地磁传感器件及其制造方法与流程

本公开涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种地磁传感器件及其制造方法。

背景技术：

微机械系统(micro-electro-mechanicalsystem,mems)与集成电路(integratedcircuit,ic)目前是半导体产业最重要的两个发展领域。在全球科技迅速发展的推动下，mems与ic的集成成为一种必然趋势。其集成方法有三种：单片集成、半混合(键合)集成和混合集成。单片集成是指mems结构与cmos制造在一个芯片上。混合集成是将mems和ic分别制造在不同的管芯上，然后封装在一个管壳中，将带凸点的mems裸片以倒装焊接形式或者引线键合方式与ic芯片相互连接，形成sip。半混合是利用三维集成技术实现mems芯片和cmos的立体集成。单片集成是mems与ic是集成技术的重要发展方向，尤其对于射频rf薄膜体声波滤波器而言有很多优点。首先，处理电路靠近微结构，对信号的检测、收发能够实现更高的精度；其次，集成系统体积减小，功耗低；再次，器件数量减少、封装管脚数降低，可靠性提高。

在现有的三轴地磁传感器制造技术中，大多采用系统级封装(systeminapackage,sip)将地磁传感器、asic合封在一起。sip指在一个封装体内集成多个功能芯片，芯片之间通过衬底的引线键合进行连接。sip的模块间互联很长、集成密度较低，对信号的传输不利，制造工艺繁琐且不利于集成。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种地磁传感器件及其制造方法，在cmos电路上形成传感器，并通过第一导电层与第二导电层实现cmos电路与传感器的电连接，实现了cmos电路驱动传感器和处理传感器产生的检测信号的功能。

根据本发明的一方面，提供了一种地磁传感器件，包括：cmos电路；以及传感器，位于在所述cmos电路上，所述cmos电路与所述传感器连接，用于驱动所述传感器和处理所述传感器产生的检测信号，其中，所述传感器包括：结构层；依次在所述结构层上形成的磁阻条、短路电极以及金属连线；以及第一导电层与第二导电层，位于所述结构层上方，所述第一导电层分别与所述cmos电路以及所述金属连线相连，所述第二导电层分别与所述cmos电路以及外部电路相连。

优选地，所述结构层中具有凹槽，所述凹槽具有倾斜的侧壁。

优选地，所述结构层包括：在所述cmos电路上依次沉积的多层二氧化硅。

优选地，所述结构层的密度沿纵向方向呈梯度分布，所述结构层的厚度大于等于预设值。

优选地，所述倾斜侧壁的倾斜角度包括30°至60°。

优选地，所述磁阻条包括：x轴磁阻条，位于所述结构层的平面区域；y轴磁阻条，位于所述结构层的平面区域；以及z轴磁阻条，位于所述侧壁。

优选地，所述短路电极与所述金属连线位于所述磁阻条上方。

优选地，所述短路电极与所述磁阻条呈预设夹角，所述预设夹角包括45°。

优选地，所述传感器还包括介质层，所述介质层覆盖所述结构层、所述磁阻条、所述短路电极以及所述金属连线。

优选地，所述cmos电路的表面具有第一焊垫与第二焊垫，所述第一导电层穿过所述介质层、所述结构层与所述第一焊垫连接，所述第二导电层穿过所述介质层、所述结构层与所述第二焊垫连接。

优选地，所述介质层具有通孔，所述第一导电层与所述金属连线通过所述通孔相连。

优选地，所述传感器还包括钝化层，其具有开口，所述钝化层覆盖所述第一导电层与所述第二导电层，至少部分所述第二导电层通过所述开口暴露。

优选地，所述凹槽呈倒置的梯形。

优选地，所述磁阻条包括：在所述结构层上依次形成的钛层、坡莫合金层以及氮化钛层，或者在所述结构层上依次形成的钽层、坡莫合金层以及氮化钽层。

优选地，所述第一导电层与所述第二导电层均包括连接部，所述第一导电层的连接部分别与所述cmos电路以及所述金属连线相连，所述第二导电层的连接部分别与所述cmos电路以及所述外部电路相连。

