磁傳感裝置及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，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。
【背景技術(shù)】
[0002]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(lái)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(lái)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(lái)很大的應(yīng)用便利，近年來(lái)，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(lái)測(cè)量平面上的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向，可以用X和Y軸兩個(gè)方向來(lái)表示。
[0003]AMR磁傳感器采用各向異性磁致電阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料來(lái)檢測(cè)空間中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。
[0004]為了使測(cè)量結(jié)果以線性的方式變化，AMR陣列上的金屬導(dǎo)線呈45°角傾斜排列，電流從AMR材料上流過(guò)經(jīng)金屬導(dǎo)線后電流的流向與AMR線的角度旋轉(zhuǎn)45°，如圖1所示即在沒有外加磁場(chǎng)的情況下AMR線自極化方向與電流呈現(xiàn)45°的夾角。
[0005]當(dāng)存在外界磁場(chǎng)Ha時(shí)，AMR單元上的極化方向就會(huì)發(fā)生變化而不再是初始的方向，那么磁場(chǎng)方向M和電流I的夾角Θ也會(huì)發(fā)生變化，如圖2所示，從而引起AMR自身阻值的變化。
[0006]通過(guò)對(duì)AMR單元電阻變化的測(cè)量，可以得到外界磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。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(cè)AMR阻值的變化，如圖3所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態(tài)相同的AMR電阻R0，當(dāng)檢測(cè)到外界磁場(chǎng)的時(shí)候，R1/R2阻值增加Λ R而R3/R4減少Λ R(或相反)。這樣在沒有外界磁場(chǎng)的情況下，電橋的輸出為零；而在有外界磁場(chǎng)時(shí)，電橋的輸出為一個(gè)微小的電壓AV。
[0007]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(將X/Y方向豎在基板上)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(shuō)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(guò)封裝與外圍電路連接在一起，一個(gè)傳感器器件里面可能包含三個(gè)分立的芯片。這樣的方法的優(yōu)點(diǎn)是具有較好Z軸性能(與X、Y軸的性能基本一樣)，技術(shù)門檻較低，但是對(duì)封裝要求很高，引入較高封裝成本(封裝的成本占據(jù)整個(gè)芯片成本的很大部分)，另一方面，這種方法得到的器件的可靠性較差，器件的尺寸也難以進(jìn)一步縮小。
[0008]如今，磁傳感器的應(yīng)用中通常需要ASIC外圍電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，當(dāng)前主要采用ASIC芯片和磁傳感芯片進(jìn)行SIP封裝。而SOC的單芯片模式是發(fā)展方向，其特點(diǎn)是具有更高的集成度，更好的綜合性能和較低的成本。SOC模式是在ASIC芯片的頂層金屬上方繼續(xù)制造磁傳感器，最終使磁傳感器與ASIC有機(jī)結(jié)合，避免了采用引線方法進(jìn)行連接。
[0009]在制造ASIC芯片的時(shí)候，通常會(huì)采用4-6層金屬層；在ASIC芯片與磁傳感器結(jié)合時(shí)，通常是在ASIC芯片的頂層金屬top metal做完之后再沉積3um的介質(zhì)層IMd,然而3um的MD的引線存在很大困難，很難連出來(lái)。導(dǎo)致現(xiàn)有的制備工藝流程比較復(fù)雜，制備時(shí)間較長(zhǎng)，而制備成本較高。
[0010]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的磁傳感裝置制備工藝，以克服現(xiàn)有磁傳感裝置的上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種磁傳感裝置的制備工藝，可將ASIC芯片與磁傳感器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，便于引出金屬，可提高制備效率及正品率。
[0012]此外，本發(fā)明還提供一種磁傳感裝置，可將ASIC芯片與磁傳感器進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，便于引出金屬，可提高制備效率及正品率。
[0013]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0014]一種磁傳感裝置的制備工藝，所述制備工藝包括:
[0015]步驟一、外圍電路的基底上設(shè)有至少兩層頂層金屬層，至少包括第一金屬層、第二金屬層，第二金屬層位于第一金屬層上方，引出第二金屬層；
[0016]步驟二、在基底上的介質(zhì)材料上刻蝕形成溝槽，溝槽位于第一金屬層上方，不接觸第一金屬層；或者，刻蝕溝槽自停止至第一金屬層上方；或者，在第一金屬層上方設(shè)有其他自停止層，刻蝕至第一金屬層上的自停止層形成溝槽；
[0017]步驟三、沉積磁材料，或者在沉積一層或者多層介質(zhì)材料后沉積磁材料，磁材料的一部分位于基底上表面，另一部分位于溝槽內(nèi)；
[0018]步驟四、圖形化，生成磁傳感器的圖形，形成感應(yīng)單元的磁材料層，并通過(guò)溝槽的應(yīng)用形成導(dǎo)磁單元；
[0019]步驟五、沉積絕緣材料，打開窗口，將磁材料層的電極引出，將其他電極引出；
[0020]步驟六、制造后續(xù)的介質(zhì)層、金屬層以及鈍化層，并且完成鈍化層開窗。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟二中，刻蝕溝槽自停止至第一金屬層上方獲得平坦底部；或者，在第一金屬層上方設(shè)有其他自停止層，刻蝕至第一金屬層上的自停止層形成底部平坦的溝槽。
[0022]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟四中，所述導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，用以感應(yīng)第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出到感應(yīng)單元進(jìn)行測(cè)量；
