CN104793155B - 一种磁传感装置及该装置的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种磁传感装置及该装置的制备工艺，所述制备工艺包括：在含有外围电路的基底上沉积绝缘介质材料层或/和磁材料层或/和金属层，使得外围电路的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET功能，或者作为磁传感装置的电极金属。本发明提出的磁传感装置及其制备工艺，通过器件、电路设计和版图布局，能够利用ASIC原有的一层或者多层金属实现磁传感器的金属层功能，从而实现减少磁传感器金属层的效果，例如可以将磁传感器的金属层从现有的三层下降为两层，甚至0层。从而大幅减少了工艺层次，有利于缩短工艺周期，降低制造成本，并且实现有竞争力的磁传感器单芯片制造工艺。

Description

一种磁传感装置及该装置的制备工艺

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，涉及一种磁传感装置，尤其涉及一种与ASIC共享其金属层的磁传感装置；同时，本发明还涉及一种磁传感装置的制备工艺。

背景技术

磁传感器按照其原理，可以分为以下几类：霍尔元件，磁敏二极管，各项异性磁阻元件（AMR），隧道结磁阻(TMR)元件及巨磁阻(GMR)元件、感应线圈、超导量子干涉磁强计等。

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。

以下介绍现有磁传感器的工作原理。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。这种具有晶体结构的合金材料对外界的磁场很敏感，磁场的强弱变化会导致AMR自身电阻值发生变化。

在制造、应用过程中，将一个强磁场加在AMR单元上使其在某一方向上磁化，建立起一个主磁域，与主磁域垂直的轴被称为该AMR的敏感轴，如图1所示。为了使测量结果以线性的方式变化，AMR材料上的金属导线呈45°角倾斜排列，电流从这些导线和AMR材料上流过，如图2所示；由初始的强磁场在AMR材料上建立起来的主磁域和电流的方向有45°的夹角。

当存在外界磁场Ha时，AMR单元上主磁域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3所示。对于AMR材料来说，θ角的变化会引起AMR自身阻值的变化，如图4所示。

通过对AMR单元电阻变化的测量，可以得到外界磁场。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5所示。R1/R2/R3/R4是初始状态相同的AMR电阻，当检测到外界磁场的时候，R1/R2阻值增加ΔR而R3/R4减少ΔR。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ΔV。

如今，磁传感器的应用中通常需要ASIC外围电路进行驱动和信号处理，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更加有机地结合，避免了采用引线方法进行连接。

在制造ASIC芯片的时候，通常会采用4-7层金属层；而制造磁传感器也需要3层左右的金属。如在ASIC上继续制造磁传感器，将总共会有7-11层；由此可见，采用现有的器件架构制备单芯片的磁传感器工艺流程比较长，进而导致制备周期较长，而制备成本较高。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的磁传感装置，以克服现有磁传感装置的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种磁传感装置，可将现有磁传感器的金属层从现有的三层下降为两层，甚至0层；从而大幅简化了工艺流程，缩短了工艺时间，降低了制造的成本，并且实现磁传感器的单芯片制造。

此外，本发明还提供一种磁传感装置的制备工艺，可将现有磁传感器的金属层从现有的三层下降为两层，甚至0层；从而大幅简化了工艺流程，缩短了工艺时间，降低了制造的成本，并且实现磁传感器的单芯片制造。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种磁传感装置，所述磁传感装置包括外围电路、磁传感部件，其中的一层或多层的金属层既用于实现外围电路的功能，又用于实现磁传感部件的功能。

作为本发明的一种优选方案，所述外围电路包括多层的金属层；所述外围电路其中的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属。

作为本发明的一种优选方案，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；磁传感装置包括多层金属层、磁材料层、电极层、绝缘层；

所述多层金属层中的一层或多层属于外围电路的一部分，并实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属；所述电极层作为外围电路的一部分，或者电极层并非外围电路的一部分。

作为本发明的一种优选方案，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；

所述外围电路设置于基底的一侧，外围电路的多层金属层包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，在第二绝缘介质层上设有磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，分别代表两个轴，两组磁材料单元的位置分别对应第二金属层两组金属单元的位置；所述磁材料单元上设有若干平行设置的金属电极；

