CN108987392B - 一种复合磁场传感器及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合磁场传感器及其制作工艺，所述复合磁场传感器包括作为衬底的硅片(1)，在所述硅片(1)的上表面制作有两个N沟道场效应晶体管，分别为第一场效应晶体管(MOSFET1)和第二场效应晶体管(MOSFET2)，在所述(MOSFET1)和(MOSFET2)上分别集成有第一巨磁电阻(GMR1)和第二巨磁电阻(GMR2)，以实现对外加磁场的测量。本发明所述的复合磁场传感器，结构简单，体积小，集成化程度高，其制作工艺操作方便，易于实现，适合大规模工业应用。
Description
技术领域
本发明涉及磁场传感器技术领域，具体涉及一种复合磁场传感器及其制作工艺。
背景技术
随着科学技术的迅速发展，传感器技术倍受重视，尤其是广泛应用于现代工业和电子产品的磁场传感器。
目前，在磁场传感器中应用的磁敏元件，包括霍尔元件、磁阻元件、磁敏二极管、磁敏晶体管等，这些元件在磁场测量范围内都会存在一定的温度漂移问题，导致其难以实现具有低温漂特性的弱磁场测量。
因此，为了达到具有低温漂特性的弱磁场测量，亟需提供一种具有温度补偿结构的复合磁场传感器及其制作工艺。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现:在单晶硅片上并联设置两个N沟道场效应晶体管，并连接有漏端负载电阻，构成差分电路结构，然后在栅极上各集成一个巨磁电阻，所述巨磁电阻通过感应外加磁场产生阻值变化，进而引起场效应晶体管栅极电压改变，导致沟道漏源电流的变化，从而引起输出电压改变，实现对外加弱磁场的测量，且温度漂移小，从而完成了本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：
第一方面，本发明提供了一种复合磁场传感器，其中，所述复合磁场传感器包括作为衬底的硅片1，在所述硅片1的上表面制作有两个N沟道场效应晶体管，分别为第一场效应晶体管MOSFET1和第二场效应晶体管MOSFET2，
在所述N沟道场效应晶体管MOSFET1和MOSFET2上分别集成有第一巨磁电阻GMR1和第二巨磁电阻GMR2，以实现外加磁场的测量。
其中，在所述硅片1的上表面设置有二氧化硅层。
其中，在所述硅片1的上表面制作有N沟道场效应晶体管的源区和漏区，所述源区和漏区均为n+型掺杂，
在所述源区和漏区的表面蒸镀金属铝层，分别形成第一场效应晶体管MOSFET1的第一源极S1和第一漏极D1、第二场效应晶体管MOSFET2的第二源极S2和第二漏极D2；
优选地，在所述源区和漏区之间制作有栅极，包括第一场效应晶体管MOSFET1的第一栅极G1和第二场效应晶体管MOSFET2的第二栅极G2。
其中，在所述漏区的一侧制作有漏端负载电阻，包括第一漏端负载电阻RL1和第二漏端负载电阻RL2，
所述第一漏端负载电阻RL1和第二漏端负载电阻RL2均为n-型掺杂。
其中，所述第一漏端负载电阻RL1一端连接第一漏极D1，作为传感器第一输出端VOUT1，所述第二漏端负载电阻RL2一端连接第二漏极D2，作为传感器第二输出端VOUT2，
优选地，所述第一漏端负载电阻RL1的另一端和第二漏端负载电阻RL2的另一端相连并连接电源VDD。
其中，在硅片1的上表面，位于第一栅极G1和第二栅极G2的一侧分别连接有第一巨磁电阻GMR1和第二巨磁电阻GMR2。
其中，所述第一巨磁电阻GMR1和第二巨磁电阻GMR2均为多层膜结构，优选为三层膜结构。
其中，所述巨磁电阻包括依次设置的第一磁性材料层、非磁性材料层和第二磁性材料层。
第二方面，提供了一种第一方面所述的复合磁场传感器的制作工艺，其中，所述制作工艺包括以下步骤：
步骤1，清洗硅片1，进行第一次氧化，在硅片上表面单面生长二氧化硅层；
步骤2，清洗，在二氧化硅层上生长氮化硅层3；
步骤3，进行第一次光刻，刻蚀氮化硅层，形成场氧窗口4；
