CN100529789C - 磁传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种磁传感器及其制造方法，该磁传感器包括衬底、自旋阀型的磁电阻元件、偏磁层(或者永磁体膜)和保护膜，其中偏磁层与磁电阻元件的两端连接，在磁电阻元件的两端偏磁层的上表面被磁电阻元件的下表面完全覆盖。在这里，从保护膜方向看，磁电阻元件两端的侧面和偏磁层侧面之间的距离不超过3微米。此外，偏磁层的一部分可以被磁电阻元件的两端覆盖，并且一中间层设置为与磁电阻元件、偏磁层和保护膜相连以便完全覆盖偏磁层的上表面。

Description

磁传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种使用巨磁电阻元件(或GMR元件)的自旋阀型的磁传感器及其制作方法。

本申请要求日本专利申请第2003-421236、2003-199280和2003-199281号的优先权，其内容在本文中参考引用。

背景技术

传统上，各种使用自旋阀型磁电阻元件如巨磁电阻元件(或GMR元件)的磁传感器已经开发出来并投入实际使用，在磁场作用下磁电阻元件的电阻发生变化。

例如，GMR元件由磁化方向在指定方向被钉扎的被钉扎层和磁化方向随外加磁场变化的自由层组成，其中它表示在磁化方向上的与被钉扎层和自由层之间的相对关系相应的电阻，通过测量元件的电阻可以检测外加磁场。

包含在磁传感器中的GMR元件由微细线条图案组成，线条以Z字形方式折叠多次，由此可以在一个非常小的面积内增加总路径长度，从而增加阻抗，因而可以减少消耗的电流。

在前述具有Z字形图案的GMR元件中，微细线条的折叠部分(或弯曲部分)由磁电阻膜构成，这可以使得GMR元件的灵敏度方向不一致；换句话说，这破坏了外磁场和磁电阻元件的电阻之间的线性关系(或线性度)；因而，难以精确测量磁场的强度。

考虑前述结构的不足，开发了一种使用具有Z字形图案的GMR元件的磁传感器，其中弯曲部分由无磁性膜构成。传统知晓的磁传感器的例子在日本专利申请公开第2000-206217号和日本专利申请公开第2002-299728号中有介绍。

与GMR元件的弯曲部分由磁电阻膜构成的磁传感器相比，前述的磁传感器可以精确测量磁场强度，然而前述的磁传感器可能无法充分维持磁电阻膜的自由层中的单轴各向异性，因为弯曲部分由无磁性膜组成。鉴于这个原因，当一个具有相当高强度的干扰磁场施加到外磁场时，自由层的磁化方向可能无法与其初始磁化方向保持一致(或重建)；因而，这种磁传感器不可能总是以好的重现性来测量外磁场的强度。

此外，开发了另一种磁传感器，其中为了保持GMR元件的自由层中的单轴各向异性，设置一偏磁层(相应于由铁磁性物质构成的永磁体膜)与GMR元件的弯曲部分附近的磁电阻膜的两端接触。

在前述的磁传感器中，具有Z字形图案的GMR元件包括磁电阻膜和无磁性膜，其中永磁体膜设置在其电阻电路中弯曲部分的附近。也即，该磁传感器结构非常复杂，且难以制造。

图49是传统上知晓的磁传感器结构的截面示意图，例如，在日本专利申请公开第H12-137906号中所显示的。

图49所示的磁传感器包括：由具有给定厚度的石英或硅晶片组成的衬底201；位于衬底201上由GMR元件构成的磁电阻元件202；位于衬底201上由非磁性材料构成的掩埋膜203；由永磁体膜构成的偏磁层204，该偏磁层与磁电阻元件202的两端相连，且经由掩埋膜203设置在衬底201上；覆盖磁电阻元件202和偏磁层204的所有表面的、由氧化硅膜构成的第一保护膜205和由氮化硅膜构成的第二保护膜206。