所述磁材料层及其金属电极上方铺设有第三绝缘介质层，第三绝缘介质层上方设有第四金属层；

所述第二金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，对应的，所述第四金属层用于实现磁传感装置的SET/RESET或/和自检测或/和电连接功能。

作为本发明的一种优选方案，所述磁传感装置为三轴磁传感装置；所述三轴磁传感装置包括水平方向磁传感器、垂直方向磁传感器；

所述垂直方向磁传感器包括含有外围电路的基底，所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，第二绝缘介质层的表面开有沟槽，沟槽深度到达第一绝缘层，或者超过第一绝缘层；所述垂直方向磁传感器还包括导磁单元、感应单元；

所述垂直方向磁传感器导磁单元的主体部分设置于所述沟槽内，并有部分露出沟槽至第二绝缘介质层的表面，用以收集垂直方向的磁场信号，并将该磁场信号输出；所述导磁单元包括主体部分设置于所述沟槽内的第一磁材料层；

所述感应单元设置于所述第二绝缘介质层的表面上，用以接收所述导磁单元输出的垂直方向的磁信号，并根据该磁信号测量出垂直方向和水平方向对应的磁场强度及磁场方向；所述感应单元包括设置于第二绝缘介质层的表面的第二磁材料层，以及设置于该第二磁材料层上的若干平行设置的电极；在垂直方向磁传感器中，所述第二磁材料层与第一磁材料层有间隙，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体；

所述传感器还包括第三绝缘介质层，第三绝缘介质层设置于第二绝缘介质层、第一磁材料层、电极、第二磁材料层上，同时将沟槽填满；所述第三绝缘介质层上方设有第四金属层；

所述第二金属层、第四金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能，或者，第二金属层、第四金属层还用于电连接。

作为本发明的一种优选方案，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；

所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，在第二绝缘介质层上设有磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，两组磁材料单元的位置对应第二金属层两组金属单元的位置；所述磁材料单元上设有若干平行设置的金属电极；

所述磁材料层及其金属电极上方铺设有第三绝缘介质层；

所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能，或者，第一金属层、第二金属层还用于电连接。

作为本发明的一种优选方案，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；

所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

所述第二金属层的表面还形成有第二绝缘介质层，该第二绝缘介质层的表面还形成有第三金属层；在第二绝缘介质层的表面及第三金属层上沉积有磁材料层，通过图形化工艺，磁材料层形成两组磁材料单元；第三金属层作为两组磁材料单元的电极；

所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

一种磁传感装置的制备工艺，所述制备工艺包括：

在含有外围电路的基底上沉积绝缘介质材料层或/和磁材料层或/和金属层，使得外围电路的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属。

作为本发明的一种优选方案，所述制备工艺包括如下步骤：

步骤101、在含有外围电路的基底上沉积第二绝缘介质层，第二绝缘介质层为单层或者多层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

步骤102、在第二绝缘介质层上沉积磁材料；

步骤103、对磁材料进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料单元层；磁材料单元层包括两组磁材料单元，两组磁材料单元的位置对应第二金属层两组金属单元的位置；

步骤104、沉积第三金属材料，并刻蚀，在磁材料上形成第三金属层，作为磁材料单元的电极；

步骤105、继续沉积第三绝缘介质材料，并进行平坦化；

步骤106、再沉积第四金属材料，制造形成第四金属层；所述第二金属层、第四金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤104中，在沉积第三金属材料之前先沉积第五绝缘介质材料，随后在第五绝缘介质材料上打开窗口，随后沉积第三金属材料并进行光刻，形成第三金属层，作为磁材料单元的电极。

作为本发明的一种优选方案，所述磁传感装置为三轴磁传感装置；所述三轴磁传感装置包括水平方向磁传感器、垂直方向磁传感器；所述制备工艺水平方向磁传感器的制备方法、垂直方向磁传感器的制备方法；

