三軸amr磁力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種三軸各向異性磁電阻(Anisotropic Magneto Resistance，AMR)磁力傳感器的制造方法。
【背景技術】
[0002]磁電阻(Magneto Resistance，MR)效應是指物質的電阻會隨外加磁場的改變而變化的現象。按照磁電阻的大小和機理不同可分為，正常磁電阻效應(OMR)、AMR效應、巨磁電阻效應(Giant Magneto Resistance，GMR)和超巨磁電阻效應(Colossal MagnetoResistance，CMR)等。
[0003]對于AMR效應，在居里溫度以下，鐵磁金屬的電阻率會隨電流I和磁化強度M的相對取向而異，呈現出各向異性的現象。利用AMR效應能夠測量磁場大小和方向的傳感器，AMR磁力傳感器具有體積小，功耗低，靈敏度高，抗干擾能力強，可靠性高等優點^MR磁力傳感器能夠應用于地磁導航、數字智能羅盤、位置測量和偽鈔鑒別等方面，應用前景廣闊。
[0004]AMR磁力傳感器也能應用于微機電系統(MEMS)中，在采用3軸(3D)AMR磁力傳感器的MEMS中，現有3D AMR磁力傳感器的磁性材料層一般采用坡莫合金即鐵鎳(NiFe)合金形成。現有三軸AMR磁力傳感器包括X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器。X軸AMR磁力傳感器和Y軸AMR磁力傳感器都為水平方向AMR磁力傳感器，Z軸AMR磁力傳感器則會實現垂直方向AMR磁力傳感器。X軸AMR磁力傳感器和Y軸AMR磁力傳感器形成于襯底表面即可，而Z軸AMR磁力傳感器則需要形成于溝槽的側壁表面。
[0005]如圖1所示，是現有三軸AMR磁力傳感器的制造方法過程中的器件結構圖；現有三軸AMR磁力傳感器的制造方法包括如下步驟:
[0006]步驟一、在襯底101上形成第一絕緣層102;所述第一絕緣層102為氧化硅層。
[0007]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述第一絕緣層102中形成溝槽103;溝槽103的底部不穿過所述第一絕緣層102、而是位于所述第一絕緣層102中。
[0008]步驟三、在所述溝槽103的底部表面、側面以及所述溝槽103外的所述第一絕緣層102表面形成第二介質隔離層104，所述第二介質隔離層104用于對所述第一絕緣層102進行隔離。所述第二介質隔離層104為氮化硅層，用于防止氧化硅和磁性材料NiFe發生反應。
[0009]步驟四、在所述第二介質隔離層104表面形成具有各向異性磁電阻的磁性材料層105;所述磁性材料層105為鐵鎳合金層，厚度能選擇為230埃。
[0010]步驟五、在所述磁性材料層105表面形成保護層106，所述保護層106用于對磁性材料層105進行保護;所述保護層106為氮化鉭層(TaN)，厚度為900埃。
[0011]步驟六、對所述磁性材料層105和所述保護層106進行退火處理。
[0012]步驟七、采用光刻刻蝕工藝對所述保護層106和所述磁性材料層105進行刻蝕并同時三軸AMR磁力傳感器的X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器。
[0013]上述現有方法形成的三軸AMR磁力傳感器中，Z軸AMR磁力傳感器的特性要比X軸AMR磁力傳感器和Y軸AMR磁力傳感器的差，因此如何提高Z軸AMR磁力傳感器的特性則為本申請所要研究的主要課題。
【發明內容】
[0014]本發明所要解決的技術問題是提供一種三軸AMR磁力傳感器的制造方法，能改善Z軸AMR磁力傳感器的磁性，同時工藝成本較低。
[0015]為解決上述技術問題，本發明提供的三軸AMR磁力傳感器的制造方法包括如下步驟:
[0016]步驟一、在襯底上形成第一絕緣層。
[0017]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述第一絕緣層中形成溝槽，后續Z軸AMR磁力傳感器會形成于所述溝槽中。
[0018]步驟三、在所述溝槽的底部表面、側面以及所述溝槽外的所述第一絕緣層表面形成第二側壁修復層，通過形成所述第二側壁修復層對步驟二的刻蝕工藝在所述溝槽的側壁表面和底部表面造成的損傷進行修復，從而提高所述溝槽的側壁表面和底部表面光滑度并使后續形成于所述溝槽的側壁表面的所述Z軸AMR磁力傳感器的磁性改善。
[0019]步驟四、在所述溝槽的底部表面、側面以及所述溝槽外的所述第二側壁修復層表面形成第三介質隔離層。
[0020]步驟五、在所述第三介質隔離層表面形成具有各向異性磁電阻的磁性材料層。
[0021]步驟六、采用光刻刻蝕工藝對所述磁性材料層進行刻蝕并同時形成三軸AMR磁力傳感器的X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器，所述X軸AMR磁力傳感器和所述Y軸AMR磁力傳感器位于所述溝槽外的所述第三介質隔離層表面，所述Z軸AMR磁力傳感器位于所述溝槽側壁的所述第三介質隔離層表面。
[0022]進一步的改進是，所述磁性材料層為鐵鎳合金層。
[0023]進一步的改進是，所述第一絕緣層為氧化硅層。
[0024]進一步的改進是，所述第二側壁修復層為氧化硅層。
[0025]進一步的改進是，所述第二側壁修復層的厚度小于等于500埃，盡最大可能不改變形貌。
[0026]進一步的改進是，所述第三介質隔離層為氮化硅層。
[0027]進一步的改進是，步驟五中形成所述磁性材料層之后還包括在所述磁性材料層表面形成保護層的步驟，之后對所述磁性材料層和所述保護層進行退火，步驟六中采用光刻刻蝕工藝依次對所述保護層和所述磁性材料層進行刻蝕同時形成所述三軸AMR磁力傳感器。
[0028]進一步的改進是，所述磁性材料層為鐵鎳合金層，所述保護層為氮化鉭層。
[0029]本發明通過在溝槽刻蝕之后增加了一步對溝槽的底部表面和側面損傷進行修復的工藝，能增加溝槽側面的光滑度，使得后續形成于溝槽側面的Z軸AMR磁力傳感器的特性得到改善，所以本發明能改善Z軸AMR磁力傳感器的磁性，同時工藝成本低。
[0030]由上可知，本發明通過對現有方法中Z軸AMR磁力傳感器比X和Y軸AMR磁力傳感器的特性差，將Z軸AMR磁力傳感器特性變差的原因歸結為和溝槽本身相關，而和磁性材料層形成的本身因素無關，這樣就找到了影響Z軸AMR磁力傳感器特性的因素，即溝槽刻蝕后的側面損傷會帶來粗糙度(rough)的增加、這會使得后續磁性材料層的粗糙度也增加，從而使得Z軸AMR磁力傳感器特性變差;而本發明正是通過對這些技術問題進行分析后確定了溝槽的刻蝕后的側面損傷和Z軸AMR磁力傳感器特性變差的關系，之后僅通過增加一步簡單的消除溝槽的刻蝕后的側面損傷的步驟，就能實現Z軸AMR