CN101969098B - 一种磁阻传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁阻传感器的制造方法，在已制作完信号处理电路的硅片表面的绝缘介质层上刻蚀出一平整的浅槽，具体包括：在绝缘介质层上涂覆一层第一光刻胶；将涂覆了第一光刻胶的硅片进行第一次烘胶；在进行了第一次烘胶的硅片上再涂覆一层第二光刻胶，所述第一和第二光刻胶中的一个为正性光刻胶，所述第一和第二光刻胶中的另一个为负性光刻胶；将涂覆了所述第二光刻胶的硅片进行第二次烘胶；对所述第二光刻胶进行曝光；所述第二光刻胶显影形成刻蚀窗口；在所述刻蚀窗口中对所述第一光刻胶和硅片表面的绝缘介质层进行刻蚀以在所述刻蚀窗口中形成平整的浅槽；去除硅片表面的第一和第二光刻胶。该方法可实现将磁阻金属条制作在同一个平整的表面上。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁阻传感器的制造方法，更具体地涉及用于集成有信号处理电路的单片磁阻传感器的制造方法。
背景技术
本发明涉及磁阻(MR)传感器，特别地，本发明涉及信号处理电路和磁阻金属条如何进行工艺集成的问题。
磁阻传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的。磁性材料如坡莫合金具有各向异性，对它进行磁化时，其磁化方向将取决于材料的易磁化轴、材料的形状和磁化磁场的方向。当给带状坡莫合金材料通电流时，材料的电阻取决于电流的方向与磁化方向的夹角，如果给材料施加一个磁场B(被测磁场)，就会使原来的磁化方向转动。如果磁化方向转向垂直于电流的方向，则材料的电阻将减小，如果磁化方向转向平行于电流的方向，则材料的电阻将增大。磁阻传感器一般由四个这样的电阻组成，并将它们连接成惠斯通电桥的形式。在被测磁场B作用下，电桥中位于相对位置的两个电阻阻值增大，另外两个电阻的阻值减小，在其线性范围内，电桥的输出电压与被测磁场B的空间角度有关系，这样就达到了测试外界磁场方向的目的。
磁阻传感器通常在一个芯片上同时集成信号处理电路和感应磁场的磁阻金属条，采取的方式一般为先在硅衬底上制作完电路器件，然后再在金属布线层集成磁阻金属条，但是为了节省面积，磁阻金属条往往直接制作在电路上面，由于制作了电路的缘故，此时的硅片表面会变得不平整，如果磁阻金属条直接制作在不平整的表面上，可能会造成四个磁阻金属条的阻值相差较大。理论上，电桥的四个电阻在没有外界磁场时电阻值应该相等，但是实际上由于工艺偏差都会存在一定差异，称之为零点漂移，如果再加上表面不平整的影响，就会导致误差较大，从而会大大增加零点漂移。另外，由于表面不平整造成磁阻金属条的形状不规则，会影响到磁阻金属条对于磁场角度变化的响应，从而造成输出电压偏离计算值，严重影响到电路输出的线性度。本发明提供一种解决表面不平整的方法，可以实现磁阻金属条都制作在同一个平面上。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁阻传感器的制造方法，该方法可实现将磁阻金属条制作在同一个平整的表面上。
本发明的一种磁阻传感器的制造方法，在已制作完信号处理电路的硅片表面的绝缘介质层上刻蚀出一平整的浅槽，具体包括：在所述绝缘介质层上涂覆一层第一光刻胶；将涂覆了所述第一光刻胶的硅片进行第一次烘胶；在进行了第一次烘胶的硅片上再涂覆一层第二光刻胶，所述第一和第二光刻胶中的一个为正性光刻胶，所述第一和第二光刻胶中的另一个为负性光刻胶；将涂覆了所述第二光刻胶的硅片进行第二次烘胶；对所述第二光刻胶进行曝光；所述第二光刻胶显影形成刻蚀窗口；在所述刻蚀窗口中对所述第一光刻胶和所述硅片表面的绝缘介质层进行刻蚀以在所述刻蚀窗口中形成平整的浅槽；去除硅片表面的所述第一和第二光刻胶。
本发明方法采用光刻胶平整表面的方法，实现了在同一平面内制作感应磁场的磁阻金属条，解决了传统方法输出零漂大和输出电压线性度不好的问题，本发明方法简单易行，兼容性好，可实际应用于各种磁阻传感器的批量生产制造。
附图说明
图1为在原始硅片(已经制作完成了信号处理电路的硅片)表面涂覆了一层用于平坦化表面的正性光刻胶之后的硅片剖面示意图；
