]本發(fā)明利用不同膜質(zhì)或不同摻雜濃度膜質(zhì)之間對(duì)各向同性刻蝕具有選擇比的特點(diǎn)，形成橫向凹槽，同時(shí)利用金屬濺射成膜的原理，使其在橫向凹槽處或倒梯形處形成濺射空白，以此定義所需要的Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形。與常規(guī)的Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜圖形定義方法相比，本發(fā)明的定義方法具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0031]1.圖形定義效果好，溝槽底部完全沒(méi)有平面方向的分量。
[0032]2.工藝簡(jiǎn)單，只要選擇的介質(zhì)膜膜質(zhì)合適，就只需要在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上增加一個(gè)橫向凹槽刻蝕步驟，不需要繁瑣的光刻刻蝕步驟。
[0033]3.成本低，不需要用昂貴的材料去填充溝槽。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1?圖2是常規(guī)的3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義方法示意圖。
[0035]圖3?圖8是本發(fā)明實(shí)施例1的3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義方法流程圖。
[0036]圖9?圖15本發(fā)明實(shí)施例2的3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜的圖形定義方法流程圖。
[0037]圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0038]1:娃襯底
[0039]2:第一介質(zhì)膜
[0040]3:第二介質(zhì)膜
[0041]4:第三介質(zhì)膜
[0042]5:磁電阻感應(yīng)薄膜
[0043]6:第四介質(zhì)膜
【具體實(shí)施方式】
[0044]為對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖，詳述如下:
[0045]實(shí)施例1
[0046]步驟1，清洗硅片，在硅襯底I上成長(zhǎng)第一介質(zhì)膜2，如圖3所示。本實(shí)施例中，第一介質(zhì)膜2為Si3N4膜。
[0047]步驟2，用化學(xué)氣相沉積方法成長(zhǎng)第二介質(zhì)膜3，如圖4所示。所述第二介質(zhì)膜3
為氧化硅膜。
[0048]步驟3，通過(guò)光刻和刻蝕形成第二介質(zhì)膜3的溝槽，如圖5所示。第一介質(zhì)膜2在本步刻蝕中用作刻蝕阻擋層。
[0049]步驟4，用各向同性刻蝕方法對(duì)第一介質(zhì)膜2進(jìn)行不完全刻蝕，在步驟3所述的溝槽下方形成橫向凹槽，如圖6所示。本步刻蝕中，刻蝕掉的第一介質(zhì)膜2的厚度需要明顯大于第三介質(zhì)膜4厚度的2倍再加上磁電阻感應(yīng)薄膜的厚度的和。
[0050]步驟5，成長(zhǎng)第三介質(zhì)膜4，如圖7所示。本實(shí)施例中，第三介質(zhì)膜4為氮化硅膜。
[0051]步驟6，濺射磁電阻感應(yīng)薄膜5，如圖8所示。本實(shí)施例的磁電阻感應(yīng)薄膜5為NiFe/TaN復(fù)合膜。
[0052]實(shí)施例2
[0053]步驟1，清洗硅片，在硅襯底I上成長(zhǎng)第一介質(zhì)膜2，如圖9所示。本實(shí)施例中，第一介質(zhì)膜2為Si3N4膜。
[0054]步驟2，成長(zhǎng)第四介質(zhì)膜6，如圖10所示。所述第四介質(zhì)膜6為摻雜濃度低于第二介質(zhì)膜的氧化硅或固化后的聚酰亞胺。
[0055]步驟3，用化學(xué)氣相沉積方法成長(zhǎng)第二介質(zhì)膜3，如圖11所示。所述第二介質(zhì)膜3為氧化硅膜。
[0056]步驟4，通過(guò)光刻和刻蝕形成第二介質(zhì)膜3的溝槽，如圖12所示。
[0057]步驟5，用各向同性刻蝕方法對(duì)第四介質(zhì)膜6進(jìn)行不完全刻蝕，在步驟4所述的溝槽下方形成橫向凹槽，如圖13所示。本步刻蝕中，刻蝕掉的第四介質(zhì)膜6的厚度需要明顯大于第三介質(zhì)膜4厚度的2倍再加上磁電阻感應(yīng)薄膜5的厚度的和。
[0058]步驟6，成長(zhǎng)第三介質(zhì)膜4，如圖14所示。本實(shí)施例的第三介質(zhì)膜4為氮化硅膜。第三介質(zhì)膜的厚度不能太厚，一般為0.2?I μ m。
