CN104237812B - 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。所述磁传感器包括：包括多个霍尔元件的衬底、形成在衬底上的保护层、形成在保护层上的基础层、以及形成在基础层上的包括具有凸起部的表面的磁集极(IMC)。基础层具有比IMC大的截面面积。

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(a)要求2013年6月12日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2013-0066892号的权益，其全部公开内容以所有的目的通过引用并入本文。

技术领域

下面的描述涉及磁传感器及其制造方法，并且涉及用于数字罗盘或者电子罗盘的基于半导体的磁传感器及其制造方法，该基于半导体的磁传感器具有霍尔元件和磁集极(integrated magnetic concentrator)。

背景技术

基于半导体的磁传感器利用半导体器件来检测磁信号。基于半导体的磁传感器可以包括有多个霍尔元件和执行磁放大功能的磁集极(IMC)的组合。

一种类型的磁传感器是使用半导体器件、霍尔元件、半导体磁阻元件和铁磁磁阻元件的固态磁传感器。

磁传感器用在数字罗盘和电子罗盘中。地磁传感器感测地磁并提供方向信息，并且能够用在移动电话、双向无线电、GPS、PDA或导航装备中。数字罗盘是数字化型磁罗盘。磁罗盘设计用来通过检测地球的磁性来将方向例如北、南、东和西告知该磁罗盘的用户，并用于确定船、飞机等的行进路径。数字罗盘可以实现相同的功能，并可以安装在便携式数字设备例如智能手机上。随着移动应用的使用，数字罗盘可以如磁罗盘那样将方向例如北、南、东和西告知用户。此外，安装在移动设备上的数字罗盘可以与安装在移动设备上的地图应用一起使用以利用方向信息。

数字罗盘是一种可以使用半导体制造工艺来制造的磁传感器。在这样一种罗盘中，多个霍尔元件形成在半导体衬底上，并且磁集极形成在其上以放大地磁。这里所用的术语“数字罗盘”包括电子罗盘、数字罗盘和地磁传感器。

磁集极(IMC)的一个例子是由磁性材料制成的扁平状磁场集中器。磁传感器可以由扁平状磁场集中器和多个霍尔元件来构造，其中霍尔元件布置在磁场集中器附近以检测三维磁场的方向。在这样的磁传感器中，在磁场存在的情况下会出现霍尔效应。随着向半导体衬底施加预定的电压，电子或空穴移动，并且电子或空穴的方向由于经放大的磁场而变化。结果，行进路径加长。因此，电阻增大，并且霍尔元件用于检测该电阻增大。通常，多个霍尔元件布置在磁传感器中以监测电阻或者电流量的变化。

具有上述构造的磁传感器能够用磁场集中器来检测水平磁场，并且还能够将其中设置有霍尔元件的区域中的电场放大。

图1示出了美国专利第6545462号中公开的包括扁平状磁场集中器3的磁传感器的俯视图。

上述构造有下述缺点，即由于霍尔效应元件2.1至霍尔效应元件2.6上的高应力而增加了偏置电压。

最近，已经尝试通过减少厚的磁场集中器上的应力来降低磁传感器的偏置电压。在不存在磁场的情况下，当霍尔元件具有不为零的电压时，就出现了“偏置电压”。

较高的偏置电压导致较高的出现故障的可能性。在存在磁场的情况下，高的偏置电压会导致霍尔元件的实际电压出现微小变化，并因此使磁传感器的灵敏度下降。

通过降低信噪比的值，高的偏置电压导致一些缺点，例如难以检测磁场中的微小变化。因此，期望降低偏置电压并且提高灵敏度。

发明内容

在一个一般性方面中，提供一种磁传感器，包括：包括多个霍尔元件的衬底；形成在衬底上的保护层；形成在保护层上的基础层；以及形成在基础层上并且包括具有凸起部的表面的磁集极(IMC)。基础层具有比IMC大的截面面积。

