CN104241520A - 制造单片集成在半导体芯片处的磁传感器元件 - Google Patents

Abstract

描述了一种制造磁传感器模块的方法，所述磁传感器模块具有在半导体芯片(110)处单片集成的磁传感器元件。所述方法包括：设置复合半导体结构(105)，所述复合半导体结构包括(i)半导体芯片(110)，(ii)针对集成电路的接触元件(112)，所述接触元件形成于半导体芯片上，以及(iii)在半导体芯片(110)上和接触元件(112)上形成的介电层(120)；形成磁传感器层，所述磁传感器层在介电层(120)上单片地设置用于磁传感器元件的材料；通过去除位于接触元件(112)上方的那部分介电层(120)来暴露接触元件(112)；以及在所形成的磁传感器层或者暴露出的接触元件(112)上形成导电保护层。还描述了一种通过上述方法制造的磁传感器模块。

Description

制造单片集成在半导体芯片处的磁传感器元件

技术领域

本发明总体上涉及磁传感器模块的技术领域，所述磁传感器模块包括磁传感器元件，所述磁传感器元件单片集成到包括集成电路的有源半导体芯片。具体地，本发明涉及一种制造这种磁传感器模块的方法、以及一种通过这种方法制造的磁传感器模块。

背景技术

磁传感器在各种工业中越来越重要。例如在汽车工业中，诸如可以在现在车辆中找到停车传感器、例如节流阀中的角距传感器、ABS(防抱死制动系统)传感器和胎压传感器，用于改进舒适度和安全性。因为磁场容易穿透大多数材料，磁传感器在汽车应用中尤其重要。与例如光传感器不同，磁传感器对于灰尘高度不敏感。

几种不同的磁传感器技术是当前可用的，例如基于霍尔效应的传感器和基于磁阻效应的传感器，所述磁阻效应例如是各向异性磁阻(AMR)、隧穿磁阻(TMR)和巨磁阻(GMR)传感器。

对于下一代磁性汽车传感器，计划将相应磁性元件的结构单片集成到有源硅(即，已经在集成电路中实现的半导体芯片)的顶部，以便减小封装成本，减小接合焊盘的个数，并且更加容易/更加精确地实现磁性/电子元件的匹配。这种集成要求在集成电路的顶部金属层上的磁传感器元件的新处理程序，例如在CMOS后端工艺中。

在依赖于AMR效应的磁传感器模块的情况下，磁传感器元件由坡莫合金材料制成，坡莫合金材料是具有20％铁成分和80％镍成分的镍-铁磁性合金。需要互连将构成薄坡莫合金带的磁传感器元件连接至下覆的集成电路。单片集成的主要挑战是在不损坏彼此的情况下执行坡莫合金带的构图和互连的形成，所述互连用作与下面的有源硅(例如，专用集成电路(ASIC))的电连接。具体地，在形成互连之前执行磁传感器元件构图的情况下，需要在暴露互连的工艺期间防止磁传感器元件受到任何损坏。反之亦然，如果在磁传感器元件的构图之前执行互连形成，坡莫合金构图工艺不得损坏互连的暴露金属。

具体地，如果先形成磁传感器元件，在用于形成互连的接触孔的刻蚀之后的抗微波带和侧壁聚合物去除步骤以及在接触金属的沉积之前的溅射刻蚀可能会损坏磁传感器元件。这是因为在这些步骤期间暴露了坡莫合金。反之亦然，如果至少部分地在磁传感器元件之前形成互连，磁传感器元件的构图可能损坏互连区域。具体地，如果将磁传感器元件的材料进行湿法刻蚀，互连的暴露金属可能受到酸的损坏，或者由于受到干法刻蚀工艺的离子轰击受到损坏。

需要提供一种针对具有单片集成到半导体芯片处或半导体芯片上的磁传感器元件的磁传感器模块的有效和可靠制造程序，使得显著地减小损坏磁传感器元件或者损坏互连的风险。

发明内容

这需要通过独立权利要求的主题来满足。通过从属权利要求描述了本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，提出了一种制造具有在半导体芯片处或者优选地在半导体芯片上单片集成的磁传感器元件的磁传感器模块的方法，所述半导体芯片包括集成电路。所提出的方法包括：(a)设置复合半导体结构，所述复合半导体结构包括(i)半导体芯片，(ii)针对集成电路的接触元件，所述接触元件形成于半导体芯片上，以及(iii)在半导体芯片上和接触元件上形成的介电层，(b)形成磁传感器层，所述磁传感器层在介电层上单片地设置用于磁传感器元件的材料，(c)通过去除位于接触元件上方的那部分介电层来暴露接触元件，以及(d)在形成的磁传感器层或者暴露出的接触元件上形成导电保护层，以便防止在(i)形成由磁传感器层产生的磁传感器元件的步骤和(ii)暴露接触元件的步骤之间的不利相互作用。

