TWI497784B - 磁性感測裝置及其製作方法 - Google Patents

Description

磁性感測裝置及其製作方法

本發明是有關於一種感測裝置及其製作方法，且特別是有關於一種磁性感測裝置及其製作方法。

溝槽(trench)與孔洞(via)在積體電路製程中扮演著舉足輕重的角色。一般來說，溝槽或孔洞是藉由對基底進行蝕刻而形成。在蝕刻之後，產生於溝槽或孔洞的上緣部分的尖化(cusping)或是底部部分的底切(undercut)皆不利於後續製程，尤其是對於將導體層填入溝槽或孔洞的製程影響最大。在將導體層填入溝槽或孔洞後，上述的兩個缺陷容易使孔隙產生於導體層中，其可能導致斷路問題。因此，如何控制溝槽與孔洞在蝕刻後的側壁輪廓變得相當重要。

在目前的製程中，在蝕刻之後，溝槽或孔洞的側壁為斜面成為目前最常見的結構。由於斜面結構具有較佳的階梯覆蓋性(step-coverage)，因此斜面結構常被應用於金屬內連線的製程中。然而，在進行形成溝槽或孔洞的蝕刻製程之後，或是在移除光阻圖案之後，往往會對基底造成損傷，導致被蝕刻區域或移除光阻圖案的區域(例如斜面)的表面粗糙度提高，因而降低了金屬薄膜與基底之間的附著力。

除此之外，目前磁性感測裝置的製作方法甚多。為了 實現單晶片三軸感測的磁性感測裝置，將磁性感測裝置建構於斜坡上為達成的方法之一。然而，要在斜坡上進行微影製程時，斜坡坡度必須降低才能夠彌補黃光機台景深不足而導致曝光後發生失真(distortion)的問題。再者，若斜面處的表面粗糙度過高，亦將導致磁性感測裝置的靈敏度(sensitivity)大幅降低。

本發明提供一種磁性感測裝置，其具有較高的靈敏度。

本發明另提供一種磁性感測裝置的製作方法，其可避免磁性感測裝置的靈敏度降低。

本發明提出一種磁性感測裝置，包括基底、第一介電層以及至少一磁性感測元件。基底包含第一表面，其中第一表面具有至少一第一斜面。第一介電層配置於基底之第一表面上，第一介電層具有至少一第二斜面，其中第一介電層的表面粗糙度小於第一斜面的表面粗糙度，第二斜面的坡度小於第一斜面的坡度。磁性感測元件配置於第二斜面上。

本發明另提出一種磁性感測裝置的製作方法，此方法是先提供基底，此基底包含第一表面，其中第一表面具有至少一第一斜面。然後，於基底上形成第一介電層，第一介電層具有至少一第二斜面，其中第一介電層的表面粗糙度小於第一斜面的表面粗糙度，第二斜面的坡度小於第一 斜面的坡度。之後於至少一第二斜面上形成至少一磁性感測元件。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在下文中，「第一」、「第二」、「第三」僅是用來區分不同元件，而並非用來決定這些元件的形成順序。舉例來說，「第一介電層」、「第二介電層」分別表示在材料上不同或非同時形成的二層介電層，但並非表示第一介電層的形成先於第二介電層的形成。換句話說，第二介電層的形成可先於第一介電層的形成。

圖1A至圖1B為依照本發明第一實施例所繪示的磁性感測裝置的製作流程剖面圖。首先，請參照圖1A，於基底100中形成開口102。基底100例如為介電基底。開口102的形成方法例如是先於基底100上形成圖案化光阻層(未繪示)，然後以圖案化光阻層為蝕刻罩幕來進行非等向性蝕刻製程，之後再移除圖案化光阻層。藉由調整非等向性蝕刻製程的製程參數，可使開口102的側壁具有斜面結構。也就是說，在進行蝕刻製程之後，基底100具有頂面100a以及與頂面100a連接的第一斜面100b。在本實施例中，第一斜面100b的坡度θ₁ 例如介於15度至80度之間。

在上述非等向性蝕刻製程以及移除圖案化光阻層的過程中皆會使基底100受到損傷，因而使得基底100具有 較大的表面粗糙度。此較大的表面粗糙度會對後續進行的製程造成影響。例如，在後續將膜層形成於基底100上時，此膜層會因基底100的表面粗糙度過高而容易自基底100剝離。或者，若將磁性感測元件形成於具有較大的表面粗糙度的基底100上時，磁性感測裝置的靈敏度會因此大幅降低。