根据本发明的另一方面，提供了一种地磁传感器件的制造方法，包括：形成cmos电路；以及在所述cmos电路上形成传感器，所述cmos电路与所述传感器连接，用于驱动所述传感器和处理所述传感器产生的检测信号，其中，形成所述传感器的步骤包括：形成结构层；在所述结构层上依次形成磁阻条、短路电极以及金属连线；以及在所述结构层上形成第一导电层与第二导电层，所述第一导电层分别与所述cmos电路以及所述金属连线相连，所述第二导电层分别与所述cmos电路以及外部电路相连。

优选地，形成所述结构层的步骤包括：在所述cmos电路上依次沉积多层二氧化硅。

优选地，在所述结构层上依次形成磁阻条、短路电极以及金属连线的步骤之前，形成所述传感器的步骤还包括：在所述结构层中形成凹槽，所述凹槽具有倾斜的侧壁。

优选地，形成所述凹槽的步骤包括将所述结构层图案化，从而形成具有倾斜侧壁的凹槽，其中，所述结构层的密度沿纵向方向呈梯度分布，所述结构层的厚度大于等于预设值。

优选地，在所述cmos电路上依次沉积多层二氧化硅的方法包括：等离子体增强化学气相沉积法。

优选地，形成所述结构层的工艺温度小于或等于300℃。

优选地，所述倾斜侧壁的倾斜角度包括30°至60°。

优选地，形成所述磁阻条的步骤包括：在所述结构层的平面区域形成x轴磁阻条与y轴磁阻条；以及在所述侧壁形成z轴磁阻条。

优选地，所述短路电极与所述金属连线位于所述磁阻条上方。

优选地，所述短路电极与所述磁阻条呈预设夹角，所述预设夹角包括45°。

优选地，在形成第一导电层与第二导电层之前，形成所述传感器的步骤还包括：覆盖所述结构层、所述磁阻条、所述短路电极以及所述金属连线形成介质层。

优选地，所述cmos电路表面具有第一焊垫与第二焊垫，所述第一导电层穿过所述介质层、所述结构层与所述第一焊垫连接，所述第二导电层穿过所述介质层、所述结构层与所述第二焊垫连接。

优选地，在形成第一导电层与第二导电层之前，形成所述传感器的步骤还包括：在所述介质层中形成通孔，所述第一导电层与所述金属连线通过所述通孔相连。

优选地，在形成第一导电层与第二导电层之后，形成所述传感器的步骤还包括：覆盖所述第一导电层与所述第二导电层形成钝化层；在所述钝化层中形成开口，以暴露至少部分所述第二导电层。

优选地，在图案化所述结构层之前，形成所述凹槽的步骤还包括在所述结构层上方形成掩模，其中，所述掩模呈正置的梯形，所述凹槽呈倒置的梯形。

优选地，形成所述磁阻条的步骤包括：在所述结构层上依次形成钛层、坡莫合金层以及氮化钛层，或者在所述结构层上依次形成钽层、坡莫合金层以及氮化钽层。

优选地，所述第一导电层与所述第二导电层均包括连接部，所述第一导电层的连接部分别与所述cmos电路以及所述金属连线相连，所述第二导电层的连接部分别与所述cmos电路以及所述外部电路相连。

根据本发明实施例的磁传感器件，在cmos电路上形成传感器，并通过第一导电层与第二导电层实现cmos电路与传感器的电连接，实现了cmos电路驱动传感器和处理传感器产生的检测信号的功能，达到了cmos电路与传感器将集成的目的。根据本发明实施例的磁传感器件，通过在cmos电路上形成传感器，减小了cmos电路与传感器的距离，加强了cmos电路对传感器的驱动能力以及处理传感器产生的检测信号的能力，大幅提升了磁传感器件的精度。

根据本发明实施例的磁传感器件，通过在cmos电路上形成传感器，减小了磁传感器件的总体积，增加了磁传感器件的集成度，降低了磁传感器件的功耗，同时减少了封装管脚，提高了磁传感器件的可靠性。

根据本发明实施例的磁传感器件的制造方法，在小于等于300摄氏度的工艺温度下形成包括多层二氧化硅层的结构层，进而采用刻蚀工艺形成具有倾斜侧壁的凹槽，与现有技术相比，本发明通过低温工艺即可形成具有倾斜侧壁的凹槽，在该温度下，用于形成电路的金属不会融化导致电路失效，进一步提高了器件的可靠性。

