TWI443360B - 磁阻感測器及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種磁阻感測器及其製造方法，且特別是一種靈敏度較高的磁阻感測器及其製造方法。
磁阻感測器可應用於電子羅盤中，用以精細偵測地球磁場的變化，而此類磁阻感測器大多需設有〝斜條狀〞導體(barber pole)或其他形狀構造之導體，此種導體具有改變原有磁阻內電流方向，並藉以增加磁阻感測器靈敏度之作用。圖1為習知磁阻感測器的剖面示意圖，主要包含有絕緣基板102、磁阻構造104以及導線構造106等。其中，磁阻構造104包含有磁阻層112和硬罩幕層114，硬罩幕層114配置於磁阻層112上。而磁阻構造104配置於絕緣基板102上，於磁阻構造104上形成一金屬層，蝕刻金屬層形成導線構造106。除此之外，圖2為圖1所示磁阻感測器的上視圖，參照圖中可看出，導線構造106其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間約呈45度角，並與磁阻構造104完成電性連接而形成〝斜條狀〞導體。在習知製程中，因先於絕緣基板102上形成磁阻構造104，再於其上形成導線結構，因此習知需要硬罩幕層114來抵擋定義導線結構時進行之蝕刻，故其厚度較厚，易使磁阻感測器的靈敏度降低。
有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種磁阻感測器，其具有較高的靈敏度來感測外界磁場變化的訊號。
本發明的另一目的是提供一種磁阻感測器的製造方法，以同時提高磁阻感測器感測外界磁場變化訊號的靈敏度。
本發明提出一種磁阻感測器，包含基板、第一絕緣層、第一導線構造、磁阻構造以及第一透孔導體結構。其中，第一絕緣層位於基板上方，第一導線構造配置於第一絕緣層內，第一導線構造具有彼此相對之第一表面和第二表面，第一表面朝向基板，磁阻構造配置於第一絕緣層表面上，朝向第一導線構造之第二表面，其延伸方向與第一導線構造之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，並與第一導線構造完成電性連接，第一透孔導體結構配置於第一絕緣層中，用以電性連接磁阻構造和第一導線構造。
在本發明之一實施例中，上述磁阻感測器更包含第二絕緣層以及第二導線構造。其中，第二絕緣層位於基板與第一導線構造之第一表面之間，第二導線構造位於第二絕緣層內，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，並用以與第一導線構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻構造包含磁阻層以及硬罩幕層。其中，磁阻層配置於第一導線構造之第二表面上，磁阻層包含異向性磁阻(Anisotropic Magnetoresistance,簡稱AMR)、巨磁阻(Giant Magnetoresistance,簡稱GMR)以及穿隧式磁阻(Tunneling Magnetoresistance,簡稱TMR)或其組合中之一，以及硬罩幕層配置於磁阻層表面上。
本發明提出一種磁阻感測器，包含基板、磁阻構造、第一絕緣層以及第一導線構造。其中，磁阻構造配置於基板上，磁阻構造具有彼此相對之第一表面和第二表面，第一表面朝向基板，第一絕緣層位於磁阻構造之第二表面上，第一導線構造配置於第一絕緣層內，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，並用以與磁阻構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻感測器，更包含：第二絕緣層以及第二導線構造。其中，第二絕緣層配置於第一絕緣層與第一導線構造表面上，第二導線構造位於第二絕緣層內，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，並用以與第一導線完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻構造包含磁阻層以及硬罩幕層。其中，磁阻層配置於基板上，磁阻層包含異向性磁阻、巨磁阻以及穿隧式磁阻或其組合中之一，以及硬罩幕層配置於磁阻層表面上。
本發明提出一種磁阻感測器，包含磁阻構造、第一絕緣層、第一導線構造、第二絕緣層以及第二導線構造。其中，磁阻構造具有第一表面和第二表面，第二表面面向基板，第一絕緣層配置於磁阻構造之第一表面上，第一導線構造位於第一絕緣層中，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，並用以與磁阻構造完成電性連接，第二絕緣層配置於磁阻構造之第二表面上，以及第二導線構造位於第二絕緣層中，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，並用以與磁阻構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻感測器更包含第三絕緣層以及第三導線構造。其中，第三絕緣層配置於第一絕緣層與第一導線構造表面上以及第三導線構造位於第三絕緣層內，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第三角度，第三角度大於等於0度小於等於90度，並用以與第一導線構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻感測器更包含第四絕緣層以及第四導線構造。其中，第四絕緣層配置於第二絕緣層與第二導線構造表面上，以及第四導線構造位於第四絕緣層內，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第四角度，第四角度大於等於0度小於等於90度，並用以與第二導線構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻構造包含磁阻層以及硬罩幕層。其中，磁阻層包含異向性磁阻、巨磁阻以及穿隧式磁阻或其組合中之一，以及硬罩幕層配置於磁阻層表面上。