此外，由於以非等向性蝕刻製程形成的第一斜面100b往往具有較大的坡度，使得後續在第一斜面100b上進行微影製程(即於第一斜面100b上形成光阻圖案)時，往往造成微影機台因景深不足而導致曝光後光阻圖案變形的問題。另外，第一斜面100b的較大坡度也導致後續欲填入開口102中的膜層的階梯覆蓋性不佳。

之後，請參照圖1B，於基底100上形成第一介電層104。第一介電層104的形成方法例如為旋轉塗佈法。第一介電層104的材料例如為氫化倍半矽氧烷(hydrogen silsesquioxane，HSQ)或甲基倍半氧硅烷(methyl silsesquioxane，MSQ)。第一介電層104的厚度例如介於100 um至300 um之間。由於第一介電層104以旋轉塗佈法來形成，因此可以具有較平滑的表面，即第一介電層104的表面粗糙度可小於蝕刻過程後基底100的表面粗糙度，使得基底100的受損部分可以得到修補。第一介電層104的表面粗糙度(root mean-square-average roughness，Rq)可介於0.2 nm至0.3 nm之間。如此一來，第一介電層104的表面粗糙度小於第一斜面100b的表面粗糙度，因此可有 效地提高後續形成於第一介電層104上的膜層與第一介電層104之間的附著力。

在第一介電層104形成於基底100上之後，第一介電層104的位於第一斜面100b上的部分形成第二斜面104a。在本實施例中，由於第一介電層104是利用旋轉塗佈的方式形成於基底100上，基於旋轉塗佈的特性，第二斜面104a的坡度θ₂ 小於第一斜面100b的坡度θ₁ 。在本實施例中，第一斜面100b的坡度θ₁ 例如介於15度至80度之間，第二斜面的坡度θ₂ 可介於10度至60度之間。例如，當第一斜面100b的坡度θ₁ 為30度時，第二斜面100b的坡度θ₂ 則為15度至25度之間。由於第二斜面104a具有較小的坡度，因此可以有效地避免上述光阻圖案變形與階梯覆蓋性不佳的問題。

請繼續參照圖1B，在形成第一介電層104之後，於第二斜面104a上形成磁性感測元件106，以完成本實施例的磁性感測裝置10的製作。在本實施例中，並不對磁性感測元件106的種類作限制，且磁性感測元件的形成方法為本領域技術人員所熟知，故於此不另行說明。一般來說，磁性感測元件106的形狀可為橢圓形或長條形。在本實施例中，磁性感測元件106可以長軸垂直於圖面的方式形成於第二斜面104a上。當然，在其他實施例中，磁性感測元件106也可以短軸垂直於圖面的方式形成於第二斜面104a上。由於第一介電層104形成於基底100上之後修補了基底100的受損表面(即第一介電層104的表面粗糙度小於 第一斜面100b的表面粗糙度)，因此形成於第二斜面104a上的磁性感測元件106可具有較佳的靈敏度。

此外，在本實施例中，僅繪示出一個磁性感測元件106。然而，在其他實施例中，亦可視實際需求而於第二斜面104a上形成多個磁性感測元件106。

圖2為依照本發明第二實施例所繪示的磁性感測裝置的剖面圖。在本實施例中，與圖1A至圖1B相同的元件將以相同的標號表示。請參照圖2，在本實施例中，磁性感測裝置20與磁性感測裝置10的差異在於：在磁性感測裝置20中，第二介電層200配置於第一介電層104上。也就是說，在製作磁性感測裝置20的過程中，先於基底100上形成第一介電層104，然後再於第一介電層104上形成第二介電層200。第二介電層200的形成方法例如為化學氣相沈積法。第二介電層200的材料例如為氧化物或氮化物。在第二介電層200形成於第一介電層104上之後，第二介電層200的位於第二斜面104a上的部分形成第三斜面200a。基於化學氣相沈積的特性，所形成的第三斜面200a的坡度θ₃ 具有大於第二斜面104a的坡度θ₂ 。第三斜面200a的坡度θ₃ 例如介於15度至65度之間。也就是說，當使用旋轉塗佈形成於第一斜面100b上的第二斜面104a的坡度θ₂ 對於後續製程來說過於平緩時，可藉由第二介電層200來調整最終形成的斜面的角度。此外，由於第一介電層104修補了基底100的受損部分，因此在形成第二介電層200之後，第二介電層200亦可具有平滑表面。

