磁傳感裝置及其磁感應(yīng)方法、磁傳感裝置的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種磁傳感裝置及其磁感應(yīng)方法、磁傳感裝置的制備工藝，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，該第三方向磁傳感部件包括基底、介質(zhì)材料層、第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元、感應(yīng)單元?；椎牡谝槐砻骈_有第一溝槽；第一導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第一溝槽內(nèi)；第二導(dǎo)磁單元設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)；感應(yīng)單元設(shè)置于基底的第一表面、介質(zhì)材料層第二表面之間，位于第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元之間，接收第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并以此測量出第三方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。本發(fā)明在單一的圓晶/芯片上同時(shí)具有Ｘ、Ｙ和Ｚ三軸方向的傳感單元，同時(shí)可以有效提高感應(yīng)精度。
【專利說明】磁傳感裝置及其磁感應(yīng)方法、磁傳感裝置的制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種磁傳感裝置，尤其涉及一種單芯片三軸磁傳感裝置，本發(fā)明還涉及上述磁傳感裝置的磁傳感設(shè)計(jì)方法；同時(shí)，本發(fā)明進(jìn)一步涉及上述磁傳感裝置的制備工藝。

【背景技術(shù)】
[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(xiàng)異性磁阻元件(AMR)，隧道結(jié)磁阻(TMR)元件及巨磁阻(GMR)元件、感應(yīng)線圈、超導(dǎo)量子干涉磁強(qiáng)計(jì)坐寸ο
[0003]電子羅盤是磁傳感器的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，隨著近年來消費(fèi)電子的迅猛發(fā)展，除了導(dǎo)航系統(tǒng)之外，還有越來越多的智能手機(jī)和平板電腦也開始標(biāo)配電子羅盤，給用戶帶來很大的應(yīng)用便利，近年來，磁傳感器的需求也開始從兩軸向三軸發(fā)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(qiáng)度和方向，可以用X和Y軸兩個(gè)方向來表示。
[0004]以下介紹現(xiàn)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(yīng)強(qiáng)度的大小。這種具有晶體結(jié)構(gòu)的合金材料對(duì)外界的磁場很敏感，磁場的強(qiáng)弱變化會(huì)導(dǎo)致AMR自身電阻值發(fā)生變化。
[0005]在制造、應(yīng)用過程中，將一個(gè)強(qiáng)磁場加在AMR單元上使其在某一方向上磁化，建立起一個(gè)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(jié)果以線性的方式變化，AMR材料上的金屬導(dǎo)線呈45°角傾斜排列，電流從這些導(dǎo)線和AMR材料上流過，如圖2所示；由初始的強(qiáng)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(dāng)存在外界磁場Ha時(shí)，AMR單元上主磁域方向就會(huì)發(fā)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(huì)發(fā)生變化，如圖3所示。對(duì)于AMR材料來說，Θ角的變化會(huì)弓I起AMR自身阻值的變化，如圖4所示。
[0007]通過對(duì)AMR單元電阻變化的測量，可以得到外界磁場。在實(shí)際的應(yīng)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或半電橋檢測AMR阻值的變化，如圖5所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態(tài)相同的AMR電阻，當(dāng)檢測到外界磁場的時(shí)候，R1/R2阻值增加AR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(shí)，電橋的輸出為一個(gè)微小的電壓AV。
[0008]目前的三軸傳感器是將一個(gè)平面(X、Y兩軸)傳感部件與Z方向的磁傳感部件進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)封裝組合在一起，以實(shí)現(xiàn)三軸傳感的功能；也就是說需要將平面?zhèn)鞲胁考癦方向磁傳感部件分別設(shè)置于兩個(gè)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(shí)實(shí)現(xiàn)三軸傳感器的制造。
[0009]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的磁傳感裝置，以使實(shí)現(xiàn)在單圓晶/芯片上進(jìn)行三軸傳感器的制造。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種磁傳感裝置，可將X軸、Y軸、Z軸的感應(yīng)器件設(shè)置在同一個(gè)圓晶或芯片上，具有良好的可制造性、優(yōu)異的性能和明顯的價(jià)格競爭力。
[0011]本發(fā)明還提供上述磁傳感裝置的磁感應(yīng)設(shè)計(jì)方法，可根據(jù)同一個(gè)圓晶或芯片上設(shè)置的感應(yīng)器件感應(yīng)X軸、Y軸、Z軸的磁場數(shù)據(jù)。
[0012]此外，本發(fā)明進(jìn)一步提供上述磁傳感裝置的制備方法，可制得X軸、Y軸、Z軸的感應(yīng)器件設(shè)置在同一個(gè)圓晶或芯片上的磁傳感裝置。
[0013]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0014]—種磁傳感裝置,所述裝置包括垂直方向磁傳感部件，該垂直方向磁傳感部件包括:
[0015]-基底，其上表面開有第一溝槽；溝槽深0.5-5微米；
[0016]-介質(zhì)材料層，設(shè)置于所述基底上方；
[0017]-第一導(dǎo)磁單元，含有磁材料層，其主體部分設(shè)置于第一溝槽內(nèi)，并有部分露出第一溝槽至基底的上表面，用以收集垂直方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出；
[0018]-第二導(dǎo)磁單元，含有磁材料層，設(shè)置于介質(zhì)材料層形成的第二溝槽內(nèi)，溝槽深0.5-5微米，并有部分第二導(dǎo)磁單元露出第二溝槽至設(shè)置于介質(zhì)材料層的下表面，用以收集垂直方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出；
