一種單芯片三軸磁場傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種單芯片三軸磁場傳感器及其制備方法，該傳感器包括在同一基片上集成設置的X軸傳感器、Y軸傳感器和Z軸傳感器，其中，X軸傳感器和Y軸傳感器的結構相同，均為參考橋式結構，參考臂上的磁電阻傳感元件位于相應磁通量控制器的下方，感應臂上的磁電阻傳感元件位于相應磁通量控制器之間的間隙處，但這兩個傳感器上所有元件的排布方向均相互垂直，并且磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向也相互垂直，Z軸傳感器為推挽橋式結構，其推臂和挽臂上的磁電阻傳感元件分別成列排布于其磁通量控制器的上方或下方的兩側。本發明還公開了一種該單芯片三軸磁場傳感器的制備方法，該單芯片三軸磁場傳感器具有制作簡單、動態范圍寬的優點。
【專利說明】一種單芯片三軸磁場傳感器及其制備方法【技術領域】
[0001]本發明涉及磁場傳感器領域，尤其涉及一種單芯片三軸磁場傳感器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著磁場傳感器技術的發展，其從初期的單軸磁場傳感器到后來的雙軸磁場傳感器，再到如今的三軸磁場傳感器，使得其可全面檢測空間X、Y、Z軸三個方向上的磁場信號。
[0003]對于AMR、GMR和TMR等磁場傳感器，由于磁場敏感方向在薄膜平面內，可以通過將兩個傳感器正交來實現平面內X、Y軸磁場分量的測量，從而實現XY 二軸磁場測試系統，但對于Z軸磁場分量，其中一種解決方案是將一個分立單軸平面磁場傳感器豎立安裝在二軸平面傳感器上，如申請號為201110251902.9，名稱為“三軸磁場傳感器”的專利中所公開的三軸磁場傳感器。這種方式存在以下不足之處:
1)X、Y 二軸磁場傳感器和Z單軸磁場傳感器在安裝之前為各自為分立元件，無法實現三軸磁場傳感器的集成制造，從而增加了制造工藝的復雜程度；
2)相對于集成制造系統，采用組裝方法制造的三軸磁場傳感器系統內各元件的位置精度降低，影響傳感器的測量精度。
[0004]3)由于Z單軸磁場傳感器的敏感軸垂直于X，Y 二軸磁場傳感器，因此三軸磁場傳感器Z向尺寸增加，從而增加了器件尺寸和封裝難度。
[0005]另一種解決方案是專利CN202548308U “三軸磁場傳感器”中公開的采用斜坡設置磁場傳感器單元的方式來探測Z方向上的磁信號，這種結構的傳感器中形成斜坡的角度不容易控制，在斜坡上沉積磁電阻薄膜的過程中還容易造成遮蔽效應(shadowing effects),從而降低了磁場傳感器元件的性能，并且還需要算法來計算才能得到Z軸方向的磁信號。
[0006]還有一種方案是專利申請201310202801.1 “一種三軸數字指南針”中所公開的解決方案，其利用通量集中器對磁場的扭曲作用，將垂直于平面的Z軸磁場分量轉變成XY平面內的磁場分量，從而實現Z軸方向上磁信號的測量。但這種結構的磁場傳感器需要一個ASIC芯片或者通過算法來計算才能得到X、Y和Z軸三個方向的磁信號。
[0007] 目前，主要是通過在基片的襯底層上刻蝕形成斜坡，在斜坡上沉積磁電阻材料薄膜，雙次沉積等方法來制備三軸磁場傳感器，例如專利CN202548308U “三軸磁場傳感器”中所公開的傳感器的制備過程大致是先在晶圓的襯底層上刻蝕出兩個斜坡，然后分別在兩個斜坡上通過雙次沉積磁電阻材料薄膜、雙次退火來制作測量XZ方向和YZ方向的傳感器單元。歐洲專利申請EP 2267470 BI也公開了一種制備三軸傳感器的方法，其也是通過在基片上刻蝕形成斜坡，然后在斜坡上制作測量Z軸方向磁場分量的傳感器單元。這兩個專利申請中所刻蝕的斜坡的坡度不易控制，在斜坡上沉積磁電阻材料薄膜也有一定難度，不利于實際實施。
【發明內容】
