MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法与流程

文档序号:16541573发布日期:2019-01-08 20:27
MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法,特别是涉及一种MEMS三轴各向异性磁电阻(Anisotropic Magneto Resistance,AMR)磁力传感器的制造方法。



背景技术:

磁电阻(Magneto Resistance,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(Giant Magneto Resistance,GMR)和超巨磁电阻效应(Colossal Magneto Resistance,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3D AMR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。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。X轴AMR磁力传感器和Y轴AMR磁力传感器都为水平方向AMR磁力传感器,Z轴AMR磁力传感器则会实现垂直方向AMR磁力传感器。X轴AMR磁力传感器和Y轴AMR磁力传感器形成于衬底表面即可,而Z轴AMR磁力传感器则需要形成于沟槽的侧壁表面。

如图1A至图1D所示,是现有MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法过程中的器件结构图;现有MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤:

步骤一、如图1A所示,提供一具有沟槽103的衬底结构,在所述衬底结构表面依次形成磁性材料层104、保护层105和SiN层106,所述保护层105用于防止所述磁性材料层104被氧化,所述沟槽103的侧面上用于形成Z轴AMR磁力传感器。

本发明实施例中,所述沟槽103的顶部宽度大于底部宽度且所述沟槽103的侧面倾角为50度。

所述磁性材料层104为铁镍合金层。

所述保护层105为氮化钽层。

所述衬底为硅衬底101,在所述硅衬底101表面形成有第一绝缘层102,所述沟槽103形成于所述第一绝缘层102中。

所述第一绝缘层102为氧化硅层。

所述磁性材料层104的厚度为

所述保护层105的厚度为

所述SiN层106的厚度为

步骤二、如图1B所示,采用光刻工艺形成光刻胶图形107,所述光刻胶图形107将MEMS的三轴AMR磁力传感器的形成区域覆盖以及将所述三轴AMR磁力传感器的形成区域外打开,所述Z轴AMR磁力传感器的形成区域位于所述沟槽103的侧面覆盖并延伸到所述沟槽103外的所述衬底表面。

X轴AMR磁力传感器的形成区域和Y轴AMR磁力传感器的形成区域都位于所述沟槽103外的所述衬底表面。图1B中未显示X轴AMR磁力传感器的形成区域和Y轴AMR磁力传感器的形成区域。

步骤三、如图1C所示,以所述光刻胶图形107为掩膜对所述SiN层106进行第一次刻蚀。

步骤三中采用反应离子刻蚀工艺对所述SiN层106进行第一次刻蚀。

步骤四、如图1C所示,以所述光刻胶图形107为掩膜对所述保护层105进行第二次刻蚀。

现有方法中,所述第二次刻蚀为采用碳和氟基刻蚀气体的反应离子刻蚀。碳和氟基刻蚀气体的反应离子刻蚀容易在所述光刻胶图形107表面形成聚合物108a。

图2A是图1C对应的电镜照片;图2B是图2A中的虚线圈109的放大照片;可以看出,在沟槽103的侧面形成了较多的聚合物108a。

步骤五、如图1D所示,进行灰化处理以去除所述光刻胶图形107。

由于步骤四中已经在所述光刻胶图形107的表面形成了较多的聚合物108a,故在灰化处理后会将聚合物108a转移到所述沟槽103的侧面并形成线性聚合物108b。

图2C是图1D对应的电镜照片,可以看出,在所述沟槽103的侧面形成有线性聚合物108b。

步骤六、进行所述磁性材料层104的刻蚀并形成所述三轴AMR磁力传感器。

由上可知,现有方法容易在沟槽103的侧面形成线性聚合物108b,这会影响器件的性能。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是提供一种MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法,能防止在槽侧面形成线性聚合物。

为解决上述技术问题,本发明提供的MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤:

步骤一、提供一具有沟槽的衬底结构,在所述衬底结构表面依次形成磁性材料层、保护层和SiN层,所述保护层用于防止所述磁性材料层被氧化,所述沟槽的侧面上用于形成Z轴AMR磁力传感器。

