三軸amr磁力傳感器的制造方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種三軸各向異性磁電阻(Anisotropic Magneto Resistance,AMR)磁力傳感器的制造方法,本發(fā)明還涉及一種三軸AMR磁力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁電阻(Magneto Resistance, MR)效應(yīng)是指物質(zhì)的電阻會隨外加磁場的改變而變化的現(xiàn)象。按照磁電阻的大小和機(jī)理不同可分為，正常磁電阻效應(yīng)(OMR)、AMR效應(yīng)、巨磁電阻效應(yīng)(Giant Magneto Resistance, GMR)和超巨磁電阻效應(yīng)(Colossal MagnetoResistance, CMR)等。
[0003]對于AMR效應(yīng)，在居里溫度以下，鐵磁金屬的電阻率會隨電流I和磁化強(qiáng)度M的相對取向而異，呈現(xiàn)出各向異性的現(xiàn)象。利用AMR效應(yīng)能夠測量磁場大小和方向的傳感器，AMR磁力傳感器具有體積小，功耗低，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點。AMR磁力傳感器能夠應(yīng)用于地磁導(dǎo)航、數(shù)字智能羅盤、位置測量和偽鈔鑒別等方面，應(yīng)用前景廣闊。
[0004]AMR磁力傳感器也能應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)中，在采用3軸(3D) AMR磁力傳感器的MEMS中，現(xiàn)有3D AMR磁力傳感器的磁性材料層一般采用坡莫合金即鐵鎳(NiFe)合金形成，如圖1所示，是現(xiàn)有三軸AMR磁力傳感器的制造方法的流程圖；如圖2A至圖2B所示，是現(xiàn)有方法各步驟中器件的剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0005]現(xiàn)有三軸AMR磁力傳感器包括X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器，所述Z軸磁力傳感器由第三AMR磁力傳感器和第四AMR磁力傳感器組合而成，所述X軸AMR磁力傳感器、所述Y軸AMR磁力傳感器和所述第三AMR磁力傳感器都為水平方向AMR磁力傳感器，所述第四AMR磁力傳感器為垂直方向AMR磁力傳感器；所述X軸AMR磁力傳感器和所述Y軸AMR磁力傳感器如虛線框107a所示，所述三軸AMR磁力傳感器如虛線框107b所示，所述第四AMR磁力傳感器如虛線框108所示，現(xiàn)有三軸AMR磁力傳感器的制造方法包括如下步驟:
[0006]步驟一、在襯底101上形成第一絕緣層102 ;所述第一絕緣層102為氧化硅層。
[0007]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述第一絕緣層102中形成溝槽103，所述溝槽103位于所述第四AMR磁力傳感器的形成區(qū)域；溝槽103的底部不穿過所述第一絕緣層102、而是位于所述第一絕緣層102中。
[0008]步驟三、在所述溝槽103的底部表面、側(cè)面以及所述溝槽103外的所述第一絕緣層102表面形成第二介質(zhì)阻擋層104，所述第二介質(zhì)阻擋層104用于對所述第一絕緣層102進(jìn)行保護(hù)。所述第二介質(zhì)阻擋層104為氮化硅層。
[0009]步驟四、在所述第二介質(zhì)阻擋層104表面形成具有各向異性磁電阻的磁性材料層105 ;所述磁性材料層105為鐵鎳合金層，厚度為200埃。
[0010]步驟五、在所述磁性材料層105表面形成保護(hù)層106，所述保護(hù)層106用于對磁性材料層105進(jìn)行保護(hù)；所述保護(hù)層106為氮化鉭層(TaN)，厚度為900埃。
[0011]步驟六、對所述磁性材料層105進(jìn)行退火處理。
[0012]步驟七、采用光刻刻蝕工藝對所述保護(hù)層106和所述磁性材料層105進(jìn)行刻蝕并同時形成水平方向AMR磁力傳感器和垂直方向AMR磁力傳感器即第四AMR磁力傳感器；所述水平方向AMR磁力傳感器位于所述溝槽103外部的所述第二介質(zhì)阻擋層104表面、由刻蝕后的所述磁性材料層105和所述保護(hù)層106疊加形成；所述垂直方向AMR磁力傳感器由位于所述溝槽103側(cè)壁表面的所述磁性材料層105、所述保護(hù)層106、所述第二磁性材料層和所述第二保護(hù)層疊加形成。
[0013]所述第三AMR磁力傳感器位于所述第四AMR磁力傳感器的鄰近位置，通過所述第四AMR磁力傳感器將Z軸探測到的磁通量導(dǎo)向到所述第三AMR磁力傳感器中并通過所述第三AMR磁力傳感器讀出Z軸的信號；即所述第三AMR磁力傳感器主要用于檢測所述第四AMR磁力傳感器的磁通量量變化，由所述第三AMR磁力傳感器和所述第四AMR磁力傳感器共同構(gòu)成一個完整的Z軸AMR磁力傳感器，通過去除所述第三AMR磁力傳感器中的X軸和Y軸AMR因素后即可得出真正的Z軸磁力變化。
