三轴AMR磁力传感器的制造方法及结构技术

本发明专利技术公开了一种三轴AMR磁力传感器的制造方法，包括步骤：在衬底上形成第一绝缘层；采在第一绝缘层中形成沟槽；形成第二介质阻挡层；依次形成第一磁性材料层、第一保护层、第二磁性材料层和第二保护层；采用各向同性干法刻蚀工艺依次对第二保护层和第二磁性材料层进行刻蚀使第二保护层和第二磁性材料层仅保留于沟槽侧壁表面。进行退火处理。采用光刻刻蚀工艺对第一保护层和第一磁性材料层进行刻蚀并同时形成水平方向AMR磁力传感器和垂直方向AMR磁力传感器。本发明专利技术还公开了一种三轴AMR磁力传感器。本发明专利技术能提高传感器的Z轴磁灵敏度，且工艺简单、成本较低。

【技术实现步骤摘要】
三轴AMR磁力传感器的制造方法及结构
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种三轴各向异性磁电阻(AnisotropicMagnetoResistance，AMR)磁力传感器的制造方法，本专利技术还涉及一种三轴AMR磁力传感器。
技术介绍
磁电阻(MagnetoResistance，MR)效应是指物质的电阻会随外加磁场的改变而变化的现象。按照磁电阻的大小和机理不同可分为，正常磁电阻效应(OMR)、AMR效应、巨磁电阻效应(GiantMagnetoResistance，GMR)和超巨磁电阻效应(ColossalMagnetoResistance，CMR)等。对于AMR效应，在居里温度以下，铁磁金属的电阻率会随电流I和磁化强度M的相对取向而异，呈现出各向异性的现象。利用AMR效应能够测量磁场大小和方向的传感器，AMR磁力传感器具有体积小，功耗低，灵敏度高，抗干扰能力强，可靠性高等优点。AMR磁力传感器能够应用于地磁导航、数字智能罗盘、位置测量和伪钞鉴别等方面，应用前景广阔。AMR磁力传感器也能应用于微机电系统(MEMS)中，在采用3轴(3D)AMR磁力传感器的MEMS中，现有3DAMR磁力传感器的磁性材料层一般采用坡莫合金即铁镍(NiFe)合金形成，如图1所示，是现有三轴AMR磁力传感器的制造方法的流程图；如图2A至图2B所示，是现有方法各步骤中器件的剖面结构图；现有三轴AMR磁力传感器包括X轴AMR磁力传感器、Y轴AMR磁力传感器和Z轴AMR磁力传感器，所述Z轴磁力传感器由第三AMR磁力传感器和第四AMR磁力传感器组合而成，所述X轴AMR磁力传感器、所述Y轴AMR磁力传感器和所述第三AMR磁力传感器都为水平方向AMR磁力传感器，所述第四AMR磁力传感器为垂直方向AMR磁力传感器；所述X轴AMR磁力传感器和所述Y轴AMR磁力传感器如虚线框107a所示，所述三轴AMR磁力传感器如虚线框107b所示，所述第四AMR磁力传感器如虚线框108所示，现有三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤：步骤一、在衬底101上形成第一绝缘层102；所述第一绝缘层102为氧化硅层。步骤二、采用光刻刻蚀工艺在所述第一绝缘层102中形成沟槽103，所述沟槽103位于所述第四AMR磁力传感器的形成区域；沟槽103的底部不穿过所述第一绝缘层102、而是位于所述第一绝缘层102中。步骤三、在所述沟槽103的底部表面、侧面以及所述沟槽103外的所述第一绝缘层102表面形成第二介质阻挡层104，所述第二介质阻挡层104用于对所述第一绝缘层102进行保护。所述第二介质阻挡层104为氮化硅层。步骤四、在所述第二介质阻挡层104表面形成具有各向异性磁电阻的磁性材料层105；所述磁性材料层105为铁镍合金层，厚度为200埃。步骤五、在所述磁性材料层105表面形成保护层106，所述保护层106用于对磁性材料层105进行保护；所述保护层106为氮化钽层(TaN)，厚度为900埃。步骤六、对所述磁性材料层105进行退火处理。步骤七、采用光刻刻蚀工艺对所述保护层106和所述磁性材料层105进行刻蚀并同时形成水平方向AMR磁力传感器和垂直方向AMR磁力传感器即第四AMR磁力传感器；所述水平方向AMR磁力传感器位于所述沟槽103外部的所述第二介质阻挡层104表面、由刻蚀后的所述磁性材料层105和所述保护层106叠加形成；所述垂直方向AMR磁力传感器由位于所述沟槽103侧壁表面的所述磁性材料层105、所述保护层106、所述第二磁性材料层和所述第二保护层叠加形成。