提升磁材料性能的方法、磁傳感裝置的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種提升磁材料性能的方法、磁傳感裝置的制備方法，所述磁傳感裝置的制備方法包括：在基底上依次沉積多層絕緣介質(zhì)層，其中，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層厚度小于50納米，具有非晶結構，在該絕緣介質(zhì)層上設置磁材料，提升材料磁性能。所述方法還包括在磁材料薄膜上設立一層或者多層的保護層材料，與磁材料直接接觸的保護層材料具有高電阻或者具有非晶的結構。本發(fā)明在提升AMR等磁材料磁性能的同時又不影響器件制造工藝，不引入新的工藝和材料，有助于提升器件的性能和競爭力。
【專利說明】提升磁材料性能的方法、磁傳感裝置的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體工藝【技術領域】，涉及一種提升磁材料性能的方法，尤其涉及一種磁傳感裝置的制備方法。
【背景技術】
[0002]磁傳感器的性能與磁材料的性能直接關聯(lián)，以各向異性磁阻材料和器件(AMR)為例，AMR器件的靈敏度與AMR材料的各向異性磁阻dR/R值等性能有密切聯(lián)系，如何提升AMR材料的性能(如dR/R值)對于提升器件的性能具有重要的意義。
[0003]在磁傳感器的應用中，一般情況下，磁材料層的厚度較薄，如在50納米以下，當材料厚度減薄至此，材料的性能就與磁性材料的上下界面具有很強的關系，比如上下界面在熱過程中的擴散造成磁材料組份的漂移，與磁材料直接接觸的基底與保護層(電極)和磁材料薄膜的晶格不匹配也會產(chǎn)生應力，從而影響磁材料薄膜性能，因此從這些角度要求器件有較好的基底與保護層(電極)，減少原子擴散、降低應力。然而，基底與保護層(電極)材料的調(diào)整多會影響制備條件、刻蝕條件、引入新的污染等，所以又將大幅度影響工藝的開發(fā)，目前還沒有比較好的提升磁材料性能的方法。
[0004]有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的磁傳感裝置的制備方法，以提升磁傳感裝置中磁材料的磁性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種提升磁材料性能的方法，可提升AMR等磁材料磁性能的目的的同時又不大幅影響器件制造工藝，不引入新的工藝，不影響器件的性能。
[0006]此外，本發(fā)明還提供一種磁傳感裝置的制備方法，可提升AMR等磁材料磁性能的目的的同時又不大幅影響器件制造工藝，不引入新的工藝，不影響器件的性能。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0008]一種提升磁材料性能的方法，所述方法包括:
[0009]在基底上依次沉積多層絕緣介質(zhì)層，其中，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層厚度小于50納米，具有非晶結構，在該介質(zhì)層上設置磁材料，通過上述最后一層絕緣介質(zhì)層與磁材料接觸提升材料磁性能。
[0010]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法還包括在磁材料薄膜上設立一層或者多層的保護層材料，與磁材料直接接觸的保護層材料具有比磁材料更高的電阻率或者具有非晶的結構。
[0011]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在多層保護層材料應用情況下，與磁材料薄膜直接接觸的保護層材料的電阻率高于其他層保護層的電阻率。
[0012]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層的厚度在I納米到40納米之間。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，與磁性材料直接接觸的保護層厚度在0.1納米到10納米之間。
[0014]一種磁傳感裝置的制備方法，所述制備方法包括:
[0015]在基底上依次沉積多層絕緣介質(zhì)層，其中，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層厚度小于50納米，具有非晶結構，在該絕緣介質(zhì)層上設置磁材料，通過上述最后一層絕緣介質(zhì)層與磁材料接觸提升材料磁性能。
[0016]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法還包括在磁材料薄膜上設立一層或者多層的保護層材料，與磁材料直接接觸的保護層材料具有比磁材料更高的電阻率或者具有非晶的結構。
[0017]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在多層保護層材料應用情況下，與磁材料薄膜直接接觸的保護層材料的電阻率高于其他層保護層的電阻率。
[0018]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層的厚度在I納米到40納米之間。