[0014]圖2B中標(biāo)志109所示的箭頭線表示所述第四AMR磁力傳感器所感應(yīng)到的磁力線，即磁感應(yīng)強(qiáng)度B的形象線條描述，磁通量為磁感應(yīng)強(qiáng)度B和其所穿過的面積的乘積。在現(xiàn)有技術(shù)中，所述第四AMR磁力傳感器的磁性材料層105是位于溝槽的側(cè)面、厚度較薄，這會導(dǎo)致感應(yīng)到的Z軸的磁通量減少，磁靈敏度降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三軸AMR磁力傳感器的制造方法，能夠提高傳感器的Z軸磁靈敏度，且工藝簡單、成本較低。為此，本發(fā)明還提供一種三軸AMR磁力傳感器。
[0016]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的三軸AMR磁力傳感器的制造方法的三軸AMR磁力傳感器包括X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器，所述Z軸磁力傳感器由第三AMR磁力傳感器和第四AMR磁力傳感器組合而成，所述X軸AMR磁力傳感器、所述Y軸AMR磁力傳感器和所述第三AMR磁力傳感器都為水平方向AMR磁力傳感器，所述第四AMR磁力傳感器為垂直方向AMR磁力傳感器；所述三軸AMR磁力傳感器的制造方法包括如下步驟:
[0017]步驟一、在襯底上形成第一絕緣層。
[0018]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述第一絕緣層中形成溝槽，所述溝槽位于所述第四AMR磁力傳感器的形成區(qū)域。
[0019]步驟三、在所述溝槽的底部表面、側(cè)面以及所述溝槽外的所述第一絕緣層表面形成第二介質(zhì)阻擋層，所述第二介質(zhì)阻擋層用于對所述第一絕緣層進(jìn)行保護(hù)。
[0020]步驟四、在所述第二介質(zhì)阻擋層表面形成具有各向異性磁電阻的第一磁性材料層。
[0021]步驟五、在所述第一磁性材料層表面形成第一保護(hù)層，所述第一保護(hù)層用于對所述第一磁性材料層進(jìn)行保護(hù)。
[0022]步驟六、在所述第一保護(hù)層表面形成具有各向異性磁電阻的第二磁性材料層。
[0023]步驟七、在所述第二磁性材料層表面形成第二保護(hù)層，所述第二保護(hù)層用于對所述第一磁性材料層進(jìn)行保護(hù)。
[0024]步驟八、采用各向同性干法刻蝕工藝依次對所述第二保護(hù)層和所述第二磁性材料層進(jìn)行刻蝕，該刻蝕工藝將所述溝槽外部表面的所述第二保護(hù)層和所述第二磁性材料層去除、所述溝槽底部表面所述第二保護(hù)層和所述第二磁性材料層部分保留、所述溝槽側(cè)壁表面的所述第二保護(hù)層和所述第二磁性材料層保留。
[0025]步驟九、對所述第一磁性材料層和所保留的所述第二磁性材料層進(jìn)行退火處理。
[0026]步驟十、采用光刻刻蝕工藝對所述第一保護(hù)層和所述第一磁性材料層和所述溝槽底部表面所保留的所述第二保護(hù)層和所述第二磁性材料層進(jìn)行刻蝕并同時形成各所述水平方向AMR磁力傳感器和所述第四AMR磁力傳感器；各所述水平方向AMR磁力傳感器位于所述溝槽外部的所述第二介質(zhì)阻擋層表面、由刻蝕后的所述第一磁性材料層和所述第一保護(hù)層疊加形成；所述第四AMR磁力傳感器由位于所述溝槽側(cè)壁表面的所述第一磁性材料層、所述第一保護(hù)層、所述第二磁性材料層和所述第二保護(hù)層疊加形成。
[0027]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一磁性材料層和所述第二磁性材料層都為鐵鎳合金層；所述第一保護(hù)層和所述第二保護(hù)層都為氮化鉭層。
[0028]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一磁性材料層的厚度為100埃?300埃，所述第一保護(hù)層的厚度為600埃?1200埃，所述第二磁性材料層的厚度為100埃?300埃，所述第二保護(hù)層的厚度為600埃?1200埃。
[0029]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第三AMR磁力傳感器位于所述第四AMR磁力傳感器的鄰近位置，通過所述第四AMR磁力傳感器將Z軸探測到的磁通量導(dǎo)向到所述第三AMR磁力傳感器中并通過所述第三AMR磁力傳感器讀出Z軸的信號。
[0030]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一絕緣層為氧化硅層；所述第二介質(zhì)阻擋層為氮化硅層。
[0031]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的三軸AMR磁力傳感器包括X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器，所述Z軸磁力傳感器由第三AMR磁力傳感器和第四AMR磁力傳感器組合而成，所述X軸AMR磁力傳感器、所述Y軸AMR磁力傳感器和所述第三AMR磁力傳感器都為水平方向AMR磁力傳感器，所述第四AMR磁力傳感器為垂直方向AMR磁力傳感器；所述三軸AMR磁力傳感器的結(jié)構(gòu)為:
[0032]在襯底上形成有第一絕緣層。
[0033]在所述第一絕緣層中形成有溝槽，所述溝槽位于所述第四AMR磁力傳感器的形成區(qū)域。
[0034]在所述溝槽的底部表面、側(cè)面以及所述溝槽外的所述第一絕緣層表面形成第二介質(zhì)阻擋層，所述第二介質(zhì)阻擋層用于對所述第一絕緣層進(jìn)行保護(hù)。
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