第一保护膜205和第二保护膜206可以被统一称作保护膜207。

在前述磁传感器中，在磁电阻元件两端，偏磁层204的所有上表面没有被磁电阻元件202的下表面完全覆盖。基于这个原因，磁电阻元件202的连接方式是它悬于偏磁层204的部分上表面之上。这种磁传感器会引起保护膜207在偏磁层204和保护膜207之间的界面处分离，例如在加热冷却循环试验(或热循环试验)过程中。因此需要提供一种具有足够高的环境耐久性的磁传感器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磁传感器，可以精确测量外磁场的强度而不会破坏磁电阻膜的电阻与外磁场强度之间的线性关系(或线性度)，通过保持了磁电阻膜的自由层中的单轴各向异性能够以良好的重复性测量外磁场的强度，并且可以用相对简单的制作工艺生产。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种改进环境耐久性的磁传感器。

在本发明的第一方面，一种磁传感器包括一自旋阀型的磁电阻元件，磁电阻元件的两端与一由永磁体膜构成的偏磁层相连，其中形成一保护膜以覆盖磁电阻元件和偏磁层，该磁传感器的特征在于在磁电阻元件的两端磁电阻元件的下表面完全覆盖偏磁层的上表面。

在上述的结构中，优选地是磁电阻元件两端的侧面与偏磁层的侧面间的距离不超过3微米，其中该距离是从保护膜观察磁电阻元件在磁传感器的周缘部分中测量得到的。

在本发明的第二方面，一种磁传感器包括一个位于衬底上的自旋阀型的磁电阻元件，其中一个由永磁体膜构成的偏磁层与磁电阻元件的两端相连，并且设置一覆盖磁电阻元件和偏磁层的上表面的保护膜。其特征在于：在保护膜和偏磁层之间提供一中间层。

前述的磁传感器可以被局部改变使得磁电阻元件的两端设置成局部覆盖偏磁层，其中中间层被设置成与磁电阻元件、保护膜和偏磁层相关连，使得它完全覆盖偏磁层的上表面。

在上述的结构中，中间层可以被设置成覆盖偏磁层上表面的没有被磁电阻元件覆盖的部分。此外，中间层可设置成覆盖磁电阻元件的上表面和侧面。

在本发明的第三方面，一种磁传感器包括：多个磁电阻膜，均呈现出带状，这些磁电阻膜被设置成几乎互相平行；多个永磁体膜，其设置在磁电阻膜的两端附近，其中磁电阻膜的一端通过永磁体膜与相邻磁电阻膜连接，且磁电阻膜的另一端通过另一永磁体膜与相邻的磁电阻膜相连，从而磁电阻膜以Z字形图案接合永磁体膜。

在上述结构中，磁电阻膜由顺序叠置在衬底上的一钉扎层、一被钉扎层、一间隔层、和一自由层组成，其中自由层的单轴各向异性方向与磁电阻膜的纵向方向和永磁体膜的磁化方向相一致。

此外，永磁体膜被设计成按以下方式接合磁电阻膜：永磁体膜的配置的总形状比设定为1以上，且永磁体膜的纵向方向与磁电阻膜的纵向方向一致。

永磁体膜由一种导电材料构成，以确保在相邻磁电阻膜的相应端之间建立电连接。

在本发明的第四方面，一种磁传感器包括至少一个磁电阻元件(即GMR元件)和至少一个永磁体，它们均设置在衬底上，其中磁电阻元件包括一自由层、位于自由层上的间隔层和位于间隔层上的被钉扎层，其中磁电阻元件的宽度在6微米到8微米之间，间隔层的厚度在28埃到34埃之间。优选地是自由层的厚度为125埃，且被钉扎层的厚度为30埃。