图2为在正性光刻胶之上再涂覆一层负性光刻胶之后的硅片剖面结构示意图；
图3为负性光刻胶进行光刻之后的硅片剖面结构示意图；
图4为浅槽刻蚀之后的硅片剖面结构示意图；
图5为去除正性光刻胶和负性光刻胶之后的硅片剖面结构示意图；
图6为涂覆了剥离用的负性光刻胶并进行了光刻之后的硅片剖面结构示意图；
图7为淀积了磁阻金属材料之后的硅片剖面结构示意图；
图8为剥离了负性光刻胶之后的硅片剖面结构示意图；
图9为进行了通孔刻蚀之后的硅片剖面结构示意图；
图10为制作了连接磁阻金属和信号处理电路的金属连线之后的硅片剖面结构示意图；
图11为钝化层开孔之后的硅片剖面结构示意图；
图12为给出的一个连接成惠斯通电桥形式的四电阻磁阻及其金属连线的俯视示意图；
附图标记：
1绝缘介质层 2金属布线 3绝缘介质层
4正性光刻胶 5负性光刻胶 6剥离用负性光刻胶
7磁阻金属 8钝化层 9刻蚀窗口
10浅槽 11窗口 12通孔
13金属连线 14钝化孔 15金属引出端
16金属焊盘
具体实施方式
本发明的具体实施方式不仅限于下面的描述，现结合附图对本发明加以进一步说明。
本发明的磁阻传感器的集成制造方法，主要涉及到如何将磁阻金属条集成到已经制作完电路器件的硅片上，所述已经完成了电路器件制作的硅片指采用常规CMOS工艺或者其它标准IC工艺在普通P型或者N型光白硅片上已经制作了MOS或者BIPOLAR等器件之后的硅片，该电路为磁阻传感器的信号处理电路，其最后的工序一般为制作连接各个器件的金属布线，并且在金属布线上覆盖了一层绝缘介质层，该层绝缘介质一般是PECVD淀积的一层SiO2，本发明为对于该硅片的后续处理，即如何集成磁阻金属条的工艺方法。其中一个具体实施方式的详细步骤如下：
步骤一，在已经完成了电路部分制作的硅片的绝缘介质层上刻蚀浅槽，具体步骤包括：
(1)在已经完成了电路部分制作的硅片表面的绝缘介质层3上面涂覆一薄层正性光刻胶4，光刻胶厚度为500nm左右，比如可以采用正性光刻胶AZ6112，此时的硅片剖面示意图如图1所示，其中标号2表示硅片最上层的金属布线，标号1表示金属布线下的绝缘介质层，图1以夸张的方式示意性地示出了硅片表面的不平整性，该正性光刻胶4主要是为了对于硅片表面进行平整化，因为光刻胶的流动性，在旋转涂覆的时候，硅片表面相对低的位置的光刻胶会厚些，而相对高的位置的光刻胶要薄一些，这样就可以在涂胶完成之后得到较为平整的硅片表面，可以看到，原来并不平整的硅片表面在涂覆了正性光刻胶之后变的平整了；
(2)将涂覆了该正性光刻胶的硅片置于热板上进行第一次烘胶；
(3)将进行了第一次烘胶的硅片放入环己烷中浸泡，浸泡时间一般在5-15分钟，在本实施例中采用10分钟，由于正性光刻胶的表面可能与后面涂覆的负性光刻胶亲和力差，直接在正性光刻胶表面涂覆负性光刻胶难以得到厚度均匀、重复性好的涂层，在涂布负性光刻胶之前用环己烷浸泡处理正性光刻胶表面，就可以令后面在正性光刻胶之上涂覆的负性光刻胶厚度均匀、重复性好；
(4)在经过环己烷浸泡的硅片表面再涂覆一层负性光刻胶5，如RFJ-220环化橡胶负性光刻胶，胶厚2μm，此时的硅片剖面示意图如图2所示；
(5)将涂覆了上述负性光刻胶的硅片置于热板上进行第二次烘胶；
(6)对该负性光刻胶进行曝光；
(7)该负性光刻胶显影形成刻蚀窗口9，而下面的正性光刻胶保持不变，此时的硅片剖面示意图如图3所示；
(8)采用常规SiO2干法刻蚀方法在硅片表面形成浅槽，刻蚀的时候，刻蚀窗口9中的正性光刻胶和硅片表面的绝缘介质层都会被刻蚀到，刻蚀气体对于SiO2和正性光刻胶具有相当接近的刻蚀速率，所以当将硅片表面相对低处的正性光刻胶刻蚀完的时候，硅片表面相对高处的SiO2也被刻蚀掉了，从而在刻蚀窗口中形成了平整的浅槽底部，此时的硅片剖面示意图如图4所示；
(9)去除硅片表面的负性光刻胶和正性光刻胶，此时的硅片剖面示意图如图5所示，可以看到在硅片表面的绝缘介质层中形成了底部平整的浅槽10。
步骤二，在硅片表面的浅槽内形成用于感应磁场的磁阻金属条，主要步骤包括：
