三軸amr磁力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種三軸各向異性磁電阻(Anisotropic Magneto Resistance，AMR)磁力傳感器的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁電阻(Magneto Resistance，MR)效應(yīng)是指物質(zhì)的電阻會隨外加磁場的改變而變化的現(xiàn)象。按照磁電阻的大小和機理不同可分為，正常磁電阻效應(yīng)(OMR)、AMR效應(yīng)、巨磁電阻效應(yīng)(Giant Magneto Resistance，GMR)和超巨磁電阻效應(yīng)(Colossal MagnetoResistance，CMR)等。
[0003]對于AMR效應(yīng)，在居里溫度以下，鐵磁金屬的電阻率會隨電流I和磁化強度M的相對取向而異，呈現(xiàn)出各向異性的現(xiàn)象。利用AMR效應(yīng)能夠測量磁場大小和方向的傳感器，AMR磁力傳感器具有體積小，功耗低，靈敏度高，抗干擾能力強，可靠性高等優(yōu)點^MR磁力傳感器能夠應(yīng)用于地磁導(dǎo)航、數(shù)字智能羅盤、位置測量和偽鈔鑒別等方面，應(yīng)用前景廣闊。
[0004]AMR磁力傳感器也能應(yīng)用于微機電系統(tǒng)(MEMS)中，在采用3軸(3D)AMR磁力傳感器的MEMS中，現(xiàn)有3D AMR磁力傳感器的磁性材料層一般采用坡莫合金即鐵鎳(NiFe)合金形成。現(xiàn)有三軸AMR磁力傳感器包括X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器。X軸AMR磁力傳感器和Y軸AMR磁力傳感器都為水平方向AMR磁力傳感器，Z軸AMR磁力傳感器則會實現(xiàn)垂直方向AMR磁力傳感器。X軸AMR磁力傳感器和Y軸AMR磁力傳感器形成于襯底表面即可，而Z軸AMR磁力傳感器則需要形成于溝槽的側(cè)壁表面。
[0005]如圖1所示，是現(xiàn)有三軸AMR磁力傳感器的制造方法過程中的器件結(jié)構(gòu)圖；現(xiàn)有三軸AMR磁力傳感器的制造方法包括如下步驟:
[0006]步驟一、在襯底101上形成第一絕緣層102;所述第一絕緣層102為氧化硅層。
[0007]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述第一絕緣層102中形成溝槽103;溝槽103的底部不穿過所述第一絕緣層102、而是位于所述第一絕緣層102中。
[0008]步驟三、在所述溝槽103的底部表面、側(cè)面以及所述溝槽103外的所述第一絕緣層102表面形成第二介質(zhì)隔離層104，所述第二介質(zhì)隔離層104用于對所述第一絕緣層102進(jìn)行隔離。所述第二介質(zhì)隔離層104為氮化硅層，用于防止氧化硅和磁性材料NiFe發(fā)生反應(yīng)。
[0009]步驟四、在所述第二介質(zhì)隔離層104表面形成具有各向異性磁電阻的磁性材料層105;所述磁性材料層105為鐵鎳合金層，厚度能選擇為230埃。
[0010]步驟五、在所述磁性材料層105表面形成保護層106，所述保護層106用于對磁性材料層105進(jìn)行保護;所述保護層106為氮化鉭層(TaN)，厚度為900埃。
[0011]步驟六、對所述磁性材料層105和所述保護層106進(jìn)行退火處理。
[0012]步驟七、采用光刻刻蝕工藝對所述保護層106和所述磁性材料層105進(jìn)行刻蝕并同時三軸AMR磁力傳感器的X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器。
[0013]上述現(xiàn)有方法形成的三軸AMR磁力傳感器中，Z軸AMR磁力傳感器的特性要比X軸AMR磁力傳感器和Y軸AMR磁力傳感器的差，因此如何提高Z軸AMR磁力傳感器的特性則為本申請所要研究的主要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三軸AMR磁力傳感器的制造方法，能改善Z軸AMR磁力傳感器的磁性，同時工藝成本較低。
