[發明專利]提高第三軸感應能力的磁傳感器及其制備工藝

有效

• 申請號: 201410778540.2
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104483637B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 楊鶴俊;張挺;王宇翔;邱鵬
• 申請（專利權）人: 上海矽睿科技有限公司
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 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

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種磁傳感器，尤其涉及一種提高第三軸感應能力的磁傳感器；同時，本發明還涉及一種上述磁傳感器的制備工藝。

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。

為了提高競爭力，一種方案將X軸、Y軸、Z軸感應器件設置在同一個圓晶或芯片上，提高了磁傳感器的可制造性、磁感應能力，價格也相應降低。如中國專利CN201210563667.3揭示了一種磁傳感裝置及其磁感應方法，該第三方向(Z軸)磁傳感部件包括：基底、導磁單元、感應單元、外圍電路；基底的表面開有溝槽；導磁單元的主體部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽至基底表面，用以感應Z軸方向的磁信號，并將該磁信號輸出；感應單元設置于所述基底表面上，用以接收所述導磁單元輸出的Z軸方向的磁信號，并根據該磁信號測量出Z軸方向對應的磁場強度及磁場方向。

然而，由于導磁單元與感應單元通常同時制備，導磁單元采用沉積的方式設置在溝槽的側壁，因此導磁單元的厚度較薄，導致第三軸方向的靈敏度不佳。而如果通過增加沉積厚度，使得導磁單元沉積到適合的厚度，會使得感應單元的厚度較厚，又降低第一軸、第二軸的靈敏度，還會削弱傳感器的檢測范圍。

有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的磁傳感器和制造工藝，以便克服現有磁傳感器的上述缺陷，在不損失第一和第二方向磁傳感器性能的前提下，提升第三方向的性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種提高第三軸靈敏度的磁傳感器的制備工藝，可提高第三軸的感應能力，又不會影響第一軸、第二軸方向的靈敏度。

此外，本發明還提供一種提高第三軸靈敏度的磁傳感器，可提高第三軸的感應能力，又不會影響第一軸、第二軸方向的靈敏度。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種提高第三軸感應能力的磁傳感器的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟：

步驟S1、在基底上形成溝槽陣列；

步驟S2、沉積第一磁性材料，形成第一磁性材料層；

步驟S3、沉積第一介質材料，形成第一介質材料層；

步驟S5、通過光刻工藝，形成磁傳感器單元圖形；

步驟S6、沉積第三介質材料，形成第三介質材料層，溝槽被部分填充；

步驟S7、沉積第二磁性材料，形成第二磁性材料層；

步驟S8、通過刻蝕工藝回刻平面上的部分或全部第二磁性材料層,保留溝槽里面的第二磁性材料；

步驟S9、沉積第四介質材料，形成第四介質材料層；

步驟S10、制造通孔和電極。

作為本發明的一種優選方案，所述方法步驟S3、S5之間還包括步驟S4、沉積第二介質材料，形成第二介質材料層。

作為本發明的一種優選方案，所述步驟S5中，生成磁傳感器的圖形，形成感應單元的磁材料層，同時通過溝槽的應用形成導磁單元，即在單芯片上形成三軸傳感器；所述導磁單元的主體部分設置于溝槽內，用以收集第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出給感應單元；所述感應單元靠近溝槽設置，用以接收所述導磁單元輸出的第三方向的磁信號，并根據該磁信號測量出第三方向對應的磁場強度及磁場方向；

所述導磁單元包括第一導磁單元、第二導磁單元，第一導磁單元為沉積的第一磁性材料而后經步驟S5光刻形成；第二導磁單元為沉積第二磁性材料而后經步驟S8刻蝕形成。

作為本發明的一種優選方案，所述制備工藝還包括：

制備第一磁傳感器、第二磁傳感器的步驟，第一磁傳感器、第二磁傳感器分別用以感應與基底表面平行的第一方向、第二方向，第一方向、第二方向相互垂直。

作為本發明的一種優選方案，所述第一磁性材料與第二磁性材料相同，或者不同。

所述第一磁性材料或/和第二磁性材料為AMR材料，或為GMR材料，或為TMR材料。

所述第一磁性材料或/和第二磁性材料為鎳鐵合金。

所述基底含有CMOS電路，或者不含CMOS電路。