在上述的结构中，有可能在确保GMR元件高灵敏度的情况下抑制出现磁滞，其中可以在调整GMR元件尺寸的情况下，也即GMR元件的宽度、自由层的厚度、间隔层的厚度和被钉扎层的厚度，控制灵敏度方向(或灵敏度角度)。通过试验和研究确定，在适当地设定尺寸使得GMR元件的宽度在6微米到8微米之间、间隔层的厚度在28埃到34埃之间时，磁传感器的灵敏度可以提高同时抑制出现磁滞现象。这里，有可能将灵敏度方向的偏差降到近于0。

上述磁传感器的特征在于在考虑Cu的灵敏度依赖的情况下，增加GMR元件的宽度和间隔层的厚度；因此有可能基本消除磁滞现象，该现象产生的原因在于减小了各向异性磁场(Hk)；并且因此有可能生产具有高灵敏度的磁传感器，其可以抑制灵敏度方向的偏差。也就是说，该磁场传感器可有效地作为一个磁方向传感器工作，例如，其测向精确度满足以度为单位的要测量的十六个方向的要求。

在本发明的第五方面，提供一种制作磁传感器的方法，其中，每个呈现带状的磁电阻元件(或GMR元件)设置在衬底上，且偏磁层设置在GMR元件的两端并与其相连，其中它主要包括三个步骤，即：第一步是在GMR元件上形成一抗蚀剂以便形成指定图案；第二步是使得抗蚀剂回流从而形成一具有倾斜形状的抗蚀剂膜；第三步是将离子束沿倾斜方向投射到衬底上以便对GMR元件进行研磨，从而带状GMR元件在其纵向方向的侧面成锥形。

在上面，在第三步后进行第四步，将离子束以垂直的方向投射到衬底上以便对GMR元件进行进一步地研磨。由于带状GMR元件的侧面成锥形，没有暴露在外磁场中的GMR元件的自由层的磁化方向被迫沿着带状GMR元件的纵向方向排列。

也即，由于带状GMR元件在纵向方向的侧面形成锥形，有可能阻止在GMR元件的两端形成磁壁(magnetic wall)(或边缘弯曲壁)，有可能充分地控制GMR元件响应外磁场的磁各向异性；因此，有可能确保自由层的磁化均匀性，从而确保磁传感器响应外磁场的输出稳定性。于是，即使一个强磁场施加到磁传感器上，仍有可能使得磁传感器精确恢复初始状态在自由层中建立的原始磁化方向。

按照前述的磁传感器的制作方法，有可能提高磁传感器响应外磁场的输出稳定性，而不会大量改变GMR元件的结构和磁传感器的形成图形。

前述制作方法的特征在于：离子束沿倾斜方向入射到衬底上，以便对GMR元件进行研磨，从而有可能防止研磨掉的材料不期望地再次粘附到GMR元件上；因此有可能实现高度精确的加工，从而显著地提高制造产量。