基础层可以包括突出部，该突出部从IMC的外周向基础层的边缘延伸预定长度。

突出部的预定长度可以是10μm或更大并且50μm或更小。

磁传感器的一般性方面还可以包括设置在保护层上的第一缓冲层，以及设置在第一缓冲层上的第二缓冲层，其中IMC的凸起部具有对应于第二缓冲层的形状。

第二缓冲层可以包含聚酰亚胺。

IMC的凸起部可以在截面上包括多个凹部和凸部。

多个霍尔元件可以在垂直方向上与IMC的边缘重叠。

基础层可以包括钛层或钛钨层以及铜层。

在另一个一般性方面中，提供一种包括上述磁传感器的数字罗盘。

在又一个一般性方面中，提供一种用于制造磁传感器的方法，该方法包括：获得包括多个霍尔元件的衬底；在衬底上形成保护层；在保护层上形成第一缓冲层(或第一凸起层)；在第一凸起层上形成第二缓冲层(或第二凸起层)；形成包括具有与第二缓冲层对应的凸起部的表面的基础层；以及在基础层上形成包括具有凸起部的表面的磁集极(IMC)。基础层与IMC相比具有较大的面积。

基础层的形成可以包括：使用光刻胶覆盖IMC并进行湿法蚀刻来形成突出部，该突出部从IMC的外周向基础层的边缘延伸预定长度。

突出部的预定长度可以是10μm或更大并且50μm或更小。

IMC的凸起部可以具有对应于第二缓冲层的形状。

第二缓冲层可以包含聚酰亚胺。

IMC的凸起部可以在截面上包括多个凹部和凸部。

多个霍尔元件可以与IMC的边缘重叠。

基础层可以包括钛层或钛钨层以及铜层。

在再一个一般性方面中，提供一种磁传感器，包括：包括有多个霍尔元件的衬底；形成在衬底上的保护层；形成在保护层上的基础层；以及形成在基础层上并且包括具有凸起部的表面的磁集极(IMC)，基础层从IMC的边缘向外延伸。

多个霍尔元件可以包括在衬底上注入的N型区域和P型区域。

N型区域可以形成得比P型区域深。

多个霍尔元件可以在垂直方向上与IMC的边缘重叠。

根据下面的详细描述、附图以及所附权利要求，其它特征和方面将会明显。

附图说明

图1是磁传感器的俯视图。

图2A是磁传感器的实例的截面图。

图2B和图2C是磁传感器的附加实例的俯视图。

图3A至图3P是示出制造磁传感器的方法的一个实例的截面图。

图4在(A)中示出了扁平状磁传感器的截面图，并且在(B)中示出了根据本公开内容的磁传感器的实例的截面图。

图5A包括示出了施加到图4所示的磁传感器中的霍尔元件上的X轴方向上的应力的曲线图。

图5B包括示出了施加到图4所示的磁传感器中的霍尔元件上的Y轴方向上的应力的曲线图。

图6示出了具有有着不同突出长度的基础层的磁传感器的多个实例的截面图。

图7是示出施加到图6的磁传感器的霍尔元件上的X轴方向上的应力和Y轴方向上的应力的曲线图。

图8是示出图7所示磁传感器的多个实例在X轴方向上的应力的曲线图。

图9是示出图7所示磁传感器的多个实例在Y轴方向上的应力的曲线图。

在所有的附图和详细描述中，除非另有说明，相同的附图标记将被理解为指示相同的元件、特征和结构。为了清楚、举例说明和方便起见，这些元件的相对尺寸和说明可能被放大。

具体实施方式

提供以下详细描述以帮助读者获得对本文所描述的方法、装置和/或系统的全面理解。因此，本领域的普通技术人员将会想到本文所描述的系统、装置和/或方法的各种变化、修改和等同方案。此外，为了更加清楚和简明，省略了对公知的功能和结构的描述。

图2A是形成有半导体衬底的磁传感器的实例的截面图。

参照图2A，磁传感器200包括：其中布置有多个霍尔元件210的衬底220、形成在衬底220上的保护层230、形成在保护层230上的基础层240以及形成在基础层240上并且在其表面上具有弯曲部分或凸起部的磁集极(IMC250)。衬底220可以是半导体衬底。基础层240的尺寸设置为在俯视图中具有比IMC250大的面积。也就是说，IMC250沿平行于基础层240的平面的截面面积与保护层230被基础层240覆盖的面积相比尺寸较小。因此，基础层240从IMC250的边缘突出。参照图2A，基础层240具有从IMC250的边缘向基础层240的边缘在IMC250外周之外延伸预定长度B的突出部240a。