[0019]-感應(yīng)單元，所述感應(yīng)單元是感應(yīng)與基底表面平行方向的磁傳感器，設(shè)置于所述基底的上表面、介質(zhì)材料層下表面之間，含有磁材料層，用以接收所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單兀輸出的垂直方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測量出垂直方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向；所述垂直方向?yàn)榛妆砻娴拇怪狈较颍?br> [0020]所述磁傳感裝置還包括第二傳感器，第三磁傳感器，用以感應(yīng)與基底表面平行的第一方向、第二方向的磁信號(hào)，第一方向、第二方向相互垂直。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元以及第二導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元之間有縫隙，縫隙尺寸在I納米到5微米之間。
[0022]一種磁傳感裝置，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，該第三方向磁傳感部件包括:
[0023]-基底；
[0024]-介質(zhì)材料層，設(shè)置于所述基底上方；
[0025]-第一導(dǎo)磁單元，其主體部分設(shè)置于開設(shè)于基底的第一溝槽內(nèi)、并有部分露出第一溝槽至基底的第一表面，或者，第一導(dǎo)磁單元設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)，并有部分露出至基底的第一表面；所述第一導(dǎo)磁單元用以收集第三方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出；
[0026]-第二導(dǎo)磁單元，設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)，并有部分露出至基底的第一表面，或者第二導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于開設(shè)于基底的第二溝槽內(nèi)、并有部分露出第二溝槽至基底的第一表面；所述第二導(dǎo)磁單元用以收集第三方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出；
[0027]-感應(yīng)單元，設(shè)置于所述基底及介質(zhì)材料層之間，位于第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元之間，用以接收所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測量出第三方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。
[0028]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元以及第二導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元之間分別設(shè)有縫隙，縫隙尺寸在I納米到5微米之間。
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述基底上具有CMOS電路。
[0030]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第三方向磁傳感部件包括外圍電路，量度磁場強(qiáng)度及磁場方向，并進(jìn)行輸出。
[0031]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述感應(yīng)單元是與基底表面平行的磁傳感器，和基底表面平行的第一方向、第二方向?qū)?yīng)的磁傳感器一起，組成三維磁傳感器的一部分。
[0032]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一方向?yàn)閄軸方向，第二方向?yàn)閅軸方向，第三方向?yàn)閆軸方向。
[0033]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)磁單元的主體部分與基底的上表面的夾角為±45°?±90° ;所述感應(yīng)單元貼緊基底表面設(shè)置，與基底表面平行；所述第二導(dǎo)磁單元的主體部分與介質(zhì)材料層的下表面的夾角為±45°?±90°。
[0034]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述裝置進(jìn)一步包括第二磁傳感部件，用以感應(yīng)第一方向或/和第二方向的磁信號(hào)，并以此測量出第一方向或/和第二方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度。
[0035]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第二磁傳感部件包括至少一個(gè)感應(yīng)子單元；
[0036]上述各感應(yīng)子單元包括磁材料層，磁材料層為磁阻材料，該磁材料的電阻隨著磁場的變化而變化。
[0037]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述基底表面設(shè)有第一溝槽、第二溝槽，第一導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第一溝槽內(nèi)，第二導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第二溝槽內(nèi)；
[0038]或者，基底表面設(shè)有第一溝槽，第一導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第一溝槽內(nèi)，第二導(dǎo)磁單元設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)；
[0039]或者，基底表面設(shè)有第二溝槽，第一導(dǎo)磁單元設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)，第二導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第二溝槽內(nèi)；
[0040]或者，第一導(dǎo)磁單元及第二導(dǎo)磁單元均設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)。
[0041]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元以及第二導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元之間有縫隙，縫隙尺寸在I納米到5微米之間。
[0042]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元均含有磁材料層；
[0043]感應(yīng)單元的磁材料為各項(xiàng)異性磁阻AMR材料，或?yàn)榫薮抛鐶MR材料，或?yàn)樗淼来抛鑄MR材料；
[0044]所述磁傳感器裝置的原理是各項(xiàng)異性磁阻AMR，或?yàn)榫薮抛鐶MR，或?yàn)樗淼来抛鑄MR ；
