一种磁传感器及其制备方法
【专利摘要】本发明揭示了一种磁传感器及其制备方法，所述制备方法包括：分别制备磁传感器的感应单元、导磁单元；导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，并测量引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；导磁单元制备步骤中，沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度H1大于感应单元的磁性薄膜的厚度H2的一半。本发明提出的磁传感器及其制备方法，在单一的圆晶/芯片上同时具有Ｘ、Ｙ和Ｚ三轴方向的传感单元。此外，本发明分步制造水平方向感应单元和Z方向的导磁单元，增加沟槽侧壁磁材料的厚度，有助于提升Z轴方向的器件灵敏度。
【专利说明】一种磁传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体工艺【技术领域】，涉及一种传感器，尤其涉及一种磁传感器；同时，本发明还涉及一种磁传感器的制备方法。
【背景技术】
[0002]磁传感器按照其原理，可以分为以下几类:霍尔元件，磁敏二极管，各项异性磁阻元件(舰10，隧道结磁阻(1服)元件及巨磁阻((--)元件、感应线圈、超导量子干涉磁强计坐寸。
[0003]电子罗盘是磁传感器的重要应用领域之一，随着近年来消费电子的迅猛发展，除了导航系统之外，还有越来越多的智能手机和平板电脑也开始标配电子罗盘，给用户带来很大的应用便利，近年来，磁传感器的需求也开始从两轴向三轴发展。两轴的磁传感器，即平面磁传感器，可以用来测量平面上的磁场强度和方向，可以用X和V轴两个方向来表示。
[0004]以下介绍现有磁传感器的工作原理。磁传感器采用各向异性磁致电阻
1叫1161:0-1？6818仏11。6 )材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致八自身电阻值发生变化。
[0005]在制造、应用过程中，将一个强磁场加在八II？单元上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该八的敏感轴，如图1所示。为了使测量结果以线性的方式变化，八材料上的金属导线呈45。角倾斜排列，电流从这些导线和八II？材料上流过，如图2所示；由初始的强磁场在八II？材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45。的夹角。
[0006]当存在外界磁场他时，八II？单元上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向，那么磁场方向1和电流I的夹角9也会发生变化，如图3所示。对于八II？材料来说，9角的变化会弓I起八自身阻值的变化，如图4所示。
[0007]通过对八服单元电阻变化的测量，可以得到外界磁场。在实际的应用中，为了提高器件的灵敏度等，磁传感器可利用惠斯通电桥或半电桥检测八阻值的变化，如图5所示。^1/^2/^3/1^4是初始状态相同的八1尺电阻，当检测到外界磁场的时候，81作2阻值增加八尺而…/财减少八8。这样在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零；而在有外界磁场时，电桥的输出为一个微小的电压八^。
[0008]目前的三轴传感器是将一个平面〔X、V两轴)传感部件与2方向的磁传感部件进行系统级封装组合在一起，以实现三轴传感的功能；也就是说需要将平面传感部件及2方向磁传感部件分别设置于两个圆晶或芯片上，最后通过封装连接在一起。目前，在单圆晶/芯片上无法同时实现三轴传感器的制造。
[0009]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感器，以使实现在单圆晶/芯片上进行三轴传感器的制造；且同时需要保证传感的效果。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是:提供一种磁传感器的制备方法，有助于提升2轴方向的器件灵敏度。
[0011]此外，本发明还提供一种磁传感器，有助于提升2轴方向的器件灵敏度。
[0012]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0013]一种磁传感器的制备方法，所述制备方法包括:分别制备磁传感器的感应单元、导磁单元；所述导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；所述感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单元输出的磁信号，能测量被导磁单兀引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；
[0014]所述导磁单元制备步骤中，沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度!II是感应单元的磁性薄膜的厚度取的一半以上。
[0015]作为本发明的一种优选方案，所述导磁单元的主体部分形成于沟槽内，并有部分露出沟槽至基底表面；
[0016]所述感应单元的磁性材料层形成于沟槽外，用以接收所述导磁单元输出的第三方向的磁信号，并根据该磁信号测量出第三方向对应的磁场强度及磁场方向；导磁单兀与感应单元不连接。