在本發明之一實施例中，上述第一絕緣層中更可包含第一透孔導體結構，用以電性連接磁阻構造和第一導線構造，或磁阻構造和第一導線構造直接連接，第二絕緣層中更可包含第二透孔導體結構，用以電性連接磁阻構造和第二導線構造，或磁阻構造和第二導線構造直接連接，第三絕緣層中更包含第三透孔導體結構，用以電性連接第一導線構造和第三導線構造，且第四絕緣層中更包含第四透孔導體結構，用以電性連接第二導線構造和第四導線構造。
在本發明之一實施例中，上述第一導線構造、第二導線構造、第三導線構造、第四導線構造、第一透孔導體結構、第二透孔導體結構、第三透孔導體結構與第四透孔導體結構之材質可為鋁、鎢或銅等導體，而第一絕緣層、第二絕緣層、第三絕緣層與第四絕緣層可為氧化矽層或氮化矽層等。
本發明還提出一種磁阻感測器的製造方法，此方法是提供基板，於基板上方形成第一絕緣層，於第一絕緣層中形成第一凹槽，於第一凹槽中經平坦化形成第一導線構造，第一導線構造具有彼此相對之第一表面和第二表面，第一表面朝向基板，以及於第一絕緣層表面上，朝向第一導線構造之第二表面方向，形成磁阻構造，其延伸方向與第一導線構造之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，並與第一導線構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻感測器之製造方法更包含於基板上方與第一導線構造之第一表面之間形成第二絕緣層，以及於第二絕緣層中形成第二凹槽，於第二凹槽中形成第二導線構造，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，並用以與第一導線構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻構造的製造方法包含於第一導線構造之第二表面上形成磁阻層，磁阻層包含異向性磁阻、巨磁阻以及穿隧式磁阻或其組合其中之一，以及於磁阻層表面上形成硬罩幕層
本發明還提出一種磁阻感測器的製造方法，此方法是提供基板，於基板上形成磁阻構造，磁阻構造具有彼此相對之第一表面和第二表面，第一表面朝向基板，於磁阻構造之第二表面上形成第一絕緣層，於第一絕緣層形成第一透孔和第一凹槽，分別於第一透孔中經平坦化形成第一透孔接觸導線，於第一凹槽中經平坦化形成第一導線構造，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，並用以與磁阻構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻構造的製造方法包含於基板上形成磁阻層，磁阻層包含異向性磁阻、巨磁阻以及穿隧式磁阻或其組合其中之一，以及於磁阻層表面上形成硬罩幕層。
本發明還提出一種磁阻感測器的製造方法，此方法是形成磁阻構造，磁阻構造具有第一表面和第二表面，第二表面朝向基板，於磁阻構造之第一表面上形成第一絕緣層，於第一絕緣層中形成第一凹槽，於第一凹槽中形成第一導線構造，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，並用以與磁阻構造完成電性連接，於磁阻構造之第二表面上形成第二絕緣層，於第二絕緣層中形成第二凹槽，以及於第二凹槽中形成第二導線構造，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，並用以與磁阻構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻感測器之製造方法更包含於第一絕緣層與第一導線構造表面上形成第三絕緣層，以及於第三絕緣層內形成第三凹槽，以及於第三凹槽中形成第三導線構造，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第三角度，第三角度大於等於0度小於等於90度，並用以與第一導線構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻感測器之製造方法更包含於第二絕緣層與第二導線構造表面上形成第四絕緣層，於第四絕緣層內形成第四凹槽，以及於第四凹槽中形成第四導線構造，其延伸方向與磁阻構造之延伸方向間呈第四角度，第四角度大於等於0度小於等於90度，並用以與第二導線構造完成電性連接。
在本發明之一實施例中，上述磁阻構造的製造方法包含形成磁阻，磁阻包含異向性磁阻、巨磁阻以及穿隧式磁阻或其組合其中之一，以及於磁阻表面上形成硬罩幕層。
在本發明之一實施例中，上述磁阻感測器之製造方法更可包含於第一導線構造形成之前，先於第一絕緣層中形成第一透孔，於第一透孔中形成一第一透孔接觸導線，電性連接磁阻構造和第一導線構造，於第二導線構造形成之後，可於第二絕緣層中形成第二透孔，於第二透孔中形成第二透孔接觸導線，電性連接磁阻構造和第二導線構造，於第三導線構造形成之前，先於第三絕緣層中形成第三透孔，於第三透孔中形成第三透孔接觸導線，電性連接第一導線構造和第三導線構造，於第四導線構造形成之後，先於第四絕緣層中形成第四透孔，以及於第四透孔中形成一第四透孔接觸導線，電性連接第二導線構造和第四導線構造。
在本發明之一實施例中，上述第一導線構造、第二導線構造、第三導線構造、第四導線構造、第一透孔導體結構、第二透孔導體結構、第三透孔導體結構與第四透孔導體結構之材質可為鋁、鎢或銅等導體，第一絕緣層、第二絕緣層、第三絕緣層與第四絕緣層可為氧化矽層或氮化矽層等。
在本發明之磁阻感測器中，先於基板上完成導線結構等一般半導體元件之配置，因此可避免習用磁阻感測器製程中其中所含鐵、鈷、鎳等磁性物質會造成後續製程中機台之金屬汙染問題，也避免因後續製程其間之溫度、應力的改變、蝕刻製程或是黃光製程影響磁阻構造的可靠度。