[0019]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，與磁性材料直接接觸的保護層厚度在0.1納米到10納米之間。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法用以制備兩軸傳感裝置，所述方法具體包括如下步驟:
[0021]步驟S101、在基底上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層；
[0022]步驟S102、在所述第一絕緣介質(zhì)層上再次沉積一層或多層絕緣介質(zhì)材料，各層絕緣介質(zhì)材料與第一絕緣介質(zhì)材料相同或不同，本步驟中沉積的絕緣介質(zhì)材料厚度少于100納米；
[0023]步驟S103、在步驟S102中最后沉積的絕緣介質(zhì)材料上沉積磁材料層，磁材料為AMR或GMR或TMR材料，為單層或者多層結構；
[0024]步驟S104、在磁材料層上沉積保護層材料；
[0025]步驟S105、在磁場中進行退火，氣氛為氮氣或惰性氣體，或為真空；
[0026]步驟S106、用光刻工藝等方法在上述基底上形成磁傳感裝置的圖形；
[0027]步驟S107、填充絕緣介質(zhì)材料，必要時采用化學機械拋光進行平坦化；
[0028]步驟S108、制造通孔和電極。
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟SlOl中，沉積的第一絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或正硅酸乙酯TEOS或HDP ；
[0030]步驟S102中，沉積的介質(zhì)材料為氧化硅、TE0S、氮化硅、氧化鉭、氮化鉭、氮氧化硅中的一種或多種；
[0031]步驟S103中，沉積磁材料層時使用的磁材料為AMR或GMR或TMR材料，為單層或者多層材料；在磁場中進行退火，氣氛為氮氣或惰性氣體，或為真空；
[0032]步驟S106中，通過半導體工藝形成磁傳感裝置的圖形；
[0033]步驟S107中，填充的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅，采用化學機械拋光；
[0034]所述方法在步驟S108后還包括步驟S109，制造更多層的介質(zhì)材料層MD和電極層。
[0035]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法用以制備三軸傳感裝置，所述方法具體包括如下步驟:
[0036]步驟S201、在基底(可擁有CMOS電路的)上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層；
[0037]步驟S202、在第一絕緣介質(zhì)層形成溝槽陣列；
[0038]步驟S203、在基底及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的一層或多層絕緣介質(zhì)材料；
[0039]步驟S204、沉積磁材料層；
[0040]步驟S205、沉積第一層保護層材料，第一層保護層材料為單層或者多層，如采用多層結構，其與磁材料層接觸的保護層厚度在0.1到10納米之間，材料為非晶結構；
[0041]步驟S207、在磁場中進行退火，退火氣氛為氮氣或惰性氣體，或為真空；
[0042]步驟S208、用光刻工藝等方法在上述基底上形成磁傳感裝置的圖形，除了在基底表面形成X和Y的傳感裝置之外，通過溝槽的應用，也形成Z軸的傳感裝置，即在單芯片上形成三軸的傳感裝置；
[0043]步驟S209、填充絕緣介質(zhì)材料，必要時采用化學機械拋光進行平坦化；
[0044]步驟S210、制造通孔和電極。
[0045]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟S201中，沉積的第一絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或正硅酸乙酯TEOS ；
[0046]步驟S203中，沉積的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅、TE0S、氮化硅、氧化鉭、氮化鉭、氮氧化硅中的一種或多種；
[0047]步驟S204中，沉積磁材料層使使用的磁材料為AMR或GMR或TMR材料；
[0048]在步驟S205與步驟S207之間還包括步驟S206:沉積一層或多層保護層材料，再次沉積的保護層材料與第一層保護材料相同或者不同；
[0049]步驟S208中，通過半導體工藝形成磁傳感裝置的圖形；
[0050]步驟S209中，填充的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅，采用化學機械拋光進行平坦化；
[0051]所述方法在步驟S210后還包括步驟S211、根據(jù)實際的需要制造更多層的MD和電極層。
[0052]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法用以制備三軸傳感裝置，所述方法具體包括如下步驟:
[0053]步驟S301、在基底上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層；
[0054]步驟S302、在第一絕緣介質(zhì)層上形成溝槽陣列；
