磁傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供磁傳感器及其制造方法。該磁傳感器包括：設(shè)置在襯底中的霍爾元件；設(shè)置在襯底上的保護層；設(shè)置在保護層上的籽層；以及形成在籽層上的磁集極(IMC)，籽層和IMC各自均具有不平坦表面。
【專利說明】磁傳感器及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請按照35U.S.C.§ 119要求于2013年3月8日提交至韓國知識產(chǎn)權(quán)局的韓國專利申請第10-2013-0025230號的權(quán)益，其全部公開內(nèi)容以所有目的通過引用合并到本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]以下描述涉及磁傳感器及其制造方法，并且涉及包括霍爾元件和磁集極(MC)的可以檢測磁場方向的磁傳感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]磁傳感器用于檢測磁場。結(jié)合有霍爾器件和磁集極(integrated magneticconcentrator, IMC)的磁傳感器可以用于檢測磁場的方向。
[0005]在這樣的磁傳感器的一個示例中，頂C由具有平坦形狀的磁性材料形成。在磁傳感器的IMC的邊緣部中設(shè)置有霍爾效應(yīng)器件。這樣的磁傳感器可以用于檢測三維磁場的方向。
[0006]具有該構(gòu)造的磁傳感器在通過MC而設(shè)置有霍爾效應(yīng)器件的區(qū)域中有效地檢測水平磁場并且放大磁場。
[0007]圖1為不出在美 國專利第6，545, 462號中公開的磁傳感器的俯視圖。附圖標(biāo)記3表示IMC,并且附圖標(biāo)記2.1至2.6表示霍爾效應(yīng)元件。
[0008]具有如圖1所示的構(gòu)造的磁傳感器包括具有平坦上表面和平坦下表面的MC3。IMC3的平坦形狀對霍爾效應(yīng)器件2.1至2.6產(chǎn)生高應(yīng)力，并且使磁傳感器的偏置電壓增加。因此，期望減小這樣的磁傳感器的應(yīng)力并且降低其偏置電壓。
[0009]在圖1的磁傳感器中，當(dāng)未施加磁場時，霍爾效應(yīng)元件的電壓必須為零(O)。然而，霍爾效應(yīng)元件的電壓可能具有不為零(O)的值。偏置電壓表示在霍爾效應(yīng)元件的電壓具有不為零(O)的值時的電壓差。隨著偏置電壓增加，在磁傳感器中較可能發(fā)生故障。此外，當(dāng)向具有大偏置電壓的器件施加磁場時，霍爾效應(yīng)元件的變化不顯著，并且該器件的靈敏度降低。換言之，因為偏置電壓較大，所以信噪比降低。在其中檢測磁場的精細變化的應(yīng)用中，利用具有高偏置電壓的磁傳感器難以檢測該精細變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在一個一般性方面中，提供一種磁傳感器，該磁傳感器包括:設(shè)置在襯底中的霍爾元件；設(shè)置在襯底上的保護層；設(shè)置在保護層上的籽層；以及形成在籽層上的磁集極(IMC)，該籽層和MC各自均具有不平坦表面。
[0011]IMC的面積可以等于或大于籽層的面積。
[0012]保護層可以包括形成在其表面上的多個突起。
[0013]籽層的不平坦表面和MC的不平坦表面各自可以具有其中布置有多個凹部和多個凸部的截面。
[0014]霍爾元件中之一可以在垂直方向上與MC的邊緣部重疊。
[0015]保護層可以包括鈍化絕緣層和緩沖層。
[0016]保護層還可以包括腐蝕阻擋層。
[0017]腐蝕阻擋層可以包括氧化硅層或氮化硅層。
[0018]腐蝕阻擋層可以具有5nm至50nm的厚度。
[0019]腐蝕阻擋層可以介于鈍化絕緣層和緩沖層之間。
[0020]突起可以包含聚酰亞胺。
[0021]MC可以包含鎳-鐵(NiFe)合金，并且鎳-鐵合金的鐵含量可以在10原子％至30原子％的范圍內(nèi)。
[0022]籽層可以包括鈦鎢(TiW)層和銅(Cu)層。
[0023]在另一個一般性方面中，提供了一種制造磁傳感器的方法，該方法包括:在其中設(shè)置有多個霍爾元件的襯底上形成保護層；在保護層上形成緩沖層；在緩沖層的表面上形成多個突起；形成具有對應(yīng)于多個突起的不平坦表面的籽層；以及在籽層上形成具有不平坦表面的磁集極(MC)。