步骤二、采用光刻工艺形成光刻胶图形,所述光刻胶图形将MEMS的三轴AMR磁力传感器的形成区域覆盖以及将所述三轴AMR磁力传感器的形成区域外打开,所述Z轴AMR磁力传感器的形成区域位于所述沟槽的侧面覆盖并延伸到所述沟槽外的所述衬底表面。

步骤三、以所述光刻胶图形为掩膜对所述SiN层进行第一次刻蚀。

步骤四、以所述光刻胶图形为掩膜对所述保护层进行第二次刻蚀,所述第二次刻蚀为采用氯基等离子体加氧气的反应离子刻蚀,所述氯基等离子体采用无碳的氯基刻蚀气体产生,用以减少所述光刻胶图形表面的聚合物的形成量。

步骤五、进行第一次灰化处理以去除所述光刻胶图形表面的聚合物,所述第一次灰化处理的温度要降低到防止所述光刻胶图形产生固化的温度。

步骤六、进行第二次灰化处理以去除所述光刻胶图形;结合步骤四和步骤五防止所述光刻胶图形去除后在所述沟槽的侧面形成线性聚合物。

步骤七、进行所述磁性材料层的刻蚀并形成所述三轴AMR磁力传感器。

进一步的改进是,所述沟槽的顶部宽度大于底部宽度且所述沟槽的侧面倾角为50度。

进一步的改进是,所述磁性材料层为铁镍合金层。

进一步的改进是,所述保护层为氮化钽层。

进一步的改进是,所述衬底为硅衬底,在所述硅衬底表面形成有第一绝缘层,所述沟槽形成于所述第一绝缘层中。

进一步的改进是,所述第一绝缘层为氧化硅层。

进一步的改进是,步骤二中X轴AMR磁力传感器的形成区域和Y轴AMR磁力传感器的形成区域都位于所述沟槽外的所述衬底表面。

进一步的改进是,步骤三中采用反应离子刻蚀工艺对所述SiN层进行第一次刻蚀。

进一步的改进是,所述无碳的氯基刻蚀气体包括Cl2,SF6。

进一步的改进是,步骤五中所述第一次灰化处理的温度为小于等于85度。

进一步的改进是,步骤五中所述第一次灰化处理采用氟离子进行处理。

进一步的改进是,步骤五中所述第一次灰化处理的工艺气体为CF4和O2。

进一步的改进是,所述磁性材料层的厚度为

进一步的改进是,所述保护层的厚度为

进一步的改进是,所述SiN层的厚度为

本发明在MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法中首先对保护层如氮化钽层对应的第二次刻蚀工艺进行了特别的设置,和现有技术中采用C加F基的刻蚀气体不同,本发明采用了无碳的氯基刻蚀气体产生,这样能够减少在刻蚀保护层的过程中在光刻胶图形表面的聚合物的形成量。

其次、本发明对保护层刻蚀完成之后对光刻胶图形的灰化工艺做了特别的设置,在对光刻胶图形进行灰化之前采用了专门去除光刻胶图形表面的聚合物的第一次灰化处理,第一次灰化处理的温度采用降低到防止光刻胶图形产生固化的温度的低温,这样能够在去除光刻胶图形表面的聚合物的同时不会对光刻胶图形产生不利于后续灰化的影响。

之后再进行第二灰化处理去除光刻胶图形,由本发明在步骤四中能减少聚合物的形成,在步骤五中能进行聚合物的去除,故在光刻胶图形去除之后能够防止在沟槽的侧面形成线性聚合物。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:

图1A-图1D是现有MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法过程中的器件结构图;

图2A是图1C对应的电镜照片;

图2B是图2A中的虚线圈109的放大照片;

图2C是图1D对应的电镜照片;

图3是本发明实施例MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法的流程图;

图4A-图4D是本发明实施例MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法过程中的器件结构图;

图5是图4D对应的电镜照片。

具体实施方式

如图3所示,是本发明实施例MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法的流程图;如图4A至图4D所示,是本发明实施例MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法过程中的器件结构图;本发明实施例MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤:

