3DAMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜图形定义方法

摘要

本发明公开了两种3DAMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜图形定义方法，一种是在硅衬底上成长第一介质膜和第二介质膜，然后光刻刻蚀形成第二介质膜的沟槽，再用湿法或各向同性气体刻蚀方法刻蚀第一介质膜，在沟槽下方形成横向凹槽，最后成长第三介质膜和溅射磁电阻感应薄膜。第二种是在硅衬底上成长第一介质膜作为刻蚀阻挡层后，再成长一层第四介质膜，横向凹槽开在第四介质膜上。本发明利用不同膜质或不同掺杂浓度膜质之间对各向同性刻蚀具有选择比的特点，形成横向凹槽，再利用金属溅射成膜原理，形成Z方向磁电阻薄膜，不仅改善了图形定义好，而且简化了工艺，降低了成本。

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及3D AMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜图形的 定义方法。

背景技术

3D AMR(Anisotropic Magnetoresistance，简称AMR)是基于各向异性磁电阻效应，即 当施加的磁场垂直于铁磁材料中的电流时，电阻产生明显的变化，通过采用标准半导体技术 在硅片或其它基底上制备铁磁薄膜长条，并辅以外围电路及控制IC的集成而形成的具有X、 Y、Z 3D感应的磁敏传感器。

由于各向异性磁电阻传感器有着功耗低、集成度高、灵敏度高、噪声小、可靠性高及耐 恶劣环境能力强等优点，使其在磁敏传感器中所占的比重越来越高，应用领域也正在逐步扩 大。

因各向异性磁电阻传感器所具有的3D磁阻感应的能力，故需要进行X、Y、Z三个方向 的磁电阻感应薄膜的图形定义，其中，Z方向磁电阻感应薄膜的图形定义通常借助于深沟槽， 通过光刻刻蚀的方法对沟槽底部及顶部岸边进行图形定义，以形成Z方向磁电阻感应薄膜， 如图1、2所示。其在沟槽底部进行磁电阻感应薄膜图形定义的意义主要在于降低平面方向(X、 Y)磁感应的分量。该种对沟槽底部磁电阻感应薄膜的图形定义方法存在光刻胶涂布不均匀、 光刻图形难以解析、沟槽填充工艺复杂、刻蚀量较大及刻蚀形貌难以控制等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供两种3D AMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜的图形定义方 法，它工艺简单，效果好，成本低。

为解决上述技术问题，本发明的第一种3D AMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜的图形定义 方法，步骤包括：

