一种磁传感装置及该装置的制备方法
【技术领域】
[0001]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方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]AMR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。
[0004]为了使测量结果以线性的方式变化，AMR阵列上的金属导线呈45°角倾斜排列，电流从AMR材料上流过经金属导线后电流的流向与AMR线的角度旋转45°，如图1所示即在没有外加磁场的情况下AMR线自极化方向与电流呈现45°的夹角。
[0005]当存在外界磁场Ha时，AMR单元上的极化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2所示，从而引起AMR自身阻值的变化。
[0006]通过对AMR单元电阻变化的测量，可以得到外界磁场的强度和方向。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3所示。R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻R0，当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加Λ R而R3/R4减少Λ R(或相反)。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AV。
[0007]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(将X/Y方向竖在基板上)进行系统级封装组合在一起，以实现三轴传感的功能；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，最后通过封装与外围电路连接在一起，一个传感器器件里面可能包含三个分立的芯片。这样的方法的优点是具有较好Z轴性能(与X、Y轴的性能基本一样)，技术门槛较低，但是对封装要求很高，引入较高封装成本(封装的成本占据整个芯片成本的很大部分)，另一方面，这种方法得到的器件的可靠性较差，器件的尺寸也难以进一步缩小。
[0008]同时，现有Z轴传感器的检测方法比较复杂，通常的检测方法是在芯片测试平台上施加外围磁场，从而测试芯片的灵敏度，一方面对于测试系统提出了较高的要求、提高了测试成本，另外一方面，在很多应用中，还是需要用到芯片内部的自检测系统，例如在手机开机的时候，往往需要进行自检测，检测芯片的状态，Z轴的自检测设计和制造比较困难，现有一些自检测方法的精度较低。
[0009]此外，磁传感器的应用中通常需要ASIC外围电路进行驱动，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有机结合，避免了采用引线方法进行连接。
[0010]在制造ASIC芯片的时候，通常会采用4-6层金属层；在ASIC芯片与磁传感器结合时，通常是在ASIC芯片的顶层金属top metal做完之后再沉积3um的介质层IMD,然而3um的MD的引线存在很大困难，很难连出来。导致现有的制备工艺流程比较复杂，制备时间较长，而制备成本较高。
[0011]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感装置和制备方法，以克服现有磁传感装置的上述缺陷。
【发明内容】
[0012]本发明所要解决的技术问题是:提供一种磁传感装置，可利用线圈产生磁场，用于Z轴(第三方向)磁传感器的自检测。
[0013]此外，本发明还提供一种磁传感装置的制备方法，制得的磁传感器可利用线圈产生磁场，用于Z轴磁传感器的自检测。
[0014]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
[0015]—种磁传感装置,所述磁传感装置包括第三方向磁传感部件，第三方向磁传感部件包括:
[0016]-介质材料层，其表面开有沟槽；
[0017]-导磁单元，其部分设置于沟槽内，并有部分露出沟槽；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；
[0018]-感应单元，靠近导磁单元露出沟槽的部分设置，用以测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单兀输出的磁信号，能测量被导磁单兀引导到第一方向或/和第二方向测量的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；
[0019]所述磁传感装置还包括能产生磁场的导电线圈，产生的磁场用于所述第三方向磁传感部件的自检测。
[0020]作为本发明的一种优选方案，所述线圈设置于沿第三方向磁传感部件沟槽深度方向的一侧或两侧，即所述线圈设置于第三方向磁传感部件的下方或/和上方。
[0021]作为本发明的一种优选方案，所述第三方向磁传感部件与外围电路共用至少一层金属层；
[0022]所述介质材料层含有外围电路及至少两层顶层金属层，至少包括第一金属层、第二金属层，第二金属层位于第一金属层上方；