[0045]所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元的磁材料為高磁導(dǎo)率的軟磁材料。
[0046]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元的磁材料層使用同一磁性材料，為同一次沉積得到；
[0047]或者，所述第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元的磁材料層使用不同磁性材料，通過多次沉積得到。
[0048]一種上述磁傳感裝置的磁感應(yīng)方法，所述方法包括第三方向磁場感應(yīng)步驟，具體包括:
[0049]第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元收集第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出；
[0050]感應(yīng)單元接收所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測量出第三方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。
[0051]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法還包括第一方向、第二方向磁場感應(yīng)步驟，感應(yīng)第一方向、第二方向的磁信號(hào)，并以此測量出第一方向、第二方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度。
[0052]一種上述磁傳感裝置的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟:
[0053]步驟S1、設(shè)置基底；
[0054]步驟S2、在基底的表面設(shè)置第一溝槽；
[0055]步驟S3、在基底表面沉積感應(yīng)單元，同時(shí)沉積、制備第一導(dǎo)磁單元，使得第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元使用同一磁性材料，為同一次沉積得到，或兩次沉積制備磁性薄膜；第一導(dǎo)磁單元的主體部分沉積于第一溝槽內(nèi)，并有部分露出第一溝槽至基底表面；
[0056]步驟S4、在感應(yīng)單元上設(shè)置電極層；
[0057]步驟S5，在電極層上沉積介質(zhì)材料層，并進(jìn)行平坦化工藝；
[0058]步驟S6，在介質(zhì)材料層表面設(shè)置第二溝槽；
[0059]步驟S7，在介質(zhì)材料層表面及第二溝槽壁上沉積磁性薄膜，溝槽直達(dá)基底表面的磁性薄膜；作為第二導(dǎo)磁單元，第二導(dǎo)磁單元為軟磁材料具有高磁導(dǎo)率。
[0060]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S7中的第二導(dǎo)磁單元與步驟S3的第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元為同一磁性材料，或不同的磁性材料。
[0061]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S3中，在基底表面沉積感應(yīng)單元、第一導(dǎo)磁單元的同時(shí)，沉積第二磁傳感部件所需的磁材料層，第二磁傳感部件用以感應(yīng)第一方向、第二方向的磁信號(hào)，并以此測量出第一方向、第二方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度；即第二磁傳感部件所需的磁材料層與垂直方向磁傳感部件所需的感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元同時(shí)制備得到。
[0062]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟S3中，在基底表面同時(shí)沉積感應(yīng)單元和第一導(dǎo)磁單元；或者分為二步進(jìn)行，先沉積感應(yīng)單元，刻蝕后再沉積第一導(dǎo)磁單元，使得感應(yīng)單元、第一導(dǎo)磁單元有不同的厚度。
[0063]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S7中，，第二導(dǎo)磁單元為軟磁材料具有高磁導(dǎo)率；第二導(dǎo)磁單元在第二溝槽的側(cè)壁上，部分保留在底部，靠近感應(yīng)單元的一端設(shè)置。
[0064]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備工藝具體包括如下步驟:
[0065]步驟一:在基底上開溝槽陣列，形成溝槽；
[0066]步驟二:沉積磁性材料,通過半導(dǎo)體工藝形成感應(yīng)單元及第一導(dǎo)磁單元；在感應(yīng)單元及第一導(dǎo)磁單元之間具有縫隙，縫隙的尺寸在I納米到5微米之間；
[0067]步驟三:在感應(yīng)單元上制造金屬層；步驟三在步驟二完成后進(jìn)行，或者，步驟三在步驟七第二導(dǎo)磁單元制造完成之后進(jìn)行；
[0068]步驟四:填充絕緣介質(zhì)材料，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；
[0069]步驟五:通過半導(dǎo)體工藝制造凸起的絕緣塊陣列，在溝槽中還保留有部分的絕緣介質(zhì)材料；
[0070]步驟六:可選擇地沉積介質(zhì)材料，介質(zhì)材料與步驟四中填充的絕緣介質(zhì)材料相同或者不同；
[0071]步驟七:再次沉積磁性材料，制造第二導(dǎo)磁單元，采用的磁性材料與步驟二中所述磁性材料相同或者不同，與步驟二中所述磁性材料的厚度相同或者不同；第二導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元之間同樣具有縫隙，縫隙的尺寸在I納米到5微米之間；填充介質(zhì)材料，采用的介質(zhì)材料與步驟四中填充的絕緣材料相同或者不同，采用化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行平坦化；
[0072]步驟八:進(jìn)行后續(xù)的導(dǎo)電通孔打開、金屬層沉積和刻蝕、介質(zhì)層填充等，形成完整的磁傳感器制造工藝。
[0073]一種上述磁傳感裝置的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟:
[0074]步驟1、設(shè)直基底；
[0075]步驟2、在基底的表面設(shè)置第一溝槽、第二溝槽；
[0076]步驟S3、在基底表面沉積感應(yīng)單元，沉積制備第一導(dǎo)磁單元及第二導(dǎo)磁單元?’第一導(dǎo)磁單元的主體部分沉積于第一溝槽內(nèi)，并有部分露出第一溝槽至基底表面；第二導(dǎo)磁單元的主體部分沉積于第二溝槽內(nèi)，并有部分露出第二溝槽至基底表面；
[0077]步驟S4、在感應(yīng)單元上設(shè)置電極層；
[0078]步驟S5，在電極層上沉積介質(zhì)材料層，并進(jìn)行平坦化工藝。
[0079]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟3中，在沉積感應(yīng)單元的同時(shí)沉積第一導(dǎo)磁單元及第二導(dǎo)磁單元，第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元使用同一磁性材料，為同一次沉積得到。