所述制造方法基于这样的思想：通过在形成的磁传感器层上或者暴露出的接触元件上形成导电保护层，当分别形成或暴露磁传感器元件和接触元件中的一个时，可以有效地防止(i)形成的磁传感器层和(ii)暴露出的接触元件中另一个的损坏。

具体地，在已经在磁传感器层上形成导电保护层之后，可以暴露接触元件，而没有损坏磁传感器层的风险。替代地，在已经在暴露的接触元件上形成导电保护层之后，磁传感器元件的形成不会导致损坏暴露出的接触元件。

应该注意，不必按照描述的顺序执行上述的步骤(a)至(d)。具体地，可以反转所述步骤(b)和(c)的顺序，使得在步骤(b)之前执行步骤(c)。

所述制造方法可以提供这样的优势：使用导电保护层不要求任何附加的掩模层，这将工艺复杂度和制造成本保持在最小级别。

所述制造方法还可以提供这样的优势：其适用于不同类型的磁传感器概念。具体地，所述磁传感器元件可以是各向异性磁阻(AMR)传感器元件、巨磁阻(GMR)传感器元件或者隧道磁阻(TMR)传感器元件。

具体地，接触元件可以用于将集成电路与磁传感器元件电连接。因此，接触元件也可以称作互连元件或短路互连。

接触元件可以由适用于在互连复合半导体结构的不同电子部分的半导体制造工艺中使用的任意材料制成。具体地，所述接触元件可以包括元素金(Au)、铜(Cu)和铝(Al)的至少一个。

在使用公知的AMR效应的情况下，磁传感器元件可以由所谓的坡莫合金制成，坡莫合金是具有与20％铁成分和80％镍成分的镍-铁磁性合金。

磁传感器模块可以是单片形成的复合半导体结构。这意味着例如四个磁传感器元件(可以按照惠斯通电桥形式彼此互连)的磁传感器结构分别与半导体芯片的集成电路电连接，而不需要诸如接合引线之类的互连。代替使用引线互连，集成电路的接触元件通过适当形成并且构造的导电层与磁传感器结构相连。

集成电路可以表示所谓的专用集成电路(ASIC)。利用ASIC，可以实现磁传感器结构的控制和/或评估电子装置的功能的至少一些。

应该注意的是术语“上”或“上方”并不一定意味着一个元件直接设置在另一个元件上，而是包括在两个元件之间设置了附加的层或元件的情况。例如，特征“在介电层上单片地形成磁传感器元件”包括将磁传感器元件直接设置在介电层上，还包括将附加的层设置在磁传感器元件和介电层之间。

另外，应该注意的是在本文件中，术语“上”或“上方”不必参考重力来使用。具体地，当复合半导体结构的朝向上下颠倒时，“上”可以意味着“下”、并且“上方”可以意味着“下方”。

根据本发明的实施例，介电层包括在半导体芯片上形成的第一介电子层和在第一介电子层上形成的第二介电子层。

使用两个介电子层来形成介电层可以提供这样的优势：一方面，可以实现由磁传感器元件给出的磁传感器结构和在接触元件外部的半导体芯片的区域之间的良好总体电学隔离。另一方面，可以实现(i)磁传感器元件和(ii)半导体芯片(主体)之间减小的机械应力。

第一介电子层和/或第二介电子层可以由诸如氧化硅材料之类的氧化物材料制成。

根据本发明的另一个实施例，所述方法还包括：(e)在暴露出的接触元件上方的区域中形成暴露出的接触元件上的导电阻挡层；以及(f)在暴露出的接触元件上方的区域中形成导电阻挡层上的接触材料。这可以提供这样的优势：可以避免具体地在接触材料和接触元件之间不必要的原子扩散。另外，可以实现磁传感器元件和相应接触元件之间的良好且可靠的电连接。

根据本发明另外的实施例，所述方法还包括：(g)在磁传感器元件和接触材料上形成非金属钝化层。这可以提供这样的优势：可以有效地保护得到的磁传感器模块免受外部环境效应影响，例如灰尘、污垢和/或湿气。例如可以通过氮化硅(SiN)或者氮氧化硅(SiON)实现非金属钝化层。

根据本发明的另外实施例，所述方法还包括：(h)通过在接合焊盘上方的区域中去除钝化层和介电层，暴露在半导体芯片的表面处设置的接合焊盘。

通过暴露在半导体芯片的表面处设置的至少一个接合焊盘，可以将所得到的包括磁传感器结构和相应电路的磁传感器模块容易地与其他电子装置接触，具体地通过一个或多个接合引线。