[0008]為了解決以上問題，本發明提出了一種單芯片三軸磁場傳感器及其制備方法。該單芯片三軸磁場傳感器能直接輸出X、Y、Z三個方向的磁信號，無需使用算法來進行計算。此外，其制備無需刻槽形成斜坡，直接通過雙次沉積便能得到該三軸磁場傳感器，其含有的X軸傳感器和Y軸傳感器相互垂直，它們含有的磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向也相
互垂直。
[0009]本發明提供的一種單芯片三軸磁場傳感器，其包括:
一位于XY平面內的基片，所述基片上集成設置有一 X軸傳感器、一 Y軸傳感器和一 Z軸傳感器，分別用于檢測磁場在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向上的分量；
所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器各自均包含有一參考電橋和至少兩個磁通量控制器，所述參考電橋的參考臂和感應臂均包含有一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感元件，所述參考臂上的磁電阻傳感元件位于所述磁通量控制器的上方或下方，并沿著所述磁通量控制器的長度方向排列形成參考元件串，所述感應臂上的磁電阻傳感元件位于相鄰兩個對應的所述磁通量控制器之間的間隙處，并沿著所述磁通量控制器的長度方向排列形成感應元件串；所述參考元件串和所述感應元件串相互交錯排放，每個所述參考元件串至少與一個所述感應元件串相鄰，每個所述感應元件串也至少與一個所述參考元件串相鄰；所述Y軸傳感器中的各兀件和所述X軸傳感器中對應的兀件排布方向相互垂直；
所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器中各自兩個相鄰所述磁通量控制器之間的間隙處的磁場的增益系數均為I <Asns〈100，所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器的磁通量控制器的上方或者下方處的磁場的衰減系數均為O <Aref〈I ；
所述Z軸傳感器為包含有一推挽電橋和至少一個磁通量控制器,所述推挽電橋的推臂和挽臂交替排列，各自均包含有所述一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感兀件，所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件均沿著所述Z軸傳感器中磁通量控制器的長度方向排列，分別位于所述Z軸傳感器中磁通量控制器的下方兩側或上方的兩側；
所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器上的磁電阻傳感元件的釘扎層的材料不同，并且釘扎層的磁化方向垂直；所述Z軸傳感器和所述X軸傳感器的釘扎層的磁化方向相同；在沒有外加磁場時，所有所述磁電阻傳感元件的磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向均垂直；
其中，X軸、Y軸和Z軸兩兩相互正交。
[0010]優選的，所述磁電阻傳感元件為GMR自旋閥元件或者TMR傳感元件。
[0011]優選的，所述磁通量控制器為矩形長條陣列，其在垂直于磁電阻傳感元件釘扎層磁化方向上的長度大于沿著磁電阻傳感元件釘扎層磁化方向的長度，并且其組成材料為軟鐵磁合金。
[0012]優選的，所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器各自的所述感應臂和所述參考臂上的磁電阻傳感元件的數量相同；所述Z軸傳感器的所述推挽電橋上的推臂和挽臂上的磁電阻傳感元件的數量相同。
[0013]優選的，所述磁電阻傳感元件在垂直于釘扎層磁化方向上的長度大于沿著釘扎層磁化方向的長度。
