一种磁传感装置及该装置的制备工艺制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种磁传感装置及该装置的制备工艺，所述制备工艺包括：在含有外围电路的基底上沉积绝缘介质材料层或/和磁材料层或/和金属层，使得外围电路的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET功能，或者作为磁传感装置的电极金属。本发明专利技术提出的磁传感装置及其制备工艺，通过器件、电路设计和版图布局，能够利用ASIC原有的一层或者多层金属实现磁传感器的金属层功能，从而实现减少磁传感器金属层的效果，例如可以将磁传感器的金属层从现有的三层下降为两层，甚至0层。从而大幅减少了工艺层次，有利于缩短工艺周期，降低制造成本，并且实现有竞争力的磁传感器单芯片制造工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体工艺
，涉及一种磁传感装置，尤其涉及一种与ASIC共享其金属层的磁传感装置；同时，本专利技术还涉及一种磁传感装置的制备工艺。
技术介绍
磁传感器按照其原理，可以分为以下几类:霍尔元件，磁敏二极管，各项异性磁阻元件(AMR)，隧道结磁阻(TMR)元件及巨磁阻(GMR)元件、感应线圈、超导量子干涉磁强计坐寸ο电子罗盘是磁传感器的重要应用领域之一，随着近年来消费电子的迅猛发展，除了导航系统之外，还有越来越多的智能手机和平板电脑也开始标配电子罗盘，给用户带来很大的应用便利，近年来，磁传感器的需求也开始从两轴向三轴发展。两轴的磁传感器，即平面磁传感器，可以用来测量平面上的磁场强度和方向，可以用X和Y轴两个方向来表示。以下介绍现有磁传感器的工作原理。磁传感器采用各向异性磁致电阻(Anisotropic Magneto-Resistance)材料来检测空间中磁感应强度的大小。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。在制造、应用过程中，将一个强磁场加在AMR单元上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图1所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45°角倾斜排列，电流从这些导线和AMR材料上流过，如图2所示；由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45°的夹角。当存在外界磁场Ha时，AMR单元上主磁域方向就会发生变化而不再是初始的方向，那么磁场方向M和电流I的夹角Θ也会发生变化，如图3所示。对于AMR材料来说，Θ角的变化会弓I起AMR自身阻值的变化，如图4所示。通过对AMR单元电阻变化的测量，可以得到外界磁场。在实际的应用中，为了提高器件的灵敏度等，磁传感器可利用惠斯通电桥或半电桥检测AMR阻值的变化，如图5所示。R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻，当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加AR而R3/R4减少AR。这样在没有外界磁场的情况下，电桥的输出为零；而在有外界磁场时，电桥的输出为一个微小的电压AV。如今，磁传感器的应用中通常需要ASIC外围电路进行驱动和信号处理，当前主要采用ASIC芯片和磁传感芯片进行SIP封装。而SOC的单芯片模式是发展方向，其特点是具有更高的集成度，更好的综合性能和较低的成本。SOC模式是在ASIC芯片的顶层金属上方继续制造磁传感器，最终使磁传感器与ASIC更加有机地结合，避免了采用引线方法进行连接。在制造ASIC芯片的时候，通常会采用4-7层金属层；而制造磁传感器也需要3层左右的金属。如在ASIC上继续制造磁传感器，将总共会有7-11层；由此可见，采用现有的器件架构制备单芯片的磁传感器工艺流程比较长，进而导致制备周期较长，而制备成本较高。有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感装置，以克服现有磁传感装置的上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种磁传感装置，可将现有磁传感器的金属层从现有的三层下降为两层，甚至O层；从而大幅简化了工艺流程，缩短了工艺时间，降低了制造的成本，并且实现磁传感器的单芯片制造。此外，本专利技术还提供一种磁传感装置的制备工艺，可将现有磁传感器的金属层从现有的三层下降为两层，甚至O层；从而大幅简化了工艺流程，缩短了工艺时间，降低了制造的成本，并且实现磁传感器的单芯片制造。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:一种磁传感装置，所述磁传感装置包括外围电路、磁传感部件，其中的一层或多层的金属层既用于实现外围电路的功能，又用于实现磁传感部件的功能。作为本专利技术的一种优选方案，所述外围电路包括多层的金属层；所述外围电路其中的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属。作为本专利技术的一种优选方案，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；磁传感装置包括多层金属层、磁材料层、电极层、绝缘层；所述多层金属层中的一层或多层属于外围电路的一部分，并实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属；所述电极层作为外围电路的一部分，或者电极层并非外围电路的一部分。作为本专利技术的一种优选方案，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；所述外围电路设置于基底的一侧，外围电路的多层金属层包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，在第二绝缘介质层上设有磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，分别代表两个轴，两组磁材料单元的位置分别对应第二金属层两组金属单元的位置；所述磁材料单元上设有若干平行设置的金属电极；所述磁材料层及其金属电极上方铺设有第三绝缘介质层，第三绝缘介质层上方设有第四金属层；所述第二金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，对应的，所述第四金属层用于实现磁传感装置的SET/RESET或/和自检测或/和电连接功能。作为本专利技术的一种优选方案，所述磁传感装置为三轴磁传感装置；所述三轴磁传感装置包括水平方向磁传感器、垂直方向磁传感器；所述垂直方向磁传感器包括含有外围电路的基底，所述外围电路设置于基底的一侦lJ,包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，第二绝缘介质层的表面开有沟槽，沟槽深度到达第一绝缘层，或者超过第一绝缘层；所述垂直方向磁传感器还包括导磁单元、感应单元；所述垂直方向磁传感器导磁单元的主体部分设置于所述沟槽内，并有部分露出沟槽至第二绝缘介质层的表面，用以收集垂直方向的磁场信号，并将该磁场信号输出；所述导磁单元包括主体部分设置于所述沟槽内的第一磁材料层；所述感应单元设置于所述第二绝缘介质层的表面上，用以接收所述导磁单元输出的垂直方向的磁信号，并根据该磁信号测量出垂直方向和水平方向对应的磁场强度及磁场方向；所述感应单元包括设置于第二绝缘介质层的表面的第二磁材料层，以及设置于该第二磁材料层上的若干平行设置的电极；在垂直方向磁传感器中，所述第二磁材料层与第一磁材料层有间隙，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体；所述传感器还包括第三绝缘介质层，第三绝缘介质层设置于第二绝缘介质层、第一磁材料层、电极、第二磁材料层上，同时将沟槽填满；所述第三绝缘介质层上方设有第四金属层；所述第二金属层、第四金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能，或者，第二金属层、第四金属层还用于电连接。作为本专利技术的一种优选方案，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，在第二绝缘介质层上设有磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，两组磁材料单元的位置对应第二金属层两组金属单元的位置；所述磁材料单元上设有若干平行设置的金属电极；所述磁材料层及其金属电极上方铺设有第三绝缘介质层；所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁传感装置，其特征在于，所述磁传感装置包括外围电路、磁传感部件，其中的一层或多层的金属层既用于实现外围电路的功能，又用于实现磁传感部件的功能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张挺，
申请(专利权)人：上海矽睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31