[0017]作为本发明的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤:
[0018]步骤31、在基底上形成沟槽阵列；
[0019]步骤32、在设有沟槽阵列的基底上沉积第一绝缘材料；
[0020]步骤33、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元；
[0021]步骤34、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层；
[0022]步骤35、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层；
[0023]步骤36、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶；刻蚀，去除多余的第二保护材料，并去除光刻胶，剩余的第二保护材料为硬掩膜；
[0024]步骤37、以步骤36剩余的第二保护层材料为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料，剩余的第二磁性材料作为导磁单元的磁性薄膜；
[0025]步骤38、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔。
[0026]作为本发明的一种优选方案，步骤35中，第二磁性材料层的厚度大于第一磁性材料层的厚度；
[0027]步骤36中，保留的光刻胶包括感应单元与沟槽之间的区域，以及与该区域连接的沟槽中的部分；
[0028]步骤38中，根据设定，制造一层或多金属层及介质层。
[0029]作为本发明的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤:
[0030]步骤31、在基底上形成沟槽阵列；
[0031〕 步骤32、在设有沟槽阵列的基底上沉积第一绝缘材料；
[0032]步骤33、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元；
[0033]步骤34、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层；步骤35、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层；
[0034]步骤36、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶；
[0035]刻蚀，去除多余的第二保护材料；保留光刻胶下的第二保护材料，以及光刻胶与感应单元之间的第二保护材料；
[0036]步骤37’、去除光刻胶；
[0037]步骤38’、以步骤36’剩余的第二保护材料为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料；
[0038]步骤39’、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔。
[0039]作为本发明的一种优选方案，所述感应单元与导磁单元中的磁性薄膜的距离通过调节两者之间的第二绝缘材料在侧壁的厚度确定。
[0040]作为本发明的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤:
[0041]步骤31’ ’、在具有0103电路的基底上形成沟槽，在具有沟槽的基底上依次沉积第二磁性材料及第二保护材料，形成第二磁性材料层及第二保护材料层，通过半导体工艺形成导磁单元；
[0042]步骤32’ ’、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层；
[0043]步骤33’ ’、依次沉积第一磁性材料及第一保护材料，形成第一磁性材料层及第一保护材料层，通过半导体工艺形成感应单元；其中，沟槽里的第二磁性材料能够将2方向的磁信号收集并引导到水平方向，由第一磁性材料层进行测试。
[0044]作为本发明的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤:
[0045]步骤1、在基底上形成沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元；
[0046]步骤2、形成沟槽，并沉积第二绝缘层材料；
[0047]步骤3、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层；
[0048]步骤4、通过半导体工艺在沟槽的侧壁形成导磁单元阵列；
[0049]步骤5、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔；并根据实际需要制造后续的金属层和介质层。
[0050]作为本发明的一种优选方案，所述制备方法包括:制造2方向的磁传感器，以及制造水平方向的磁传感器，即能够在同一芯片上制造三轴的磁传感器。
[0051]作为本发明的一种优选方案，所述沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度!II为感应单元的磁性薄膜的厚度的一半以上。