且在本發明所有磁阻感測器中，硬罩幕層因只需定義磁阻，而不需用來抵擋定義導線層時之蝕刻作用，故硬罩幕層之厚度可較習知磁阻構造為薄。如此一來，磁阻因搭配較薄的硬罩幕層，而提升了感測外界磁場變化訊號的靈敏度。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖3A為本發明之一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖3A，磁阻感測器200包括基板202、第一絕緣層204、第一導線構造206以及磁阻構造212。其中，第一絕緣層204位於基板202上方，第一導線構造206，配置於第一絕緣層204內，第一導線構造206具有彼此相對之第一表面214和第二表面216，第一表面214朝向基板202，磁阻構造212配置於第一絕緣層204表面上，朝向第一導線構造206之第二表面216。其中，磁阻構造212包含磁阻層208和硬罩幕層210，磁阻層208配置於第一導線構造206之第二表面216上，硬罩幕層210配置於磁阻層208表面上。一般來說，磁阻層208包含異向性磁阻(Anisotropic Magnetoresistance,簡稱AMR)、巨磁阻(Giant Magnetoresistance,簡稱GMR)以及穿隧式磁阻(Tunneling Magnetoresistance,簡稱TMR)或其組合中之一，但本發明不以此為限。而為了要精確測量外界磁場變化，圖3B為本發明之一實施例中磁阻感測器的上視示意圖。請參照圖3B，磁阻構造212延伸方向可與第一導線構造206之延伸方向間呈第一角度262，第一角度262大於等於0度小於等於90度，且磁阻構造212與第一導線構造206完成電性連接。此外，磁阻形狀並不以長條形狀為限，圖4A為本發明之一實施例中磁阻感測器的上視示意圖。請參照圖4A，磁阻構造212可為不連續及任意形狀，在本實施例中可為為分離之橢圓形磁阻，且經第一導線構造206電性連接彼此。圖4B為本發明之一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖4B，在基板202上依序配置第一絕緣層204，於第一絕緣層204中形成第一導線構造206，第一導線構造206具有彼此相對之第一表面214和第二表面216，第一表面214朝向基板202，不連續的磁阻構造212(磁阻208、硬罩幕層210)，配置於第一絕緣層204表面上，朝向第一導線構造206之第二表面216，經由相鄰的第一導線構造206電性連接這些不連續的磁阻構造212。
以下元件標號與前述實施例相同者，其材質與結構和製程均與前述實施例相同或相似，此處不再贅述。
而為能提升第一導線構造206的電流分流效應，磁阻感測器300可以用多層導線結構來實現，藉由並聯多層導線結構來降低電阻達成目的。圖5A為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖5A，本實施例之磁阻感測器300，除於基板202上配置第一絕緣層204、第一導線構造206以及磁阻構造212外，更包含配置第二絕緣層218和第二導線構造220。第二絕緣層218位於基板202與第一導線構造206之第一表面214之間，再將第二導線構造220，配置於第二絕緣層218內，用以與第一導線構造206完成電性連接。此第二導線構造220延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈一第二角度，此第二角度大於等於0度小於等於90度。
除此之外，為加強第一導線構造與206分流之效果，達到更低電阻且更有效率的效果，在第二絕緣層218中包含第二透孔導體結構224，用以電性連接第一導線構造206和第二導線構造220。
圖5B為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖5B，本實施例中磁阻感測器400，為加強第一導線構造206與磁阻構造212接觸面之平坦效果，達到更佳磁阻特性，於第一絕緣層204中亦配置了第一透孔導體結構222，用以電性連接磁阻構造212和第一導線構造206。其中，基板202可為絕緣基板或阻值極大之基板，第一導線構造206、第二導線構造220、第二透孔導體結構224之材質係為鋁、鎢或銅等導體，而第一絕緣層204與第二絕緣層218可為氧化矽層或氮化矽層等。
在本實施例中，雖然是於第一絕緣層204中配置第一透孔導體結構222以及於第二絕緣層218中配置一第二透孔導體結構224為例來說明磁阻感測器300之構造，但本發明之透孔導體並不以此數目和大小為限，圖6A、6B為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖6A、6B，在本發明之其他實施例中，透孔導體數目和大小也可能有不一樣之安排。
在本發明之實施例中，請參照圖5A、5B和圖6A、6B，磁阻構造212上方已無其他導線構造，是以在磁阻層下方配置兩層導線為例，來說明磁阻感測器之構造，但本發明並不以此層數為限，更多的導線構造可依序往磁阻層208下方擴充。
由於本案先於基板202上先完成導線結構等一般半導體元件之配置，最後再送入機台中於第一導線構造206上完成磁阻構造212之製作，因此可避免習用磁阻感測器製程中因先在基板202上配置磁阻構造212，其中所含鐵、鈷、鎳等磁性物質會造成後續製程中機台之金屬汙染問題，也避免因後續製程其間之溫度、應力的改變、蝕刻製程或是黃光製程影響磁阻構造212的可靠度。
