CN104035056B - 磁传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供磁传感器及其制造方法。该磁传感器包括：设置在衬底中的霍尔元件；设置在衬底上的保护层；设置在保护层上的籽层；以及形成在籽层上的磁集极(IMC)，籽层和IMC各自均具有不平坦表面。

Description

磁传感器及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请按照35U.S.C.§119要求于2013年3月8日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2013-0025230号的权益，其全部公开内容以所有目的通过引用合并到本文中。

技术领域

以下描述涉及磁传感器及其制造方法，并且涉及包括霍尔元件和磁集极(IMC)的可以检测磁场方向的磁传感器及其制造方法。

背景技术

磁传感器用于检测磁场。结合有霍尔器件和磁集极(integrated magneticconcentrator，IMC)的磁传感器可以用于检测磁场的方向。

在这样的磁传感器的一个示例中，IMC由具有平坦形状的磁性材料形成。在磁传感器的IMC的边缘部中设置有霍尔效应器件。这样的磁传感器可以用于检测三维磁场的方向。

具有该构造的磁传感器在通过IMC而设置有霍尔效应器件的区域中有效地检测水平磁场并且放大磁场。

图1为示出在美国专利第6,545,462号中公开的磁传感器的俯视图。附图标记3表示IMC，并且附图标记2.1至2.6表示霍尔效应元件。

具有如图1所示的构造的磁传感器包括具有平坦上表面和平坦下表面的IMC3。IMC3的平坦形状对霍尔效应器件2.1至2.6产生高应力，并且使磁传感器的偏置电压增加。因此，期望减小这样的磁传感器的应力并且降低其偏置电压。

在图1的磁传感器中，当未施加磁场时，霍尔效应元件的电压必须为零(0)。然而，霍尔效应元件的电压可能具有不为零(0)的值。偏置电压表示在霍尔效应元件的电压具有不为零(0)的值时的电压差。随着偏置电压增加，在磁传感器中较可能发生故障。此外，当向具有大偏置电压的器件施加磁场时，霍尔效应元件的变化不显著，并且该器件的灵敏度降低。换言之，因为偏置电压较大，所以信噪比降低。在其中检测磁场的精细变化的应用中，利用具有高偏置电压的磁传感器难以检测该精细变化。

发明内容

在一个一般性方面中，提供一种磁传感器，该磁传感器包括：设置在衬底中的霍尔元件；设置在衬底上的保护层；设置在保护层上的籽层；以及形成在籽层上的磁集极(IMC)，该籽层和IMC各自均具有不平坦表面。

IMC的面积可以等于或大于籽层的面积。

保护层可以包括形成在其表面上的多个突起。

籽层的不平坦表面和IMC的不平坦表面各自可以具有其中布置有多个凹部和多个凸部的截面。

霍尔元件中之一可以在垂直方向上与IMC的边缘部重叠。

保护层可以包括钝化绝缘层和缓冲层。

保护层还可以包括腐蚀阻挡层。

腐蚀阻挡层可以包括氧化硅层或氮化硅层。

腐蚀阻挡层可以具有5nm至50nm的厚度。

腐蚀阻挡层可以介于钝化绝缘层和缓冲层之间。

突起可以包含聚酰亚胺。

IMC可以包含镍-铁(NiFe)合金，并且镍-铁合金的铁含量可以在 10原子％至30原子％的范围内。

籽层可以包括钛钨(TiW)层和铜(Cu)层。

在另一个一般性方面中，提供了一种制造磁传感器的方法，该方法包括：在其中设置有多个霍尔元件的衬底上形成保护层；在保护层上形成缓冲层；在缓冲层的表面上形成多个突起；形成具有对应于多个突起的不平坦表面的籽层；以及在籽层上形成具有不平坦表面的磁集极(IMC)。