[0052]一种磁传感器，所述磁传感器包括:感应单元、导磁单元；所述导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；所述感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单兀输出的磁信号，能测量被导磁单兀引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；所述沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度III为感应单元的磁性薄膜的厚度02的一半以上；导磁单元与感应单元不连通。
[0053]本发明的有益效果在于:本发明提出的磁传感器及其制备方法，在单一的圆晶/芯片上同时具有X、V和2三轴方向的传感单元，单芯片上可选择性集成八31(:外围电路，其制造工艺与标准的(:103工艺完全兼容；具有良好的可制造性、优异的性能和明显的价格竞争力。
[0054]此外，本发明分步制造水平方向感应单元和2方向的导磁单元，有助于提升2轴方向的器件灵敏度。因为2轴磁传感器的灵敏度主要由两检测单元的灵敏度和朝检测单元输出的磁信号的强度决定；而朝检测单元输出的磁信号的强度则与在沟槽侧壁磁性薄膜的厚度相关，即厚度越薄性能越差。本发明之所以分成两步制造检测单元(导磁单元)和信号收集单元(感应单元),就是要增加沟槽侧壁磁性薄膜的厚度，从而达到提高灵敏度的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]图1为现有磁传感器的磁性材料的示意图。
[0056]图2为现有磁传感器的磁性材料及导线的结构示意图。
[0057]图3为磁场方向和电流方向的夹角示意图。
[0058]图4为磁性材料的9 -1？特性曲线示意图。
[0059]图5为惠斯通电桥的连接图。
[0060]图6为本发明磁传感装置一部分的俯视图。
[0061]图7为图6的―向剖视图。
[0062]图8为实施例一中步骤31的示意图。
[0063]图9为实施例一中步骤52的示意图。
[0064]图10为实施例一中步骤33的示意图。
[0065]图11为实施例一中步骤34的示意图。
[0066]图12为实施例一中步骤35的示意图。
[0067]图13为实施例一中步骤56的示意图。
[0068]图14为实施例一中步骤37的示意图。
[0069]图15为实施例一中步骤58的示意图。
[0070]图16为实施例三中步骤37’的示意图。
[0071]图17为实施例三中步骤38’的示意图。
[0072]图18为实施例三中步骤39’的示意图。
[0073]图19为实施例四中步骤56的示意图。
[0074]图20为实施例四中步骤37的示意图。
[0075]图21为实施例四中步骤58的示意图。
[0076]图22为实施例五中步骤1的示意图。
[0077]图23为实施例五中步骤2的示意图。
[0078]图24为实施例五中步骤3的示意图。
【具体实施方式】
[0079]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0080]实施例一
[0081]请参阅图6、图7，其中，图7是图6中沿八-八方向的投影；本发明揭示了一种磁传感器，所述磁传感器包括2轴磁传感部件，该2轴磁传感部件包括:基底10、导磁单元20、感应单元；基底10可以包括(:103外围电路。
[0082]基底10的表面具有介质层，并且在介质层里开有沟槽11。所述基底设有一列或若干列沟槽，本实施例中，一列沟槽包括若干子沟槽11。
[0083]导磁单元20的主体部分设置于沟槽11内，并有部分露出沟槽11至基底表面，用以收集2轴方向的磁信号，并将该磁信号输出给感应单元进行检测，从而得到2轴方向的磁信号强度及方向。
[0084]感应单元设置于所述基底表面上，用以接收所述导磁单元20输出的2轴方向的磁信号，并根据该磁信号测量出2轴方向对应的磁场强度及磁场方向。具体地感应单元能测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单兀输出的磁信号，能测量被导磁单兀引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场。感应单兀包括磁材料层30，以及该磁材料层30上设置的若干平行设置的电极40。同时，所述感应单元还用以感应X轴、V轴方向的磁信号，并以此测量出X轴、V轴方向对应的磁场强度及磁场方向。通过导磁单元20的设置，感应单元将2轴方向的磁场引导到水平方向进行测量。所述导磁单元20及感应单元的磁材料层可以使用同一磁性材料，材料层数一致，但是分步制造得到，且导磁单元与感应单元不连通(两者之间有缝隙如导磁单元20及感应单元的磁材料层可以是各向异性磁传感器八1尺、也可以是III？和(^!?，以下不再赘述。当然，所述导磁单元20及感应单元的磁材料层30也可以使用不同的磁性材料，或者采用不同的层数。
[0085]如图7所示，所述导磁单元20的主体部分与基底表面所在平面的夹角可在45°?90。之间，越大越好以收集到比较纯粹的2轴磁信号。所述感应单元的磁材料层30贴紧基底表面设置，与基底表面平行。然而，上述的夹角越大，在磁材料薄膜沉积的过程中，侧壁沉积的磁薄膜的沉积速率下降，同等条件下得到沟槽侧壁上的磁薄膜的厚度就较小，而厚度较小将导致第三方向的磁传感灵敏度较小，这与上述的要求矛盾。(在薄膜沉积的过程中，沟槽侧壁上沉积的薄膜比基底上水平设置的薄膜薄很多。)要提高器件的灵敏度，必须要提升在侧壁的磁材料薄膜的厚度。如果导磁单元与感应单元为同时沉积、制造形成，侧壁的磁材料薄膜厚度调节很困难。本发明的核心改进在于分步制造导磁单元与感应单元，本发明的磁传感器中，所述沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度犯大于感应单元的磁性薄膜的厚度取的一半以上，甚至根据实际的需要超过上述的值，大大地保证了第三方向磁场的收集和感应的效率，最终提高了第三方向磁传感器的性能。
