CN104681713B - 各向异性磁阻及提升各向异性磁阻z轴敏感度的制备方法 - Google Patents

各向异性磁阻及提升各向异性磁阻z轴敏感度的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种各向异性磁阻及提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，在形成常规的Z轴垂直磁阻之后，接着在垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层，接着，在刻蚀阻挡层的表面形成补偿磁阻，接着刻蚀区域位于基片表面上的补偿磁阻，保留位于沟槽侧壁上的补偿磁阻，从而在不增加表面磁阻厚度的情况下，增加沟槽侧壁上的补偿磁阻的厚度，并且刻蚀阻挡层并不影响磁场的通过，不会影响各向异性磁阻的性能。

Description

各向异性磁阻及提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体设计及制造领域，更具体地说，本发明涉及一种各向异性磁阻及提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法。
背景技术
各向异性磁阻(AMR)传感器是现代产业中的新型磁电阻效应传感器，AMR传感器正变得日益重要，尤其是在最新的智能手机，以及汽车产业中的停车传感器、角度传感器、自动制动系统(ABS)传感器以及胎压传感器中得到广泛应用。除各向异性磁阻(AMR)传感器外，磁性传感器目前的主要技术分支还有霍尔传感器、巨磁传感器(GMR)、隧道结磁传感器(TMR)等，但由于AMR传感器具有比霍尔效应传感器高得多的灵敏度，且技术实现上比GMR和TMR更加成熟，因此各向异性磁阻(AMR)传感器的应用比其他磁传感器的应用更加广泛。
3轴各向异性磁阻(3D AMR)磁传感器提供了一种测量地磁场内的线位置和/或线位移以及角位置和/或角位移的解决方案，其能够提供高空间分辨率和高精度，而且功耗很低。AMR磁传感器的工作原理是通过测量电阻变化来确定磁场强度。
在3轴(X轴、Y轴、Z轴)AMR的制程中，X轴和Y轴的磁阻材料形成在平面上，而Z轴的磁阻材料需要和X轴及Y轴形成的平面垂直，因此，要形成一个与平面垂直的沟槽(Trench)，以便将Z轴的磁阻材料形成在沟槽的侧壁以及沟槽附近的表面上。
请参考图1，图1为各向异性磁阻Z轴形成后的剖面示意图，其中，基片10上形成有沟槽11，形成在Z轴上的为垂直磁阻，其包括形成在沟槽11的侧壁表面上的侧壁磁阻22以及形成在基片表面的表面磁阻21，其中，表面磁阻21与侧壁磁阻22相连，由于表面磁阻21和侧壁磁阻22为同一工艺步骤形成，均是在基片10及沟槽11表面形成一层磁性材料，然后对磁性材料进行刻蚀所得。然而，由于磁性材料在基片10表面的沉积速率大于在侧壁上的沉积速率，导致侧壁磁阻22的厚度小于表面磁阻21的厚度，受限于制备工艺，通常很难继续在侧壁上增加侧壁磁阻22的厚度，这就导致Z轴的垂直磁阻敏感度降低，进而使整个各向异性磁阻的敏感度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种各向异性磁阻及提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，能够增加Z轴侧壁磁阻的厚度，提高Z轴的敏感度。
为了实现上述目的，本发明提出了一种提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，包括步骤：
提供基片，所述基片中形成有沟槽，所述沟槽的侧壁上形成有侧壁磁阻，所述基片的表面形成有表面磁阻，所述侧壁磁阻与表面磁阻相连构成垂直磁阻；
在所述垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层；
在所述刻蚀阻挡层的表面形成补偿磁阻；
刻蚀位于所述基片上的补偿磁阻，保留位于所述沟槽侧壁上的补偿磁阻。
进一步的，所述刻蚀阻挡层的材质为氮化硅。
进一步的，采用各向异性刻蚀去除位于所述基片表面的补偿磁阻。
进一步的，去除位于所述基片上的补偿磁阻之后，再采用干法刻蚀去除位于表面磁阻上的刻蚀阻挡层。
进一步的，所述垂直磁阻的形成步骤包括：
在所述基片及沟槽的表面上形成磁性材料；
刻蚀所述磁性材料，去除所述沟槽表面预定区域以及沟槽底部的磁性材料，形成所述垂直磁阻。
进一步的，所述磁性材料为镍铁合金。
进一步的，在所述垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层的步骤包括：