[0015]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的三軸AMR磁力傳感器的制造方法包括如下步驟:
[0016]步驟一、在襯底上形成第一絕緣層。
[0017]步驟二、采用光刻刻蝕工藝在所述第一絕緣層中形成溝槽，后續(xù)Z軸AMR磁力傳感器會形成于所述溝槽中。
[0018]步驟三、在所述溝槽的底部表面、側(cè)面以及所述溝槽外的所述第一絕緣層表面形成第二側(cè)壁修復(fù)層，通過形成所述第二側(cè)壁修復(fù)層對步驟二的刻蝕工藝在所述溝槽的側(cè)壁表面和底部表面造成的損傷進(jìn)行修復(fù)，從而提高所述溝槽的側(cè)壁表面和底部表面光滑度并使后續(xù)形成于所述溝槽的側(cè)壁表面的所述Z軸AMR磁力傳感器的磁性改善。
[0019]步驟四、在所述溝槽的底部表面、側(cè)面以及所述溝槽外的所述第二側(cè)壁修復(fù)層表面形成第三介質(zhì)隔離層。
[0020]步驟五、在所述第三介質(zhì)隔離層表面形成具有各向異性磁電阻的磁性材料層。
[0021]步驟六、采用光刻刻蝕工藝對所述磁性材料層進(jìn)行刻蝕并同時形成三軸AMR磁力傳感器的X軸AMR磁力傳感器、Y軸AMR磁力傳感器和Z軸AMR磁力傳感器，所述X軸AMR磁力傳感器和所述Y軸AMR磁力傳感器位于所述溝槽外的所述第三介質(zhì)隔離層表面，所述Z軸AMR磁力傳感器位于所述溝槽側(cè)壁的所述第三介質(zhì)隔離層表面。
[0022]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述磁性材料層為鐵鎳合金層。
[0023]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第一絕緣層為氧化硅層。
[0024]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二側(cè)壁修復(fù)層為氧化硅層。
[0025]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第二側(cè)壁修復(fù)層的厚度小于等于500埃，盡最大可能不改變形貌。
[0026]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述第三介質(zhì)隔離層為氮化硅層。
[0027]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟五中形成所述磁性材料層之后還包括在所述磁性材料層表面形成保護層的步驟，之后對所述磁性材料層和所述保護層進(jìn)行退火，步驟六中采用光刻刻蝕工藝依次對所述保護層和所述磁性材料層進(jìn)行刻蝕同時形成所述三軸AMR磁力傳感器。
[0028]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述磁性材料層為鐵鎳合金層，所述保護層為氮化鉭層。
[0029]本發(fā)明通過在溝槽刻蝕之后增加了一步對溝槽的底部表面和側(cè)面損傷進(jìn)行修復(fù)的工藝，能增加溝槽側(cè)面的光滑度，使得后續(xù)形成于溝槽側(cè)面的Z軸AMR磁力傳感器的特性得到改善，所以本發(fā)明能改善Z軸AMR磁力傳感器的磁性，同時工藝成本低。
[0030]由上可知，本發(fā)明通過對現(xiàn)有方法中Z軸AMR磁力傳感器比X和Y軸AMR磁力傳感器的特性差，將Z軸AMR磁力傳感器特性變差的原因歸結(jié)為和溝槽本身相關(guān)，而和磁性材料層形成的本身因素?zé)o關(guān)，這樣就找到了影響Z軸AMR磁力傳感器特性的因素，即溝槽刻蝕后的側(cè)面損傷會帶來粗糙度(rough)的增加、這會使得后續(xù)磁性材料層的粗糙度也增加，從而使得Z軸AMR磁力傳感器特性變差;而本發(fā)明正是通過對這些技術(shù)問題進(jìn)行分析后確定了溝槽的刻蝕后的側(cè)面損傷和Z軸AMR磁力傳感器特性變差的關(guān)系，之后僅通過增加一步簡單的消除溝槽的刻蝕后的側(cè)面損傷的步驟，就能實現(xiàn)Z軸AMR