例如，突出部240a的预定长度B可以是10μm至50μm。由于基础层240延伸到IMC250的边缘之外，所以由于IMC250而产生的霍尔元件210上的压力、拉伸应力和/或压缩应力可以减小。因而，由于基础层240向外延伸到IMC250之外，所以应力减小。

IMC250可以由磁性材料制成。

虽然没有示出，但是保护层230可以包括氧化硅层和氮化物层。保护层230被配置成防止水进入以及防止腐蚀。

为了在基础层240上形成弯曲表面或者具有一个或更多个凸起部的表面，在保护层230的表面上形成第一缓冲凸起层234，并在第一缓冲凸起层234上形成具有预定高度的多个第二缓冲凸起235a。

可以以预定宽度和预定高度来形成预定数目的第二缓冲凸起235a。第二缓冲凸起235a的预定数目和预定宽度以及预定高度可以被选择为使得施加到霍尔元件210上的应力最小化。在一个实例中，第二缓冲凸起235a可以被形成为具有5μm至30μm的宽度以及1μm至10μm的高度，并且第二缓冲凸起235a的数目可以被设定在1至8之间。

大量第二缓冲凸起235a的存在可以使得霍尔元件210上的应力大幅减小。用于第二缓冲凸起235a的材料可以包含含有聚酰亚胺的聚合材料。用于第二缓冲凸起235a的材料可以与用于预缓冲凸起层235的材料相同。可以通过对形成在第一缓冲凸起层234上的预缓冲凸起层235进行蚀刻来形成第二缓冲凸起235a。第二缓冲凸起235a和预缓冲凸起层235二者都可以由聚酰亚胺形成。

基础层240和IMC250可以具有与第二缓冲凸起235a的构造对应的多个弯曲表面或者凸起部。

IMC250的凸起部可以在其截面上具有有多个凹部和凸部的规则图案或不规则图案。

此外，为了增加霍尔元件210对磁场的灵敏度，霍尔元件210可以在磁传感器的垂直方向上被对齐以使得霍尔元件210预定区域与IMC250的边缘重叠。例如，可以将霍尔元件210的中心对齐为与IMC250的边缘重叠。

参照图2A，相对于IMC250的边缘，霍尔元件210的中心在不偏离霍尔元件210的宽度A的预定范围内。霍尔元件210的宽度A可以是例如50μm或更少。

从霍尔元件210的上部到IMC250的下部的距离C的范围可以在例如1μm与30μm之间。

此外，IMC250可以由通过电镀形成的磁性材料来制成。磁性材料可以是含有镍、铁、钴、钼或锰中的两个或更多个的合金，并且可以具有5ppm/℃至20ppm/℃的热膨胀系数。在其中将镍铁合金用作为磁性材料的实例中，合金组合物可以含有10原子％至30原子％的铁含量。磁力的幅值取决于IMC250的组成，并且铁含量会影响矫顽力。因此，在这个实例中，铁含量被设定为镍铁合金的约10原子％至30原子％，以确保适当的矫顽力值。

基础层240可以由树脂或金属构成，并且基础层240的凸起部可以在其截面上具有有多个凹部和凸部的规则图案或不规则图案，如IMC250的弯曲表面的情形。如图2A所示，基础层240的上表面上的凸起部的大致位置和IMC250的上表面上的凸起部的大致位置可以彼此对应，但是凸起部的角度和深度可以略有差异。

IMC250和基础层240的凸起部可以被形成为圆形形状或多边形形状。IMC250的表面上的凸起部可以具有重叠圆、同心圆或多边形回路的形状。该凸起部可以是由基础层240和保护层230的表面上存在凸起部而造成的。

由于基础层240和IMC250在其具有预定构造的表面上具有凸起部，并且由于保护层230被基础层240覆盖的面积与IMC250的沿平行于基础层240的平面的截面面积相比较大，所以，与具有扁平状的IMC并且其基础层240与1MC250具有相同尺寸的结构相比，施加到霍尔元件210上的应力被减少了。此外，减小了偏置电压的大小，并且提高了霍尔元件210的灵敏度。具体地，由于基础层的截面面积比1MC的截面面积大，所以基础层可以吸收施加到IMC上的一些应力。此外，通过减少基础层的截面面积或长度可以使对霍尔元件的影响最小化。本文所使用的“应力”指的是施加在霍尔元件上的压力、拉伸应力和/或压缩应力。