[0024]籽層的不平坦表面或MC的不平坦表面可以具有其中布置有多個凹部和多個凸部的截面。
[0025]籽層可以包括鈦鎢(TiW)層和銅(Cu)層。
[0026]該方法的一般性方面還可以包括形成腐蝕阻擋層。
[0027]腐蝕阻擋層可以包括氧化硅層或氮化硅層。
[0028]可以在保護層和緩沖層之間形成所述腐蝕阻擋層。
[0029]突起可以包含聚酰亞胺。
[0030]在另一個一般性方面中，提供了一種磁傳感器，該傳感器包括:霍爾元件；以及設(shè)置在霍爾元件上方的磁集極(MC)，該MC具有不平坦表面，并且該多個霍爾元件設(shè)置在MC下方，使得MC的邊緣部在垂直方向上與霍爾元件的寬度重疊。
[0031]IMC的不平坦表面可以包括呈一個或更多個同心環(huán)形狀的隆起部。
[0032]其它特征和方面可以根據(jù)以下詳細描述、附圖以及所附權(quán)利要求而變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為磁傳感器的俯視圖。
[0034]圖2A為不出磁傳感器的一個實例的截面圖。
[0035]圖2B為圖2A所示的磁傳感器的俯視圖。
[0036]圖3A至圖3N為示出制造磁傳感器的方法的一個實例的截面圖。
[0037]圖4A至圖40為示出制造磁傳感器的方法的另一實例的截面圖。
[0038]圖5為從IMC的頂視圖及截面圖不出磁傳感器的IMC的一個實例的掃描電子顯微鏡(SEM)照片的視圖。
[0039]圖6A和圖6B為示出影響磁傳感器的一個實例的霍爾元件的在X軸方向上的應(yīng)力和在Y軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。
[0040]圖7A和圖7B為示出IMC的一個實例的磁通量模擬結(jié)果的曲線圖。[0041]在所有的附圖和詳細描述，除非另有說明，相同的附圖標(biāo)記將被理解為指代相同的元件、特征以及結(jié)構(gòu)。為了清楚、舉例說明以及便利起見，可能夸大這些元件的相對尺寸和描述。
【具體實施方式】
[0042]提供以下詳細描述以幫助讀者獲得對本文中所描述的方法、裝置和/或系統(tǒng)的全面理解。因此，本領(lǐng)域中的那些普通技術(shù)人員將提出本文中所描述的系統(tǒng)、裝置和/或方法的各種變型、修改以及等同物。而且，為了增加清晰度和簡明性，可以略去對眾所周知的功能和構(gòu)造的描述。
[0043]將理解，盡管術(shù)語第一、第二、A、B等可以在本文中用于指代各個實例的元件，但是不應(yīng)將這樣的元件解釋為受限于這些術(shù)語。例如，在未脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可以將第一元件稱為第二元件，并且可以將第二元件稱為第一元件。在此處，術(shù)語“和/或”包括一個或多個指代物的任意組合以及所有組合。
[0044]本文中所使用的術(shù)語僅用于描述實例的目的，并非意在限制本公開內(nèi)容。如本文所使用的，除非上下文另外明確地指出，否則名詞的單數(shù)形式意在還包括復(fù)數(shù)形式。將進一步理解，當(dāng)用在本說明中時，術(shù)語“包括”和/或“包含”具體指出所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或增加。
[0045]在下文，將參照附圖來描述各種實例。
[0046]圖2A為不出磁傳感器的一個實例的截面圖。
[0047]參照圖2A，磁傳感器200包括在其中形成有多個霍爾元件210的襯底220。襯底220可以是半導(dǎo)體襯底。在襯底220上形成有保護層230，并且在保護層230上形成有籽層240。在籽層240上形成有磁集極(MC) 250。籽層240和MC250各自具有不平坦表面。保護層230可以包括鈍化絕緣層和緩沖層。鈍化絕緣層可以形成在緩沖層上，或者緩沖層可以形成在鈍化絕緣層上。鈍化絕緣層可以包括氧化硅層和氮化硅層。鈍化絕緣層可以防止水分滲透到芯片中。還可以在鈍化絕緣層上形成構(gòu)造為防止焊墊被腐蝕的腐蝕阻擋層。腐蝕阻擋層可以包括氧化硅層。緩沖層可以包括聚合物材料例如聚酰亞胺。