步骤4，清洗，进行第二次氧化，在场氧窗口生长场氧2；
步骤5，进行第二次光刻，去除氮化硅和二氧化硅，形成有源区5；
步骤6，清洗，进行第三次氧化，在有源区生长二氧化硅；
步骤7，清洗，在步骤6中二氧化硅层的上表面生长多晶硅层；
步骤8，进行第三次光刻，光刻多晶硅，形成栅极；
步骤9，进行第四次光刻，光刻离子注入窗口，采用离子注入工艺，形成p+型掺杂区；
步骤10，进行第五次光刻，光刻离子注入窗口，进行n+型掺杂，形成N沟道场效应晶体管的源区6和漏区7；
步骤11，进行第六次光刻，光刻离子注入窗口，进行n-型掺杂，形成N沟道场效应晶体管的漏端负载电阻RL，然后进行高温真空退火处理；
步骤12，清洗，采用等离子体增强化学气相沉积系统生长二氧化硅层；
步骤13，进行第七次光刻，分别形成N沟道场效应晶体管的源区接触孔、漏区接触孔、栅极接触孔和衬底接触孔；
步骤14，清洗，然后真空蒸发生长铝电极；
步骤15，进行第八次光刻，分别形成N沟道场效应晶体管的源极、漏极、栅极、互连线和巨磁电阻金属电极。
其中，在步骤15之后，还包括以下步骤：
步骤16，进行第九次光刻，形成巨磁电阻多层膜窗口，清洗，然后生长多层膜，采用剥离工艺进行图形化；
步骤17，进行第十次光刻，形成巨磁电阻金属电极窗口，清洗，真空蒸发生长金属铝电极，然后采用剥离工艺进行图形化；
步骤18，清洗，进行合金化处理；
步骤19，划片，然后进行无磁化封装，得到所述复合磁场传感器。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明所提供的复合磁场传感器，结构简单，实现了芯片的小型化和集成化；
(2)本发明所提供的复合磁场传感器，将巨磁电阻作为两个N沟道场效应晶体管的栅极电阻，在外加x轴、y轴两个方向的磁场作用下，巨磁电阻阻值发生变化，进而引起场效应晶体管的栅极电压改变，导致沟道漏源电流发生变化，差分结构输出电压发生变化，能够实现对芯片表面平行方向的外加磁场的测量；
(3)本发明所提供的复合磁场传感器，两个场效应晶体管及其漏极负载电阻构成差分电路结构，两个巨磁电阻的设置方向相互垂直，能够对巨磁电阻的温度漂移进行补偿，实现低温漂、弱磁场的测量，检测效果好；
(4)本发明所提供的复合磁场传感器的制作工艺，操作方便，易于实现，适合大规模工业应用。
附图说明
图1示出本发明所述复合磁场传感器的整体结构示意图；
图2示出本发明所述复合磁场传感器的俯视示意图；
图3示出本发明所述复合磁场传感器沿图2中A-A截面的剖视图；
图4示出本发明所述磁场传感器的等效电路图；
图5-1～图5-13示出本发明所述制作工艺中步骤1～14的流程示意图；
图6-1示本发明对比例1中MOSFET管的Ids-Vds特性曲线图(外加磁场B＝0mT)，其中，曲线a～e分别为栅源电压为1.4V、1.6V、1.8V、2.0V、2.2V下的Ids-Vds特性曲线；
图6-2示本发明对比例2中MOSFET管的Ids-Vds特性曲线图(外加磁场B＝0mT)，其中，曲线a～e分别为栅源电压为1.4V、1.6V、1.8V、2.0V、2.2V下的Ids-Vds特性曲线；
图6-3示本发明实施例1中MOSFET管的Ids-Vds特性曲线图(外加磁场B＝0mT)，其中，曲线a～e分别为栅源电压为1.4V、1.6V、1.8V、2.0V、2.2V下的Ids-Vds特性曲线；
图6-4示本发明实施例1中MOSFET管的Ids-Vds特性曲线图(外加磁场B＝2mT)，其中，曲线a～e分别为栅源电压为1.4V、1.6V、1.8V、2.0V、2.2V下的Ids-Vds特性曲线；
图6-5示本发明实施例1中MOSFET管的Ids-Vds特性曲线图(外加磁场B＝4mT)，其中，曲线a～e分别为栅源电压为1.4V、1.6V、1.8V、2.0V、2.2V下的Ids-Vds特性曲线。
附图标号说明：
1-硅片；
2-场氧；
3-氮化硅层；
4-场氧窗口；
5-有源区；
6-源区；
7-漏区；
