[发明专利]一种磁传感装置及其制备工艺

说明书

本发明揭示了一种磁传感装置及其制备工艺，所述磁传感装置包括第三方向磁传感部件，所述第三方向磁传感部件包括基底、导磁单元、感应单元。基底表面开有沟槽；导磁单元包括至少两个导磁子单元；导磁单元的部分设置于沟槽内，并有部分露出沟槽，相邻的两个导磁子单元之间设有介质材料；导磁单元用以感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到感应单元进行测量；感应单元设置于所述基底表面上，用以测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单元输出的磁信号，能测量被导磁单元引导到第一方向或/和第二方向测量的第三方向磁场。本发明通过增加Z轴导磁单元的磁性材料层的数量，从而增加Z轴的感应能力，提高磁传感装置的感应能力及灵敏度。

技术领域

本发明属于半导体器件及工艺技术领域，涉及一种磁传感装置，尤其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。

目前的三轴传感器是将一个平面(Ｘ、Ｙ两轴)传感部件与Ｚ方向的磁传感部件进行系统级封装组合在一起，以实现三轴传感的功能(可参考美国专利US5247278、US5952825、US6529114、US7126330、US7358722)；也就是说需要将平面传感部件及Ｚ方向磁传感部件分别设置于两个圆晶或芯片上，最后通过封装连接在一起。目前，在单圆晶/芯片上无法同时实现三轴传感器的制造。

为了使三轴磁传感器可以设置于一个圆晶或芯片上，本申请人于2012年12月24日申请了一件发明专利，名称为《一种磁传感装置的制备工艺》，专利号为201210563952.5；该工艺中，将导磁单元设置于沟槽中，导磁单元用于感应Z轴方向的磁场；感应单元靠近沟槽设置，能接收导磁单元的信号，并根据该信号测量出Z轴方向的磁场。

然而，通常沟槽中的导磁单元仅包括一层磁性结构，使得器件的感应性能不佳，灵敏度及精度还有待进一步提高。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感装置制备工艺，以便克服现有磁传感装置的上述缺陷。

发明内容