(1)在所述已经形成了浅槽的硅片表面采用一剥离用负性光刻胶6光刻出图形，此时的硅片剖面示意图如图6所示，该剥离用负性光刻胶为MicroChem公司的SU-8负性光刻胶，胶厚5μm，可以看到，在硅片表面的浅槽位置处开出了窗口11，而其余地方都覆盖有该负性光刻胶，通常为了得到更好的剥离效果，在涂覆SU-8负性光刻胶之前要先涂覆一层MicroChem公司的OmniCoat层，该层没有在示意图中显示出来；
(2)采用常规磁控溅射或者电子束蒸发方式在硅片表面淀积一层磁阻金属材料7，如Fe/Ni合金(坡莫合金)，在本实施例中例如为Fe19Ni81合金，金属层厚度200nm，此时的硅片剖面示意图如图7所示；
(3)剥离负性光刻胶，剥离可以采用MicroChem公司提供的专门剥离液Remover PG或者在强氧化性的酸溶液中进行剥离，在剥离负性光刻胶的同时也去除了该负性光刻胶上面覆盖的磁阻金属材料层，而没有该负性光刻胶阻挡的硅片表面的磁阻金属材料层7得以保留，此种制作金属条的方法为业界所熟知的剥离(lift-off)工艺，此时的硅片剖面示意图如图8所示，可以看到，只有浅槽中填充了磁阻金属材料。
步骤三，制作连接磁阻金属条和电路部分的金属连线，具体步骤包括：
(1)在所述已经制作了磁阻金属条的硅片表面采用正性光刻胶光刻出通孔窗口；
(2)在通孔窗口中采用常规干法刻蚀方法刻蚀出通孔12，将电路部分金属布线2的金属引出端15暴露出来，此时硅片的剖面示意图如图9所示；
(3)去除正性光刻胶；
(4)采用常规磁控溅射方法或者其他金属淀积方法在硅片表面淀积一层金属，如AlSi，厚度1.2μm；
(5)采用正性光刻胶光刻；
(6)使用常规AlSi金属干法刻蚀方法进行刻蚀，刻蚀掉没有正性光刻胶屏蔽的AlSi金属；
(7)去除正性光刻胶，此时得到的硅片剖面示意图如图10所示，可以看到，通过制作金属连线13，实现了磁阻金属条电阻和下面信号处理电路的电连接。
步骤四，在完成了磁阻金属条和金属连线制作的硅片上淀积钝化层及在钝化层上开孔，其具体步骤包括：
(1)在所述完成了磁阻金属条和金属连线制作的硅片表面采用常规PECVD方法淀积一层钝化层8，该钝化层8组成为700nm的SiO2和位于SiO2之上的300nm的Si3N4。
(2)在钝化层上采用正性光刻胶光刻出图形；
(3)常规干法刻蚀方法刻蚀出钝化孔，露出下面的金属连线13的金属焊盘(Pad)16；
(4)去除正性光刻胶，最终得到的硅片剖面示意图如图11所示，这样就实现了感应磁场的磁阻金属和信号处理电路的工艺集成，具体的一个四电阻磁阻金属条的拓扑结构和金属布线如图12所示，标号7表示磁阻金属条，标号2表示金属布线，此四个电阻连接成惠斯通电桥的形式，并分成两组，每组两个同样空间布局的电阻。
上述具体实例中的常规工艺步骤如涂胶、烘胶、曝光、显影皆为IC制造领域通用工序，其工艺参数在此不再详述。虽然这里给出了本发明的一个具体实施实例，但是对于本领域的技术人员，可以的理解的是，基于本发明的精神，可以对该具体实施实例上进行非常多的改动，比如先使用负性光刻胶再使用正性光刻胶来进行平整化，或者涂覆负性光刻胶之前不使用环己烷对正性光刻胶进行表面处理，或者钝化层采用聚酰亚胺，如此种种，这些基于本发明精神的修改都应该包括在本发明权利要求之内。
Claims (18)
1.一种磁阻传感器的制造方法，在已制作完信号处理电路的硅片表面的绝缘介质层上刻蚀出一平整的浅槽，包括：
在所述绝缘介质层上涂覆一层第一光刻胶；
将涂覆了所述第一光刻胶的硅片进行第一次烘胶；
在进行了第一次烘胶的硅片上再涂覆一层第二光刻胶，所述第一和第二光刻胶中的一个为正性光刻胶，所述第一和第二光刻胶中的另一个为负性光刻胶；
将涂覆了所述第二光刻胶的硅片进行第二次烘胶；
对所述第二光刻胶进行曝光；
所述第二光刻胶显影形成刻蚀窗口；
在所述刻蚀窗口中对所述第一光刻胶和所述硅片表面的绝缘介质层进行刻蚀以在所述刻蚀窗口中形成平整的浅槽；
去除硅片表面的所述第一和第二光刻胶；
在所述平整的浅槽中形成用于感应磁场的磁阻金属条，包括：
在形成了所述平整的浅槽的硅片表面上涂覆一层剥离用负性光刻胶以光刻出图形，以使除所述浅槽外的硅片表面都覆盖有所述剥离用负性光刻胶；
在所述硅片表面上淀积一层磁阻金属材料；
