CN109781149A - 一种amr传感器结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种AMR传感器结构及其制造方法，一种AMR传感器结构，包括第一导电材料、第二导电材料和磁阻条；包括提供一个Si基底，并对Si基底进行预处理；利用光刻、剥离技术在基底上形成第一预定义图形；利用磁控溅射薄膜生长技术生长磁性长条，在生长磁阻条时外加偏置磁场，引入附加磁各向异性能；利用丙酮超声清洗，去除多余的磁性薄膜；利用光刻、剥离技术在基底上形成第二预定义图形；利用磁控溅射薄膜生长技术生长惠斯通电桥；利用丙酮超声清洗，去除多余的导电金属薄膜。增大了磁阻条工作面积，避免了巴贝电极边缘电流的影响，降低了加工过程对精度的要求。

Description

一种AMR传感器结构及其制造方法
技术领域
本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种AMR传感器结构及其制造方法。
背景技术
在传统AMR传感器的设计制造中，为了实现电流方向与磁感应强度方向夹角成45°，获得更好的线性响应，通常采用巴贝电极的设计方式。在磁阻条表面生长平行间隔排列的金属电极，金属电极与矩形磁阻条长边方向成45°。巴贝电极的设计方式存在两个缺陷，会极大的影响AMR传感器性能。第一，巴贝电极将金属层底部的磁阻薄膜短路，减小了磁阻条实际有效工作面积，降低了磁电阻效应；第二，由于巴贝电极在边缘部分电流分布不均匀，造成实际的电流方向和磁化轴方向的夹角发生偏移，影响传感器线性输出范围及灵敏度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种AMR传感器结构及其制造方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种AMR传感器结构，包括第一导电材料、第二导电材料和磁阻条；四个第一导电材料成四宫格状分布，若干磁阻条平行等间距设置，相邻的两个磁阻条之间的端部通过第二导电材料连接，使若干磁阻条形成S型串联结构；相邻的第一导电材料之间均设置有S型串联结构，形成惠斯通电桥，S型串联结构端部的磁阻条与第一导电材料连接。
进一步的，每个S型串联结构均匀四宫格的中线成45度夹角；第一导电材料和第二导电材料均为导电金属。
进一步的，磁阻条的厚度为30nm-100nm；磁阻条为三明治结构，包括底层缓冲层、中间层和上层保护层；底层缓冲层材料为Ta，厚度为3nm，中间层使用磁性材料为NiFe，厚度为30nm，上层保护层材料为Ta，厚度为3nm。
一种AMR传感器结构的制造方法，基于上述任意一项所述的一种AMR传感器结构，包括以下步骤：
步骤1，提供一个Si基底，并对Si基底进行预处理；
步骤2，利用光刻、剥离技术在基底上形成第一预定义图形；
步骤3，利用磁控溅射薄膜生长技术生长磁性长条，在生长磁阻条时外加偏置磁场，引入附加磁各向异性能；利用丙酮超声清洗，去除多余的磁性薄膜；
步骤4，利用光刻、剥离技术在基底上形成第二预定义图形；
步骤5，利用磁控溅射薄膜生长技术生长惠斯通电桥；利用丙酮超声清洗，去除多余的导电金属薄膜。
进一步的，步骤1中，Si基底进行预处理为利用丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗5min，之后用N2吹干，在烘箱内保持115℃烘20min。
进一步的，步骤3中，外部偏置磁场，磁场方向与磁阻条长轴方向夹角成45°。
进一步的，形成第一预定义图形包括：在Si基底上旋涂覆盖光刻胶形成第一光刻胶层；经过第一预定义图形的掩膜版对第一光刻胶层进行紫外线曝光；利用显影液对曝光后的第一光刻胶层进行显影处理；利用磁控溅射薄膜生长技术在显影后的第一光刻胶层上生长磁性材料层；去除第一光刻胶层，形成第一预定义图形。