[0086]本发明将导磁单元、感应单元分开制备；可以先制备导磁单元，也可以先制备感应单元。
[0087]本实施例中，本发明磁传感器的制备方法包括如下步骤(首先包括制备2轴传感器的步骤，包括):
[0088]步骤31、在基底101上形成沟槽阵列102，如图8所示；
[0089]步骤32、形成第一绝缘材料层103，为单层或者多层，如图9所示；
[0090]步骤33、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层104，随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层105 ；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元，如图10所示；
[0091]步骤34、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层106，如图11所示；
[0092]步骤35、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层107，第二磁性材料的材质与第一磁性材料的材质相同或者不同；第二磁性材料层107的厚度与第一磁性材料层104的厚度相同或者不同；通常，第二磁性材料层107的厚度大于第一磁性材料层104的厚度；随后沉积第二保护层材料，形成第二保护层材料层108，如图12所示；沉积在沟槽侧壁的磁性材料的厚度大于磁性材料层104厚度的一半以上；
[0093]步骤36、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶，保留如图13所示的部分光刻胶109 ；保留的光刻胶109包括感应单元与沟槽之间的区域，以及与该区域连接的沟槽中的部分光刻胶；
[0094]步骤37、刻蚀形成如图14所示的结构，去除多余的保护层材料，并去胶，剩余的第二保护层材料110为硬掩膜；
[0095]步骤38、以剩余的第二保护层材料110为硬掩膜再一次刻蚀，去除多余部分的磁性材料，如图15所示；
[0096]步骤39、随后进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔，根据实际的需要制造一层或多层的金属层和介质层。
[0097]此外，本发明还可以包括制备X轴V轴磁传感器(即水平方向磁传感器)的步骤，由于制备水平方向的磁传感器为现有技术，这里不做赘述。
[0098]实施例二
[0099]本实施例中，本发明制备方法可以先制造平面的磁传感器阵列，再制造沟槽，随后在沟槽内形成导磁单元，具体包括如下步骤:
[0100]步骤31、在基底上形成第一磁性材料层，为单层或者多层，可包含保护层材料，通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元；
[0101]步骤32、制造沟槽，选择性地沉积第二绝缘材料；
[0102]步骤33、沉积第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料的材质相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；通常，第二磁性材料层的厚度大于第一磁性材料层的厚度；随后沉积第二保护层材料；沉积在沟槽侧壁的第二磁性材料的厚度大于第一磁性材料层厚度的一半以上；
[0103]步骤34、采用半导体工艺制造形成导磁单元；
[0104]步骤35、随后进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔，根据实际的需要制造一层或多层的金属层和介质层。
[0105]实施例三
[0106]本实施例与实施例一的区别在于，本实施例包含自对准制造超小感应单元与检测单元缝隙的工艺，具体包括:
[0107]步骤31、在基底101上形成沟槽阵列102，如图8所示；
[0108]步骤32、形成第一绝缘材料层103，如图9所示；
[0109]步骤33、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层104，随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层105 ；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元，如图10所示；
[0110]步骤34、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层106，如图11所示；
[0111]步骤35、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层107，第二磁性材料的材质与第一磁性材料的材质相同或者不同；第二磁性材料层107的厚度与第一磁性材料层104的厚度相同或者不同；通常，第二磁性材料层107的厚度大于第一磁性材料层104的厚度；随后沉积第二保护层材料，形成第二保护层材料层108，如图12所示；