籽层的不平坦表面或IMC的不平坦表面可以具有其中布置有多个凹部和多个凸部的截面。

籽层可以包括钛钨(TiW)层和铜(Cu)层。

该方法的一般性方面还可以包括形成腐蚀阻挡层。

腐蚀阻挡层可以包括氧化硅层或氮化硅层。

可以在保护层和缓冲层之间形成所述腐蚀阻挡层。

突起可以包含聚酰亚胺。

在另一个一般性方面中，提供了一种磁传感器，该传感器包括：霍尔元件；以及设置在霍尔元件上方的磁集极(IMC)，该IMC具有不平坦表面，并且该多个霍尔元件设置在IMC下方，使得IMC的边缘部在垂直方向上与霍尔元件的宽度重叠。

IMC的不平坦表面可以包括呈一个或更多个同心环形状的隆起部。

其它特征和方面可以根据以下详细描述、附图以及所附权利要求而变得明显。

附图说明

图1为磁传感器的俯视图。

图2A为示出磁传感器的一个实例的截面图。

图2B为图2A所示的磁传感器的俯视图。

图3A至图3N为示出制造磁传感器的方法的一个实例的截面图。

图4A至图4O为示出制造磁传感器的方法的另一实例的截面图。

图5为从IMC的顶视图及截面图示出磁传感器的IMC的一个实例的扫描电子显微镜(SEM)照片的视图。

图6A和图6B为示出影响磁传感器的一个实例的霍尔元件的在X轴方向上的应力和在Y轴方向上的应力的曲线图。

图7A和图7B为示出IMC的一个实例的磁通量模拟结果的曲线图。

在所有的附图和详细描述，除非另有说明，相同的附图标记将被理解为指代相同的元件、特征以及结构。为了清楚、举例说明以及便利起见，可能夸大这些元件的相对尺寸和描述。

具体实施方式

提供以下详细描述以帮助读者获得对本文中所描述的方法、装置和/ 或系统的全面理解。因此，本领域中的那些普通技术人员将提出本文中所描述的系统、装置和/或方法的各种变型、修改以及等同物。而且，为了增加清晰度和简明性，可以略去对众所周知的功能和构造的描述。

将理解，尽管术语第一、第二、A、B等可以在本文中用于指代各个实例的元件，但是不应将这样的元件解释为受限于这些术语。例如，在未脱离本公开内容的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，并且可以将第二元件称为第一元件。在此处，术语“和/或”包括一个或多个指代物的任意组合以及所有组合。

本文中所使用的术语仅用于描述实例的目的，并非意在限制本公开内容。如本文所使用的，除非上下文另外明确地指出，否则名词的单数形式意在还包括复数形式。将进一步理解，当用在本说明中时，术语“包括”和/或“包含”具体指出所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或增加。

在下文，将参照附图来描述各种实例。

图2A为示出磁传感器的一个实例的截面图。

参照图2A，磁传感器200包括在其中形成有多个霍尔元件210的衬底220。衬底220可以是半导体衬底。在衬底220上形成有保护层230，并且在保护层230上形成有籽层240。在籽层240上形成有磁集极(IMC) 250。籽层240和IMC250各自具有不平坦表面。保护层230可以包括钝化绝缘层和缓冲层。钝化绝缘层可以形成在缓冲层上，或者缓冲层可以形成在钝化绝缘层上。钝化绝缘层可以包括氧化硅层和氮化硅层。钝化绝缘层可以防止水分渗透到芯片中。还可以在钝化绝缘层上形成构造为防止焊垫被腐蚀的腐蚀阻挡层。腐蚀阻挡层可以包括氧化硅层。缓冲层可以包括聚合物材料例如聚酰亚胺。

为了形成籽层240的不平坦表面，在保护层230的表面上形成多个突起(或隆起)235a。突起235a的宽度和高度以及突起235a的数目设计为使影响霍尔元件210的应力最小化。例如，突起235a的宽度可以在5μm 至30μm的范围内，突起235a的高度可以在1μm至10μm的范围内，并且突起235a的数目可以为1至8。随着突起235a的数目增加，可以使影响霍尔元件的应力最小化。由于突起235a是通过对缓冲层230进行蚀刻而形成的，所以突起由聚合物材料例如聚酰亚胺形成。