根据本发明的另外实施例，导电保护层包括以下材料中的至少一个：TiW、TiWN、Ta、TaN、Ti、TiN、W、WN和NiFe。

根据本发明的另外实施例，在暴露接触元件的步骤之前完成形成磁传感器层的步骤，并且在所形成的磁传感器层上形成导电保护层。这可能意味着在已经形成磁传感器层之后并且已经暴露接触元件之前完成了形成导电保护层的步骤。

应该注意的是在该上下文中，可以在暴露接触元件的步骤之前执行来自磁传感器层的磁传感器元件的构图或构造。

根据本发明的另外实施例，所述方法还包括：通过构造磁传感器层来形成磁传感器元件。另外，在形成的磁传感器元件上和接触元件上形成导电保护层，并且暴露接触元件的步骤包括在接触元件上方的区域中去除介电层和导电保护层两者。这可以提供这样的优势：当形成接触元件时，先前形成的磁传感器元件将被导电保护层完全封装。具体地，当暴露接触元件时，将不仅保护磁传感器元件的顶部表面，还保护磁传感器元件的侧表面。

根据本发明的另外实施例，在暴露接触元件之前，通过在除已经形成或将要形成磁传感器元件的区域上方的区域之外的所有区域中去除导电保护层来构造导电保护层。

因此，通过使用适当的掩模构造磁传感器层，从而在优选使用相同的掩模构造导电保护层之前形成磁传感器元件。

根据本发明的另外实施例，在形成的磁传感器层上形成导电保护层，其中还没有对所形成的磁传感器层进行构造以便形成磁传感器元件。另外，将构造的导电保护层用作硬掩模，用于去除磁传感器元件的区域外部的磁传感器层。

这可以提供这样的优势：与在一个构造步骤内构造导电保护层一起，也可以按照相同的方式构造磁传感器层以便也形成磁传感器元件。由于将构造的导电保护层用作自动正确定位的掩模，所述程序将非常可靠。

根据本发明的另外实施例，在形成磁传感器元件的步骤之前完成暴露接触元件的步骤，并且在暴露出的接触元件上形成导电保护层。这意味着可以在已经暴露了接触元件之后并且已经形成磁传感器元件之前完成形成导电保护层的步骤。

根据本发明的另外实施例，导电保护层的材料与磁传感器元件的材料相同。这可以提供这样的优势：可以在一个公共的沉积步骤和后续的构图步骤内形成磁传感器元件和导电保护层。因此利用所述方法，可以按照有效的方式实现具有单片集成到有源半导体芯片的磁传感器元件的磁传感器模块。

根据本发明的另外实施例，通过在接触元件上方的区域中去除介电层来完成暴露接触元件的步骤。这可以提供这样的优势：为了暴露接触元件，例如通过刻蚀电介质材料只去除接触元件上的介电层。不需要去除要在已经完全暴露了接触元件之后沉积的磁传感器元件的材料的相应导电保护层的材料。

根据本发明的另外实施例，通过在接触元件上方的区域中形成穿过介电层的通孔、并且用导电材料填充所述通孔来完成暴露接触元件的步骤。

通过填充形成的通孔，形成插塞(plug)以便将接触元件延伸或升高到与介电层的上表面相对应的水平。因此，为了接触位于半导体芯片的上表面的接触元件，不需要通过去除位于接触元件上方的所有电介质材料来暴露或挖出接触元件。

用于填充通孔的导电材料可以是例如钨(W)。

根据本发明的另一个方面，提出了一种磁传感器模块，包括：(a)容纳集成电路的半导体芯片，(b)集成电路的接触元件，所述接触元件在半导体芯片上形成，(c)至少在半导体芯片上位于接触元件上方的区域外部的区域处形成的介电层，以及(d)在介电层上单片集成地形成的磁传感器元件。通过如上所述的任一个示例方法的制造所述磁传感器模块。

磁传感器模块基于这样的思想：通过执行上述方法可以有效且可靠地制造磁传感器模块。具体地，通过在所形成的磁传感器模块上或者在暴露出的接触元件上形成接触保护层，当分别形成所形成的磁传感器元件或者暴露暴露出的接触元件中的一个时，可以有效地防止磁传感器元件和接触元件中另一个的损坏。

必须注意的是：已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，

具体地，已经参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而已经参考设备类型权利要求描述了另一个实施例。本领域普通技术人员从以上和以下描述中获悉：除非另有说明，除了属于一种类型的主题特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间(具体地，在方法类型的权利要求的特征和设备类型的权利要求的特征之间)的任意组合看作是被本申请公开。