根据本发明实施例的磁传感器件的制造方法，通过将z轴磁阻条直接制作在凹槽的倾斜侧壁上，以感测磁信号强度，与现有技术相比，本发明通过倾斜侧壁上的z轴磁阻条直接的测量z方向的磁信号强度，避免了在传导过程中形成的误差、损耗，从而提高了测量精度高。

因此，该方法制造的地磁传感器件灵敏度高，同时又显著降低制造成本和改善工艺兼容性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了本发明实施例的地磁传感器件的截面示意图。

图2示出了本发明实施例的地磁传感器件的制造方法示意图。

图3示出了图2中的传感器的制造方法示意图。

图4a、4b、4c、5、6b、7b、8示出了根据本发明实施例的地磁传感器件的制造方法中一部分阶段的截面示意图。

图6a、7a分别示出了图6b、7b的俯视图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了本发明实施例的地磁传感器件的截面示意图。

如图1所示，本发明实施例的地磁传感器件包括：cmos电路与位于cmos电路上的传感器，其中，cmos电路与传感器连接，用于驱动传感器和处理传感器产生的检测信号。cmos电路包括：衬底100、第一阱区110、第一源/漏区111、第一栅极导体112、第一侧墙113、第二阱区120、第二源/漏区121、第二栅极导体122、第二侧墙123、场氧区131、栅氧层132、第一介质层140、第一层间互联引线151、第二层间互联引线152、cmos电路互联引线153以及互联保护层160。传感器包括：结构层210、磁阻条、短路电极、金属连线、第三介质层240、第一导电层251、第二导电层252以及钝化层260。

第一阱区110、第一源/漏区111、第一栅极导体112、第一侧墙113构成第一晶体管，第二阱区120、第二源/漏区121、第二栅极导体122、第二侧墙123构成第二晶体管，第一晶体管与第二晶体管位于衬底100上，然而本发明的实施例并不限于此，本领域技术人员可根据需要对晶体管的个数进行其他设置。

第一介质层140与第二介质层160依次位于第一晶体管与第二晶体管上，并且第一介质层140与第二介质层160具有多个互联孔，第一层间互联引线151通过互联孔穿过第一介质层140与第二介质层160，一端与第一晶体管相连，另一端伸出cmos电路表面(第二介质层160表面)形成第一焊垫。第二层间互联引线152通过互联孔穿过第一介质层140与第二介质层160，一端与第二晶体管相连，另一端伸出cmos电路表面形成第二焊垫。第一晶体管以及第二晶体管通过cmos电路互联引线153相连。

结构层210位于cmos电路上，在结构层210中形成有具有倾斜侧壁的凹槽，其中，结构层210包括在cmos电路上依次沉积的多层二氧化硅，结构层210为各向异性，其密度沿纵向方向呈梯度分布，结构层210的厚度大于等于预设值，例如厚度约为4-5μm，凹槽的形状呈倒置的梯形，倾斜侧壁的倾斜角度包括30至60°，优选为45°。

磁阻条包括：多个x轴磁阻条221、多个y轴磁阻条以及多个z轴磁阻条223，其中，x轴磁阻条221与y轴磁阻条位于结构层210的平面区域，z轴磁阻条223位于凹槽的至少一侧的侧壁上。在本实施例中，磁阻条的包括：在结构层210上依次形成的钛层、坡莫合金层以及氮化钛层，或者在结构层210上依次形成的钽层、坡莫合金层以及氮化钽层。

短路电极位于磁阻条上方包括：x轴短路电极231、y轴短路电极以及z轴短路电极233，其中，x轴短路电极231与x轴磁阻条221、y轴短路电极与y轴磁阻条、z轴短路电极233与z轴磁阻条223均具有45°的夹角。

金属连线位于磁阻条上方，包括：x轴磁阻条的互连线、y轴磁阻条的互连线、z轴磁阻条的互连线236，其中，x轴磁阻条的互连线用于使多个x轴磁阻条221形成互联、y轴磁阻条的互连线用于使多个y轴磁阻条形成互联、z轴磁阻条的互连线用于使多个z轴磁阻条223形成互联。