MOSFET1-第一场效应晶体管；
MOSFET2-第二场效应晶体管；
GMR1-第一巨磁电阻；
GMR2-第二巨磁电阻；
B1-第一衬底；
B2-第二衬底；
S1-第一源极；
S2-第二源极；
D1-第一漏极；
D2-第二漏极；
G-栅极；
G1-第一栅极；
G2-第二栅极；
RL1-第一漏端负载电阻；
RL2-第二漏端负载电阻；
VOUT-总输出电压；
VOUT1-第一输出端；
VOUT2-第二输出端；
GND-连接地线；
VDD-电源。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施方式的各工艺步骤，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供了一种复合磁场传感器，如图1～4所示，所述复合磁场传感器包括作为衬底的硅片1，在所述硅片1的上表面制作有两个N沟道场效应晶体管，为第一场效应晶体管MOSFET1和第二场效应晶体管MOSFET2，在所述N沟道场效应晶体管MOSFET1和MOSFET2上分别复合有第一巨磁电阻GMR1和第二巨磁电阻GMR2，以实现对外加磁场的测量。
其中，所述外加磁场为与硅片上表面平行方向的磁场。
在本发明中，所述场效应晶体管指的是金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)，是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件，是仅由一种载流子参与导电的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，包括电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件，本发明优选选择N沟道场效应晶体管。
根据本发明一种优选的实施方式，所述硅片1为单晶硅片，其中，所述硅片为<100>晶向p型单晶硅片，6英寸晶圆厚度为475μm～525μm，优选为500μm。
在进一步优选的实施方式中，所述硅片1的电阻率ρ≤0.5Ω·cm，优选为0.1Ω·cm。
根据本发明一种优选的实施方式，在所述硅片1的上表面设置有场氧。
其中，所述场氧为二氧化硅。
在进一步优选的实施方式中，所述场氧2的厚度为800nm-1200nm。
根据本发明一种优选的实施方式，在硅片1的上表面制作有N沟道场效应晶体管的源区和漏区。
在进一步优选的实施方式中，所述源区和漏区均为n+型掺杂。
在更进一步优选的实施方式中，如图1～2所示，在所述源区和漏区的表面蒸镀金属铝层，分别形成第一场效应晶体管的第一源极S1和第一漏极D1、第二场效应晶体管的第二源极S2和第二漏极D2。
根据本发明一种优选的实施方式，在所述源区和漏区之间的二氧化硅层的上表面设置有多晶硅层，在所述多晶硅层上表面制作有第一栅极G1和第二栅极G2。
根据本发明一种优选的实施方式，在所述源区的一侧还制作有第一衬底B1和第二衬底B2，二者均为p+型掺杂。
根据本发明一种优选的实施方式，在所述漏区的一侧制作有第一漏端负载电阻RL1和第二漏端负载电阻RL2。
在进一步优选的实施方式中，所述漏端负载电阻为n-型掺杂。
在更进一步优选的实施方式中，所述漏端负载电阻的阻值为1-3kΩ。
根据本发明一种优选的实施方式，如图1～3所示，所述第一漏端负载电阻RL1一端连接第一漏极D1，作为传感器第一输出端VOUT1，所述第二漏端负载电阻RL2一端连接第二漏极D2，作为传感器第二输出端VOUT2。
在进一步优选的实施方式中，所述第一漏端负载电阻RL1的另一端和第二漏端负载电阻RL2的另一端相连并连接电源VDD。
在更进一步优选的实施方式中，所述第一源极S1和第二源极S2相连并接地线GND。
在本发明中，所述第一场效应晶体管MOSFET1和第二场效应晶体管MOSFET2并联设置在硅片1的上表面，与连接的第一漏端负载电阻RL1和第二漏端负载电阻RL2共同构成差分电路，总输出电压VOUT为VOUT1和VOUT2的差值。
