单芯片三轴各向异性磁阻传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种单芯片三轴各向异性磁阻传感器及其制造方法，该传感器包括：基底，其表面位于X方向和Y方向确定的平面内，基底的表面具有内凹的沟槽；磁通量集中器，位于沟槽的侧壁上；第一介质层，填充沟槽并覆盖磁通量集中器以及基底的表面；位于第一介质层上的第一磁传感器，检测方向为该X方向；位于第一介质层上的第二磁传感器，检测方向为该Y方向；位于第一介质层上的第三磁传感器，检测方向落入X方向和Y方向确定的平面内；其中，第三磁传感器和磁通量集中器共同形成了检测方向为Z方向的Z方向磁传感器。本发明专利技术的传感器结构简单，无需垂直封装，并且其制造方法和传统微电子工艺的匹配性好，适合大批量工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性传感器技术，尤其涉及一种单芯片三轴各向异性磁阻传感器及其制造方法。
技术介绍
各向异性磁阻(AMR)传感器是现代产业中的新型磁电阻效应传感器，AMR传感器正变得日益重要，尤其是在最新的智能手机，以及汽车产业中的停车传感器、角度传感器、自动制动系统(ABS)传感器以及胎压传感器中得到广泛应用。除各向异性磁阻(AMR)传感器外，磁性传感器目前的主要技术分支还有霍尔传感器、巨磁传感器(GMR)、隧道结磁传感器(TMR)等，但由于AMR传感器具有比霍尔效应传感器高得多的灵敏度，且技术实现上比GMR和TMR更加成熟，因此各向异性磁阻(AMR)传感器的应用比其他磁传感器的应用更加广泛。现有技术中，AMR传感器需要较多的制作步骤，并且它们较难用传统微电子的方法被单片集成，使得AMR传感器系统加工成本比较昂贵。虽有许多研究机构对AMR传感器的磁性材料层在进行研究，但还没有一种系统的器件结构和制造方法来得到单一芯片上同时具有X方向、Y方向、Z方向三轴的AMR传感器器件。现有技术中的常规方式是将X方向和Y方向的AMR传感器器件制作在一个芯片上，而把Z方向的AMR传感器器件制作在另一个芯片上；然后在封装过程中，将Z方向的AMR传感器器件通过垂直封装的方法，安装在具有X方向和Y方向的AMR传感器器件的基板上。但是，垂直封装给芯片制造工艺和封装工艺都带来了很多技术难题，难以稳定工艺和大批量生产，可靠性也不高。r>
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种单芯片三轴各向异性磁阻传感器及其制造方法，结构简单，无需垂直封装，并且和传统微电子工艺的匹配性好，适合大批量工业化生产，有利于提高产品的可靠性,具有广泛的工业应用性。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种单芯片三轴各向异性磁阻传感器，包括：基底，所述基底的表面位于X方向和Y方向确定的平面内，该X方向和Y方向相互垂直，所述基底的表面具有内凹的沟槽；磁通量集中器，位于所述沟槽的侧壁上；第一介质层，填充所述沟槽并覆盖所述磁通量集中器以及所述基底的表面；位于所述第一介质层上的第一磁传感器，其检测方向为该X方向；位于所述第一介质层上的第二磁传感器，其检测方向为该Y方向；位于所述第一介质层上的第三磁传感器，其检测方向落入所述X方向和Y方向确定的平面内；其中，所述第三磁传感器和磁通量集中器共同形成了检测方向为Z方向的Z方向磁传感器，该Z方向与所述X方向和Y方向相互垂直。根据本专利技术的一个实施例，所述第三磁传感器位于所述第一介质层上靠近所述磁通量集中器的一侧。根据本专利技术的一个实施例，所述第三磁传感器与所述磁通量集中器之间的距离小于等于预设距离。根据本专利技术的一个实施例，该预设距离为0.3μm～1.0μm。根据本专利技术的一个实施例，所述第一介质层用于承载所述第一传感器、第二磁传感器和第三磁传感器的表面为平坦表面。根据本专利技术的一个实施例，所述沟槽的侧壁角度为85度至90度，宽度为2μm～3μm，深度为2μm～3μm。根据本专利技术的一个实施例，所述磁通量集中器包括位于所述沟槽侧壁上的坡莫合金层，该坡莫合金层的厚度为500埃～1500埃。根据本专利技术的一个实施例，所述基底包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第二介质层，所述沟槽位于所述第二介质层内。根据本专利技术的一个实施例，所述基底包括半导体衬底，所述沟槽位于所述半导体衬底内。根据本专利技术的一个实施例，所述沟槽的侧壁上覆盖有第三介质层，所述磁通量集中器位于该第三介质层上。根据本专利技术的一个实施例，所述半导体衬底为晶向<100>的硅衬底，该硅衬底为本征、N型掺杂或P型掺杂的。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种单芯片三轴各向异性磁阻传感器的制造方法，包括：提供基底，所述基底的表面位于X方向和Y方向确定的平面内，该X方向和Y方向相互垂直；对所述基底的表面进行刻蚀，以在所述基底中形成沟槽；在所述沟槽的侧壁上形成磁通量集中器；形成第一介质层，该第一介质层填充所述沟槽并覆盖所述磁通量集中器以及所述基底的表面；在所述第一介质层上形成第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器，该第一磁传感器的检测方向为该X方向，该第二磁传感器的检测方向为该Y方向，该第三磁传感器的检测方向落入所述X方向和Y方向确定的平面内，其中，所述第三磁传感器和磁通量集中器共同形成了检测方向为Z方向的Z方向磁传感器，该Z方向与所述X方向和Y方向相互垂直。根据本专利技术的一个实施例，所述第三磁传感器位于所述第一介质层上靠近所述磁通量集中器的一侧。根据本专利技术的一个实施例，所述第三磁传感器与所述磁通量集中器之间的距离小于等于预设距离。根据本专利技术的一个实施例，所述预设距离为0.3μm～1.0μm。根据本专利技术的一个实施例，形成所述第一介质层之后，形成所述第一磁传感器、第二磁传感器和第三磁传感器之前，该方法还包括：对所述第一介质层进行平坦化。