[0059]步驟7，濺射磁電阻感應(yīng)薄膜5，如圖15所示。本實(shí)施例的磁電阻感應(yīng)薄膜5為NiFe/TaN復(fù)合膜。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜圖形定義方法，其特征在于，步驟包括: 1)在娃襯底上成長(zhǎng)第一介質(zhì)膜； 2)成長(zhǎng)第二介質(zhì)膜；所述第二介質(zhì)膜在濕法刻蝕或各向同性的氣體刻蝕中的刻蝕速率小于第一介質(zhì)膜； 3)以第一介質(zhì)膜為刻蝕阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成第二介質(zhì)膜的溝槽； 4)用濕法刻蝕或各向同性的氣體刻蝕方法對(duì)第一介質(zhì)膜進(jìn)行刻蝕，在所述溝槽下方形成橫向凹槽； 5)成長(zhǎng)第三介質(zhì)膜； 6)濺射磁電阻感應(yīng)薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)膜和第三介質(zhì)膜為Si3N4，所述第二介質(zhì)膜為氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)，用化學(xué)氣相沉積方法成長(zhǎng)第二介質(zhì)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)，刻蝕掉的第一介質(zhì)膜的厚度大于第三介質(zhì)膜厚度的2倍和磁電阻感應(yīng)薄膜的厚度之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟4)，刻蝕掉的第一介質(zhì)膜的厚度比第三介質(zhì)膜厚度的2倍和磁電阻感應(yīng)薄膜的厚度之和大0.5?3 μπι。
6.3D AMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜圖形定義方法，其特征在于，步驟包括: 1)在娃襯底上成長(zhǎng)第一介質(zhì)膜； 2)成長(zhǎng)第四介質(zhì)膜； 3)成長(zhǎng)第二介質(zhì)膜；所述第二介質(zhì)膜在濕法刻蝕或各向同性的氣體刻蝕中的刻蝕速率小于第四介質(zhì)膜； 4)以第一介質(zhì)膜為刻蝕阻擋層，通過(guò)光刻和刻蝕形成第二介質(zhì)膜的溝槽； 5)用濕法刻蝕或各向同性的氣體刻蝕方法對(duì)第四介質(zhì)膜進(jìn)行刻蝕，在所述溝槽下方形成橫向凹槽； 6)成長(zhǎng)第三介質(zhì)膜； 7)濺射磁電阻感應(yīng)薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)膜和第三介質(zhì)膜為Si3N4，所述第二介質(zhì)膜為氧化硅，所述第四介質(zhì)膜為摻雜濃度低于第二介質(zhì)膜的氧化硅或固化后的聚酰亞胺。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，步驟2)，用化學(xué)氣相沉積方法成長(zhǎng)第二介質(zhì)膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟4)，刻蝕掉的第四介質(zhì)膜的厚度大于第三介質(zhì)膜厚度的2倍和磁電阻感應(yīng)薄膜的厚度之和。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟4)，刻蝕掉的第四介質(zhì)膜的厚度比第三介質(zhì)膜厚度的2倍和磁電阻感應(yīng)薄膜的厚度之和大0.5?3 μπι。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了兩種3DAMR傳感器Z方向磁電阻感應(yīng)薄膜圖形定義方法，一種是在硅襯底上成長(zhǎng)第一介質(zhì)膜和第二介質(zhì)膜，然后光刻刻蝕形成第二介質(zhì)膜的溝槽，再用濕法或各向同性氣體刻蝕方法刻蝕第一介質(zhì)膜，在溝槽下方形成橫向凹槽，最后成長(zhǎng)第三介質(zhì)膜和濺射磁電阻感應(yīng)薄膜。第二種是在硅襯底上成長(zhǎng)第一介質(zhì)膜作為刻蝕阻擋層后，再成長(zhǎng)一層第四介質(zhì)膜，橫向凹槽開(kāi)在第四介質(zhì)膜上。本發(fā)明利用不同膜質(zhì)或不同摻雜濃度膜質(zhì)之間對(duì)各向同性刻蝕具有選擇比的特點(diǎn)，形成橫向凹槽，再利用金屬濺射成膜原理，形成Z方向磁電阻薄膜，不僅改善了圖形定義好，而且簡(jiǎn)化了工藝，降低了成本。
【IPC分類(lèi)】H01L43-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104576923
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410842342
【發(fā)明人】程晉廣
【申請(qǐng)人】上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日