第三介质层240，覆盖在结构层210、磁阻条、短路电极以及金属连线上方，其中，第三介质层240具有通孔，第三介质层240的材料优选为二氧化硅。

第一导电层251与第二导电层252位于结构层210与第三介质层240上方，第一导电层251分别与第一焊垫以及z轴磁阻条的互连线236相连，第二导电层252与第二焊垫相连，第一导电层251与第二导电层252用于复位传感器与coms电路。

进一步地，第一导电层251的连接部251a经过第三介质层240的表面通过通孔与z轴磁阻条的互连线236相连。第二导电层252的连接部252a不与任何包括x轴磁阻条的互连线、y轴磁阻条的互连线、z轴磁阻条的互连线236在内的金属连线相连。

在本实施例中，第一导电层251的连接部251a的截面对应在结构层210的部分呈锥形，锥形的侧壁为上宽下窄的弧形，对应在第三介质层240的部分呈矩形；第二导电层252的连接部252a的截面与连接部251a相同，此处不再赘述，也可以呈矩形或锥形。然而本发明的实施例并不限于此，本领域技术人员可根据需要对第一导电层与第二导电层的连接部进行其他设置。

钝化层260覆盖第三介质层240、第一导电层251、以及第二导电层252。其中，钝化层260具有开口261，至少部分第二导电层252通过开口261暴露。

图2示出了本发明实施例的地磁传感器件的制造方法示意图。

如图2所示，在步骤s10中，形成cmos电路。在步骤s20中，形成传感器。由于cmos电路的制造方法为常规方法，此处不再赘述，在下文中，将会对本发明实施例的传感器件的制造方法进行详细说明。

图3示出了图2中的传感器的制造方法示意图，如图3所示，可以通过以下步骤s21至s26来形成传感器。

在步骤s21中，形成结构层。具体地，如图4a所示，首先，在cmos电路上依次沉积多层二氧化硅，从而覆盖互联保护层160形成结构层210，其中，沉积多层二氧化硅的方法例如包括等离子体增强化学气相沉积法，形成结构层210的工艺温度小于或等于300℃，结构层210为各向异性，其密度沿纵向方向呈梯度分布，并且，结构层210的厚度大于等于预设值，例如4-5μm。接着在成结构层210中形成第一开口201与第二开口202，以分别暴露第一焊垫和第二焊垫。形成第一开口201与第二开口202方法包括湿法刻蚀，刻蚀在露出第一焊垫和第二焊垫时停止。第一开口201与第二开口202上部的尺寸均大于底部的尺寸，第一开口201与第二开口202的侧壁分别向第一开口201与第二开口202的中心弯曲。

在一些其他实施例中，第一开口201与第二开口202均呈矩形，如4b所示。

在另一些其他实施例中，第一开口201与第二开口202均呈倒置的锥形，如4c所示。

在步骤s22中，在结构层中形成凹槽。具体地，如图5所示，在结构层210中形成凹槽211，凹槽211具有倾斜侧壁。形成凹槽211的具体步骤包括：在结构层210上涂布光致抗蚀剂，涂布厚度约为4μm；在光致抗蚀剂显影后，将光致抗蚀剂的形貌需调整为正置的梯形结构，以作为掩模；采用湿法腐蚀的方法，将光致抗蚀剂的侧壁图形复制到结构层210上以形成具有倾斜侧壁的凹槽211，该凹槽211呈倒置的梯形，其中，倾斜侧壁的倾斜角度包括30°至60°，优选为45°。

在步骤s23中，在结构层上形成磁阻条。具体地，如图6a、图6b所示，在结构层210的平面区域形成多个平行的x轴磁阻条221与多个平行的y轴磁阻条222，x轴磁阻条221与y轴磁阻条222的排列方向垂直，在凹槽211的至少一个侧壁上形成z轴磁阻条223。形成磁阻条的步骤包括：在结构层210上依次形成钛层、坡莫合金层以及氮化钛层，或者在结构层210上依次形成钽层、坡莫合金层以及氮化钽层。可通过溅射的方法形成上述三层结构，其中，钛层的厚度约为坡莫合金的厚度约为氮化钛的厚度约为