[0080]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的磁傳感裝置及其制備工藝，在單一的圓晶/芯片上同時(shí)具有X、Y和Z三軸方向的傳感單元，單芯片上可選擇性集成ASIC外圍電路，其制造工藝與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝完全兼容；具有良好的可制造性、優(yōu)異的性能和明顯的價(jià)格競爭力。
[0081]此外，由于在感應(yīng)單元兩側(cè)分別設(shè)置第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元，可以有效提高感應(yīng)精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0082]圖1為現(xiàn)有磁傳感裝置的磁性材料的示意圖。
[0083]圖2為現(xiàn)有磁傳感裝置的磁性材料及導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0084]圖3為磁場方向和電流方向的夾角示意圖。
[0085]圖4為磁性材料的Θ -R特性曲線示意圖。
[0086]圖5為惠斯通電橋的連接圖。
[0087]圖6為本發(fā)明磁傳感裝置一部分的俯視圖。
[0088]圖7為圖6的AA向剖視圖。
[0089]圖8為本發(fā)明磁傳感裝置的組成示意圖。
[0090]圖9為實(shí)施例二中磁傳感裝置一部分的俯視圖。
[0091]圖10為實(shí)施例七步驟一后的示意圖。
[0092]圖11為實(shí)施例七步驟二后的示意圖。
[0093]圖12為實(shí)施例七步驟三后的示意圖。
[0094]圖13為實(shí)施例七步驟四后的示意圖。
[0095]圖14為實(shí)施例七步驟五后的示意圖。
[0096]圖15為實(shí)施例七步驟六后的示意圖。
[0097]圖16為實(shí)施例七步驟七后的示意圖。
[0098]圖17為實(shí)施例八中另一種磁傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0099]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0100]實(shí)施例一
[0101]請(qǐng)參閱圖6、圖7，其中，圖7是圖6中沿A-A方向的投影；本發(fā)明揭示了一種磁傳感裝置，所述裝置包括Z軸磁傳感部件，該Z軸磁傳感部件包括:基底10、第一導(dǎo)磁單元20、感應(yīng)單元、介質(zhì)材料層50、第二導(dǎo)磁單元60 ;基底10可以包括CMOS外圍電路。
[0102]基底10的表面具有介質(zhì)層，并且在介質(zhì)層里(上表面，即靠近介質(zhì)材料層50的表面)開有第一溝槽11，如圖7所示，第一溝槽11的開口向上，第一溝槽11深0.5-5微米。所述基底10可以設(shè)有一列或若干列第一溝槽，本實(shí)施例中，一列溝槽可以包括若干子第一溝槽11。
[0103]第一導(dǎo)磁單元20的主體部分設(shè)置于第一溝槽11內(nèi)，并有部分露出第一溝槽11至基底10的上表面，用以收集Z軸方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出給感應(yīng)單元。
[0104]介質(zhì)材料層50設(shè)置于所述基底10的上方。
[0105]第二導(dǎo)磁單兀60的主體部分設(shè)置于介質(zhì)材料層50內(nèi)(可以認(rèn)為在介質(zhì)材料層50內(nèi)設(shè)有第二溝槽)，其一端設(shè)置于介質(zhì)材料層50的下表面，用以收集垂直方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出。
[0106]感應(yīng)單元設(shè)置于所述基底10的上表面與介質(zhì)材料層50的下表面之間(同時(shí)位于第一導(dǎo)磁單元20、第二導(dǎo)磁單元60之間)，用以接收所述第一導(dǎo)磁單元20、第二導(dǎo)磁單元60輸出的Z軸方向的磁信號(hào),并根據(jù)該磁信號(hào)測量出Z軸方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。感應(yīng)單元包括磁材料層30，以及該磁材料層30上設(shè)置的若干平行設(shè)置的電極40。同時(shí)，所述感應(yīng)單元還用以感應(yīng)X軸、Y軸方向的磁信號(hào)，并以此測量出X軸、Y軸方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。通過第一導(dǎo)磁單元20、第二導(dǎo)磁單元60的設(shè)置，感應(yīng)單元將Z軸方向的磁場引導(dǎo)到水平方向進(jìn)行測量。所述第一導(dǎo)磁單元20、第二導(dǎo)磁單元60及感應(yīng)單元的磁材料層30使用同一磁性材料，層數(shù)一致，且第一導(dǎo)磁單元20及感應(yīng)單元的磁材料層30可以通過同一次沉積得到；如感應(yīng)單元的磁材料層30可以是各向異性磁傳感器AMR、也可以是TMR和GMR，以下不再贅述；所述第一導(dǎo)磁單元20、第二導(dǎo)磁單元60的磁材料可以為高磁導(dǎo)率的軟磁材料。當(dāng)然，所述第一導(dǎo)磁單元20、第二導(dǎo)磁單元60及感應(yīng)單元的磁材料層30也可以使用不同的磁性材料，或者采用不同的層數(shù)，即可以通過多次沉積和光刻得到。
[0107]如圖7所示，所述第一導(dǎo)磁單元20、第二導(dǎo)磁單元60的主體部分與基底表面所在平面的夾角可在45°?90°之間，越大越好。所述感應(yīng)單元的磁材料層30貼緊基底表面設(shè)置，與基底10表面平行。
[0108]請(qǐng)參閱圖8，所述第一導(dǎo)磁單元20包括四個(gè)導(dǎo)磁子單元，分別為第一導(dǎo)磁子單元、第二導(dǎo)磁子單元、第三導(dǎo)磁子單元、第四導(dǎo)磁子單元；第二導(dǎo)磁單元60包括四個(gè)導(dǎo)磁子單元，分別為第五導(dǎo)磁子單元、第六導(dǎo)磁子單元、第七導(dǎo)磁子單元、第八導(dǎo)磁子單元。各導(dǎo)磁子單元包括若干磁性構(gòu)件，各磁性構(gòu)件的主體部分設(shè)置于對(duì)應(yīng)的第一溝槽11/第二溝槽51內(nèi)，并有部分露出于第一溝槽11/第二溝槽51外；露出部分靠近對(duì)應(yīng)感應(yīng)子單元的磁材料層設(shè)置，距離 c 優(yōu)選為 0_20um,典型值為 Oum, 0.1um, 0.3um, 0.5um, 0.8um, lum, 5um。此外，如圖 7 所示，a 的范圍為 0_2um (如 0.5um, lum) ；b 的范圍為 O-1um (如 Oum, 0.1um, 0.2um)；d的范圍為0.5-10um (如3um，2um) ；Theta的角度范圍為0-45° (如5° )。
[0109]所述感應(yīng)單元包括四個(gè)感應(yīng)子單元，分別為第一感應(yīng)子單元、第二感應(yīng)子單元、第三感應(yīng)子單元、第四感應(yīng)子單元。上述各感應(yīng)子單元包括磁材料層30，該磁材料層上設(shè)有若干平行設(shè)置的電極40 ;電極40的設(shè)置方向與磁材料層30的磁化方向的夾角為10°?80。，優(yōu)選為45°。
