一種磁傳感裝置的制備工藝制造方法及圖紙

本發明專利技術揭示了一種磁傳感裝置的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟：步驟S1：在基底上沉積絕緣的介質材料；步驟S2：依次沉積磁性材料和電極材料，電極材料層同時作為磁性材料的保護層；步驟S3：甩涂光刻膠，曝光，顯影；步驟S4：刻蝕，去除多余部分的電極材料、磁性材料，并去除光刻膠；步驟S5：在刻蝕完成后，采用等離子體對圓晶進行清洗，隨后在不破壞真空的情況下進行TaxNy材料的沉積，其中，x<y；TaxNy材料用于保護經刻蝕露出的磁性材料的側壁，避免其被氧化；步驟S6：沉積第二電極層，并進行圖形化。本發明專利技術提出的磁傳感裝置的制備工藝，通過在電極材料層上設置一層TaxNy材料，可有效防止磁性材料側壁部分被氧化，從而提高磁傳感裝置的性能。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術揭示了一種磁傳感裝置的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟：步驟S1：在基底上沉積絕緣的介質材料；步驟S2：依次沉積磁性材料和電極材料，電極材料層同時作為磁性材料的保護層；步驟S3：甩涂光刻膠，曝光，顯影；步驟S4：刻蝕，去除多余部分的電極材料、磁性材料，并去除光刻膠；步驟S5：在刻蝕完成后，采用等離子體對圓晶進行清洗，隨后在不破壞真空的情況下進行TaxNy材料的沉積，其中，x<y；TaxNy材料用于保護經刻蝕露出的磁性材料的側壁，避免其被氧化；步驟S6：沉積第二電極層，并進行圖形化。本專利技術提出的磁傳感裝置的制備工藝，通過在電極材料層上設置一層TaxNy材料，可有效防止磁性材料側壁部分被氧化，從而提高磁傳感裝置的性能。【專利說明】一種磁傳感裝置的制備工藝
本專利技術屬于半導體
，涉及一種磁傳感裝置，尤其涉及一種磁傳感裝置的制備工藝。
技術介紹
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坐寸ο 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角的變化會弓I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。 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。 此外，磁傳感器的性能與磁性材料的性能關系密切，磁性材料的氧化對磁傳感器將造成致命的傷害。通常，在磁性傳感器的工藝中，在磁傳感器刻蝕后，會需要沉積介質材料，如SiN對磁性材料的側壁進行保護，起到了一定的保護作用。然而，在刻蝕與介質材料沉積之前，往往需要受設備和工藝的限制而不能及時沉積，因此，會造成磁性材料特別是側壁部分的氧化，進而導致傳感器性能的變化。 有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的磁傳感裝置的制備工藝，以在單圓晶/芯片上進行三軸傳感器的制造，同時解決磁性材料側壁部分被氧化的問題，又不引入新的材料造成工藝的復雜化和成本的上升。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是:提供一種磁傳感裝置的制備工藝，可有效防止磁性材料側壁部分被氧化。 為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案: 一種磁傳感裝置的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟: 步驟S1:在基底上沉積絕緣的介質材料； 步驟S2:依次沉積磁性材料和電極材料，電極材料層同時作為磁性材料的保護層； 步驟S3:甩涂光刻膠，曝光，顯影； 步驟S4:刻蝕，去除多余部分的電極材料、磁性材料,并去除光刻膠； 步驟S5:在刻蝕完成后，采用等離子體對圓晶進行清洗，隨后在不破壞真空的情況下進行高阻值材料的沉積；高阻值材料用于保護經刻蝕露出的磁性材料的側壁，避免其被氧化； 步驟S6:沉積第二電極層，并進行圖形化。 作為本專利技術的一種優選方案，所述步驟S5中，所述高阻值材料的電阻值大于磁性材料及電極材料，阻值范圍介于50mΩ.cm到50 Ω.cm之間；所述高阻值材料為TaxNy材料，其中，x<y ;或者，所述高阻值材料為TiN材料。 作為本專利技術的一種優選方案，所述的磁性材料為各向異性磁電阻材料，或為巨磁電阻材料，或為隧道磁電阻材料。 作為本專利技術的一種優選方案，步驟S2中，沉積磁性材料前，可沉積過渡層材料，用于提升磁性材料的性能。 作為本專利技術的一種優選方案，步驟S4中，磁性材料層為單層或者多層，材料采用NiFe合金。 作為本專利技術的一種優選方案，所述制備工藝為制造Z方向的磁傳感器，在步驟SI與S2之間，進一步包括: 步驟Sll:在介質材料層上開溝槽； 步驟S12:在介質材料層上沉積第二介質材料層； 作為本專利技術的一種優選方案，磁性材料的沉積后，包括在磁場中的退火過程。 作為本專利技術的一種優選方案，步驟S5中所述的TaxNy材料厚度為0.2nm到1nm之間。 作為本專利技術的一種優選方案，步驟S5中所述的高阻值材料的電阻率大于50m Ω.cm。 作為本專利技術的一種優選方案，步驟S5中，y是X的1.5倍以上。 作為本專利技術的一種優選方案，步驟S5中所述的TaxNy材料為多層材料。 作為本專利技術的一種優選方案，在步驟S5與S6之間，還包括:介質材料的沉積步驟，以及在介質材料上開孔，用于連接電極與磁性材料層。 作為本專利技術的一種優選方案，步驟S6后，還包括多層電極以及介質材料的形成和工藝。 作為本專利技術的一種優選方案，步驟SI中所述的基底為具有CMOS電路的基底。 本專利技術的有益效果在于:本專利技術提出的磁傳感裝置的制備工藝，通過在電極材料層上設置一層TaxNy,可有效防止磁性材料側壁部分被氧化，從而提高磁傳感裝置的性能。同時，本專利技術可以在同一個圓晶或芯片上制備三軸磁感應器件。單芯片上可選擇性集成ASIC外圍電路，其制造工藝與標準的CMOS工藝完全兼容；具有良好的可制造性、優異的性能和明顯的價格競爭力。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1為現有磁傳感裝置的磁性材料的示意圖。 圖2為現有磁傳感裝置的磁性材料及導線的結構示意圖。 圖3為磁場方向和電流方向的夾角示意圖。 圖4為磁性材料的Θ -R特性曲線示意圖。 圖5為惠斯通電橋的連接圖。 圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種磁傳感裝置的制備工藝，其特征在于，所述制備工藝包括如下步驟：?步驟S1：在基底上沉積絕緣的介質材料；?步驟S2：依次沉積磁性材料和電極材料，電極材料層同時作為磁性材料的保護層；?步驟S3：甩涂光刻膠，曝光，顯影；?步驟S4：刻蝕，去除多余部分的電極材料、磁性材料，并去除光刻膠；?步驟S5：在刻蝕完成后，采用等離子體對圓晶進行清洗，隨后在不破壞真空的情況下進行高阻值材料的沉積，；高阻值材料用于保護經刻蝕露出的磁性材料的側壁，避免其被氧化；?步驟S6：沉積第二電極層，并進行圖形化。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：萬旭東，張挺，
申請(專利權)人：上海矽睿科技有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31