IMC250和籽层240中的每一个在俯视图中可以具有圆形形状或多边形形状。

为了增加霍尔元件210对磁场的灵敏度，将霍尔元件210设置为使得霍尔元件210的一部分在磁传感器200的垂直方向上与IMC250的边缘部B重叠。参照图2A，霍尔元件210可以具有宽度A，并且IMC250的边缘部B可以在垂直方向上与宽度A重叠。例如，霍尔元件210的宽度可以等于或小于50μm。霍尔元件210可以设置为使得霍尔元件210的中央部与IMC250的边缘部B重叠，霍尔元件210的该中央部被设置在霍尔元件210的宽度A内。例如，在霍尔元件210具有约50μm的宽度的实例中，IMC250的边缘部B可以与距霍尔元件210的边缘约25μm的霍尔元件210的中央部重叠。

从霍尔元件210的顶部到IMC250的底部的距离C可以在例如1μm 至30μm的范围内。

IMC250可以由磁性材料形成，并且该磁性材料可以利用电镀形成。

磁性材料可以包括含有选自镍(Ni)、铁(Fe)、钴(Co)以及锰(Mn) 中的两种或更多种组分的合金。磁性材料可以具有在5ppm/℃至20 ppm/℃的范围内的热膨胀系数。当磁性材料包含NiFe合金时，该磁性材料可以具有其中合金的铁含量处于10原子％至30原子％的范围内的组成。磁场的强度可以根据磁性材料的组成来确定。磁性材料的组成中的铁含量可以影响矫顽力。将在10原子％至30原子％的范围内的铁含量确定为对应于适当的矫顽力。

籽层240可以包含树脂或金属。籽层240的不平坦表面可以具有其中规则地或不规则地布置有多个凹部和多个凸部的截面。例如，多个凸部可以在它们之间布置有规则的间隔，或者可以相对于籽层240的中央对称地布置。

参照图2B，示出图2A的磁传感器200的俯视图。在该实例中，突起235a在俯视图中具有圆形形状，并且籽层240的不平坦表面和IMC250 的不平坦表面也具有圆形形状。然而，在其它实例中，籽层240的不平坦表面可以具有其中多个圆或多个多边形以环形状排列的俯视图。多个圆可以布置为相对于IMC250的中心形成同心圆。例如，IMC250的上表面可以包括呈两个或更多个同心圆形状的隆起。此外，在其它实例中，除圆形形状之外，IMC250可以具有多边形形状。

参照图2B，霍尔元件210具有十字的俯视形状，并且十字的中央部沿IMC250的边缘布置。然而，在其它实例中，霍尔元件210可以具有各种不同的形状，例如矩形形状或多边形形状。此外，虽然图2B所示沿着IMC250的边缘布置有六个霍尔元件210，但在其它实例中，霍尔元件 210的数目可以改变。

形成在籽层240上的IMC250的不平坦表面具有与籽层240的不平坦表面对应的大致形状。与IMC和籽层具有平坦表面的结构相比，通过 IMC250和籽层240的不平坦表面可以减小影响霍尔元件210的应力。根据制造方法，IMC250的面积可以等于或大于籽层240的面积。因此，可以降低偏置电压的大小，并且可以提高霍尔元件210的灵敏度。

