一种复合磁场传感器及其制作工艺制造技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种复合磁场传感器及其制作工艺
本专利技术涉及磁场传感器
，具体涉及一种复合磁场传感器及其制作工艺。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，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，从而完成了本专利技术。具体来说，本专利技术的目的在于提供以下方面：第一方面，本专利技术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。本专利技术所具有的有益效果包括：(1)本专利技术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)本专利技术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)本专利技术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)本专利技术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示出本专利技术所述复合磁场传感器的整体结构示意图；图2示出本专利技术所述复合磁场传感器的俯视示意图；图3示出本专利技术所述复合磁场传感器沿图2中A-A截面的剖视图；图4示出本专利技术所述磁场传感器的等效电路图；图5-1～图5-13示出本专利技术所述制作工艺中步骤1～14的流程示意图；图6-1示本专利技术对比例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示本专利技术对比例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示本专利技术实施例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示本专利技术实施例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示本专利技术实施例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-本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(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。

【技术特征摘要】
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(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。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)；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)。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。5.根据权利要求4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(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)。6.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)。7.根据权利要求6所述的复合磁场传感器，其特征在于，所述第一巨磁电阻(GM...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锋，郝建东，李易，王璐，温殿忠，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23