一种TMR芯片的制备方法技术

一种TMR芯片的制备方法，包括以下步骤：晶圆清洗，采用有机溶剂和去离子水交替清洗晶圆，然后用惰性气体吹干晶圆，再将晶圆烘干；离子清洗，对晶圆采用惰性气体进行离子清洗；负偏压低气压磁控溅射，将晶圆放入溅射设备腔体中，使用偏压电源在晶圆和设备腔体之间施加‑200～‑2000V的负偏压，在低于0.3pa的气压条件下进行磁控溅射；退火，退火温度为250～400℃。本发明专利技术方法从TMR芯片制备过程中材料生长的全局出发，考虑了在薄膜生长中的各环节影响膜层结合力的因素，并给以针对性的解决方案，使得TMR芯片膜层结合力良好，能经受住后续微加工环节的各种考验。

【技术实现步骤摘要】
一种TMR芯片的制备方法
本专利技术属于传感器芯片
，尤指涉及一种TMR芯片的制备方法。
技术介绍
基于TMR技术的传感器芯片在弱磁场下具有非常好的线性感应输出，已在电流检测、生物磁场等很多领域得到了广泛的应用。TMR芯片核心的技术是在热氧化硅片上通过磁控溅射等技术生长出具有隧穿电阻效应的磁性隧道结，在此过程中金属膜层与热氧化硅基片之间的膜层会相互结合。如果膜层结合力不好，在芯片后续的微加工过程中会出现脱膜现象，降低了产品良率，严重时甚至可能造成产品报废，因此良好的膜层结合力是TMR芯片能够量产的关键。目前在TMR芯片制备过程中，行业内普遍的做法是在磁控溅射之前对热氧化硅片进行基片清洗作业，以去除基片表面的灰尘、油污等附着物，从而获得一个干净光洁的表面，来提高膜层的结合力。但专利技术人经过实际生产实践发现，仅仅通过基片清洗来提高膜层的结合力还远远不够，溅射过程中粒子对基片表面的亲附性、粒子的能量，以及溅射完成后膜层的应力处理，这些因素都对膜层结合力有重要的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以提高膜层结合力的TMR芯片的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案：一种TMR芯片的制备方法，包括以下步骤：晶圆清洗，采用有机溶剂和去离子水交替清洗晶圆，然后用惰性气体吹干晶圆，再将晶圆烘干；离子清洗，对晶圆采用惰性气体进行离子清洗；负偏压低气压磁控溅射，将晶圆放入溅射设备腔体中，使用偏压电源在晶圆和设备腔体之间施加-200～-2000V的负偏压，在低于0.3pa的气压条件下进行磁控溅射；退火，退火温度为250～400℃。本专利技术TMR芯片的制备方法的一种具体实施方案为：晶圆清洗的步骤如下：用丙酮超声清洗10～30分钟；用去离子水超声波清洗10～30分钟；用异丙醇超声波清洗10～30分钟；用去离子水超声波清洗10～30分钟；用无水乙醇超声波清洗10～30分钟；用惰性气体吹干；烘干，烘烤温度为150℃，烘烤时间不小于2小时；其中异丙醇清洗和无水乙醇清洗的顺序可调换。进一步的，在对晶圆用有机溶剂和去离子水清洗之前，将晶圆放在N,N-二甲基甲酰胺中浸泡10～30分钟。本专利技术TMR芯片的制备方法的一种具体实施方案为：离子清洗的步骤为：在真空状态下通入0.5～2pa压力的惰性气体，使用50～1000W的RF射频功率对晶圆清洗5～30min。本专利技术TMR芯片的制备方法的一种具体实施方案为：在5.0E-3pa以下的真空状态下进行离子清洗。本专利技术TMR芯片的制备方法的一种具体实施方案为：离子清洗通入的惰性气体为氩气。本专利技术TMR芯片的制备方法的一种具体实施方案为：在低于5.0E-3pa的真空状态下进行退火处理，退火时间为1～2小时。进一步的，退火时，升温速率不大于5℃/min。由以上技术方案可知，本专利技术在芯片制备的全过程中，从材料生长前的处理，材料生长中的工艺优化到材料生长完毕后的退火处理，都对各个制造环节对膜层结合力有影响的因素进行充分考量，并有针对性地进行了优化，晶圆清洗可以去除基片表面的灰尘与有机物，离子清洗进一步去除基片表面的颗粒并增加基片表面的浸润性，以利于磁控溅射过程膜层的生长；负偏压低气压溅射可以增大溅射粒子的动量，提高膜层的致密性与附着力；退火处理能够消除多层膜之间、金属膜与热氧化片基板之间的应力，从而能够生长出具有优良的膜基结合力的TMR膜堆层。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的流程图；图2为本专利技术实施例晶圆清洗步骤的流程图；图3为本专利技术晶圆清洗步骤另一种实施方式的流程图；图4为本专利技术实施例磁控溅射的示意图；图5为采用常规工艺制备的TMR芯片在微加工过程中膜层表面情况的电镜图；图6为采用本专利技术方法制备的TMR芯片在微加工过程中膜层表面情况的电镜图。