根据本发明一种优选的实施方式，在硅片1的上表面、第一栅极G1和第二栅极G2的一侧分别连接有第一巨磁电阻GMR1和第二巨磁电阻GMR2。
其中，所述GMR1和GMR2分别为MOSFET1和MOSFET2的栅极电阻。
在进一步优选的实施方式中，所述第一巨磁电阻GMR1和第二巨磁电阻GMR2均为多层膜结构，优选为三层膜结构。
在更进一步优选的实施方式中，所述巨磁电阻包括依次设置的第一磁性材料层、非磁性材料层和第二磁性材料层。
优选地，所述第一磁性材料层和第二磁性材料层为钴、铁等材料，所述非磁性材料为铜、铬等材料。
在本发明中，当外部微弱磁场发生变化时，所述具有三层膜结构的巨磁电阻的电阻阻值会发生急剧变化，能够用于检测磁场。
根据本发明一种优选的实施方式，如图1～3所示，所述第一巨磁电阻GMR1一端连接第一栅极G1，另一端连接电源VDD，和/或
所述第二巨磁电阻GMR2一端连接第二栅极G2，另一端连接电源VDD。
在本发明中，将第一巨磁电阻GMR1和第二巨磁电阻GMR2连接在N沟道场效应晶体管构成的差分电路中，能够在与硅片上表面平行的外加磁场(Bx、By)的作用下，使巨磁电阻的阻值发生变化，进而引起MOSFET1和MOSFET2栅极电压改变，导致漏源电流(IDS1、IDS2)发生改变，使得差分结构的总输出电压VOUT发生改变，实现对外加磁场的测量。
在进一步优选的实施方式中，如图1和2所示，所述第一巨磁电阻GMR1和第二GMR2的设置方向相互垂直，以能对x轴和y轴方向的外加磁场进行测量。
在本发明中，将GMR1和GMR2的方向设置为不同，主要是为了在外加磁场的作用下，使GMR1和GMR2的阻值变化趋势相反，进而使得差分结构中漏极第一输出端电压VOUT1和第二输出端电压VOUT2的变化趋势相反，从而能够实现对x轴和y轴方向磁场的测量。
本发明人经过研究发现，本发明所述的MOSFET1和MOSFET2及其负载电阻RL1和RL2构成的差分电路结构，能够对两个巨磁电阻的温度漂移进行补偿，可实现低温漂和信号放大。
本发明还提供以一种上述复合磁场传感器的制作工艺，所述工艺包括以下步骤：
步骤1，清洗硅片1，进行第一次氧化，在硅片上表面单面生长二氧化硅层(如图5-1所示)。
其中，所述硅片优选为<100>晶向p型单晶硅片，6英寸晶圆厚度为475-525μm，优选为500μm，电阻率ρ≤0.5Ω·cm，优选为0.1Ω·cm。
根据本发明一种优选的实施方式，所述二氧化硅层的厚度为300nm～500nm，优选为350nm～450nm，更优选为400nm。
在进一步优选的实施方式中，所述二氧化硅层通过热氧化法进行生长。
步骤2，清洗，在二氧化硅层上生长氮化硅层3(如图5-2所示)。
其中，采用化学气相沉积(CVD)法在二氧化硅层上生长氮化硅层。
根据本发明一种优选的实施方式，所述氮化硅层的厚度为100nm～250nm，优选为150nm～200nm，更优选为175nm。
步骤3，进行第一次光刻，刻蚀氮化硅层，形成场氧窗口4(如图5-3所示)。
步骤4，清洗，进行第二次氧化，在场氧窗口生长场氧2(如图5-4所示)。
其中，所述场氧二氧化硅层的厚度为800nm～1200nm，优选为900nm～1100nm，更优选为1000nm。
步骤5，进行第二次光刻，去除氮化硅和二氧化硅，形成有源区5(如图5-5所示)。
其中，所述场效应晶体管的源区、漏区、沟道区为有源区。
步骤6，清洗，进行第三次氧化，在有源区生长二氧化硅(如图5-6所示)。
其中，通过热氧化法在有源区生长高质量的二氧化硅，作为栅氧。所述高质量二氧化硅是指：在二氧化硅薄膜表面没有针孔、斑点和裂痕等缺陷，在二氧化硅薄膜中可动杂质离子较少，特别是钠离子的含量较低，在二氧化硅/硅界面陷阱密度较低等。
其中，所述生长的二氧化硅的厚度为10nm～30nm，优选为12～25nm，更优选为15nm。
步骤7，清洗，在步骤6中二氧化硅层的上表面生长多晶硅层。