本发明的以上限定的方面和其他方面根据下文中将要描述的实施例的示例变得清楚明白，并且参考实施例的示例进行解释。下文中将参考实施例的示例更加详细地描述本发明，但是本发明不限于此。

附图说明

图1a至1g示出了根据本发明第一实施例的第一变体的磁传感器模块的制造，其中在暴露集成电路的接触元件之前，通过构造坡莫合金材料的相应层形成了磁传感器元件。

图2a至2g示出了根据本发明第一实施例的第二变体的磁传感器模块的制造。

图3a至3f示出了根据本发明第二实施例的第一变体的制造磁传感器模块的制造，在通过构造坡莫合金材料的相应层来形成磁传感器元件之前，暴露集成电路的接触元件。

图4a至4f示出了根据本发明第二实施例的第二变体的磁传感器模块的制造。

具体实施方式

附图中的说明是示意性的。应该注意的是在不同的图中，类似或相同的元件或特征配置有相同的参考符号、或者只是在第一个数字内的相应参考符号不同的参考符号。为了避免不必要地重复已经参考前述实施例说明元件或者特征，在后面的描述位置不再进行说明。

在以下详细描述中，参考图1a至1g和图2a至2g描述了本发明第一实施例的两个变体。根据第一实施例的两个变体，在暴露集成电路的接触元件之前，通过构造坡莫合金材料的相应层来形成磁传感器元件。

具体地，根据第一实施例的两个变体，导电保护层在互连形成期间保护坡莫合金，并且用作坡莫合金和接触金属之间的粘附层和扩散阻挡层。在对接触金属进行构图之后，使用接触金属作为硬掩模，至少部分地去除了有源磁传感器元件上方的这种导电保护层，从而避免了任何附加的掩模层。需要去除有源磁传感器元件上方的导电保护层，因为如果存在导电保护层会导致有源磁传感器元件被导电保护层短路。导电保护层仅残留在接触金属的下方。导电保护层可以包括例如TiW、TiWN、Ta、TaN、Ti、TiN、W或WN或者其组合的材料。

如果对于导电保护层和扩散阻挡层使用相同的材料，则不需要除导电保护层的沉积之外的附加制造步骤。在本文中，相应的工艺流称作第一实施例的第一变体，并且参考图1a至1g进行说明。

根据第一实施例的第二变体，使用附加的扩散阻挡层/导电保护层作为坡莫合金的干法(或湿法)刻蚀的硬掩模，在坡莫合金构图之后不去除硬掩模，但是在接触金属的构图之后(或期间)去除硬掩模。参考图2a至2g说明第一实施例的第二变体的相应工艺流程。

图1a示出了复合半导体结构105，复合半导体结构105表示根据第一实施例的第一变体的制造磁传感器模块的方法的起始基础。复合半导体结构105包括(i)容纳磁传感器模块的预制ASIC(专用集成电路)的半导体芯片110，(ii)在半导体芯片110上形成的针对集成电路的接触元件112，以及(iii)在半导体芯片110上和接触元件112上形成的介电层120。复合半导体结构105还包括接合焊盘114，如根据下面描述清楚的是，接合焊盘可以用于具体地通过一个或多个接合引线将磁传感器模块与没有描述的其他电子装置电接触。

根据这里描述的实施例，介电层120包括两个子层，第一介电子层122和第二介电子层124。

图1b示出了制造磁传感器模块的下一个处理状态，其中已经在第二介电子层124上形成了磁传感器元件130。可以通过(a)在第二介电子层124上沉积坡莫合金材料的层，(b)在沉积的坡莫合金材料层顶部上沉积光致抗蚀剂材料，(c)构造光致抗蚀剂材料，(d)干法或湿法构图坡莫合金材料，以及(e)剥离剩余光致抗蚀剂材料，按照已知和未描述的方式完成磁传感器元件130的形成。

图1c示出了下一个处理状态，其中已经在磁传感器元件130、接合焊盘114和第二介电子层124的周围区域上沉积了导电保护层140。导电保护层140可以由例如材料TiW或上述任意其他材料制成。

在图1d所示的下一个处理状态中，已经形成了用于接触元件112的凹槽142。可以通过图中未示出的以下方式来形成这些凹槽：(a)在导电保护层140的顶部上沉积光致抗蚀剂材料，(b)对沉积的光致抗蚀剂材料进行构造，(c)刻蚀导电保护层140，(d)刻蚀两个介电子层122、124，以及(e)剥离剩余的光致抗蚀剂材料、并且去除侧壁聚合物。在这些步骤期间，导电保护层140防止了侵害或者损坏坡莫合金材料。