[0055]步驟S303、在所述第一絕緣介質(zhì)層及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的一層或多層絕緣介質(zhì)材料；
[0056]步驟S304、在步驟S303中沉積的絕緣介質(zhì)材料上沉積磁材料層；
[0057]步驟S305、沉積TaNx材料，厚度在I到10納米之間；
[0058]步驟S306、沉積TaNy材料,其中x>y ；
[0059]步驟S307、在磁場中進行退火；
[0060]步驟S308、形成磁傳感裝置的圖形，除了在基底表面形成X和Y的傳感裝置之外，通過溝槽的應用，也形成Z軸的傳感裝置，即在單芯片上形成三軸的傳感裝置；
[0061]步驟S309、填充絕緣介質(zhì)材料；
[0062]步驟S310、制造通孔和電極。
[0063]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟S301中，沉積的第一絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或TEOS ；
[0064]步驟S303中，在所述第一絕緣介質(zhì)層及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的第二絕緣介質(zhì)材料，形成第二絕緣介質(zhì)層；在第二絕緣介質(zhì)層上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的第三絕緣介質(zhì)材料；絕緣介質(zhì)材料的沉積方法為物理氣相沉積法，或為化學氣相沉積法；步驟S303中兩次沉積的沉積方法相同或者不同；
[0065]步驟S304中，沉積磁材料層時使用的磁材料為AMR或GMR或TMR材料；
[0066]步驟S308中，通過半導體工藝形成磁傳感裝置的圖形；
[0067]步驟S309中，填充的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅，采用化學機械拋光進行平坦化；
[0068]所述方法在步驟S310后還包括步驟S311、根據(jù)實際的需要制造更多層的MD和電極層。
[0069]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制備方法用以制備三軸傳感裝置，所述方法具體包括如下步驟:
[0070]步驟S401、在基底上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層；
[0071]步驟S402、在第一絕緣介質(zhì)層上形成溝槽陣列；
[0072]步驟S403、在所述第一絕緣介質(zhì)層及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的一層或多層絕緣介質(zhì)材料；
[0073]步驟S404、在步驟S403中沉積的絕緣介質(zhì)材料上沉積磁材料層；
[0074]步驟S405、沉積第一層保護層材料，材料為非晶結構，與磁材料接觸的保護層材料厚度在0.5到20納米之間；
[0075]步驟S407、在磁場中進行退火；
[0076]步驟S408、形成磁傳感裝置的圖形，除了在基底表面形成X和Y的傳感裝置之外，通過溝槽的應用，也形成Z軸的傳感裝置，即在單芯片上形成三軸的傳感裝置；
[0077]步驟S409、填充絕緣介質(zhì)材料；
[0078]步驟S410、制造通孔和電極。
[0079]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟S401中，在基底上沉積的第一絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或TEOS ；
[0080]步驟S403中，在所述第一絕緣介質(zhì)層及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的第二絕緣介質(zhì)材料，形成第二絕緣介質(zhì)層；在第二絕緣介質(zhì)層上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的第三絕緣介質(zhì)材料；絕緣介質(zhì)材料的沉積方法為物理氣相沉積法，或為化學氣相沉積法；步驟S403中兩次沉積的沉積方法相同或者不同；
[0081 ] 步驟S404中，沉積磁材料層時使用的磁材料為AMR或GMR或TMR材料；
[0082]步驟S405中，沉積的第一層保護層材料為TiN或為T1x或為TaN或TaOx ；
[0083]在步驟S405與步驟S407之間還包括步驟S406、沉積一層或多層保護層材料，再次沉積的保護層材料與第一層保護材料相同或者不同；第一層保護層材料與后續(xù)保護層材料相比具有更高的電阻率；
[0084]步驟S408中，通過半導體工藝形成磁傳感裝置的圖形；
[0085]步驟S409中，填充的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或HDP或TE0S，采用化學機械拋光進行平坦化；
[0086]所述方法在步驟S410后還包括步驟S411、根據(jù)實際的需要制造更多層的MD和電極層。