[0110]所述第一導(dǎo)磁子單元與第一感應(yīng)子單元配合，作為Z軸磁傳感部件的第一感應(yīng)模塊；所述第二導(dǎo)磁子單元與第二感應(yīng)子單元配合，作為Z軸磁傳感部件的第二感應(yīng)模塊；所述第三導(dǎo)磁子單元與第三感應(yīng)子單元配合，作為Z軸磁傳感部件的第三感應(yīng)模塊；所述第四導(dǎo)磁子單元與第四感應(yīng)子單元配合；作為Z軸磁傳感部件的第四感應(yīng)模塊。
[0111]圖8所示的磁傳感裝置采用惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，可以更加靈敏地測量外界磁場。在實(shí)際的應(yīng)用中，也可以采用一對(duì)導(dǎo)磁子單元和一個(gè)感應(yīng)子單元，即可以測量磁場，在此不再贅述。
[0112]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置進(jìn)一步包括X軸Y軸磁傳感部件，用以感應(yīng)X軸或/和Y軸方向的磁信號(hào)，并以此測量出X軸或/和Y軸方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。X軸Y軸磁傳感部件并非Z軸磁傳感部件的感應(yīng)單元；z軸磁傳感部件的感應(yīng)單元是為了感應(yīng)Z軸的方向，而X軸Y軸磁傳感部件的感應(yīng)單元是為了感應(yīng)X軸或/和Y軸的方向。
[0113]所述X軸或Y軸磁傳感部件包括四個(gè)感應(yīng)子單元，分別為第五感應(yīng)子單元、第六感應(yīng)子單元、第七感應(yīng)子單元、第八感應(yīng)子單元；上述各感應(yīng)子單元包括磁材料層，該磁材料層上設(shè)有若干平行設(shè)置的電極；電極的設(shè)置方向與磁材料層的磁化方向的夾角為10°?80°，優(yōu)選為45°。同理，所述X軸Y軸磁傳感部件可以只包括一個(gè)感應(yīng)單元，即可以不采用惠斯通電橋方式。
[0114]以上介紹了本發(fā)明磁傳感裝置的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在揭示上述磁傳感裝置的同時(shí)，還揭示上述磁傳感裝置的磁感應(yīng)方法。所述方法包括Z軸方向磁場感應(yīng)步驟，具體包括:第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元收集第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出；感應(yīng)單元接收所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測量出第三方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。
[0115]此外,所述方法還包括X軸、Y軸方向磁場感應(yīng)步驟，包括:感應(yīng)X軸、Y軸方向的磁信號(hào)，并以此測量出X軸、Y軸方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。
[0116]與此同時(shí)，本發(fā)明還揭示一種上述磁傳感裝置的制備工藝，所述制備工藝包括如下步驟:
[0117]【步驟SI】設(shè)置基底，基底可以包含CMOS外圍電路。
[0118]【步驟S2】在基底的表面具有介質(zhì)層，隔離傳感裝置與基底，在介質(zhì)層上采用制造工藝設(shè)置溝槽。
[0119]【步驟S3】在基底表面沉積磁性材料和保護(hù)層材料，磁性材料和保護(hù)層材料分別為單層或者是多層材料，隨后通過制造工藝同時(shí)形成感應(yīng)單元和導(dǎo)磁單元，因此，導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元使用同一磁性材料，為同一次沉積得到，或兩次沉積制備磁性薄膜。導(dǎo)磁單元的主體部分沉積于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面。
[0120]優(yōu)選地，本發(fā)明磁傳感裝置還包括X軸Y軸感應(yīng)部件；步驟S3中，在基底表面沉積感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元的同時(shí)，沉積X軸Y軸磁傳感部件所需的磁材料層；即X軸、Y軸所需的磁材料層與Z軸所需的感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元同時(shí)制備得到。
[0121 ] 可選擇地，在本步驟中，可以在基底表面同時(shí)沉積感應(yīng)單元和第一導(dǎo)磁單元；也分為二步進(jìn)行，先沉積感應(yīng)單元，刻蝕后再沉積第一導(dǎo)磁單元，使得感應(yīng)單元、第一導(dǎo)磁單元有不同的厚度，滿足不同的要求。
[0122]【步驟S4】在感應(yīng)單元及X軸Y軸感應(yīng)部件的磁材料層上分別設(shè)置電極層，隨后通過介質(zhì)填充和引線等工藝實(shí)現(xiàn)完整傳感裝置的制造。
[0123]【步驟S5】在電極層上沉積介質(zhì)材料層，并進(jìn)行平坦化工藝。
[0124]【步驟S6】在介質(zhì)材料層表面設(shè)置第二溝槽。
[0125]【步驟S7】在介質(zhì)材料層表面及第二溝槽壁上沉積磁性薄膜，第二溝槽直達(dá)基底表面的磁性薄膜；作為第二導(dǎo)磁單元，第二導(dǎo)磁單元為軟磁材料具有高磁導(dǎo)率。其中，第二導(dǎo)磁單元與步驟S3的第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元為同一磁性材料，或不同的磁性材料。
[0126]優(yōu)選地，第二導(dǎo)磁單元在第二溝槽的側(cè)壁上，部分保留在底部，靠近感應(yīng)單元的一端設(shè)置。
[0127]實(shí)施例二
[0128]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，多個(gè)導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)可以共享同一溝槽；請(qǐng)參閱圖9，基底10/介質(zhì)材料層上的第一溝槽11/第二溝槽51 (第二溝槽51為介質(zhì)材料層上設(shè)置的溝槽)可以設(shè)置一列或多列，一列第一溝槽11/第二溝槽51可以設(shè)置一個(gè)狹長的溝槽，供多個(gè)磁性構(gòu)件共享使用。第一溝槽11極第二溝槽51深0.5-5微米，如均為0.5微米、I微米、2微米、5微米等。
[0129]第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元與傳感單元之間有縫隙，縫隙的尺寸在I納米到5微米之間，典型的比如是20納米，65納米，100納米，0.18微米，0.5微米，I微米等。作為一個(gè)選擇，此結(jié)構(gòu)中第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元也可與傳感單元相連，即距離為Oum。
[0130]實(shí)施例三
[0131]本實(shí)施例中，本發(fā)明磁傳感裝置還包括CMOS芯片，實(shí)施例一中所述的基底設(shè)置于CMOS芯片上。即磁傳感裝置具有現(xiàn)有CMOS芯片的功能。即在單一的芯片上同時(shí)具有CMOS芯片和傳感裝置，具有高度的集成度。
[0132]實(shí)施例四
