磁傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供磁傳感器及其制造方法。所述磁傳感器包括：包括多個霍爾元件的襯底、形成在襯底上的保護層、形成在保護層上的基礎(chǔ)層、以及形成在基礎(chǔ)層上的包括具有凸起部的表面的磁集極(IMC)?；A(chǔ)層具有比IMC大的截面面積。
【專利說明】磁傳感器及其制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請按照35U.S.C.§ 119(a)要求2013年6月12日提交至韓國知識產(chǎn)權(quán)局的韓國專利申請第10-2013-0066892號的權(quán)益，其全部公開內(nèi)容以所有的目的通過引用并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]下面的描述涉及磁傳感器及其制造方法，并且涉及用于數(shù)字羅盤或者電子羅盤的基于半導(dǎo)體的磁傳感器及其制造方法，該基于半導(dǎo)體的磁傳感器具有霍爾元件和磁集極(integrated magnetic concentrator)。

【背景技術(shù)】
[0004]基于半導(dǎo)體的磁傳感器利用半導(dǎo)體器件來檢測磁信號?；诎雽?dǎo)體的磁傳感器可以包括有多個霍爾元件和執(zhí)行磁放大功能的磁集極(IMC)的組合。
[0005]一種類型的磁傳感器是使用半導(dǎo)體器件、霍爾元件、半導(dǎo)體磁阻元件和鐵磁磁阻兀件的固態(tài)磁傳感器。
[0006]磁傳感器用在數(shù)字羅盤和電子羅盤中。地磁傳感器感測地磁并提供方向信息，并且能夠用在移動電話、雙向無線電、GPS、PDA或?qū)Ш窖b備中。數(shù)字羅盤是數(shù)字化型磁羅盤。磁羅盤設(shè)計用來通過檢測地球的磁性來將方向例如北、南、東和西告知該磁羅盤的用戶，并用于確定船、飛機等的行進路徑。數(shù)字羅盤可以實現(xiàn)相同的功能，并可以安裝在便攜式數(shù)字設(shè)備例如智能手機上。隨著移動應(yīng)用的使用，數(shù)字羅盤可以如磁羅盤那樣將方向例如北、南、東和西告知用戶。此外，安裝在移動設(shè)備上的數(shù)字羅盤可以與安裝在移動設(shè)備上的地圖應(yīng)用一起使用以利用方向信息。
[0007]數(shù)字羅盤是一種可以使用半導(dǎo)體制造工藝來制造的磁傳感器。在這樣一種羅盤中，多個霍爾元件形成在半導(dǎo)體襯底上，并且磁集極形成在其上以放大地磁。這里所用的術(shù)語“數(shù)字羅盤”包括電子羅盤、數(shù)字羅盤和地磁傳感器。
[0008]磁集極(IMC)的一個例子是由磁性材料制成的扁平狀磁場集中器。磁傳感器可以由扁平狀磁場集中器和多個霍爾元件來構(gòu)造，其中霍爾元件布置在磁場集中器附近以檢測三維磁場的方向。在這樣的磁傳感器中，在磁場存在的情況下會出現(xiàn)霍爾效應(yīng)。隨著向半導(dǎo)體襯底施加預(yù)定的電壓，電子或空穴移動，并且電子或空穴的方向由于經(jīng)放大的磁場而變化。結(jié)果，行進路徑加長。因此，電阻增大，并且霍爾元件用于檢測該電阻增大。通常，多個霍爾元件布置在磁傳感器中以監(jiān)測電阻或者電流量的變化。
[0009]具有上述構(gòu)造的磁傳感器能夠用磁場集中器來檢測水平磁場，并且還能夠?qū)⑵渲性O(shè)置有霍爾元件的區(qū)域中的電場放大。
[0010]圖1示出了美國專利第6545462號中公開的包括扁平狀磁場集中器3的磁傳感器的俯視圖。
[0011]上述構(gòu)造有下述缺點，即由于霍爾效應(yīng)元件2.1至霍爾效應(yīng)元件2.6上的高應(yīng)力而增加了偏置電壓。
[0012]最近，已經(jīng)嘗試通過減少厚的磁場集中器上的應(yīng)力來降低磁傳感器的偏置電壓。在不存在磁場的情況下，當(dāng)霍爾元件具有不為零的電壓時，就出現(xiàn)了 “偏置電壓”。
[0013]較高的偏置電壓導(dǎo)致較高的出現(xiàn)故障的可能性。在存在磁場的情況下，高的偏置電壓會導(dǎo)致霍爾元件的實際電壓出現(xiàn)微小變化，并因此使磁傳感器的靈敏度下降。
[0014]通過降低信噪比的值，高的偏置電壓導(dǎo)致一些缺點，例如難以檢測磁場中的微小變化。因此，期望降低偏置電壓并且提高靈敏度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]在一個一般性方面中，提供一種磁傳感器，包括:包括多個霍爾元件的襯底；形成在襯底上的保護層；形成在保護層上的基礎(chǔ)層；以及形成在基礎(chǔ)層上并且包括具有凸起部的表面的磁集極(MC)。基礎(chǔ)層具有比MC大的截面面積。
[0016]基礎(chǔ)層可以包括突出部，該突出部從MC的外周向基礎(chǔ)層的邊緣延伸預(yù)定長度。
[0017]突出部的預(yù)定長度可以是10 μ m或更大并且50 μ m或更小。
[0018]磁傳感器的一般性方面還可以包括設(shè)置在保護層上的第一緩沖層，以及設(shè)置在第一緩沖層上的第二緩沖層，其中MC的凸起部具有對應(yīng)于第二緩沖層的形狀。