再者，本實施例中因先配置第一絕緣層204於基板202上，而第一導線構造206是位於第一絕緣層204中，再於第一絕緣層204和第一導線構造206上形成磁阻構造212，則磁阻構造212中之硬罩幕層210不需像習知硬罩幕層要具備電性連接磁阻構造212至第一導線構造206之功能，故本實施例中之硬罩幕層210材質，並不限定為導體材質，也可使用絕緣材料來製作，可大幅減少硬罩幕層之分流效應，提高磁阻比例。且硬罩幕層210因只需定義磁阻層208，而不需用來抵擋定義導線構造時之蝕刻作用，故硬罩幕層210之厚度可下降，此厚度較習知磁阻構造212中之硬罩幕層210厚度為薄。如此一來，磁阻層208因搭配較薄的硬罩幕層，而提升了感測外界磁場變化訊號的靈敏度。
在本發明之另一實施例中，為使磁阻層208提升感測外界磁場變化訊號的靈敏度，磁阻構造212亦搭配較薄的硬罩幕層210。圖7為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖7，一種磁阻感測器500，包含基板202、磁阻構造212、第一絕緣層204、第一導線構造206以及第一透孔導體結構222。其中，磁阻構造212配置於基板202上，磁阻構造212包含磁阻層208和硬罩幕層210，磁阻層208配置於基板202表面上，其具有彼此相對之第一表面228和第二表面226，第一表面228朝向基板202，第一絕緣層204位於磁阻構造212之第二表面226上，以及第一導線構造206，配置於第一絕緣層204內，其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，第一絕緣層204中更包含第一透孔導體結構222，用以電性連接磁阻構造212和第一導線構造206。本發明之磁阻感測器因不需蝕刻金屬層，故不需其他的緩衝層或增加有蝕刻鑑別率材質以及較厚的硬罩幕層，只需使用較薄的硬罩幕層阻擋透孔蝕刻製程，故有別於習知技術之磁阻感測器，因使用較薄的硬罩幕層，可提升本發明之磁阻感測器感測外界磁場變化訊號的靈敏度。
除此之外，為提升第一導線構造206的電流分流效應，磁阻感測器需具備多層導線結構，以並聯多層導線結構來達成目的。圖8A為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖8A，本實施例磁阻感測器600除依序於基板202上配置磁阻構造212、第一絕緣層204以及第一導線構造206，更包含第二絕緣層218和第二導線構造220。第二絕緣層218配置於第一絕緣層204與第一導線構造206表面上，而第二導線構造220位於第二絕緣層218內，其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈一第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，而第二絕緣層218中更包含第二透孔導體結構224，此第二導線構造220可以第二透孔導體結構224與第一導線構造206完成電性連接。
圖8B為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖8B，本實施例磁阻感測器700為使第一導線構造206與磁阻構造212之間達成更有效的連接，同時達到前述之優點，第一絕緣層204中更包含第一透孔導體結構222，用以電性連接磁阻構造212和第一導線構造206。其中，基板202可為絕緣基板或阻值極大之基板，第一導線構造206、第二導線構造220、第一透孔導體結構222第二透孔導體結構224之材質可為鋁、鎢或銅等導體，而第一絕緣層204與第二絕緣層218可為氧化矽層或氮化矽層等。
在本實施例中，是於第一絕緣層204中配置一第一透孔導體結構222，於第二絕緣層218中配置一第二透孔導體結構224為例來說明磁阻感測器之構造，但本發明之透孔導體並不以此數目和大小為限，圖9為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖，請參照圖9，在本發明之其他實施例中，透孔導體數目和大小也可能有不一樣之安排。
圖10A為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參照圖10A，磁阻感測器800包含磁阻構造212、第一絕緣層204、第一導線構造206、第二絕緣層218和第二導線構造220。其中，磁阻構造212包含磁阻層208和硬罩幕層210，硬罩幕層210配置於磁阻層208表面上。磁阻構造212具有第一表面258和第二表面260，第一絕緣層204配置於磁阻構造212之第一表面258上，第一導線構造206位於第一絕緣層204中，其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，第一導線構造206可用以與磁阻構造212完成電性連接。
第二絕緣層218配置於磁阻構造212之第二表面上，第二導線構造220位於第二絕緣層218中，其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，第二導線構造220可用以與磁阻構造212完成電性連接。
為提高導線結構的電流分流效應，提升磁阻感測器800之效能，磁阻感測器需具備多層導線結構，且並聯多層導線結構來達成目的。磁阻感測器800更包含第三絕緣層246、第三導線構造244和第四絕緣層256、第四導線構造252。第三絕緣層246配置於第一絕緣層204與第一導線構造206表面上，而第三導線構造244位於第三絕緣層246內，其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第三角度，第三角度大於等於0度小於等於90度，且第三導線構造244可用以與第一導線構造206完成電性連接。第四絕緣層256配置於第二絕緣層218與第二導線構造220表面上，第四導線構造252位於第四絕緣層256內，其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈一第四角度，第四角度大於等於0度小於等於90度，第四導線構造252可用以與第二導線構造220完成電性連接。