图3A至图3N为示出制造磁传感器的方法的一个实例的截面图。

根据图3A至图3N的制造磁传感器的方法的一个实例包括：制备其中设置有多个霍尔元件210的衬底220；在衬底220上形成保护层231；在保护层231上形成缓冲层234和235；通过对缓冲层235进行蚀刻，在缓冲层234的表面上形成多个突起235a；形成籽层240，其具有与保护层 231的表面上的多个突起235a对应的不平坦表面；以及在籽层240上形成具有不平坦表面的IMC250。衬底220可以为半导体衬底。在一个实例中，衬底为互补金属氧化物半导体(CMOS)的半导体衬底。IMC250 可以利用电镀由磁性材料形成。IMC250可以包括含有选自Ni、Fe、C0 以及Mn中的两种或更多种组分的合金。磁性材料可以具有在5ppm/℃至20ppm/℃的范围内的热膨胀系数。在磁性材料包含NiFe合金的实例中，该磁性材料的Fe含量可以在10原子％至30原子％的范围内。籽层 240可以包含树脂和金属。籽层的不平坦表面的截面可以包括多个凹部和多个凸部。多个凹部和凸部可以是规则地或不规则布置的。如图3A所示，可以在衬底220的一侧的表面上形成焊垫211。

将参照图3A至图3N来详细地描述制造磁传感器的方法的实例。

首先，如图3A所示，在半导体衬底220上形成霍尔元件210和焊垫 211。也就是说，以一定间隔在半导体衬底220中埋置多个霍尔元件210，或者以一定间隔在半导体衬底220上形成多个霍尔元件210。半导体衬底 220可以包括硅(Si)衬底或砷化镓(GaAs)衬底。可以通过将P型离子或N型离子注入到半导体衬底220中来形成霍尔元件210。霍尔元件210 可能必须感测由磁性材料放大的磁力的变化。接下来，在其中形成有霍尔元件210的半导体衬底220上形成保护层231。保护层231可以包括氧化硅层和氮化硅层。

参照图3B，使用图案232在保护层231上执行蚀刻工艺以露出焊垫 211。在蚀刻工艺期间，可以对保护层231的设置在焊垫211上方的部分进行蚀刻以露出焊垫211。图案232可以包括处于设计为露出焊垫211的形状的抗蚀剂。

焊垫211可以连接至霍尔元件210并且可以向霍尔元件210提供电压。可以执行在霍尔元件210和焊垫211之间形成绝缘层和金属互连件的若干工艺。金属互连件可以不必沉积在霍尔元件210上。这是因为，当金属互连件设置在霍尔元件210上时，由形成在霍尔元件210上的IMC250 放大的磁场的强度被互连件阻挡，因而可能降低影响霍尔元件210的磁场的强度。

在露出焊垫211之后，如图3C所示移除图案232。图案232可以通过灰化过程移除。例如，可以使用等离子体灰化过程来移除图案232。

参照图3D，将光敏聚酰亚胺(PSPI)涂覆在保护层231之上，以获得覆盖露出的焊垫211和保护层231的第一缓冲层234。第一缓冲层234 可以包含聚酰亚胺。通过PSPI涂覆工艺，焊垫211的上表面可以被第一缓冲层234覆盖。

如图3E所示，利用设置在第一缓冲层234上的第一缓冲掩模(未示出)再次露出焊垫211。也就是说，通过PSPI曝光工艺来移除第一缓冲层234的形成在焊垫211的露出部分之上的部分。通过该曝光工艺容易移除第一缓冲层234。此后，执行固化工艺以硬化剩余的第一缓冲层234。硬化的第一缓冲层234具有类似热氧化层的性质，因而不容易在后续的曝光和蚀刻工艺中移除。

参照图3F，再次执行PSPI涂覆工艺，以在硬化的第一缓冲层234 以及焊垫211上形成第二缓冲层235。第二缓冲层235可以包含与第一缓冲层234相同的材料。例如，第二缓冲层235可以包含聚酰亚胺。在PSPI 涂覆工艺期间，焊垫211的顶部再次被第二缓冲层235覆盖。

参照图3G，利用设置在第二缓冲层235上的第二缓冲掩模(未示出) 在第二缓冲层235上执行PSPI曝光工艺，以形成突起235a。在形成突起 235a的同时，再次露出由第二缓冲层235覆盖的焊垫211的顶部。可以从第一缓冲层234移除第二缓冲层235，使得仅突起235a保留在第一缓冲层234上。在形成突起235a之后，执行固化工艺来硬化突起235a以形成硬化的突起235a。待在形成突起235a之后形成的籽层240和IMC250 可以不具有平坦形状，而是由于其下形成的突起235a而具有突出形状。