[0014]優選的，所述Z軸傳感器的相鄰兩個所述磁通量控制器之間的間距S不小于所述Z軸傳感器的所述磁通量控制器的三維尺寸中最小的一個。[0015]優選的，在沒有外加磁場時，所述磁電阻傳感元件通過永磁偏置、雙交換作用、形狀各向異性或者它們的任意結合來實現磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向垂直。
[0016]優選的，所述參考電橋和所述推挽電橋均為半橋、全橋或者準橋結構。
[0017]優選的，所述基片上集成有一 ASIC芯片，或所述基片與一獨立的ASIC芯片相電連接。優選的，所述單芯片三軸磁場傳感器還包含有至少3個焊盤或所述X軸傳感器、所述Y軸傳感器和所述Z軸傳感器上各自至少有3個硅通孔。
[0018]本發明還提供了一種單芯片三軸線性磁場傳感器的制備方法，該方法包括以下步驟:
(1)將一第一磁電阻材料薄膜堆疊沉積在一半導體晶圓上，然后設置所述第一磁電阻材料薄膜堆疊的釘扎層的磁化方向；
或.將一第一磁電阻材料薄膜堆疊沉積在一半導體晶圓上，然后通過退火來設置所述第一磁電阻材料薄膜堆疊的釘扎層的磁化方向；
所述第一磁電阻材料薄膜堆疊使用阻擋溫度為TBl的反鐵磁層作為其釘扎層，所述第一磁電阻材料薄膜堆疊用于構建X軸傳感器和Z軸傳感器；
(2)在所述半導體晶圓上挑選一些區域，然后清除所選區域里的所述第一磁電阻材料薄膜堆疊；
(3)在所述半導體晶圓上沉積一第二磁電阻材料薄膜堆疊，所述第二磁電阻材料薄膜堆疊使用阻擋溫度為ΤΒ2的反鐵磁層作為其釘扎層，所述第二磁電阻材料薄膜堆疊用于構建Y軸傳感器，其中ΤΒ1ΧΒ2 ;在溫度高于TBl、磁場方向平行于所述X軸傳感器和Z軸傳感器的釘扎層磁化方向的外加磁場中進行第一次高溫退火，然后將溫度降至TBl和ΤΒ2之間的某一值，旋轉外加磁場使其方向與所述Y軸傳感器的釘扎層磁化方向相同，接著將溫度降至室溫，并將外加磁場減小至零磁場。
[0019](4)對所述第一磁電阻材料薄膜堆疊和所述第二磁電阻材料薄膜堆疊進行掩膜，并清除掉與所述第一磁電阻材料薄膜堆疊重合部分的所述第二磁電阻材料薄膜堆疊；
(5)構建底部電極，并在同一結構成型步驟中構建出X軸傳感器、Y軸傳感器和Z軸傳感器中的磁電阻傳感元件，其中構建底部電極在構建X軸傳感器、Y軸傳感器和Z軸傳感器中磁電阻傳感元件之前或之后；
(6)在所述磁電阻傳感元件上沉積一絕緣層I，并通過所述絕緣層I在所述磁電阻傳感元件的頂端制作出接觸孔；所述接觸孔通過一自對準技術來實現，所述自對準技術包括剝離(lift off)工藝；或使用光刻和刻蝕工藝通過所述絕緣層I在所述磁電阻傳感元件的頂端向下開孔來實現；
(7)沉積一頂部導電層，所述頂部導電層與所述磁電阻傳感元件的頂層相電連接，使用成型工藝(patterning processes)來形成頂部電極,并在各元件之間進行布線；(8)沉積一絕緣層II ；
或.沉積一絕緣層III，再在所述沉積一絕緣層III上沉積一導電層，并將其構建成一電磁線
圈層
在所述電磁線圈層的頂部沉積一絕緣層IV ；(9)在所述絕緣層II或所述絕緣層IV的上方使用相同的軟鐵磁材料同步形成多個磁通量控制器；
(10)在所有所述磁通量控制器的上方，沉積一鈍化層，對所述鈍化層進行刻蝕，并在對應所述頂部導體和底部電極的位置上進行通孔；
Bf.在所有所述磁通量控制器的上方，沉積一鈍化層，對所述鈍化層進行刻蝕，并在對應所述頂部電極和底部電極的位置上進行通孔，形成跟傳感器芯片連接的焊盤，在所述焊盤的頂端進行濺射或電鍍一導電金屬。
[0020]優選的，所述半導體晶圓為摻雜有集成電路的硅片、已經進行化學機械拋光的硅片或者是含有鈍化光滑表面的空白硅片。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為本發明中的單芯片三軸磁場傳感器的結構示意圖。
[0023]圖2為本發明中的單芯片三軸磁場傳感器的數字信號處理電路原理圖。
[0024]圖3為X軸傳感器和Y軸傳感器的結構示意圖。
[0025]圖4為X軸傳感器中磁電阻元件周圍的磁場分布圖。
