一種磁傳感裝置及該裝置的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件及工藝技術(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方法。
【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]同時(shí)，現(xiàn)有Z軸傳感器的檢測(cè)方法比較復(fù)雜，通常的檢測(cè)方法是在芯片測(cè)試平臺(tái)上施加外圍磁場(chǎng)，從而測(cè)試芯片的靈敏度，一方面對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)提出了較高的要求、提高了測(cè)試成本，另外一方面，在很多應(yīng)用中，還是需要用到芯片內(nèi)部的自檢測(cè)系統(tǒng)，例如在手機(jī)開機(jī)的時(shí)候，往往需要進(jìn)行自檢測(cè)，檢測(cè)芯片的狀態(tài)，Z軸的自檢測(cè)設(shè)計(jì)和制造比較困難，現(xiàn)有一些自檢測(cè)方法的精度較低。
[0009]此外，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。
[0010]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。
[0011]有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的磁傳感裝置和制備方法，以克服現(xiàn)有磁傳感裝置的上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]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，可利用線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，用于Z軸(第三方向)磁傳感器的自檢測(cè)。
[0013]此外，本發(fā)明還提供一種磁傳感裝置的制備方法，制得的磁傳感器可利用線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，用于Z軸磁傳感器的自檢測(cè)。
[0014]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0015]—種磁傳感裝置,所述磁傳感裝置包括第三方向磁傳感部件，第三方向磁傳感部件包括:
[0016]-介質(zhì)材料層，其表面開有溝槽；
[0017]-導(dǎo)磁單元，其部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽；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；
[0018]-感應(yīng)單元，靠近導(dǎo)磁單元露出溝槽的部分設(shè)置，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/和第二方向測(cè)量的第三方向磁場(chǎng)；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；
[0019]所述磁傳感裝置還包括能產(chǎn)生磁場(chǎng)的導(dǎo)電線圈，產(chǎn)生的磁場(chǎng)用于所述第三方向磁傳感部件的自檢測(cè)。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述線圈設(shè)置于沿第三方向磁傳感部件溝槽深度方向的一側(cè)或兩側(cè)，即所述線圈設(shè)置于第三方向磁傳感部件的下方或/和上方。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第三方向磁傳感部件與外圍電路共用至少一層金屬層；
[0022]所述介質(zhì)材料層含有外圍電路及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；
[0023]所述線圈位于第一金屬層下方，或者線圈位于導(dǎo)磁單元及感應(yīng)單元的上方；或者擁有兩個(gè)以上的線圈，分別位于磁單元的上方和下方；
[0024]所述溝槽的底部位于第一金屬層上，在刻蝕溝槽時(shí)自停止于第一金屬層上方；溝槽位于第二金屬層的一側(cè)。
[0025]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第三方向磁傳感部件與外圍電路共用至少兩層金屬層；
[0026]所述介質(zhì)材料層含有外圍電路及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；
[0027]所述第一金屬層的一部分形成線圈；即第一金屬層的一部分起到其他作用，一部分形成線圈；
[0028]所述溝槽的底部位于第一金屬層上，在刻蝕溝槽時(shí)自停止于第一金屬層上方；溝槽位于第二金屬層的一側(cè)。
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，第一金屬層的一部分起到的作用還包括電連接，MIM電容、屏蔽。
[0030]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述線圈設(shè)置于第三方向磁傳感部件的下方或上方；或者線圈設(shè)置于第三方向磁傳感部件的下方和上方；
[0031]所述第三方向磁傳感部件包括絕緣自停止層,溝槽的底部位于所述絕緣自停止層上，在刻蝕溝槽時(shí)自停止于絕緣自停止層上方。
[0032]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第三方向磁傳感部件還包括設(shè)置于介質(zhì)材料層上的一層或多層金屬層；