参照图2B，示出了磁传感器200的另一实例的俯视图。在这个实例中，第二缓冲凸起层235a形成为两个同心圆的形状，并且基础层240的表面和IMC250的表面也具有两个同心圆形状的凸起部。然而，在其它实例中，第二缓冲凸起层235a可以具有其中多个多边形以回路形状被布置或其中只形成一个圆的俯视图。IMC250的上表面可以包括具有对应形状的凸起部。如本文所使用的那样，对应形状包括尺寸、斜率和曲率的微小变化。如图2B所示，基础层240的突出部240a延伸到IMC250的边缘之外。

参照图2B，霍尔元件210具有十字形状，并且十字的中心部分沿着IMC250的边缘对齐。然而，在其它实例中，霍尔元件210可以具有多种不同的形状，例如矩形形状或多边形形状。此外，虽然图2B示出了六个霍尔元件210沿着IMC250的边缘布置，但是在其它实例中，霍尔元件210数目可以改变。同样，在其它实例中，霍尔元件210的外边缘可以与基础层240的外边缘对齐。

参照图2C，示出了磁传感器200的又一实例的俯视图。在这个实例中，IMC250具有矩形形状。在其它实例中，IMC250可以具有其它形状，例如多边形形状、椭圆形形状或圆形形状。此外，多个IMC250可以布置在磁传感器内。此外，第二缓冲凸起层235a可被规则地布置，并且可以具有多个矩形的形状。在这个实例中，IMC250的上表面包括具有对应形状的凸起部，并且基础层240的突出部240a延伸超出IMC250的边缘。

可以通过半导体制造工艺来制造使用霍尔效应器件或霍尔传感器的磁传感器。使用霍尔效应器件或霍尔传感器的磁传感器可以被结合到移动终端例如智能电话或平板电脑中。这样的磁传感器可以用作为数字罗盘或电子罗盘。

图3A至图3P是说明用于制造可以用作为数字罗盘的磁传感器的方法的一个实例的截面图。

用于制造磁传感器的方法可以包括下列步骤：形成其中形成有多个霍尔元件210的半导体衬底220，在衬底220上形成保护层230，在保护层230上形成第一缓冲凸起层234，在第一缓冲凸起层234的表面上形成多个具有预定高度的第二缓冲凸起235a，形成具有对应于多个第二缓冲凸起235a的弯曲表面的基础层240，以及在基础层240上形成具有弯曲表面的磁集极250。在设备的俯视图中，基础层240的面积可以大于IMC250的面积。

为了形成IMC250，如图3M所示，可以通过光学处理来形成在俯视图中大于IMC250的光刻胶260以覆盖IMC250的上部。在用光刻胶260覆盖IMC250以后，可以经由湿法蚀刻将基础层240从保护层230的其余区域消除，这样，沿着IMC250的外周留下了基础层240的突出部240a，该突出部240a从IMC250的边缘延伸出预定距离B。

突出部240a的长度B可以是10μm至50μm。根据第二缓冲凸起235a的形状，多个凸起部被形成在基础层240和IMC250上。此外，第二缓冲凸起235a可以包含聚酰亚胺，并且基础层240和IMC250的凸起部可以在其截面上具有有多个凹部和凸部的规则图案或不规则图案。可以布置多个霍尔元件210以使得其预定区域与IMC250的边缘重叠，并且基础层240可以由包括沉积成层的钛(Ti)或钛钨(TiW)以及堆叠在钛(Ti)或钛钨(TiW)层上的铜金属(Cu)层的材料形成。

下面将参照图3A至图3P更详细地说明制造磁传感器的方法的实例。

首先，参照图3A，将多个霍尔元件210形成在衬底220中。多个霍尔元件210可以彼此以预定间隔埋入衬底220中或者形成在衬底220的表面上。衬底220可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)。

霍尔元件210包括N型区域和P型区域，N型区域和P型区域分别通过注入N型离子或P型离子来形成。在这个实例中，P型区域被形成在半导体衬底的表面的预定部分上，而N型区域被形成得深于P型区域。如上所说明的那样构造的霍尔元件210能够检测通过磁性材料放大的磁力的变化。

