一种磁传感器及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种磁传感器及其制备方法，所述制备方法包括：分别制备磁传感器的感应单元、导磁单元；导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，并测量引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；导磁单元制备步骤中，沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度H1大于感应单元的磁性薄膜的厚度H2的一半。本发明专利技术提出的磁传感器及其制备方法，在单一的圆晶/芯片上同时具有Ｘ、Ｙ和Ｚ三轴方向的传感单元。此外，本发明专利技术分步制造水平方向感应单元和Z方向的导磁单元，增加沟槽侧壁磁材料的厚度，有助于提升Z轴方向的器件灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体工艺
，涉及一种传感器，尤其涉及一种磁传感器；同时，本专利技术还涉及一种磁传感器的制备方法。
技术介绍
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，各项异性磁阻元件(舰10，隧道结磁阻(1服)元件及巨磁阻((--)元件、感应线圈、超导量子干涉磁强计坐寸。 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V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 1叫1161:0-1？6818仏11。6 )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八自身电阻值发生变化。 在制造、应用过程中，将一个强磁场加在八II？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八的敏感轴，如图1所示。为了使测量结果以线性的方式变化，八材料上的金属导线呈45。角倾斜排列，电流从这些导线和八II？材料上流过，如图2所示；由初始的强磁场在八II？材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45。的夹角。 当存在外界磁场他时，八II？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1和电流I的夹角9也会发生变化，如图3所示。对于八II？材料来说，9角的变化会弓I起八自身阻值的变化，如图4所示。 通过对八服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或半电桥检测八阻值的变化，如图5所示。^1/^2/^3/1^4是初始状态相同的八1尺电阻，当检测到外界磁场的时候，81作2阻值增加八尺而…/财减少八8。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八^。 目前的三轴传感器是将一个平面〔X、V两轴)传感部件与2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；也就是说需要将平面传感部件及2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。 有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感器，以使实现在单圆晶/芯片上进行三轴传感器的制造；且同时需要保证传感的效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种磁传感器的制备方法，有助于提升2轴方向的器件灵敏度。 此外，本专利技术还提供一种磁传感器，有助于提升2轴方向的器件灵敏度。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案: 一种磁传感器的制备方法，所述制备方法包括:分别制备磁传感器的感应单元、导磁单元；所述导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；所述感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单元输出的磁信号，能测量被导磁单兀引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直； 所述导磁单元制备步骤中，沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度!II是感应单元的磁性薄膜的厚度取的一半以上。 作为本专利技术的一种优选方案，所述导磁单元的主体部分形成于沟槽内，并有部分露出沟槽至基底表面； 所述感应单元的磁性材料层形成于沟槽外，用以接收所述导磁单元输出的第三方向的磁信号，并根据该磁信号测量出第三方向对应的磁场强度及磁场方向；导磁单兀与感应单元不连接。 作为本专利技术的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤31、在基底上形成沟槽阵列； 步骤32、在设有沟槽阵列的基底上沉积第一绝缘材料； 步骤33、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元； 步骤34、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层； 步骤35、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层； 步骤36、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶；刻蚀，去除多余的第二保护材料，并去除光刻胶，剩余的第二保护材料为硬掩膜； 步骤37、以步骤36剩余的第二保护层材料为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料，剩余的第二磁性材料作为导磁单元的磁性薄膜； 步骤38、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔。 作为本专利技术的一种优选方案，步骤35中，第二磁性材料层的厚度大于第一磁性材料层的厚度； 步骤36中，保留的光刻胶包括感应单元与沟槽之间的区域，以及与该区域连接的沟槽中的部分； 步骤38中，根据设定，制造一层或多金属层及介质层。 作为本专利技术的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤31、在基底上形成沟槽阵列； [0031〕 步骤32、在设有沟槽阵列的基底上沉积第一绝缘材料； 步骤33、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元； 步骤34、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层；步骤35、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层； 步骤36、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶； 刻蚀，去除多余的第二保护材料；保留光刻胶下的第二保护材料，以及光刻胶与感应单元之间的第二保护材料； 步骤37’、去除光刻胶； 步骤38’、以步骤36’剩余的第二保护材料为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料； 步骤39’、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔。 作为本专利技术的一种优选方案，所述感应单元与导磁单元中的磁性薄膜的距离通过调节两者之间的第二绝缘材料在侧壁的厚度确定。 作为本专利技术的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤31’ ’、在具有0103电路的基底上形成沟槽，在具有沟槽的基底上依次沉积第二磁性材料及第二保护材料，形成第二磁性材料层及第二保护材料层，通过半导体工艺形成导磁单元； 步骤32’ ’、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层； 步骤33’ ’、依次沉积第一磁性材料及第一保护材料，形成第一磁性材料层及第一保护材料层，通过半导体工艺形成感应单元；其中，沟槽里的第二磁性材料能够将2方向的磁信号收集并引导到水平方向，由第一磁性材料层进行测试。 作为本专利技术的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤1、在基底上形成沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元； 步骤2、形成沟槽，并沉积第二绝缘层材料； 步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：分别制备磁传感器的感应单元、导磁单元；所述导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；所述感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单元输出的磁信号，能测量被导磁单元引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；所述导磁单元制备步骤中，沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度H1是感应单元的磁性薄膜的厚度H2的一半以上。

【技术特征摘要】
1.一种磁传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括:分别制备磁传感器的感应单元、导磁单元；所述导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；所述感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单元输出的磁信号，能测量被导磁单元引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直； 所述导磁单元制备步骤中，沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度Hl是感应单元的磁性薄膜的厚度H2的一半以上。2.根据权利要求1所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述导磁单元的主体部分形成于沟槽内，并有部分露出沟槽至基底表面； 所述感应单元的磁性材料层形成于沟槽外，用以接收所述导磁单元输出的第三方向的磁信号，并根据该磁信号测量出第三方向对应的磁场强度及磁场方向； 导磁单元与感应单元不连接。3.根据权利要求1所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤S1、在基底上形成沟槽阵列； 步骤S2、在设有沟槽阵列的基底上沉积第一绝缘材料； 步骤S3、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元； 步骤S4、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层； 步骤S5、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层； 步骤S6、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶；刻蚀，去除多余的第二保护材料，并去除光刻胶，剩余的第二保护材料为硬掩膜； 步骤S7、以步骤S6剩余的第二保护层材料为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料，剩余的第二磁性材料作为导磁单元的磁性薄膜； 步骤S8、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔。4.根据权利要求3所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 步骤S5中，第二磁性材料层的厚度大于第一磁性材料层的厚度； 步骤S6中，保留的光刻胶包括感应单元与沟槽之间的区域，以及与该区域连接的沟槽中的部分； 步骤S8中，根据设定，制造一层或多金属层及介质层。5.根据权利要求1所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤S1、在基底上形成沟槽阵列； 步骤S2、在设有沟槽阵列的基底上沉积第一绝缘材料； 步骤S3、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元； 步骤S4、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层；步骤S5、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保...

【专利技术属性】
技术研发人员：张挺，杨鹤俊，
申请(专利权)人：上海矽睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31