[0048]為了形成籽層240的不平坦表面，在保護層230的表面上形成多個突起(或隆起)235a。突起235a的寬度和高度以及突起235a的數(shù)目設(shè)計為使影響霍爾元件210的應(yīng)力最小化。例如，突起235a的寬度可以在5 μ m至30 μ m的范圍內(nèi)，突起235a的高度可以在Ιμπι至ΙΟμπι的范圍內(nèi)，并且突起235a的數(shù)目可以為I至8。隨著突起235a的數(shù)目增力口，可以使影響霍爾元件的應(yīng)力最小化。由于突起235a是通過對緩沖層230進行蝕刻而形成的，所以突起由聚合物材料例如聚酰亞胺形成。
[0049]IMC250和籽層240中的每一個在俯視圖中可以具有圓形形狀或多邊形形狀。
[0050]為了增加霍爾元件210對磁場的靈敏度，將霍爾元件210設(shè)置為使得霍爾元件210的一部分在磁傳感器200的垂直方向上與MC250的邊緣部B重疊。參照圖2A，霍爾元件210可以具有寬度A，并且MC250的邊緣部B可以在垂直方向上與寬度A重疊。例如，霍爾元件210的寬度可以等于或小于50 μ m。霍爾元件210可以設(shè)置為使得霍爾元件210的中央部與IMC250的邊緣部B重疊，霍爾元件210的該中央部被設(shè)置在霍爾元件210的寬度A內(nèi)。例如，在霍爾元件210具有約50μπι的寬度的實例中，MC250的邊緣部B可以與距霍爾元件210的邊緣約25 μ m的霍爾元件210的中央部重疊。
[0051]從霍爾元件210的頂部到MC250的底部的距離C可以在例如I μ m至30 μ m的范圍內(nèi)。
[0052]IMC250可以由磁性材料形成，并且該磁性材料可以利用電鍍形成。
[0053]磁性材料可以包括含有選自鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)以及錳(Mn)中的兩種或更多種組分的合金。磁性材料可以具有在5ppm/°C至20ppm/°C的范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)磁性材料包含NiFe合金時，該磁性材料可以具有其中合金的鐵含量處于10原子％至30原子％的范圍內(nèi)的組成。磁場的強度可以根據(jù)磁性材料的組成來確定。磁性材料的組成中的鐵含量可以影響矯頑力。將在10原子％至30原子％的范圍內(nèi)的鐵含量確定為對應(yīng)于適當(dāng)?shù)某C頑力。
[0054]籽層240可以包含樹脂或金屬。籽層240的不平坦表面可以具有其中規(guī)則地或不規(guī)則地布置有多個凹部和多個凸部的截面。例如，多個凸部可以在它們之間布置有規(guī)則的間隔，或者可以相對于籽層240的中央對稱地布置。
[0055]參照圖2B，示出圖2A的磁傳感器200的俯視圖。在該實例中，突起235a在俯視圖中具有圓形形狀，并且籽層240的不平坦表面和MC250的不平坦表面也具有圓形形狀。然而，在其它實例中，籽層240的不平坦表面可以具有其中多個圓或多個多邊形以環(huán)形狀排列的俯視圖。多個圓可以布置為相對于頂C250的中心形成同心圓。例如，MC250的上表面可以包括呈兩個或更多個同心圓形狀的隆起。此外，在其它實例中，除圓形形狀之外，IMC250可以具有多邊形形狀。
[0056]參照圖2B，霍爾元件210具有十字的俯視形狀，并且十字的中央部沿MC250的邊緣布置。然而，在其它實例中，霍爾元件210可以具有各種不同的形狀，例如矩形形狀或多邊形形狀。此外，雖然圖2B所示沿著MC250的邊緣布置有六個霍爾元件210，但在其它實例中，霍爾元件210的數(shù)目可以改變。
[0057]形成在籽層240上的MC250的不平坦表面具有與籽層240的不平坦表面對應(yīng)的大致形狀。與MC和籽層具有平坦表面的結(jié)構(gòu)相比，通過MC250和籽層240的不平坦表面可以減小影響霍爾元件210的應(yīng)力。根據(jù)制造方法，IMC250的面積可以等于或大于籽層240的面積。因此，可以降低偏置電壓的大小，并且可以提高霍爾元件210的靈敏度。
[0058]圖3A至圖3N為示出制造磁傳感器的方法的一個實例的截面圖。