剥离所述剥离用负性光刻胶，同时去除所述剥离用负性光刻胶上的所述磁阻金属材料，保留所述浅槽中的磁阻金属材料以形成所述磁阻金属条。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光刻胶为正性光刻胶，所述第二光刻胶为负性光刻胶。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在涂覆所述第二光刻胶之前先将所述进行了第一次烘胶的硅片放入环己烷中浸泡，浸泡时间在5-15分钟。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述正性光刻胶的厚度为500nm。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述负性光刻胶为环化橡胶负性光刻胶。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述负性光刻胶的厚度为2μm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅片表面的绝缘介质层为SiO2；在所述刻蚀窗口中对所述第一光刻胶和所述硅片表面的绝缘介质层采用对SiO2的干法刻蚀方法进行刻蚀，所述第一光刻胶和所述硅片表面的绝缘介质层的刻蚀速率相等。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剥离用负性光刻胶的厚度为5μm。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述硅片表面上淀积一层磁阻金属材料包括采用磁控溅射方法。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述硅片表面上淀积一层磁阻金属材料包括采用电子束蒸发方法。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁阻金属材料包括坡莫合金。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述坡莫合金为Fe19Ni81合金。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述Fe19Ni81合金的厚度为200nm。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括制作金属连线以电连接所述磁阻金属条与所述信号处理电路的金属布线，包括：
在已经制作了所述磁阻金属条的硅片表面采用一正性光刻胶光刻出通孔窗口；
在所述通孔窗口中采用干法刻蚀方法刻蚀出通孔，以将所述信号处理电路的金属布线的金属引出端暴露出来；
去除正性光刻胶；
在去除正性光刻胶后的硅片表面淀积一层金属；
采用一正性光刻胶光刻；
使用金属干法刻蚀方法进行刻蚀，刻蚀掉没有正性光刻胶屏蔽的金属；
去除正性光刻胶。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在硅片表面淀积一层金属包括采用磁控溅射方法。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述金属的厚度为1.2μm。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述金属连线制作完成后的硅片表面上淀积钝化层，并在所述钝化层上刻蚀出钝化孔，包括：
在所述金属连线制作完成后的硅片表面采用PECVD方法淀积一层钝化层；
在所述钝化层上采用一正性光刻胶光刻出图形；
采用干法刻蚀方法刻蚀出钝化孔以露出所述金属连线的金属焊盘；
去除正性光刻胶。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述钝化层包括700nm的SiO2和位于所述SiO2之上的300nm的Si3N4。
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