[發明專利]磁傳感裝置的制造工藝

有效

• 申請號: 201210563687.0
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103887427A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 磁感科技香港有限公司
• 主分類號: H01L43/12
• 分類號: H01L43/12;G01R33/09
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

技術領域

本發明屬于半導體工藝技術領域，涉及一種磁傳感裝置，尤其涉及一種磁傳感裝置的制造工藝。

背景技術

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），隧道結磁阻(TMR)元件及巨磁阻(GMR)元件、感應線圈、超導量子干涉磁強計等。

電子羅盤是磁傳感器的重要應用領域之一，隨著近年來消費電子的迅猛發展，除了導航系統之外，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用便利，近年來，磁傳感器的需求也開始從兩軸向三軸發展。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Y軸兩個方向來表示。

以下介紹現有磁傳感器的工作原理。磁傳感器采用各向異性磁致電阻（Anisotropic?Magneto-Resistance）材料來檢測空間中磁感應強度的大小。這種具有晶體結構的合金材料對外界的磁場很敏感，磁場的強弱變化會導致AMR自身電阻值發生變化。

在制造、應用過程中，將一個強磁場加在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。為了使測量結果以線性的方式變化，AMR材料上的金屬導線呈45°角傾斜排列，電流從這些導線和AMR材料上流過，如圖2所示；由初始的強磁場在AMR材料上建立起來的主磁域和電流的方向有45°的夾角。

當存在外界磁場Ha時，AMR單元上主磁域方向就會發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也會發生變化，如圖3所示。對于AMR材料來說，θ角的變化會引起AMR自身阻值的變化，如圖4所示。

通過對AMR單元電阻變化的測量，可以得到外界磁場。在實際的應用中，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是初始狀態相同的AMR電阻，當檢測到外界磁場的時候，R1/R2阻值增加ΔR而R3/R4減少ΔR。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ΔV。

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行系統級封裝組合在一起，以實現三軸傳感的功能（可參考美國專利US5247278、US5952825、US6529114、US7126330、US7358722）；也就是說需要將平面傳感部件及Ｚ方向磁傳感部件分別設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三軸傳感器的制造。

有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的磁傳感裝置及其制備方法，以使實現在單圓晶/芯片上進行三軸傳感器的制造。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種磁傳感裝置的制造工藝，可在同一個圓晶或芯片上制備三軸磁感應器件。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種磁傳感裝置的制造工藝，所述制造工藝包括如下步驟：

步驟S1：在基底上沉積介質材料，形成介質材料層；

步驟S2：在介質材料層上開溝槽；

步驟S3：在介質材料層上沉積第二介質材料層；

步驟S4：在第二介質材料層上依次沉積磁性材料和電極材料，分別形成沉積磁性材料層和電極材料層，隨后進行退火；電極材料層同時作為磁性材料層的保護；

步驟S5：沉積光刻膠，曝光，顯影；

步驟S6：刻蝕，去除部分磁性材料和電極材料；

步驟S7：去除光刻膠；在第二介質材料層上分別形成感應單元的磁性材料層、導磁單元；導磁單元的主體部分形成于溝槽內，并有部分露出溝槽至基底表面，用以感應第三方向的磁場信號，并將該磁場信號輸出；感應單元的磁性材料層形成于溝槽外，用以接收所述導磁單元輸出的第三方向的磁場信號，并根據該磁場信號測量出第三方向對應的磁場強度及磁場方向；感應單元的磁性材料層測量第一方向或/和第二方向的磁場，將測量第三方向的磁場引導到測量第一方向或/和第二方向對應的磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；

步驟S8：沉積第三介質材料；

步驟S9：通過刻蝕，去除部分第三介質材料，僅在角落保留介質材料，形成介質材料側壁保護層，保護磁性材料層；

步驟S10：在感應單元的磁性材料層上沉積第二電極材料并光刻，形成第二電極層；

步驟S11：填充第二介質材料，配合化學機械拋光進行平坦化，并且通過半導體工藝，引出第二電極。