尽管在图3G中示出了一个突起235a，但是可以在第一缓冲层234 上形成多个突起235a。在该实例中，突起235a用于形成IMC250的不平坦表面。参照图3H，为了形成用于具有不平坦表面的IMC250的籽层240，突起235a可以形成为在截面图中具有矩形形状，或者可以形成为在截面图中具有有正斜率的形状，其顶部比其底部窄。也就是说，突起235a的截面图可以具有锥形梯形形状。形成在第一缓冲层234上的籽层240的上表面可以具有类似形状的突起，原因是当通过物理气相沉积(PVD)法或溅射法来沉积用于籽层240的材料(例如TiW和Cu)时，用于籽层240 的材料可以形成为在突起235a的表面上具有一致的沉积厚度。相反，当突起235a在截面图中具有有负斜率的形状时，籽层240可能不形成为具有一致的沉积厚度。因此，在图3H中所示的实例中，突起235a具有正斜率。

参照图3H，在其上形成有突起235a的第一缓冲层234上连续沉积 TiW层242和Cu层241，以作为用于电镀的籽层240。TiW层242和Cu 层241可以通过溅射法或真空蒸镀法形成。因此，在图3H示出的实例中， Cu层241形成在TiW层242上。TiW层242和Cu层241的总厚度可以在200nm至800nm的范围内。籽层240用于在后续工艺中对磁性材料良好地执行电镀工艺。如上所述，因为籽层240在突起235a上形成为覆盖突起235a，所以籽层240在截面图中具有不平坦表面。

参照图3I，首先通过光刻法来形成用于形成IMC250的图案掩模 243。IMC250可以包含磁性材料。此后，形成IMC250的磁性材料被称为磁性材料250。

如图3J所示，利用图案掩模243、通过电镀在籽层240上沉积NiFe 合金。NiFe合金形成磁性材料250。沉积在籽层240上的磁性材料250 可以具有对应于突起235a的不平坦表面。

参照图3K，在完成电镀之后，移除图案掩模243，并且在籽层240 上仅保留磁性材料250。

参照图3L，通过湿法蚀刻工艺来移除沉积在焊垫211上的包括Cu 层241和TiW层242的籽层240。结果，籽层240仅保留在磁性材料250 下面，并且籽层240的剩余部分被移除以露出第一缓冲层234和焊垫211。在硬化的突起235a上形成磁性材料250。因而，磁性材料250形成为具有不平坦的上表面。由于磁性材料250的不平坦表面，所以可以减小施加在衬底220上的应力，并且可以降低偏置电压。

参照图3M，通过PSPI涂覆工艺在籽层240上形成第三缓冲层251 以覆盖磁性材料250。在该实例中，第三缓冲层251可以包含聚酰亚胺。

参照图3N，利用设置在第三缓冲层251上的第三缓冲掩模(未示出)，在第三缓冲层251上执行PSPI曝光和固化工艺，以露出焊垫211的顶部。用固化工艺完成磁传感器200的实例。