除此之外，為使導體結構與磁阻層208之間以及導線結構彼此之間達成更有效的連接，其中第一絕緣層204中更包含一第一透孔導體結構222，用以電性連接磁阻構造212和第一導線構造206。第三絕緣層246中更包含一第三透孔導體結構242，用以電性連接第一導線構造206和第三導線構造244。且第四絕緣層256中也更包含一第四透孔導體結構254，用以電性連接第二導線構造220和第四導線構造252。
本發明之另一實施例，圖10B為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。請參考圖10B，第二絕緣層218中更可包含第二透孔導體結構224，用以電性連接磁阻構造212和第二導線構造220。當然，在磁阻感測器900中之磁阻構造212和第二導線構造220也可直接電性連接(如圖10A)。其中，第一導線構造206、第二導線構造220、第三導線構造244、第四導線構造252、第一透孔導體結構222、第二透孔導體結構224、第三透孔導體結構242與第四透孔導體結構254之材質可為鋁、鎢或銅等導體，而第一絕緣層204、第二絕緣層218、第三絕緣層246與第四絕緣層256可為氧化矽層或氮化矽層等。
為使讀者更加瞭解本發明，以下將舉例說明上述磁阻感測器的製造方法。圖11為本發明之一實施例中磁阻感測器在部分製程中的剖面示意圖。請參照圖11，首先提供基板202，於基板202上形成第一絕緣層204，於第一絕緣層204內蝕刻形成第一凹槽230。請參照圖3，於第一凹槽230中填充導體材料(例如銅)以形成第一導線構造206，第一導線構造206具有彼此相對之第一表面214和第二表面216，第一表面214朝向基板基板202，於第一絕緣層204表面上朝向第一導線構造206之第二表面216之方向形成磁阻構造212，形成磁阻構造212之前，更包括平坦化第一導線構造206之第二表面216，此磁阻構造212包含磁阻層208和硬罩幕層210，於第一導線構造206之第二表面上方形成磁阻層208，於磁阻層208表面上形成硬罩幕層210。一般來說，磁阻層208包含異向性磁阻、巨磁以及穿隧式磁阻或其組合中之一，但本發明不以此為限。此外，為了要精確測量外界磁場變化，磁阻構造212延伸方向與第一導線構造206之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，磁阻構造212並與第一導線構造206完成電性連接。
圖12A至12C為本發明之另一實施例中磁阻感測器在部分製程中的剖面示意圖。為提高第一導線構造206的電流分流效應，提升磁阻感測器之效能，磁阻感測器需具備多層導線結構，且並聯多層導線結構來達成目的，或單獨形成以利製程代工之方便。而為使導體結構與磁阻之間以及導體結構彼此之間達成更有效的連接，在本實施例中，除如同圖3形成第一導線構造206和磁阻構造212外，尚於基板202和第一導線層206之間形成第二導線構造220。請參照圖12A，首先，於基板202上形成第二絕緣層218，蝕刻此第二絕緣層218依序形成第二凹槽236，填充導體材料，再經化學研磨製程或蝕刻形成第二導線構造220，第二導線構造220其延伸方向與磁阻構造212(見下介紹)之延伸方向間呈一第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度。
請參照圖12B。接著，可使用鑲嵌技術(damascene)於第二絕緣層218和第二導線構造220上形成第一絕緣層204，蝕刻此第一絕緣層204，形成第二透孔234及第一凹槽230。
請參照圖12C。分別於第二透孔234及第一凹槽230中填充導體，形成第二透孔導體結構224及第導一線構造206。
請參照圖5A，於第一絕緣層204和第一導線構造206上形成磁阻構造212。
在本發明之另一實施例中，為使分流效應更有效果，於第一絕緣層204中亦形成了第一透孔導體結構222，用以電性連接磁阻構造212和第一導線構造206。請參照圖12D，於第一絕緣層204中位於第一導線構造220上之位置，蝕刻第一絕緣層204，形成第一透孔232。
請參照圖5B，填充金屬於第一透孔232中再經平坦化製程形成第一透孔導體結構222。第一導線構造206具有彼此相對之第一表面214和第二表面216，第一表面214朝向基板202，於第一絕緣層204表面上朝向第一導線構造206之第二表面216之方向形成磁阻構造212，第一透孔導體結構222可用以電性連接磁阻構造212和第一導線構造206。其中，第一導線構造206、第二導線構造220、第一透孔導體結構222與第二透孔導體結構224之材質可為鋁、鎢或銅等導體，而基板202可為絕緣基板或阻值極大之基板，第一絕緣層204與第二絕緣層218可為氧化矽層或氮化矽層等。
本實施例中因先配置第一絕緣層204於基板202上，第一導線構造206是位於第一絕緣層204中，再於第一絕緣層204和第一導線構造206上形成磁阻構造212，則磁阻構造212中之硬罩幕層210不需像習知硬罩幕層要具備電性連接磁阻構造212至第一導線構造206之功能，故本實施例中之硬罩幕層210材質，並不限定為導體材質，也可使用絕緣材料來製作。且硬罩幕層210因只需定義磁阻層208，而不需用來抵擋定義導線層時之過蝕刻(over etching)作用，故硬罩幕層210之厚度可下降，此厚度較習知磁阻構造中之硬罩幕層厚度為薄。如此一來，磁阻層208因搭配較薄的硬罩幕層210，而提升了感測外界磁場變化訊號的靈敏度。
在本發明之另一實施例中，為使磁阻提升感測外界磁場變化訊號的靈敏度，磁阻構造212亦搭配較薄的硬罩幕層210。
圖13A至13B為本發明之另一實施例中磁阻感測器在部分製程中的剖面示意圖。請參照圖13A，提供一基板202，於基板202上形成磁阻構造212，磁阻構造212包含磁阻層208和硬罩幕層210，於基板202上形成磁阻層208，再於磁阻層208表面上形成硬罩幕層210。磁阻構造212具有彼此相對之第一表面228和第二表面226，第一表面228朝向基板202，於磁阻構造212之第二表面上226形成第一絕緣層204，蝕刻第一絕緣層204依序形成第一透孔232和第一凹槽230。