所述垂直方向磁传感器的制备方法包括如下步骤：

步骤201、在含有外围电路的基底上沉积第二绝缘介质层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

步骤202、在第二绝缘介质层或第一绝缘介质层里形成沟槽，沟槽的深度达到或者超过第一绝缘层；

步骤203、在开有沟槽的第二绝缘介质层上沉积磁性材料，形成磁性材料层；

步骤204、对磁性材料层图形化，形成磁性单元的图形；具体形成所述垂直方向磁传感器的导磁单元，以及感应单元的第二磁材料层；所述导磁单元包括主体部分设置于所述沟槽内的第一磁材料层；第一磁材料层有部分露出沟槽至第二绝缘介质层的表面，导磁单元的用以收集垂直方向的磁场信号，并将该磁场信号输出；所述第二磁材料层与第一磁材料层有间隙，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体却开有一些窗口；

步骤205、沉积第三金属材料，并图形化，形成第三金属层，作为感应单元的电极；从而形成设置于所述第二绝缘介质层的表面的感应单元，用以接收所述导磁单元输出的垂直方向的磁信号，并根据该磁信号测量出垂直方向对应的磁场强度及磁场方向；所述感应单元包括设置于第二绝缘介质层的表面的第二磁材料层，以及设置于该第二磁材料层上的若干平行设置的电极；

步骤206、沉积第三绝缘介质材料，形成第三绝缘介质层，并采用化学机械抛光进行平坦化；

步骤207、继续沉积第四金属材料，并进行图形化和刻蚀，得到第四金属层；所述第二金属层、第四金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

作为本发明的一种优选方案，所述制备工艺包括如下步骤：

步骤301、在含有外围电路的基底上沉积第二绝缘介质层，第二绝缘介质层为单层或者多层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底上的第一绝缘介质层隔离开；

步骤302、在第二绝缘介质层上沉积磁材料；

步骤303、对磁材料进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料单元层；磁材料单元层包括两组磁材料单元，两组磁材料单元的位置对应第二金属层两组金属单元的位置；

步骤304、沉积第三金属材料，并刻蚀，在磁材料上形成第三金属层，作为磁材料单元的电极；

步骤305、继续沉积第三绝缘介质材料，并进行平坦化；所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

作为本发明的一种优选方案，所述制备工艺包括如下步骤：

步骤401、在含有外围电路的基底上形成第三金属层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层、第三金属层通过基底的第一或/和第二绝缘介质层隔离开；

步骤402、在第二绝缘介质层的表面及第三金属层上沉积磁材料；

步骤403、对磁材料进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，第三金属层作为两组磁材料单元的电极；

步骤404、沉积钝化层进行保护；所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

本发明的有益效果在于：本发明提出的磁传感装置及其制备工艺，通过器件、电路设计和版图布局，能够利用ASIC原有的一层或者多层金属实现磁传感器的金属层功能，从而实现减少磁传感器金属层的效果，例如可以将磁传感器的金属层从现有的三层下降为两层，甚至0层。从而大幅减少了工艺层次，有利于缩短工艺周期，降低制造成本，并且实现有竞争力的磁传感器单芯片制造工艺。