附图说明

将参考下列附图详细介绍本发明的这些和其他目标、方面以及实施例，其中：

图1是一个截面示意图，显示按照本发明第一实施例的磁传感器的结构；

图2A是一个平面示意图，显示从保护膜方向看到的、包含在图1所示磁传感器中的磁电阻元件和偏磁层的布置；

图2B是平面示意图的一部分，显示偏磁层的周缘部分；

图3是显示在步骤B-1中制作第一实施例磁传感器所用结构的截面图；

图4是显示在步骤B-2中制作第一实施例磁传感器所用结构的截面图；

图5是显示在步骤B-3中制作第一实施例磁传感器所用结构的截面图；

图6是显示在步骤B-4中制作第一实施例磁传感器所用结构的截面图；

图7是显示在步骤B-5中制作第一实施例磁传感器所用结构的截面图；

图8是显示在步骤B-9中制作第一实施例磁传感器所用结构的截面图；

图9是显示在制作完成时制作第一实施例磁传感器所用结构的截面图；

图10是一截面示意图，显示按照本发明第二实施例的磁传感器的结构；

图11是一截面示意图，显示按照本发明第三实施例的磁传感器的结构；

图12是一截面示意图，显示按照本发明第四实施例的磁传感器的结构；

图13是显示在步骤B-1中制作第二实施例磁传感器所用结构的截面图；

图14是显示在步骤B-2中制作第二实施例磁传感器所用结构的截面图；

图15是显示在步骤B-3中制作第二实施例磁传感器所用结构的截面图；

图16是显示在步骤B-4中制作第二实施例磁传感器所用结构的截面图；

图17是显示在步骤B-5中制作第二实施例磁传感器所用结构的截面图；

图18是显示在步骤B-9中制作第二实施例磁传感器所用结构的截面图；

图19是显示步骤B-11中制作第二实施例磁传感器所用结构的截面图；

图20是显示步骤B-12中制作第二实施例磁传感器所用结构的截面图；

图21是一个平面示意图，显示在第二实施例的磁传感器中磁电阻元件和相连层的配置；

图22是显示在步骤E-1中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图23是显示在步骤E-2中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图24是显示在步骤E-3中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图25是显示在步骤E-5中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图26是显示在步骤E-6中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图27是显示在步骤E-7中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图28是显示在步骤E-8中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图29是显示步骤E-12中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图30是显示步骤E-13中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图31是显示步骤E-14中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图32是显示步骤E-15中制作第三实施例磁传感器所用结构的截面图；

图33是一个平面示意图，显示第三实施例的磁传感器中磁电阻元件和相关层的配置；

图34是显示在步骤H-1中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图35是显示在步骤H-2中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图36是显示在步骤H-3中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图37是显示在步骤H-4中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图38是显示在步骤H-5中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图39是显示在步骤H-9中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图40是显示步骤H-11中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图41是显示步骤H-12中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图42是显示步骤H-13中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图43是显示步骤H-14中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图44是显示步骤H-15中制作第四实施例磁传感器所用结构的截面图；

