CN110581216B - 一种磁传感器的制造方法、磁传感器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁传感器的制造方法、磁传感器及电子设备，将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上；旋转生长衬底至预定的位置，将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上，得到不同钉扎方向的磁阻图案；本发明的制造方法，可以降低制造成本，并可获得钉扎方向不同的磁阻。
Description
技术领域
本发明涉及芯片领域，更具体地，涉及一种在衬底上制造多个磁阻的方法；本发明还涉及通过上述方法制得的磁传感器；本发明还涉及包括上述磁传感器的电子设备。
背景技术
在通过晶圆级的工艺制造磁传感器时，只能在膜片上形成方向单一的磁阻。这是由于在制造磁传感器的工序中，需要固定磁阻的钉扎方向。具体做法是将同一批次的晶圆放置在磁性退火炉中。磁性退火炉产生专用的外部磁场，并且对晶圆进行加热。磁阻在该专用的外部磁场作用下退火，从而将磁阻的钉扎方向进行固定。磁阻的钉扎方向根据专用外部磁场的方向有关。因此，该批次晶圆上批量制造的磁阻的钉扎方向都是相同的，这使得所有的磁阻均会在工作磁场的作用下同时增大或者同时减小，而无法形成全桥的惠斯通检测电桥。
但是，完整的惠斯通电桥更倾向于在同一芯片内进行双向的变化(差分)，以优化检测的性能。另外，典型的磁场传感器需要多轴感测(例如X轴、Y轴和Z轴)，这无法通过晶圆级的工艺上制造，只能通过装配的工艺将制作好的磁阻安装在基板上，这降低了传感器性能，而且尺寸较大，增加了制造成本。
另外磁性退火炉在提供热量的同时，还需要提供均匀的专用外部磁场，这使得磁性退火炉的价格昂贵。另外在进行高温退火的时候，很难保证置于退火炉中众多晶圆上不同的磁阻都可以处于均匀的磁场中，这会导致同批次高温退火后的磁阻的一致性较差。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种磁传感器的制造方法的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种磁传感器的制造方法，包括以下步骤：
S100,将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S200,从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上；
S300,旋转生长衬底至预定的位置，将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S400,从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上，得到不同钉扎方向的磁阻图案。
可选地，所述磁阻阵列与接收衬底通过粘结力、磁力或者静电力的方式结合在一起。
可选地，所述磁阻阵列与生长衬底之间的结合力大于磁阻阵列与接收衬底之间的结合力。
可选地，重复步骤S100至步骤S400，得到位于接收衬底上预定的磁阻图案。
可选地，在所述步骤S100之前，还包括在生长衬底上通过MEMS工艺制造磁阻阵列的步骤。
可选地，在所述步骤S400之后，还包括在接收衬底上沉积钝化层的步骤，所述钝化层将接收衬底上的磁阻覆盖起来。
可选地，在沉积钝化层的步骤之后，还包括形成引线部的步骤，以将磁阻的电信号引出。
可选地，位于接收衬底上的磁阻图案中，至少部分磁阻的钉扎方向与至少部分磁阻的钉扎方向相反。
可选地，位于接收衬底上的磁阻图案中，至少部分磁阻的钉扎方向与至少部分磁阻的钉扎方向垂直。
可选地，所述生长衬底为晶圆。
可选地，所述磁阻占用的面积小于400平方微米。
根据本发明的第二方面，提供了一种磁传感器的制造方法，包括以下步骤：
S100,将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S200,从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上；
S300,将位于生长衬底上的部分磁阻转移到辅助衬底上；
S400,将位于辅助衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S500,从辅助衬底侧用激光选择性照射辅助衬底，以将所选择的部分磁阻从辅助衬底剥离下来并转移到接收衬底上，得到不同钉扎方向的磁阻图案。
根据本发明的第三方面，提供了磁传感器，根据上述的制造方法得到。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包含上述的磁传感器。
本发明的制造方法可以是晶圆级或者芯片级的工艺，这种批量化的转移可以大大降低制造的成本。在接收衬底上具有不同钉扎方向的磁阻，可以实现一轴检测，或者实现二轴检测。且可以形成全桥的惠斯通检测电桥，在此不再具体说明。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1a至图1f是本发明制造方法的工艺流程图。