图4A至4O为示出制造磁传感器的方法的另一实例的截面图。

参照图4A至图4O，在所示出的磁传感器的制造方法的实例中执行的各个步骤与如图3A至图3N所示的制造方法的实例中执行的步骤基本上相同。因此，将忽略其详细描述。

例如，图4A和图4B中所执行的步骤与图3A和图3B中所执行的步骤基本上相同，因而将忽略其详细描述。然而，根据图4A至图4O的制造磁传感器的方法的实例还包括形成腐蚀阻挡层以防止焊垫腐蚀。参照图 4C，在半导体衬底220的一侧的表面上设置焊垫211，然后在焊垫211和保护层231上进一步沉积绝缘层以形成腐蚀阻挡层231a。在该实例中，腐蚀阻挡层231a可以包含氧化物基或氮化物基绝缘层，并且可以通过等离子体化学气相沉积(PECVD)法来沉积。当通过PECVD法形成腐蚀阻挡层231a时，腐蚀阻挡层231a可以包括使用四乙基原硅酸盐(TEOS) 材料的氧化硅层。对于该实例，腐蚀阻挡层231a的厚度可以在5nm至 50nm的范围内。该厚度可以为40nm或更小，原因是当腐蚀阻挡层的厚度大于50nm时，可能难以对用于腐蚀阻挡层的绝缘层进行蚀刻以露出焊垫211。另一方面，当绝缘层具有小于5nm的厚度时，绝缘层可能太薄并且可能不能用作保护层。用于该厚度的数值极限值为利用通过反复实验获得的综合值所获得的期望值，而且其可以与所制造的磁传感器200 的某些特性和效果相关联。

参照图4D，通过PSPI涂覆工艺来在腐蚀阻挡层231a上沉积第一缓冲层234。腐蚀阻挡层231a设置在保护层231和第一缓冲层234之间。参照图4E和图4G，对第一缓冲层234和第二缓冲层235执行重复的PSPI 曝光和显影工艺。在PSPI曝光和显影工艺期间，焊垫211的顶表面被腐蚀阻挡层231a覆盖。因而，可以防止作为在第一和第二缓冲层的PSPI 曝光和显影工艺中所使用的显影溶液中之一的四甲基氢氧化铵(TMAH) 溶液对焊垫211的顶部进行腐蚀。

参照图4H，在腐蚀阻挡层231a和其上形成有突起235a的第一缓冲层234上形成包括Cu层241和TiW层242的籽层240。

参照图4I至图4K，以与图3I至图3K基本上类似的工艺在籽层240 上形成磁性材料250。

参照图4L，通过蚀刻移除籽层240的一部分。如图4L所示，因为在焊垫211上形成有腐蚀阻挡层231a，所以也防止对该焊垫进行蚀刻，甚至在对籽层240进行蚀刻时也是如此。参照图4N，在图4M中形成第三缓冲层251之后，因为焊垫211的顶部由腐蚀阻挡层231a保护，所以可以在第三缓冲层251的曝光和显影工艺期间防止焊垫211的腐蚀。

参照图4O，在利用设置在第三缓冲层251上的第三缓冲掩模(未示出)对第三缓冲层251执行PSPI曝光和固化工艺之后，移除如上所述形成的腐蚀阻挡层231a。因此，通过移除腐蚀阻挡层231a的工艺，焊垫211 的顶部被最终打开。

因而，参照图4A至图4O所示的实例，可以保护焊垫211的顶部免受由在反复的PSPI曝光和显影工艺期间用作显影溶液中之一的TMAH 溶液造成的腐蚀。在执行反复的PSPI曝光和显影工艺之后，从焊垫的顶部移除腐蚀阻挡层231a。腐蚀阻挡层231a优选地可以包含可以化学地耐受例如TMAH溶液等溶液的材料，例如氧化硅层。当焊垫的顶部被腐蚀时，可能导致电接触故障；因而，期望防止腐蚀。

图5从根据上述实例所制造的磁传感器200的IMC250的不平坦表面的顶视图和截面图示出立体图的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图5的SEM照片(A)示出来自IMC250的顶部的立体图，并且图 5的SEM照片(B)示出作为SEM照片(A)的放大视图的、通过形成在第一缓冲层234上的突起235a而具有不平坦表面的IMC250的截面图。如SEM照片(A)所示，磁传感器的实例包括两个同心圆形状的突起，该突起在IMC250的上表面上形成相应的不平整度。

图6A和图6B为示出影响霍尔元件的在X轴方向上的应力和在Y轴方向上的应力的曲线图，并且图7A和图7B为示出IMC的磁通量的模拟结果的曲线图。

如上所述，构造为感测磁场的霍尔元件210被设置在IMC250下方，并且突起235a使围绕霍尔元件210的、影响磁传感器200的特性的应力减小或最小化。通常，应力中的大部分被施加至IMC250的边缘部B。从模拟可以看出应力影响霍尔元件210，并且该结果在图6A和图6B中示出。