[0019]第二緩沖層可以包含聚酰亞胺。
[0020]IMC的凸起部可以在截面上包括多個凹部和凸部。
[0021]多個霍爾元件可以在垂直方向上與MC的邊緣重疊。
[0022]基礎(chǔ)層可以包括鈦層或鈦鎢層以及銅層。
[0023]在另一個一般性方面中，提供一種包括上述磁傳感器的數(shù)字羅盤。
[0024]在又一個一般性方面中，提供一種用于制造磁傳感器的方法，該方法包括:獲得包括多個霍爾元件的襯底；在襯底上形成保護層；在保護層上形成第一緩沖層(或第一凸起層)；在第一凸起層上形成第二緩沖層(或第二凸起層)；形成包括具有與第二緩沖層對應(yīng)的凸起部的表面的基礎(chǔ)層；以及在基礎(chǔ)層上形成包括具有凸起部的表面的磁集極(mc)?；A(chǔ)層與MC相比具有較大的面積。
[0025]基礎(chǔ)層的形成可以包括:使用光刻膠覆蓋MC并進行濕法蝕刻來形成突出部，該突出部從MC的外周向基礎(chǔ)層的邊緣延伸預(yù)定長度。
[0026]突出部的預(yù)定長度可以是10 μ m或更大并且50 μ m或更小。
[0027]IMC的凸起部可以具有對應(yīng)于第二緩沖層的形狀。
[0028]第二緩沖層可以包含聚酰亞胺。
[0029]IMC的凸起部可以在截面上包括多個凹部和凸部。
[0030]多個霍爾元件可以與MC的邊緣重疊。
[0031 ] 基礎(chǔ)層可以包括鈦層或鈦鎢層以及銅層。
[0032]在再一個一般性方面中，提供一種磁傳感器，包括:包括有多個霍爾元件的襯底；形成在襯底上的保護層；形成在保護層上的基礎(chǔ)層；以及形成在基礎(chǔ)層上并且包括具有凸起部的表面的磁集極(MC)，基礎(chǔ)層從MC的邊緣向外延伸。
[0033]多個霍爾元件可以包括在襯底上注入的N型區(qū)域和P型區(qū)域。
[0034]N型區(qū)域可以形成得比P型區(qū)域深。
[0035]多個霍爾元件可以在垂直方向上與MC的邊緣重疊。
[0036]根據(jù)下面的詳細描述、附圖以及所附權(quán)利要求，其它特征和方面將會明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是磁傳感器的俯視圖。
[0038]圖2A是磁傳感器的實例的截面圖。
[0039]圖2B和圖2C是磁傳感器的附加實例的俯視圖。
[0040]圖3A至圖3P是示出制造磁傳感器的方法的一個實例的截面圖。
[0041]圖4在㈧中示出了扁平狀磁傳感器的截面圖，并且在⑶中示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的磁傳感器的實例的截面圖。
[0042]圖5A包括示出了施加到圖4所示的磁傳感器中的霍爾元件上的X軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。
[0043]圖5B包括示出了施加到圖4所示的磁傳感器中的霍爾元件上的Y軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。
[0044]圖6示出了具有有著不同突出長度的基礎(chǔ)層的磁傳感器的多個實例的截面圖。
[0045]圖7是示出施加到圖6的磁傳感器的霍爾元件上的X軸方向上的應(yīng)力和Y軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。
[0046]圖8是示出圖7所示磁傳感器的多個實例在X軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。
[0047]圖9是示出圖7所示磁傳感器的多個實例在Y軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。
[0048]在所有的附圖和詳細描述中，除非另有說明，相同的附圖標(biāo)記將被理解為指示相同的元件、特征和結(jié)構(gòu)。為了清楚、舉例說明和方便起見，這些元件的相對尺寸和說明可能被放大。

【具體實施方式】
[0049]提供以下詳細描述以幫助讀者獲得對本文所描述的方法、裝置和/或系統(tǒng)的全面理解。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會想到本文所描述的系統(tǒng)、裝置和/或方法的各種變化、修改和等同方案。此外，為了更加清楚和簡明，省略了對公知的功能和結(jié)構(gòu)的描述。
[0050]圖2A是形成有半導(dǎo)體襯底的磁傳感器的實例的截面圖。
[0051]參照圖2A，磁傳感器200包括:其中布置有多個霍爾元件210的襯底220、形成在襯底220上的保護層230、形成在保護層230上的基礎(chǔ)層240以及形成在基礎(chǔ)層240上并且在其表面上具有彎曲部分或凸起部的磁集極(MC250)。襯底220可以是半導(dǎo)體襯底?；A(chǔ)層240的尺寸設(shè)置為在俯視圖中具有比MC250大的面積。也就是說，MC250沿平行于基礎(chǔ)層240的平面的截面面積與保護層230被基礎(chǔ)層240覆蓋的面積相比尺寸較小。因此，基礎(chǔ)層240從MC250的邊緣突出。參照圖2A，基礎(chǔ)層240具有從MC250的邊緣向基礎(chǔ)層240的邊緣在MC250外周之外延伸預(yù)定長度B的突出部240a。