此外，焊垫211可以形成在衬底220的表面上，并且保护层230可以形成在其上。保护层230可以由氧化硅层或氮化物层构成。

此外，可以进行几个附加的处理，包括，例如，沉积绝缘层和在衬底220上将金属布线安装在霍尔元件210和焊垫211之间。

此后，参照图3B，用焊垫光刻胶图案232对保护层230进行蚀刻，该焊垫光刻胶图案232具有与焊垫211的位置对应的敞开的上部。焊垫光刻胶图案232可以是被设计用来经由蚀刻来暴露焊垫211的图案。

由于焊垫121的上部上的保护层230被蚀刻，所以焊垫211的上部露出，如图所示。因此，霍尔元件210可以经由焊垫211通过已暴露的上部电连接到其它外部部件。

参照图3C，可以通过灰化完全地消除剩余在保护层230的上部上的焊垫光刻胶图案232。例如，可以使用等离子灰化处理来去除焊垫光刻胶图案232。

接着，参照图3D，将保护层230的上部覆以光敏聚酰亚胺(PSPI)覆层，该覆层在焊垫211和保护层230上形成了第一缓冲凸起层234。第一缓冲凸起层234可以由聚酰亚胺形成。在PSPI覆层的情况下，保护层230和焊垫211的上部被覆以第一缓冲凸起层234。

参照图3E，用设置在第一缓冲凸起层234上的第一缓冲掩模(未示出)来进行PSPI曝光处理。PSPI曝光处理提供了将第一缓冲凸起层234从焊垫211的上部去除并且使焊垫211的上部重新敞开的简便方法。

此后，进行固化处理以凝固第一缓冲凸起层234。经凝固的第一缓冲凸起层234具有与热氧化层相同的性质，并且在涉及进一步曝光和蚀刻的后续处理中难以去除。

参照图3F，将经凝固的第一缓冲凸起层234覆以第二PSPI覆层。第二PSPI覆层导致在经凝固的第一缓冲凸起层234和焊垫211的被暴露的上部的上方的预缓冲凸起层235。

如第一缓冲凸起层234那样，预缓冲凸起层235可以由聚酰亚胺形成。在这个过程中，焊垫211的上部被预缓冲凸起层235覆盖。

参照图3G，使用第二缓冲掩膜(未示出)对预缓冲凸起层235进行PSPI曝光处理，以将第二缓冲凸起层235从第一缓冲凸起层234的除了在待以预定高度形成第二缓冲凸起235a的区域中以外的上表面去除。形成第二缓冲凸起235a的同时可以使得焊垫211的上部重新敞开。通过固化处理来凝固第二缓冲凸起235a。经凝固的第二缓冲凸起235a导致在后续处理中形成的基础层240和IMC250上产生不均匀的弯曲表面。

虽然图3G描绘了其中形成有一个第二缓冲凸起235a的实例，但是在其它实例中，可以形成两个或更多个具有预定高度的第二缓冲凸起235a。在这个实例中，为简明起见，只示出了一个缓冲凸起235a。

除了第一缓冲凸起层234之外，还需要第二缓冲凸起235a，以在IMC250的表面上形成凸起部。第二缓冲凸起235a可以在其截面中具有沿着其侧边的锥形的正斜率，或具有较窄的上部和较宽的下部的形状，以利于在后续处理中形成IMC250和基础层240。

当使用物理气相沉积(PVD)处理或溅射处理来形成基础层240时，如果第二缓冲凸起235a具有正斜率，则基础层240可以形成为具有覆盖第二缓冲凸起235a的均匀的沉积厚度。例如，在后续的处理中，可以通过在物理气相沉积(PVD)处理或溅射处理中沉积TiW和Cu来形成基础层240。如果第二缓冲凸起235a在其边上具有正斜率，则PVD处理产生的TiW层和Cu层可以在第二缓冲凸起235a上具有均匀的厚度。

相反地，具有负斜率的有预定高度的第二缓冲凸起235a会导致基础层240的沉积厚度是不规则的或不均匀的。因此，在这个实例中，第二缓冲凸起235a形成有具有正斜率的侧边。

参照图3H，为了利于后续要进行的电镀，基础层240被形成在其上形成有第二缓冲凸起235a的第一缓冲凸起层234上。例如，可以通过在溅射处理或真空镀膜处理中连续地沉积TiW层242和Cu层241来形成基础层240。因此，可以顺序地形成TiW层242和Cu层241。