例如，图6A示出根据霍尔元件的深度的在IMC的X轴方向上的应力，并且图6B示出在IMC250的Y轴方向上的应力。在此处，应力是指影响其中形成有霍尔元件的衬底的压力、压应力或张应力。在IMC和霍尔元件之间插入有多层绝缘层。应力根据IMC的形状而施加到绝缘层，并且应力再次通过绝缘层传递到霍尔元件。根据本公开内容的一个实例，因为IMC具有5μm至20μm的薄厚度以及200μm至400μm的大宽度，所以应力可以极大地影响设置在IMC下方的绝缘层和霍尔元件。

从图6A和图6B可以看出，与由“A”和“B”表示的现有技术中具有平坦表面的IMC相比，由“C”表示的具有不平坦表面的IMC在X轴方向和Y轴方向上具有最低的应力。通过改善的应力效应，可以提高偏置特性并且可以增加灵敏度。多个不平形状比一个不平形状更有效地改善应力。例如，如图2A所述，IMC250的不平形状可以通过在如图2A所述的籽层240以及具有5μm至30μm的宽度和1μm至10μm的高度的突起235a上电镀用于IMC的磁性材料来形成。

为了检测具有改善应力的上述不平坦表面的IMC250是否执行垂直地集中磁场的功能，用磁场进行模拟。

图7A和图7B示出磁通量的模拟结果。可以看出，具有不平坦表面的IMC的磁场的垂直分量的值(在图7B中所示的Bz)与现有技术中具有平坦表面的、影响霍尔元件的IMC的磁场的垂直分量的值(在图7A 中所示的Bz)相似。

以上描述了磁传感器的各种实例及其制造方法。根据一个实例，描述了生成具有不平形状和改进的传感器特性的IMC的制造过程。由于霍尔元件的应力一致减小，所以IMC可以表现出改进的传感器特性。

在一个实例中，磁传感器包括：其中设置有多个霍尔元件的半导体衬底；形成在半导体衬底上的保护层；形成在保护层上的籽层；以及形成在籽层上的磁集极(IMC)。籽层和IMC中的每一个可以具有不平坦表面。 IMC的面积可以等于或大于籽层的面积。

保护层可以包括形成在其表面上的多个突起(或隆起)。籽层和IMC 的不平坦表面中的每一个可以具有其中规则地或不规则地布置有多个凹部和多个凸部的截面。霍尔元件可以设置为在磁传感器的垂直方向上与 IMC的边缘部重叠。保护层可以包括钝化绝缘层和缓冲层，并且保护层还可以包括腐蚀阻挡层。

腐蚀阻挡层可以包括氧化硅层和氮化硅层中的任一种。腐蚀阻挡层可以具有5nm至50nm的厚度。腐蚀阻挡层可以介于钝化绝缘层和缓冲层之间，并且突起可以包含聚酰亚胺。

当IMC包含镍铁(NiFe)合金时，IMC可以具有其中Fe含量为10 原子％至30原子％的组成。

籽层可以包含钛钨(TiW)材料和铜(Cu)材料。

在一个实例中，制造磁传感器的方法包括：制备在其中设置有多个霍尔元件的衬底；在衬底上形成保护层；在保护层上形成缓冲层；在缓冲层的表面上形成多个突起；形成具有对应于多个突起的不平坦表面的籽层；以及在籽层上形成具有不平坦表面的磁集极(IMC)。籽层或IMC的不平坦表面可以具有其中规则地或不规则地布置有多个凹部和多个凸部的截面。