图1e示出了下一个处理状态，其中在位于两个相邻的磁传感器元件130之间的接触元件112上和导电保护层140上，已经首先形成了金属扩散阻挡层152和接触材料层154。可以通过图中未示出的以下方式形成这种构造结构：(a)沉积扩散阻挡层152，(b)沉积接触材料154，(c)在接触材料154的顶部上沉积光致抗蚀剂材料，(d)构造沉积的光致抗蚀剂材料，(e)刻蚀接触材料154，(f)剥离剩余的光致抗蚀剂材料，(g)刻蚀扩散阻挡层152，以及(h)刻蚀磁传感器元件上的导电保护层140。由于通过导电保护层140保护了磁传感器元件130，例如可以在步骤(a)之前使用溅射刻蚀工艺。

可以在一个单独的步骤中组合步骤(g)和(h)。另外，对于步骤(g)和(h)中的刻蚀，可以将先前构造的接触材料154用作硬掩模。

在图1f所示的下一个处理状态中，已经沉积了钝化层160。在沉积钝化层160期间、之前和/或之后，可以对接触元件112进行退火。可以按照例如等离子沉积工艺(PECVD)的已知方式来形成由例如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)制成的钝化层160。

如示出了所得到的磁传感器模块100的图1g所示，已经形成了接合焊盘114上的开口或凹槽162。这种开口或凹槽162允许磁传感器模块100例如通过接合引线与其他电子装置电连接。可以通过图中未示出的以下方式来形成这种开口或凹槽162：(a)沉积光致抗蚀剂材料，(b)构造光致抗蚀剂材料，(c)刻蚀钝化层160和层间金属介电层120，根据这里描述的实施例，层间金属介电层包括第一介电子层122和第二介电子层124，以及(d)剥离光致抗蚀剂材料。

图2a至2g示出了根据第一实施例的第二变体的磁传感器模块的制造工艺。如图2a和2b所示，相应的处理状态分别与图1a和1b中所示的处理状态相同。为了简明起见，将不再描述这些处理状态。而是参考以上给出的描述。

图2c示出了下一个处理状态，其中在磁传感器元件130上排他地形成导电保护层240。可以通过图中未示出的以下方式来形成这种构造结构：(a)沉积例如由TiW构成的导电保护层240，(b)在导电保护层240上沉积光致抗蚀剂材料，(c)适当地构造光致抗蚀剂材料，(d)刻蚀导电保护层240，使得只有磁传感器元件130上方残留有一部分导电保护层240，以及(e)剥离剩余的光致抗蚀剂材料。

为了实现图2c所示的构造结构，不必分离地刻蚀磁传感器元件130和导电保护层240。相反，可以省略图2b所示的处理状态，并且可以连续地或者在一个单独的刻蚀步骤内刻蚀导电保护层240和磁传感器元件130的AMR坡莫合金材料。按照这种方式，可以将构图或构造的导电保护层用作刻蚀AMR坡莫合金材料的硬掩模。

在图2d所示的另一个处理状态中，已经形成了用于接触元件112的凹槽226。可以通过图中未示出的以下方式来形成这些凹槽226：(a)沉积光致抗蚀剂材料，(b)构造沉积的光致抗蚀剂材料，(c)刻蚀两个介电子层122、124，以及(d)例如通过微波等离子剥离剩余的光致抗蚀剂材料并且去除侧壁聚合物。在这些步骤期间，导电保护层240防止了侵害或损坏磁传感器元件130的AMR坡莫合金材料。

图2e示出了下一个处理状态，其中在位于两个相邻磁传感器元件130之间的区域中的接触元件112上和第二介电质子层124上已经首先形成了金属扩散阻挡层252和接触材料层254。可以通过图中未示出的以下方式形成这样构造的结构：(a)沉积扩散阻挡层252，(b)沉积接触材料254，(c)在接触材料254的顶部上沉积光致抗蚀剂材料，(d)构造沉积的光致抗蚀剂材料，(e)刻蚀接触材料254，(f)剥离剩余的光致抗蚀剂材料，(g)刻蚀扩散阻挡层252，以及(h)刻蚀磁传感器元件130上的导电保护层240。由于通过导电保护层240保护了磁传感器元件130，例如可以在步骤(a)之前使用溅射刻蚀工艺

可以在一个单独的步骤中组合步骤(g)和(h)。另外，对于步骤(g)和(h)中的刻蚀，可以将先前构造的接触材料254用作硬掩模。

在图2f所示的下一个处理状态中，已经沉积了钝化层260。在沉积钝化层260期间、之前和/或之后，可以将磁传感器元件130的坡莫合金材料进行退火。可以通过例如等离子沉积工艺按照已知方式形成由例如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)制成的钝化层160。