所述第三AMR磁力传感器位于所述第四AMR磁力传感器的邻近位置，通过所述第四AMR磁力传感器将Z轴探测到的磁通量导向到所述第三AMR磁力传感器中并通过所述第三AMR磁力传感器读出Z轴的信号；即所述第三AMR磁力传感器主要用于检测所述第四AMR磁力传感器的磁通量量变化，由所述第三AMR磁力传感器和所述第四AMR磁力传感器共同构成一个完整的Z轴AMR磁力传感器，通过去除所述第三AMR磁力传感器中的X轴和Y轴AMR因素后即可得出真正的Z轴磁力变化。图2B中标志109所示的箭头线表示所述第四AMR磁力传感器所感应到的磁力线，即磁感应强度B的形象线条描述，磁通量为磁感应强度B和其所穿过的面积的乘积。在现有技术中，所述第四AMR磁力传感器的磁性材料层105是位于沟槽的侧面、厚度较薄，这会导致感应到的Z轴的磁通量减少，磁灵敏度降低。
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三轴AMR磁力传感器的制造方法，能够提高传感器的Z轴磁灵敏度，且工艺简单、成本较低。为此，本专利技术还提供一种三轴AMR磁力传感器。为解决上述技术问题，本专利技术提供的三轴AMR磁力传感器的制造方法的三轴AMR磁力传感器包括X轴AMR磁力传感器、Y轴AMR磁力传感器和Z轴AMR磁力传感器，所述Z轴磁力传感器由第三AMR磁力传感器和第四AMR磁力传感器组合而成，所述X轴AMR磁力传感器、所述Y轴AMR磁力传感器和所述第三AMR磁力传感器都为水平方向AMR磁力传感器，所述第四AMR磁力传感器为垂直方向AMR磁力传感器；所述三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤：步骤一、在衬底上形成第一绝缘层。步骤二、采用光刻刻蚀工艺在所述第一绝缘层中形成沟槽，所述沟槽位于所述第四AMR磁力传感器的形成区域。步骤三、在所述沟槽的底部表面、侧面以及所述沟槽外的所述第一绝缘层表面形成第二介质阻挡层，所述第二介质阻挡层用于对所述第一绝缘层进行保护。步骤四、在所述第二介质阻挡层表面形成具有各向异性磁电阻的第一磁性材料层。步骤五、在所述第一磁性材料层表面形成第一保护层，所述第一保护层用于对所述第一磁性材料层进行保护。步骤六、在所述第一保护层表面形成具有各向异性磁电阻的第二磁性材料层。步骤七、在所述第二磁性材料层表面形成第二保护层，所述第二保护层用于对所述第一磁性材料层进行保护。步骤八、采用各向同性干法刻蚀工艺依次对所述第二保护层和所述第二磁性材料层进行刻蚀，该刻蚀工艺将所述沟槽外部表面的所述第二保护层和所述第二磁性材料层去除、所述沟槽底部表面所述第二保护层和所述第二磁性材料层部分保留、所述沟槽侧壁表面的所述第二保护层和所述第二磁性材料层保留。步骤九、对所述第一磁性材料层和所保留的所述第二磁性材料层进行退火处理。步骤十、采用光刻刻蚀工艺对所述第一保护层和所述第一磁性材料层和所述沟槽底部表面所保留的所述第二保护层和所述第二磁性材料层进行刻蚀并同时形成各所述水平方向AMR磁力传感器和所述第四AMR磁力传感器；各所述水平方向AMR磁力传感器位于所述沟槽外部的所述第二介质阻挡层表面、由刻蚀后的所述第一磁性材料层和所述第一保护层叠加形成；所述第四AMR磁力传感器由位于所述沟槽侧壁表面的所述第一磁性材料层、所述第一保护层、所述第二磁性材料层和所述第二保护层叠加形成。进一步的改进是，所述第一磁性材料层和所述第二磁性材料层都为铁镍合金层；所述第一保护层和所述第二保护层都为氮化钽层。进一步的改进是，所述第一磁性材料层的厚度为100埃～300埃，所述第一保护层的厚度为600埃～1200埃，所述第二磁性材料层的厚度为100埃～300埃，所述第二保护层的厚度为600埃～1200埃。进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴AMR磁力传感器的制造方法，其特征在于，三轴AMR磁力传感器包括X轴AMR磁力传感器、Y轴AMR磁力传感器和Z轴AMR磁力传感器，所述Z轴磁力传感器由第三AMR磁力传感器和第四AMR磁力传感器组合而成，所述X轴AMR磁力传感器、所述Y轴AMR磁力传感器和所述第三AMR磁力传感器都为水平方向AMR磁力传感器，所述第四AMR磁力传感器为垂直方向AMR磁力传感器；所述三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤：步骤一、在衬底上形成第一绝缘层；步骤二、采用光刻刻蚀工艺在所述第一绝缘层中形成沟槽，所述沟槽位于所述第四AMR磁力传感器的形成区域；步骤三、在所述沟槽的底部表面、侧面以及所述沟槽