[0033]所述磁傳感裝置還包括第一方向磁傳感部件、第二方向磁傳感部件；所述第一方向、第二方向、第三方向分別為X軸、Y軸、Z軸。
[0034]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述導(dǎo)磁單元包括至少兩個(gè)導(dǎo)磁子單元，即至少包括第一導(dǎo)磁子單元、第二導(dǎo)磁子單元，各導(dǎo)磁子單元沿溝槽的深度方向依次排列，相鄰的兩個(gè)導(dǎo)磁子單元之間設(shè)有介質(zhì)材料；各導(dǎo)磁子單元的部分設(shè)置于溝槽內(nèi)；所述第一導(dǎo)磁子單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面；所述第二導(dǎo)磁子單元的主要部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，第二導(dǎo)磁子單元設(shè)置于第一導(dǎo)磁子單元的上方，第二導(dǎo)磁子單元與第一導(dǎo)磁子單元之間設(shè)有第一介質(zhì)材料；所述導(dǎo)磁單元用以感應(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；
[0035]所述感應(yīng)單元靠近導(dǎo)磁單元露出溝槽的部分設(shè)置，與導(dǎo)磁單元連接或者兩者之間設(shè)有間隙，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)磁單兀引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向測(cè)量的第三方向磁場(chǎng)；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；所述感應(yīng)單元包括電極層及若干感應(yīng)子單元，各個(gè)感應(yīng)子單元分別靠近相應(yīng)的導(dǎo)磁子單元設(shè)置；所述感應(yīng)單元包括若干感應(yīng)子單元，各個(gè)感應(yīng)子單元分別靠近相應(yīng)的導(dǎo)磁子單元設(shè)置；各個(gè)導(dǎo)磁子單元感應(yīng)第三方向的磁信號(hào)，并將該磁信號(hào)輸出到對(duì)應(yīng)的感應(yīng)子單元進(jìn)行測(cè)量；各感應(yīng)子單元測(cè)量第一方向或/和第二方向的磁場(chǎng)，結(jié)合對(duì)應(yīng)導(dǎo)磁子單元輸出的磁信號(hào)，能配合電極層測(cè)量被導(dǎo)磁子單元引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場(chǎng)。
[0036]一種磁傳感裝置的制備方法，所述制備方法包括:第三方向磁傳感部件的制備步驟、線圈的制備步驟；
[0037]所述第三方向磁傳感部件的制備步驟包括:
[0038]-在介質(zhì)材料層的表面開設(shè)溝槽；
[0039]-沉積感應(yīng)單元、導(dǎo)磁單元；使得導(dǎo)磁單元的部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽；形成的感應(yīng)單元靠近導(dǎo)磁單元露出溝槽的部分設(shè)置；導(dǎo)磁單元用以感應(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/和第二方向測(cè)量的第三方向磁場(chǎng)；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；
[0040]所述線圈的制備步驟包括:制備金屬層，利用該金屬層形成線圈；線圈的制備步驟在制備第三方向磁傳感部件的主要步驟之前或/和之后。
[0041]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法具體包括如下步驟:
[0042]步驟S101、在含有外圍電路的基底上制備第三金屬層，通過(guò)第三金屬層制備線圈；
[0043]步驟S102、沉積介質(zhì)材料，而后沉積第一金屬材料，形成第一金屬層；
[0044]步驟S103、沉積介質(zhì)材料,形成通孔,沉積第二金屬材料，圖形化形成金屬圖形,得到第二金屬層；
[0045]步驟S104、沉積介質(zhì)層材料，采用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化；
[0046]步驟S105、打開通孔,沉積金屬,進(jìn)行光刻，引出第二金屬層；
[0047]步驟S106、在沉積的介質(zhì)材料層上形成溝槽，刻蝕時(shí)自停止在第一金屬層上方；形成的溝槽位于第二金屬層的一側(cè)；
[0048]步驟S107、沉積一層或多層介質(zhì)材料；
[0049]步驟S108、沉積磁性材料，圖形化，形成傳感器圖形；在介質(zhì)材料層上分別形成感應(yīng)單元的磁性材料層、導(dǎo)磁單元；導(dǎo)磁單元的部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽；所述導(dǎo)磁單元用以感應(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)單元的磁性材料層形成于溝槽外，感應(yīng)單元用以測(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/和第二方向測(cè)量的第三方向磁場(chǎng)；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；
[0050]步驟S109、沉積絕緣材料,形成絕