[0087]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的提升磁材料性能的方法以及磁傳感裝置的制備方法，通過在基底上設立多層介質(zhì)層(介質(zhì)層材料的組份沒有發(fā)生變化，不會引入新的材料，避免污染)，其中最后一層厚度小于50納米，具有非晶結構，與磁材料接觸會提升材料磁性能，同時又不大幅影響器件制造工藝；在AMR薄膜上設立一層或者多層的保護層材料，與AMR材料直接接觸的保護層材料具有較高的電阻，或者具有非晶的結構，其余的保護層材料為常規(guī)的材料和結構，達到提升AMR材料磁性能的目的的同時又不大幅影響器件制造工藝，不引入新的工藝，不影響器件的性能；也可以共同采用上述的方法，提升材料的磁性倉泛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0088]圖1為實施例二中步驟S201沉積介質(zhì)材料的示意圖。
[0089]圖2為實施例二中步驟S202開溝槽的示意圖。
[0090]圖3為實施例二中步驟S203沉積第二介質(zhì)材料層的示意圖。
[0091]圖4為實施例二中沉積磁性材料及保護層材料的示意圖。
[0092]圖5為實施例二中步驟S208a沉積光刻膠的示意圖。
[0093]圖6為實施例二中步驟S208a曝光顯影的示意圖。
[0094]圖7為實施例二中步驟S208b刻蝕的示意圖。
[0095]圖8為實施例二中步驟S208c去除光刻膠的示意圖。
[0096]圖9為實施例二中步驟S208c去除光刻膠的俯視圖。
[0097]圖10為實施例二中步驟S208d光刻后的示意圖。
[0098]圖11為實施例二中步驟S208d光刻后的截面圖。
[0099]圖12為實施例二中步驟S210后的示意圖。
[0100]圖13為本發(fā)明制備方法制得的磁傳感裝置一部分的俯視圖。
[0101]圖14為圖13的A-A向剖視圖。
[0102]圖15為本發(fā)明制備方法制得的磁傳感裝置的組成示意圖。
【具體實施方式】
[0103]下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0104]實施例一
[0105]本發(fā)明揭示了一種提升磁材料性能的方法，所述方法包括:在基底上依次沉積多層介質(zhì)層，其中，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層厚度小于50納米，具有非晶結構，在該絕緣介質(zhì)層上設置磁材料，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層與磁材料接觸提升材料磁性能。所述方法還包括在磁材料薄膜上設立一層或者多層的保護層材料，與磁材料直接接觸的保護層材料具有高電阻或者具有非晶的結構。在多層保護層材料應用情況下，與磁材料薄膜直接接觸的保護層材料的電阻率高于其他層保護層的電阻率。
[0106]上述方法可以用于制備磁傳感裝置，制備方法包括:在基底上依次沉積多層介質(zhì)層，其中，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層厚度小于50納米，具有非晶結構，在該絕緣介質(zhì)層上設置磁材料，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層與磁材料接觸提升材料磁性能。
[0107]本實施例以制備兩軸傳感器為例介紹本發(fā)明磁傳感裝置的制備方法，本實施例中，磁傳感裝置的制備方法具體包括如下步驟:
[0108]步驟S101、在基底上沉積絕緣介質(zhì)材料，如氧化硅、TEOS ；
[0109]步驟S102、在上述的絕緣介質(zhì)材料上再次沉積相同或者不同的絕緣介質(zhì)材料，如氧化硅、TE0S、氮化硅、氧化鉭、氮化鉭、或者氮氧化硅等，厚度少于100納米，如可以為50納米。
[0110]步驟S103、沉積磁材料層，磁材料為AMR，或為GMR，或為TMR材料。
[0111]步驟S104、沉積保護層材料。
[0112]步驟S105、在磁場中進行退火，氣氛為氮氣或惰性氣體，或為真空。
[0113]步驟S106、通過半導體或者與其類似的工藝，形成磁傳感器的圖形。
[0114]步驟S107、填充絕緣介質(zhì)材料，如氧化硅等，必要時采用化學機械拋光。
[0115]步驟S108、制造通孔和電極。
[0116]步驟S109、根據(jù)實際的需要制造更多層的MD和金屬層。
[0117]實施例二
[0118]本實施例以制備三軸傳感器為例介紹本發(fā)明磁傳感裝置的制備方法，本實施例中，磁傳感裝置的制備方法具體包括如下步驟:
[0119]步驟S201、請參閱圖1，在基底101上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層102，第一絕緣介質(zhì)材料可以為氧化硅或TEOS。
[0120]步驟S202、在第一絕緣介質(zhì)層上形成溝槽陣列103，如圖2所示。同一基底上各個溝槽可以具有不同的寬度和長度。
[0121]步驟S203、在所述第一絕緣介質(zhì)層102 (含溝槽103)上沉積相同或者不同的絕緣介質(zhì)材料，形成一層或多層絕緣介質(zhì)層；本實施例中，如圖3所示，在所述第一絕緣介質(zhì)層102 (含溝槽103)上沉積第二介質(zhì)材料，形成第二介質(zhì)層104，第二介質(zhì)材料可以為氧化硅、TE0S、氮化硅、氧化鉭、氮化鉭、或者氮氧化硅等，厚度少于100納米，如厚度可以為40納米。當然，可以根據(jù)需要繼續(xù)沉積介質(zhì)材料，增加介質(zhì)層的層數(shù)，但最后一層的介質(zhì)材料厚度小于100納米，優(yōu)選厚度在5-40納米之間。
