平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻及其制备方法

摘要

本发明提出了一种平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻及其制备方法，将垂直磁阻进行分段，形成多个，并且每一个均位于两个电极间隔处的沟槽侧壁上，在电极进行通电流时，通过平面磁阻流向多个垂直磁阻内电流量较少，并且由于垂直磁阻被分段，使电流在多个垂直磁阻之间进行流通，因此沟槽侧壁处垂直磁阻的电流会大大降低，从而能够减少垂直磁阻的电流对平面磁阻的影响；此外，磁畴具有趋向于沿磁阻长条方向进行排列的特性，由于垂直磁阻沿着沟槽水平方向的长度小于垂直磁阻沿着沟槽垂直方向的深度，能够使垂直磁阻的磁畴沿着沟槽垂直方向进行排列，使垂直磁阻具有较好的灵敏度。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计及制造领域，更具体地说，本发明涉及一种平衡Z 轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻及其制备方法。

背景技术

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。

3轴各向异性磁阻(3DAMR)磁传感器提供了一种测量地磁场内的线位置 和/或线位移以及角位置和/或角位移的解决方案，其能够提供高空间分辨率和 高精度，而且功耗很低。AMR磁传感器的工作原理是通过测量电阻变化来确定 磁场强度。

在3轴(X轴、Y轴、Z轴)AMR的制程中，X轴和Y轴的磁阻材料形 成在平面上，而Z轴的磁阻材料需要和X轴及Y轴形成的平面垂直，因此， 要形成一个与平面垂直的沟槽(Trench)，以便将Z轴的磁阻材料形成在沟槽的 侧壁。

图1为现有技术的3轴AMR的俯视图。如图1所示，首先在基片上形成 了多个沟槽10(图1中仅显示一个沟槽10)，然后在沟槽10及基片的表面形成 一层磁阻材料，接着，进行第一次刻蚀，去除位于沟槽10底部表面的磁性材料 以及位于基片表面不需要的磁性材料，形成预定的平面磁阻22以及与平面磁阻 22相连的位于沟槽10侧壁上的垂直磁阻21，其中，平面磁阻22用于后续形成 X轴及Y轴的磁阻，垂直磁阻21用于形成Z轴的磁阻。接着，在平面磁阻22 上形成多个间隔排列的电极30，电极30密集排列。

在形成3轴AMR之后，通常还会形成复位电路，复位电路通常会对平面磁 阻22和垂直磁阻21进行复位，使其内部的磁畴排列朝向统一的方向，从而增 加3轴AMR的稳定性。然而，由于现有技术中的复位电路会使垂直磁阻21内 的磁畴沿着水平方向进行排列，而对于Z轴来说，在工作时，感应Z方向磁场 是在沟槽10深度的垂直方向上起作用。虽然现有技术中垂直磁阻21的磁畴在 水平方向排序的好，其稳定性好，但是可参与在垂直方向上的工作的磁畴就越 少，导致Z轴的垂直磁阻21灵敏度越差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻 及其制备方法，能够在不降低稳定性的前提下，提高Z轴的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明提出了一种平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各 向异性磁阻，包括：平面磁阻、多个垂直磁阻和多个电极，其中，所述平面磁 阻形成在基片的表面，多个所述电极形成在所述平面磁阻上，并间隔排列，多 个所述垂直磁阻形成在所述基片上沟槽的侧壁表面，所述垂直磁阻位于两个电 极间隔处的沟槽侧壁上，所述垂直磁阻沿着沟槽水平方向的长度小于垂直磁阻 沿着沟槽垂直方向的深度。

进一步的，在所述的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻中，所 述平面磁阻的材质为NiFe。

进一步的，在所述的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻中，所 述垂直磁阻的材质为NiFe。

在本发明的另一方面，还提出了一种平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向 异性磁阻的制备方法，用于形成如上文所述的3轴各向异性磁阻，包括步骤：

提供基片，所述基片上形成有多个沟槽；

在所述基片表面形成磁性材料，刻蚀所述磁性材料形成平面磁阻，在所述 沟槽侧壁表面形成多个垂直磁阻；

在所述平面磁阻表面形成多个间隔排列的电极，使所述垂直磁阻位于两个 电极间隔处的沟槽侧壁上。

进一步的，在所述的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻的制备 方法中，在形成所述磁性材料后，在所述磁性材料表面形成钝化层，利用光刻 工艺刻蚀所述钝化层，形成平面磁阻及垂直磁阻。

进一步的，在所述的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻的制备 方法中，在形成所述钝化层之前，先在所述磁性材料上形成缓冲层。

进一步的，在所述的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻的制备 方法中，所述缓冲层的材质为TaN。

进一步的，在所述的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻的制备 方法中，所述钝化层的材质为氮化硅。