附图说明

图1为现有磁传感装置的磁性材料的示意图。

图2为现有磁传感装置的磁性材料及导线的结构示意图。

图3为磁场方向和电流方向的夹角示意图。

图4为磁性材料的θ-R特性曲线示意图。

图5为惠斯通电桥的连接图。

图6为实施例一中设有外围电路的基底的结构示意图。

图7为实施例一中设有外围电路的基底的俯视图。

图8为实施例一中步骤101后的示意图。

图9为实施例一中步骤102后的示意图。

图10为实施例一中步骤103后的示意图。

图11为实施例一中步骤103后的俯视图。

图12为实施例一中步骤104后的示意图。

图13为实施例一中步骤104后的俯视图。

图14为实施例一中步骤104沉积第五绝缘介质材料后的示意图。

图15为实施例一中步骤104打开窗口后的示意图。

图16为实施例一中步骤105后的示意图。

图17为实施例一中步骤106后的示意图。

图18为实施例二中设有外围电路的基底的结构示意图。

图19为实施例二中步骤201后的示意图。

图20为实施例二中步骤202后的示意图。

图21为实施例二中步骤203后的示意图。

图22为实施例二中步骤204后的示意图。

图23为实施例二中步骤204后另一种结构的示意图。

图24为实施例二中步骤205后的示意图。

图25为实施例二中步骤206后的示意图。

图26为实施例二中步骤207后的示意图。

图27为实施例三中磁传感装置的结构示意图。

图28为实施例四中设有外围电路的基底的结构示意图。

图29为实施例四中步骤401后的示意图。

图30为实施例四中步骤402后的示意图。

图31为实施例四中步骤403后的示意图。

图32为实施例四中步骤404后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

本发明揭示了一种磁传感装置，所述磁传感装置包括外围电路、磁传感部件，其中的一层或多层的金属层既用于实现外围电路的功能，又用于实现磁传感部件的功能。所述外围电路包括多层的金属层；所述外围电路其中的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属。

本实施例中，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；磁传感装置包括多层金属层、磁材料层、电极层。所述多层金属层中的一层或多层属于外围电路的一部分，并实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属；所述电极层作为外围电路的一部分，或者电极层并非外围电路的一部分。

具体地，请参阅图17，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；所述外围电路设置于基底的一侧，外围电路的多层金属层中，包括第一金属层103、第二金属层104，第一金属层103、第二金属层104通过基底101的第一绝缘介质层102隔离开；所述第二金属层104包括两组金属单元。

所述第一绝缘介质层102上铺设有第二绝缘介质层105，在第二绝缘介质层105上设有磁材料层107；磁材料层107包括两组磁材料单元，两组磁材料单元107的位置对应第二金属层104两组金属单元的位置；所述磁材料单元上设有若干平行设置的金属电极（即第三金属层110）。

所述磁材料层107及其金属电极上方铺设有第三绝缘介质层112，第三绝缘介质层112上方设有第四金属层113；所述第二金属层104用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，对应的，所述第四金属层113用于实现磁传感装置的SET/RESET或/和自检测功能。

以上介绍了本发明磁传感装置的结构，本发明在揭示上述装置结构的同时，还揭示一种磁传感装置的制备工艺，所述制备工艺包括：在含有外围电路的基底上沉积绝缘介质材料层或/和磁材料层或/和金属层，使得外围电路的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属。

具体地，请参阅图6至图17，所述制备工艺包括如下步骤：

【步骤100】请参阅图6，所述外围电路设置于基底101的一侧，包括第一金属层103、第二金属层104，第一金属层103、第二金属层104通过基底101的第一绝缘介质层102隔离开；俯视图如图7所示（仅是局部显示）。第一绝缘介质层102可以包含多层绝缘介质层。

【步骤101】请参阅图8，在含有外围电路的基底101上沉积第二绝缘介质层105，第二绝缘介质层105为单层或者多层。

【步骤102】请参阅图9，在第二绝缘介质层105上沉积磁材料层106，磁材料层106还可以包括保护层材料，保护材料如氮化钽；磁材料为AMR材料，或为TMR材料，或为GMR材料；

【步骤103】请参阅图10，对磁材料106进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料单元层107；磁材料层107包括两组磁材料单元，两组磁材料单元的位置可以对应第二金属层两组金属单元的位置；俯视图如图11所示。

【步骤104】请参阅图12，沉积第三金属材料，并刻蚀，在磁材料上形成第三金属层110，作为磁材料单元的电极，俯视图见图13所示。显示的电极的图形无论是形状、尺寸、间隔都是示意性的，可以根据实际需要进行调整；

请参阅图14，在沉积第三金属材料之前可以先沉积第五绝缘介质材料108，随后在第五绝缘介质材料108上打开窗口109，如图15所示；随后沉积第三金属材料并进行光刻，形成第三金属层110，作为磁材料单元的电极。效果与上述方案相同。

【步骤105】请参阅图16，继续沉积第三绝缘介质材料112，并进行平坦化；

【步骤106】请参阅图17，打开通孔后，再沉积第四金属材料，制造形成第四金属层113；所述第二金属层104、第四金属层113中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。当然第二金属层104、第四金属层113也可以实现其他的功能，比如电连接等。