[0133]本實(shí)施例中，磁傳感裝置的導(dǎo)磁單元、傳感單元、X軸Y軸磁傳感部件所需的磁材料層為磁阻材料，如NiFe合金材料。其中，磁阻材料層可以是多層材料，如GMR和TMR材料，即磁阻材料包括各向異性磁阻材料，巨磁阻材料，隧道結(jié)磁阻；可以是多層，或者是單層；多層材料的厚度和層數(shù)根據(jù)實(shí)際需要可調(diào)。
[0134]此外，一組第一導(dǎo)磁單元/第二導(dǎo)磁單元可配合多個(gè)導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)，使測量更加靈敏。
[0135]第一導(dǎo)磁單元和第二導(dǎo)磁單元采用相同的材料以及薄膜結(jié)構(gòu)，或者采用不同的材料和薄膜結(jié)構(gòu)；兩者采用薄膜的厚度相同也可以不同。
[0136]實(shí)施例五
[0137]本實(shí)施例中，磁傳感裝置可以感應(yīng)的三維方向可以為并非X軸、Y軸、Z軸的第一方向、第二方向、垂直方向，只需要使第一方向、第二方向、垂直方向兩兩相互垂直即可。
[0138]磁傳感器裝置的原理是巨磁阻(GMR)原理，磁材料采用GMR材料。
[0139]實(shí)施例六
[0140]在前面的實(shí)施例中，磁傳感器利用惠斯通全電橋?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的檢測和輸出，惠斯通全電橋包括四個(gè)可變橋臂，即包括四個(gè)第一導(dǎo)磁子單元、四個(gè)第二導(dǎo)磁子單元和四個(gè)感應(yīng)子單元，輸出的信號(hào)較大，較為有效。
[0141]本發(fā)明顯然也可以采用半電橋甚至四分之一橋檢測TMR阻值(或者GMR和AMR阻值)的變化:如果采用半電橋進(jìn)行檢測，那么只需要包括兩組導(dǎo)磁子單元和感應(yīng)子單元。如果采用四分之一電橋，那么只需要包括一組磁子單元和感應(yīng)子單元。在此需要特別指出，本發(fā)明的應(yīng)用可以只包括一組或者兩組導(dǎo)磁子單元和感應(yīng)子單元的配合即可完成磁場的檢測，在此不再贅述。
[0142]甚至也可以不采用電橋的方法，直接采用單組磁子單元和感應(yīng)子單元，測量磁單元兩端電阻變化，從而計(jì)算出磁場的變化。
[0143]實(shí)施例七
[0144]本實(shí)施例中，本發(fā)明三軸磁傳感器的制備工藝包括如下步驟:
[0145]步驟一:在如圖10所示的基底101上開溝槽陣列，形成溝槽102。本發(fā)明所述的基底同樣可以是具有CMOS電路的基底。
[0146]步驟二:沉積磁性材料，通過半導(dǎo)體工藝形成磁傳感器單元103及Z軸導(dǎo)磁單元103’，如圖11所示。本發(fā)明的特征是在磁傳感器單元103及Z軸導(dǎo)磁單元103’之間具有縫隙104，即兩者不連通，其優(yōu)點(diǎn)在于有較好的信噪比，同時(shí)因?yàn)榭p隙104的存在，在磁傳感器單元103中的電流不會(huì)到達(dá)Z軸導(dǎo)磁單元103’，對(duì)傳感器的靈敏度有幫助。縫隙104的尺寸在I納米到5微米之間。
[0147]步驟三:在磁傳感器單元上制造金屬層105，如圖12所示，本金屬層的制造也可以換到弟_■ Z軸導(dǎo)磁單兀制造完成之后。
[0148]步驟四:填充絕緣介質(zhì)材料106，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光平坦化，如圖13所示。必要時(shí)，可以采用填充/回刻/再填充的工藝。
[0149]步驟五:通過半導(dǎo)體工藝制造凸起的絕緣塊陣列107，如圖14所示，在溝槽中還保留有部分的絕緣介質(zhì)材料108。
[0150]步驟六:可選擇地沉積介質(zhì)材料109，材料可以與絕緣介質(zhì)材料106相同或者不同，如圖15所示。
[0151]步驟七:再次沉積磁性材料，制造第二 Z軸導(dǎo)磁單元110，采用的磁性材料與上述磁性材料103相同或者不同，厚度也是可以相同或者不同。第二 Z軸導(dǎo)磁單元110與磁傳感器單元之間同樣具有縫隙111，縫隙111的尺寸在I納米到5微米之間。填充介質(zhì)材料112，采用的材料與上述絕緣材料相同或者不同，采用化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行平坦化，如圖16所
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[0152]步驟八:進(jìn)行后續(xù)的導(dǎo)電通孔打開、金屬層沉積和刻蝕、介質(zhì)層填充等，形成完整的磁傳感器制造工藝。
[0153]實(shí)施例八
[0154]本實(shí)施例與以上實(shí)施例的區(qū)別在于，本實(shí)施例揭示另一種磁傳感器的結(jié)構(gòu)，如圖17所示，在基底201上開有第一溝槽202及第二溝槽202’，同一磁傳感單元204對(duì)應(yīng)著一組溝槽202以及202’。第一溝槽202上制造有磁導(dǎo)單元203，第二溝槽202’上制造有磁導(dǎo)單元203’，傳感單元上方有金屬層材料205。本發(fā)明的特點(diǎn)是一組磁傳感單元對(duì)于兩對(duì)導(dǎo)磁單元，且此兩對(duì)導(dǎo)磁單元的上端和溝槽的上端都在一個(gè)平面上。
[0155]實(shí)施例九
[0156]本實(shí)施例與以上實(shí)施例的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，在基底上設(shè)置介質(zhì)材料層，第一導(dǎo)磁單元及第二導(dǎo)磁單元均設(shè)置于介質(zhì)材料層中(而非實(shí)施例八中所述，第一導(dǎo)磁單元及第二導(dǎo)磁單元設(shè)置于基底的溝槽中)。
[0157]綜上所述，本發(fā)明提出的磁傳感裝置及其制備工藝，在單一的圓晶/芯片上同時(shí)具有X、Y和Z三軸方向的傳感單元，單芯片上可選擇性集成ASIC外圍電路，其制造工藝與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝完全兼容；具有良好的可制造性、優(yōu)異的性能和明顯的價(jià)格競爭力。此夕卜，由于在感應(yīng)單元兩側(cè)分別設(shè)置第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元，可以有效提高感應(yīng)精度。
[0158]這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種磁傳感裝置，其特征在于，所述裝置包括垂直方向磁傳感部件，該垂直方向磁傳感部件包括: -基底，其上表面開有第一溝槽；第一溝槽深0.5-5微米； -介質(zhì)材料層，設(shè)置于所述基底上方； -第一導(dǎo)磁單元，含有磁材料層，其主體部分設(shè)置于第一溝槽內(nèi)，并有部分露出第一溝槽至基底的上表面，用以收集垂直方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出； -第二導(dǎo)磁單元，含有磁材料層，設(shè)置于介質(zhì)材料層形成的第二溝槽內(nèi)，第二溝槽深0.5-5微米，并有部分第二導(dǎo)磁單元露出第二溝槽至設(shè)置于介質(zhì)材料層的下表面，用以收集垂直方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出； -感應(yīng)單元，所述感應(yīng)單元是感應(yīng)與基底表面平行方向的磁傳感器，設(shè)置于所述基底的上表面、介質(zhì)材料層下表面之間，含有磁材料層，用以接收所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單兀輸出的垂直方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測量出垂直方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向；所述垂直方向?yàn)榛妆砻娴拇怪狈较颍? 所述磁傳感裝置還包括第二傳感器，第三磁傳感器，用以感應(yīng)與基底表面平行的第一方向、第二方向的磁信號(hào)，第一方向、第二方向相互垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第一導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元以及第二導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元之間有縫隙，縫隙尺寸在1納米到5微米之間。