步骤一、如图4A所示,提供一具有沟槽103的衬底结构,在所述衬底结构表面依次形成磁性材料层104、保护层105和SiN层106,所述保护层105用于防止所述磁性材料层104被氧化,所述沟槽103的侧面上用于形成Z轴AMR磁力传感器。

本发明实施例中,所述沟槽103的顶部宽度大于底部宽度且所述沟槽103的侧面倾角为50度。

所述磁性材料层104为铁镍合金层。

所述保护层105为氮化钽层。

所述衬底为硅衬底101,在所述硅衬底101表面形成有第一绝缘层102,所述沟槽103形成于所述第一绝缘层102中。

所述第一绝缘层102为氧化硅层。

所述磁性材料层104的厚度为

所述保护层105的厚度为

所述SiN层106的厚度为

步骤二、如图4B所示,采用光刻工艺形成光刻胶图形107,所述光刻胶图形107将MEMS的三轴AMR磁力传感器的形成区域覆盖以及将所述三轴AMR磁力传感器的形成区域外打开,所述Z轴AMR磁力传感器的形成区域位于所述沟槽103的侧面覆盖并延伸到所述沟槽103外的所述衬底表面。

X轴AMR磁力传感器的形成区域和Y轴AMR磁力传感器的形成区域都位于所述沟槽103外的所述衬底表面。图4B中未显示X轴AMR磁力传感器的形成区域和Y轴AMR磁力传感器的形成区域。

步骤三、如图4C所示,以所述光刻胶图形107为掩膜对所述SiN层106进行第一次刻蚀。

步骤三中采用反应离子刻蚀工艺对所述SiN层106进行第一次刻蚀。

步骤四、如图4C所示,以所述光刻胶图形107为掩膜对所述保护层105进行第二次刻蚀,所述第二次刻蚀为采用氯基等离子体加氧气的反应离子刻蚀,所述氯基等离子体采用无碳的氯基刻蚀气体产生,用以减少所述光刻胶图形107表面的聚合物108a的形成量。

所述无碳的氯基刻蚀气体包括Cl2,SF6。

步骤五、如图4C所示,进行第一次灰化处理以去除所述光刻胶图形107表面的聚合物108a,所述第一次灰化处理的温度要降低到防止所述光刻胶图形107产生固化的温度。

所述第一次灰化处理的温度为小于等于85度。

所述第一次灰化处理采用氟离子进行处理。

所述第一次灰化处理的工艺气体为CF4和O2。

步骤六、如图4D所示,进行第二次灰化处理以去除所述光刻胶图形107;结合步骤四和步骤五防止所述光刻胶图形107去除后在所述沟槽103的侧面形成线性聚合物。

如图5所示,在所述沟槽103的侧面直接为所述SiN层106的表面,未线性聚合物。

步骤七、进行所述磁性材料层104的刻蚀并形成所述三轴AMR磁力传感器。

本发明实施例在MEMS三轴AMR磁力传感器的制造方法中首先对保护层105如氮化钽层对应的第二次刻蚀工艺进行了特别的设置,和现有技术中采用C加F基的刻蚀气体不同,本发明实施例采用了无碳的氯基刻蚀气体产生,这样能够减少在刻蚀保护层105的过程中在光刻胶图形107表面的聚合物的形成量。

其次、本发明实施例对保护层105刻蚀完成之后对光刻胶图形107的灰化工艺做了特别的设置,在对光刻胶图形107进行灰化之前采用了专门去除光刻胶图形107表面的聚合物的第一次灰化处理,第一次灰化处理的温度采用降低到防止光刻胶图形107产生固化的温度的低温,这样能够在去除光刻胶图形107表面的聚合物的同时不会对光刻胶图形107产生不利于后续灰化的影响。

之后再进行第二灰化处理去除光刻胶图形107,由本发明实施例在步骤四中能减少聚合物的形成,在步骤五中能进行聚合物的去除,故在光刻胶图形107去除之后能够防止在沟槽103的侧面形成线性聚合物。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围。

再多了解一些
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