【步骤107】本实施例还可以包括钝化层的沉积和开窗，在此不再赘述。

本实施例中，第四金属层113可以作为磁传感器SET和RESET的作用；而器件的自检测时施加的磁场可以通过第二金属层104实现；因此在ASIC上制造磁传感器可以共享ASIC原有的金属层，既可以少制造一层金属，降低了成本。当然，ASIC原来带有的金属层也可以作为SET和RESET，以及其他的功能。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，所述磁传感装置为三轴磁传感装置；所述三轴磁传感装置包括水平方向磁传感器（其结构可参考实施例一的描述，在此就不再重复描述）、垂直方向磁传感器。

请参阅图26，所述垂直方向磁传感器包括含有外围电路的基底，所述外围电路设置于基底201的一侧，包括第一金属层203、第二金属层204，第一金属层203、第二金属层204通过基底201的第一绝缘介质层202隔离开。

所述第一绝缘介质层202上铺设有第二绝缘介质层205，第二绝缘介质层205的表面开有沟槽206；所述垂直方向磁传感器还包括导磁单元、感应单元。

所述导磁单元的主体部分设置于所述沟槽206内，并有部分露出沟槽至第二绝缘介质层205的表面，用以收集垂直方向的磁场信号，并将该磁场信号输出；所述导磁单元包括主体部分设置于所述沟槽内的第一磁材料层。

所述感应单元设置于所述第二绝缘介质层的表面上，用以接收所述导磁单元输出的垂直方向的磁信号，并根据该磁信号测量出垂直方向对应的磁场强度及磁场方向；所述感应单元包括设置于第二绝缘介质层的表面的第二磁材料层，以及设置于该第二磁材料层上的若干平行设置的电极；所述第二磁材料层与第一磁材料层有间隙，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体。

所述垂直方向磁传感器还包括第三绝缘介质层211，第三绝缘介质层211设置于第二绝缘介质层205、第一磁材料层、电极（即第三金属层210）、第二磁材料层上，同时将沟槽填满；所述第三绝缘介质层211上方设有第四金属层212。

所述第二金属层204、第四金属层212中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET、RESET功能。

本实施例中，所述制备工艺水平方向磁传感器的制备方法（具体可参考实施例一的描述）、垂直方向磁传感器的制备方法；请参阅图18至图26，所述垂直方向磁传感器的制备方法包括如下步骤：

【步骤201】请参阅图19，在含有外围电路的基底201上沉积第二绝缘介质层205。

如图18所示，所述外围电路设置于基底201的一侧，包括第一金属层203、第二金属层204，第一金属层203、第二金属层204通过基底201的第一绝缘介质层202隔离开；

【步骤202】请参阅图20，在第二绝缘介质层205里形成沟槽206；沟槽206的深度可以低于第二绝缘介质层205，即可以接触到第一绝缘介质层202或者基底201；

【步骤203】请参阅图21，在含有沟槽206的第二绝缘介质层205上沉积磁性材料，形成磁性材料层207；磁材料层207可以包含一层或者多层的保护材料层；

【步骤204】请参阅图22，对磁性材料层图形化，形成磁性材料图形，只保留了感应单元和导磁单元，本发明的感应单元与导磁单元可以分开也可以连接，本发明显示了连接在一起的案例。208是去除了磁性材料露出的空白区域。

具体形成所述垂直方向磁传感器的导磁单元，以及感应单元的第二磁材料层；所述导磁单元包括主体部分设置于所述沟槽内的第一磁材料层；第一磁材料层有部分露出沟槽至第二绝缘介质层的表面，导磁单元的用以收集垂直方向的磁场信号，并将该磁场信号输出；所述第二磁材料层与第一磁材料层有间隙，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体。

当然，形成的截面结构也可以如图23所示，与图22的差别在于有狭缝209将Z轴方向的导磁单元与感应单元分开，并且沟槽里只保留一面的磁材料和保护层材料。

【步骤205】请参阅图24，沉积第三金属材料，并图形化，形成第三金属层210，作为感应单元的电极；从而形成设置于所述第二绝缘介质层205的表面的感应单元，感应单元用以接收所述导磁单元输出的垂直方向的磁信号，并根据该磁信号测量出垂直方向对应的磁场强度及磁场方向；所述感应单元包括设置于第二绝缘介质层的表面的第二磁材料层，以及设置于该第二磁材料层上的若干平行设置的电极。在刻蚀第三金属材料的时候，因为工艺的原因，可能在沟槽（即磁性材料）的侧壁和底部保留有金属材料，只不过在图24中没有示意出来。