[0059]根據(jù)圖3A至圖3N的制造磁傳感器的方法的一個實例包括:制備其中設(shè)置有多個霍爾元件210的襯底220 ;在襯底220上形成保護層231 ;在保護層231上形成緩沖層234和235 ;通過對緩沖層235進行蝕刻，在緩沖層234的表面上形成多個突起235a ;形成籽層240，其具有與保護層231的表面上的多個突起235a對應(yīng)的不平坦表面；以及在籽層240上形成具有不平坦表面的頂C250。襯底220可以為半導(dǎo)體襯底。在一個實例中，襯底為互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的半導(dǎo)體襯底。MC250可以利用電鍍由磁性材料形成。MC250可以包括含有選自N1、Fe、CO以及Mn中的兩種或更多種組分的合金。磁性材料可以具有在5ppm/°C至20ppm/°C的范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)。在磁性材料包含NiFe合金的實例中，該磁性材料的Fe含量可以在10原子％至30原子％的范圍內(nèi)。籽層240可以包含樹脂和金屬。籽層的不平坦表面的截面可以包括多個凹部和多個凸部。多個凹部和凸部可以是規(guī)則地或不規(guī)則布置的。如圖3A所示，可以在襯底220的一側(cè)的表面上形成焊墊211。
[0060]將參照圖3A至圖3N來詳細地描述制造磁傳感器的方法的實例。
[0061]首先，如圖3A所示，在半導(dǎo)體襯底220上形成霍爾元件210和焊墊211。也就是說，以一定間隔在半導(dǎo)體襯底220中埋置多個霍爾元件210，或者以一定間隔在半導(dǎo)體襯底220上形成多個霍爾元件210。半導(dǎo)體襯底220可以包括硅(Si)襯底或砷化鎵(GaAs)襯底?？梢酝ㄟ^將P型離子或N型離子注入到半導(dǎo)體襯底220中來形成霍爾元件210?；魻栐?10可能必須感測由磁性材料放大的磁力的變化。接下來，在其中形成有霍爾元件210的半導(dǎo)體襯底220上形成保護層231。保護層231可以包括氧化硅層和氮化硅層。
[0062]參照圖3B，使用圖案232在保護層231上執(zhí)行蝕刻工藝以露出焊墊211。在蝕刻工藝期間，可以對保護層231的設(shè)置在焊墊211上方的部分進行蝕刻以露出焊墊211。圖案232可以包括處于設(shè)計為露出焊墊211的形狀的抗蝕劑。
[0063]焊墊211可以連接至霍爾元件210并且可以向霍爾元件210提供電壓?？梢詧?zhí)行在霍爾元件210和焊墊211之間形成絕緣層和金屬互連件的若干工藝。金屬互連件可以不必沉積在霍爾元件210上。這是因為，當(dāng)金屬互連件設(shè)置在霍爾元件210上時，由形成在霍爾元件210上的MC250放大的磁場的強度被互連件阻擋，因而可能降低影響霍爾元件210的磁場的強度。
[0064]在露出焊墊211之后，如圖3C所示移除圖案232。圖案232可以通過灰化過程移除。例如，可以使用等離子體灰化過程來移除圖案232。
[0065]參照圖3D，將光敏聚酰亞胺(PSPI)涂覆在保護層231之上，以獲得覆蓋露出的焊墊211和保護層231的第一緩沖層234。第一緩沖層234可以包含聚酰亞胺。通過PSPI涂覆工藝，焊墊211的上表面可以被第一緩沖層234覆蓋。
[0066]如圖3E所示，利用設(shè)置在第一緩沖層234上的第一緩沖掩模(未示出)再次露出焊墊211。也就是說，通過PSPI曝光工藝來移除第一緩沖層234的形成在焊墊211的露出部分之上的部分。通過該曝光工藝容易移除第一緩沖層234。此后，執(zhí)行固化工藝以硬化剩余的第一緩沖層234。硬化的第一緩沖層234具有類似熱氧化層的性質(zhì)，因而不容易在后續(xù)的曝光和蝕刻工藝中移除。
[0067]參照圖3F，再次執(zhí)行PSPI涂覆工藝，以在硬化的第一緩沖層234以及焊墊211上形成第二緩沖層235。第二緩沖層235可以包含與第一緩沖層234相同的材料。例如，第二緩沖層235可以包含聚酰亞胺。在PSPI涂覆工藝期間，焊墊211的頂部再次被第二緩沖層235覆蓋。
[0068]參照圖3G，利用設(shè)置在第二緩沖層235上的第二緩沖掩模(未示出)在第二緩沖層235上執(zhí)行PSPI曝光工藝，以形成突起235a。在形成突起235a的同時，再次露出由第二緩沖層235覆蓋的焊墊211的頂部。可以從第一緩沖層234移除第二緩沖層235，使得僅突起235a保留在第一緩沖層234上。在形成突起235a之后，執(zhí)行固化工藝來硬化突起235a以形成硬化的突起235a。待在形成突起235a之后形成的籽層240和MC250可以不具有平坦形狀，而是由于其下形成的突起235a而具有突出形狀。
