磁传感装置及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体工艺技术领域，涉及一种磁传感装置，尤其涉及一种磁传感装置的制备工艺。
【背景技术】
[0002]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Y轴两个方向来表示。
[0003]AMR磁传感器采用各向异性磁致电阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁感应强度的大小。
[0004]为了使测量结果以线性的方式变化，AMR阵列上的金属导线呈45°角倾斜排列，电流从AMR材料上流过经金属导线后电流的流向与AMR线的角度旋转45°，如图1所示即在没有外加磁场的情况下AMR线自极化方向与电流呈现45°的夹角。
[0005]当存在外界磁场Ha时，AMR单元上的极化方向就会发生变化而不再是初始的方向，那么磁场方向M和电流I的夹角Θ也会发生变化，如图2所示，从而引起AMR自身阻值的变化。
[0006]通过对AMR单元电阻变化的测量，可以得到外界磁场的强度和方向。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AMR阻值的变化，如图3所示。R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻R0，当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加Λ R而R3/R4减少Λ R(或相反)。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AV。
[0007]目前的三轴传感器是将一个平面(X、Y两轴)传感部件与Z方向的磁传感部件(将X/Y方向竖在基板上)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Z方向磁传感部件分别设置于两个圆晶或芯片上，最后通过封装与外围电路连接在一起，一个传感器器件里面可能包含三个分立的芯片。这样的方法的优点是具有较好Z轴性能(与X、Y轴的性能基本一样)，技术门槛较低，但是对封装要求很高，引入较高封装成本(封装的成本占据整个芯片成本的很大部分)，另一方面，这种方法得到的器件的可靠性较差，器件的尺寸也难以进一步缩小。
[0008]如今，磁传感器的应用中通常需要ASIC外围电路进行驱动，当前主要采用ASIC芯片和磁传感芯片进行SIP封装。而SOC的单芯片模式是发展方向，其特点是具有更高的集成度，更好的综合性能和较低的成本。SOC模式是在ASIC芯片的顶层金属上方继续制造磁传感器，最终使磁传感器与ASIC有机结合，避免了采用引线方法进行连接。
[0009]在制造ASIC芯片的时候，通常会采用4-6层金属层；在ASIC芯片与磁传感器结合时，通常是在ASIC芯片的顶层金属top metal做完之后再沉积3um的介质层IMd,然而3um的MD的引线存在很大困难，很难连出来。导致现有的制备工艺流程比较复杂，制备时间较长，而制备成本较高。
[0010]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感装置制备工艺，以克服现有磁传感装置的上述缺陷。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是:提供一种磁传感装置的制备工艺，可将ASIC芯片与磁传感器进行有机结合，便于引出金属，可提高制备效率及正品率。
[0012]此外，本发明还提供一种磁传感装置，可将ASIC芯片与磁传感器进行有机结合，便于引出金属，可提高制备效率及正品率。
[0013]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0014]一种磁传感装置的制备工艺，所述制备工艺包括:
[0015]步骤一、外围电路的基底上设有至少两层顶层金属层，至少包括第一金属层、第二金属层，第二金属层位于第一金属层上方，引出第二金属层；
[0016]步骤二、在基底上的介质材料上刻蚀形成沟槽，沟槽位于第一金属层上方，不接触第一金属层；或者，刻蚀沟槽自停止至第一金属层上方；或者，在第一金属层上方设有其他自停止层，刻蚀至第一金属层上的自停止层形成沟槽；
[0017]步骤三、沉积磁材料，或者在沉积一层或者多层介质材料后沉积磁材料，磁材料的一部分位于基底上表面，另一部分位于沟槽内；
[0018]步骤四、图形化，生成磁传感器的图形，形成感应单元的磁材料层，并通过沟槽的应用形成导磁单元；
[0019]步骤五、沉积绝缘材料，打开窗口，将磁材料层的电极引出，将其他电极引出；
[0020]步骤六、制造后续的介质层、金属层以及钝化层，并且完成钝化层开窗。