【步骤206】请参阅图25，沉积第三绝缘介质材料，形成第三绝缘介质层211，并采用化学机械抛光进行平坦化；

【步骤207】请参阅图26，打开通孔，便于引出电极，随后继续沉积第四金属材料，并进行图形化和刻蚀，得到第四金属层212；所述第二金属层204、第四金属层212中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

本实施例中，虽然只是显示了Z轴方向磁传感器的制造，但是显然还可以同时包含X-Y方向的传感单元制造。第四金属层212可以作为磁传感器SET和RESET的作用；而器件的自检测时施加的磁场可以通过第二金属层204实现；因此在ASIC上制造磁传感器可以共享ASIC原有的金属层，既可以少制造一层金属，降低了成本。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于，利用ASIC电路的两层金属，分别作为磁传感器的自检测和SET/RESET的金属层，可以减少两层磁传感器制造的金属层，即只需要增加一层的金属即能够实现芯片的功能。

请参阅图27，本实施例中，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开。

所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，在第二绝缘介质层上设有磁材料层；磁材料层包括两列磁材料单元，两列磁材料单元的位置对应第二金属层两列金属单元的位置；所述磁材料单元上设有若干平行设置的金属电极。所述磁材料层及其金属电极上方铺设有第三绝缘介质层。

所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET、RESET功能。

请参阅图27，本实施例中，所述制备工艺包括如下步骤：

【步骤301】在含有外围电路的基底上沉积第二绝缘介质层，第二绝缘介质层为单层或者多层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开，第一绝缘介质层包含多层介质层；

【步骤302】在第二绝缘介质层上沉积磁材料；

【步骤303】对磁材料进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，分别用于X和Y轴的磁场测试，两组磁材料单元的位置对应第二金属层两组金属单元的位置；

【步骤304】沉积第三金属材料，并刻蚀，在磁材料上形成第三金属层，作为磁材料单元的电极；

【步骤305】继续沉积第三绝缘介质材料，并进行平坦化；所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET、RESET功能。

实施例四

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，利用ASIC上三层金属制造磁传感器，可以减少三层磁传感器制造的金属层。

请参阅图32，所述磁传感装置为两轴磁传感装置；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开。

所述第一绝缘介质层的表面还形成有第三金属层；在第一绝缘介质层的表面及第三金属层上沉积有磁材料层，磁材料层包括两列磁材料单元；第三金属层作为两列磁材料单元的电极。

所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET、RESET功能。

本实施例中，请参阅图28至图32，所述制备工艺包括如下步骤：

【步骤401】请参阅图29，在图28的基础上，在含有外围电路的基底401上形成第三金属层405，沉积介质层后进行平坦化，露出第三金属层405。

如图28所示，所述外围电路设置于基底401的一侧，包括第一金属层403、第二金属层404，第一金属层403、第二金属层404、第三金属层405通过基底401的第一绝缘介质层402隔离开；

【步骤402】请参阅图30，在第一绝缘介质层402的表面及第三金属层405上沉积磁材料406，磁材料406包含一层或者多层保护层材料；保护层可以在磁材料层的任意一侧，或者两侧；

【步骤403】请参阅图31，对磁材料406进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料层407；本实施例中，磁材料层407包括两列磁材料单元，第三金属层405作为两列磁材料单元的电极；

【步骤404】请参阅图32，沉积钝化层408进行保护，并且打开PAD；所述第一金属层403、第二金属层404中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET、RESET功能。

综上所述，本发明提出的磁传感装置及其制备工艺，通过器件、电路设计和版图布局，能够利用ASIC原有的一层或者多层金属实现磁传感器的金属层功能，从而实现减少磁传感器金属层的效果，例如可以将磁传感器的金属层从现有的三层下降为两层，甚至0层。从而大幅减少了工艺层次，有利于缩短工艺周期，降低制造成本，并且实现有竞争力的磁传感器单芯片制造工艺。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种磁传感装置，其特征在于，所述磁传感装置包括外围电路、磁传感部件，其中的一层或多层的金属层既用于实现外围电路的功能，又用于实现磁传感部件的功能；