圖3A至圖3B為依照本發明第三實施例所繪示的磁性感測裝置的製作流程剖面圖。在本實施例中，與圖1A至圖1B相同的元件將以相同的標號表示。首先，請參照圖3A，於基底100中形成開口102。然後，於基底100上形成第三介電層300。第三介電層300的形成方法例如為化學氣相沈積法。第三介電層300的材料例如為氧化物或氮化物。在第三介電層300形成於基底100上之後，第三介電層300的位於第一斜面100b上的部分形成第四斜面300a。由於第三介電層300以化學氣相沈積法來形成，基於化學氣相沈積的特性，形成於基底100上的第三介電層300在厚度較薄時仍具有與基底100相似的粗糙度，即第三介電層300並不具有平滑的表面。

此外，基於化學氣相沈積的特性，所形成的第四斜面300a的坡度θ₄ 大於第一斜面100b的坡度θ₁ 。第四斜面300a的坡度θ₄ 介於20度至85度之間。也就是說，當第一斜面100b的坡度θ₁ 對於後續製程來說過於平緩時，或者使用旋轉塗佈形成於第一斜面100b上的第二斜面104a的坡度θ₂ 對於後續製程來說過於平緩時，可藉由第三介電層300來調整最終形成的斜面的角度。

之後，請參照圖3B，於第三介電層300上形成第一介電層104。在第一介電層104形成於第三介電層300上之後，第一介電層104的位於第四斜面300a上的部分形成第二斜面104a。由於第一介電層104以旋轉塗佈法來形成，因此可以具有較平滑的表面，即第一介電層104的表 面粗糙度可小於第三介電層300的表面粗糙度。然後，於第二斜面104a上形成磁性感測元件106，以完成本實施例的磁性感測裝置30的製作。

在本實施例中，由於第一介電層104是利用旋轉塗佈的方式形成於第三介電層300上，基於旋轉塗佈的特性，第二斜面104a的坡度θ₅ 小於第四斜面300a的坡度θ₄ 。第二斜面104a的坡度θ₅ 例如介於15度至65度之間。由於第二斜面104a具有較小的坡度，因此可以有效地避免上述光阻圖案變形與階梯覆蓋性不佳的問題。

特別一提的是，在上述各個實施例中，僅描述於基底100上形成一層第一介電層104與一層第二介電層200/第三介電層300。然而，在其他實施例中，也可於基底100上形成多層第一介電層104與多層第二介電層200/第三介電層300，且這些第一介電層104與第二介電層200/第三介電層300彼此交替堆疊配置，只要最上層的介電層的表面粗糙度小於蝕刻過程後基底100的表面粗糙度且最上層的介電層的斜面的坡度小於第一斜面100b的坡度即可。

此外，在上述各個實施例中，基底100為介電基底。在其他實施中，基底也可以包括矽基底與配置於矽基底上的介電基底。

圖4為依照本發明第四實施例所繪示的磁性感測裝置的剖面圖。在本實施例中，與圖1A至圖1B相同的元件將以相同的標號表示。請參照圖4，在本實施例中，磁性感測裝置40與磁性感測裝置10的差異在於：在磁性感測裝 置40中，基底400包括矽基底402與配置於矽基底402上的介電基底404。此外，經由非等向性蝕刻製程形成的開口102形成於介電基底404與矽基底402中，使得矽基底402與介電基底404在蝕刻製程中的受損部分具有較高的表面粗糙度。配置於開口102中的第一介電層104可以有效地修補了矽基底402與介電基底404的受損部分，且可以避免因第一斜面100b的坡度θ₁ 過大而導致光阻圖案變形與階梯覆蓋性不佳的問題。

當然，除了第一實施例中的磁性感測裝置10，在其他實施例中，磁性感測裝置中的基底皆可包括矽基底與配置於矽基底上的介電基底。

另外，在上述的各個實施例中，斜面皆為開口102的側壁。在其他實施例中，斜面亦可為平台結構的側壁。

圖5為依照本發明第五實施例所繪示的磁性感測裝置的剖面圖。在本實施例中，與圖1A至圖1B相同的元件將以相同的標號表示。請參照圖5，在本實施例中，基板100具有平台結構500。平台結構500的形成方法例如是對基底100進行非等向性蝕刻製程。在進行非等向性蝕刻製程之後，平台結構500的第一斜面100b具有較大的表面粗糙度，因此於基底100上形成第一介電層104，以修補基底100的受損部分，且同時減緩第一斜面100b的坡度θ₁ 。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、20、30、40、50‧‧‧磁性感測裝置

