CN116299082A - 3d混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法 - Google Patents

3d混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116299082A
CN116299082A CN202310203775.8A CN202310203775A CN116299082A CN 116299082 A CN116299082 A CN 116299082A CN 202310203775 A CN202310203775 A CN 202310203775A CN 116299082 A CN116299082 A CN 116299082A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
integrated circuit
field sensor
silicon
circuit unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310203775.8A
Other languages
English (en)
Inventor
陈燕宁
邵瑾
付振
胡忠强
王帅鹏
钟明琛
杜剑
李阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co Ltd
Beijing Core Kejian Technology Co Ltd
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co Ltd
Beijing Core Kejian Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University, Beijing Smartchip Microelectronics Technology Co Ltd, Beijing Core Kejian Technology Co Ltd filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202310203775.8A priority Critical patent/CN116299082A/zh
Publication of CN116299082A publication Critical patent/CN116299082A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/0206—Three-component magnetometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0047—Housings or packaging of magnetic sensors ; Holders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0052—Manufacturing aspects; Manufacturing of single devices, i.e. of semiconductor magnetic sensor chips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/096—Magnetoresistive devices anisotropic magnetoresistance sensors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

本发明提供一种3D混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法，属于传感器封装技术领域。所述三维磁场传感器包括：外围集成电路单元和三个磁敏感单元，所述外围集成电路单元与三个磁敏感单元在垂直方向上堆叠设置；三个磁敏感单元包括基于霍尔(Hall)效应的Z轴磁敏感单元和基于各向异性磁阻(AMR)效应的X轴磁敏感单元及Y轴磁敏感单元；三个磁敏感单元与外围集成电路单元通过硅通孔导线相互电连接。采用硅通孔技术及3D堆叠技术，可以有效克服传统键合引线互联法带来的面积和体积消耗大、集成度低的缺点，为AMR/Hall混合三轴磁场传感器的微小型化和商业化应用带来可能。

Description

3D混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及传感器封装技术领域，具体地涉及一种3D混叠结构的三维磁场传感器以及一种3D混叠结构的三维磁场传感器制备方法。
背景技术