进一步的，在所述的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁阻的制备 方法中，所述磁性材料的材质为NiFe。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：将垂直磁阻进行分段， 形成多个，并且每一个均位于两个电极间隔处的沟槽侧壁上，在电极进行通电 流时，通过平面磁阻流向多个垂直磁阻内电流量较少，并且由于垂直磁阻被分 段，使电流在多个垂直磁阻之间进行流通，因此沟槽侧壁处垂直磁阻的电流会 大大降低，从而能够减少垂直磁阻的电流对平面磁阻的影响；此外，磁畴具有 趋向于沿磁阻长条方向进行排列的特性，由于垂直磁阻沿着沟槽水平方向的长 度小于垂直磁阻沿着沟槽垂直方向的深度，能够使垂直磁阻的磁畴沿着沟槽垂 直方向进行排列，使垂直磁阻具有较好的灵敏度。

附图说明

图1为现有技术的3轴轴各向异性磁阻的俯视图；

图2为本发明一实施例中3轴各向异性磁阻的俯视图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁 阻及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理 解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。 因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对 本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公 知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在 任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标， 例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另 外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人 员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和 权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简 化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例 的目的。

请参考图2，在本实施例中，提出了一种平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各 向异性磁阻，包括：平面磁阻220、多个垂直磁阻210和多个电极300，其中， 所述平面磁阻220形成在基片的表面，多个所述电极300形成在所述平面磁阻 220上，并间隔排列，多个所述垂直磁阻210形成在所述基片上沟槽100的侧壁 表面，所述垂直磁阻210位于两个电极300间隔处的沟槽100侧壁上，所述垂 直磁阻210沿着沟槽100水平方向的长度小于垂直磁阻210沿着沟槽100垂直 方向的深度。

其中，所述垂直磁阻210和平面磁阻220的材质均为NiFe，所述电极300 的材质可以为铜等导体金属。

在本实施例中，由于垂直磁阻210被分段，每一段的宽度较小，而且均位 于电极300间隔处的沟槽100侧壁上，因此，在电极300进行通电流时，通过 平面磁阻220流向多个垂直磁阻210内电流量较少，从而能够减少垂直磁阻210 的电流对平面磁阻220的影响。

此外，由于磁畴具有趋向于沿磁阻长条方向进行排列的特性，在本实施例 中，垂直磁阻210沿着沟槽100水平方向的长度小于垂直磁阻210沿着沟槽100 垂直方向的深度。

由于垂直磁阻210沿着沟槽100水平方向的长度小于垂直磁阻210沿着沟 槽100垂直方向的深度，即垂直磁阻210的长度方向为沿着沟槽100的深度方 向，为垂直方向，因此，在对垂直磁阻210进行磁畴重排时，能够使垂直磁阻 210的磁畴沿着沟槽100垂直方向进行排列，使垂直磁阻210具有较好的灵敏度。

在本实施例中，还提出了一种平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁 阻的制备方法，用于形成如上文所述的3轴各向异性磁阻，包括步骤：

提供基片，所述基片上形成有多个沟槽；

在所述基片表面形成磁性材料，刻蚀所述磁性材料形成平面磁阻，在所述 沟槽侧壁表面形成多个垂直磁阻；

在所述平面磁阻表面形成多个间隔排列的电极，使所述垂直磁阻位于两个 电极间隔处的沟槽侧壁上。

在本实施例中，在形成所述磁性材料后，在所述磁性材料表面形成钝化层， 利用光刻工艺刻蚀所述钝化层，形成平面磁阻220及垂直磁阻210。

由于钝化层与磁性材料之间的粘附性较差，因此可以在形成所述钝化层之 前，先在所述磁性材料上形成缓冲层，以使钝化层和磁性材料之间具有良好的 粘附性。其中，所述缓冲层的材质为TaN，所述钝化层的材质为氮化硅。

综上，在本发明实施例提供的平衡Z轴灵敏度和稳定性的3轴各向异性磁 阻及其制备方法中，将垂直磁阻进行分段，形成多个，并且每一个均位于两个 电极间隔处的沟槽侧壁上，在电极进行通电流时，通过平面磁阻流向多个垂直 磁阻内电流量较少，并且由于垂直磁阻被分段，使电流在多个垂直磁阻之间进 行流通，因此沟槽侧壁处垂直磁阻的电流会大大降低，从而能够减少垂直磁阻 的电流对平面磁阻的影响；此外，磁畴具有趋向于沿磁阻长条方向进行排列的 特性，由于垂直磁阻沿着沟槽水平方向的长度小于垂直磁阻沿着沟槽垂直方向 的深度，能够使垂直磁阻的磁畴沿着沟槽垂直方向进行排列，使垂直磁阻具有 较好的灵敏度。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。 任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发 明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱 离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。