其中，采用低压化学气相沉积法(LPCVD)生长多晶硅层，所述多晶硅层的厚度为300nm～500nm，优选为350nm～450nm，更优选为400nm。
步骤8，进行第三次光刻，光刻多晶硅，形成栅极G(如图5-7所示)。
步骤9，进行第四次光刻，光刻离子注入窗口，采用离子注入工艺，形成p+型掺杂区(如图5-8所示)。
其中，所述形成的p+型掺杂区作为N沟道场效应晶体管的衬底。
步骤10，进行第五次光刻，光刻离子注入窗口，进行n+型掺杂，形成N沟道场效应晶体管的源区6和漏区7(如图5-9所示)。
步骤11，进行第六次光刻，光刻离子注入窗口，进行n-型掺杂，形成N沟道场效应晶体管的漏端负载电阻RL，然后进行高温真空退火处理(如图5-10所示)。
其中，所述退火温度为900～980℃，优选为950℃；所述退火时间为20～40min，优选为30min。
步骤12，清洗，采用等离子体增强化学气相沉积系统(PECVD)生长二氧化硅层(如图5-11所示)。
其中，所述生长的二氧化硅层的厚度为400nm～600nm，优选为450～550nm，更优选为500nm。
步骤13，进行第七次光刻，分别形成N沟道场效应晶体管的源区接触孔、漏区接触孔、栅极接触孔和衬底接触孔(如图5-12所示)。
步骤14，清洗，然后真空蒸发生长铝电极(如图5-13所示)。
其中，所述铝电极的厚度为600nm～1000nm，优选为700nm～900nm，更优选为800nm。
步骤15，进行第八次光刻，分别形成N沟道场效应晶体管的源极、漏极、栅极、互连线和巨磁电阻金属电极。
步骤16，进行第九次光刻，形成巨磁电阻多层膜窗口，清洗，然后生长多层膜，采用剥离工艺进行图形化。
其中，所述多层膜通过高真空磁控溅射系统生长形成。
所述进行图形化的剥离工艺是指：在单晶硅基片上涂覆光致抗蚀剂，通过曝光、显影后，采用具有一定图形的光致抗蚀剂膜作为掩模，带胶膜沉积所需要金属层，通过去除光致抗蚀剂，把胶膜上的金属一起剥离干净，在单晶硅基片上只剩下原刻出图形的金属层。
步骤17，进行第十次光刻，形成巨磁电阻金属电极窗口，清洗，真空蒸发生长金属铝电极，然后采用剥离工艺进行图形化。
步骤18，清洗，进行合金化处理。
其中，所述合金化处理为真空条件下，在350～550℃下处理10～50min，优选为在400～450℃下处理20～40min，更优选为在420℃下处理30min。
步骤19，划片，然后进行无磁化封装，得到所述复合磁场传感器。
实施例
实施例1
按照下述步骤制作复合磁场传感器：
(1)清洗硅片(<100>晶向p型单晶硅片，6英寸晶圆厚度为500μm，电阻率为0.1Ω·cm)，采用热氧化法进行第一次氧化，在硅片上表面单面生长二氧化硅层，厚度为400nm；
(2)清洗，采用化学气相沉积法在二氧化硅层上生长氮化硅层，厚度为175nm；
(3)进行第一次光刻，刻蚀氮化硅层，形成场氧窗口；
(4)清洗，进行第二次氧化，在场氧窗口生长场氧二氧化硅，厚度为1000nm；
(5)进行第二次光刻，去除氮化硅和二氧化硅，形成有源区；
(6)清洗，通过热氧化法进行第三次氧化，在有源区生长高质量的二氧化硅，厚度为15nm；
(7)清洗，采用低压化学气相沉积法在步骤(6)中二氧化硅层的上表面生长多晶硅层，厚度为400nm；
(8)进行第三次光刻，光刻多晶硅，形成栅极；
(9)进行第四次光刻，光刻离子注入窗口，采用离子注入工艺，形成p+型掺杂区；
(10)进行第五次光刻，光刻离子注入窗口，进行n+型掺杂，形成N沟道场效应晶体管的源区和漏区；
(11)进行第六次光刻，光刻离子注入窗口，进行n-型掺杂，形成N沟道场效应晶体管的漏端负载电阻RL，然后进行高温真空退火处理，所述退火温度为950℃，时间为30min；
(12)清洗，采用等离子体增强化学气相沉积系统(PECVD)生长二氧化硅层，厚度为500nm；
(13)进行第七次光刻，分别形成N沟道场效应晶体管的源区接触孔、漏区接触孔、栅极接触孔和衬底接触孔；
