[發(fā)明專利]磁傳感器及其制備工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310385788.8
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN104422905B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張挺
• 申請（專利權(quán)）人: 上海矽?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號(hào): G01R33/09
• 分類號(hào): G01R33/09;H01L43/12
• 代理公司: 上海金盛協(xié)力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31242
• 代理人: 王松

技術(shù)領(lǐng)域

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，尤其涉及一種三軸磁傳感器；同時(shí)，本發(fā)明還涉及三軸磁傳感器的制備工藝。

背景技術(shù)

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(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。

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(gè)方向來表示。

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（Anisotropic Magneto-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(huì)導(dǎo)致AMR自身電阻值發(fā)生變化。

在制造、應(yīng)用過程中，將一個(gè)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(gè)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。

當(dāng)存在外界磁場Ha時(shí)，AMR單元上主磁域方向就會(huì)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(huì)發(fā)生變化，如圖3所示。對于AMR材料來說，θ角的變化會(huì)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(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(shí)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(shí)，電橋的輸出為一個(gè)微小的電壓ΔV。

目前的三軸傳感器是將一個(gè)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(jí)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埃诜较虼艂鞲胁考謩e設(shè)置于兩個(gè)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(shí)實(shí)現(xiàn)三軸傳感器的制造。

然而，現(xiàn)有的三軸傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝繁瑣。有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的磁傳感器及其制備工藝，以克服現(xiàn)有器件及工藝的上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種磁傳感器，可提升傳感器的性能，優(yōu)化制備工藝的流程。

此外，本發(fā)明還提供一種磁傳感器的制備工藝，可優(yōu)化工藝的流程，并提升制得傳感器的性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種磁傳感器的制備工藝，所述制備工藝包括第三方向磁傳感裝置的制備工藝，具體包括如下步驟：

步驟S1、在基底上沉積介質(zhì)材料，形成第一介質(zhì)層；

步驟S2、在第一介質(zhì)層上形成溝槽陣列；溝槽開口處的寬度大于等于其深度；

步驟S4、沉積磁材料，形成磁材料層；

步驟S5、在磁場中進(jìn)行退火，退火氣氛為氮?dú)?，或?yàn)槎栊詺怏w，或?yàn)檎婵眨?/p>

步驟S6、沉積絕緣材料，形成絕緣材料層，并且把溝槽填實(shí)，使絕緣材料層表面形成平面，使得后續(xù)轉(zhuǎn)變成平面工藝；

步驟S7、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)，用以感應(yīng)第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出到感應(yīng)單元進(jìn)行測量；感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，與導(dǎo)磁單元之間有縫隙，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(hào)，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；

步驟S8、制造通孔和電極。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法在步驟S2與步驟S4之間還包括步驟S3、在所述形成溝槽陣列的第一介質(zhì)層上沉積與所述第一介質(zhì)材料相同或者不同的第二介質(zhì)材料，形成第二介質(zhì)層。