所述外围电路包括多层的金属层；所述外围电路其中的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属；

所述磁传感装置为两轴磁传感装置；

所述外围电路设置于基底的一侧，外围电路的多层金属层包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，在第二绝缘介质层上设有磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，分别代表两个轴，两组磁材料单元的位置分别对应第二金属层两组金属单元的位置；所述磁材料单元上设有若干平行设置的金属电极；

所述磁材料层及其金属电极上方铺设有第三绝缘介质层，第三绝缘介质层上方设有第四金属层；

所述第二金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，对应的，所述第四金属层用于实现磁传感装置的SET/RESET或/和自检测或/和电连接功能。

2.根据权利要求1所述的磁传感装置，其特征在于：

所述磁传感装置为两轴磁传感装置；磁传感装置包括多层金属层、磁材料层、电极层、绝缘层；

所述多层金属层中的一层或多层属于外围电路的一部分，并实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属；所述电极层作为外围电路的一部分，或者电极层并非外围电路的一部分。

3.根据权利要求1所述的磁传感装置，其特征在于：

所述磁传感装置为三轴磁传感装置；所述三轴磁传感装置包括水平方向磁传感器、垂直方向磁传感器；

所述垂直方向磁传感器包括含有外围电路的基底，所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，第二绝缘介质层的表面开有沟槽，沟槽深度到达第一绝缘层，或者超过第一绝缘层；所述垂直方向磁传感器还包括导磁单元、感应单元；

所述垂直方向磁传感器导磁单元的主体部分设置于所述沟槽内，并有部分露出沟槽至第二绝缘介质层的表面，用以收集垂直方向的磁场信号，并将该磁场信号输出；所述导磁单元包括主体部分设置于所述沟槽内的第一磁材料层；

所述感应单元设置于所述第二绝缘介质层的表面上，用以接收所述导磁单元输出的垂直方向的磁信号，并根据该磁信号测量出垂直方向和水平方向对应的磁场强度及磁场方向；所述感应单元包括设置于第二绝缘介质层的表面的第二磁材料层，以及设置于该第二磁材料层上的若干平行设置的电极；在垂直方向磁传感器中，所述第二磁材料层与第一磁材料层有间隙，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体；

所述传感器还包括第三绝缘介质层，第三绝缘介质层设置于第二绝缘介质层、第一磁材料层、电极、第二磁材料层上，同时将沟槽填满；所述第三绝缘介质层上方设有第四金属层；

所述第二金属层、第四金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能，或者，第二金属层、第四金属层还用于电连接。

4.根据权利要求1所述的磁传感装置，其特征在于：

所述磁传感装置为两轴磁传感装置；

所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

所述第一绝缘介质层上铺设有第二绝缘介质层，在第二绝缘介质层上设有磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，两组磁材料单元的位置对应第二金属层两组金属单元的位置；所述磁材料单元上设有若干平行设置的金属电极；

所述磁材料层及其金属电极上方铺设有第三绝缘介质层；

所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能，或者，第一金属层、第二金属层还用于电连接。

5.根据权利要求1所述的磁传感装置，其特征在于：

所述磁传感装置为两轴磁传感装置；

所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

所述第二金属层的表面还形成有第二绝缘介质层，该第二绝缘介质层的表面还形成有第三金属层；在第二绝缘介质层的表面及第三金属层上沉积有磁材料层，通过图形化工艺，磁材料层形成两组磁材料单元；第三金属层作为两组磁材料单元的电极；

所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

6.一种磁传感装置的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括：

在含有外围电路的基底上沉积绝缘介质材料层或/和磁材料层或/和金属层，使得外围电路的一层或多层金属层用于实现所述磁传感装置的自检测或/和SET/RESET或/和电连接功能，或者作为磁传感装置的电极金属；

所述制备工艺包括如下步骤：

步骤101、在含有外围电路的基底上沉积第二绝缘介质层，第二绝缘介质层为单层或者多层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