[0052]例如，突出部240a的預(yù)定長度B可以是ΙΟμπι至50μπι。由于基礎(chǔ)層240延伸到IMC250的邊緣之外，所以由于MC250而產(chǎn)生的霍爾元件210上的壓力、拉伸應(yīng)力和/或壓縮應(yīng)力可以減小。因而，由于基礎(chǔ)層240向外延伸到MC250之外，所以應(yīng)力減小。
[0053]IMC250可以由磁性材料制成。
[0054]雖然沒有示出，但是保護層230可以包括氧化硅層和氮化物層。保護層230被配置成防止水進入以及防止腐蝕。
[0055]為了在基礎(chǔ)層240上形成彎曲表面或者具有一個或更多個凸起部的表面，在保護層230的表面上形成第一緩沖凸起層234，并在第一緩沖凸起層234上形成具有預(yù)定高度的多個第二緩沖凸起235a。
[0056]可以以預(yù)定寬度和預(yù)定高度來形成預(yù)定數(shù)目的第二緩沖凸起235a。第二緩沖凸起235a的預(yù)定數(shù)目和預(yù)定寬度以及預(yù)定高度可以被選擇為使得施加到霍爾元件210上的應(yīng)力最小化。在一個實例中，第二緩沖凸起235a可以被形成為具有5 μ m至30 μ m的寬度以及I μ m至10 μ m的高度，并且第二緩沖凸起235a的數(shù)目可以被設(shè)定在I至8之間。
[0057]大量第二緩沖凸起235a的存在可以使得霍爾元件210上的應(yīng)力大幅減小。用于第二緩沖凸起235a的材料可以包含含有聚酰亞胺的聚合材料。用于第二緩沖凸起235a的材料可以與用于預(yù)緩沖凸起層235的材料相同?？梢酝ㄟ^對形成在第一緩沖凸起層234上的預(yù)緩沖凸起層235進行蝕刻來形成第二緩沖凸起235a。第二緩沖凸起235a和預(yù)緩沖凸起層235 二者都可以由聚酰亞胺形成。
[0058]基礎(chǔ)層240和MC250可以具有與第二緩沖凸起235a的構(gòu)造對應(yīng)的多個彎曲表面或者凸起部。
[0059]IMC250的凸起部可以在其截面上具有有多個凹部和凸部的規(guī)則圖案或不規(guī)則圖案。
[0060]此外，為了增加霍爾元件210對磁場的靈敏度，霍爾元件210可以在磁傳感器的垂直方向上被對齊以使得霍爾元件210預(yù)定區(qū)域與MC250的邊緣重疊。例如，可以將霍爾元件210的中心對齊為與MC250的邊緣重疊。
[0061]參照圖2A，相對于MC250的邊緣，霍爾元件210的中心在不偏離霍爾元件210的寬度A的預(yù)定范圍內(nèi)。霍爾元件210的寬度A可以是例如50 μ m或更少。
[0062]從霍爾元件210的上部到MC250的下部的距離C的范圍可以在例如I μ m與30 μ m之間。
[0063]此外，MC250可以由通過電鍍形成的磁性材料來制成。磁性材料可以是含有鎳、鐵、鈷、鑰或錳中的兩個或更多個的合金，并且可以具有5ppm/°C至20ppm/°C的熱膨脹系數(shù)。在其中將鎳鐵合金用作為磁性材料的實例中，合金組合物可以含有10原子％至30原子％的鐵含量。磁力的幅值取決于頂C250的組成，并且鐵含量會影響矯頑力。因此，在這個實例中，鐵含量被設(shè)定為鎳鐵合金的約10原子％至30原子％，以確保適當(dāng)?shù)某C頑力值。
[0064]基礎(chǔ)層240可以由樹脂或金屬構(gòu)成，并且基礎(chǔ)層240的凸起部可以在其截面上具有有多個凹部和凸部的規(guī)則圖案或不規(guī)則圖案，如MC250的彎曲表面的情形。如圖2A所示，基礎(chǔ)層240的上表面上的凸起部的大致位置和MC250的上表面上的凸起部的大致位置可以彼此對應(yīng)，但是凸起部的角度和深度可以略有差異。
[0065]IMC250和基礎(chǔ)層240的凸起部可以被形成為圓形形狀或多邊形形狀。MC250的表面上的凸起部可以具有重疊圓、同心圓或多邊形回路的形狀。該凸起部可以是由基礎(chǔ)層240和保護層230的表面上存在凸起部而造成的。
[0066]由于基礎(chǔ)層240和MC250在其具有預(yù)定構(gòu)造的表面上具有凸起部，并且由于保護層230被基礎(chǔ)層240覆蓋的面積與MC250的沿平行于基礎(chǔ)層240的平面的截面面積相比較大，所以，與具有扁平狀的MC并且其基礎(chǔ)層240與1MC250具有相同尺寸的結(jié)構(gòu)相比，施加到霍爾元件210上的應(yīng)力被減少了。此外，減小了偏置電壓的大小，并且提高了霍爾元件210的靈敏度。具體地，由于基礎(chǔ)層的截面面積比IMC的截面面積大，所以基礎(chǔ)層可以吸收施加到IMC上的一些應(yīng)力。此外，通過減少基礎(chǔ)層的截面面積或長度可以使對霍爾元件的影響最小化。本文所使用的“應(yīng)力”指的是施加在霍爾元件上的壓力、拉伸應(yīng)力和/或壓縮應(yīng)力。