[0021]作为本发明的一种优选方案，所述步骤二中，刻蚀沟槽自停止至第一金属层上方获得平坦底部；或者，在第一金属层上方设有其他自停止层，刻蚀至第一金属层上的自停止层形成底部平坦的沟槽。
[0022]作为本发明的一种优选方案，所述步骤四中，所述导磁单元的主体部分设置于沟槽内，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；
[0023]所述感应单元靠近沟槽设置，与导磁单元之间连接或断开，或者部分连接、部分断开，用以测量第一方向或/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。
[0024]作为本发明的一种优选方案，沉积的磁材料包含一层或者多层保护层材料。
[0025]作为本发明的一种优选方案，沉积的磁材料为AMR材料，或为TMR材料，或为GMR材料。
[0026]作为本发明的一种优选方案，所述制备工艺具体包括如下步骤:
[0027]步骤S101、外围电路的基底上设有第一金属层或MM电容，MM电容包含两层金属和一层介质层；
[0028]步骤S102、沉积第一介质材料，形成通孔，沉积金属材料，图形化形成金属图形，作为第二金属层；
[0029]步骤103、沉积第二介质材料，采用化学机械抛光平坦化；
[0030]步骤S104、打开通孔，沉积金属，进行光刻，引出第二金属层；
[0031]步骤S105、在第一金属层上方、第二金属层的一侧形成沟槽，刻蚀时自停止在第一金属层上方；
[0032]步骤S106、沉积第三介质材料；
[0033]步骤S107、沉积磁材料，图形化；生成磁传感器的图形，形成感应单元的磁材料层，并通过沟槽的应用形成导磁单元；所述导磁单元的主体部分设置于沟槽内，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；感应单元靠近沟槽设置，与导磁单元之间连接或断开，或者部分连接、部分断开，用以测量第一方向或/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；
[0034]步骤S108、沉积绝缘材料,形成绝缘材料层；
[0035]步骤S109、打开窗口，将磁材料层上的电极引出，将其他电极引出；
[0036]步骤S110、制造后续的介质层和金属层，用于布线，或者实现SET/RESET，或者实现自检测。
[0037]作为本发明的一种优选方案，步骤S104中，在通孔内利用化学气相沉积法沉积金属钨，化学机械抛光平坦化，去除基底表面的金属钨，只保留孔内的金属钨。
[0038]作为本发明的一种优选方案，所述步骤S104中，还包括在金属钨上方沉积金属，光刻图形化后形成金属图形；沉积的金属材料能阻挡后续开通孔时候的过刻蚀；步骤S104还包括:在通孔内直接沉积第三金属层，并进行光刻。
[0039]作为本发明的一种优选方案，步骤S105中，所述第一金属层为含Al材料或者含Ti材料的一层或者多层；
[0040]步骤S106中，第三介质材料为多层或单层，第三介质材料包括S1x或/和SiNx或/和S1x/SiN材料一种或者多种；
[0041]步骤S107中，磁材料上还设有一层或多层保护材料层。
[0042]作为本发明的一种优选方案，所述制备工艺步骤S110，沉积金属，图形化，沉积的金属层作为自检测金属层或者SET/RESET。
[0043]作为本发明的一种优选方案，所述制备工艺具体包括如下步骤:
[0044]步骤S201、外围电路的基底上设有第一金属层；
[0045]步骤S202、在第一金属层上沉积绝缘自停止层，而后沉积第一介质材料，形成通孔，沉积金属材料引出第一金属层，图形化，光刻，形成金属图形，作为第二金属层；
[0046]步骤S203、沉积第二介质材料，采用化学机械抛光平坦化；
[0047]步骤S204、打开通孔，沉积金属，进行光刻，引出第二金属层；
[0048]步骤S205、在绝缘自停止层上方、第二金属层的一侧形成沟槽，沟槽刻蚀时自停止在绝缘自停止层上方；
[0049]步骤S206、沉积第三介质材料；
[0050]步骤S207、沉积磁材料，图形化；生成磁传感器的图形，形成感应单元的磁材料层，并通过沟槽的应用形成导磁单元；所述导磁单元的主体部分设置于沟槽内，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；感应单元靠近沟槽设置，与导磁单元之间连接或断开，或者部分连接、部分断开，用以测量第一方向或/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；
[0051]步骤S208、沉积绝缘材料,形成绝缘材料层；
[0052]步骤S209、打开窗口，将磁材料层上的电极引出，并将其他电极引出。
[0053]作为本发明的一种优选方案，所述步骤S203中，采用化学机械抛光平坦化停在第二金属层上，同时，保留1000?