[发明专利]一种三轴磁传感器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三轴磁传感器及其制备方法，所述三轴磁传感器的制备方法中，以图形化的所述光刻胶层为掩模，对所述硬掩模层进行各向同性刻蚀，暴露出所述第一凹槽的侧壁上的Z轴磁阻结构，再去除所述光刻胶层，以在所述第二凹槽中形成COMS晶体管与AMR的互连通孔时，通过对所述硬掩模层进行各向同性刻蚀，使得第一凹槽侧壁上的硬掩模层可以一次性被去除，从而减少了工艺步骤，降低了生产成本，还提高了三轴磁传感器中Z轴磁阻条的反应灵敏度，提高了三轴磁传感器的性能。另外，本发明使用的各向同性刻蚀工艺和去除光刻胶层的工艺在同一个设备中进行，无需更换设备，缩短了工艺时间，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种三轴磁传感器及其制备方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-System，MEMS)，是将微电子技术与机械工程融合在一起的一种新技术。MEMS器件，相对于传统的半导体器件，具有多种优势，例如体积小，成本低，集成化程度高，近年来，逐渐使用在例如各种传感器中。

各向异性磁电阻(Anisotropic Magneto Resistive，AMR)效应是指铁磁材料的电阻率随自身磁化强度和电流方向夹角改变而变化的现象。基于AMR制造的MEMS器件具有灵敏度高、热稳定性好、材料成本低、制作工艺简单的特点，已成为未来发展的方向。

目前，基于AMR制造的MEMS器件与CMOS集成电路的工艺一体化制备的器件具有集成度高，功耗性能好的特点，使得该工艺是理想的制备消费电子用三轴磁传感器的工艺。但是，该工艺较为复杂，产品性能较差，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三轴磁传感器及其制备方法，以简化形成三轴磁传感器的工艺步骤，提高产品性能，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种三轴磁传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：提供一包括COMS晶体管的半导体衬底，所述COMS晶体管至少包括第一顶部金属层和第二顶部金属层，在所述半导体衬底上形成有介质层和Z轴磁阻结构，在所述介质层中形成有间隔设置的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的槽底暴露出所述第一顶部金属层，所述第二凹槽的槽底暴露出所述第二顶部金属层，所述Z轴磁阻结构至少覆盖了所述第一凹槽的侧壁；

步骤二：在所述半导体衬底上形成硬掩模层，所述硬掩模层覆盖了所述第一凹槽的槽底和侧壁以及第二凹槽的槽底和侧壁，并在所述硬掩模层上形成图形化的光刻胶层；以及

步骤三：以图形化的所述光刻胶层为掩模，对所述硬掩模层进行各向同性刻蚀，暴露出所述第一凹槽的侧壁上的Z轴磁阻结构，再去除所述光刻胶层，以在所述第二凹槽中形成COMS晶体管与AMR的互连通孔。

可选的，对所述硬掩模层使用的各向同性刻蚀的工艺与去除所述光刻胶层的工艺在同一个设备中进行。

进一步的，所述硬掩模层包括氮化硅层。

进一步的，步骤一包括以下步骤：

提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有COMS晶体管和介质层，所述COMS晶体管至少包括第一顶部金属层和第二顶部金属层，所述介质层覆盖所述第一顶部金属层和第二顶部金属层；

在所述介质层中形成间隔设置的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的槽底暴露出所述第一顶部金属层，所述第二凹槽的槽底暴露出所述第二顶部金属层；

在所述介质层上形成磁性材料结构，所述磁性材料结构还覆盖了所述第一凹槽的槽底和侧壁，以及第二凹槽的槽底和侧壁；

对所述磁性材料结构进行刻蚀，以形成Z轴磁阻结构，所述Z轴磁结构至少形成于所述第一凹槽的侧壁。

进一步的，所述Z轴磁阻结构包括第一阻挡膜层、磁性材料膜层、保护膜层和第二阻挡膜层；