[0026]圖5為X軸傳感器中MTJ元件所在位置與所感應磁場強度的關系曲線。
[0027]圖6為X軸傳感器的響應曲線。
[0028]圖7為X軸傳感器的電路示意圖。
[0029]圖8為Z軸傳感器的結構示意圖。
[0030]圖9為Z軸傳感器在Z方向磁場中的磁通量控制器周圍的磁場分布圖。
[0031]圖10為Z軸傳感器的電路原理示意圖。
[0032]圖11為Z軸傳感器在X方向磁場中的磁通量控制器周圍的磁場分布圖。
[0033]圖12為Z軸傳感器在Y方向磁場中的磁通量控制器周圍的磁場分布圖。
[0034]圖13為Z軸傳感器的響應曲線。
[0035]圖14為本發明中單芯片三軸磁場傳感器的制備方法流程示意圖。
[0036]圖15為晶圓雙次沉積后X軸傳感器、Y軸傳感器和Z軸傳感器上釘扎層的磁化方向示意圖。
[0037]圖16為制作的單芯片三軸磁場傳感器的剖面示意圖。
[0038]圖17為晶圓完成切割工序之前，其上三軸磁場傳感器的結構排列示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發明。
[0040]實施例1
圖1為本發明中的單芯片三軸磁場傳感器在XY平面內的結構示意圖。該傳感器包括基片1，在基片I上集成設置有X軸傳感器3、Y軸傳感器4、Z軸傳感器5以及多個用于輸入輸出的焊盤2，其中，X軸傳感器3和Y軸傳感器4的結構相同，只是排布方向不同，二者相互垂直。在圖1中，X軸傳感器3中的元件縱向排布，而Y軸傳感器4中的元件橫向排布，但X軸傳感器3中的元件也可以橫向排布，此時Y軸傳感器4中元件縱向排布即可。X軸傳感器3包括感應元件串11、參考元件串12以及X-磁通量控制器8, Y軸傳感器4包括感應元件串13、參考元件串14以及Y-磁通量控制器9,其中參考元件串12，14分別位于X-磁通量控制器8、Y-磁通量控制器9的下方，感應元件串11，13分別位于相鄰兩個X-磁通量控制器8之間的間隙處和相鄰兩個Y-磁通量控制器的間隙處，感應元件串11，13和參考元件串12，14均由一個或多個相同的磁電阻傳感元件電連接構成。Z軸傳感器包括Z-磁通量控制器10、磁電阻傳感兀件15，16,其中磁電阻傳感兀件15，16分別電連接成列,排布于Z-磁通量控制器10下方的兩側。此外，構成參考元件串12，14的磁電阻傳感元件也可以分別位于X-磁通量控制器8和Y-磁通量控制器9的上方，此時，Z軸傳感器中的磁電阻傳感兀件15，16位于Z-磁通量控制器10上方的兩側。[0041]所有磁電阻傳感元件為GMR自旋閥或者TMR傳感元件，其形狀可以為方形、菱形或者橢圓形，但并不限于以上形狀。X軸傳感器3和Z軸傳感器5中磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向6相同，均沿X軸方向，但X軸傳感器3和Y軸傳感器4中磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向6和7相互垂直。在沒有外加磁場時,所述磁電阻傳感兀件通過永磁偏置、雙交換作用、形狀各向異性或者它們的任意結合來使磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向垂直。所有磁通量控制器均為矩形長條陣列，它們在垂直于磁電阻傳感元件釘扎層磁化方向上的長度大于沿著磁電阻傳感元件釘扎層磁化方向的長度，并且其組成材料均為軟鐵磁合金，該合金可包括N1、Fe、Co、S1、B、N1、Zr和Al中的一種元素或幾種元素,但并不限于以上元素。焊盤2里包括了 X軸傳感器3、Y軸傳感器4和Z軸傳感器5中的輸入輸出連接焊盤。基片I上可含有ASIC，或者與另外的獨立的ASIC芯片相電連接，圖中未示出ASIC。在本實施例中，采用的是焊盤引線鍵合來進行封裝，也可采用硅通孔、倒裝芯片、球柵陣列封裝(BGA)、晶圓級封裝(WLP)以及板上芯片封裝(COB)等技術對該單芯片三軸線性磁場傳感器進行封裝。