籽层可以包括钛钨(TiW)材料和铜(Cu)材料的双层。该方法还可以包括形成腐蚀阻挡层。

腐蚀阻挡层可以包括氧化硅层和氮化硅层中的任一种。腐蚀阻挡层可以在钝化绝缘层和缓冲层之间形成。突起可以包含聚酰亚胺。

在制造具有上述构造的磁传感器的一个实例中，通过在不使用用于对籽层进行水平蚀刻的精确蚀刻工艺的情况下形成具有不平坦表面的 IMC，可以简化制造工艺。此外，通过形成IMC的规则不平形状，可以将霍尔元件的应力降低至恒定的均一水平，并且可以提高传感器特性。

上述实例被提供用于说明目的，并非被解释为限制本公开内容。附图不一定是等比例的，并且在一些实施例中，可以将比例放大以清晰地示出实例的特征。当第一层被称为在第二层“上”或在衬底“上”时，其不仅可以指第一层直接形成在第二层或衬底上的情况，还可以指在第一层和第二层或衬底之间存在第三层的情况。

在权利要求中，方法加功能项意在覆盖本文中被描述为执行所记载的功能的结构，并且不仅覆盖结构性等同物还覆盖等同的结构。

以上已经描述了多个实例。然而，应理解，可以做出各种修改。例如，如果以不同的顺序执行所述技术，并且/或者如果以不同的方式组合在所描述的系统、架构、器件或电路中的部件和/或用其它部件或其等同物来代替或补充上述部件，则可以实现适当的结果。因此，其它实施方式也在所附权利要求的范围之内。

Claims (18)

1.一种磁传感器，包括：

设置在衬底中的霍尔元件；

设置在所述衬底上的保护层；

设置在所述保护层上的籽层；以及

形成在所述籽层上的磁集极，所述籽层和所述磁集极各自均具有不平坦表面，

其中所述保护层包括钝化绝缘层和缓冲层，

其中所述保护层还包括腐蚀阻挡层。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述磁集极的面积等于或大于所述籽层的面积。

3.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述保护层包括形成在其表面上的多个突起。

4.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述籽层的所述不平坦表面和所述磁集极的所述不平坦表面各自具有其中布置有多个凹部和多个凸部的截面。

5.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述霍尔元件中之一在垂直方向上与所述磁集极的边缘部重叠。

6.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述腐蚀阻挡层包括氧化硅层或氮化硅层。

7.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述腐蚀阻挡层具有5nm至50nm的厚度。

8.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述腐蚀阻挡层介于所述钝化绝缘层和所述缓冲层之间。

9.根据权利要求3所述的磁传感器，其中所述突起包含聚酰亚胺。

10.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述磁集极包含镍-铁(NiFe)合金，并且所述镍-铁合金的铁含量在10原子％至30原子％的范围内。

11.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述籽层包括钛钨(TiW)层和铜(Cu)层。

12.一种制造磁传感器的方法，所述方法包括：

在其中设置有多个霍尔元件的衬底上形成保护层，

所述保护层包括钝化绝缘层和腐蚀阻挡层；

在所述保护层上形成缓冲层；

在所述缓冲层上形成具有不平坦表面的籽层；以及

在所述籽层上形成具有不平坦表面的磁集极。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述籽层的所述不平坦表面或所述磁集极的所述不平坦表面具有其中布置有多个凹部和多个凸部的截面。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述籽层包括钛钨(TiW)层和铜(Cu)层。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述腐蚀阻挡层包括氧化硅层或氮化硅层。

16.根据权利要求12所述的方法，其中在所述保护层和所述缓冲层之间形成所述腐蚀阻挡层。

17.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括在所述缓冲层的表面上形成多个突起，并且所述突起包含聚酰亚胺。

18.一种磁传感器，包括：

霍尔元件；以及

设置在所述霍尔元件上方的磁集极，所述磁集极具有不平坦表面，

其中所述霍尔元件设置在所述磁集极下方，使得所述磁集极的边缘部在垂直方向上与所述霍尔元件的宽度重叠，

其中所述磁集极的所述不平坦表面包括呈一个或更多个同心环形状的隆起部。