[0067]參照圖2B，示出了磁傳感器200的另一實例的俯視圖。在這個實例中，第二緩沖凸起層235a形成為兩個同心圓的形狀，并且基礎(chǔ)層240的表面和MC250的表面也具有兩個同心圓形狀的凸起部。然而，在其它實例中，第二緩沖凸起層235a可以具有其中多個多邊形以回路形狀被布置或其中只形成一個圓的俯視圖。頂C250的上表面可以包括具有對應(yīng)形狀的凸起部。如本文所使用的那樣，對應(yīng)形狀包括尺寸、斜率和曲率的微小變化。如圖2B所示，基礎(chǔ)層240的突出部240a延伸到MC250的邊緣之外。
[0068]參照圖2B，霍爾元件210具有十字形狀，并且十字的中心部分沿著MC250的邊緣對齊。然而，在其它實例中，霍爾元件210可以具有多種不同的形狀，例如矩形形狀或多邊形形狀。此外，雖然圖2B示出了六個霍爾元件210沿著MC250的邊緣布置，但是在其它實例中，霍爾元件210數(shù)目可以改變。同樣，在其它實例中，霍爾元件210的外邊緣可以與基礎(chǔ)層240的外邊緣對齊。
[0069]參照圖2C，示出了磁傳感器200的又一實例的俯視圖。在這個實例中，MC250具有矩形形狀。在其它實例中，頂C250可以具有其它形狀，例如多邊形形狀、橢圓形形狀或圓形形狀。此外，多個MC250可以布置在磁傳感器內(nèi)。此外，第二緩沖凸起層235a可被規(guī)則地布置，并且可以具有多個矩形的形狀。在這個實例中，MC250的上表面包括具有對應(yīng)形狀的凸起部，并且基礎(chǔ)層240的突出部240a延伸超出MC250的邊緣。
[0070]可以通過半導(dǎo)體制造工藝來制造使用霍爾效應(yīng)器件或霍爾傳感器的磁傳感器。使用霍爾效應(yīng)器件或霍爾傳感器的磁傳感器可以被結(jié)合到移動終端例如智能電話或平板電腦中。這樣的磁傳感器可以用作為數(shù)字羅盤或電子羅盤。
[0071]圖3A至圖3P是說明用于制造可以用作為數(shù)字羅盤的磁傳感器的方法的一個實例的截面圖。
[0072]用于制造磁傳感器的方法可以包括下列步驟:形成其中形成有多個霍爾元件210的半導(dǎo)體襯底220，在襯底220上形成保護層230，在保護層230上形成第一緩沖凸起層234，在第一緩沖凸起層234的表面上形成多個具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起235a，形成具有對應(yīng)于多個第二緩沖凸起235a的彎曲表面的基礎(chǔ)層240，以及在基礎(chǔ)層240上形成具有彎曲表面的磁集極250。在設(shè)備的俯視圖中，基礎(chǔ)層240的面積可以大于IMC250的面積。
[0073]為了形成MC250，如圖3M所示，可以通過光學(xué)處理來形成在俯視圖中大于MC250的光刻膠260以覆蓋MC250的上部。在用光刻膠260覆蓋MC250以后，可以經(jīng)由濕法蝕刻將基礎(chǔ)層240從保護層230的其余區(qū)域消除，這樣，沿著MC250的外周留下了基礎(chǔ)層240的突出部240a，該突出部240a從MC250的邊緣延伸出預(yù)定距離B。
[0074]突出部240a的長度B可以是10 μ m至50 μ m。根據(jù)第二緩沖凸起235a的形狀，多個凸起部被形成在基礎(chǔ)層240和MC250上。此外，第二緩沖凸起235a可以包含聚酰亞胺，并且基礎(chǔ)層240和MC250的凸起部可以在其截面上具有有多個凹部和凸部的規(guī)則圖案或不規(guī)則圖案?？梢圆贾枚鄠€霍爾元件210以使得其預(yù)定區(qū)域與MC250的邊緣重疊，并且基礎(chǔ)層240可以由包括沉積成層的鈦(Ti)或鈦鎢(TiW)以及堆疊在鈦(Ti)或鈦鎢(TiW)層上的銅金屬(Cu)層的材料形成。
[0075]下面將參照圖3A至圖3P更詳細地說明制造磁傳感器的方法的實例。
[0076]首先，參照圖3A，將多個霍爾元件210形成在襯底220中。多個霍爾元件210可以彼此以預(yù)定間隔埋入襯底220中或者形成在襯底220的表面上。襯底220可以包括互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。
[0077]霍爾元件210包括N型區(qū)域和P型區(qū)域，N型區(qū)域和P型區(qū)域分別通過注入N型離子或P型離子來形成。在這個實例中，P型區(qū)域被形成在半導(dǎo)體襯底的表面的預(yù)定部分上，而N型區(qū)域被形成得深于P型區(qū)域。如上所說明的那樣構(gòu)造的霍爾元件210能夠檢測通過磁性材料放大的磁力的變化。
[0078]此外，焊墊211可以形成在襯底220的表面上，并且保護層230可以形成在其上。保護層230可以由氧化硅層或氮化物層構(gòu)成。
[0079]此外，可以進行幾個附加的處理，包括，例如，沉積絕緣層和在襯底220上將金屬布線安裝在霍爾元件210和焊墊211之間。
[0080]此后，參照圖3B，用焊墊光刻膠圖案232對保護層230進行蝕刻，該焊墊光刻膠圖案232具有與焊墊211的位置對應(yīng)的敞開的上部。焊墊光刻膠圖案232可以是被設(shè)計用來經(jīng)由蝕刻來暴露焊墊211的圖案。
[0081]由于焊墊121的上部上的保護層230被蝕刻，所以焊墊211的上部露出，如圖所示。因此，霍爾元件210可以經(jīng)由焊墊211通過已暴露的上部電連接到其它外部部件。