[0042]圖2為單芯片三軸線性磁場傳感器的數字信號處理電路原理圖。X軸傳感器3、Y軸傳感器4和Z軸傳感器5感測到的磁場信號通過數字信號處理電路50中的ADC 41進行模擬數字信號轉換，并將轉換后的數字信號輸送給數據處理器42，處理后的信號通過I/O輸出，從而實現對外磁場的測量。該數字信號處理電路50可能位于基片I上，也有可能位于另外一個ASIC芯片上，該ASIC芯片與基片I相互電連接。
[0043]圖3為圖1中X軸傳感器的結構示意圖。該X軸傳感器為參考全橋結構，包括參考臂和感應臂，其中參考臂上包括多個位于X-磁通量控制器下方的參考元件串12，感應臂上包括多個對于X-磁通量控制器間隙9處的感應元件串11,感應元件串11和參考元件串相互交錯排放，沿著X-磁通量控制器的長度方向排布，每個參考元件串12至少與一個感應元件串11相鄰，每個感應元件串11也至少與一個參考元件串12相鄰。每個感應元件串11與相鄰的參考元件串12之間均相隔間距L，間距L很小，優選地為20-100微米。感應臂、參考臂和焊盤17-20之間可以用電連接導體21連接。焊盤17-20分別作為輸入端Vbias、接地端GND以及輸出端VI，V2，對應于圖1中最左邊的四個焊盤。[0044]圖4為圖3中的感應兀件串11和參考兀件串12周圍的磁場分布。從圖中可以看出，位于X-磁通量控制器8間隙處的感應元件串11所感應到的磁場幅度增強，而位于X-磁通量控制器8下方的參考元件串12所感應到的磁場幅度降低，由此可見，X-磁通量控制器8能起到衰減磁場的作用。
[0045]圖5為圖3中的感應元件串11與參考元件串12的所在位置與所感應磁場強度的關系曲線，其中，Bsns34為感應元件串11所感應的磁場強度，BMf35為參考元件串12所感應的磁場強度，外加磁場的強度Bext=100G。從圖中可以得到:Bsns=160G，Bref=25G。根據下面的公式(I)與(2)，便可得知相應的增益系數Asns和衰減系數AMf的大小。
[0046]Bsns=Asns^Bext(I)
Bref=Aref^Bext(2)
將Bext=IOOG, Bsns= 160G, Bref=25G代入上面兩式中，便可算出:
I <Asns=l.6〈100，O〈Aref =0.25〈1。Asns/Aref 的比值越大，則意味著傳感器的靈敏度越高，一般理想的是Asns/AMf>5，此時傳感器就有高靈敏度。本設計中Asns/Aref=L 6/0.25=6.4>5，由此可見本申請中的X軸傳感器具有高靈敏度。
[0047]圖6為圖3中X軸傳感器的輸出電壓和外加磁場的關系曲線。從圖中可以看出，X軸傳感器只能感測到X軸方向的磁場分量，輸出電壓Vx36，對Y軸和Z軸方向的磁場分量沒有響應，電壓Vy 37和Vz 38均為零，并且Vx36關于原點O對稱。
[0048]圖7為圖3中X軸傳感器的電路示意圖。圖中，兩個感應臂52，52’和兩個參考臂53，53’相間隔連接構成一全橋,該全橋的輸出電壓為
【權利要求】
1.一種單芯片三軸磁場傳感器,其特征在于,所述傳感器包括: 一位于XY平面內的基片，所述基片上集成設置有一 X軸傳感器、一 Y軸傳感器和一 Z軸傳感器，分別用于檢測磁場在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向上的分量； 所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器各自均包含有一參考電橋和至少兩個磁通量控制器，所述參考電橋的參考臂和感應臂均包含有一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感元件，所述參考臂上的磁電阻傳感元件位于所述磁通量控制器的上方或下方，并沿著所述磁通量控制器的長度方向排列形成參考元件串，所述感應臂上的磁電阻傳感元件位于相鄰兩個所述磁通量控制器之間的間隙處，并沿著所述磁通量控制器的長度方向排列形成感應元件串；所述參考元件串和所述感應元件串相互交錯排放，每個所述參考元件串至少與一個所述感應元件串相鄰，每個所述感應元件串也至少與一個所述參考元件串相鄰； 