[0069]盡管在圖3G中示出了一個突起235a，但是可以在第一緩沖層234上形成多個突起235a。在該實例中，突起235a用于形成MC250的不平坦表面。參照圖3H，為了形成用于具有不平坦表面的MC250的籽層240，突起235a可以形成為在截面圖中具有矩形形狀，或者可以形成為在截面圖中具有有正斜率的形狀，其頂部比其底部窄。也就是說，突起235a的截面圖可以具有錐形梯形形狀。形成在第一緩沖層234上的籽層240的上表面可以具有類似形狀的突起，原因是當(dāng)通過物理氣相沉積(PVD)法或濺射法來沉積用于籽層240的材料(例如TiW和Cu)時，用于籽層240的材料可以形成為在突起235a的表面上具有一致的沉積厚度。相反，當(dāng)突起235a在截面圖中具有有負斜率的形狀時，籽層240可能不形成為具有一致的沉積厚度。因此，在圖3H中所示的實例中，突起235a具有正斜率。
[0070]參照圖3H，在其上形成有突起235a的第一緩沖層234上連續(xù)沉積TiW層242和Cu層241，以作為用于電鍍的籽層240。Tiff層242和Cu層241可以通過濺射法或真空蒸鍍法形成。因此，在圖3H示出的實例中，Cu層241形成在TiW層242上。TiW層242和Cu層241的總厚度可以在200nm至800nm的范圍內(nèi)。籽層240用于在后續(xù)工藝中對磁性材料良好地執(zhí)行電鍍工藝。如上所述，因為籽層240在突起235a上形成為覆蓋突起235a，所以籽層240在截面圖中具有不平坦表面。
[0071]參照圖31，首先通過光刻法來形成用于形成MC250的圖案掩模243。MC250可以包含磁性材料。此后，形成MC250的磁性材料被稱為磁性材料250。
[0072]如圖3J所示，利用圖案掩模243、通過電鍍在籽層240上沉積NiFe合金。NiFe合金形成磁性材料250。沉積在籽層240上的磁性材料250可以具有對應(yīng)于突起235a的不平坦表面。
[0073]參照圖3K，在完成電鍍之后，移除圖案掩模243，并且在籽層240上僅保留磁性材料 250。
[0074]參照圖3L，通過濕法蝕刻工藝來移除沉積在焊墊211上的包括Cu層241和TiW層242的籽層240。結(jié)果，籽層240僅保留在磁性材料250下面，并且籽層240的剩余部分被移除以露出第一緩沖層234和焊墊211。在硬化的突起235a上形成磁性材料250。因而，磁性材料250形成為具有不平坦的上表面。由于磁性材料250的不平坦表面，所以可以減小施加在襯底220上的應(yīng)力，并且可以降低偏置電壓。
[0075]參照圖3M，通過PSPI涂覆工藝在籽層240上形成第三緩沖層251以覆蓋磁性材料250。在該實例中，第三緩沖層251可以包含聚酰亞胺。
[0076]參照圖3N，利用設(shè)置在第三緩沖層251上的第三緩沖掩模(未示出)，在第三緩沖層251上執(zhí)行PSPI曝光和固化工藝，以露出焊墊211的頂部。用固化工藝完成磁傳感器200的實例。
[0077]圖4A至40為示出制造磁傳感器的方法的另一實例的截面圖。
[0078]參照圖4A至圖40，在所示出的磁傳感器的制造方法的實例中執(zhí)行的各個步驟與如圖3A至圖3N所示的制造方法的實例中執(zhí)行的步驟基本上相同。因此，將忽略其詳細描述。
[0079]例如，圖4A和圖4B中所執(zhí)行的步驟與圖3A和圖3B中所執(zhí)行的步驟基本上相同，因而將忽略其詳細描述。然而，根據(jù)圖4A至圖40的制造磁傳感器的方法的實例還包括形成腐蝕阻擋層以防止焊墊腐蝕。參照圖4C，在半導(dǎo)體襯底220的一側(cè)的表面上設(shè)置焊墊211，然后在焊墊211和保護層231上進一步沉積絕緣層以形成腐蝕阻擋層231a。在該實例中，腐蝕阻擋層231a可以包含氧化物基或氮化物基絕緣層，并且可以通過等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)法來沉積。當(dāng)通過PECVD法形成腐蝕阻擋層231a時，腐蝕阻擋層231a可以包括使用四乙基原硅酸鹽(TEOS)材料的氧化硅層。對于該實例，腐蝕阻擋層231a的厚度可以在5nm至50nm的范圍內(nèi)。該厚度可以為40nm或更小，原因是當(dāng)腐蝕阻擋層的厚度大于50nm時，可能難以對用于腐蝕阻擋層的絕緣層進行蝕刻以露出焊墊211。另一方面，當(dāng)絕緣層具有小于5nm的厚度時，絕緣層可能太薄并且可能不能用作保護層。用于該厚度的數(shù)值極限值為利用通過反復(fù)實驗獲得的綜合值所獲得的期望值，而且其可以與所制造的磁傳感器200的某些特性和效果相關(guān)聯(lián)。