磁阻效应是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在变化的现象。各向异性磁阻(AMR)效应是在平行于磁膜平面的磁场作用下，磁性多层膜结构中至少有一个磁膜的磁化方向随磁场的大小而改变。在AMR磁传感器中，器件的磁阻率正比于磁性材料磁化方向与电流方向夹角余弦的平方。磁电阻极值与外磁场之间具有对应关系，因此可用于测量外磁场的大小。常采用微加工工艺形成蛇纹石型电阻条，利用电阻条的宽度和长度可以形成较大的电阻，可以应用于一些功耗要求极低的场合。
传统的AMR传感器受限于其结构和材料特性，薄膜材料的磁化方向通常平行于衬底平面(X-Y)，因此只能对平面内(X-Y)的磁场敏感，而对垂直于薄膜平面的磁场不敏感。为实现Z轴传感，通常可以采用诸如垂直封装、在倾斜的基片上制备磁阻材料、利用垂直各向异性材料，采用磁通集中器等方法。在倾斜平面的基片上沉积磁阻材料并制备磁阻单元的技术相当困难，当磁阻材料沉积在斜面时，缺陷增多，材料性能下降。磁阻传感器中采用垂直各向异性材料代替软磁薄膜材料也可以实现Z轴磁测量，但目前这种结构的磁传感器灵敏度低、滞回曲线大、稳定性差，难以实现商业化。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种3D混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法，该三维磁场传感器采用基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元和基于各向异性磁阻效应的X轴磁敏感单元及Y轴磁敏感单元，将AMR和Hall传感器结合可以在保证器件结构为平面堆叠的前提下，分别实现XY平面内磁场和Z轴磁场的探测。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种3D混叠结构的三维磁场传感器，所述三维磁场传感器包括：外围集成电路单元和三个磁敏感单元，所述外围集成电路单元与三个磁敏感单元在垂直方向上堆叠设置；三个磁敏感单元包括基于霍尔(Hall)效应的Z轴磁敏感单元和基于各向异性磁阻(AMR)效应的X轴磁敏感单元及Y轴磁敏感单元；三个磁敏感单元与外围集成电路单元通过硅通孔导线相互电连接。采用硅通孔技术及3D堆叠技术，可以有效克服传统键合引线互联法带来的面积和体积消耗大、集成度低的缺点，为AMR/Hall混合三轴磁场传感器的微小型化和商业化应用带来可能。
在本申请实施例中，所述磁敏感单元和外围集成电路单元均包括硅基底、隔离层和功能层，所述隔离层形成在所述硅基底上，所述功能层形成在所述隔离层上，所述功能层为敏感层或集成电路层。
在本申请实施例中，所述敏感层包括电极结构，不同磁敏感单元之间通过贯穿硅基底的硅通孔导线连通电极结构以实现信号传输。
在本申请实施例中，所述电极结构上设置有键合微凸块，所述硅通孔导线与所述键合微凸块连接。
在本申请实施例中，所述键合微凸块采用Cu-Sn-Cu共晶合金键合技，术制成。Cu-Sn-Cu共晶合金键合技术键合温度区间250℃～350℃，以避免Cu-Cu直接热压键合过程中过高的键合温度(350℃～400℃)和键合压力，保证封装器件的可靠性。
在本申请实施例中，所述Z轴磁敏感单元设置在X轴磁敏感单元、Y轴磁敏感单元以及外围集成电路单元下方。Z轴磁敏感单元设置在最下方能有效保证Z轴磁场采集的准确度。
在本申请实施例中，所述三维磁场传感器还包括：载体硅片，所述外围集成电路单元和三个磁敏感单元均设置在载体硅片上。载体硅片能够进一步提升器件的强度，保证器件的可靠性。
在本申请实施例中，所述外围集成电路单元还设置有引脚。
本发明第二方面提供一种3D混叠结构的三维磁场传感器制备方法，所述方法包括：
在制备好的外围集成电路单元和三个磁敏感单元上制作用于电连接的硅通孔；
在硅通孔中填充导线材料并制作键合微凸块；
将具有键合微凸块的外围集成电路单元和三个磁敏感单元叠置在载体硅片上；
将外围集成电路单元和三个磁敏感单元相互键合，使得三个磁敏感单元与外围集成电路单元通过硅通孔导线相互电连接；
所述三个磁敏感单元包括基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元和基于各向异性磁阻效应的X轴磁敏感单元及Y轴磁敏感单元。上述方法可以实现批量制作三维磁场传感器，采用3D堆叠技术制作方法简单，制作得到的三维磁场传感器面积和体积相对较小，集成度更高。
在本申请实施例中，所述外围集成电路单元通过如下步骤制作：
在硅基底上生长隔离层集成电路并留出硅通孔孔位；
切割制作完成的结构，得到外围集成电路单元；
所述磁敏感单元通过如下步骤制作：
在硅基底上生长隔离层和磁敏感层；
切割制作完成的结构，得到磁敏感单元。磁敏感单元和外围集成电路单元都可以同材料大批量制作，节约制作工艺流程。
