[发明专利]磁传感装置的制造工艺

说明书

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，涉及一种磁传感装置，尤其涉及一种磁传感装置的制造工艺。

背景技术

磁传感器按照其原理，可以分为以下几类：霍尔元件，磁敏二极管，各向异性磁阻元件(AMR)，隧道结磁阻(TMR)元件及巨磁阻(GMR)元件、感应线圈、超导量子干涉磁强计等。

电子罗盘是磁传感器的重要应用领域之一，随着近年来消费电子的迅猛发展，除了导航系统之外，还有越来越多的智能手机和平板电脑也开始标配电子罗盘，给用户带来很大的应用便利，近年来，磁传感器的需求也开始从两轴向三轴发展。两轴的磁传感器，即平面磁传感器，可以用来测量平面上的磁场强度和方向，可以用X和Y轴两个方向来表示。

以下介绍现有磁传感器的工作原理。磁传感器采用各向异性磁致电阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。

在制造、应用过程中，将一个强磁场加在AMR单元上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图1所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45°角倾斜排列，电流从这些导线和AMR材料上流过，如图2所示；由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45°的夹角。

当存在外界磁场Ha时，AMR单元上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向，那么磁场方向M和电流I的夹角θ也会发生变化，如图3所示。对于AMR材料来说，θ角的变化会引起AMR自身阻值的变化，如图4所示。

通过对AMR单元电阻变化的测量，可以得到外界磁场。在实际的应用中，为了提高器件的灵敏度等，磁传感器可利用惠斯通电桥检测AMR阻值的变化，如图5所示。R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻，当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加ΔR而R3/R4减少ΔR。这样在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零；而在有外界磁场时，电桥的输出为一个微小的电压ΔV。

目前的三轴传感器是将一个平面(X、Y两轴)传感部件与Z方向的磁传感部件进行系统级封装组合在一起，以实现三轴传感的功能(可参考美国专利US5247278、US5952825、US6529114、US7126330、US7358722)；也就是说需要将平面传感部件及Z方向磁传感部件分别设置于两个圆晶或芯片上，最后通过封装连接在一起。目前，在单圆晶/芯片上无法同时实现三轴传感器的制造。

此外，在磁性传感器的实际应用中，在磁性材料阵列形成后，普遍采用介质层进行覆盖，随后在介质层上进行开口，但是此步工艺非常容易在打开的窗口区域出现接触问题，这种接触问题轻则会提高接触电阻影响器件性能，重则会使金属与磁性材料连接失效，导致器件无法工作，因此使磁性传感器制造中面临的严峻问题。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感装置的制造工艺，以克服现有工艺的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种磁传感装置的制造工艺，可提高器件性能，提升良率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种磁传感装置的制造工艺，所述制造工艺包括如下步骤：

步骤S1、在基底上形成介质材料层；

步骤S2、沉积磁性材料及保护材料，形成磁性材料层及保护层；

步骤S3、通过曝光、刻蚀工艺形成磁性材料的阵列；

步骤S4、沉积阻挡材料，形成阻挡层，用以保护磁性材料阵列；

步骤S5、沉积导电材料，形成金属层，金属层为单层或者多层结构；

步骤S6、通过半导体工艺曝光、刻蚀，形成金属电极，由于阻挡材料的保护作用，金属刻蚀工艺会停留在阻挡材料上方，从而保护磁性材料在金属刻蚀工艺中不受破坏，保障磁传感器件的性能；

步骤S7、去除磁性材料之间残留的阻挡层材料；

步骤S8、沉积介质层材料，配合化学机械抛光进行平坦化，并通过光刻工艺打开通孔，沉积第二层金属，并进行光刻形成金属连线。

作为本发明的一种优选方案，步骤S1中，所述介质材料层的材料为含氧化硅或者是含氮化硅材料，该层介质材料层为单层材料，或为多层材料；所述基底上依次为氧化硅、第一氮化硅层以及第二氮化硅层，第一氮化硅层的厚度大于第二氮化硅层的厚度。