在所述垂直磁阻、基片及沟槽的表面形成刻蚀阻挡层；
刻蚀位于所述基片及沟槽表面的刻蚀阻挡层，保留位于所述垂直磁阻表面的刻蚀阻挡层。
进一步的，在所述刻蚀阻挡层的表面形成补偿磁阻的步骤包括：
在所述基片、沟槽及刻蚀阻挡层的表面形成磁性材料；
各向异性刻蚀所述磁性材料，去除位于所述基片和沟槽表面的磁性材料，保留位于所述刻蚀阻挡层表面的磁性材料，形成补偿磁阻。
进一步的，所述补偿磁阻为镍铁合金。
进一步的，所述基片的材质为硅。
本发明还提出了一种各向异性磁阻结构，采用如上文所述的制备方法形成，包括：基片、沟槽、侧壁磁阻、表面磁阻、刻蚀阻挡层及补偿磁阻，其中，所述沟槽形成在所述基片中，所述侧壁磁阻形成在所述沟槽的侧壁表面，所述表面磁阻形成在所述基片上，并与所述侧壁磁阻相连，所述刻蚀阻挡层形成在所述侧壁磁阻的表面，所述补偿磁阻形成在所述刻蚀阻挡层的表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：在形成常规的Z轴垂直磁阻之后，接着在垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层，接着，在刻蚀阻挡层的表面形成补偿磁阻，接着刻蚀区域位于基片表面上的补偿磁阻，保留位于沟槽侧壁上的补偿磁阻，从而在不增加表面磁阻厚度的情况下，增加沟槽侧壁上的补偿磁阻的厚度，并且刻蚀阻挡层并不影响磁场的通过，不会影响各向异性磁阻的性能。
附图说明
图1为现有技术中各向异性磁阻Z轴形成后的剖面示意图；
图2为本发明一实施例中提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法的流程图；
图3至图5为本发明一实施例中提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备过程中的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的各向异性磁阻及提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图2，在本实施例中，提出了一种提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，包括步骤：
S100：提供基片，所述基片中形成有沟槽，所述沟槽的侧壁上形成有侧壁磁阻，所述基片的表面形成有表面磁阻，所述侧壁磁阻与表面磁阻相连构成垂直磁阻；
S200：在所述垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层；
S300：在所述刻蚀阻挡层的表面形成补偿磁阻；
S400：刻蚀位于所述基片上的补偿磁阻，保留位于所述沟槽侧壁上的补偿磁阻。
具体的，请参考图3，在步骤S100中，提出的基片100的材质为硅，通过刻蚀，在基片100中形成沟槽110，接着在所述沟槽110的侧壁上形成侧壁磁阻220，在所述基片100的部分表面形成有表面磁阻210，所述侧壁磁阻220与表面磁阻210相连，构成垂直磁阻，其中，所述垂直磁阻的形成步骤包括：在所述基片100及沟槽110的表面上形成磁性材料；刻蚀所述磁性材料，去除所述沟槽110表面预定区域以及所述沟槽110底部的磁性材料，形成所述垂直磁阻。其中，所述磁性材料为镍铁合金，其在不同磁场下具有不同电阻的特性。
请继续参考图3，在步骤S200中，在所述垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层300，其中，所述刻蚀阻挡层300的材质为氮化硅，由于氮化硅能够起到刻蚀阻挡的作用，并且不会与磁性材料发生反应，能够确保后续形成的各向异性磁阻的性能。具体的，在所述垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层300的步骤包括：在所述垂直磁阻、基片及沟槽的表面形成刻蚀阻挡层300；刻蚀位于所述基片100及沟槽110表面的刻蚀阻挡层300，保留位于所述垂直磁阻表面的刻蚀阻挡层300。
请参考图4，在步骤S300中，在所述刻蚀阻挡层300的表面形成补偿磁阻230；所述补偿磁阻230的材质也为镍铁合金。所述刻蚀阻挡层300的表面形成补偿磁阻230的步骤包括：在所述基片100、沟槽110及刻蚀阻挡层300的表面形成磁性材料；各向异性刻蚀所述磁性材料，各向异性刻蚀能够去除位于所述基片100和沟槽110表面的磁性材料，保留位于所述刻蚀阻挡层300表面的磁性材料，形成补偿磁阻230。所述补充磁阻230的厚度可以根据不同工艺需要来决定，在此不作限定。