在本申请实施例中，在制备好的外围集成电路单元和三个磁敏感单元上制作用于电连接的硅通孔，包括：
使用博世工艺，通过循环通入SF6和C4F8气体，交替进行刻蚀与钝化，在外围集成电路单元和三个磁敏感单元的电极位置垂直平面向下形成硅通孔。
在本申请实施例中，所述方法还包括：对键合后的外围集成电路单元和三个磁敏感单元进行外壳封装，同时预留出引脚接口。
本发明利用3D垂直堆叠工艺和TSV通孔技术，通过两层AMR敏感层、一层Hall敏感层和一层外围集成电路层堆叠和电气互联，实现对三维磁场的探测，同时可以充分利用垂直空间实现高密度的芯片集成，其具有灵敏度较高、体积小、功耗低、可靠性高、温度特性好、可集成化等优点。由于器件为多层堆叠，所用硅加工工艺精度高，其相邻平面角度可做到严格的相互平行，结构稳定性好，一体化封装集成度高，可在很小的平面面积内实现良好的三维磁传感能力。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的3D混叠结构的三维磁场传感器结构示意图；
图2是本发明另一种实施方式提供的3D混叠结构的三维磁场传感器结构示意图；
图3是本发明一种实施方式提供的3D混叠结构的三维磁场传感器制备方法流程图；
图4是本发明一种实施方式提供的三轴磁场传感器的椭球校准算法示意图。
附图标记说明
1-载体硅片，2-Z轴磁敏感单元，201-硅基底，202-隔离层，203-功能层，3-X轴磁敏感单元，4-Y轴磁敏感单元，5-外围集成电路单元，6-键合微凸块，7-硅通孔导线，8-引脚。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例一
图1是本发明一种实施方式提供的3D混叠结构的三维磁场传感器结构示意图。如图1所示，所述三维磁场传感器包括：外围集成电路单元5和三个磁敏感单元，所述外围集成电路单元5与三个磁敏感单元在垂直方向上堆叠设置；三个磁敏感单元包括基于霍尔(Hall)效应的Z轴磁敏感单元2和基于各向异性磁阻(AMR)效应的X轴磁敏感单元3及Y轴磁敏感单元4；三个磁敏感单元与外围集成电路单元5通过硅通孔导线7相互电连接。采用硅通孔技术及3D堆叠技术，可以有效克服传统键合引线互联法带来的面积和体积消耗大、集成度低的缺点，为AMR/Hall混合三轴磁场传感器的微小型化和商业化应用带来可能。
如图1所示，在本实施例中，基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元2设置在最底层，其上设置的是Y轴磁敏感单元4，Y轴磁敏感单元4上方设置的是X轴磁敏感单元3，最上方设置的是外围集成电路单元5。
在本申请实施例中，所述磁敏感单元和外围集成电路单元5均包括硅基底201、隔离层202和功能层203，所述隔离层202形成在所述硅基底201上，所述功能层203形成在所述隔离层202上，所述功能层203为敏感层或集成电路层。在一些实施例中，硅基底201采用经打磨的薄硅片，薄硅片一般厚度不超过50μm，隔离层202采用SiO2氧化层。敏感层为薄膜状的敏感层。在一些实施例中，硅基底201为正方形。
在本申请实施例中，所述敏感层包括电极结构，不同磁敏感单元之间通过贯穿硅基底201的硅通孔导线7连通电极结构以实现信号传输。在一些实施例中，采用金属铜作为硅通孔导线7的主要材料。
在一些实施例中，基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元2灵敏度范围为0.002mV/V/Oe～0.05mV/V/Oe，基于各向异性磁阻效应的X轴磁敏感单元3及Y轴磁敏感单元4灵敏度范围为0.05mV/V/Oe～1.5mV/V/Oe。
基于各向异性磁阻效应的X轴磁敏感单元3及Y轴磁敏感单元4均采用惠斯通电桥结构，且电极结构设置在四个端部。
在本申请实施例中，所述电极结构上设置有键合微凸块6，所述硅通孔导线7与所述键合微凸块6连接。外围集成电路单元5和三个磁敏感单元通过键合技术结合在一起。
在本申请实施例中，所述键合微凸块6采用Cu-Sn-Cu共晶合金键合技，术制成。Cu-Sn-Cu共晶合金键合技术键合温度区间250℃～350℃，以避免Cu-Cu直接热压键合过程中过高的键合温度(350℃～400℃)和键合压力，保证封装器件的可靠性。
在本申请实施例中，所述Z轴磁敏感单元2设置在X轴磁敏感单元3、Y轴磁敏感单元4以及外围集成电路单元5下方。Z轴磁敏感单元2设置在最下方能有效保证Z轴磁场采集的准确度。
在本申请实施例中，所述三维磁场传感器还包括：载体硅片1，所述外围集成电路单元5和三个磁敏感单元均设置在载体硅片1上。载体硅片1能够进一步提升器件的强度，保证器件的可靠性。
在本申请实施例中，所述外围集成电路单元5还设置有引脚8。
在本申请实施例中，三维磁场传感器还采用封装外壳进行了整体封装。封装后的传感器长宽高约为2000μm×2000μm×1000μm。