在这个实例中，TiW层242和Cu层241的总厚度可以是200纳米至800纳米。基础层240的作用是为了利于在后续处理中对电气材料进行电镀。如上所述，由于基础层240形成在第二缓冲凸起235a上，所以基础层240在其截面上具有凸起部和弯曲。

参照图3I，为了形成IMC250，首先通过光刻法制备用于IMC250的图案掩膜243，并将该掩膜243布置在基础层240上。然后，参照图3J，镍铁被电镀在图案掩膜243上，并且IMC250被沉积在基础层240的上部上。

在完成电镀的情况下，参照图3K，通过光刻胶剥离来去除图案掩模243，这样，在基础层240的预定区域上留下IMC250。

根据本实例，IMC250可以由磁性材料制成。例如，镍和铁的合金可以用于形成IMC250。

此后，参考图3L，通过光处理来形成光刻胶260以覆盖IMC250的上部并覆盖基础层240的在IMC250外部的区域。光刻胶可以用于配置基础层240使得基础层240具有比IMC250更大的表面面积。

参照图3M，当用覆盖基础层240的一部分的光刻胶260通过湿法蚀刻去除由Cu层241和TiW层242构成的基础层240时，基础层240的从IMC250伸出的一部分没有被蚀刻。因此，参照图3N，基础层240被形成为具有比IMC250更大的面积。

此时，由于IMC250和基础层240被形成在经凝固的具有预定高度的第二缓冲凸起235a上，所以IMC250和基础层240具有弯曲的表面，并且IMC250的这种弯曲形状减弱了应力并从而减小了偏置电压。此后，参照图3O，可以通过PSPI覆层附加地将第三缓冲凸起层251形成在基础层240和IMC250上。如第一缓冲凸起层234和第二缓冲凸起235a那样，第三缓冲凸起层251可以由聚酰亚胺制成。

参照图3P，通过使用第三缓冲凸起层251上的第三缓冲掩膜(未示出)的PSPI曝光来使焊垫211的上部重新敞开。然后，第三缓冲凸起层251被固化以凝固第三缓冲凸起层251。

因此，根据本实例可以使用半导体制造工艺高效地制造磁传感器。

图4包括(A)中的扁平状磁传感器的截面图以及(B)中的根据本公开内容的磁传感器的实例的截面图。图5A是示出了施加到图4所示的磁传感器的霍尔元件上的X轴方向上的应力的曲线图。图5B是示出了施加到图4所示的磁传感器的霍尔元件上的Y轴方向上的应力的曲线图。

如上所说明的，用于感测磁场的霍尔元件210位于IMC250的下方。期望使在这个区域处的应力最小化，以维持各种磁传感器的特性。

IMC250的厚边缘是受到最高水平的应力的部分，并且经由模拟来确定霍尔元件210上的应力的影响。图5A和图5B示出了模拟结果。

图5A示出了根据距离霍尔元件210的表面的深度的沿着IMC250的X轴的应力(A，B)，以及图5B示出沿着IMC250的Y轴的应力(C，D)。本文所使用的“应力”指的是施加到霍尔元件上的压力、拉伸应力和/或压缩应力。

与如图4中的(A)所示的具有扁平形状的磁传感器相比，在本公开内容的具有沿着半径方向的突出长度为10μm和20μm的基础层240的磁传感器中，分别如(B-1)和(B-2)所示，显示了在X轴方向和Y轴方向二者上较低的应力。

应力的改善也改善了霍尔元件210的偏移特性，并增加了磁传感器的灵敏度。

图6是比较了具有不同基础层突出长度的磁传感器的各种实例的截面图的图。图7包括示出了施加到图6所示的磁传感器的霍尔元件上的X轴方向上的应力和Y轴方向上的应力的曲线图。图8包括示出了X轴方向上的应力根据基础层的各种突出长度的变化的曲线图。图9示出了示出Y轴方向上的应力根据基础层的各种突出长度的变化的曲线图。