如示出了所得到的磁传感器模块200的图2g所示，已经形成了接合焊盘114上的开口或凹槽262。这种开口或凹槽262允许磁传感器模块200例如通过接合引线与其他电子装置电连接。可以通过图中未示出的以下方式来形成这种开口或凹槽262：(a)沉积光致抗蚀剂材料，(b)构造光致抗蚀剂材料，(c)刻蚀钝化层260和层间金属介电层120，根据这里描述的实施例，所述层间金属介电层包括第一介电子层122和第二介电子层124，以及(d)剥离光致抗蚀剂材料。

图3a至3f和图4a至4f示出了本发明的第二实施例的两个变体。根据第二实施例的两个变体，在通过构造坡莫合金材料的相应层来形成磁传感器元件之前暴露了针对集成电路的接触元件。在这种表述“先接触”集成体系结构中，沉积导电保护层在坡莫合金的构图期间保护了接触孔中ASIC的暴露顶部金属。因此，在接触孔内沉积了导电保护层。优选地，磁传感器元件的坡莫合金层本身用作导电保护层。这具有这样的优势：不要求附加的制造步骤，保持了制造成本处于最小级别。

根据第二实施例的第一变体，导电保护层残留在ASIC的顶部金属和接触金属之间。

根据第二实施例的第二变体，在沉积坡莫合金材料层之前，已经通过所谓的插塞形成了穿过层间金属介电层的接触。可以在坡莫合金材料层的构图期间，按照与接触孔中ASIC的接触元件的暴露顶部金属相同的方式保护这些插塞。

图3a示出了复合半导体结构105，复合半导体结构表示根据第二实施例第一变体的制造磁传感器模块300的方法的起始基础。为了简明起见，将不再描述已经参考图1a描述的这种复合半导体结构105。而是参考图1a的描述。

在图3b所示的下一个处理状态中，已经形成了用于接触元件112的凹槽326。可以通过图中未示出的以下方式来形成这些凹槽326：(a)在第二介电子层124的顶部上沉积光致抗蚀剂材料，(b)对沉积的光致抗蚀剂材料进行构造，(c)刻蚀两个介电子层122、124，以及(e)剥离剩余的光致抗蚀剂材料、并且去除侧壁聚合物。

图3c示出了下一个处理状态，其中在与磁传感器元件330相对应的区域中的接触元件112上和第二介电子层124上，已经形成了坡莫合金层，坡莫合金层用作磁传感器元件130的材料并且用作导电保护层340。可以通过图中未示出的以下方式来形成这样构造的结构：(a)沉积坡莫合金材料，(b)在沉积的坡莫合金材料的顶部沉积光致抗蚀剂材料，(c)构造沉积的光致抗蚀剂材料，以便去除位于磁传感器元件330和凹槽326附近的坡莫合金材料，(d)例如通过湿法或干法刻蚀工艺适当地构图坡莫合金材料，以及(e)剥离剩余的光致抗蚀剂材料。由于通过坡莫合金材料340对接触元件112的保护，在步骤(d)期间不会侵害或损坏接触元件112。

图3d示出了下一个处理状态，其中在位于磁传感器元件330附近的(i)接触元件112上和(ii)第二介电子层124的区域上，已经首先形成了金属扩散阻挡层352和接触材料层354。可以通过图中未示出的以下方式形成这样构造的结构(a)沉积扩散阻挡层352，(b)沉积接触材料354，(c)在接触材料354的顶部上沉积光致抗蚀剂材料，(d)适当的构造光致抗蚀剂材料，(e)刻蚀接触材料354，(f)剥离剩余的光致抗蚀剂材料，以及(g)例如通过使用所构造的接触材料354作为硬掩模来刻蚀扩散阻挡层352。

在图3e所示的下一个处理状态中，已经沉积了钝化层360。在沉积钝化层360期间、之前和/或之后，可以对磁传感器元件130进行退火。可以通过例如等离子沉积工艺按照已知的方式形成钝化层360。

如示出了所得到的磁传感器模块300的图3f所示，已经形成了接合焊盘114上的开口或凹槽362。这种开口或凹槽362允许磁传感器模块300例如通过结合引线与其他电子装置电连接。可以通过图中未示出的以下方式来形成这种开口或凹槽362：(a)沉积光致抗蚀剂材料，(b)适当的构造光致抗蚀剂材料，(c)刻蚀钝化层360和层间金属介电层120，以及(d)剥离光致抗蚀剂材料。