[0112]步骤36、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶，保留如图13所示的部分光刻胶109 ；保留的光刻胶109包括感应单元与沟槽之间的区域，以及与该区域连接的沟槽中的部分光刻胶；
[0113]步骤37’、刻蚀，去除多余的第二保护材料；在刻蚀的过程中，通过刻蚀时间的控制，形成如图16所示的结构，即还保留部分第二保护材料层；具体地，保留光刻胶下的第二保护材料，以及光刻胶与感应单元之间的第二保护材料；
[0114]步骤38’、去除光刻胶，如图17所示；
[0115]步骤39’、以剩余的第二保护材料层110为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料，如图18所示。本发明的好处在于得到的感应单元与导磁单元的距离能够精确控制到一个较小的范围:感应单元与导磁单元中磁性材料的距离是通过两者之间的介质材料层(第二绝缘材料层106)在侧壁的厚度决定的，而介质材料层的厚度精确可控，并且能够轻而易举地做到10011111以下，例如5011111 ；在2轴传感器的应用中，2轴磁传感器的灵敏度与上述的距离息息相关。
[0116]实施例四
[0117]本实施例与实施例一中所述制备方法的前面5步步骤相同；其区别在于，后续步骤中，所述制备方法对应包括:
[0118]步骤36、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶，保留如图19所示的部分光刻胶139 ；保留的光刻胶139覆盖在沟槽之上；
[0119]步骤37、刻蚀，去除多余的第二保护材料；去除光刻胶，如图20所示；
[0120]步骤38、以剩余的第二保护材料层110为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料，如图21所示。即在沟槽里面保留有完整的磁性材料。
[0121]实施例五
[0122]本实施例与以上实施例的区别在于，本实施例中，先制备导磁单元(2轴方向的磁性薄膜),后制备感应单元(水平方向的磁性薄膜本实施例中，磁传感器的制备方法具体包括如下步骤:
[0123]步骤1、在具有0103电路的基底201上形成沟槽，依次沉积第二磁性材料层202和第二保护材料层203，通过半导体工艺形成如图22所示的结构；
[0124]步骤2、沉积第二绝缘层材料206，如图23所示；
[0125]步骤3、随后依次沉积第一磁性材料层204和第一保护层材料205，通过半导体工艺形成如图24所示的结构；结构中，沟槽里的第二磁性材料层202能够将2方向的磁信号收集并引导到水平方向，由第一磁性材料层204进行测试。如图24所示，导磁单元与感应单元的距离可由第二绝缘层的厚度决定，可根据实际需要进行调整。
[0126]制造过程除了 2方向的磁传感器之外还包括制造水平方向的磁传感器，即能够在同一芯片上制造三轴的磁传感器。
[0127]综上所述，本发明提出的磁传感器及其制备方法，在单一的圆晶/芯片上同时具有X、V和2三轴方向的传感单元，单芯片上可选择性集成外围电路，其制造工艺与标准的0103工艺完全兼容；具有良好的可制造性、优异的性能和明显的价格竞争力。
[0128]此外，本发明分步制造水平方向感应单元和2方向的导磁单元，有助于提升2轴方向的器件灵敏度。因为2轴磁传感器的灵敏度主要由检测单元的灵敏度和朝检测单元输出的磁信号的强度决定；而朝检测单元输出的磁信号的强度则与在沟槽侧壁磁性薄膜的厚度相关，即厚度越薄性能越差。本发明之所以分成两步制造检测单元(导磁单元)和信号收集单元(感应单元),就是要增加沟槽侧壁磁性薄膜的厚度，从而达到提高灵敏度的目的。
[0129]这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
【权利要求】
1.一种磁传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括:分别制备磁传感器的感应单元、导磁单元；所述导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；所述感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单元输出的磁信号，能测量被导磁单元引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直； 所述导磁单元制备步骤中，沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度Hl是感应单元的磁性薄膜的厚度H2的一半以上。
2.根据权利要求1所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述导磁单元的主体部分形成于沟槽内，并有部分露出沟槽至基底表面； 所述感应单元的磁性材料层形成于沟槽外，用以接收所述导磁单元输出的第三方向的磁信号，并根据该磁信号测量出第三方向对应的磁场强度及磁场方向； 导磁单元与感应单元不连接。
