[发明专利]一种磁阻传感器及其制造方法

说明书

本发明涉及传感器技术领域，针对现有磁阻传感器最高分辨率难以提高的问题，而提供一种磁阻传感器及其制造方法。其中磁阻传感器包括半导体衬底；绝缘层，位于半导体衬底上；第一氮化钽层，位于绝缘层上；坡莫合金层，位于所述第一氮化钽层上；第二氮化钽层，位于所述坡莫合金层上；其特殊之处在于：还包括位于所述第一氮化钽层和坡莫合金层之间的第一反铁磁性物质层，以及，位于所述坡莫合金层和第二氮化钽层之间的第二反铁磁性物质层。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种磁阻传感器及其制造方法。

背景技术

磁阻(anisotropic magnetoresistance)传感器是根据磁性材料的磁阻效应制成的传感器，具有灵敏度高、功耗低等特点，广泛应用于汽车、军事、工业和消费类电子产品等领域。传统的磁阻传感器如霍尼韦尔HMC1001，其最高分辨率为2.5nT，能够满足一般条件下的使用要求。

但在金融磁头传感器，国防应用以及航天传感器等领域，需要达到1nT或更高的磁分辨率的磁阻传感器，而现有传统的磁阻传感器难以满足要求。

美国专利(US 5005064)公开了一种典型传统磁阻传感器的结构，该传感器在硅片上生成SiO2，在其上生长坡莫合金薄膜，之后再生长牺牲层TiW和接触铝层，之后通过湿法腐蚀去掉牺牲层TiW和接触铝层，露出坡莫合金薄膜，之后再实施SiN保护，其中的硅化金属形成接触。该方法接触电阻过大，且导致所形成的坡莫合金薄膜电阻一致性较差，无法获得高精度的磁阻传感器。

美国专利(US 5667879)公开了另一种磁阻传感器的结构，解决了接触电阻过大和电阻稳定性不好的问题，它在溅射坡莫合金薄膜之前和之后分别溅射有30nm的氮化钽材料。这样既能够确保硅材料与坡莫合金薄膜间具有缓冲材料，保护坡莫合金薄膜，防止后续处理时遭到腐蚀损坏；又能使坡莫合金薄膜分布更加均匀。该方法解决了接触电阻过大和坡莫合金薄膜不均匀性的问题，但是，此方法还是无法解决高分辨率的问题。利用该方法生产的Honeyell HMC1001，其最高磁分辨率仅为2.5nT。

通过在一定范围内增加坡莫合金薄膜的厚度，可以提高磁阻传感器的分辨率，但是如果超出一定范围磁阻传感器的分辨率反而会下降。例如坡莫合金薄膜的厚度从20nm增加到40nm，其磁分辨率可以从4nT提高到2.5nT左右，进一步增加厚度到60nm厚度，磁分辨率反而变为3nT，这是由于太厚的坡莫合金薄膜在退火时会发生退磁效应，从而减小了传感器的分辨率。

综上所述，如何既解决接触电阻和不均匀性的问题，又同时解决磁阻传感器高分辨率的问题成了一大技术难点。

发明内容

本发明的目的是克服现有磁阻传感器最高分辨率难以提高的不足，而提供一种磁阻传感器及其制造方法。

为实现上述目的，本发明提供的磁阻传感器包括半导体衬底；绝缘层，位于半导体衬底上；第一氮化钽层，位于绝缘层上；坡莫合金层，位于所述第一氮化钽层上；第二氮化钽层，位于所述坡莫合金层上；其特殊之处在于：还包括位于所述第一氮化钽层和坡莫合金层之间的第一反铁磁性物质层，以及，位于所述坡莫合金层和第二氮化钽层之间的第二反铁磁性物质层。

进一步地，上述第一反铁磁性物质层与第二反铁磁性物质层材料相同，第一反铁磁性物质层和第二反铁磁性物质层的厚度相同，为20nm～40nm。

进一步地，上述第一反铁磁性物质层为NiO或FeMn。

进一步地，上述第一氮化钽层、第一反铁磁性物质层、坡莫合金层、第二反铁磁性物质层和第二氮化钽层作为整体形成一个叠层结构，所述叠层结构有多个。

进一步地，多个上述叠层结构为2至10个。

进一步地，上述坡莫合金层的厚度为10nm～60nm；所述氮化钽层的厚度50nm～200nm。