[0023]所述线圈位于第一金属层下方，或者线圈位于导磁单元及感应单元的上方；或者拥有两个以上的线圈，分别位于磁单元的上方和下方；
[0024]所述沟槽的底部位于第一金属层上，在刻蚀沟槽时自停止于第一金属层上方；沟槽位于第二金属层的一侧。
[0025]作为本发明的一种优选方案，所述第三方向磁传感部件与外围电路共用至少两层金属层；
[0026]所述介质材料层含有外围电路及至少两层顶层金属层，至少包括第一金属层、第二金属层，第二金属层位于第一金属层上方；
[0027]所述第一金属层的一部分形成线圈；即第一金属层的一部分起到其他作用，一部分形成线圈；
[0028]所述沟槽的底部位于第一金属层上，在刻蚀沟槽时自停止于第一金属层上方；沟槽位于第二金属层的一侧。
[0029]作为本发明的一种优选方案，第一金属层的一部分起到的作用还包括电连接，MIM电容、屏蔽。
[0030]作为本发明的一种优选方案，所述线圈设置于第三方向磁传感部件的下方或上方；或者线圈设置于第三方向磁传感部件的下方和上方；
[0031]所述第三方向磁传感部件包括绝缘自停止层,沟槽的底部位于所述绝缘自停止层上，在刻蚀沟槽时自停止于绝缘自停止层上方。
[0032]作为本发明的一种优选方案，所述第三方向磁传感部件还包括设置于介质材料层上的一层或多层金属层；
[0033]所述磁传感装置还包括第一方向磁传感部件、第二方向磁传感部件；所述第一方向、第二方向、第三方向分别为X轴、Y轴、Z轴。
[0034]作为本发明的一种优选方案，所述导磁单元包括至少两个导磁子单元，即至少包括第一导磁子单元、第二导磁子单元，各导磁子单元沿沟槽的深度方向依次排列，相邻的两个导磁子单元之间设有介质材料；各导磁子单元的部分设置于沟槽内；所述第一导磁子单元的主体部分设置于沟槽内，并有部分露出沟槽至基底表面；所述第二导磁子单元的主要部分设置于沟槽内，第二导磁子单元设置于第一导磁子单元的上方，第二导磁子单元与第一导磁子单元之间设有第一介质材料；所述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；
[0035]所述感应单元靠近导磁单元露出沟槽的部分设置，与导磁单元连接或者两者之间设有间隙，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，能测量被导磁单兀引导到第一方向或/和第二方向测量的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；所述感应单元包括电极层及若干感应子单元，各个感应子单元分别靠近相应的导磁子单元设置；所述感应单元包括若干感应子单元，各个感应子单元分别靠近相应的导磁子单元设置；各个导磁子单元感应第三方向的磁信号，并将该磁信号输出到对应的感应子单元进行测量；各感应子单元测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合对应导磁子单元输出的磁信号，能配合电极层测量被导磁子单元引导到第一方向或/和第二方向的第三方向磁场。
[0036]一种磁传感装置的制备方法，所述制备方法包括:第三方向磁传感部件的制备步骤、线圈的制备步骤；
[0037]所述第三方向磁传感部件的制备步骤包括:
[0038]-在介质材料层的表面开设沟槽；
[0039]-沉积感应单元、导磁单元；使得导磁单元的部分设置于沟槽内，并有部分露出沟槽；形成的感应单元靠近导磁单元露出沟槽的部分设置；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；感应单元用以测量第一方向或/和第二方向的磁场，结合导磁单兀输出的磁信号，能测量被导磁单兀引导到第一方向或/和第二方向测量的第三方向磁场；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；
[0040]所述线圈的制备步骤包括:制备金属层，利用该金属层形成线圈；线圈的制备步骤在制备第三方向磁传感部件的主要步骤之前或/和之后。
[0041]作为本发明的一种优选方案，所述制备方法具体包括如下步骤:
[0042]步骤S101、在含有外围电路的基底上制备第三金属层，通过第三金属层制备线圈；
[0043]步骤S102、沉积介质材料，而后沉积第一金属材料，形成第一金属层；
[0044]步骤S103、沉积介质材料,形成通孔,沉积第二金属材料，图形化形成金属图形,得到第二金属层；
[0045]步骤S104、沉积介质层材料，采用化学机械抛光平坦化；
[0046]步骤S105、打开通孔,沉积金属,进行光刻，引出第二金属层；
[0047]步骤S106、在沉积的介质材料层上形成沟槽，刻蚀时自停止在第一金属层上方；形成的沟槽位于第二金属层的一侧；
[0048]步骤S107、沉积一层或多层介质材料；
[0049]步骤S108、沉积磁性材料，图形化，形成传感器图形；在介质材料层上分别形成感应单元的磁性材料层、导磁单元；导磁单元的部分设置于沟槽内，并有部分露出沟槽；所述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；感应单元的磁性材料层形成于沟槽外，感应单元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；第一方向、第二方向、第三方向两两相互垂直；
[0050]步骤S109、沉积绝缘材料,形成绝