需要说明的是，为方便绘制，图1中仅示意性地给出了部分硅通孔和键合微凸块6，在生产制造中需根据实际电路连接的需要进行设计。在传感器的最上方已留出接口，方便对接外围电路。
本发明采用了两种磁场敏感层，即Hall敏感层及AMR敏感层。由于硅通孔工艺的加入，在通孔加工过程中不可避免地会对各敏感层的特性产生扰动，且材料特性决定了Hall敏感层及AMR敏感层的灵敏度天然存在一个数量级左右的差异，因此在进行三维磁场传感之前，需要对器件的性能进行校准。对于典型的三轴磁场传感器而言，其在X、Y、Z方向上还存在一定的零点漂移误差，即在零磁场下各轴的输出电压不为0。此外，还应考虑到在多层结构的加工过程中，由于加工精度的限制，各敏感层的敏感轴之间的实际夹角不可能完美地保持在90度，即存在非正交误差。
以上所述的灵敏度误差、零点漂移误差、非正交误差等都将直接改变传感器的测量结果，导致三轴磁场传感器性能指标的不准确和不可靠。对以上问题，传统的解决方法为单轴校准，其只能直接校准灵敏度误差和零点漂移误差，且需依次校准各轴，步骤繁琐，会引入新的测量误差。若根据各单轴校准的原始数据直接计算非正交误差，则单轴校准中的各次测试角度误差累积进来，对校准效果产生不利影响。因此，在具体的实施过程中，采用三轴磁场传感器的椭球校准算法进行校准，实现“一次校准直接使用”，仅需对封装完成后的三维磁场传感器进行整体校准，就可解析出以上提及的全部误差。
在实际测试时，实施例的具体配置如下：外加直流磁场强度为2Oe固定值，方向为X轴正向；X、Y、Z方向上的敏感层的磁场灵敏度分别为0.3100mV/V/Oe、0.2900mV/V/Oe、0.010mV/V/Oe，且各输出信号通道Vout1、Vout2、Vout3分别连接一个AD 620电压放大模块，放大倍数均设置为1000倍；X、Y、Z方向上的零点漂移电压分别为0.3000V、-0.3000V、0.1000V；用于描述X、Y、Z敏感轴之间的非正交度的三个角度值分别为5.00°、10.00°、15.00°；X、Y、Z方向上均存在0.001V的随机噪声。
在椭球拟合校准实验中，初始时器件的放置位置要求为：理想器件的坐标系O-XYZ应与外加磁场所在的大地坐标系o-xyz重合。在放置完毕后，使用两套旋转平台分别控制三维传感器在磁场空间中旋转，采取的器件旋转方式为：偏转角间隔30.00度，俯仰角间隔30.00度，偏转角取值范围为0.00度到180.00度(不含180.00度)，俯仰角取值范围为0.00度到360.00度(不含360.00度)。通过适当的程序配置，可以实现传感器的取向遍历空间中的各个方向。在每个取值角度的组合处，旋转平台将停留2秒，等待传感器稳定静止后读取并记录各通道的测量数据。
需要说明的是：为验证三轴磁场传感器的椭球校准算法的校准效果，此处对以上主要特性均已经做了提前的测量或配置。在实际的三轴磁场传感器的椭球校准算法及其操作流程中，仅需已知外加磁场信息，并记录三个通道的测量数据，其余所有信息均无需提前获取，可大幅降低校准流程的复杂性。
根据测试过程中记录的各通道测量数据，经由椭球拟合算法及后续算法，求解所得的器件的指标如下：X、Y、Z方向上的磁场灵敏度分别为0.3102mV/V/Oe、0.2908mV/V/Oe、0.0100mV/V/Oe；X、Y、Z方向上的零点漂移分别为0.3011V、-0.3009V、0.1000V；用于描述X、Y、Z敏感轴之间的非正交度的三个角度值分别为5.12°、9.98°、14.89°。对比可知该求解结果较为准确地反映了三轴磁场传感器的真实指标，具有良好的效果。
根据求解所得的三轴磁场传感器的各项指标，可将原始测量数据解析得到经校准的磁测数据，且该数据应当分布于理想的磁测球面附近，如图2所示。经校准的磁测数据越贴近理想的磁测球面，说明校准效果越好。
综上，本申请中采用的三轴磁场传感器的椭球校准算法可以很好地对三轴磁场传感器的误差进行校准，在很大程度上提高了所提出的AMR/Hall混用的3D混叠结构三维磁场传感器的实用性。
实施例二
如图3所示是本发明另一种实施方式提供的3D混叠结构的三维磁场传感器，如图3所示，所述三维磁场传感器包括：外围集成电路单元5和三个磁敏感单元，所述外围集成电路单元5与三个磁敏感单元在垂直方向上堆叠设置；三个磁敏感单元包括基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元2和基于各向异性磁阻效应的X轴磁敏感单元3及Y轴磁敏感单元4；三个磁敏感单元与外围集成电路单元5通过硅通孔导线7相互电连接。采用硅通孔技术及3D堆叠技术，可以有效克服传统键合引线互联法带来的面积和体积消耗大、集成度低的缺点，为AMR/Hall混合三轴磁场传感器的微小型化和商业化应用带来可能。
如图3所示，在本实施例中，Y轴磁敏感单元4设置在最底层，其上设置的是基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元2，Z轴磁敏感单元2上方设置的是X轴磁敏感单元3，最上方设置的是外围集成电路单元5。