請參照圖13B，於第一透孔232和第一凹槽230中填充導體(例如銅)形成第一透孔接觸導體結構222和第一導線構造206，第一透孔接觸導體結構222和第一導線構造206，其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，第一導線構造206並利用第一透孔接觸導體結構222與磁阻構造212完成電性連接。接著，於第一絕緣層204與第一導線構造206表面上形成第二絕緣層218，蝕刻第二絕緣層218依序形成第二透孔234和第二凹槽236。
請參照圖8B，於第二透孔234和第二凹槽236中填充導體形成第二透孔接觸導體結構224和第二導線構造220，第二導線構造220其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，且第二導線構造220利用第二透孔接觸導體結構224與第一導線構造206完成電性連接。其中，基板202可為絕緣基板或阻值極大之基板，第一導線構造206、第二導線構造220、第一透孔導體結構222與第二透孔導體結構224之材質可為鋁或銅，而第一絕緣層204與第二絕緣層218可為氧化矽層或氮化矽層等。
請參照圖13A，若形成第一凹槽230的同時不形成第一透孔232，也就是說不形成第一透孔接觸導體結構222，則第一導線構造206直接和磁阻構造212完成電性連接，則形成圖8A，此時第一導線構造206其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度。
圖14A至14C圖為本發明之另一實施例中磁阻感測器在部分製程中的剖面示意圖。請參照圖14A，提供基板(圖未示)，於基板上形成第二絕緣層218，以及蝕刻第二絕緣層218依序形成第二凹槽236和第四透孔250，分別於第二凹槽236和第四透孔250中填充導體並平坦化形成第二導線構造220和第四透孔導體結構254，於第二導線構造220上形成磁阻構造212，磁阻構造212之延伸方向與第二導線構造220之延伸方向間呈第二角度，第二角度大於等於0度小於等於90度，且第二導線構造220與磁阻構造212完成電性連接。磁阻構造212包含於第二導線構造220上形成磁阻層208，並於磁阻層208表面上形成硬罩幕層210。。
請參照圖14B，於磁阻構造212上形成第一絕緣層204，蝕刻第一絕緣層204依序形成第一透孔232和第一凹槽230，於第一透孔232和第一凹槽230中填充導體形成第一透孔導體結構222及第一導線構造206，第一導線構造206其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第一角度，第一角度大於等於0度小於等於90度，第一導線構造206並利用第一透孔導體結構222與磁阻構造212完成電性連接。為提高磁阻感測器之效能，磁阻感測器需具備多層導線結構，並以並聯多層導線結構來達成目的。
請參照圖14C，在本實施例中，繼續於第一絕緣層204與第一導線構造206表面上形成第三絕緣層246，蝕刻第三絕緣層246依序形成第三透孔238和第三凹槽240，於第三透孔238和第三凹槽240中填充導體形成第三透孔導體結構242及第三導線構造244，第三導線構造244其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第三角度，第三角度大於等於0度小於等於90度，並利用第三透孔導體結構242與第一導線構造206完成電性連接。
除此之外，請參照圖10A，於第二絕緣層218與第二導線構造220和第四透孔導體結構254之前，也可先形成第四絕緣層256，蝕刻第四絕緣層256形成第四凹槽248，於第四凹槽248中填充導體形成第四導線構造252，第四導線構造252其延伸方向與磁阻構造212之延伸方向間呈第四角度，第四角度大於等於0度小於等於90度，第四導線構造252並利用第四透孔導體254與第二導線構造220完成電性連接。
值得一提的是，在本發明其他實施例中，為加強使第二導線構造220與磁阻層208之間接觸面之平坦效果，達到更佳磁阻特性達成更有效的連接，形成第二凹槽236前可形成一第二透孔234，填充導體形成第二透孔導體結構224以完成圖10B，並利用第二透孔導體結構224與磁阻構造212完成電性連接。其中，基板可為絕緣基板或阻值極大之材料，第一導線構造206、第二導線構造220、第三導線構造244、第四導線構造252、第一透孔導體結構222、第二透孔導體結構224、第三透孔導體結構242和第四透孔導體結構254之材質可為鋁、鎢或銅等導體，第一絕緣層204、第二絕緣層218、第三絕緣層246與第四絕緣層256可為氧化矽層或氮化矽層等。
值得注意的是，本發明可利用不同導線構造及其製程順序，來提高磁阻感測器性能及改善生產方式。故在各實施例之結構中，各導體層可以不同方式組合，且相互連接之導線構造層數也不以上述的這些實施例為限。
綜上所述，在本發明之一磁阻感測器中，先於基板上先完成導線結構等一般半導體元件之配置，最後再送入機台中來於導線結構上完成磁阻構造之製作，因此可避免習用磁阻感測器製程中因先在基板上配置磁阻構造，其中所含鐵、鈷、鎳等磁性物質會造成後續製程中機台之金屬汙染問題，也避免因後續製程其間之溫度、應力的改變、蝕刻製程或是黃光製程影響磁阻構造的可靠度。
再者，上述之磁阻感測器中先配置第一絕緣層於基板上，而第一導線構造是位於第一絕緣層中，再於第一絕緣層和第一導線構造上形成磁阻構造，則磁阻構造中之硬罩幕層不需像習知硬罩幕層要具備電性連接磁阻構造至第一導線構造之功能，故本實施例中之硬罩幕層材質，並不限定為導體材質，也可使用絕緣材料來製作。