[0122]步驟S204、沉積磁材料層105，磁材料為AMR，或為GMR，或為TMR材料，材料為單層或者多層材料，請參閱圖4。在沉積磁性材料層時，在基底上采用一個磁場，誘導磁性材料的磁化方向。
[0123]步驟S205、如圖4所示，在磁材料層105上沉積第一層保護層材料，形成第一層保護材料層106，第一層保護層材料為非晶結構，與磁材料之間接觸的保護層的厚度在0.1到20納米之間(優(yōu)選的厚度為0.5到5納米之間)，例如厚度可以為I納米，2納米，3納米，5納米，10納米，20納米等。
[0124]步驟S206、根據(jù)實際的需要沉積第二保護層材料乃至更多的保護層材料(圖未示)，材料可以與第一層保護材料相同或者不同。
[0125]步驟S207、在磁場中進行退火，磁場的方向與磁性材料的本身極化方向一致。退火氣氛為氮氣或為氬氣(等惰性氣體)，或為真空。
[0126]步驟S208、通過半導體或者與其類似的工藝，形成磁傳感器的圖形，除了在基底表面形成X和Y的傳感器之外，通過溝槽的應用，也形成Z軸的傳感器，如圖所示，即在單芯片上形成三軸的傳感器。本實施例中，步驟S208具體包括:
[0127]步驟S208a、沉積光刻膠107，如圖5所示；曝光，顯影，如圖6所示。如果溝槽的深度較深，曝光效果可能較差?？梢允紫仍跍喜劾锍练e填充材料107a，隨后沉積光刻膠107b，通過曝光、顯影，得到圖形化的107b，然后通過刻蝕轉(zhuǎn)移到107a的填充材料上，最后得到的效果如圖6所示。
[0128]步驟S208b、刻蝕，去除部分磁性材料和保護層材料(保護層材料可以為電極材料)，如圖7所示，方法為反應離子刻蝕，或者是等離子刻蝕，或是上述方法的混合?？梢允紫炔捎靡环N刻蝕去除電極材料，然后以剩余的電極材料作為硬掩膜刻蝕去除磁性材料。
[0129]步驟S208c、去除光刻膠，如圖8所示，俯視圖如圖9所示。其中108為檢測單元，109為Z軸磁性感應單元，Z軸磁性感應單元109的目的是將Z軸的磁性收集后引入水平方向通過檢測單元108進行測試，108為檢測單元與Z軸磁性感應單元109有縫隙。從俯視圖中可以看到，同一檢測單元108可以對應多個Z軸磁性感應單元，顯然，也可以對應一個Z軸磁性感應單元。Z軸磁性感應單元和對應的溝槽相互獨立。
[0130]步驟S208d、沉積第二電極材料，光刻后，得到的俯視圖如圖10所示?？梢钥吹降诙姌O110覆蓋在檢測單元108上方，第二電極的寬度可以超過檢測單元108的寬度，第二電極的走向與檢測單元呈現(xiàn)一定的角度(范圍可以在10°?80°之間)，例如45度。截面圖如圖11所示。第二電極層110的電阻率小于磁性材料層105以及電極材料層106的電阻率,另，磁性材料層105的電阻率也小于電極材料層106的電阻率。
[0131]步驟S209、填充介質(zhì)材料111，介質(zhì)材料111可以為氧化硅等，可以結合化學機械拋光進行平坦化。
[0132]步驟S210、制造通孔和電極。通過半導體工藝，引出第二電極110 ;根據(jù)實際的需要繼續(xù)制備第二金屬層112和第二介質(zhì)層113，以及第三金屬層114和鈍化層等。這些金屬層可以作為引線，也可以作為磁傳感器設定金屬層等，如圖12所示。
[0133]步驟S211、根據(jù)實際的需要制造更多層的介質(zhì)材料層MD和電極層。
[0134]通過本發(fā)明方法制備得到的磁傳感裝置包括X軸Y軸磁傳感部件、Z軸磁傳感部件。
[0135]Z軸磁傳感部件用以感應Z軸方向的磁信號。請參閱圖13、圖14，Z軸磁傳感部件包括:基底10、導磁單元20、感應單元；基底10可以包括CMOS外圍電路。
[0136]基底10的表面具有介質(zhì)層，并且在介質(zhì)層里開有溝槽11。所述基底設有一列或若干列溝槽，本實施例中，一列溝槽包括若干子溝槽11。
[0137]導磁單元20的主體部分設置于溝槽11內(nèi)，并有部分露出溝槽11至基底表面，用以收集Z軸方向的磁信號，并將該磁信號輸出給感應單元。
[0138]感應單元設置于所述基底表面上，用以接收所述導磁單元20輸出的Z軸方向的磁信號，并根據(jù)該磁信號測量出Z軸方向?qū)拇艌鰪姸燃按艌龇较?。感應單兀包括磁材料?0，以及該磁材料層30上設置的若干平行設置的電極40。同時，所述感應單元還用以感應X軸、Y軸方向的磁信號，并以此測量出X軸、Y軸方向?qū)拇艌鰪姸燃按艌龇较?。通過導磁單元20的設置，感應單元將Z軸方向的磁場引導到水平方向進行測量。所述導磁單元20及感應單元的磁材料層30使用同一磁性材料，層數(shù)一致，且同一次沉積得到；如導磁單元20及感應單元的磁材料層30可以是各向異性磁傳感器AMR、也可以是TMR和GMR，以下不再贅述。當然，所述導磁單元20及感應單元的磁材料層30也可以使用不同的磁性材料，或者采用不同的層數(shù)，即可以通過多次沉積和光刻得到。
[0139]如圖14所示，所述導磁單元20的主體部分與基底表面所在平面的夾角可在45°?90°之間，越大越好。所述感應單元的磁材料層30貼緊基底表面設置，與基底表面平行。