具体实施方式为了让本专利技术的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本专利技术实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。图1为本专利技术TMR芯片制备方法的流程图，如图1所示，本专利技术方法包括以下步骤：S1、晶圆清洗；TMR芯片的晶圆是热氧化硅片，也就是在普通的单晶硅光面生长有500nm二氧化硅。晶圆在出厂之前一般都已进行过表面清洗，但在包装、运输以及拆封时仍不可避免受到空气的污染，表面吸附有颗粒与粉尘，而这些颗粒与粉尘会导致后续材料生长时膜层结合力差。为了提高膜层结合力，本专利技术在TMR芯片制备过程中首先进行晶圆清洗，主要采用有机溶剂清洗和去离子水清洗相结合的方式，用有机溶剂洗去晶圆表面的有机物，用去离子水溶解晶圆表面的无机物，并配以超声波震荡；清洗完成后用惰性气体吹干并在最后一步增加了烘烤的步骤，以尽可能多地去除晶圆表面的水汽，避免过多的水汽导致膜层结合力变差。图2为在晶圆清洗步骤一种实施方式的流程图，晶圆清洗的步骤如下：将热氧化硅基片(晶圆)；用丙酮超声波清洗10～30分钟；再用去离子水超声波清洗10～30分钟；用异丙醇超声波清洗10～30分钟；再用去离子水超声波清洗10～30分钟；用无水乙醇超声波清洗10～30分钟；用惰性气体，如氮气吹干；将热氧化硅基片烘干，烘烤温度可为150℃，烘烤时间不小于2小时，烘干后，晶圆清洗完成。使用有机溶剂清洗时，有机溶剂的种类可相应选择，如先用异丙醇清洗还是无水乙醇清洗无特定要求，但当有机溶剂选用丙酮时，由于丙酮有强烈的刺激性以及活性最强，能去除大部分有机物，因此一般会先用丙酮进行清洗，然后再用其他的有机溶剂清洗；异丙醇的活性优于乙醇，可先用异丙醇清洗后再用乙醇清洗，但异丙醇的脱水性也优于乙醇，因此也可以先用乙醇清洗后，再用异丙醇清洗。S2、离子清洗；离子清洗是在真空状态下，通入0.5～2pa压力的惰性气体，使用50～1000W的RF射频功率对热氧化硅基片清洗5～30min；使用惰性气体进行离子清洗，可以使晶圆表面有微观上的粗化，从而增强晶圆表面的极性(浸润性)，利于后续溅射过程中材料的生长。S3、负偏压低气压磁控溅射，在磁控溅射下电极多层膜的过程中，使用偏压电源施加-200～-2000V的负偏压，在低于0.3pa的气压条件下进行磁控溅射；磁控溅射辉光放电过程中，溅射气压对被轰出的靶材粒子能力有较大影响，低气压下粒子轰击能力更大，相应的被轰出的靶材粒子能量也就更大，靶材粒子沉积在基板(晶圆)上之后，膜层结合力相应的也会更好，因此本专利技术的工作气压在0.3pa以下。而且本专利技术的负偏压是通过偏压电源在晶圆(基板)与设备腔体之间施加负偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TMR芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n晶圆清洗，采用有机溶剂和去离子水交替清洗晶圆，然后用惰性气体吹干晶圆，再将晶圆烘干；/n离子清洗，对晶圆采用惰性气体进行离子清洗；/n负偏压低气压磁控溅射，将晶圆放入溅射设备腔体中，使用偏压电源在晶圆和设备腔体之间施加-200～-2000V的负偏压，在低于0.3pa的气压条件下进行磁控溅射；/n退火，退火温度为250～400℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种TMR芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
晶圆清洗，采用有机溶剂和去离子水交替清洗晶圆，然后用惰性气体吹干晶圆，再将晶圆烘干；
离子清洗，对晶圆采用惰性气体进行离子清洗；
负偏压低气压磁控溅射，将晶圆放入溅射设备腔体中，使用偏压电源在晶圆和设备腔体之间施加-200～-2000V的负偏压，在低于0.3pa的气压条件下进行磁控溅射；
退火，退火温度为250～400℃。


2.如权利要求1所述的TMR芯片的制备方法，其特征在于：晶圆清洗的步骤如下：
用丙酮超声清洗10～30分钟；
用去离子水超声波清洗10～30分钟；
用异丙醇超声波清洗10～30分钟；
用去离子水超声波清洗10～30分钟；
用无水乙醇超声波清洗10～30分钟；
用惰性气体吹干；
烘干，烘烤温度为150℃，烘烤时间不小于2小时；
其中异丙醇清洗和无水乙醇清洗的顺序可调换。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，关蒙萌，胡忠强，朱红艳，朱家训，
申请(专利权)人：珠海多创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44