[0082]參照圖3C，可以通過灰化完全地消除剩余在保護層230的上部上的焊墊光刻膠圖案232。例如，可以使用等離子灰化處理來去除焊墊光刻膠圖案232。
[0083]接著，參照圖3D，將保護層230的上部覆以光敏聚酰亞胺(PSPI)覆層，該覆層在焊墊211和保護層230上形成了第一緩沖凸起層234。第一緩沖凸起層234可以由聚酰亞胺形成。在PSPI覆層的情況下，保護層230和焊墊211的上部被覆以第一緩沖凸起層234。
[0084]參照圖3E，用設(shè)置在第一緩沖凸起層234上的第一緩沖掩模(未示出)來進行PSPI曝光處理。PSPI曝光處理提供了將第一緩沖凸起層234從焊墊211的上部去除并且使焊墊211的上部重新敞開的簡便方法。
[0085]此后，進行固化處理以凝固第一緩沖凸起層234。經(jīng)凝固的第一緩沖凸起層234具有與熱氧化層相同的性質(zhì)，并且在涉及進一步曝光和蝕刻的后續(xù)處理中難以去除。
[0086]參照圖3F，將經(jīng)凝固的第一緩沖凸起層234覆以第二 PSPI覆層。第二 PSPI覆層導(dǎo)致在經(jīng)凝固的第一緩沖凸起層234和焊墊211的被暴露的上部的上方的預(yù)緩沖凸起層235。
[0087]如第一緩沖凸起層234那樣，預(yù)緩沖凸起層235可以由聚酰亞胺形成。在這個過程中，焊墊211的上部被預(yù)緩沖凸起層235覆蓋。
[0088]參照圖3G，使用第二緩沖掩膜(未示出)對預(yù)緩沖凸起層235進行PSPI曝光處理，以將第二緩沖凸起層235從第一緩沖凸起層234的除了在待以預(yù)定高度形成第二緩沖凸起235a的區(qū)域中以外的上表面去除。形成第二緩沖凸起235a的同時可以使得焊墊211的上部重新敞開。通過固化處理來凝固第二緩沖凸起235a。經(jīng)凝固的第二緩沖凸起235a導(dǎo)致在后續(xù)處理中形成的基礎(chǔ)層240和MC250上產(chǎn)生不均勻的彎曲表面。
[0089]雖然圖3G描繪了其中形成有一個第二緩沖凸起235a的實例，但是在其它實例中，可以形成兩個或更多個具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起235a。在這個實例中，為簡明起見，只示出了一個緩沖凸起235a。
[0090]除了第一緩沖凸起層234之外，還需要第二緩沖凸起235a，以在MC250的表面上形成凸起部。第二緩沖凸起235a可以在其截面中具有沿著其側(cè)邊的錐形的正斜率，或具有較窄的上部和較寬的下部的形狀，以利于在后續(xù)處理中形成MC250和基礎(chǔ)層240。
[0091]當(dāng)使用物理氣相沉積(PVD)處理或濺射處理來形成基礎(chǔ)層240時，如果第二緩沖凸起235a具有正斜率，則基礎(chǔ)層240可以形成為具有覆蓋第二緩沖凸起235a的均勻的沉積厚度。例如，在后續(xù)的處理中，可以通過在物理氣相沉積(PVD)處理或濺射處理中沉積TiW和Cu來形成基礎(chǔ)層240。如果第二緩沖凸起235a在其邊上具有正斜率，則PVD處理產(chǎn)生的TiW層和Cu層可以在第二緩沖凸起235a上具有均勻的厚度。
[0092]相反地，具有負(fù)斜率的有預(yù)定高度的第二緩沖凸起235a會導(dǎo)致基礎(chǔ)層240的沉積厚度是不規(guī)則的或不均勻的。因此，在這個實例中，第二緩沖凸起235a形成有具有正斜率的側(cè)邊。
[0093]參照圖3H，為了利于后續(xù)要進行的電鍍，基礎(chǔ)層240被形成在其上形成有第二緩沖凸起235a的第一緩沖凸起層234上。例如，可以通過在濺射處理或真空鍍膜處理中連續(xù)地沉積TiW層242和Cu層241來形成基礎(chǔ)層240。因此，可以順序地形成TiW層242和Cu層 241。
[0094]在這個實例中，TiW層242和Cu層241的總厚度可以是200納米至800納米。基礎(chǔ)層240的作用是為了利于在后續(xù)處理中對電氣材料進行電鍍。如上所述，由于基礎(chǔ)層240形成在第二緩沖凸起235a上，所以基礎(chǔ)層240在其截面上具有凸起部和彎曲。
[0095]參照圖31，為了形成MC250，首先通過光刻法制備用于MC250的圖案掩膜243，并將該掩膜243布置在基礎(chǔ)層240上。然后，參照圖3J，鎳鐵被電鍍在圖案掩膜243上，并且IMC250被沉積在基礎(chǔ)層240的上部上。
[0096]在完成電鍍的情況下，參照圖3K，通過光刻膠剝離來去除圖案掩模243，這樣，在基礎(chǔ)層240的預(yù)定區(qū)域上留下MC250。
[0097]根據(jù)本實例，MC250可以由磁性材料制成。例如，鎳和鐵的合金可以用于形成IMC250o
[0098]此后，參考圖3L，通過光處理來形成光刻膠260以覆蓋MC250的上部并覆蓋基礎(chǔ)層240的在MC250外部的區(qū)域。光刻膠可以用于配置基礎(chǔ)層240使得基礎(chǔ)層240具有比IMC250更大的表面面積。
[0099]參照圖3M，當(dāng)用覆蓋基礎(chǔ)層240的一部分的光刻膠260通過濕法蝕刻去除由Cu層241和TiW層242構(gòu)成的基礎(chǔ)層240時，基礎(chǔ)層240的從MC250伸出的一部分沒有被蝕刻。因此，參照圖3N，基礎(chǔ)層240被形成為具有比MC250更大的面積。