请参考图5，在步骤S400中，刻蚀位于所述基片100上的补偿磁阻230，保留位于所述沟槽110侧壁上的补偿磁阻230，接着，再采用干法刻蚀去除位于表面磁阻210上的刻蚀阻挡层300。其中，采用各向异性刻蚀去除位于所述基片100表面的补偿磁阻230，从而能够保留位于所述沟槽110侧壁上的补偿磁阻230。
在本实施例的另一方面还提出了一种各向异性磁阻结构，采用如上文所述的制备方法形成，包括：基片100、沟槽110、侧壁磁阻220、表面磁阻210、刻蚀阻挡层300及补偿磁阻230，其中，所述沟槽110形成在所述基片100中，所述侧壁磁阻220形成在所述沟槽110的侧壁表面，所述表面磁阻210形成在所述基片100上，并与所述侧壁磁阻220相连，所述刻蚀阻挡层300形成在所述侧壁磁阻220的表面，所述补偿磁阻230形成在所述刻蚀阻挡层300的表面。
综上，在本发明实施例提供的各向异性磁阻及提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法中，在形成常规的Z轴垂直磁阻之后，接着在垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层，接着，在刻蚀阻挡层的表面形成补偿磁阻，接着刻蚀区域位于基片表面上的补偿磁阻，保留位于沟槽侧壁上的补偿磁阻，从而在不增加表面磁阻厚度的情况下，增加沟槽侧壁上的补偿磁阻的厚度，并且刻蚀阻挡层并不影响磁场的通过，不会影响各向异性磁阻的性能。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供基片，所述基片中形成有沟槽，所述沟槽的侧壁上形成有侧壁磁阻，所述基片的表面形成有表面磁阻，所述侧壁磁阻与表面磁阻相连构成垂直磁阻；
在所述垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层；
在所述刻蚀阻挡层的表面形成补偿磁阻；
刻蚀位于所述基片上的补偿磁阻，保留位于所述沟槽侧壁上的补偿磁阻。
2.如权利要求1所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，所述刻蚀阻挡层的材质为氮化硅。
3.如权利要求1所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，采用各向异性刻蚀去除位于所述基片上的补偿磁阻。
4.如权利要求3所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，去除位于所述基片上的补偿磁阻之后，再采用干法刻蚀去除位于表面磁阻上的刻蚀阻挡层。
5.如权利要求1所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，所述垂直磁阻的形成步骤包括：
在所述基片及沟槽的表面上形成磁性材料；
刻蚀所述磁性材料，去除所述沟槽表面预定区域以及沟槽底部的磁性材料，形成所述垂直磁阻。
6.如权利要求5所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，所述磁性材料为镍铁合金。
7.如权利要求1所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，在所述垂直磁阻的表面形成刻蚀阻挡层的步骤包括：
在所述垂直磁阻、基片及沟槽的表面形成刻蚀阻挡层；
刻蚀位于所述基片及沟槽表面的刻蚀阻挡层，保留位于所述垂直磁阻表面的刻蚀阻挡层。
8.如权利要求1所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，在所述刻蚀阻挡层的表面形成补偿磁阻的步骤包括：
在所述基片、沟槽及刻蚀阻挡层的表面形成磁性材料；
各向异性刻蚀所述磁性材料，去除位于所述基片和沟槽表面的磁性材料，保留位于所述刻蚀阻挡层表面的磁性材料，形成补偿磁阻。
9.如权利要求8所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，所述补偿磁阻为镍铁合金。
10.如权利要求1所述的提升各向异性磁阻Z轴敏感度的制备方法，其特征在于，所述基片的材质为硅。
11.一种各向异性磁阻结构，采用如权利要求1至10中任一项制备方法形成，其特征在于，包括：基片、沟槽、侧壁磁阻、表面磁阻、刻蚀阻挡层及补偿磁阻，其中，所述沟槽形成在所述基片中，所述侧壁磁阻形成在所述沟槽的侧壁表面，所述表面磁阻形成在所述基片上，并与所述侧壁磁阻相连，所述刻蚀阻挡层形成在所述侧壁磁阻的表面，所述补偿磁阻形成在所述刻蚀阻挡层的表面。
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