磁傳感裝置的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于半導體工藝技術領域，涉及一種傳感器的制備方法，尤其涉及一種磁 傳感裝置的制備方法。
【背景技術】
[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（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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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 Λ R而R3/R4減 少AR。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AV。
[0008] 現有磁傳感器的制備工藝通常包括如下步驟：步驟1、晶圓片上沉積相對較薄的 第一介質層；步驟2、沉積磁性材料；步驟3、沉積第二介質層。
[0009] 現有制備工藝制得的磁傳感器，磁性材料直接接觸到晶粒相對大的第二介質層， 從而影響表面材料的性質。反應在磁特性上面的表現是dR/R較低，僅有2. 5%左右，使得磁 傳感器的靈敏度不高。
[0010] 此外，現有在磁性材料之后沉積的第二介質層是導電材料，刻蝕時容易產生副產 物，比較難去除。
[0011] 有鑒于此，如今迫切需要設計一種磁傳感裝置的制備方法，以便克服現有制備方 法的上述缺陷。
【發明內容】
[0012] 本發明所要解決的技術問題是：提供一種磁傳感裝置的制備方法，減少刻蝕工藝 當產生的副產物。
[0013] 為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：
[0014] 一種磁傳感裝置的制備方法，所述制備方法包括：
[0015] 步驟S1、在基底上沉積第一絕緣介質層，第一絕緣介質層材料為一層或者多層；
[0016] 步驟S2、在第一絕緣介質層上沉積磁性材料，形成磁性材料層；
[0017] 步驟S3、在磁性材料層上沉積一層或者多層緩沖層；
[0018] 步驟S4、沉積第二絕緣介質層，第二絕緣介質層為單層或者多層；
[0019] 步驟S5、通過光刻與刻蝕工藝將第二絕緣介質層打開，并且停在緩沖層上，或者停 在磁性材料層上；
[0020] 步驟S6、接著去除光刻膠；
[0021] 步驟S7、通過刻蝕工藝將磁性材料層打開。
[0022] 作為本發明的一種優選方案，所述方法進一步包括：
[0023] 步驟S8、在第二絕緣介質層上沉積第三層介質層；
[0024] 步驟S9、通過光刻與刻蝕工藝，形成磁傳感器圖形；
[0025] 步驟S10、沉積第四層介質層；
[0026] 步驟S11、通過光刻與刻蝕工藝，將所需要的與電極層連接的部分打開，刻蝕停在 緩沖層上，然后沉積金屬層。
[0027] 作為本發明的一種優選方案，所述步驟Sl中，第一絕緣介質層為SiN材料；步驟 S2中，磁性材料層為NiFe材料；步驟S4中，第二絕緣介質層為SiN材料。
[0028] 作為本發明的一種優選方案，所述磁傳感裝置為三軸磁傳感裝置，三軸磁傳感裝 置包括Z軸磁傳感器，所述制備方法包括制備Z軸磁傳感器的步驟，具體包括：
[0029] 步驟1、在基底上沉積第一介質材料，形成第一絕緣介質層，第一絕緣介質層為一 層或者多層；在第一絕緣介質層表面上形成溝槽；
[0030] 步驟2、在所述設有溝槽的基底上沉積磁性材料，形成磁性材料層，磁性材料層的 一部分位于第一絕緣介質層表面，另一部分位于溝槽內；
[0031] 步驟3、在所述磁性材料層上沉積一層或多層緩沖層；
[0032] 步驟4、在緩沖層上沉積第二絕緣介質層；
[0033] 步驟5、通過光刻與刻蝕工藝將第二絕緣介質層打開，并且停在緩沖層上，或者停 在磁性材料層上；
[0034] 步驟6、接著去除光刻膠；
[0035] 步驟7、通過刻蝕工藝將磁性材料層打開。
[0036] 作為本發明的一種優選方案，所述制備Z軸磁傳感器的步驟還包括：
[0037] 步驟8、在第二絕緣介質層上沉積第三層介質層；
[0038] 步驟9、通過光刻與刻蝕工藝，形成磁傳感器圖形；
[0039] 步驟10、沉積第四層介質層；
[0040] 步驟11、通過光刻與刻蝕工藝，將所需要的與電極層連接的部分打開，刻蝕停在緩 沖層上，然后沉積金屬層。
[0041] 作為本發明的一種優選方案，所述緩沖層的材料為晶粒比第二絕緣介質層材料小 的薄膜，為金屬或非金屬。
[0042] 作為本發明的一種優選方案，所述緩沖層的材料為TaN。
[0043] 作為本發明的一種優選方案，所述Z軸磁傳感器包括感應單元、導磁單元；
[0044] 所述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 應第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應單元進行測量；
[0045] 所述感應單元設置于基底上，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結合導 磁單元輸出的磁信號，能測量被導磁單元引導到第一方向或/和第二方向測量的第三方向 磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直。
[0046] 作為本發明的一種優選方案，所述磁性材料為AMR或TMR或GMR。
[0047] 作為本發明的一種優選方案，所述緩沖層的厚度在3 A-1 OOnm之間。
[0048] 本發明的有益效果在于：本發明提出的磁傳感裝置的制備方法，在磁性材料之后 沉積的第二絕緣介質層為非導電材料，使得這樣的材料在稍后的刻蝕工藝當中不會產生過 多的副產物，從而提高制得的磁傳感裝置的精度及靈敏度。
[0049] 此外，本發明通過在磁性材料層與第二絕緣介質層中間加入一層相對較薄的緩沖 層可以很好的提升磁性材料的磁特性。原因在于，磁性材料不會直接接觸到晶粒相對大的 第二絕緣介質層，從而影響表面材料的性質。具體反應在磁特性上面的表現是dR/R從原先 的2. 5%提升至2. 9%以上，，如此的磁特性的改善使得最終的磁傳感器的靈敏度有了大幅度 的提升。
【附圖說明】
[0050] 圖1為現有磁傳感裝置的磁性材料的示意圖。
[0051] 圖2為現有磁傳感裝置的磁性材料及導線的結構示意圖。
[0052] 圖3為磁場方向和電流方向的夾角示意圖。
[0053] 圖4為磁性材料的Θ -R特性曲線示意圖。
[0054] 圖5為惠斯通電橋的連接圖。
[0055] 圖6為本發明制備方法步驟S4后的示意圖。
[0056] 圖7為本發明制備方法步驟S8后的示意圖。
【具體實施方式】
[0057] 下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
[0058] 實施例一
[0059] 請參閱圖6、圖7,本發明揭示了一種磁傳感裝置的制備方法，所述制備方法包括：
[0060] 【步驟Sl】在晶圓片(基底）1上沉積第一絕緣介質層2,第一絕緣介質層2可以為 一層或者多層；第一絕緣介質層可以為SiN材料；
[0061] 【步驟S2】在第一絕緣介質層2上沉積磁性材料，形成磁性材料層3 ;磁性材料層3 可以為NiFe材料；所述磁性材料為AMR或TMR或GMR。
[0062] 【步驟S3】在磁性材料層3上沉積一層或多層緩沖層4 (如可以為一層、兩層或