步骤102、在第二绝缘介质层上沉积磁材料；

步骤103、对磁材料进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料单元层；磁材料单元层包括两组磁材料单元，两组磁材料单元的位置对应第二金属层两组金属单元的位置；

步骤104、沉积第三金属材料，并刻蚀，在磁材料上形成第三金属层，作为磁材料单元的电极；

步骤105、继续沉积第三绝缘介质材料，并进行平坦化；

步骤106、再沉积第四金属材料，制造形成第四金属层；所述第二金属层、第四金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

7.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于：

所述步骤104中，在沉积第三金属材料之前先沉积第五绝缘介质材料，随后在第五绝缘介质材料上打开窗口，随后沉积第三金属材料并进行光刻，形成第三金属层，作为磁材料单元的电极。

8.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于：

所述磁传感装置为三轴磁传感装置；所述三轴磁传感装置包括水平方向磁传感器、垂直方向磁传感器；所述制备工艺水平方向磁传感器的制备方法、垂直方向磁传感器的制备方法；

所述垂直方向磁传感器的制备方法包括如下步骤：

步骤201、在含有外围电路的基底上沉积第二绝缘介质层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底的第一绝缘介质层隔离开；

步骤202、在第二绝缘介质层或第一绝缘介质层里形成沟槽，沟槽的深度达到或者超过第一绝缘层；

步骤203、在开有沟槽的第二绝缘介质层上沉积磁性材料，形成磁性材料层；

步骤204、对磁性材料层图形化，形成磁性单元的图形；具体形成所述垂直方向磁传感器的导磁单元，以及感应单元的第二磁材料层；所述导磁单元包括主体部分设置于所述沟槽内的第一磁材料层；第一磁材料层有部分露出沟槽至第二绝缘介质层的表面，导磁单元的用以收集垂直方向的磁场信号，并将该磁场信号输出；所述第二磁材料层与第一磁材料层有间隙，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体，或者第二磁材料层与第一磁材料层连为一体却开有一些窗口；

步骤205、沉积第三金属材料，并图形化，形成第三金属层，作为感应单元的电极；从而形成设置于所述第二绝缘介质层的表面的感应单元，用以接收所述导磁单元输出的垂直方向的磁信号，并根据该磁信号测量出垂直方向对应的磁场强度及磁场方向；所述感应单元包括设置于第二绝缘介质层的表面的第二磁材料层，以及设置于该第二磁材料层上的若干平行设置的电极；

步骤206、沉积第三绝缘介质材料，形成第三绝缘介质层，并采用化学机械抛光进行平坦化；

步骤207、继续沉积第四金属材料，并进行图形化和刻蚀，得到第四金属层；所述第二金属层、第四金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

9.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于：

所述制备工艺包括如下步骤：

步骤301、在含有外围电路的基底上沉积第二绝缘介质层，第二绝缘介质层为单层或者多层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层通过基底上的第一绝缘介质层隔离开；

步骤302、在第二绝缘介质层上沉积磁材料；

步骤303、对磁材料进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料单元层；磁材料单元层包括两组磁材料单元，两组磁材料单元的位置对应第二金属层两组金属单元的位置；

步骤304、沉积第三金属材料，并刻蚀，在磁材料上形成第三金属层，作为磁材料单元的电极；

步骤305、继续沉积第三绝缘介质材料，并进行平坦化；所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。

10.根据权利要求6所述的制备工艺，其特征在于：

所述制备工艺包括如下步骤：

步骤401、在含有外围电路的基底上形成第三金属层；所述外围电路设置于基底的一侧，包括第一金属层、第二金属层，第一金属层、第二金属层、第三金属层通过基底的第一或/和第二绝缘介质层隔离开；

步骤402、在第二绝缘介质层的表面及第三金属层上沉积磁材料；

步骤403、对磁材料进行图形化，刻蚀形成磁材料图形，作为磁材料层；磁材料层包括两组磁材料单元，第三金属层作为两组磁材料单元的电极；

步骤404、沉积钝化层进行保护；所述第一金属层、第二金属层中，一个用于实现所述磁传感装置的自检测功能，另一个用于实现SET/RESET功能。