且在本發明所有磁阻感測器中，硬罩幕層因只需定義磁阻，而不需用來抵擋定義導線層時之蝕刻作用，故硬罩幕層之厚度可較習知磁阻構造為薄。如此一來，磁阻因搭配較薄的硬罩幕層，而提升了感測外界磁場變化訊號的靈敏度。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500、600．．．磁阻感測器
102．．．絕緣基板
104、212．．．磁阻構造
106．．．導線構造
108．．．絕緣層
112、208．．．磁阻層
114、210．．．硬罩幕層
202．．．基板
204．．．第一絕緣層
206．．．第一導線構造
218．．．第二絕緣層
214、228、258．．．第一表面
216、226、260．．．第二表面
220．．．第二導線構造
222．．．第一透孔導體結構
224．．．第二透孔導體結構
230．．．第一凹槽
232．．．第一透孔
234．．．第二透孔
236．．．第二凹槽
238．．．第三透孔
240．．．第三凹槽
242．．．第三透孔導體結構
244．．．第三導線構造
246．．．第三絕緣層
248．．．第四凹槽
250．．．第四透孔
252．．．第四導線構造
254．．．第四透孔導體結構
256．．．第四絕緣層
262．．．第一角度
圖1繪示為習知磁阻感測器的剖面示意圖。
圖2繪示為習知磁阻感測器的上視圖。
圖3A繪示為本發明之一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。
圖3B繪示為本發明之一實施例中磁阻感測器的上視示意圖。
圖4A繪示為本發明之一實施例中磁阻感測器的上視示意圖。
圖4B繪示為本發明之一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。
圖5A、5B繪示為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。
圖6A、6B繪示為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。
圖7繪示為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。
圖8A、8B繪示為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。
圖9繪示為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。
圖10A、10B繪示為本發明之另一實施例中磁阻感測器的剖面示意圖。
圖11繪示為本發明之一實施例中磁阻感測器在部分製程中的剖面示意圖。
圖12A至12D繪示為本發明之一實施例中磁阻感測器在部分製程中的剖面示意圖。
圖13A至13B繪示為本發明之一實施例中磁阻感測器在部分製程中的剖面示意圖。
圖14A至14C繪示為本發明之一實施例中磁阻感測器在部分製程中的剖面示意圖。
800．．．磁阻感測器
204．．．第一絕緣層
206．．．第一導線構造
208．．．磁阻層
210．．．硬罩幕層
212．．．磁阻構造
218．．．第二絕緣層
220．．．第二導線構造
222．．．第一透孔導體結構
230．．．第一凹槽
232．．．第一透孔
236．．．第二凹槽
238．．．第三透孔
240．．．第三凹槽
242．．．第三透孔導體結構
244．．．第三導線構造
246．．．第三絕緣層
248．．．第四凹槽
258．．．第一表面
260．．．第二表面
250．．．第四透孔
252．．．第四導線構造
254．．．第四透孔導體結構
256．．．第四絕緣層
Claims (22)
- 一種磁阻感測器，包含：一基板；一第一絕緣層，位於該基板上方；一第一導線構造，配置於該第一絕緣層內，該第一導線構造具有彼此相對之一第一表面和一第二表面，該第一表面朝向該基板；以及一磁阻構造，配置於該第一絕緣層表面上，朝向該第一導線構造之該第二表面，其延伸方向與該第一導線構造之延伸方向間呈一第一角度，該第一角度大於等於0度小於等於90度，並與該第一導線構造完成電性連接，其中該磁阻構造之一表面直接接觸該第一絕緣層與該第一導線構造之該第二表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁阻感測器，其中該第一絕緣層中包含一第一透孔導體結構，用以電性連接該磁阻構造和該第一導線構造。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁阻感測器，更包含：一第二絕緣層，位於該基板與該第一導線構造之該第一表面之間；以及一第二導線構造，位於該第二絕緣層內，其延伸方向與該磁阻構造之延伸方向間呈一第二角度，該第二角度大於等於0度小於等於90度，並用以與該第一導線構造完成電性連接。
- 如申請專利範圍第3項所述之磁阻感測器，其中該第二絕緣層中更包含一第二透孔導體結構，用以電性連接該第一導線構造和該第二導線構造。
- 如申請專利範圍第4項所述之磁阻感測器，其中該第一導線構造、該第二導線構造、該第一透孔導體結構與該第二透孔導體結構之材質係為鋁、鎢或銅等導體，而該第一絕緣層與該第二絕緣層係為氧化矽層或氮化矽層等。
- 如申請專利範圍第1項所述之磁阻感測器，其中該磁阻構造包含：一磁阻層，配置於該第一導線構造之該第二表面上，該磁阻層包含異向性磁阻、巨磁阻以及穿隧式磁阻或其組合中之一；以及一硬罩幕層，配置於該磁阻層表面上。
- 一種磁阻感測器，包含：一基板；一磁阻構造，配置於該基板上，該磁阻構造具有彼此相對之一第一表面和一第二表面，該第一表面朝向該基板；一第一絕緣層，位於該磁阻構造之該第二表面上；一第一導線構造，配置於該第一絕緣層內，其延伸方向與該磁阻構造之延伸方向間呈一第一角度，該第一角度大於等於0度小於等於90度；以及一第一透孔導體結構，配置於該第一絕緣層中，用以電性連接該磁阻構造和該第一導線構造，其中該磁阻構造之該第二表面直接接觸該第一絕緣層與該第一透孔導體結構。