图4a至4f示出了根据第二实施例的第二变体的磁传感器模块的制造工艺。

图4a示出了复合半导体结构105，复合半导体结构表示根据第二实施例的第二变体的制造磁传感器模块400的方法的起始基础。该复合半导体结构105与图1a中所示的复合半导体结构相同。因此为了简明起见，将不再描述图4a的复合半导体结构105。而是参考图1a的描述。

在图4b所示的下一个处理状态中，在接触元件112的上表面上形成接触插塞412a。这有效地使得接触元件112升高或延伸至与第二介电子层124的上表面相对应的高度级别。按照已知方式实现插塞，例如可以通过用钨(W)填充相应的通孔。

图4c示出了下一个处理状态，其中在与磁传感器元件430相对应区域中的插塞412上和第二介电子层124上，已经形成了坡莫合金层，坡莫合金层用作磁传感器元件430的材料并且用作插塞412a的导电保护层440。可以通过图中未示出的以下方式来形成这样构造的结构(a)沉积坡莫合金材料，(b)在沉积的坡莫合金材料的顶部沉积光致抗蚀剂材料，(c)构造光致抗蚀剂材料，以便去除位于磁传感器元件430附近和插塞412a附近的坡莫合金材料，(d)例如通过湿法或干法刻蚀工艺适当地构图坡莫合金材料，以及(e)剥离剩余的光致抗蚀剂材料。由于通过坡莫合金材料440保护插塞412，在步骤(d)期间不会侵害或损坏插塞412。

图4d示出了下一个处理状态，其中在位于磁传感器元件430附近的(i)插塞412上和(ii)第二介电子层124上，已经首先形成了金属扩散阻挡层452和接触材料层454。可以通过图中未示出的以下方式来形成这种构造结构：(a)沉积扩散阻挡层452，(b)沉积接触材料454，(c)在接触材料454的顶部沉积光致抗蚀剂材料，(d)适当的构造光致抗蚀剂材料，(e)刻蚀接触材料454，(f)剥离剩余的光致抗蚀剂材料，以及(g)例如通过使用所构造的接触材料454作为硬掩模来刻蚀扩散阻挡层452。

在图4e所示的下一个处理状态中，已经沉积了钝化层460。在沉积钝化层460期间、之前和/或之后，可以对磁传感器元件430进行退火。可以通过例如等离子沉积工艺的已知方式形成由例如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)制成的钝化层460。

如示出了所得到的磁传感器模块400的图4f所示，已经形成了接合焊盘114上的开口或凹槽462。这种开口或凹槽462允许磁传感器模块400例如通过接合引线与其他电子装置电连接。可以通过图中未示出的以下方式来形成这种开口或凹槽462：(a)沉积光致抗蚀剂材料，(b)适当的构造光致抗蚀剂材料，(c)刻蚀钝化层460和层间金属介电层120，以及(d)剥离光致抗蚀剂材料。

在构造的钝化层460的顶部，可以沉积用作机械应力缓冲的晶片涂覆材料。在接合焊盘114上方必须去除的这种晶片涂覆材料可以是photo-imide材料。在进一步处理磁传感器模块400之前，例如将磁传感器模块400与接合引线接触，可以通过适当的热处理来固化所述晶片涂覆材料。应该指出，还可以将晶片涂覆材料涂覆至分别在图1g、2g和3f中示出的钝化层160、260和360。

为了概括本发明的上述实施例，可以声明：

在本文件中，描述了用于磁传感器元件的材料或者用于ASCI的接触元件的保护层，以便允许利用例如CMOS工艺单片集成磁传感器元件。根据本发明第一实施例的变体，保护层导电并且不要求额外的掩模层，从而将工艺复杂度和制造成本保持在最小级别。因为这种保护层在凹槽的形成和填充期间保护了磁传感器元件(需要凹槽将优选地包括四个磁传感器元件的结构(具体地，惠斯通电桥结构)与位于有源半导体芯片下方的ASIC相连)，这种保护层增加了工艺鲁棒性和产量。在沉积钝化层之前的工艺中随后去除了有源磁传感器元件上方的保护层，从而确保了磁传感器元件的关键(坡莫合金)材料的最大保护。所述保护层只残留于接触区域中。

根据本发明第二实施例的变体，在沉积磁传感器元件的关键材料(坡莫合金)之前完成了凹槽的形成。通过使用用于凹槽或用于例如钨插塞的保护层，在磁传感器元件的构图期间防止相应的接触免受任何损坏，从而增加了工艺鲁棒性和产量。如果将磁传感器元件的材料(例如，坡莫合金)也用于保护，不要求附加的制造步骤，从而将工艺复杂度和制造成本保持在最小级别。