3.—種磁傳感裝置，其特征在于，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，該第三方向磁傳感部件包括: _基底; -介質(zhì)材料層，設(shè)置于所述基底上方； -第一導(dǎo)磁單元，其主體部分設(shè)置于開設(shè)于基底的第一溝槽內(nèi)、并有部分露出第一溝槽至基底的第一表面，或者，第一導(dǎo)磁單元設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)，并有部分露出至基底的第一表面；所述第一導(dǎo)磁單元用以收集第三方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出； -第二導(dǎo)磁單元，設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)，并有部分露出至基底的第一表面，或者第二導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于開設(shè)于基底的第二溝槽內(nèi)、并有部分露出第二溝槽至基底的第一表面；所述第二導(dǎo)磁單元用以收集第三方向的磁場信號(hào)，并將該磁場信號(hào)輸出； -感應(yīng)單元，設(shè)置于所述基底及介質(zhì)材料層之間，位于第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元之間，用以接收所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測量出第三方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。
4.如權(quán)利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第一導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元以及第二導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元之間分別設(shè)有縫隙，縫隙尺寸在1納米到5微米之間； 所述第一溝槽深0.5-5微米，第二溝槽深0.5-5微米。
5.如權(quán)利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述基底上具有CMOS電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第三方向磁傳感部件包括外圍電路，量度磁場強(qiáng)度及磁場方向，并進(jìn)行輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述感應(yīng)單元是與基底表面平行的磁傳感器，和基底表面平行的第一方向、第二方向?qū)?yīng)的磁傳感器一起，組成三維磁傳感器的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第一方向?yàn)閄軸方向，第二方向?yàn)閅軸方向，第三方向?yàn)閦軸方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第一導(dǎo)磁單元的主體部分與基底的上表面的夾角為±45°?±90° ;所述感應(yīng)單元貼緊基底表面設(shè)置，與基底表面平行；所述第二導(dǎo)磁單元的主體部分與介質(zhì)材料層的下表面的夾角為±45°?±90°。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述裝置進(jìn)一步包括第二磁傳感部件，用以感應(yīng)第一方向或/和第二方向的磁信號(hào)，并以此測量出第一方向或/和第二方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第二磁傳感部件包括至少一個(gè)感應(yīng)子單元； 上述各感應(yīng)子單元包括磁材料層，磁材料層為磁阻材料，該磁材料的電阻隨著磁場的變化而變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述基底表面設(shè)有第一溝槽、第二溝槽，第一導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第一溝槽內(nèi)，第二導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第二溝槽內(nèi)； 或者，基底表面設(shè)有第一溝槽，第一導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第一溝槽內(nèi)，第二導(dǎo)磁單元設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)； 或者，基底表面設(shè)有第二溝槽，第一導(dǎo)磁單元設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)，第二導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于第二溝槽內(nèi)； 或者，第一導(dǎo)磁單元及第二導(dǎo)磁單元均設(shè)置于介質(zhì)材料層內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第一導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元以及第二導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元之間有縫隙，縫隙尺寸在1納米到5微米之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元均含有磁材料層； 感應(yīng)單元的磁材料為各項(xiàng)異性磁阻AMR材料，或?yàn)榫薮抛鐶MR材料，或?yàn)樗淼来抛鑄MR材料； 所述磁傳感器裝置的原理是各項(xiàng)異性磁阻AMR，或?yàn)榫薮抛鐶MR，或?yàn)樗淼来抛鑄MR ； 所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元的磁材料為高磁導(dǎo)率的軟磁材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的磁傳感裝置，其特征在于: 所述第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元的磁材料層使用同一磁性材料，為同一次沉積得到； 或者，所述第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元的磁材料層使用不同磁性材料，通過多次沉積得到。