- 如申請專利範圍第7項所述之磁阻感測器，更包含：一第二絕緣層，配置於該第一絕緣層與該第一導線構造表面上； 以及一第二導線構造，位於該第二絕緣層內，其延伸方向與該磁阻構造之延伸方向間呈一第二角度，該第二角度大於等於0度小於等於90度，並用以與該第一導線構造完成電性連接。
- 如申請專利範圍第8項所述之磁阻感測器，其中該且第二絕緣層中更包含一第二透孔導體結構，用以電性連接該第一導線構造和該第二導線構造。
- 如申請專利範圍第9項所述之磁阻感測器，其中該第一導線構造、該第二導線構造、該第一透孔導體結構與該第二透孔導體結構之材質係為鋁、鎢或銅等導體，而該第一絕緣層與該第二絕緣層係為氧化矽層或氮化矽層等。
- 如申請專利範圍第7項所述之磁阻感測器，其中該磁阻構造包含：一磁阻層，配置於該基板上，該磁阻層包含異向性磁阻(Anisotropic Magnetoresistance,AMR)、巨磁阻(Giant Magnetoresistance,GMR)以及穿隧式磁阻(Tunneling Magnetoresistance,TMR)或其組合其中之一；以及一硬罩幕層，配置於該磁阻層表面上。
- 一種磁阻感測器，包含：一磁阻構造，具有一第一表面和一第二表面；一第一絕緣層，配置於該磁阻構造之該第一表面上；一第一導線構造，位於該第一絕緣層中，其延伸方向與該磁阻構 造之延伸方向間呈一第一角度，該第一角度大於等於0度小於等於90度，並用以與該磁阻構造完成電性連接，其中該磁阻構造之該第一表面直接接觸該第一絕緣層與該第一導線構造；一第二絕緣層，配置於該磁阻構造之該第二表面上；以及一第二導線構造，位於該第二絕緣層中，其延伸方向與該磁阻構造之延伸方向間呈一第二角度，該第二角度大於等於0度小於等於90度，並用以與該磁阻構造完成電性連接，其中該磁阻構造之該第二表面直接接觸該第二絕緣層與該第二導線構造。
- 如申請專利範圍第12項所述之磁阻感測器，更包含：一第三絕緣層，配置於該第一絕緣層與該第一導線構造表面上；以及一第三導線構造，位於該第三絕緣層內，其延伸方向與該磁阻構造之延伸方向間呈一第三角度，該第三角度大於等於0度小於等於90度，並用以與該第一導線構造完成電性連接。
- 如申請專利範圍第12項所述之磁阻感測器，更包含：一第四絕緣層，配置於該第二絕緣層與該第二導線構造表面上；以及一第四導線構造，位於該第四絕緣層內，其延伸方向與該磁阻構造之延伸方向間呈一第四角度，該第四角度大於等於0度小於等於90度，並用以與該第二導線構造完成電性連接。
- 如申請專利範圍第14項所述之磁阻感測器，其中該第三絕緣層中更包含一第三透孔導體結構，用以電性連接該第一導線構造和該第三導線構造，且第四絕緣層中更包含一第四透孔導體結構，用以電 性連接該第二導線構造和該第四導線構造。
- 如申請專利範圍第12項所述之磁阻感測器，其中該第一絕緣層中包含一第一透孔導體結構，用以電性連接該磁阻構造和該第一導線構造。
- 如申請專利範圍第12項所述之磁阻感測器，其中該第二絕緣層中包含一第二透孔導體結構，用以電性連接該磁阻構造和該第二導線構造。
- 如申請專利範圍第17項所述之磁阻感測器，其中該第一導線構造、該第二導線構造、該第三導線構造、該第四導線構造、該第一透孔導體結構、該第二透孔導體結構、該第三透孔導體結構與該第四透孔導體結構之材質係為鋁、鎢或銅等導體，而該第一絕緣層、該第二絕緣層、該第三絕緣層與該第四絕緣層係為氧化矽層或氮化矽層等。
- 如申請專利範圍第12項所述之磁阻感測器，其中該磁阻構造包含：一磁阻層，該磁阻層包含異向性磁阻、巨磁阻以及穿隧式磁阻或其組合中之一；以及一硬罩幕層，配置於該磁阻層表面上。
- 一種磁阻感測器的製造方法，包含：提供一基板；於該基板上方形成一第一絕緣層；於該第一絕緣層中依序形成一第一凹槽和一第一透孔； 分別於該第一凹槽中和該第一透孔中經平坦化形成一第一導線構造和一第一透孔接觸導線，該第一導線構造具有彼此相對之一第一表面和一第二表面，該第一表面朝向該基板；以及於該第一絕緣層表面上，朝向第一導線構造之該第二表面方向，形成一磁阻構造，其延伸方向與該第一導線構造之延伸方向間呈一第一角度，該第一角度大於等於0度小於等於90度，且該磁阻構造經由該第一透孔接觸導線與該第一導線構造完成電性連接，其中該磁阻構造之一表面直接接觸該第一絕緣層與該第一透孔接觸導線。
- 一種磁阻感測器的製造方法，包含：提供一基板；於該基板上形成一磁阻構造，該磁阻構造具有彼此相對之一第一表面和一第二表面，該第一表面朝向該基板；於該磁阻構造之該第二表面上形成一第一絕緣層；於該第一絕緣層中依序形成一第一透孔和一第一凹槽；以及分別於該第一透孔中經平坦化形成一第一透孔接觸導線，於該第一凹槽中經平坦化形成一第一導線構造，其延伸方向與該磁阻構造之延伸方向間呈一第一角度，該第一角度大於等於0度小於等於90度，並用以與該磁阻構造完成電性連接，其中該磁阻構造之該第二表面直接接觸該第一絕緣層與該第一透孔接觸導線。
- 一種磁阻感測器的製造方法，包含：提供一第二絕緣層；於該第二絕緣層中形成一第二凹槽；於該第二凹槽中經平坦化形成一第二導線構造；於該第二導線構造上形成一磁阻構造，該磁阻構造之延伸方向與 該第二導線構造之延伸方向間呈一第二角度，該第二角度大於等於0度小於等於90度，且該第二導線構造用以與該磁阻構造完成電性連接，其中該磁阻構造之一第二表面直接接觸該第二絕緣層與該第二導線構造；於該磁阻構造上形成一第一絕緣層；於該第一絕緣層中形成一第一凹槽；以及於該第一凹槽中經平坦化形成一第一導線構造，其延伸方向與該磁阻構造之延伸方向間呈一第一角度，該第一角度大於等於0度小於等於90度，並用以與該磁阻構造完成電性連接，其中該磁阻構造之一第一表面直接接觸該第一絕緣層與該第一導線構造。
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