应该注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个。可以对与不同实施例相关联的描述的元件进行组合。还应该注意的是权利要求中的参考符号不应该解释为限制权利要求的范围。

参考数字：

100 磁传感器模块

105 复合半导体结构

110 半导体芯片

112 接触元件

114 接合焊盘

120 介电层

122 第一介电子层

124 第二介电子层

130 磁传感器元件

140 导电保护层

142 接触元件的开口/凹槽

152 扩散阻挡层

154 接触材料

160 钝化层

162 接合焊盘的开口/凹槽

200 磁传感器模块

226 接触元件的开口/凹槽

240 导电保护层

252 阻挡层

254 接触材料

260 钝化层

262 接合焊盘的开口/凹槽

300 磁传感器模块

326 接触元件的开口/凹槽

330 磁传感器元件

340 导电保护层

352  阻挡层

354  接触材料

360  钝化层

362  接合焊盘的开口/凹槽

400  磁传感器模块

412a 通孔、接触插塞

430  磁传感器元件

440  导电保护层

452  阻挡层

454  接触材料

460  钝化层

462  接合焊盘的开口/凹槽

Claims (15)

1.一种用于制造磁传感器模块的方法，所述磁传感器模块具有在半导体芯片处单片集成的磁传感器元件，所述半导体芯片包括集成电路，所述方法包括：

设置复合半导体结构，所述复合半导体结构包括(i)半导体芯片，(ii)针对集成电路的接触元件，所述接触元件形成于半导体芯片上，以及(iii)在半导体芯片上和接触元件上形成的介电层，

形成磁传感器层，所述磁传感器层在介电层上单片地设置用于磁传感器元件的材料，

通过去除介电层的位于接触元件上方的部分来暴露接触元件，以及

在所形成的磁传感器层或者暴露出的接触元件上形成导电保护层，以防止在(i)形成由磁传感器层产生的磁传感器元件的步骤和(ii)暴露接触元件的步骤之间的不利相互作用。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述介电层包括：

在半导体芯片上形成的第一介电子层；以及

在第一介电子层上形成的第二介电子层。

3.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：

在暴露出的接触元件上方的区域中形成暴露出的接触元件上的导电阻挡层；以及

在暴露出的接触元件上方的区域中形成在导电阻挡层上的接触材料。

4.根据前述权利要求所述的方法，还包括：

在磁传感器元件和接触材料上形成非金属钝化层。

5.根据前述权利要求所述的方法，还包括：

通过在接合焊盘上方的区域中去除钝化层和介电层，暴露在半导体芯片的表面处设置的接合焊盘。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中

所述导电保护层包括以下材料中的至少一个：TiW、TiWN、Ta、TaN、Ti、TiN、W、WN和NiFe。

7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的方法，其中

在暴露接触元件的步骤之前完成形成磁传感器层的步骤，并且

在形成的磁传感器层上形成导电保护层。

8.根据前述权利要求7所述的方法，还包括：

通过构造磁传感器层来形成磁传感器元件，

其中，在形成的磁传感器元件上和接触元件上形成导电保护层，并且

其中暴露接触元件的步骤包括：在接触元件上方的区域中去除介电层和导电保护层两者。

9.根据前述权利要求7所述的方法，其中

在暴露接触元件之前，通过在除已经形成或将要形成磁传感器元件的区域上方的区域之外的所有区域中去除导电保护层来构造导电保护层。

10.根据前述权利要求9所述的方法，其中

在形成的磁传感器层上形成导电保护层，其中还没有对所述形成的磁传感器层进行构造以形成磁传感器元件；以及

将构造的导电保护层用作硬掩模，用于去除磁传感器元件的区域外部的磁传感器层。

11.根据前述权利要求1-6中任一项所述的方法，其中

在形成磁传感器元件的步骤之前完成暴露接触元件的步骤，并且

在暴露出的接触元件上形成导电保护层。

12.根据前述权利要求11所述的方法，其中

导电保护层的材料与磁传感器元件的材料相同。

13.根据前述权利要求11至12中任一项所述的方法，其中

通过在接触元件上方的区域中去除介电层来完成暴露接触元件的步骤。

14.根据前述权利要求11至12中任一项所述的方法，其中

通过在接触元件上方的区域中形成穿过介电层的通孔、并且用导电材料填充所述通孔来完成暴露接触元件的步骤。

15.一种磁传感器模块，包括：

容纳集成电路的半导体芯片，

集成电路的接触元件，所述接触元件在半导体芯片上形成，

半导体芯片上至少在位于接触元件上方的区域外部的区域处形成的介电层，以及

在介电层上单片集成地形成的磁传感器元件，

其中通过根据前述权利要求任一项所述的方法制造所述磁传感器模块。