(14)清洗，然后真空蒸发生长铝电极，厚度为800nm；
(15)进行第八次光刻，分别形成N沟道场效应晶体管的源极、漏极、栅极、互连线和巨磁电阻金属电极；
(16)进行第九次光刻，通过高真空磁控溅射系统形成巨磁电阻多层膜窗口，清洗，然后生长多层膜，采用剥离工艺进行图形化；
(17)进行第十次光刻，形成巨磁电阻金属电极窗口，清洗，真空蒸发生长金属铝电极，然后采用剥离工艺进行图形化；
(18)清洗，进行合金化处理，具体为真空条件下，在420℃下处理30min；
(19)划片，然后进行无磁化封装，得到所述复合磁场传感器。
其中，此实施例中连接的巨磁电阻的电阻值为1.5K。
对比例
对比例1
本对比例所用方法与实施例1相似，区别在于，MOSFET1和MOSFET2的栅极均未连接电阻。
对比例2
本对比例所用方法与实施例1相似，区别在于，MOSFET1和MOSFET2的栅极连接的电阻为非磁敏电阻，其电阻值为1.5K。
实验例
实验例1
采用磁场发生器(北京翠海佳诚磁电科技有限责任公司推荐型号：CH Hall-300，其能够产生1Gs～1T的磁场)和半导体I-V参数测试系统(KEITHLEY 4200-SCS)对实施例1、对比例1和对比例2中制备的传感器磁特性进行了测试，测试条件为Vgs＝1.4～2.2V，step＝0.2V；Vds＝0～5.0V，step＝1.0V，其中，Vgs为MOSFET的栅极和源极间电压，Vds为漏极和源极间电压，step为电压增加量补偿。
在室温(300K)条件下，将传感器放入测试系统的磁场环境下，调整磁场大小(分别为0T、2.0mT和4.0mT)，对传感器进行特性测试，测试结果如图6-1至图6-5所示。
图6-1(曲线a～e)为对比例1中MOSFET的栅极未串联电阻的Ids-Vds特性曲线(外加磁场B＝0mT)，图6-2(曲线a～e)为对比例2中MOSFET的栅极串联非磁敏电阻的Ids-Vds特性曲线(外加磁场B＝0mT)，图6-3(曲线a～e)为实施例1中MOSFET的栅极串联磁敏电阻的Ids-Vds特性曲线(外加磁场B＝0mT时)，图6-4(曲线a～e)为实施例1中MOSFET的栅极串联磁敏电阻的Ids-Vds特性曲线(外加磁场B＝2mT时)，图6-5(曲线a～e)为实施例1中MOSFET的栅极串联磁敏电阻的Ids-Vds特性曲线(外加磁场B＝4mT)。
对比图6-1和图6-2可知，栅极接负载电阻后，因负载电阻分压，MOSFET的栅源电压Vgs降低，Vds相同时，Ids降低；对比图6-2和图6-3可知，栅极接相同阻值负载电阻和磁敏电阻后，MOSFET在Vgs和Vds相同时，Ids近似相同；对比图6-3、图6-4和图6-5可知，外加磁场增加引起磁敏电阻阻值降低，MOSFET的栅源电压Vgs增加，Vds相同时，Ids随外加磁场增加而增加，可实现外加磁场测量。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种复合磁场传感器，其特征在于，所述复合磁场传感器包括作为衬底的硅片（1），在所述硅片（1）的上表面制作有两个N沟道场效应晶体管，分别为第一场效应晶体管（MOSFET1）和第二场效应晶体管（MOSFET2），
在所述第一场效应晶体管（MOSFET1）和第二场效应晶体管（MOSFET2）上分别集成有第一巨磁电阻（GMR1）和第二巨磁电阻（GMR2），以实现对外加磁场的测量，
将第一巨磁电阻（GMR1）和第二巨磁电阻（GMR2）分别作为两个N沟道场效应晶体管的栅极电阻，在外加x轴、y轴两个方向的磁场作用下，巨磁电阻阻值发生变化，
分别在第一场效应晶体管（MOSFET1）和第二场效应晶体管（MOSFET2）的漏区一侧制作有第一漏端负载电阻（R L1）和第二漏端负载电阻（R L2），
所述第一场效应晶体管（MOSFET1）和第二场效应晶体管（MOSFET2）并联设置在硅片（1）的上表面，与连接的第一漏端负载电阻（R L1）和第二漏端负载电阻（R L2）共同构成差分电路。
2.根据权利要求1所述的复合磁场传感器，其特征在于，在所述硅片（1）的上表面设置有二氧化硅层。
3.根据权利要求1所述的复合磁场传感器，其特征在于，在所述硅片（1）的上表面制作有N沟道场效应晶体管的源区和漏区，所述源区和漏区均为n+型掺杂，
在所述源区和漏区的表面蒸镀金属铝层，分别形成第一场效应晶体管（MOSFET1）的第一源极（S1）和第一漏极（D1）、第二场效应晶体管（MOSFET2）的第二源极（S2）和第二漏极（D2）。
4.根据权利要求3所述的复合磁场传感器，其特征在于，在所述源区和漏区之间制作有栅极，包括第一场效应晶体管（MOSFET1）的第一栅极（G1）和第二场效应晶体管（MOSFET2）的第二栅极（G2）。
5.根据权利要求3所述的复合磁场传感器，其特征在于，
所述第一漏端负载电阻（R L1）和第二漏端负载电阻（R L2）均为n-型掺杂。
6.根据权利要求5所述的复合磁场传感器，其特征在于，所述第一漏端负载电阻（R L1）一端连接第一漏极（D1），作为传感器第一输出端（V OUT1），所述第二漏端负载电阻（R L2）一端连接第二漏极（D2），作为传感器第二输出端（V OUT2）。
7.根据权利要求6所述的复合磁场传感器，其特征在于，所述第一漏端负载电阻（R L1）的另一端和第二漏端负载电阻（R L2）的另一端相连并连接电源（V DD）。
8.根据权利要求3所述的复合磁场传感器，其特征在于，在硅片（1）的上表面，位于第一栅极（G1）和第二栅极（G2）的一侧分别连接有第一巨磁电阻（GMR1）和第二巨磁电阻（GMR2）。
9.根据权利要求8所述的复合磁场传感器，其特征在于，所述第一巨磁电阻（GMR1）和第二巨磁电阻（GMR2）均为多层膜结构。
10.根据权利要求9所述的复合磁场传感器，其特征在于，所述第一巨磁电阻（GMR1）和第二巨磁电阻（GMR2）为三层膜结构。
11.根据权利要求8或9所述的复合磁场传感器，其特征在于，所述巨磁电阻包括依次设置的第一磁性材料层、非磁性材料层和第二磁性材料层。
12.一种如权利要求1至11之一所述的复合磁场传感器的制作工艺，其特征在于，所述制作工艺包括以下步骤：
步骤1，清洗硅片（1），进行第一次氧化，在硅片上表面单面生长二氧化硅层；
步骤2，清洗，在二氧化硅层上生长氮化硅层（3）；
步骤3，进行第一次光刻，刻蚀氮化硅层，形成场氧窗口（4）；
步骤4，清洗，进行第二次氧化，在场氧窗口生长场氧（2）；
步骤5，进行第二次光刻，去除氮化硅和二氧化硅，形成有源区（5）；
步骤6，清洗，进行第三次氧化，在有源区生长二氧化硅；
步骤7，清洗，在步骤6中二氧化硅层的上表面生长多晶硅层；
步骤8，进行第三次光刻，光刻多晶硅，形成栅极；
步骤9，进行第四次光刻，光刻离子注入窗口，采用离子注入工艺，形成p+型掺杂区；
步骤10，进行第五次光刻，光刻离子注入窗口，进行n+型掺杂，形成N沟道场效应晶体管的源区（6）和漏区（7）；
步骤11，进行第六次光刻，光刻离子注入窗口，进行n-型掺杂，形成N沟道场效应晶体管的漏端负载电阻（R L），然后进行高温真空退火处理；
步骤12，清洗，采用等离子体增强化学气相沉积系统生长二氧化硅层；
步骤13，进行第七次光刻，分别形成N沟道场效应晶体管的源区接触孔、漏区接触孔、栅极接触孔和衬底接触孔；
步骤14，清洗，然后真空蒸发生长铝电极；
步骤15，进行第八次光刻，分别形成N沟道场效应晶体管的源极、漏极、栅极、互连线和巨磁电阻金属电极；
步骤16，进行第九次光刻，形成巨磁电阻多层膜窗口，清洗，然后生长多层膜，采用剥离工艺进行图形化；
步骤17，进行第十次光刻，形成巨磁电阻金属电极窗口，清洗，真空蒸发生长金属铝电极，然后采用剥离工艺进行图形化；
步骤18，清洗，进行合金化处理；
步骤19，划片，然后进行无磁化封装，得到所述复合磁场传感器。
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