[0080]參照圖4D，通過PSPI涂覆工藝來在腐蝕阻擋層231a上沉積第一緩沖層234。腐蝕阻擋層231a設(shè)置在保護層231和第一緩沖層234之間。參照圖4E和圖4G，對第一緩沖層234和第二緩沖層235執(zhí)行重復(fù)的PSPI曝光和顯影工藝。在PSPI曝光和顯影工藝期間，焊墊211的頂表面被腐蝕阻擋層231a覆蓋。因而，可以防止作為在第一和第二緩沖層的PSPI曝光和顯影工藝中所使用的顯影溶液中之一的四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液對焊墊211的頂部進行腐蝕。
[0081]參照圖4H，在腐蝕阻擋層231a和其上形成有突起235a的第一緩沖層234上形成包括Cu層241和TiW層242的籽層240。
[0082]參照圖41至圖4K，以與圖31至圖3K基本上類似的工藝在籽層240上形成磁性材料 250。
[0083]參照圖4L，通過蝕刻移除籽層240的一部分。如圖4L所示，因為在焊墊211上形成有腐蝕阻擋層231a，所以也防止對該焊墊進行蝕刻，甚至在對籽層240進行蝕刻時也是如此。參照圖4N，在圖4M中形成第三緩沖層251之后，因為焊墊211的頂部由腐蝕阻擋層231a保護，所以可以在第三緩沖層251的曝光和顯影工藝期間防止焊墊211的腐蝕。
[0084]參照圖40，在利用設(shè)置在第三緩沖層251上的第三緩沖掩模(未示出)對第三緩沖層251執(zhí)行PSPI曝光和固化工藝之后，移除如上所述形成的腐蝕阻擋層231a。因此，通過移除腐蝕阻擋層231a的工藝，焊墊211的頂部被最終打開。
[0085]因而，參照圖4A至圖40所示的實例，可以保護焊墊211的頂部免受由在反復(fù)的PSPI曝光和顯影工藝期間用作顯影溶液中之一的TMAH溶液造成的腐蝕。在執(zhí)行反復(fù)的PSPI曝光和顯影工藝之后，從焊墊的頂部移除腐蝕阻擋層231a。腐蝕阻擋層231a優(yōu)選地可以包含可以化學(xué)地耐受例如TMAH溶液等溶液的材料，例如氧化硅層。當(dāng)焊墊的頂部被腐蝕時，可能導(dǎo)致電接觸故障；因而，期望防止腐蝕。
[0086]圖5從根據(jù)上述實例所制造的磁傳感器200的MC250的不平坦表面的頂視圖和截面圖示出立體圖的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
[0087]圖5的SEM照片(A)示出來自MC250的頂部的立體圖，并且圖5的SEM照片(B)示出作為SEM照片(A)的放大視圖的、通過形成在第一緩沖層234上的突起235a而具有不平坦表面的MC250的截面圖。如SEM照片(A)所示，磁傳感器的實例包括兩個同心圓形狀的突起，該突起在MC250的上表面上形成相應(yīng)的不平整度。
[0088]圖6A和圖6B為示出影響霍爾元件的在X軸方向上的應(yīng)力和在Y軸方向上的應(yīng)力的曲線圖，并且圖7A和圖7B為示出MC的磁通量的模擬結(jié)果的曲線圖。
[0089]如上所述，構(gòu)造為感測磁場的霍爾元件210被設(shè)置在MC250下方，并且突起235a使圍繞霍爾元件210的、影響磁傳感器200的特性的應(yīng)力減小或最小化。通常，應(yīng)力中的大部分被施加至MC250的邊緣部B。從模擬可以看出應(yīng)力影響霍爾元件210，并且該結(jié)果在圖6A和圖6B中示出。
[0090]例如，圖6A示出根據(jù)霍爾元件的深度的在MC的X軸方向上的應(yīng)力，并且圖6B示出在MC250的Y軸方向上的應(yīng)力。在此處，應(yīng)力是指影響其中形成有霍爾元件的襯底的壓力、壓應(yīng)力或張應(yīng)力。在MC和霍爾元件之間插入有多層絕緣層。應(yīng)力根據(jù)MC的形狀而施加到絕緣層，并且應(yīng)力再次通過絕緣層傳遞到霍爾元件。根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實例，因為MC具有5 μ m至20 μ m的薄厚度以及200 μ m至400 μ m的大寬度，所以應(yīng)力可以極大地影響設(shè)置在MC下方的絕緣層和霍爾元件。
[0091]從圖6A和圖6B可以看出，與由“A”和“B”表示的現(xiàn)有技術(shù)中具有平坦表面的MC相比，由“C”表示的具有不平坦表面的MC在X軸方向和Y軸方向上具有最低的應(yīng)力。通過改善的應(yīng)力效應(yīng)，可以提高偏置特性并且可以增加靈敏度。多個不平形狀比一個不平形狀更有效地改善應(yīng)力。例如，如圖2A所述，MC250的不平形狀可以通過在如圖2A所述的籽層240以及具有5μπι至30μπι的寬度和Iym至1ym的高度的突起235a上電鍍用于IMC的磁性材料來形成。