进一步的，在Si基底上滴加光刻胶后，在匀胶机上先以600转速率旋转10s使得光刻胶覆盖Si片，再以4000转速率旋转40s使得光刻胶厚度均匀；将旋涂光刻胶的Si基底放入烘箱内，以115℃加热20min，使得光刻胶完全固化。
进一步的，步骤4中，形成第二预定义图形包括：在沉积有第一预定义图形磁性材料层的Si基底上旋涂覆盖光刻胶形成第二光刻胶层；经过第二预定义图形的掩膜版对第二光刻胶层进行紫外线曝光；利用显影液对曝光后的第二光刻胶层进行显影处理；利用磁控溅射薄膜生长技术在显影后的第二光刻胶层上生长金属导电材料层；去除第二光刻胶层，形成第二预定义图形。
进一步的，在生长有磁阻条的Si基底上滴加光刻胶后，在匀胶机上先以600转速率旋转10s使得光刻胶覆盖Si片，再以4000转速率旋转40s使得光刻胶厚度均匀；将旋涂光刻胶的Si基底放入烘箱内，以115℃加热20min，使得光刻胶完全固化。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明去除了磁阻条表面巴贝电极层，增大了磁阻条工作面积，避免了巴贝电极边缘电流的影响，降低了加工过程对精度的要求。可以获得更大的磁阻率，同时可以提高传感器的灵敏度，提高器件的工作效率和应用范围。
附图说明
图1示意了AMR传感器结构。
图2示意了AMR传感器的制造流程。
图中：1-第一导电材料，2-第二导电材料，3-磁阻条。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
一种AMR传感器结构，包括第一导电材料1、第二导电材料2和磁阻条3；四个第一导电材料1成四宫格状分布，若干磁阻条3平行等间距设置，相邻的两个磁阻条3之间的端部通过第二导电材料2连接，使若干磁阻条3形成S型串联结构；相邻的第一导电材料1之间均设置有S型串联结构，形成惠斯通电桥，S型串联结构端部的磁阻条3与第一导电材料1连接。
每个S型串联结构均匀四宫格的中线成45度夹角；第一导电材料1和第二导电材料2均为导电金属。
磁阻条3的厚度为30nm-100nm；磁阻条3为三明治结构，包括底层缓冲层、中间层和上层保护层；底层缓冲层材料为Ta，厚度为3nm，中间层使用磁性材料为NiFe，厚度为30nm，上层保护层材料为Ta，厚度为3nm。
一种AMR传感器结构的制造方法：
步骤1，提供一个Si基底，利用丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗5min，之后用N2吹干，在烘箱内保持115℃烘20min。
步骤2，本发明采用光刻胶的型号为APR-3510P，在Si基底上滴加光刻胶后，在匀胶机上先以600转速率旋转10s使得光刻胶覆盖Si片，再以4000转速率旋转40s使得光刻胶厚度均匀。
步骤3，将旋涂光刻胶的Si基底放入烘箱内，以115℃加热20min，使得光刻胶完全固化。
步骤4，经过第一预定义图形的掩膜版对第一光刻胶层进行紫外线曝光。
步骤5，显影，去除多余的光刻胶，在Si基底上留下第一预定义图形。
步骤6，利用磁控溅射薄膜生长技术，在处理好的基底上生长磁阻薄膜层，所诉磁阻薄膜层厚度为30-100nm，所诉磁阻材料包括Ta和NiFe。在薄膜生长过程中，对Si基底添加外部偏置磁场3，偏置磁场3方向与磁阻条2夹角成45°，如图1所示，偏置磁场3方向为水平横向。此处NiFe薄膜厚度可以改变，同时也可以是其他磁性材料，磁阻条2的数量与尺寸也可以改变。
步骤7，去除第一层光刻胶。
步骤8，在生长有磁阻条2的Si基底上滴加光刻胶后，在匀胶机上先以600转速率旋转10s使得光刻胶覆盖Si片，再以4000转速率旋转40s使得光刻胶厚度均匀。
步骤9，将旋涂光刻胶的Si基底放入烘箱内，以115℃加热20min，使得光刻胶完全固化。
步骤10，经过第二预定义图形的掩膜版对第二光刻胶层进行紫外线曝光。
步骤11，显影，去除多余的光刻胶，在Si基底上留下第二预定义图形。