[0140]請參閱圖15，所述導磁單元20包括四個導磁子單元，分別為第一導磁子單元、第二導磁子單元、第三導磁子單元、第四導磁子單元。各導磁子單元包括若干磁性構件，各磁性構件的主體部分設置于對應的溝槽11內(nèi)，并有部分露出于溝槽11外；露出部分靠近對應感應子單元的磁材料層設置，距離C優(yōu)選為0-20um,典型值為Oum, 0.1um, 0.3um,0.5um,
0.8um, lum, 5um。此外，如圖14所示，a的范圍為0_2um (如0.5um, lum) ；b的范圍為O-1um(如 Oum, 0.1um, 0.2um) ；d 的范圍為 0.5-lOum (如 3um, 2um) ；Theta 的角度范圍為 0-45°(如 5。)。
[0141]所述感應單元包括四個感應子單元，分別為第一感應子單元、第二感應子單元、第三感應子單元、第四感應子單元。上述各感應子單元包括磁材料層30，該磁材料層上設有若干平行設置的電極40 ;電極40的設置方向與磁材料層30的磁化方向的夾角為10°?80。，優(yōu)選為45°。
[0142]所述第一導磁子單元與第一感應子單元配合，作為Z軸磁傳感部件的第一感應模塊；所述第二導磁子單元與第二感應子單元配合，作為Z軸磁傳感部件的第二感應模塊；所述第三導磁子單元與第三感應子單元配合，作為Z軸磁傳感部件的第三感應模塊；所述第四導磁子單元與第四感應子單元配合；作為Z軸磁傳感部件的第四感應模塊。
[0143]圖15所示的磁傳感裝置采用惠斯通電橋結構，可以更加靈敏地測量外界磁場。在實際的應用中，也可以采用一個導磁子單元和一個感應子單元，即可以測量磁場，在此不再贅述。
[0144]X軸Y軸磁傳感部件用以感應X軸或/和Y軸方向的磁信號，并以此測量出X軸或/和Y軸方向?qū)拇艌鰪姸燃按艌龇较颉軸Y軸磁傳感部件并非Z軸磁傳感部件的感應單元；Z軸磁傳感部件的感應單元是為了感應Z軸的方向，而X軸Y軸磁傳感部件的感應單元是為了感應X軸或/和Y軸的方向。
[0145]實施例三
[0146]本實施例與實施例二的區(qū)別在于，本實施例中，在磁材料層105上沉積的第一層保護層材料為TaNx材料，厚度在0.1到10納米之間；沉積的第二保護層材料為TaNy材料，其中X > y。
[0147]實施例四
[0148]本實施例與實施例二的區(qū)別在于，本實施例中，第一層保護層材料為TiN，或為T1x，或為TaN，或為TaOx。第一層保護層材料(與磁性材料接觸)與第二層或者后續(xù)保護層材料相比具有更高的電阻率。
[0149]綜上所述，本發(fā)明提出的提升磁材料性能的方法以及磁傳感裝置的制備方法，通過在基底上設立多層介質(zhì)層(介質(zhì)層材料的組份沒有發(fā)生變化，不會引入新的材料，避免污染)，其中最后一層厚度小于50納米，具有非晶結構，與磁材料接觸會提升材料磁性能，同時又不大幅影響器件制造工藝；在々1?薄膜上設立一層或者多層的保護層材料，與AMR材料直接接觸的保護層材料具有較高的電阻，或者具有非晶的結構，其余的保護層材料為常規(guī)的材料和結構，達到提升AMR材料磁性能的目的的同時又不大幅影響器件制造工藝，不引入新的工藝，不影響器件的性能；也可以共同采用上述的方法，提升材料的磁性能。
[0150]這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
【權利要求】
1.一種提升磁材料性能的方法，其特征在于，所述方法包括: 在基底上依次沉積多層絕緣介質(zhì)層，其中，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層厚度小于100納米，具有非晶結構，在該介質(zhì)層上設置磁材料，通過上述最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層與磁材料接觸提升材料磁性能。
2.根據(jù)權利要求1所述的提升磁材料性能的方法，其特征在于: 所述方法還包括在磁材料薄膜上設立一層或者多層的保護層材料，與磁材料直接接觸的保護層材料具有比磁材料更高的電阻率或者具有非晶的結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的提升磁材料性能的方法，其特征在于: 在多層保護層材料應用情況下，與磁材料薄膜直接接觸的保護層材料的電阻率高于其他層保護層的電阻率。
4.根據(jù)權利要求1所述的提升磁材料性能的方法，其特征在于: 最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層的厚度在I納米到40納米之間。
5.根據(jù)權利要求2所述的提升磁材料性能的方法，其特征在于: 與磁性材料直接接觸的保護層厚度在0.1納米到10納米之間。
6.一種磁傳感裝置的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 在基底上依次沉積多層絕緣介質(zhì)層，其中，最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層厚度小于100納米，具有非晶結構，在該介質(zhì)層上設置磁材料，通過上述最后一層絕緣介質(zhì)層與磁材料接觸提升材料磁性能。