在步骤s24中，在结构层上形成短路电极以及金属连线。具体地，如图7a、图7b所示，在每个x轴磁阻条221上方形成多个x轴短路电极231，在每个y轴磁阻条222上方形成y轴短路电极232，在每个z轴磁阻条223上方形成多个z轴短路电极233。每个短路电极与每个磁阻条呈预设夹角，预设夹角包括45°。在x轴磁阻条221上方形成用于使多个x轴磁阻条221形成互联的x轴磁阻条的互连线234，在y轴磁阻条222上方形成用于使多个y轴磁阻条222形成互联的y轴磁阻条的互连线235，在z轴磁阻条223上方形成用于使多个z轴磁阻条223形成互联的z轴磁阻条的互连线236。

形成短路电极以及金属连线的方法包括：采用剥离工艺lift-off先通过光刻形成短路电极与金属连线窗口，再通过溅射、蒸发工艺形成扩散阻挡层与金属层，最后采用剥离工艺去除光致抗蚀剂及其上方的扩散阻挡层与金属层。其中，扩散阻挡层优选氮化钛，厚度优选金属层优选钛层加铝层，钛层厚度优选铝层厚度优选

在步骤s25中，覆盖结构层、磁阻条、短路电极以及金属连线形成介质层。具体地，如图8所示，介质层240的形貌与结构层210共形匹配，并通过刻蚀的方法在第一开口、第二开口以及z轴磁阻条的互连线236的上方形成通孔，其中，介质层240材料优选二氧化硅，厚度约为

在步骤s26中，在结构层与介质层上形成第一导电层与第二导电层。具体地，如图8所示，在通孔处形成第一导电层251与第二导电层252，第一导电层251的连接部251a、第二导电层252的连接部252a分别与第一开口、第二开口的形状匹配，第一导电层251分别与第一焊垫以及z轴磁阻条的互连线236相连。第二导电层252与第二焊垫相连。形成第一导电层251与第二导电层252的方法包括：通过溅射与图形化工艺形成第一导电层251与第二导电层252，其中，第一导电层251与第二导电层252包括依次形成的氮化钛层与铝层，氮化钛层厚度约为铝层厚度约为4-6μm。

在步骤s27中，覆盖第一导电层与第二导电层形成钝化层，并在钝化层中形成开口，以暴露至少部分第二导电层，作为最终的焊垫引出，形成如图1所示的地磁传感器件。

根据本发明实施例的磁传感器件，在表面具有第一焊垫与第二焊垫的cmos电路上形成传感器，通过第一导电层与第二导电层实现cmos电路与传感器的电连接，实现了cmos电路驱动传感器和处理传感器产生的检测信号的功能，达到了cmos电路与传感器将集成的目的。

根据本发明实施例的磁传感器件，通过在cmos电路上形成传感器，减小了cmos电路与传感器的距离，加强了cmos电路对传感器的驱动能力以及处理传感器产生的检测信号的能力，大幅提升了磁传感器件的精度。

根据本发明实施例的磁传感器件，通过在cmos电路上形成传感器，减小了磁传感器件的总体积，增加了磁传感器件的集成度，降低了磁传感器件的功耗，同时减少了封装管脚，提高了磁传感器件的可靠性。

根据本发明实施例的磁传感器件的制造方法，在小于等于300摄氏度的工艺温度下形成包括多层二氧化硅层的结构层，进而采用刻蚀工艺形成具有倾斜侧壁的凹槽，例如通过等离子体增强化学气相沉积法，与现有技术相比，本发明通过低温工艺即可形成具有倾斜侧壁的凹槽，在该温度下，用于形成电路的金属不会融化导致电路失效，进一步提高了器件的可靠性。

根据本发明实施例的磁传感器件的制造方法，通过将z轴磁阻条直接制作在凹槽的倾斜侧壁上，以感测磁信号强度，与现有技术相比，本发明通过倾斜侧壁上的z轴磁阻条直接的测量z方向的磁信号强度，避免了在传导过程中形成的误差、损耗，从而提高了测量精度高。

因此，该方法制造的地磁传感器件灵敏度高，同时又显著降低制造成本和改善工艺兼容性。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。