图45是一个平面示意图，显示第四实施例的磁传感器中磁电阻元件和相连层的配置；

图46是一个工艺流程图，显示制作图1和图10中示出的按照本发明第一和第二实施例的磁传感器的步骤；

图47是一个工艺流程图，显示制作图11中示出的按照本发明第三实施例的磁传感器的步骤；

图48是一个工艺流程图，显示制作图12中示出的按照本发明第四实施例的磁传感器的步骤；

图49是一个截面示意图，显示传统上知晓的磁传感器的结构；

图50是一个平面示意图，显示按照本发明第五实施例的磁传感器的总体结构；

图51是显示图50所示的磁传感器中包括的X轴GMR元件的结构的平面示意图；

图52是沿图51中线A-A的截面图；

图53是沿图51中线B-B的截面图；

图54显示X轴GMR元件中使用的磁电阻膜的结构；

图55是显示与图51中所示的X轴GMR元件相比较经过修改的X轴GMR元件的结构的平面示意图；

图56是对应于样品1的X轴GMR元件的磁电阻特性的示图；

图57是对应于样品1和样品3的X轴GMR元件所建立的离散磁场稳定性的示图；

图58是示出对应于样品2的X轴GMR元件的结构的平面示意图；

图59是对应于样品2的X轴GMR元件的磁电阻特性的示图；

图60是示出对应于样品3的X轴GMR元件的结构的平面示意图；

图61示意性示出按照本发明第六实施例的用在磁传感器中的GMR元件的结构；

图62是一平面示意图，显示按照第六实施例的使用沿X轴和Y轴分布的GMR元件的一个双轴磁传感器的结构；

图63是显示双轴磁传感器中GMR元件排列的平面示意图；

图64是一布线图，示出了双轴磁传感器中形成的GMR元件的桥连接；

图65标绘当GMR元件的宽度在6微米到10微米之间变化时关于磁传感器的灵敏度值；

图66标绘当GMR元件的间隔层厚度改变时关于灵敏度方向的偏差值；

图67标绘当GMR元件的间隔层的厚度改变时关于灵敏度的数值；

图68是与构成GMR元件的各层厚度有关的灵敏度依从关系的示图；

图69是与构成GMR元件的各层厚度有关的灵敏轴依从关系的示图；

图70是与构成GMR元件的各层厚度有关的涉及交换连接磁场(Hin)依从关系的示图；

图71显示了在GMR元件的宽度方向上影响自由层的磁场；

图72是显示影响GMR元件中自由层的磁场分量的透视图；

图73显示了影响自由层的磁场与GMR元件的灵敏度方向之间的关系；

图74显示了磁性薄膜与MR元件之间的尺寸关系；

图75是显示对应于本发明第七实施例的磁传感器的结构的平面示意图；

图76显示图75中所示的磁传感器所用X轴磁传感器的结构的平面图；

图77显示构成第七实施例的磁传感器的一GMR元件的结构；

图78是显示GMR元件的外部形貌的透视图；

图79是一个流程图，显示制作第七实施例磁传感器的方法的步骤；

图80是显示处于制作第七实施例磁传感器的步骤J2的结构的截面图；

图81是显示处于制作第七实施例磁传感器的步骤J3的结构的截面图；

图82是显示处于制作第七实施例磁传感器的步骤J4的结构的截面图；

图83是显示处于制作第七实施例磁传感器的步骤J5的结构的截面图；

图84是显示处于制作第七实施例磁传感器的步骤J6的结构的截面图；

图85是显示处于制作第七实施例磁传感器的步骤J10的结构的截面图；

图86A是显示步骤J10和步骤J11后的GMR元件和抗蚀剂膜的平面图；

图86B是沿着图86A中的C-C线的截面图；

图86C是沿着图86A中的D-D线的截面图；

图87A是沿垂直方向入射离子束的、沿D-D线的GMR元件的截面图；

图87B是沿垂直方向入射离子束的、沿C-C线的GMR元件的截面图；

图88A是沿倾斜方向入射离子束的、沿D-D线的GMR元件的截面图；

图88B是沿倾斜方向入射离子束的、沿C-C线的GMR元件的截面图；

图89A是沿倾斜方向入射离子束的、沿D-D线的GMR元件的截面图；

图89B是沿倾斜方向入射离子束的、沿C-C线的GMR元件的截面图；

图90是显示经历步骤J14的SiOx成膜的、沿C-C线的GMR的截面图；

图91显示外磁场和按照不同样品的磁传感器的输出变化之间的关系；

图92是显示GMR元件中自由层的磁化方向的平面图；

图93A是显示按照第七实施例的第一优化的、沿C-C线的GMR元件的截面图；

图93B是显示按照第七实施例的第一优化的、GMR元件的配置图案的平面图；

图94A是显示按照第七实施例的第二优化的、沿C-C线的GMR元件的截面图；

图94B是显示按照第七实施例的第二优化的、GMR元件的配置图案的平面图；

图95A是显示按照第七实施例的第三优化的、沿C-C线的GMR元件的截面图；

图95B是显示按照第七实施例的第三优化的、GMR元件的配置图案的平面图；

图96A是显示按照第七实施例的第四优化的、沿C-C线的GMR元件的截面图；

图96B是显示按照第七实施例的第四优化的、沿D-D线的GMR元件的截面图；以及

图96C是显示按照第七实施例的第四优化的、GMR元件的配置图案的平面图。

具体实施方式

下面通过结合附图以实施例的方式进一步详细说明本发明。

1.第一实施例

图1是一个截面图，显示了按照本发明第一实施例的磁传感器的结构。图2A和2B提供了显示图1所示的磁传感器从保护膜方向看到的磁电阻元件的示意图，其中图2A是全貌图，图2B是示意图的一部分，显示了偏磁体的周缘部分。

在图1中，一种磁传感器10包括：由给定厚度的石英或硅晶片组成的衬底11；位于衬底11上由GMR元件构成的磁电阻元件12；位于衬底11上由非磁性材料构成的掩埋膜13；由永磁体膜构成的偏磁层14，其连接磁电阻元件12的两端并通过掩埋膜13设置在衬底11上；用来覆盖偏磁层14的全部上表面的第一保护膜15；和位于第一保护膜15上表面的第二保护膜16。

