三轴amr磁力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种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】
[0002]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 MagnetoResistance，CMR)等。
[0003]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^MR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。
[0004]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。
[0005]如图1所示，是现有三轴AMR磁力传感器的制造方法过程中的器件结构图；现有三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤:
[0006]步骤一、在衬底101上形成第一绝缘层102;所述第一绝缘层102为氧化硅层。
[0007]步骤二、采用光刻刻蚀工艺在所述第一绝缘层102中形成沟槽103;沟槽103的底部不穿过所述第一绝缘层102、而是位于所述第一绝缘层102中。
[0008]步骤三、在所述沟槽103的底部表面、侧面以及所述沟槽103外的所述第一绝缘层102表面形成第二介质隔离层104，所述第二介质隔离层104用于对所述第一绝缘层102进行隔离。所述第二介质隔离层104为氮化硅层，用于防止氧化硅和磁性材料NiFe发生反应。
[0009]步骤四、在所述第二介质隔离层104表面形成具有各向异性磁电阻的磁性材料层105;所述磁性材料层105为铁镍合金层，厚度能选择为230埃。
[0010]步骤五、在所述磁性材料层105表面形成保护层106，所述保护层106用于对磁性材料层105进行保护;所述保护层106为氮化钽层(TaN)，厚度为900埃。
[0011]步骤六、对所述磁性材料层105和所述保护层106进行退火处理。
[0012]步骤七、采用光刻刻蚀工艺对所述保护层106和所述磁性材料层105进行刻蚀并同时三轴AMR磁力传感器的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。
[0013]上述现有方法形成的三轴AMR磁力传感器中，Z轴AMR磁力传感器的特性要比X轴AMR磁力传感器和Y轴AMR磁力传感器的差，因此如何提高Z轴AMR磁力传感器的特性则为本申请所要研究的主要课题。
【发明内容】
[0014]本发明所要解决的技术问题是提供一种三轴AMR磁力传感器的制造方法，能改善Z轴AMR磁力传感器的磁性，同时工艺成本较低。
[0015]为解决上述技术问题，本发明提供的三轴AMR磁力传感器的制造方法包括如下步骤:
[0016]步骤一、在衬底上形成第一绝缘层。
[0017]步骤二、采用光刻刻蚀工艺在所述第一绝缘层中形成沟槽，后续Z轴AMR磁力传感器会形成于所述沟槽中。
[0018]步骤三、在所述沟槽的底部表面、侧面以及所述沟槽外的所述第一绝缘层表面形成第二侧壁修复层，通过形成所述第二侧壁修复层对步骤二的刻蚀工艺在所述沟槽的侧壁表面和底部表面造成的损伤进行修复，从而提高所述沟槽的侧壁表面和底部表面光滑度并使后续形成于所述沟槽的侧壁表面的所述Z轴AMR磁力传感器的磁性改善。
[0019]步骤四、在所述沟槽的底部表面、侧面以及所述沟槽外的所述第二侧壁修复层表面形成第三介质隔离层。
[0020]步骤五、在所述第三介质隔离层表面形成具有各向异性磁电阻的磁性材料层。
[0021]步骤六、采用光刻刻蚀工艺对所述磁性材料层进行刻蚀并同时形成三轴AMR磁力传感器的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，所述X轴AMR磁力传感器和所述Y轴AMR磁力传感器位于所述沟槽外的所述第三介质隔离层表面，所述Z轴AMR磁力传感器位于所述沟槽侧壁的所述第三介质隔离层表面。
[0022]进一步的改进是，所述磁性材料层为铁镍合金层。
[0023]进一步的改进是，所述第一绝缘层为氧化硅层。
[0024]进一步的改进是，所述第二侧壁修复层为氧化硅层。
[0025]进一步的改进是，所述第二侧壁修复层的厚度小于等于500埃，尽最大可能不改变形貌。
[0026]进一步的改进是，所述第三介质隔离层为氮化硅层。
[0027]进一步的改进是，步骤五中形成所述磁性材料层之后还包括在所述磁性材料层表面形成保护层的步骤，之后对所述磁性材料层和所述保护层进行退火，步骤六中采用光刻刻蚀工艺依次对所述保护层和所述磁性材料层进行刻蚀同时形成所述三轴AMR磁力传感器。
[0028]进一步的改进是，所述磁性材料层为铁镍合金层，所述保护层为氮化钽层。
[0029]本发明通过在沟槽刻蚀之后增加了一步对沟槽的底部表面和侧面损伤进行修复的工艺，能增加沟槽侧面的光滑度，使得后续形成于沟槽侧面的Z轴AMR磁力传感器的特性得到改善，所以本发明能改善Z轴AMR磁力传感器的磁性，同时工艺成本低。
[0030]由上可知，本发明通过对现有方法中Z轴AMR磁力传感器比X和Y轴AMR磁力传感器的特性差，将Z轴AMR磁力传感器特性变差的原因归结为和沟槽本身相关，而和磁性材料层形成的本身因素无关，这样就找到了影响Z轴AMR磁力传感器特性的因素，即沟槽刻蚀后的侧面损伤会带来粗糙度(rough)的增加、这会使得后续磁性材料层的粗糙度也增加，从而使得Z轴AMR磁力传感器特性变差;而本发明正是通过对这些技术问题进行分析后确定了沟槽的刻蚀后的侧面损伤和Z轴AMR磁力传感器特性变差的关系，之后仅通过增加一步简单的消除沟槽的刻蚀后的侧面损伤的步骤，就能实现Z轴AMR