16.—種權(quán)利要求1至15之一所述磁傳感裝置的磁感應(yīng)方法，其特征在于，所述方法包括第三方向磁場感應(yīng)步驟，具體包括: 第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元收集第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出； 感應(yīng)單元接收所述第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元輸出的第三方向的磁信號(hào)，并根據(jù)該磁信號(hào)測量出第三方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度及磁場方向。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的磁感應(yīng)方法，其特征在于: 所述方法還包括第一方向、第二方向磁場感應(yīng)步驟，感應(yīng)第一方向、第二方向的磁信號(hào)，并以此測量出第一方向、第二方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度。
18.—種權(quán)利要求1至15之一所述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、設(shè)置基底； 步驟S2、在基底的表面設(shè)置第一溝槽； 步驟S3、在基底表面沉積感應(yīng)單元，同時(shí)沉積、制備第一導(dǎo)磁單元，使得第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元使用同一磁性材料，為同一次沉積得到，或兩次沉積制備磁性薄膜；第一導(dǎo)磁單元的主體部分沉積于第一溝槽內(nèi)，并有部分露出第一溝槽至基底表面； 步驟S4、在感應(yīng)單元上設(shè)置電極層； 步驟S5，在電極層上沉積介質(zhì)材料層，并進(jìn)行平坦化工藝； 步驟S6，在介質(zhì)材料層表面設(shè)置第二溝槽； 步驟S7，在介質(zhì)材料層表面及第二溝槽壁上沉積磁性薄膜，第二溝槽直達(dá)基底表面的磁性薄膜；作為第二導(dǎo)磁單元，第二導(dǎo)磁單元為軟磁材料具有高磁導(dǎo)率。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備工藝，其特征在于: 所述步驟S7中的第二導(dǎo)磁單元與步驟S3的第一導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元為同一磁性材料，或不同的磁性材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備工藝，其特征在于: 所述步驟S3中，在基底表面沉積感應(yīng)單元、第一導(dǎo)磁單元的同時(shí)，沉積第二磁傳感部件所需的磁材料層，第二磁傳感部件用以感應(yīng)第一方向、第二方向的磁信號(hào)，并以此測量出第一方向、第二方向?qū)?yīng)的磁場強(qiáng)度；即第二磁傳感部件所需的磁材料層與垂直方向磁傳感部件所需的感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元同時(shí)制備得到。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備工藝，其特征在于: 步驟S3中，在基底表面同時(shí)沉積感應(yīng)單元和第一導(dǎo)磁單元；或者分為二步進(jìn)行，先沉積感應(yīng)單元，刻蝕后再沉積第一導(dǎo)磁單元，使得感應(yīng)單元、第一導(dǎo)磁單元有不同的厚度。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的制備工藝，其特征在于: 所述步驟S7中，，第二導(dǎo)磁單元為軟磁材料具有高磁導(dǎo)率；第二導(dǎo)磁單元在第二溝槽的側(cè)壁上，部分保留在底部，靠近感應(yīng)單元的一端設(shè)置。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制備工藝，其特征在于: 所述制備工藝具體包括如下步驟: 步驟一:在基底上開溝槽陣列，形成溝槽； 步驟二:沉積磁性材料，通過半導(dǎo)體工藝形成感應(yīng)單元及第一導(dǎo)磁單元；在感應(yīng)單元及第一導(dǎo)磁單元之間具有縫隙，縫隙的尺寸在1納米到5微米之間； 步驟三:在感應(yīng)單元上制造金屬層；步驟三在步驟二完成后進(jìn)行，或者，步驟三在步驟七第二導(dǎo)磁單元制造完成之后進(jìn)行； 步驟四:填充絕緣介質(zhì)材料，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光平坦化； 步驟五:通過半導(dǎo)體工藝制造凸起的絕緣塊陣列，在溝槽中還保留有部分的絕緣介質(zhì)材料； 步驟六:可選擇地沉積介質(zhì)材料，介質(zhì)材料與步驟四中填充的絕緣介質(zhì)材料相同或者不同； 步驟七:再次沉積磁性材料，制造第二導(dǎo)磁單元，采用的磁性材料與步驟二中所述磁性材料相同或者不同，與步驟二中所述磁性材料的厚度相同或者不同；第二導(dǎo)磁單元與感應(yīng)單元之間同樣具有縫隙，縫隙的尺寸在1納米到5微米之間；填充介質(zhì)材料，采用的介質(zhì)材料與步驟四中填充的絕緣材料相同或者不同，采用化學(xué)機(jī)械拋光進(jìn)行平坦化； 步驟八:進(jìn)行后續(xù)的導(dǎo)電通孔打開、金屬層沉積和刻蝕、介質(zhì)層填充等，形成完整的磁傳感器制造工藝。
24.一種權(quán)利要求3至15之一所述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1、設(shè)置基底； 步驟2、在基底的表面設(shè)置第一溝槽、第二溝槽； 步驟S3、在基底表面沉積感應(yīng)單元，沉積制備第一導(dǎo)磁單元及第二導(dǎo)磁單元；第一導(dǎo)磁單元的主體部分沉積于第一溝槽內(nèi)，并有部分露出第一溝槽至基底表面；第二導(dǎo)磁單元的主體部分沉積于第二溝槽內(nèi)，并有部分露出第二溝槽至基底表面； 步驟S4、在感應(yīng)單元上設(shè)置電極層； 步驟S5，在電極層上沉積介質(zhì)材料層，并進(jìn)行平坦化工藝。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的制備工藝，其特征在于: 步驟3中，在沉積感應(yīng)單元的同時(shí)沉積第一導(dǎo)磁單元及第二導(dǎo)磁單元，第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元使用同一磁性材料，為同一次沉積得到。
【文檔編號(hào)】G01R3/00GK104459576SQ201310442346
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】萬虹, 張挺 申請(qǐng)人:上海矽睿科技有限公司