如图4所示，本发明第二方面提供一种3D混叠结构的三维磁场传感器制备方法，所述方法包括：
在制备好的外围集成电路单元5和三个磁敏感单元上制作用于电连接的硅通孔，在本申请实施例中，使用博世(Bosch)工艺，通过循环通入SF6和C4F8气体，交替进行刻蚀与钝化，在外围集成电路单元5和三个磁敏感单元的电极位置垂直平面向下形成硅通孔。
在硅通孔中填充导线材料并制作键合微凸块6，在本申请实施例中，采用电镀工艺在硅通孔中填充金属Cu作为导电材料，并在所需键合位置区域电镀铜凸块，并在铜凸块上电镀锡焊料，以形成键合微凸块6。
将具有键合微凸块6的外围集成电路单元5和三个磁敏感单元叠置在载体硅片1上；在一些实施例中，按照如下顺序进行叠置，从下至上，依次为：载体硅片1、Z轴敏感单元、X轴敏感单元、Y轴敏感单元、外围集成电路单元5。
将外围集成电路单元5和三个磁敏感单元相互键合，使得三个磁敏感单元与外围集成电路单元5通过硅通孔导线7相互电连接；
所述三个磁敏感单元包括基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元2和基于各向异性磁阻效应的X轴磁敏感单元3(难轴为X方向)及Y轴磁敏感单元4(难轴为Y方向)。上述方法可以实现批量制作三维磁场传感器，采用3D堆叠技术制作方法简单，制作得到的三维磁场传感器面积和体积相对较小，集成度更高。
在本申请实施例中，所述外围集成电路单元通过如下步骤制作：
在硅基底上生长隔离层集成电路并留出硅通孔孔位；
切割制作完成的结构，得到外围集成电路单元；
所述磁敏感单元通过如下步骤制作：
在硅基底上生长隔离层和磁敏感层；
切割制作完成的结构，得到磁敏感单元。在本实施例中，硅基底为经打磨的薄硅片，薄硅片厚度不超过50μm。切割完后的的磁敏感单元和外围集成电路单元是1000μm×1000μm的片状结构。磁敏感单元和外围集成电路单元都可以同材料大批量制作，节约制作工艺流程。
在本申请实施例中，所述方法还包括：对键合后的外围集成电路单元和三个磁敏感单元进行外壳封装，同时预留出引脚8接口。
在本申请中，采用AMR和Hall传感器结合，可以在保证器件结构为平面堆叠的前提下，分别实现XY平面内磁场和Z轴磁场的探测。同时采用TSV技术和硅片3D堆叠则可以有效克服传统键合引线互联法带来的面积和体积消耗大、集成度低的缺点，为AMR/Hall混合三轴磁场传感器的微小型化和商业化应用带来可能。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (12)

1.一种3D混叠结构的三维磁场传感器，其特征在于，所述三维磁场传感器包括：外围集成电路单元和三个磁敏感单元，所述外围集成电路单元与三个磁敏感单元在垂直方向上堆叠设置；
三个磁敏感单元包括：基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元和基于各向异性磁阻效应的X轴磁敏感单元及Y轴磁敏感单元；三个磁敏感单元与外围集成电路单元通过硅通孔导线相互电连接。
2.根据权利要求1所述的3D混叠结构的三维磁场传感器，其特征在于，所述磁敏感单元和外围集成电路单元均包括硅基底、隔离层和功能层，所述隔离层形成在所述硅基底上，所述功能层形成在所述隔离层上，所述功能层为敏感层或集成电路层。
3.根据权利要求2所述的3D混叠结构的三维磁场传感器，其特征在于，所述敏感层包括电极结构，不同磁敏感单元之间通过贯穿硅基底的硅通孔导线连通电极结构以实现信号传输。
4.根据权利要求3所述的3D混叠结构的三维磁场传感器，其特征在于，所述电极结构上设置有键合微凸块，所述硅通孔导线与所述键合微凸块连接。
5.根据权利要求4所述的3D混叠结构的三维磁场传感器，其特征在于，所述键合微凸块采用Cu-Sn-Cu共晶合金键合技术制成。
6.根据权利要求1所述的3D混叠结构的三维磁场传感器，其特征在于，所述Z轴磁敏感单元设置在X轴磁敏感单元、Y轴磁敏感单元以及外围集成电路单元下方。
7.根据权利要求1所述的3D混叠结构的三维磁场传感器，其特征在于，所述三维磁场传感器还包括：载体硅片，所述外围集成电路单元和三个磁敏感单元均设置在载体硅片上。
8.根据权利要求1所述的3D混叠结构的三维磁场传感器，其特征在于，所述外围集成电路单元还设置有引脚。
9.一种3D混叠结构的三维磁场传感器制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在制备好的外围集成电路单元和三个磁敏感单元上制作用于电连接的硅通孔；
在硅通孔中填充导线材料并制作键合微凸块；
将具有键合微凸块的外围集成电路单元和三个磁敏感单元叠置在载体硅片上；
将外围集成电路单元和三个磁敏感单元相互键合，使得三个磁敏感单元与外围集成电路单元通过硅通孔导线相互电连接；
