[发明专利]一种三维磁阻传感器的制造方法和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种三维磁阻传感器的制造方法和电子装置。

背景技术

当前，数字电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。电子罗盘与传统的指针式和平衡架结构罗盘相比，具有能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化等优点。此外，电子罗盘的输出信号可以在处理后实现数码显示，不仅可以用来指示方向，而且其数字信号可直接传送到自动舵，控制船舶的操纵。

三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。其中，三维磁阻传感器根据工作原理的不同具有几种不同的分类，各向异性磁阻传感器是其中较为重要的一种。各向异性的三维磁阻传感器是通过将铁镍合金薄膜沉积在硅基底上形成的，沉积的铁镍合金薄膜以条带的形式排布，形成一个平面的线阵以增加磁阻的感知磁场的面积。其对磁性材料薄膜表面粗糙度的要求非常严格，对半导体制造工艺的控制是个巨大的挑战。

现有的一种三维磁阻传感器的结构如图1所示，包括半导体衬底100、位于半导体衬底100上的凸台状二氧化硅结构层101、位于二氧化硅结构层101上的磁性材料元件103、覆盖磁性材料元件103的绝缘层104以及位于绝缘层104内的金属互连线105。其中，磁性材料元件103包括三个维度(X、Y和Z三个方向)的元件，用于实现三维磁阻传感器。

在现有的三维磁阻传感器的制造工艺中，通常采用光刻胶回填、干法刻蚀、硼磷玻璃回填(BPSGreflow)的方式制作自底向上的Z轴方向的传感器。由于需要将二氧化硅结构层101的形成有磁性材料元件的侧壁与半导体衬底100的夹角控制在40～60°，因此对形成该夹角的干法刻蚀工艺要求非常高，一旦未能很好地控制干法刻蚀就会导致无法形成合适的夹角，进而导致三维磁阻传感器的良率下降。此外，由于需要高温的硼磷玻璃回填工艺来做二氧化硅结构层101的侧壁表面平坦化以保证其表面平坦度(通常需要使表面粗糙度小于20A)，因此，在其后的工艺将无法采用有高温限制的工艺，否则也会导致三维磁阻传感器的良率下降。

因此，为解决上述技术问题，有必要提出一种新的三维磁阻传感器的制造方法和电子装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种三维磁阻传感器的制造方法和电子装置。

本发明实施例一提供一种三维磁阻传感器的制造方法，所述方法包括：

步骤S101：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成具有开口的硬掩膜层；

步骤S102：通过湿法刻蚀在所述半导体衬底内形成位于所述开口下方的倒梯形沟槽；

步骤S103：在所述倒梯形沟槽的底部与侧壁之上形成磁性材料元件。

可选地，在所述步骤S102中，所述湿法刻蚀所采用的刻蚀液为TMAH。

可选地，在所述步骤S102中，所述湿法刻蚀的时间为30分钟。

可选地，在所述步骤S102中，所述倒梯形沟槽的两个相对的侧壁与所述半导体衬底的下表面的夹角为40～60°。

可选地，在所述步骤S103中，所述磁性材料元件包括位于水平方向的第一磁性材料元件以及分别位于所述倒梯形沟槽的两个相对的侧壁上的第二磁性材料元件与第三磁性材料元件。

可选地，所述步骤S103包括：

步骤S1031：在所述半导体衬底上形成第一光刻胶，通过对其进行曝光、显影定义出位于水平方向的第一磁性材料层的位置，沉积磁性材料，利用Lift-off工艺形成第一磁性材料层；

步骤S1032：在所述半导体衬底上形成第二光刻胶，通过对其进行曝光、显影定义出分别位于所述倒梯形沟槽的两个相对的侧壁上的第二磁性材料层与第三磁性材料层的位置，沉积磁性材料，利用Lift-off工艺形成第二磁性材料层和第三磁性材料层；

步骤S1033：对所述第一磁性材料层、所述第二磁性材料层和所述第三磁性材料层进行刻蚀以形成磁性材料元件，其中所述磁性材料元件包括位于所述倒梯形沟槽的底面的第一磁性材料元件以及分别位于所述倒梯形沟槽的两个相对的侧壁上的第二磁性材料元件与第三磁性材料元件。

可选地，在所述步骤S1033中，所述刻蚀为离子束刻蚀。

可选地，在所述步骤S102与所述步骤S103之间还包括步骤S1023：

去除所述硬掩膜层。

可选地，在所述步骤S1023与所述步骤S103之间还包括如下步骤：

形成覆盖所述倒梯形沟槽的底部与侧壁以及所述半导体衬底的上表面的氧化硅层。

可选地，在所述步骤S103之后还包括如下步骤：