3.根据权利要求1所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤S1、在基底上形成沟槽阵列； 步骤S2、在设有沟槽阵列的基底上沉积第一绝缘材料； 步骤S3、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元； 步骤S4、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层； 步骤S5、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层； 步骤S6、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶；刻蚀，去除多余的第二保护材料，并去除光刻胶，剩余的第二保护材料为硬掩膜； 步骤S7、以步骤S6剩余的第二保护层材料为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料，剩余的第二磁性材料作为导磁单元的磁性薄膜； 步骤S8、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔。
4.根据权利要求3所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 步骤S5中，第二磁性材料层的厚度大于第一磁性材料层的厚度； 步骤S6中，保留的光刻胶包括感应单元与沟槽之间的区域，以及与该区域连接的沟槽中的部分； 步骤S8中，根据设定，制造一层或多金属层及介质层。
5.根据权利要求1所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤S1、在基底上形成沟槽阵列； 步骤S2、在设有沟槽阵列的基底上沉积第一绝缘材料； 步骤S3、沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元； 步骤S4、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层；步骤S5、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层； 步骤S6、曝光工艺，去除多余部分的光刻胶； 刻蚀，去除多余的第二保护材料；保留光刻胶下的第二保护材料，以及光刻胶与感应单元之间的第二保护材料； 步骤S7’、去除光刻胶； 步骤S8’、以步骤S6’剩余的第二保护材料为硬掩膜再进行一次刻蚀，去除多余部分的第二磁性材料； 步骤S9’、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔。
6.根据权利要求5所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述感应单元与导磁单元中的磁性薄膜的距离通过调节两者之间的第二绝缘材料在侧壁的厚度确定。
7.根据权利要求1所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤SI’ ’、在具有CMOS电路的基底上形成沟槽，在具有沟槽的基底上依次沉积第二磁性材料及第二保护材料，形成第二磁性材料层及第二保护材料层，通过半导体工艺形成导磁单元； 步骤S2’ ’、沉积第二绝缘材料，形成第二绝缘材料层； 步骤S3’ ’、依次沉积第一磁性材料及第一保护材料，形成第一磁性材料层及第一保护材料层，通过半导体工艺形成感应单元；其中，沟槽里的第二磁性材料能够将Z方向的磁信号收集并引导到水平方向，由第一磁性材料层进行测试。
8.根据权利要求1所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述制备方法具体包括如下步骤: 步骤1、在基底上形成沉积第一磁性材料，形成第一磁性材料层；随后沉积第一保护材料，形成第一保护材料层；通过半导体工艺形成平面磁性材料阵列，作为感应单元； 步骤2、形成沟槽，并沉积第二绝缘层材料； 步骤3、沉积第二磁性材料，形成第二磁性材料层，第二磁性材料的材质与第一磁性材料相同或者不同；第二磁性材料层的厚度与第一磁性材料层的厚度相同或者不同；随后沉积第二保护材料，形成第二保护材料层； 步骤4、通过半导体工艺在沟槽的侧壁形成导磁单元阵列； 步骤5、进行介质层材料的填充和化学机械抛光工艺，并在介质层中采用光刻进行开孔；并根据实际需要制造后续的金属层和介质层。
9.根据权利要求1至8之一所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述制备方法包括:制造Z方向的磁传感器，以及制造水平方向的磁传感器，即能够在同一芯片上制造三轴的磁传感器。
10.根据权利要求1至8之一所述的磁传感器的制备方法，其特征在于: 所述沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度Hl为感应单元的磁性薄膜的厚度H2的一半以上。
11.一种磁传感器，其特征在于，所述磁传感器包括:感应单元、导磁单元；所述导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；所述感应单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单兀输出的磁信号，能测量被导磁单兀引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直； 所述沟槽侧壁上导磁单元的磁性薄膜的厚度Hl为感应单元的磁性薄膜的厚度H2的一半以上； 导磁单元与感应单元不连通。
【文档编号】H01L43/12GK104347798SQ201310340473
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】张挺, 杨鹤俊 申请人:上海矽睿科技有限公司