步骤12，利用磁控溅射薄膜生长技术，在处理好的基底上生长导电金属1，导电金属1与磁阻条2组成惠斯通电桥。
步骤13，去除第二层光刻胶。

Claims (10)

1.一种AMR传感器结构，其特征在于，包括第一导电材料(1)、第二导电材料(2)和磁阻条(3)；四个第一导电材料(1)成四宫格状分布，若干磁阻条(3)平行等间距设置，相邻的两个磁阻条(3)之间的端部通过第二导电材料(2)连接，使若干磁阻条(3)形成S型串联结构；相邻的第一导电材料(1)之间均设置有S型串联结构，形成惠斯通电桥，S型串联结构端部的磁阻条(3)与第一导电材料(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种AMR传感器结构，其特征在于，每个S型串联结构均匀四宫格的中线成45度夹角；第一导电材料(1)和第二导电材料(2)均为导电金属。
3.根据权利要求1所述的一种AMR传感器结构，其特征在于，磁阻条(3)的厚度为30nm-100nm；磁阻条(3)为三明治结构，包括底层缓冲层、中间层和上层保护层；底层缓冲层材料为Ta，厚度为3nm，中间层使用磁性材料为NiFe，厚度为30nm，上层保护层材料为Ta，厚度为3nm。
4.一种AMR传感器结构的制造方法，其特征在于，基于权利要求1至3任意一项所述的一种AMR传感器结构，包括以下步骤：
步骤1，提供一个Si基底，并对Si基底进行预处理；
步骤2，利用光刻、剥离技术在基底上形成第一预定义图形；
步骤3，利用磁控溅射薄膜生长技术生长磁性长条，在生长磁阻条时外加偏置磁场，引入附加磁各向异性能；利用丙酮超声清洗，去除多余的磁性薄膜；
步骤4，利用光刻、剥离技术在基底上形成第二预定义图形；
步骤5，利用磁控溅射薄膜生长技术生长惠斯通电桥；利用丙酮超声清洗，去除多余的导电金属薄膜。
5.根据权利要求4所述的一种AMR传感器结构的制造方法，其特征在于，步骤1中，Si基底进行预处理为利用丙酮、酒精和去离子水分别超声清洗5min，之后用N2吹干，在烘箱内保持115℃烘20min。
6.根据权利要求4所述的一种AMR传感器结构的制造方法，其特征在于，步骤3中，外部偏置磁场，磁场方向与磁阻条长轴方向夹角成45°。
7.根据权利要求4所述的一种AMR传感器结构的制造方法，其特征在于，步骤2中，形成第一预定义图形包括：在Si基底上旋涂覆盖光刻胶形成第一光刻胶层；经过第一预定义图形的掩膜版对第一光刻胶层进行紫外线曝光；利用显影液对曝光后的第一光刻胶层进行显影处理；利用磁控溅射薄膜生长技术在显影后的第一光刻胶层上生长磁性材料层；去除第一光刻胶层，形成第一预定义图形。
8.根据权利要求7所述的一种AMR传感器结构的制造方法，其特征在于，在Si基底上滴加光刻胶后，在匀胶机上先以600转速率旋转10s使得光刻胶覆盖Si片，再以4000转速率旋转40s使得光刻胶厚度均匀；将旋涂光刻胶的Si基底放入烘箱内，以115℃加热20min，使得光刻胶完全固化。
9.根据权利要求4所述的一种AMR传感器结构的制造方法，其特征在于，步骤4中，形成第二预定义图形包括：在沉积有第一预定义图形磁性材料层的Si基底上旋涂覆盖光刻胶形成第二光刻胶层；经过第二预定义图形的掩膜版对第二光刻胶层进行紫外线曝光；利用显影液对曝光后的第二光刻胶层进行显影处理；利用磁控溅射薄膜生长技术在显影后的第二光刻胶层上生长金属导电材料层；去除第二光刻胶层，形成第二预定义图形。
10.根据权利要求9所述的一种AMR传感器结构的制造方法，其特征在于，在生长有磁阻条的Si基底上滴加光刻胶后，在匀胶机上先以600转速率旋转10s使得光刻胶覆盖Si片，再以4000转速率旋转40s使得光刻胶厚度均匀；将旋涂光刻胶的Si基底放入烘箱内，以115℃加热20min，使得光刻胶完全固化。
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