根据本专利技术的一个实施例，所述沟槽的侧壁角度为85度至90度，宽度为2μm～3μm，深度为2μm～3μm。根据本专利技术的一个实施例，所述磁通量集中器包括位于所述沟槽侧壁上的坡莫合金层，该坡莫合金层的厚度为500埃～1500埃。根据本专利技术的一个实施例，所述基底包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第二介质层；形成所述沟槽的方法包括：对所述第二介质层进行刻蚀，以在该第二介质层中形成该沟槽。根据本专利技术的一个实施例，所述基底包括半导体衬底；形成所述沟槽的方法包括：对所述半导体衬底进行刻蚀，以在该半导体衬底中形成该沟槽。根据本专利技术的一个实施例，形成该沟槽后，该制造方法还包括：沉积第三介质层，该第三介质层至少覆盖所述沟槽的侧壁，所述磁通量集中器位于该第三介质层上。根据本专利技术的一个实施例，所述半导体衬底为晶向<100>的硅衬底，该硅衬底为本征、N型掺杂或P型掺杂的。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术实施例的单芯片三轴各向异性磁阻传感器中，当出现Z方向的外部磁场时，磁通量集中器会集中外部磁场使之发生扭曲，即改变了磁通量集中器周围的磁场方向而产生完全的磁场通量，从而产生水平方向(即X方向和Y方向确定的平面内)的磁场分量，而邻近磁通量集中器的第三磁传感器能够检测到该水平方向的磁场分量，因此第三磁传感器与磁通量集中器共同形成了Z方向的磁传感器。而X方向的第一磁传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，包括：基底，所述基底的表面位于X方向和Y方向确定的平面内，该X方向和Y方向相互垂直，所述基底的表面具有内凹的沟槽；磁通量集中器，位于所述沟槽的侧壁上；第一介质层，填充所述沟槽并覆盖所述磁通量集中器以及所述基底的表面；位于所述第一介质层上的第一磁传感器，其检测方向为该X方向；位于所述第一介质层上的第二磁传感器，其检测方向为该Y方向；位于所述第一介质层上的第三磁传感器，其检测方向落入所述X方向和Y方向确定的平面内；其中，所述第三磁传感器和磁通量集中器共同形成了检测方向为Z方向的Z方向磁传感器，该Z方向与所述X方向和Y方向相互垂直。

【技术特征摘要】
1.一种单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，包括：
基底，所述基底的表面位于X方向和Y方向确定的平面内，该X方向和Y方
向相互垂直，所述基底的表面具有内凹的沟槽；
磁通量集中器，位于所述沟槽的侧壁上；
第一介质层，填充所述沟槽并覆盖所述磁通量集中器以及所述基底的表面；
位于所述第一介质层上的第一磁传感器，其检测方向为该X方向；
位于所述第一介质层上的第二磁传感器，其检测方向为该Y方向；
位于所述第一介质层上的第三磁传感器，其检测方向落入所述X方向和Y方
向确定的平面内；
其中，所述第三磁传感器和磁通量集中器共同形成了检测方向为Z方向的Z
方向磁传感器，该Z方向与所述X方向和Y方向相互垂直。
2.根据权利要求1所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，所
述第三磁传感器位于所述第一介质层上靠近所述磁通量集中器的一侧。
3.根据权利要求1或2所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，
所述第三磁传感器与所述磁通量集中器之间的距离小于等于预设距离。
4.根据权利要求3所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，该
预设距离为0.3μm～1.0μm。
5.根据权利要求1所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，所
述第一介质层用于承载所述第一传感器、第二磁传感器和第三磁传感器的表面为平
坦表面。
6.根据权利要求1所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，所
述沟槽的侧壁角度为85度至90度，宽度为2μm～3μm，深度为2μm～3μm。
7.根据权利要求1所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，所
述磁通量集中器包括位于所述沟槽侧壁上的坡莫合金层，该坡莫合金层的厚度为
500埃～1500埃。
8.根据权利要求1所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，所
述基底包括：
半导体衬底；
位于所述半导体衬底上的第二介质层，所述沟槽位于所述第二介质层内。
9.根据权利要求1所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，所
述基底包括半导体衬底，所述沟槽位于所述半导体衬底内。
10.根据权利要求9所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，所
述沟槽的侧壁上覆盖有第三介质层，所述磁通量集中器位于该第三介质层上。
11.根据权利要求8或9所述的单芯片三轴各向异性磁阻传感器，其特征在于，
所述半导体衬底为晶向<100>的硅衬底，该硅衬底为本征、N型掺杂或P型掺杂的。
12.一种单芯片三轴各向异性磁阻传感器的制造方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底的表面位于X方向和Y方向确定的平面内，该X方向和
Y方向相互垂直；
对所述基底的表面进行刻蚀，以在所述基底中形成沟槽；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻永祥，范伟宏，王平，刘琛，季锋，邹光祎，
申请(专利权)人：杭州士兰集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33