所述Y軸傳感器中的各兀件和所述X軸傳感器中對應的兀件排布方向相互垂直； 所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器中各自兩個相鄰所述磁通量控制器之間的間隙處的磁場的增益系數均為I <Asns〈100，所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器的磁通量控制器的上方或者下方處的磁場的衰減系數均為O <Aref〈I ； 所述Z軸傳感器包含有一推挽電橋和至少一個磁通量控制器，所述推挽電橋的推臂和挽臂交替排列，各自均包含有所述一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感兀件，所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件均沿著所述Z軸傳感器中磁通量控制器的長度方向排列，分別位于所述Z軸傳感器中磁通量控制器的下方兩側或上方兩側； 所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器上的磁電阻傳感元件的釘扎層的材料不同，并且釘扎層的磁化方向垂直；所述Z軸傳感器和所述X軸傳感器的釘扎層的磁化方向相同；在沒有外加磁場時，所有所述磁電阻傳感元件的磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向均垂直； 其中，X軸、Y軸和Z軸兩兩相互正交。
2.根據權利要求1所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感元件為GMR自旋閥元件或者TMR傳感元件。
3.根據權利要求1所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述磁通量控制器為矩形長條陣列，其在垂直于所述磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向上的長度大于沿著所述磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向的長度，并且其組成材料為軟鐵磁合金。
4.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器各自的所述感應臂和所述參考臂上的磁電阻傳感元件的數量相同；所述Z軸傳感器的所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件的數量相同。
5.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述磁電阻傳感兀件在垂直于釘扎層磁化方向上的長度大于沿著釘扎層磁化方向的長度。
6.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述Z軸傳感器的相鄰兩個所述磁通量控制器之間的間距S不小于所述Z軸傳感器的所述磁通量控制器的三維尺寸中最小的一個。
7.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，在沒有外加磁場時，所述磁電阻傳感元件通過永磁偏置、雙交換作用、形狀各向異性或者它們的任意結合來實現磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向垂直。
8.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述參考電橋和所述推挽電橋均為半橋、全橋或者準橋結構。
