[发明专利]3D磁传感器的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种3D磁传感器的形成方法。

背景技术

磁传感器是可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的器件，磁传感器包括巨磁阻传感器（Giant Magneto Resistive Sensor，GMR）、各向异性磁阻传感器（Anisotropic Magneto Resistive Sensor，AMR）等。以各向异性磁阻传感器为例，镍铁合金层作为磁阻层。当外界磁场施加到磁阻层上时，磁阻层的磁畴旋转，使得磁阻层的电阻发生改变，磁阻层电阻的变化就反应在输出电压变化，实现检测外加磁场的目的。

近几年，各向异性磁阻传感器技术的发展，已经历了单轴磁传感器、双轴磁传感器到三轴（3D）磁传感器。在现有技术中，三轴磁传感器以其可全面检测空间X、Y、Z三个方向上的磁信号，而得到普遍应用。

现有技术中，将集成电路技术应用于磁传感器领域，也促进了磁传感器的规模化生产和发展。图1～图4为现有技术的3D磁传感器在制作过程中的剖面结构示意图。

参照图1，在衬底100上形成绝缘层101，在绝缘层101中形成沟槽102；沉积形成氮化硅层103，氮化硅层103覆盖绝缘层101、沟槽102的侧壁和底部，氮化硅层103起到扩散阻挡作用；接着，在氮化硅层103上形成镍铁合金层104，在镍铁合金层104上形成TaN层105，镍铁合金层104作为磁性材料层。

参照图2，形成填充材料层106，填充材料层106覆盖TaN层105并填充沟槽，填充材料层106为后续形成图形化的光刻胶层提供平坦表面；接着，在填充材料层106上形成图形化的光刻胶层107，图形化的光刻胶层107定义磁阻层的位置，所述磁阻层包括：所述沟槽一个侧壁上的磁性材料层、与该侧壁接触的沟槽部分底部上的磁性材料层、与该侧壁接触的部分绝缘层上的磁性材料层。

参照图3，以图形化的光刻胶层107为掩模刻蚀填充材料层106。

参照图4，以图形化的光刻胶层为掩模继续刻蚀TaN层105；接着去除图形化的光刻胶层和剩余的填充材料层，之后以剩余的TaN层105为掩模刻蚀镍铁合金层，形成磁阻层108，位于磁阻层108上的TaN层105用于保护磁阻层108，避免磁阻层108直接暴露在空气中而遭到氧化腐蚀。

但是，现有技术形成的3D磁传感器性能不佳。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术形成的3D磁传感器性能不佳。

为解决上述问题，本发明提供一种3D磁传感器的形成方法，包括：

提供衬底，在所述衬底上形成有绝缘层、位于所述绝缘层中的沟槽，所述沟槽的深度小于所述绝缘层的厚度；

形成磁性材料层，所述磁性材料层覆盖绝缘层、沟槽的底部和侧壁，在所述磁性材料层上形成TaN层；

在所述TaN层上形成填充材料层，所述填充材料层填充满沟槽；

在所述填充材料层上形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层定义磁阻层的位置，以所述图形化的光刻胶层为掩模，等离子体刻蚀所述填充材料层至TaN层表面停止；

使用干法刻蚀去除沉积在图形化的光刻胶层上表面和侧面的Ta基聚合物，所述Ta基聚合物是在等离子体刻蚀所述填充材料层过程中产生；

去除所述Ta基聚合物后，以图形化的光刻胶层为掩模刻蚀TaN层；

去除所述图形化的光刻胶层和剩余的填充材料层；

在去除所述图形化的光刻胶层和剩余的填充材料层之前或之后,刻蚀所述磁性材料层。

可选地，所述干法刻蚀过程中使用的刻蚀气体为氟基气体与氧气的混合气体。

可选地，在所述干法刻蚀过程中，刻蚀反应腔中的压强范围为6～8mtorr，向刻蚀反应腔中通入的刻蚀气体流量范围为50～100sccm，刻蚀时间范围为：20～40s。

可选地，所述氟基气体为CF₄、C₃F₈、C₄F₈、CHF₃、NF₃、SiF₄、SF₆中的一种或多种。

可选地，在刻蚀所述TaN层时使用的刻蚀气体为氯气与氧气的混合气体。

可选地，所述磁性材料层为镍铁合金层。

可选地，在形成所述磁性材料层前，沉积扩散阻挡层，所述扩散阻挡层覆盖绝缘层、沟槽的底部和侧壁。

可选地，所述填充材料层为有机材料层。