所述三个磁敏感单元包括：基于霍尔效应的Z轴磁敏感单元和基于各向异性磁阻效应的X轴磁敏感单元及Y轴磁敏感单元。
10.根据权利要求9所述的3D混叠结构的三维磁场传感器制备方法，其特征在于，所述外围集成电路单元通过如下步骤制作：
在硅基底上生长隔离层集成电路并留出硅通孔孔位；
切割制作完成的结构，得到外围集成电路单元；
所述磁敏感单元通过如下步骤制作：
在硅基底上生长隔离层和磁敏感层；
切割制作完成的结构，得到磁敏感单元。
11.根据权利要求9所述的3D混叠结构的三维磁场传感器制备方法，其特征在于，在制备好的外围集成电路单元和三个磁敏感单元上制作用于电连接的硅通孔，包括：
使用博世工艺，通过循环通入SF6和C4F8气体，交替进行刻蚀与钝化，在外围集成电路单元和三个磁敏感单元的电极位置垂直平面向下形成硅通孔。
12.根据权利要求9所述的3D混叠结构的三维磁场传感器制备方法，其特征在于，所述方法还包括：对键合后的外围集成电路单元和三个磁敏感单元进行外壳封装，同时预留出引脚接口。
CN202310203775.8A 2023-03-02 2023-03-02 3d混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法 Pending CN116299082A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310203775.8A CN116299082A (zh) 2023-03-02 2023-03-02 3d混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310203775.8A CN116299082A (zh) 2023-03-02 2023-03-02 3d混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116299082A true CN116299082A (zh) 2023-06-23

Family

ID=86814408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310203775.8A Pending CN116299082A (zh) 2023-03-02 2023-03-02 3d混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116299082A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11678584B2 (en) Methods of manufacturing a magnetic field sensor
EP2752676B1 (en) Triaxial magnetic field sensor
WO2015144073A1 (zh) 一种单芯片三轴磁场传感器及其制备方法
US10353020B2 (en) Manufacturing method for integrated multilayer magnetoresistive sensor
US8981773B2 (en) Magnetoresistive sensor with reduced parasitic capacitance, and method
CN110927637A (zh) 一种三轴mtj磁场传感器及其制备方法
CN112097800A (zh) 360度磁角度传感器
CN102680158A (zh) 基于硅通孔技术的集成式微型压力流量传感器
CN116299082A (zh) 3d混叠结构的三维磁场传感器及其制备方法
CN114720923A (zh) 镂空立方体封装的三维磁传感器及其制作方法
CN112130101A (zh) 一种优化的磁阻传感器及磁阻感测结构
CN115360295B (zh) 基于长方体硅基通孔的三维磁传感器及其制造方法
CN117936515B (zh) 含磁阻电流传感的三维集成tsv转接板及制备方法
CN213337994U (zh) 一种优化的磁阻传感器及磁阻感测结构
Zoschke et al. Fabrication of a high precision magnetic position sensor based on a through silicon via first approach
CN117630772A (zh) 三维隧道磁阻传感器及其制造方法
CN104375098B (zh) 磁传感装置及该装置的制备工艺
CN115881561A (zh) 磁隧道结互连通孔填充塞接触电阻测量结构及测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination