三軸各向異性磁阻的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種三軸各向異性磁阻的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystems,簡稱 MEMS)技術(shù)是近年來高速發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù),利用MEMS技術(shù)制成的MEMS器件是將微型構(gòu)件、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路集成于一整體單元的微型器件或微型系統(tǒng),尺寸通常在微米(micro)級或納米(nanotechnology)級。
[0003]其中,三軸各向異性磁阻(3D-AMR)是一種利用鎳鐵(NiFe)材料的各向異性磁阻(AMR, anisotropic magneto resistive)效應(yīng)制造的微機(jī)電系統(tǒng)(AMR MEMS),其靈敏度高,熱穩(wěn)定性好,材料成本低,而且制備工藝簡單,已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]請參考圖1,其為現(xiàn)有技術(shù)的三軸各向異性磁阻的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示,現(xiàn)有的三軸各向異性磁阻100包括襯底10,形成于所述襯底10上的鎳鐵層12,形成于所述鎳鐵層12上的氮化鉭層14,形成于所述氮化鉭層14上的氮化硅層16,以及形成于所述氮化硅層16、氮化鉭層14和鎳鐵層12中的溝槽18。
[0005]制作所述三軸各向異性磁阻100的主要工藝流程如下:首先,提供一襯底11,在所述襯底10上依次形成鎳鐵層12、氮化鉭層14和氮化硅層16 ;然后,在所述氮化硅層16上涂布光刻膠(圖中未示出)并對所述氮化硅層16進(jìn)行光刻和刻蝕;隨后,以刻蝕后的氮化硅層16為硬掩膜依次對所述氮化鉭層14和鎳鐵層12進(jìn)行刻蝕以形成溝槽18 ;最后,通過灰化和濕法清洗工藝去除光刻膠。其中,對所述氮化鉭層14和氮化硅層16進(jìn)行刻蝕時一般均采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝,對所述鎳鐵層12進(jìn)行刻蝕時一般采用離子束刻蝕(IBE)工藝。所述鎳鐵層12在刻蝕之后的形貌對于器件的影響非常大,一旦刻蝕之后的形貌沒有達(dá)到工藝要求就會造成產(chǎn)品不良。
[0006]然而,在實(shí)際制造過程中發(fā)現(xiàn)所述鎳鐵層12進(jìn)行刻蝕后容易出現(xiàn)底切缺陷(undercut defect) ο請參考圖2,其為發(fā)生底切缺陷的三軸各向異性磁阻的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。如圖2所示,三軸各向異性磁阻出現(xiàn)了底切缺陷(圖中虛線圓圈所示區(qū)域),所述底切缺陷是指鎳鐵層的凹陷處,具有底切缺陷的三軸各向異性磁阻一般將被報(bào)廢,使得三軸各向異性磁阻的良率下降。為了提高三軸各向異性磁阻的良率,本領(lǐng)域技術(shù)人員一直在尋找導(dǎo)致底切缺陷產(chǎn)生的原因及其解決方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種三軸各向異性磁阻的制造方法,以解決現(xiàn)有的三軸各向異性磁阻在制造過程中容易出現(xiàn)底切缺陷,造成良率下降的問題。
[0008]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種三軸各向異性磁阻的制造方法,所述三軸各向異性磁阻的制造方法包括:
[0009]提供一襯底;
[0010]在所述襯底上依次形成鎳鐵層、氮化鉭層和氮化硅層;
[0011]對所述氮化硅層進(jìn)行光刻和刻蝕以形成圖形化的硬掩膜層;
[0012]利用所述圖形化的硬掩膜層進(jìn)行第一次刻蝕以形成刻蝕窗口,所述刻蝕窗口底下保留部分氮化鉭層;
[0013]對第一次刻蝕后的三軸各向異性磁阻進(jìn)行灰化;以及
[0014]利用所述圖形化的硬掩膜層進(jìn)行第二次刻蝕以形成溝槽。
[0015]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,所述鎳鐵層的厚度范圍在100埃到300埃之間。
[0016]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,所述氮化鉭層的厚度在500埃到1500埃之間。
[0017]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,所述刻蝕窗口底下保留的氮化鉭層的厚度范圍在100埃到300埃之間。
[0018]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,所述氮化硅層是通過化學(xué)氣相沉積工藝形成的。
[0019]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,所述鎳鐵層和氮化鉭層均是通過物理氣相沉積工藝形成的。
[0020]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,對所述氮化硅層進(jìn)行刻蝕采用反應(yīng)離子刻蝕工藝。
[0021]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,所述第一次刻蝕采用反應(yīng)離子刻蝕工藝或離子束刻蝕工藝。
[0022]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,所述第二次刻蝕僅用物理方法。
[0023]可選的,在所述的三軸各向異性磁阻的制造方法中,所述第二次刻蝕采用離子束刻蝕工藝,所述離子束刻蝕工藝使用的氣體是氬氣,所述氬氣的流量控制在50SCCM到150SCCM 之間。
[0024]在本發(fā)明提供的三軸各向異性磁阻的制造方法中,通過對氮化鉭層進(jìn)行分步刻蝕,避免鎳鐵層在氮化鉭刻蝕過程因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生底切缺陷,同時能夠保證開口尺寸在后續(xù)刻蝕時不會擴(kuò)大,進(jìn)一步的,第二次刻蝕采用了純物理過程的離子束刻蝕工藝,能夠避免所述鎳鐵層在第二次刻蝕過程中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),從而避免底切缺陷的發(fā)生,由此提高了三軸各向異性磁阻的良率。
【附圖說明】
[0025]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的三軸各向異性磁阻的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0026]圖2是發(fā)生底切缺陷的三軸各向異性磁阻的掃描電子顯微鏡(SEM)圖;
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法的工藝流程圖;
[0028]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法中完成步驟一后的器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0029]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法中完成步驟二后的器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0030]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法中完成步驟三后的器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0031]圖7是本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法中完成步驟四后的器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0032]圖8是本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法中完成步驟五后的器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0033]圖9是本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法中完成步驟六后的器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的三軸各向異性磁阻的制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是,附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例,僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0035]現(xiàn)有的三軸各向異性磁阻在制造過程中容易出現(xiàn)底切缺陷,造成良率下降。發(fā)明人對此進(jìn)行了深入的研宄,發(fā)現(xiàn)造成現(xiàn)有的三軸各向異性磁阻容易出現(xiàn)底切缺陷的原因在于,鎳鐵層在刻蝕前與刻蝕氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng),該化學(xué)反應(yīng)在鎳鐵層中造成凹陷,導(dǎo)致底切缺陷。
[0036]在現(xiàn)有的三軸各向異性磁阻的制造過程中,對氮化鉭層進(jìn)行刻蝕通常采用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝,反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝的刻蝕氣體一般為CF4,在完成氮化鉭層的刻蝕之后,鎳鐵層雖然還未開始刻蝕,但是由于鎳鐵層直接暴露在外而與刻蝕氣體(CF4)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使得鎳鐵層出現(xiàn)凹陷,對后續(xù)鎳鐵層刻蝕的形貌造成了不良影響,進(jìn)而造成底切缺陷。
[0037]綜上,造成現(xiàn)有的三軸各向異性磁阻出現(xiàn)底切缺陷的原因在于,鎳鐵層在刻蝕之前與刻蝕氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成底切缺陷。為了解決上述問題,本申請?zhí)岢隽巳缦录夹g(shù)方案:
[0038]請參考圖3,其為本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法的工藝流程圖。如圖3所示,本發(fā)明實(shí)施例的三軸各向異性磁阻的制造方法包括:
[0039]步驟一:提供一襯底;
[0040]步驟