1)在硅衬底上成长第一介质膜；

2)成长第二介质膜；所述第二介质膜在湿法刻蚀或各向同性的气体刻蚀中的刻蚀速率小 于第一介质膜；

3)以第一介质膜为刻蚀阻挡层，通过光刻和刻蚀形成第二介质膜的沟槽；

4)用湿法刻蚀或各向同性的气体刻蚀方法对第一介质膜进行刻蚀，在所述沟槽下方形成 横向凹槽；

5)成长第三介质膜；

6)溅射磁电阻感应薄膜。

所述第一介质膜和第三介质膜为Si₃N₄。

所述第二介质膜采用化学气相沉积方法成长，通常为氧化硅。

所述步骤4)，刻蚀掉的第一介质膜的厚度要明显大于第三介质膜厚度的2倍和磁电阻感 应薄膜的厚度之和，较佳的是大0.5～3μm。

所述磁电阻感应薄膜由过Ta渡层、NiFe磁阻层、保护层组成，一般为NiFe/TaN复合膜。

本发明的第二种3D AMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜的图形定义方法，步骤包括：

1)在硅衬底上成长第一介质膜；

2)成长第四介质膜；

3)成长第二介质膜；所述第二介质膜在湿法刻蚀或各向同性的气体刻蚀中的刻蚀速率小 于第四介质膜；

4)以第一介质膜为刻蚀阻挡层，通过光刻和刻蚀形成第二介质膜的沟槽；

5)用湿法刻蚀或各向同性的气体刻蚀方法对第四介质膜进行刻蚀，在所述沟槽下方形成 横向凹槽；

6)成长第三介质膜；

7)溅射磁电阻感应薄膜。

所述第一介质膜和第三介质膜为Si₃N₄。

所述第二介质膜采用化学气相沉积方法成长，通常为氧化硅。

所述第四介质膜为掺杂浓度低于第二介质膜的氧化硅或固化后的聚酰亚胺。

所述磁电阻感应薄膜由过Ta渡层、NiFe磁阻层、保护层组成，一般为NiFe/TaN复合膜。

所述步骤4)，刻蚀掉的第四介质膜的厚度大于第三介质膜厚度的2倍和磁电阻感应薄膜 的厚度之和，较佳的是大0.5～3μm。

本发明利用不同膜质或不同掺杂浓度膜质之间对各向同性刻蚀具有选择比的特点，形成 横向凹槽，同时利用金属溅射成膜的原理，使其在横向凹槽处或倒梯形处形成溅射空白，以 此定义所需要的Z方向磁电阻感应薄膜的图形。与常规的Z方向磁电阻感应薄膜图形定义方 法相比，本发明的定义方法具有以下优点和有益效果：

1.图形定义效果好，沟槽底部完全没有平面方向的分量。

2.工艺简单，只要选择的介质膜膜质合适，就只需要在现有工艺基础上增加一个横向凹 槽刻蚀步骤，不需要繁琐的光刻刻蚀步骤。

3.成本低，不需要用昂贵的材料去填充沟槽。

附图说明

图1～图2是常规的3D AMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜的图形定义方法示意图。

图3～图8是本发明实施例1的3D AMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜的图形定义方法流 程图。

图9～图15本发明实施例2的3D AMR传感器Z方向磁电阻感应薄膜的图形定义方法流 程图。

图中附图标记说明如下：

1：硅衬底

2：第一介质膜

3：第二介质膜

4：第三介质膜

5：磁电阻感应薄膜

6：第四介质膜

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图，详述如下：

实施例1

步骤1，清洗硅片，在硅衬底1上成长第一介质膜2，如图3所示。本实施例中，第一介 质膜2为Si₃N₄膜。

步骤2，用化学气相沉积方法成长第二介质膜3，如图4所示。所述第二介质膜3为氧化 硅膜。

步骤3，通过光刻和刻蚀形成第二介质膜3的沟槽，如图5所示。第一介质膜2在本步 刻蚀中用作刻蚀阻挡层。

步骤4，用各向同性刻蚀方法对第一介质膜2进行不完全刻蚀，在步骤3所述的沟槽下 方形成横向凹槽，如图6所示。本步刻蚀中，刻蚀掉的第一介质膜2的厚度需要明显大于第 三介质膜4厚度的2倍再加上磁电阻感应薄膜的厚度的和。

步骤5，成长第三介质膜4，如图7所示。本实施例中，第三介质膜4为氮化硅膜。

步骤6，溅射磁电阻感应薄膜5，如图8所示。本实施例的磁电阻感应薄膜5为NiFe/TaN 复合膜。

实施例2

步骤1，清洗硅片，在硅衬底1上成长第一介质膜2，如图9所示。本实施例中，第一介 质膜2为Si₃N₄膜。

步骤2，成长第四介质膜6，如图10所示。所述第四介质膜6为掺杂浓度低于第二介质 膜的氧化硅或固化后的聚酰亚胺。

步骤3，用化学气相沉积方法成长第二介质膜3，如图11所示。所述第二介质膜3为氧 化硅膜。

步骤4，通过光刻和刻蚀形成第二介质膜3的沟槽，如图12所示。

步骤5，用各向同性刻蚀方法对第四介质膜6进行不完全刻蚀，在步骤4所述的沟槽下 方形成横向凹槽，如图13所示。本步刻蚀中，刻蚀掉的第四介质膜6的厚度需要明显大于第 三介质膜4厚度的2倍再加上磁电阻感应薄膜5的厚度的和。

步骤6，成长第三介质膜4，如图14所示。本实施例的第三介质膜4为氮化硅膜。第三 介质膜的厚度不能太厚，一般为0.2～1μm。

步骤7，溅射磁电阻感应薄膜5，如图15所示。本实施例的磁电阻感应薄膜5为NiFe/TaN 复合膜。