[发明专利]一种磁传感装置及该装置的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，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，本发明还涉及一种磁传感装置的制备工艺。

背景技术

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等。

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角的变化会引起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ΔR而R3/R4减少ΔR。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ΔV。

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。

发明内容

本发明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0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，本发明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0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，本发明采用如下技术方案：

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。

作为本发明的一种优选方案，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。

作为本发明的一种优选方案，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。

作为本发明的一种优选方案，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；