第一保护膜15和第二保护膜16可被统一称作保护膜17。

前述的磁传感器10的特征在于：在磁电阻元件12的两端的下表面12a大致完全覆盖偏磁层14的上表面14a。

前述的磁传感器10的技术特征即磁电阻元件12的下表面12a完全覆盖偏磁层14的上表面14a将参考图2A和2B进行描述。即，在图2B所示的偏磁层14的周缘部分14d处，磁电阻元件12的侧面12b与偏磁层14的侧面14b不在同一平面；磁电阻元件12的侧面12c与偏磁层14的侧面14c不在同一平面上；并且磁电阻元件12两端处的下表面12a覆盖偏磁层14的上表面14a。

当从保护膜17观察磁电阻元件12时，关于偏磁层14的周缘部分14d，在磁电阻元件12的两端其下表面12a以如下方式覆盖偏磁层14的上表面14a：磁电阻元件12两端的侧面与偏磁层14的侧面之间的距离不超过3微米。也即，如图2B所示，在偏磁层14的周缘部分14d，磁电阻元件12的侧面12b与偏磁层14的侧面14b之间的距离d1和磁电阻元件12的侧面12c与偏磁层14的侧面14c之间的距离d2均不超过3微米。

当磁电阻元件12两端的侧面与偏磁层14的侧面之间的距离超过3微米时，偏磁层14和保护膜17之间的结合力变得不足和变小；因此，当来自外部的剪切应力反复作用时，如加热冷却循环试验(或热循环试验)中，在偏磁层14和保护膜17之间的界面处会出现保护膜17的分离。

磁电阻元件12由以下层顺序叠放而组成：自由层、由铜(Cu)组成的具有导电性的间隔层、由钴-铁(CoFe)合金组成的被钉扎层、由铂-锰(Pt-Mn)合金组成的钉扎层、以及由钛(Ti)、钽(Ta)等的薄金属膜构成的帽层。

自由层随外磁场的方向改变其磁化方向。例如，它包括：一钴锆铌(CoZrNb)非晶磁性层、一叠置在CoZrNb非晶磁性层上的镍铁(NiFe)磁性层、和一叠置在NiFe磁性层上的钴铁(CoFe)层。

为保持自由层的单轴各向异性，偏磁层14在指定方向上施加偏磁场。

CoZrNb非晶磁性层和NiFe磁性层二者都是软铁磁性材料；并且采用CoFe层以防止NiFe磁性层中镍的扩散和间隔层中铜的扩散。

间隔层是由铜或者铜合金构成的一薄金属膜。

被钉扎层由钴铁(CoFe)磁性层制成。该CoFe磁性层以翻转连接(switched-connection)方式被反铁磁性膜支撑，因而它的磁化方向被钉扎(或被固定)。

钉扎层由叠置在CoFe磁性层上的、由PtMn合金(含有45-55摩尔百分比的铂)组成的反铁磁性膜制成。

被钉扎层和钉扎层将统一称为钉层。

掩埋层13由厚度约为40纳米的铬(Cr)的薄金属膜制成。

偏磁层14由厚度约为90纳米的、由钴铂铬(CoCrPt)合金构成的薄金属膜制成。

第一保护膜15是一由氧化硅构成的薄膜(以SiOx膜提及)。

第二保护膜16是一由氮化硅构成的薄膜(以SiN膜提及)。

下面，将参考图3到图9和图46介绍本实施例的磁传感器的制作方法。

图46是一个流程图，表示本实施例的磁传感器的制作方法中的步骤A、B-1到B-13和C，图3到图9以截面图的方式显示层状结构，以解释本实施例的磁传感器的制作方法。

在制作方法中，首先准备由石英或硅晶片组成的衬底11。有可能事先在衬底11上制作用于控制磁传感器的LSI部分。也即，在步骤A(显示预处理工艺)中，用公知的方法形成晶体管器件、布线、绝缘膜和接触以形成一层保护膜，其中形成一些开口用于连接。