如图所示，在磁传感器的一个实例中，基础层240的面积大于具有弯曲表面的IMC250的面积。参照图6，在一个实例(Flat just)中，基础层240边缘处的突出部240a的长度被设定为与IMC250的长度一样。IMC250的长度表示为SR。在其它实例中，延伸超出IMC250的边缘的突出部240a的长度被设定为10μm(SR10um)、20μm(SR20um)、30μm(SR30um)、40μm(SR40um)、50μm(SR50um)、60μm(SR60um)、70μm(SR70um)、80μm(SR80um)、90μm(SR90um)和100μm(SR100um)。在其它实例中，突出部240a的长度被设定为与衬底220的长度一样(SRall)。对于每个实例，模拟了沿着X和Y轴的应力的变化，图7至图9示出了结果。

参照图7和图8，在比较霍尔传感器的表面上的X轴应力时，随着基础层240上的突出部240a的长度增加，应力减小。在突出部240a的长度为40μm至50μm的情况下，应力最小。突出部240a的长度增加超过60μm，看到出现了由于附加了到基础层的突出而导致新应力的产生。

此外，参照图7和图9，在比较霍尔传感器的表面上的Y方向的应力时，随着基础层240的突出部240a的长度增加，应力减小。当突出部240a的长度在10μm至20μm的范围内时，应力最小。当长度为10μm或更小或者为20μm或更大时，认为由突出部对抗来自IMC的应力而造成的偏置电压降低。

考虑如上述所说明的X轴应力和Y轴应力，突出部的长度可以设定到10μm至50μm的范围。

上面描述了磁传感器的各种实例以及制造该磁传感器的方法。根据实例，技术目的是提供一种由于在俯视图中基础层的面积设定为大于磁集极(IMC)的面积从而使得对霍尔元件的应力降低并且因此磁传感器的特性得到改善的基于半导体的磁传感器。

在一个实例中，基于半导体的磁传感器可以包括：包括多个布置在其中的霍尔元件的半导体衬底；形成在半导体衬底上的保护层；形成在保护层上的基础层；以及形成在基础层上并且在其表面上包括有弯曲表面的磁集极(IMC)。基础层的截面面积可以大于IMC的截面面积。

基于半导体的磁传感器可以包括从基础层的边缘延伸成超过IMC的外周预定长度的突出部。

突出部的长度可以是10μm至50μm。基于半导体的磁传感器可以包括在保护层的表面上的第一缓冲凸起层和多个具有预定高度的第二缓冲凸起层，其中依照具有预定高度的第二缓冲凸起的构造，基础层和IMC可以具有多个弯曲表面。

具有预定高度的第二缓冲凸起层可以包含聚酰亚胺。IMC的弯曲表面在截面上可以包括具有多个凹部和凸部的规则图案或不规则图案。

可以布置多个霍尔元件以使得预定区域与IMC的端部重叠。基础层可以由沉积有钛或钛钨层并且铜金属堆叠在钛或钛钨层上的材料制成。

在另一实例中，提供有一种可以使用上述基于半导体的磁传感器所制成的数字罗盘。

在又一实例中，一种用于制造基于半导体的磁传感器的方法包括：形成其中布置有多个霍尔元件的半导体衬底；在半导体衬底上形成保护层；在保护层上形成第一缓冲凸起层；在第一缓冲凸起层的表面上形成多个具有预定高度的第二缓冲凸起层；形成具有与多个具有预定高度的第二缓冲凸起层对应的弯曲表面的基础层；以及在基础层上形成包括弯曲表面的磁集极(IMC)，其中基础层的截面面积大于IMC的截面面积。

该方法可以包括：通过借助于光学处理来在IMC的上部形成比IMC更大的光刻胶(PR)并且借助于湿法蚀刻来消除基础层，从而在基础层的边缘处形成超过IMC的外周预定长度的突出部。

突出部的长度可以是10μm至50μm。根据具有预定高度的第二缓冲凸起的构造，基础层和IMC可以包括多个弯曲表面。

具有预定高度的第二缓冲凸起层可以包含聚酰亚胺。基础层和IMC的弯曲表面可以在截面上包括具有多个凹部和凸部的规则图案或不规则图案。

可以布置多个霍尔元件以使得预定区域与IMC的端部重叠。基础层可以由沉积有钛或钛钨层以及铜金属堆叠在钛或钛钨层上的材料制成。

在又一实例中，提供有一种基于半导体的磁传感器，该基于半导体的磁传感器可以包括：包括布置在其中的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；形成在保护层上的基础层；以及形成在基础层上并且在其表面包括有弯曲表面的磁集极(IMC)。基础层可以比霍尔元件的端部更突出。