[0100]此時，由于MC250和基礎(chǔ)層240被形成在經(jīng)凝固的具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起235a上，所以MC250和基礎(chǔ)層240具有彎曲的表面，并且MC250的這種彎曲形狀減弱了應(yīng)力并從而減小了偏置電壓。此后，參照圖30，可以通過PSPI覆層附加地將第三緩沖凸起層251形成在基礎(chǔ)層240和MC250上。如第一緩沖凸起層234和第二緩沖凸起235a那樣，第三緩沖凸起層251可以由聚酰亞胺制成。
[0101]參照圖3P，通過使用第三緩沖凸起層251上的第三緩沖掩膜(未示出)的PSPI曝光來使焊墊211的上部重新敞開。然后，第三緩沖凸起層251被固化以凝固第三緩沖凸起層 251。
[0102]因此，根據(jù)本實例可以使用半導(dǎo)體制造工藝高效地制造磁傳感器。
[0103]圖4包括(A)中的扁平狀磁傳感器的截面圖以及(B)中的根據(jù)本公開內(nèi)容的磁傳感器的實例的截面圖。圖5A是示出了施加到圖4所示的磁傳感器的霍爾元件上的X軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。圖5B是示出了施加到圖4所示的磁傳感器的霍爾元件上的Y軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。
[0104]如上所說明的，用于感測磁場的霍爾元件210位于MC250的下方。期望使在這個區(qū)域處的應(yīng)力最小化，以維持各種磁傳感器的特性。
[0105]IMC250的厚邊緣是受到最高水平的應(yīng)力的部分，并且經(jīng)由模擬來確定霍爾元件210上的應(yīng)力的影響。圖5A和圖5B示出了模擬結(jié)果。
[0106]圖5A示出了根據(jù)距離霍爾元件210的表面的深度的沿著MC250的X軸的應(yīng)力(A，B)，以及圖5B示出沿著IMC250的Y軸的應(yīng)力(C，D)。本文所使用的“應(yīng)力”指的是施加到霍爾元件上的壓力、拉伸應(yīng)力和/或壓縮應(yīng)力。
[0107]與如圖4中的(A)所示的具有扁平形狀的磁傳感器相比，在本公開內(nèi)容的具有沿著半徑方向的突出長度為1ym和20μπι的基礎(chǔ)層240的磁傳感器中，分別如(B-1)和(Β-2)所示，顯示了在X軸方向和Y軸方向二者上較低的應(yīng)力。
[0108]應(yīng)力的改善也改善了霍爾元件210的偏移特性，并增加了磁傳感器的靈敏度。
[0109]圖6是比較了具有不同基礎(chǔ)層突出長度的磁傳感器的各種實例的截面圖的圖。圖7包括示出了施加到圖6所示的磁傳感器的霍爾元件上的X軸方向上的應(yīng)力和Y軸方向上的應(yīng)力的曲線圖。圖8包括示出了X軸方向上的應(yīng)力根據(jù)基礎(chǔ)層的各種突出長度的變化的曲線圖。圖9示出了示出Y軸方向上的應(yīng)力根據(jù)基礎(chǔ)層的各種突出長度的變化的曲線圖。
[0110]如圖所不，在磁傳感器的一個實例中，基礎(chǔ)層240的面積大于具有彎曲表面的MC250的面積。參照圖6，在一個實例(Flat just)中，基礎(chǔ)層240邊緣處的突出部240a的長度被設(shè)定為與IMC250的長度一樣。IMC250的長度表示為SR。在其它實例中，延伸超出MC250的邊緣的突出部240a的長度被設(shè)定為10 μ m(SR10um)、20 μ m(SR20um)、30 μ m(SR30um)、40 μ m(SR40um)、50 μ m(SR50um)、60 μ m(SR60um)、70 μ m(SR70um)、80 μ m(SR80um) ,90 μ m(SR90um)和 100 μ m(SRlOOum)。在其它實例中，突出部 240a 的長度被設(shè)定為與襯底220的長度一樣(SR all)。對于每個實例，模擬了沿著X和Y軸的應(yīng)力的變化，圖7至圖9示出了結(jié)果。
[0111]參照圖7和圖8，在比較霍爾傳感器的表面上的X軸應(yīng)力時，隨著基礎(chǔ)層240上的突出部240a的長度增加，應(yīng)力減小。在突出部240a的長度為40 μ m至50 μ m的情況下，應(yīng)力最小。突出部240a的長度增加超過60 μ m，看到出現(xiàn)了由于附加了到基礎(chǔ)層的突出而導(dǎo)致新應(yīng)力的產(chǎn)生。
[0112]此外，參照圖7和圖9，在比較霍爾傳感器的表面上的Y方向的應(yīng)力時，隨著基礎(chǔ)層240的突出部240a的長度增加，應(yīng)力減小。當(dāng)突出部240a的長度在10 μ m至20 μ m的范圍內(nèi)時，應(yīng)力最小。當(dāng)長度為10 μ m或更小或者為20 μ m或更大時，認(rèn)為由突出部對抗來自MC的應(yīng)力而造成的偏置電壓降低。
[0113]考慮如上述所說明的X軸應(yīng)力和Y軸應(yīng)力，突出部的長度可以設(shè)定到ΙΟμπι至50 μ m的范圍。