[0023]所述感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，與導(dǎo)磁單元之間連接或斷開，或者部分連接、部分?jǐn)嚅_，用以測(cè)量第一方向或/和第二方向的磁場(chǎng)，結(jié)合導(dǎo)磁單兀輸出的磁信號(hào)，能測(cè)量被導(dǎo)磁單兀引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場(chǎng)；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直。
[0024]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，沉積的磁材料包含一層或者多層保護(hù)層材料。
[0025]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，沉積的磁材料為AMR材料，或?yàn)門MR材料，或?yàn)镚MR材料。
[0026]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:
[0027]步驟S101、外圍電路的基底上設(shè)有第一金屬層或MM電容，MM電容包含兩層金屬和一層介質(zhì)層；
[0028]步驟S102、沉積第一介質(zhì)材料，形成通孔，沉積金屬材料，圖形化形成金屬圖形，作為第二金屬層；
[0029]步驟103、沉積第二介質(zhì)材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；
[0030]步驟S104、打開通孔，沉積金屬，進(jìn)行光刻，引出第二金屬層；
[0031]步驟S105、在第一金屬層上方、第二金屬層的一側(cè)形成溝槽，刻蝕時(shí)自停止在第一金屬層上方；
[0032]步驟S106、沉積第三介質(zhì)材料；
[0033]步驟S107、沉積磁材料，圖形化；生成磁傳感器的圖形，形成感應(yīng)單元的磁材料層，并通過(guò)溝槽的應(yīng)用形成導(dǎo)磁單元；所述導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，用以感應(yīng)第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出到感應(yīng)單元進(jìn)行測(cè)量；感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，與導(dǎo)磁單元之間連接或斷開，或者部分連接、部分?jǐn)嚅_，用以測(cè)量第一方向或/和第二方向的磁場(chǎng)，結(jié)合導(dǎo)磁單元輸出的磁信號(hào)，能測(cè)量被導(dǎo)磁單元引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場(chǎng)；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；
[0034]步驟S108、沉積絕緣材料,形成絕緣材料層；
[0035]步驟S109、打開窗口，將磁材料層上的電極引出，將其他電極引出；
[0036]步驟S110、制造后續(xù)的介質(zhì)層和金屬層，用于布線，或者實(shí)現(xiàn)SET/RESET，或者實(shí)現(xiàn)自檢測(cè)。
[0037]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟S104中，在通孔內(nèi)利用化學(xué)氣相沉積法沉積金屬鎢，化學(xué)機(jī)械拋光平坦化，去除基底表面的金屬鎢，只保留孔內(nèi)的金屬鎢。
[0038]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S104中，還包括在金屬鎢上方沉積金屬，光刻圖形化后形成金屬圖形；沉積的金屬材料能阻擋后續(xù)開通孔時(shí)候的過(guò)刻蝕；步驟S104還包括:在通孔內(nèi)直接沉積第三金屬層，并進(jìn)行光刻。
[0039]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟S105中，所述第一金屬層為含Al材料或者含Ti材料的一層或者多層；
[0040]步驟S106中，第三介質(zhì)材料為多層或單層，第三介質(zhì)材料包括S1x或/和SiNx或/和S1x/SiN材料一種或者多種；
[0041]步驟S107中，磁材料上還設(shè)有一層或多層保護(hù)材料層。
[0042]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備工藝步驟S110，沉積金屬，圖形化，沉積的金屬層作為自檢測(cè)金屬層或者SET/RESET。
[0043]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:
[0044]步驟S201、外圍電路的基底上設(shè)有第一金屬層；
[0045]步驟S202、在第一金屬層上沉積絕緣自停止層，而后沉積第一介質(zhì)材料，形成通孔，沉積金屬材料引出第一金屬層，圖形化，光刻，形成金屬圖形，作為第二金屬層；
[0046]步驟S203、沉積第二介質(zhì)材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；
[0047]步驟S204、打開通孔，沉積金屬，進(jìn)行光刻，引出第二金屬層；
[0048]步驟S205、在絕緣自停止層上方、第二金屬層的一側(cè)形成溝槽，溝槽刻蝕時(shí)自停止在絕緣自停止層上方；
[0049]步驟S206、沉積第三介質(zhì)材料；
[0050]步驟S207、沉積磁材料，圖形化；生成磁傳感器的圖形，形成感應(yīng)單元的磁材料層，并通過(guò)溝槽的應(yīng)用形成導(dǎo)磁單元；所述導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，用以感應(yīng)第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出到感應(yīng)單元進(jìn)行測(cè)量；感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，與導(dǎo)磁單元之間連接或斷開，或者部分連接、部分?jǐn)嚅_，用以測(cè)量第一方向或/和第二方向的磁場(chǎng)，結(jié)合導(dǎo)磁單元輸出的磁信號(hào)，能測(cè)量被導(dǎo)磁單元引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場(chǎng)；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；
[0051]步驟S208、沉積絕緣材料,形成絕緣材料層；
[0052]步驟S209、打開窗口，將磁材料層上的電極引出，并將其他電極引出。
[0053]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟S203中，采用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化停在第二金屬層上，同時(shí)，保留1000?