9.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述基片上集成有一 ASIC芯片，或所述基片與一獨立的ASIC芯片相電連接。
10.根據權利要求1-3中的任一項所述的單芯片三軸磁場傳感器，其特征在于，所述單芯片三軸磁場傳感器還包含有至少3個焊盤或所述X軸傳感器、所述Y軸傳感器和所述Z軸傳感器上各自至少有3個硅通孔。
11.一種單芯片三軸線性磁場傳感器的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將一第一磁電阻材料薄膜堆疊沉積在一半導體晶圓上，然后設置所述第一磁電阻材料薄膜堆疊的釘扎層的磁化方向； 或.將一第一磁電阻材料薄膜堆疊沉積在一半導體晶圓上，然后通過退火來設置所述第一磁電阻材料薄膜堆疊的釘扎層的磁化方向； 所述第一磁電阻材料薄膜堆疊使用阻擋溫度為TBl的反鐵磁層作為其釘扎層，所述第一磁電阻材料薄膜堆疊用于構建X軸傳感器和Z軸傳感器； (2)在所述半導體晶圓上挑選一些區域，然后清除所選區域里的所述第一磁電阻材料薄膜堆疊； (3)在所述半導體 晶圓上沉積一第二磁電阻材料薄膜堆疊，所述第二磁電阻材料薄膜堆疊使用阻擋溫度為ΤΒ2的反鐵磁層作為其釘扎層，所述第二磁電阻材料薄膜堆疊用于構建Y軸傳感器，其中ΤΒ1ΧTΒ2 ;在溫度高于TBl、磁場方向平行于所述X軸傳感器和Z軸傳感器的釘扎層磁化方向的外加磁場中進行第一次高溫退火，然后將溫度降至TBl和ΤΒ2之間的某一值，旋轉外加磁場使其方向與所述Y軸傳感器的釘扎層磁化方向相同，接著將溫度降至室溫，并將外加磁場減小至零磁場； (4)對所述第一磁電阻材料薄膜堆疊和所述第二磁電阻材料薄膜堆疊進行掩膜，并清除掉與所述第一磁電阻材料薄膜堆疊重合部分的所述第二磁電阻材料薄膜堆疊； (5)構建底部電極，并在同一結構成型步驟中構建出X軸傳感器、Y軸傳感器和Z軸傳感器中的磁電阻傳感元件，其中構建底部電極在構建X軸傳感器、Y軸傳感器和Z軸傳感器中磁電阻傳感元件之前或之后； (6)在所述磁電阻傳感元件上沉積一絕緣層I，并通過所述絕緣層I在所述磁電阻傳感元件的頂端制作出接觸孔；所述接觸孔通過一自對準技術來實現，所述自對準技術包括剝離(lift off)工藝；或使用光刻和刻蝕工藝通過所述絕緣層I在所述磁電阻傳感元件的頂端向下開孔來實現； (7)沉積一頂部導電層，所述頂部導電層與所述磁電阻傳感元件的頂層相電連接，使用成型工藝(patterning processes)來形成頂部電極,并在各元件之間進行布線；(8)沉積一絕緣層II ； 或.沉積一絕緣層III，再在所述沉積一絕緣層III上沉積一導電層，并將其構建成一電磁線圈層
在所述電磁線圈層的頂部沉積一絕緣層IV ；(9)在所述絕緣層II或所述絕緣層IV的上方使用相同的軟鐵磁材料同步形成多個磁通量控制器； (10)在所有所述磁通量控制器的上方，沉積一鈍化層，對所述鈍化層進行刻蝕，并在對應所述頂部電極和底部電極的位置上進行通孔，形成跟傳感器芯片連接的焊盤；
或； 在所有所述磁通量控制器的上方，沉積一鈍化層，對所述鈍化層進行刻蝕，并在對應所述頂部電極和底部電極的位置上進行通孔，形成跟傳感器芯片連接的焊盤，在所述焊盤的頂端進行濺射或電鍍一導電金屬。
12.根據權利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述半導體晶圓為摻雜有集成電路的硅片、已經進行化學機械拋光的硅片或者是含有鈍化光滑表面的空白硅片。
【文檔編號】G01R33/09GK103913709SQ201410123285
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】詹姆斯·G·迪克, 李丹 申請人:江蘇多維科技有限公司
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