[发明专利]磁传感装置及其感应方法、制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种磁传感装置，尤其涉及一种Z轴磁传感装置；本发明还涉及一种Z轴磁传感装置的感应方法，同时，本发明还涉及一种Z轴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。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感装置及其制备方法，以使实现在单圆晶/芯片上进行三轴传感器的制造。

相比上述的三轴传感器，本发明的Z轴传感器能够用于制造单片集成的磁传感器，即在单芯片上的半导体制造就能够同时形成三轴磁传感器。

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，可在同一个圆晶或芯片上制备三轴磁感应器件。

同时，本发明提供一种磁传感装置的感应方法，可在同一个圆晶或芯片上制备三轴磁感应器件。

此外，本发明还提供一种磁传感装置的制备工艺，可在同一个圆晶或芯片上制备三轴磁感应器件。

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，所述装置包括：

基底；

第一电极层，设置于所述基底上，包括n个第一电极，n为整数；所述第一电极层依次为电极E1₀、电极E1₁、电极E1₂、…、电极E1_n-1；

沟槽，通过沉积介质材料层，并在介质材料层上形成沟槽；

磁性材料层，沉积在基底上方以及所述沟槽的侧面，磁性材料层的底部与第一电极连接；

第二电极层，设置于所述介质材料层与磁性材料层上，包括n个第二电极，n为整数；第二电极层依次为电极E2₁、电极E2₂、电极E2₃、…、电极E2_n；电极E1_i-1与电极E1_i之间、电极E2_i与电极E2_i+1之间的距离分别大于电极E1_i-1与电极E2_i之间的距离，其中，1≤i≤n-1，i为整数；