外的所述第一绝缘层表面形成第二介质阻挡层，所述第二介质阻挡层用于对所述第一绝缘层进行保护；步骤四、在所述第二介质阻挡层表面形成具有各向异性磁电阻的第一磁性材料层；步骤五、在所述第一磁性材料层表面形成第一保护层，所述第一保护层用于对所述第一磁性材料层进行保护；步骤六、在所述第一保护层表面形成具有各向异性磁电阻的第二磁性材料层；步骤七、在所述第二磁性材料层表面形成第二保护层，所述第二保护层用于对所述第一磁性材料层进行保护；步骤八、采用各向同性干法刻蚀工艺依次对所述第二保护层和所述第二磁性材料层进行刻蚀，该刻蚀工艺将所述沟槽外部表面的所述第二保护层和所述第二磁性材料层去除、所述沟槽底部表面所述第二保护层和所述第二磁性材料层部分保留、所述沟槽侧壁表面的所述第二保护层和所述第二磁性材料层保留；步骤九、对所述第一磁性材料层和所保留的所述第二磁性材料层进行退火处理；步骤十、采用光刻刻蚀工艺对所述第一保护层和所述第一磁性材料层和所述沟槽底部表面所保留的所述第二保护层和所述第二磁性材料层进行刻蚀并同时形成各所述水平方向AMR磁力传感器和所述第四AMR磁力传感器；各所述水平方向AMR磁力传感器位于所述沟槽外部的所述第二介质阻挡层表面、由刻蚀后的所述第一磁性材料层和所述第一保护层叠加形成；所述第四AMR磁力传感器由位于所述沟槽侧壁表面的所述第一磁性材料层、所述第一保护层、所述第二磁性材料层和所述第二保护层叠加形成。...

【技术特征摘要】
1.一种三轴AMR磁力传感器的制造方法，其特征在于，三轴AMR磁力传感器包括X轴AMR磁力传感器、Y轴AMR磁力传感器和Z轴AMR磁力传感器，所述Z轴磁力传感器由第三AMR磁力传感器和第四AMR磁力传感器组合而成，所述X轴AMR磁力传感器、所述Y轴AMR磁力传感器和所述第三AMR磁力传感器都为水平方向AMR磁力传感器，所述第四AMR磁力传感器为垂直方向AMR磁力传感器；所述三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤：步骤一、在衬底上形成第一绝缘层；步骤二、采用光刻刻蚀工艺在所述第一绝缘层中形成沟槽，所述沟槽位于所述第四AMR磁力传感器的形成区域；步骤三、在所述沟槽的底部表面、侧面以及所述沟槽外的所述第一绝缘层表面形成第二介质阻挡层，所述第二介质阻挡层用于对所述第一绝缘层进行保护；步骤四、在所述第二介质阻挡层表面形成具有各向异性磁电阻的第一磁性材料层；步骤五、在所述第一磁性材料层表面形成第一保护层，所述第一保护层用于对所述第一磁性材料层进行保护；步骤六、在所述第一保护层表面形成具有各向异性磁电阻的第二磁性材料层；步骤七、在所述第二磁性材料层表面形成第二保护层，所述第二保护层用于对所述第一磁性材料层进行保护；步骤八、采用各向同性干法刻蚀工艺依次对所述第二保护层和所述第二磁性材料层进行刻蚀，该刻蚀工艺将所述沟槽外部表面的所述第二保护层和所述第二磁性材料层去除、所述沟槽底部表面所述第二保护层和所述第二磁性材料层部分保留、所述沟槽侧壁表面的所述第二保护层和所述第二磁性材料层保留；步骤九、对所述第一磁性材料层和所保留的所述第二磁性材料层进行退火处理；步骤十、采用光刻刻蚀工艺对所述第一保护层和所述第一磁性材料层和所述沟槽底部表面所保留的所述第二保护层和所述第二磁性材料层进行刻蚀并同时形成各所述水平方向AMR磁力传感器和所述第四AMR磁力传感器；各所述水平方向AMR磁力传感器位于所述沟槽外部的所述第二介质阻挡层表面、由刻蚀后的所述第一磁性材料层和所述第一保护层叠加形成；所述第四AMR磁力传感器由位于所述沟槽侧壁表面的所述第一磁性材料层、所述第一保护层、所述第二磁性材料层和所述第二保护层叠加形成。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一磁性材料层和所述第二磁性材料层都为铁镍合金层；所述第一保护层和所述第二保护层都为氮化钽层。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第一磁性材料层的厚度为100埃～300埃，所述第一保护层的厚度为600埃～1200埃，所述第二磁性材料层的厚度为100埃～300埃，所述第二保护层的厚度为600埃～1200埃。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三AM...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31