[0114]上面描述了磁傳感器的各種實例以及制造該磁傳感器的方法。根據(jù)實例，技術(shù)目的是提供一種由于在俯視圖中基礎(chǔ)層的面積設(shè)定為大于磁集極(IMC)的面積從而使得對霍爾元件的應(yīng)力降低并且因此磁傳感器的特性得到改善的基于半導(dǎo)體的磁傳感器。
[0115]在一個實例中，基于半導(dǎo)體的磁傳感器可以包括:包括多個布置在其中的霍爾元件的半導(dǎo)體襯底；形成在半導(dǎo)體襯底上的保護層；形成在保護層上的基礎(chǔ)層；以及形成在基礎(chǔ)層上并且在其表面上包括有彎曲表面的磁集極(MC)?；A(chǔ)層的截面面積可以大于IMC的截面面積。
[0116]基于半導(dǎo)體的磁傳感器可以包括從基礎(chǔ)層的邊緣延伸成超過IMC的外周預(yù)定長度的突出部。
[0117]突出部的長度可以是10 μ m至50 μ m?；诎雽?dǎo)體的磁傳感器可以包括在保護層的表面上的第一緩沖凸起層和多個具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起層，其中依照具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起的構(gòu)造，基礎(chǔ)層和MC可以具有多個彎曲表面。
[0118]具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起層可以包含聚酰亞胺。MC的彎曲表面在截面上可以包括具有多個凹部和凸部的規(guī)則圖案或不規(guī)則圖案。
[0119]可以布置多個霍爾元件以使得預(yù)定區(qū)域與IMC的端部重疊。基礎(chǔ)層可以由沉積有鈦或鈦鎢層并且銅金屬堆疊在鈦或鈦鎢層上的材料制成。
[0120]在另一實例中，提供有一種可以使用上述基于半導(dǎo)體的磁傳感器所制成的數(shù)字羅盤。
[0121]在又一實例中，一種用于制造基于半導(dǎo)體的磁傳感器的方法包括:形成其中布置有多個霍爾元件的半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成保護層；在保護層上形成第一緩沖凸起層；在第一緩沖凸起層的表面上形成多個具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起層；形成具有與多個具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起層對應(yīng)的彎曲表面的基礎(chǔ)層；以及在基礎(chǔ)層上形成包括彎曲表面的磁集極(IMC)，其中基礎(chǔ)層的截面面積大于IMC的截面面積。
[0122]該方法可以包括:通過借助于光學(xué)處理來在MC的上部形成比MC更大的光刻膠(PR)并且借助于濕法蝕刻來消除基礎(chǔ)層，從而在基礎(chǔ)層的邊緣處形成超過IMC的外周預(yù)定長度的突出部。
[0123]突出部的長度可以是10 μ m至50 μ m。根據(jù)具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起的構(gòu)造，基礎(chǔ)層和IMC可以包括多個彎曲表面。
[0124]具有預(yù)定高度的第二緩沖凸起層可以包含聚酰亞胺?；A(chǔ)層和MC的彎曲表面可以在截面上包括具有多個凹部和凸部的規(guī)則圖案或不規(guī)則圖案。
[0125]可以布置多個霍爾元件以使得預(yù)定區(qū)域與IMC的端部重疊。基礎(chǔ)層可以由沉積有欽或欽鶴層以及銅金屬堆置在欽或欽鶴層上的材料制成。
[0126]在又一實例中，提供有一種基于半導(dǎo)體的磁傳感器，該基于半導(dǎo)體的磁傳感器可以包括:包括布置在其中的多個霍爾元件的半導(dǎo)體襯底；形成在半導(dǎo)體襯底上的保護層；形成在保護層上的基礎(chǔ)層；以及形成在基礎(chǔ)層上并且在其表面包括有彎曲表面的磁集極(IMC) 0基礎(chǔ)層可以比霍爾元件的端部更突出。
[0127]霍爾元件在襯底上可以包括N型離子注入?yún)^(qū)域和P型離子注入?yún)^(qū)域。
[0128]N型離子注入?yún)^(qū)域可以形成得深于P型離子注入?yún)^(qū)域。
[0129]可以布置霍爾元件以使得預(yù)定區(qū)域與IMC的端部重疊。
[0130]根據(jù)各種實例，由于提供了具有彎曲構(gòu)造的IMC，所以基于半導(dǎo)體的磁傳感器及其制造方法可以減少對霍爾元件的應(yīng)力，從而改善磁傳感器的特性。
[0131]附圖可能并未按比例繪制，并且在某些情況下，為了清楚地示出實例的特征，可能放大了比例。當(dāng)?shù)谝粚颖环Q為在第二層“上”或在襯底“上”時，不僅可以指其中第一層直接形成在第二層或襯底上的情況，而且還可以指其中第一層與第二層或與襯底之間存在有第三層的情況。