100、400‧‧‧基底

100a‧‧‧頂面

100b‧‧‧第一斜面

102‧‧‧開口

104‧‧‧第一介電層

104a‧‧‧第二斜面

106‧‧‧磁性感測元件

200‧‧‧第二介電層

200a‧‧‧第三斜面

300‧‧‧第三介電層

300a‧‧‧第四斜面

402‧‧‧矽基底

404‧‧‧介電基底

500‧‧‧平台結構

θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、θ₄ 、θ₅ ‧‧‧坡度

圖1A至圖1B為依照本發明第一實施例所繪示的磁性感測裝置的製作流程剖面圖。

圖2為依照本發明第二實施例所繪示的磁性感測裝置的製作流程剖面圖。

圖3A至圖3B為依照本發明第三實施例所繪示的磁性感測裝置的剖面圖。

圖4為依照本發明第四實施例所繪示的磁性感測裝置的剖面圖。

圖5為依照本發明第五實施例所繪示的磁性感測裝置的剖面圖。

10‧‧‧磁性感測裝置

100‧‧‧基底

100a‧‧‧頂面

100b‧‧‧第一斜面

104‧‧‧第一介電層

104a‧‧‧第二斜面

106‧‧‧磁性感測元件

θ₁ 、θ₂ ‧‧‧坡度

Claims (18)

1. 一種磁性感測裝置，包括：一基底，包含一第一表面，其中該第一表面具有至少一第一斜面；一第一介電層，配置於該基底之該第一表面上，該第一介電層具有至少一第二斜面，其中該第一介電層的表面粗糙度小於該至少一第一斜面的表面粗糙度，該至少一第二斜面的坡度小於該至少一第一斜面的坡度；以及至少一磁性感測元件，配置於該至少一第二斜面上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁性感測裝置，其中該至少一第一斜面的坡度介於15度至80度之間，該至少一第二斜面的坡度介於10度至60度之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之磁性感測裝置，更包括一第二介電層，配置於該至少一第一介電層之上，該第二介電層具有至少一第三斜面，該至少一第三斜面的坡度大於該至少一第二斜面的坡度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之磁性感測裝置，其中該至少一第三斜面的坡度介於15度至65度之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之磁性感測裝置，更包括一第三介電層，配置於該至少一第一介電層與該基底之間，該第三介電層具有至少一第四斜面，該至少一第四斜面的坡度大於該至少一第一斜面的坡度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之磁性感測裝置，其中該至少一第四斜面的坡度介於20度至85度之間，該至少 一第二斜面的坡度介於15度至65度之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之磁性感測裝置，其中該基底包括一矽基底與一介電基底，其中該介電基底配置於該矽基底上。
8. 一種磁性感測裝置的製作方法，包括：提供一基底，該基底包含一第一表面，其中該第一表面具有至少一第一斜面；於該基底上形成一第一介電層，該第一介電層具有至少一第二斜面，其中該第一介電層的表面粗糙度小於該至少一第一斜面的表面粗糙度，該至少一第二斜面的坡度小於該至少一第一斜面的坡度；以及於該至少一第二斜面上形成至少一磁性感測元件。
9. 如申請專利範圍第8項該之磁性感測裝置的製作方法，其中該第一介電層的形成方法包括旋轉塗佈法。
10. 如申請專利範圍第8項該之磁性感測裝置的製作方法，其中該至少一第一斜面的坡度介於15度至80度之間，且該至少一第二斜面的坡度介於10度至60度之間。
11. 如申請專利範圍第8項該之磁性感測裝置的製作方法，其中在形成該第一介電層之後以及在形成該至少一磁性感測元件之前，更包括於該第一介電層上形成一第二介電層，該第二介電層具有至少一第三斜面，該至少一第三斜面的坡度大於該至少一第二斜面的坡度。
12. 如申請專利範圍第11項該之磁性感測裝置的製作方法，其中該至少一第三斜面的坡度介於15度至65度 之間。
13. 如申請專利範圍第11項該之磁性感測裝置的製作方法，其中該第二介電層的形成方法包括化學氣相沈積法。
14. 如申請專利範圍第8項該之磁性感測裝置的製作方法，其中在形成該至少一第一介電層之前，更包括於該基底上形成一第三介電層，該第三介電層具有至少一第四斜面，且該至少一第四斜面的坡度大於該至少一第一斜面的坡度。
15. 如申請專利範圍第14項該之磁性感測裝置的製作方法，其中該至少一第四斜面的坡度介於20度至85度之間，該至少一第二斜面的坡度介於15度至65度之間。
16. 如申請專利範圍第14項該之磁性感測裝置的製作方法，其中該第三介電層的形成方法包括化學氣相沈積法。
17. 如申請專利範圍第8項該之磁性感測裝置的製作方法，其中該基底包括一矽基底與一介電基底，其中該介電基底配置於該矽基底上。
18. 如申請專利範圍第8項該之磁性感測裝置的製作方法，其中該至少一第一斜面的形成方法包括對該基底進行非等向性蝕刻製程。