图2a至图2c示出了三种磁阻图案的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1a至图1f示出了本发明一种磁传感器制造方法的工艺流程图。
本发明磁传感器的制造方法，其包括以下步骤：
S100,将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起。
参考图1a，提供位于生长衬底1上的磁阻阵列。位于生长衬底1上的磁阻阵列可以是由他人供应的，也可以自行制作。例如在该步骤S100之前，还包括在生长衬底1上通过MEMS工艺制造磁阻阵列的步骤。
本发明的生长衬底1可以是晶圆。例如可以通过本领域技术人员所熟知的沉积、图案化等工艺在晶圆上形成磁阻阵列。由于受到工艺的限制，这些阵列中磁阻的钉扎方向是一致的，例如均朝向图示的右方。
在本发明一个具体的实施方式中，为了便于后续磁阻的转移，生长衬底1可以采用蓝宝石、玻璃、石英等透光的材质，使得可以采用激光剥离的方式进行选择性的转移。
本发明的磁阻可以是巨磁阻传感器(GMR)、隧道磁阻传感器(TMR)、各向异性磁阻传感器(AMR)或者本领域技术人员所熟知的其它磁阻等。通过采用高灵敏度的巨磁阻传感器(GMR)、隧道磁阻传感器(TMR)或各向异性磁阻传感器(AMR)来获得检测的电信号，可以保证检测机构的电学性能。当然，磁阻类型的不同，在晶圆上形成的各层结构也不同，在此不再具体说明。
在大规模批量制造的时候，通常会在晶圆上制作呈矩阵排列的磁阻。磁阻所占的面积通常在400平方微米以下。按照400平方微米计算，在本领域技术人员所熟知的8英寸(约3万平方毫米)的晶圆上，大约可以制造出7500万个矩阵排列的磁阻。
为了便于描述，在图1a中示出了两个磁阻，分别记为第一磁阻2、第二磁阻3。第一磁阻2、第二磁阻3是同时在生长衬底1上制作出来的，其钉扎方向相同，例如均朝向图示的右方。
参考图1b，生长衬底1上的磁阻阵列与接收衬底4结合在一起，此时第一磁阻2、第二磁阻3的钉扎方向依然朝向图示的右方。
将磁阻阵列以朝向接收衬底4的方式靠近并与接收衬底4结合在一起。磁阻阵列与接收衬底4之间的结合可以通过粘结力、磁力或者静电力的方式。
例如在本发明一个具体的实施方式中，接收衬底4上设置有粘合层5，将生长衬底1与接收衬底4的粘合层5贴合在一起，使第一磁阻2、第二磁阻3粘接在接收衬底4的粘合层5上。该粘合层5可以是硅树脂、橡胶、环氧树脂、金属合金等。
除了利用粘性的粘合层之外，本发明还可以利用静电力或磁力的作用来实现所述结合，在此不再具体说明。
在步骤S200中,从生长衬底1侧用激光选择性照射生长衬底1，以将所选择的部分磁阻从生长衬底1剥离下来并转移到接收衬底4上。
参考图1c，利用激光从生长衬底1侧照射与第一磁阻2对应位置的生长衬底1，从而弱化或者消除第一磁阻2与生长衬底1之间的结合力。该激光可以选用193nm或248nm或355nm波长的准分子激光，从而可以把激光对磁阻的损伤降到最低。
当激光穿过生长衬底1遇到不透光层时，会破坏不透光层的表面，从而弱化或消除不透光层与生长衬底1之间的结合力。
具体地，当在生长衬底1上形成GMR磁阻时，在GMR磁阻与生长衬底1之间通常会有一层介电层，例如二氧化硅或者聚合物等。此时激光会照射在该介电层上，弱化该介电层与生长衬底1之间的结合力，最终该介电层与GMR磁阻会同时从生长衬底1上剥离下来。
例如，当在生长衬底上形成TMR磁阻时，其与生长衬底1直接接触的为底部金属电极层，此时激光会照射在该底部金属电极层上，弱化该底部金属电极层与生长衬底1之间的结合力，最终使TMR磁阻会从生长衬底1上剥离下来。
参考图1c，由于第一磁阻2与生长衬底1之间的结合力被弱化或者消除；当生长衬底1与接收衬底4相互远离时，由于第一磁阻2结合在粘合层5上，因此第一磁阻2会与生长衬底1脱离。此时，第一磁阻2的钉扎方向依然朝向图示的右方。
另外，由于第二磁阻3是生长在生长衬底1上，其与生长衬底1之间的结合力会大于其与粘合层5之间的结合力。因此当生长衬底1与接收衬底4相互远离时，第二磁阻3会与粘合层5脱离并继续保持在生长衬底1上。此时，第二磁阻3的钉扎方向依然朝向图示的右方。
在本发明一个优选的实施方式中，在生长衬底1与接收衬底4脱离之前，还包括从接收衬底4侧照射与第二磁阻3相对应位置的接收衬底4的步骤。例如，选用激光照射接收衬底4上对应第二磁阻3的位置，以弱化第二磁阻3与接收衬底4的结合力，以便于第二磁阻3与接收衬底4的剥离。
在步骤S300中,旋转生长衬底1至预定的位置，将位于生长衬底1上的磁阻阵列与接收衬底4结合在一起。
参考图1d，将生长衬底1旋转180°，并根据预定的图案将生长衬底1移动至相应的位置后与接收衬底4结合在一起，以使第二磁阻3粘接在接收衬底4的粘合层5上。由于第二磁阻3随着生长衬底1旋转了180°，此时排布在接收衬底4上的第二磁阻3的钉扎方向朝向图示的左方，这与第一磁阻2的钉扎方向是相反的。
对于本领域的技术人员而言，例如当选择旋转90°或者270°时，第二磁阻3的钉扎方向会与第一磁阻2的钉扎方向垂直，这根据设计的磁阻图案而定。接收衬底4上磁阻图案的样式是多种多样的，图2a至图2c列举了三种图案的示意图。
在图2a的实施例中，设置有四个磁阻，分别记为第一磁阻10、第二磁阻11、第三磁阻12、第四磁阻13。其中，第一磁阻10、第二磁阻11分布在第一轴线方向上，例如X轴方向；第三磁阻12、第四磁阻13分布在第二轴线方向上，例如Y轴方向上。
其中第一磁阻10、第二磁阻11的钉扎方向均在X轴方向上，且相反，例如第一磁阻10朝向图示的右方，第二磁阻11朝向图示的左方。
第三磁阻12、第四磁阻13的钉扎方向均在Y轴方向上，且相反，例如第三磁阻12朝向图示的下方，第四磁阻13朝向图示的上方。
当然，第一磁阻10、第二磁阻11的钉扎方向也可以位于Y轴方向上，第三磁阻12、第四磁阻13的钉扎方向可以在X轴方向上，在此不再具体说明。
对于本领域的技术人员而言，惠斯通检测全桥通常需要四个电阻，因此在图2a示出的实施例中，第一磁阻10、第二磁阻11、第三磁阻12、第四磁阻13需要分别设置两个。两个第一磁阻10、两个第二磁阻11构成了X轴检测的惠斯通检测全桥；两个第三磁阻12、两个第四磁阻13构成了Y轴检测的惠斯通检测全桥。
在图2b的实施例中，与图2a实施例不同的是：第一磁阻10a、第二磁阻11a的钉扎方向均在X轴方向上，且相同，例如第一磁阻10a、第二磁阻11a均朝向图示的右方。第三磁阻12a、第四磁阻13a的钉扎方向均在Y轴方向上，且相同，例如第三磁阻12a、第四磁阻13a均朝向图示的上方。
在图2c的实施例中，设置有两个磁阻，分别记为第一磁阻10c、第二磁阻11c。第一磁阻10c、第二磁阻11c排布在第一轴线方向上，例如分布在X轴方向上。第一磁阻10c、第二磁阻11c的钉扎方向位于X轴方向且相反。例如第一磁阻10d的钉扎方向朝向图示的右方；第二磁阻11d的钉扎方向朝向图示的左方。
在步骤S400中，与步骤S200相似的是,从生长衬底1侧用激光选择性照射生长衬底1，以将所选择的部分磁阻从生长衬底1剥离下来并转移到接收衬底4上，得到不同钉扎方向的磁阻图案。
参考图1d，采用激光从生长衬底1侧照射与第二磁阻3对应的生长衬底1，当激光穿过生长衬底1遇到不透光层时，会破坏不透光层的表面，从而弱化或消除不透光层与生长衬底1之间的结合力。
参考图1e，当生长衬底1与接收衬底4脱离时，第二磁阻3会与生长衬底1脱离，并结合在接收衬底4的粘合层5上，从而完成第二磁阻3的转移。最终得到位于接收衬底4上的第一磁阻2、第二磁阻3，且第一磁阻2、第二磁阻3的钉扎方向相反，使得第一磁阻2、第二磁阻3可以形成惠斯通检测电桥，提高了检测的精度。
可以根据实际需要以及预定的图案，按照上述的方法，依次重复，从而可以形成预定的磁阻图案，即在接收衬底4上形成预定的磁阻图案。例如通过上述制造方法来制造如图2a所示的磁阻图案时，需要经过四次转移，具体不再具体说明。
通过上述的制造方法，可以在接收衬底1上得到不同钉扎方向的磁阻。例如，位于接收衬底上的磁阻图案中，至少部分磁阻的钉扎方向与至少部分磁阻的钉扎方向相反。这样结构的磁阻图案，可以批量制造构成惠斯通检测全桥的磁传感器(一轴检测)。
又例如，位于接收衬底上的磁阻图案中，至少部分磁阻的钉扎方向与至少部分磁阻的钉扎方向垂直。这样结构的磁阻图案，可以批量制造构成二轴检测的磁传感器。
又例如，位于接收衬底上的磁阻图案中，至少部分磁阻的钉扎方向与至少部分磁阻的钉扎方向相反，至少部分磁阻的钉扎方向与至少部分磁阻的钉扎方向垂直。这样结构的磁阻图案，可以批量制造构成惠斯通检测全桥的磁传感器(二轴检测)，例如形成X轴检测的惠斯通检测全桥电路，及Y轴检测的惠斯通检测全桥电路。
在本发明一个优选的实施方式中，在所述步骤S400之后，还包括在接收衬底4上沉积钝化层6的步骤。
参考图1f，在接收衬底4上沉积一层钝化层6，该钝化层6可以选用本领域技术人员所熟知的氮化硅等材质。该钝化层6可以起到保护磁阻的作用。
进一步优选的是，在沉积钝化层6的步骤之后，还包括形成引线部7的步骤，以将磁阻的电信号引出。
参考图1f，在钝化层6上对应第一磁阻2、第二磁阻3的位置刻蚀出通孔，之后通过图案化工艺在钝化层6上分别形成与第一磁阻2、第二磁阻3导通的引线部7，以将第一磁阻2、第二磁阻3的电信号引出。该引线部7可以作为磁阻用于外接的焊盘，在此不再具体说明。
本发明以两个磁阻为例描述了本发明的制造方法，对于整个晶圆而言，首先将部分磁阻转移到接收衬底上，之后旋转生长衬底并将部分磁阻转移到接收衬底上，依次重复，直至形成所需要的磁阻图案。对于约7500万颗磁阻的晶圆来说，每次转移的磁阻是百万级或者千万级的，这种批量化的转移可以大大降低制造的成本；同时可以得到钉扎方向不同的磁阻。
在本发明的制造方法中，也可以通过辅助衬底来进行临时转接，这根据具体需要进行选择。
例如当磁阻的钉扎方向位于平行于其厚度方向时，为了得到钉扎方向相反的磁阻，需要通过辅助衬底将部分磁阻转接一下。例如先将生长衬底1上的磁阻转接到辅助衬底上，再将辅助衬底上的磁阻转接到接收衬底4上。
具体地，包括以下步骤：
S100,将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S200,从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上；
S300,将位于生长衬底上的部分磁阻转移到辅助衬底上；
S400,将位于辅助衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S500,从辅助衬底侧用激光选择性照射辅助衬底，以将所选择的部分磁阻从辅助衬底剥离下来并转移到接收衬底上，得到不同钉扎方向的磁阻图案。
本发明还提供了一种磁传感器，通过上述的制造方法得到。该磁传感器可以基于晶圆级或者芯片级的制造工艺制造的。在接收衬底上具有不同钉扎方向的磁阻，可以实现一轴检测，或者实现二轴检测。且可以形成全桥的惠斯通检测电桥，在此不再具体说明。
本发明还提供了一种电子设备，包含上述的磁传感器，该电子设备可以是该电子设备可以是手机、平板电脑、可穿戴设备或者其它的智能终端，在此不再具体介绍。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (14)
1.一种磁传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100,将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S200,从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上；
S300,旋转生长衬底至预定的位置，将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S400,从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上，得到不同钉扎方向的磁阻图案。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述磁阻阵列与接收衬底通过粘结力、磁力或者静电力的方式结合在一起。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述磁阻阵列与生长衬底之间的结合力大于磁阻阵列与接收衬底之间的结合力。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，重复步骤S100至步骤S400，得到位于接收衬底上预定的磁阻图案。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S100之前，还包括在生长衬底上通过MEMS工艺制造磁阻阵列的步骤。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤S400之后，还包括在接收衬底上沉积钝化层的步骤，所述钝化层将接收衬底上的磁阻覆盖起来。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在沉积钝化层的步骤之后，还包括形成引线部的步骤，以将磁阻的电信号引出。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，位于接收衬底上的磁阻图案中，至少部分磁阻的钉扎方向与至少部分磁阻的钉扎方向相反。
9.根据权利要求1至8任一项所述的制造方法，其特征在于，位于接收衬底上的磁阻图案中，至少部分磁阻的钉扎方向与至少部分磁阻的钉扎方向垂直。
10.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述生长衬底为晶圆。
11.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述磁阻占用的面积小于400平方微米。
12.一种磁传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100,将位于生长衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S200,从生长衬底侧用激光选择性照射生长衬底，以将所选择的部分磁阻从生长衬底剥离下来并转移到接收衬底上；
S300,将位于生长衬底上的部分磁阻转移到辅助衬底上；
S400,将位于辅助衬底上的磁阻阵列与接收衬底结合在一起；
S500,从辅助衬底侧用激光选择性照射辅助衬底，以将所选择的部分磁阻从辅助衬底剥离下来并转移到接收衬底上，得到不同钉扎方向的磁阻图案。
13.磁传感器，其特征在于，根据权利要求1至12任一项所述的制造方法得到。
14.一种电子设备，包含根据权利要求13所述的磁传感器。
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