7.根據(jù)權利要求6所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 所述方法還包括在磁材料薄膜上設立一層或者多層的保護層材料，與磁材料直接接觸的保護層材料具有比磁材料更高的電阻率或者具有非晶的結構。
8.根據(jù)權利要求6所述的提升磁材料性能的方法，其特征在于: 在多層保護層材料應用情況下，與磁材料薄膜直接接觸的保護層材料的電阻率高于其他層保護層的電阻率。
9.根據(jù)權利要求6所述的提升磁材料性能的方法，其特征在于: 最后沉積的一層絕緣介質(zhì)層的厚度在I納米到40納米之間。
10.根據(jù)權利要求7所述的提升磁材料性能的方法，其特征在于: 與磁性材料直接接觸的保護層厚度在0.1納米到10納米之間。
11.根據(jù)權利要求6至10之一所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 所述制備方法用以制備兩軸傳感裝置，所述方法具體包括如下步驟: 步驟S101、在基底上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層； 步驟S102、在所述第一絕緣介質(zhì)層上再次沉積一層或多層絕緣介質(zhì)材料，各層絕緣介質(zhì)材料與第一絕緣介質(zhì)材料相同或不同，本步驟中沉積的絕緣介質(zhì)材料厚度少于100納米; 步驟S103、在步驟S102中最后沉積的絕緣介質(zhì)材料上沉積磁材料層，磁材料為AMR或GMR或TMR材料，為單層或者多層結構； 步驟S104、在磁材料層上沉積保護層材料； 步驟S105、在磁場中進行退火，氣氛為氮氣或惰性氣體，或為真空； 步驟S106、用光刻工藝等方法在上述基底上形成磁傳感裝置的圖形； 步驟S107、填充絕緣介質(zhì)材料，必要時采用化學機械拋光進行平坦化； 步驟S108、制造通孔和電極。
12.根據(jù)權利要求11所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 步驟SlOl中，沉積的第一絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或正硅酸乙酯TEOS或HDP ； 步驟S102中，沉積的第二絕緣介質(zhì)材料為氧化硅、TE0S、氮化硅、氧化鉭、氮化鉭、氮氧化硅中的一種或多種； 步驟S103中，沉積磁材料層時使用的磁材料為AMR或GMR或TMR材料，為單層或者多層材料；在磁場中進行退火，氣氛為氮氣或惰性氣體，或為真空； 步驟S106中，通過半導體工藝形成磁傳感裝置的圖形； 步驟S107中，填充的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅，采用化學機械拋光； 所述方法在步驟S108后還包括步驟S109，制造更多層的絕緣介質(zhì)材料層MD和電極層。
13.根據(jù)權利要求6至10之一所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 所述制備方法用以制備三軸傳感裝置，所述方法具體包括如下步驟: 步驟S201、在基底上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層； 步驟S202、在第一介質(zhì)層上形成溝槽陣列； 步驟S203、在基底及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的一層或多層絕緣介質(zhì)材料； 步驟S204、沉積磁材料層； 步驟S205、沉積第一層保護層材料，第一層保護層材料為單層或者多層，如采用多層結構，其與磁材料層接觸的保護層厚度在0.1到10納米之間，材料為非晶結構； 步驟S207、在磁場中進行退火，退火氣氛為氮氣或惰性氣體，或為真空； 步驟S208、用光刻工藝等方法在上述基底上形成磁傳感裝置的圖形，除了在基底表面形成X和Y的傳感裝置之外，通過溝槽的應用，也形成Z軸的傳感裝置，即在單芯片上形成三軸的傳感裝置； 步驟S209、填充絕緣介質(zhì)材料，必要時采用化學機械拋光進行平坦化； 步驟S210、制造通孔和電極。
14.根據(jù)權利要求13所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 步驟S201中，沉積的第一絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或正硅酸乙酯TEOS ； 步驟S203中，沉積的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅、TE0S、氮化硅、氧化鉭、氮化鉭、氮氧化硅中的一種或多種； 步驟S204中，沉積磁材料層使使用的磁材料為AMR或GMR或TMR材料； 在步驟S205與步驟S207之間還包括步驟S206:沉積一層或多層保護層材料，再次沉積的保護層材料與第一層保護材料相同或者不同； 步驟S208中，通過半導體工藝形成磁傳感裝置的圖形； 步驟S209中，填充的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅，采用化學機械拋光進行平坦化； 所述方法在步驟S210后還包括步驟S211、根據(jù)實際的需要制造更多層的MD和電極層。