霍尔元件在衬底上可以包括N型离子注入区域和P型离子注入区域。

N型离子注入区域可以形成得深于P型离子注入区域。

可以布置霍尔元件以使得预定区域与IMC的端部重叠。

根据各种实例，由于提供了具有弯曲构造的IMC，所以基于半导体的磁传感器及其制造方法可以减少对霍尔元件的应力，从而改善磁传感器的特性。

附图可能并未按比例绘制，并且在某些情况下，为了清楚地示出实例的特征，可能放大了比例。当第一层被称为在第二层“上”或在衬底“上”时，不仅可以指其中第一层直接形成在第二层或衬底上的情况，而且还可以指其中第一层与第二层或与衬底之间存在有第三层的情况。

上面描述了一些实例。然而，应理解，可以进行各种修改。例如，如果以不同的顺序进行所描述的技术和/或如果以不同的方式组合在所述系统、体系结构、设备或电路中的部件和/或用其它部件或它们的等同物来替代或补充在所述系统、体系结构、设备或电路中的部件，可以实现合适的结果。因此，其它实施方案都在所附权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种磁传感器，包括：

包括有多个霍尔元件的衬底；

形成在所述衬底上的保护层；

形成在所述保护层上并且包括具有凸起部的表面的基础层；以及

形成在所述基础层上并且包括具有凸起部的表面的磁集极(IMC)，

其中所述基础层具有比所述IMC大的截面面积。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述基础层包括突出部，所述突出部从所述IMC的外周向所述基础层的边缘延伸预定长度。

3.根据权利要求2所述的磁传感器，其中所述突出部的所述预定长度是10μm或更大以及50μm或更小。

4.根据权利要求1所述的磁传感器，还包括设置在所述保护层上的第一缓冲层以及设置在所述第一缓冲层上的第二缓冲层，其中所述IMC的所述凸起部具有对应于所述第二缓冲层的形状。

5.根据权利要求4所述的磁传感器，其中所述第二缓冲层包含聚酰亚胺。

6.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述IMC的所述凸起部在截面上包括多个凹部和凸部。

7.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述多个霍尔元件在垂直方向上与所述IMC的边缘重叠。

8.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述基础层包括钛层或钛钨层、以及铜层。

9.一种数字罗盘，其包括根据权利要求1所述的磁传感器。

10.一种用于制造磁传感器的方法，所述方法包括：

获得包括多个霍尔元件的衬底；

在所述衬底上形成保护层；

在所述保护层上形成第一缓冲层；

在所述第一缓冲层上形成第二缓冲层；

形成基础层，所述基础层包括具有与所述第二缓冲层对应的凸起部的表面；以及

在所述基础层上形成包括具有凸起部的表面的磁集极(IMC)，

其中所述基础层具有比所述IMC大的面积。

11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述基础层包括使用光刻胶覆盖所述IMC并进行湿法蚀刻来形成突出部，所述突出部从所述IMC的外周向所述基础层的边缘延伸预定长度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述突出部的所述预定长度是10μm或更大以及50μm或更小。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述IMC的所述凸起部具有对应于所述第二缓冲层的形状。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二缓冲层包含聚酰亚胺。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述IMC的所述凸起部在截面上包括多个凹部和凸部。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个霍尔元件与所述IMC的边缘重叠。

17.根据权利要求10所述的方法，其中所述基础层包括钛层或钛钨层、以及铜层。

18.一种磁传感器，包括：

包括多个霍尔元件的衬底；

形成在所述衬底上的保护层；

形成在所述保护层上并且包括具有凸起部的表面的基础层；以及

形成在所述基础层上并且包括具有凸起部的表面的磁集极(IMC)，所述基础层从所述IMC的边缘向外突出。

19.根据权利要求18所述的磁传感器，其中所述多个霍尔元件包括在所述衬底上注入的N型区域和P型区域。

20.根据权利要求19所述的磁传感器，其中所述N型区域形成为比所述P型区域深。

21.根据权利要求18所述的磁传感器，其中所述多个霍尔元件在垂直方向上与所述IMC的边缘重叠。