[0092]為了檢測具有改善應(yīng)力的上述不平坦表面的MC250是否執(zhí)行垂直地集中磁場的功能，用磁場進行模擬。
[0093]圖7A和圖7B示出磁通量的模擬結(jié)果。可以看出，具有不平坦表面的MC的磁場的垂直分量的值(在圖7B中所示的Bz)與現(xiàn)有技術(shù)中具有平坦表面的、影響霍爾元件的MC的磁場的垂直分量的值(在圖7A中所示的Bz)相似。
[0094]以上描述了磁傳感器的各種實例及其制造方法。根據(jù)一個實例，描述了生成具有不平形狀和改進的傳感器特性的MC的制造過程。由于霍爾元件的應(yīng)力一致減小，所以MC可以表現(xiàn)出改進的傳感器特性。
[0095]在一個實例中，磁傳感器包括:其中設(shè)置有多個霍爾元件的半導(dǎo)體襯底；形成在半導(dǎo)體襯底上的保護層；形成在保護層上的籽層；以及形成在籽層上的磁集極(MC)。籽層和MC中的每一個可以具有不平坦表面。MC的面積可以等于或大于籽層的面積。
[0096]保護層可以包括形成在其表面上的多個突起(或隆起)。籽層和MC的不平坦表面中的每一個可以具有其中規(guī)則地或不規(guī)則地布置有多個凹部和多個凸部的截面?；魻栐梢栽O(shè)置為在磁傳感器的垂直方向上與MC的邊緣部重疊。保護層可以包括鈍化絕緣層和緩沖層，并且保護層還可以包括腐蝕阻擋層。
[0097]腐蝕阻擋層可以包括氧化硅層和氮化硅層中的任一種。腐蝕阻擋層可以具有5nm至50nm的厚度。腐蝕阻擋層可以介于鈍化絕緣層和緩沖層之間，并且突起可以包含聚酰亞胺。
[0098]當(dāng)MC包含鎳鐵(NiFe)合金時，MC可以具有其中Fe含量為10原子％至30原子％的組成。
[0099]籽層可以包含鈦鎢(TiW)材料和銅(Cu)材料。
[0100]在一個實例中，制造磁傳感器的方法包括:制備在其中設(shè)置有多個霍爾元件的襯底；在襯底上形成保護層；在保護層上形成緩沖層；在緩沖層的表面上形成多個突起；形成具有對應(yīng)于多個突起的不平坦表面的籽層；以及在籽層上形成具有不平坦表面的磁集極(IMC)。籽層或MC的不平坦表面可以具有其中規(guī)則地或不規(guī)則地布置有多個凹部和多個凸部的截面。[0101]籽層可以包括鈦鎢(TiW)材料和銅(Cu)材料的雙層。該方法還可以包括形成腐蝕阻擋層。
[0102]腐蝕阻擋層可以包括氧化硅層和氮化硅層中的任一種。腐蝕阻擋層可以在鈍化絕緣層和緩沖層之間形成。突起可以包含聚酰亞胺。
[0103]在制造具有上述構(gòu)造的磁傳感器的一個實例中，通過在不使用用于對籽層進行水平蝕刻的精確蝕刻工藝的情況下形成具有不平坦表面的IMC，可以簡化制造工藝。此外，通過形成MC的規(guī)則不平形狀，可以將霍爾元件的應(yīng)力降低至恒定的均一水平，并且可以提高傳感器特性。
[0104]上述實例被提供用于說明目的，并非被解釋為限制本公開內(nèi)容。附圖不一定是等比例的，并且在一些實施例中，可以將比例放大以清晰地示出實例的特征。當(dāng)?shù)谝粚颖环Q為在第二層“上”或在襯底“上”時，其不僅可以指第一層直接形成在第二層或襯底上的情況，還可以指在第一層和第二層或襯底之間存在第三層的情況。
[0105]在權(quán)利要求中，方法加功能項意在覆蓋本文中被描述為執(zhí)行所記載的功能的結(jié)構(gòu)，并且不僅覆蓋結(jié)構(gòu)性等同物還覆蓋等同的結(jié)構(gòu)。
[0106]以上已經(jīng)描述了多個實例。然而，應(yīng)理解，可以做出各種修改。例如，如果以不同的順序執(zhí)行所述技術(shù)，并且/或者如果以不同的方式組合在所描述的系統(tǒng)、架構(gòu)、器件或電路中的部件和/或用其它部件或其等同物來代替或補充上述部件，則可以實現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。