[0132]上面描述了一些實例。然而，應(yīng)理解，可以進行各種修改。例如，如果以不同的順序進行所描述的技術(shù)和/或如果以不同的方式組合在所述系統(tǒng)、體系結(jié)構(gòu)、設(shè)備或電路中的部件和/或用其它部件或它們的等同物來替代或補充在所述系統(tǒng)、體系結(jié)構(gòu)、設(shè)備或電路中的部件，可以實現(xiàn)合適的結(jié)果。因此，其它實施方案都在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁傳感器，包括: 包括有多個霍爾元件的襯底； 形成在所述襯底上的保護層； 形成在所述保護層上的基礎(chǔ)層；以及 形成在所述基礎(chǔ)層上并且包括具有凸起部的表面的磁集極aMC)， 其中所述基礎(chǔ)層具有比所述MC大的截面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述基礎(chǔ)層包括突出部，所述突出部從所述IMC的外周向所述基礎(chǔ)層的邊緣延伸預(yù)定長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁傳感器，其中所述突出部的所述預(yù)定長度是1ym或更大以及50 μ m或更小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，還包括設(shè)置在所述保護層上的第一緩沖層以及設(shè)置在所述第一緩沖層上的第二緩沖層，其中所述MC的所述凸起部具有對應(yīng)于所述第二緩沖層的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁傳感器，其中所述第二緩沖層包含聚酰亞胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述MC的所述凸起部在截面上包括多個凹部和凸部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述多個霍爾元件在垂直方向上與所述MC的邊緣重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器，其中所述基礎(chǔ)層包括鈦層或鈦鎢層、以及銅層。
9.一種數(shù)字羅盤，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器。
10.一種用于制造磁傳感器的方法，所述方法包括: 獲得包括多個霍爾元件的襯底； 在所述襯底上形成保護層； 在所述保護層上形成第一緩沖層； 在所述第一緩沖層上形成第二緩沖層； 形成基礎(chǔ)層，所述基礎(chǔ)層包括具有與所述第二緩沖層對應(yīng)的凸起部的表面；以及 在所述基礎(chǔ)層上形成包括具有凸起部的表面的磁集極(MC)， 其中所述基礎(chǔ)層具有比所述MC大的面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成所述基礎(chǔ)層包括使用光刻膠覆蓋所述MC并進行濕法蝕刻來形成突出部，所述突出部從所述IMC的外周向所述基礎(chǔ)層的邊緣延伸預(yù)定長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述突出部的所述預(yù)定長度是1ym或更大以及50 μ m或更小。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述IMC的所述凸起部具有對應(yīng)于所述第二緩沖層的形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第二緩沖層包含聚酰亞胺。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述MC的所述凸起部在截面上包括多個凹部和凸部
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述多個霍爾元件與所述MC的邊緣重疊。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述基礎(chǔ)層包括鈦層或鈦鎢層、以及銅層。
18.—種磁傳感器,包括: 包括多個霍爾元件的襯底； 形成在所述襯底上的保護層； 形成在所述保護層上的基礎(chǔ)層；以及 形成在所述基礎(chǔ)層上并且包括具有凸起部的表面的磁集極(MC)，所述基礎(chǔ)層從所述MC的邊緣向外突出。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的磁傳感器，其中所述多個霍爾元件包括在所述襯底上注入的N型區(qū)域和P型區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的磁傳感器，其中所述N型區(qū)域形成為比所述P型區(qū)域深。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的磁傳感器，其中所述多個霍爾元件在垂直方向上與所述IMC的邊緣重疊。
【文檔編號】H01L43/06GK104237812SQ201310388598
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月12日
【發(fā)明者】柳升翰, 鄭鍾烈, 金官洙 申請人:美格納半導(dǎo)體有限公司