15.根據(jù)權利要求6至10之一所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 所述制備方法用以制備三軸傳感裝置，所述方法具體包括如下步驟: 步驟S301、在基底上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層； 步驟S302、在第一絕緣介質(zhì)層上形成溝槽陣列； 步驟S303、在所述第一絕緣介質(zhì)層及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的一層或多層絕緣介質(zhì)材料； 步驟S304、在步驟S303中沉積的絕緣介質(zhì)材料上沉積磁材料層； 步驟S305、沉積TaNx材料，厚度在I到10納米之間； 步驟S306、沉積TaNy材料,其中x>y ； 步驟S307、在磁場中進行退火； 步驟S308、形成磁傳感裝置的圖形，除了在基底表面形成X和Y的傳感裝置之外，通過溝槽的應用，也形成Z軸的傳感裝置，即在單芯片上形成三軸的傳感裝置； 步驟S309、填充絕緣介質(zhì)材料； 步驟S310、制造通孔和電極。
16.根據(jù)權利要求15所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 步驟S301中，沉積的第一絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或TEOS ； 步驟S303中，在所述第一絕緣介質(zhì)層及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的第二絕緣介質(zhì)材料，形成第二絕緣介質(zhì)層；在第二絕緣介質(zhì)層上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的第三絕緣介質(zhì)材料；絕緣介質(zhì)材料的沉積方法為物理氣相沉積法，或為化學氣相沉積法；步驟S303中兩次沉積的沉積方法相同或者不同； 步驟S304中，沉積磁材料層時使用的磁材料為AMR或GMR或TMR材料； 步驟S308中，通過半導體工藝形成磁傳感裝置的圖形； 步驟S309中，填充的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅，采用化學機械拋光進行平坦化； 所述方法在步驟S310后還包括步驟S311、根據(jù)實際的需要制造更多層的MD和電極層。
17.根據(jù)權利要求6至10之一所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 所述制備方法用以制備三軸傳感裝置，所述方法具體包括如下步驟: 步驟S401、在基底上沉積第一絕緣介質(zhì)材料，形成第一絕緣介質(zhì)層； 步驟S402、在第一絕緣介質(zhì)層上形成溝槽陣列； 步驟S403、在所述第一絕緣介質(zhì)層及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的一層或多層絕緣介質(zhì)材料； 步驟S404、在步驟S403中沉積的絕緣介質(zhì)材料上沉積磁材料層； 步驟S405、沉積第一層保護層材料，材料為非晶結構，與磁材料接觸的保護層材料厚度在0.1到10納米之間； 步驟S407、在磁場中進行退火； 步驟S408、形成磁傳感裝置的圖形，除了在基底表面形成X和Y的傳感裝置之外，通過溝槽的應用，也形成Z軸的傳感裝置，即在單芯片上形成三軸的傳感裝置； 步驟S409、填充絕緣介質(zhì)材料； 步驟S410、制造通孔和電極。
18.根據(jù)權利要求17所述的磁傳感裝置的制備方法，其特征在于: 步驟S401中，在基底上沉積的第一絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或TEOS ； 步驟S403中，在所述第一絕緣介質(zhì)層及其溝槽上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的第二絕緣介質(zhì)材料，形成第二絕緣介質(zhì)層；在第二絕緣介質(zhì)層上沉積與第一絕緣介質(zhì)材料相同或者不同的第三絕緣介質(zhì)材料；絕緣介質(zhì)材料的沉積方法為物理氣相沉積法，或為化學氣相沉積法；步驟S403中兩次沉積的沉積方法相同或者不同； 步驟S404中，沉積磁材料層時使用的磁材料為AMR或GMR或TMR材料； 步驟S405中，沉積的第一層保護層材料為TiN或為T1x或為TaN或TaOx ； 在步驟S405與步驟S407之間還包括步驟S406、沉積一層或多層保護層材料，再次沉積的保護層材料與第一層保護材料相同或者不同；第一層保護層材料與后續(xù)保護層材料相比具有更聞的電阻率； 步驟S408中，通過半導體工藝形成磁傳感裝置的圖形； 步驟S409中，填充的絕緣介質(zhì)材料為氧化硅或HDP或TE0S，采用化學機械拋光進行平坦化； 所述方法在步驟S410后還包括步驟S411、根據(jù)實際的需要制造更多層的MD和電極層。
【文檔編號】H01L43/08GK104241519SQ201310251782
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權日:2013年6月21日
【發(fā)明者】張挺, 楊鶴俊 申請人:上海矽?？萍加邢薰?br>