因此，其它實施方式也在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁傳感器，包括: 設(shè)置在襯底中的霍爾元件； 設(shè)置在所述襯底上的保護層； 設(shè)置在所述保護層上的籽層；以及 形成在所述籽層上的磁集極aMC)，所述籽層和所述MC各自均具有不平坦表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述IMC的面積等于或大于所述籽層的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述保護層包括形成在其表面上的多個突起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述籽層的所述不平坦表面和所述IMC的所述不平坦表面各自具有其中布置有多個凹部和多個凸部的截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述霍爾元件中之一在垂直方向上與所述IMC的邊緣部重疊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述保護層包括鈍化絕緣層和緩沖層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁傳感器，其中所述保護層還包括腐蝕阻擋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁傳感器，其中所述腐蝕阻擋層包括氧化硅層或氮化硅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁傳感器，其中所述腐蝕阻擋層具有5nm至50nm的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁傳感器，其中所述腐蝕阻擋層介于所述鈍化絕緣層和所述緩沖層之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁傳感器，其中所述突起包含聚酰亞胺。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述MC包含鎳-鐵(NiFe)合金，并且所述鎳-鐵合金的鐵含量在10原子％至30原子％的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述籽層包括鈦鎢(TiW)層和銅(Cu)層。
14.一種制造磁傳感器的方法，所述方法包括: 在其中設(shè)置有多個霍爾元件的襯底上形成保護層； 在所述保護層上形成緩沖層； 在所述緩沖層的表面上形成多個突起； 形成具有對應(yīng)于所述多個突起的不平坦表面的籽層；以及 在所述籽層上形成具有不平坦表面的磁集極(MC)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述籽層的所述不平坦表面或所述IMC的所述不平坦表面具有其中布置有多個凹部和多個凸部的截面。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述籽層包括鈦鎢(TiW)層和銅(Cu)層。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括形成腐蝕阻擋層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述腐蝕阻擋層包括氧化硅層或氮化硅層。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述保護層和所述緩沖層之間形成所述腐蝕阻擋層。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述突起包含聚酰亞胺。
21.—種磁傳感器,包括: 霍爾元件；以及 設(shè)置在所述霍爾元件上方的磁集極(MC)，所述MC具有不平坦表面，其中所述多個霍爾元件設(shè)置在所述頂C下方，使得所述MC的邊緣部在垂直方向上與所述霍爾元件的寬度重疊。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的磁傳感器，其中所述MC的所述不平坦表面包括呈一個或更多個同心環(huán)形狀 的隆起部。
【文檔編號】G01R33/07GK104035056SQ201310389015
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】金官洙, 金東俊, 柳升翰, 安熙伯, 鄭鍾烈, 金慶洙, 申講燮 申請人:美格納半導(dǎo)體有限公司