接着，如图3所示，在由石英或者硅晶片构成的衬底11的上表面采用溅射方法形成厚度为40纳米左右的铬的掩埋膜13。接着，在掩埋膜13的上表面采用溅射的方法制备一偏磁层14，该层由钴铂铬合金组成，厚度为90纳米(见B-1步骤)。

接着，如图4所示，以旋涂或者浸涂的方法在偏磁层14的上表面形成一随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面设置一块具有假定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂使其回流，如此产生其两端发生弯曲的抗蚀剂膜20(见B-2步骤)。

接着，如图5所示，执行离子研磨以便部分去除掩埋膜13和偏磁层14中没有被抗蚀剂膜20覆盖的部分，由此掩埋膜13和偏磁层14形成预定的形状(见B-3步骤)。在B-3步骤中，由于抗蚀剂膜20的两端呈弯曲形状，采用离子研磨(ion milling)使得掩埋膜13和偏磁层14的侧面倾斜于衬底11。

接着，如图6所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone等去除抗蚀剂膜20，使得偏磁层14的表面经历清洗以便彻底去除抗蚀剂膜20(见B-4步骤)。

接着，如图7所示，在衬底11的上表面、掩埋膜13的侧面和偏磁层14的上表面和侧面执行离子束溅射方法或者磁控溅射方法，于是制备一磁电阻元件12(见B-5步骤)。

接着，在外部空间中排列的磁阵列(未显示)被设置在对应于偏磁层14的指定位置，由此，磁场以指定的方向施加到磁电阻元件12的钉层上(见B-6步骤)。

接着，磁阵列和偏磁层14被固定在指定的布置，将它们放置在真空状态下，然后在280℃加热四小时。也即，对磁电阻元件12的钉层中的钉扎层进行有序化热处理(见B-7步骤)。

接着，将磁阵列从指定位置移去(见B-8步骤)。

然后，如图8所示，以旋涂或者浸涂的方法在磁电阻元件12的上表面形成一随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面设置一块具有假定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂使其回流，如此产生一层两端发生弯曲的抗蚀剂膜21(见B-9步骤)。

接着，执行离子研磨以便部分去除磁电阻元件12中没有被抗蚀剂膜21覆盖的部分，也即磁电阻元件12形成指定的形状(见B-10步骤)。在B-10步骤中，由于抗蚀剂膜21两端呈弯曲形状，采用离子研磨的方法使得磁电阻元件12的侧面倾斜于衬底11。

接着，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone去除抗蚀剂膜21，使得磁电阻元件12的表面经历清洗以便完全去除抗蚀剂膜21(见B-11步骤)。

接着，采用等离子CVD(即，Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)的方法在磁电阻元件12的表面形成厚度约为150纳米的、由氧化硅膜组成的第一保护膜15(见B-12步骤)。

接着，采用等离子体CVD方法在第一保护膜的表面形成由厚度约为300纳米的氮化硅膜组成的第二保护膜16(见B-13步骤)。

顺便提及一下，也可以在第一保护膜15和第二保护膜16上再形成一层由聚酰亚胺树脂构成的第三保护膜。

接着，在C步骤，在第一保护膜15和第二保护膜16的指定位置形成开口；在此处形成衬垫；然后，晶片进行划片并分解成单个芯片，每个芯片用树脂包封。

接下来，将详细描述磁传感器样品，然而本实施例并非仅限于下列样品。

按照本实施例的制作方法，实际生产了多种磁传感器样品，每个样品含有厚度为5纳米的磁电阻元件。

具体地，通过分别改变距离d为1微米、2微米和3微米，制作了三种磁传感器，其中，在偏磁层的周缘部分中，从保护膜方向(或其上表面)观察磁电阻元件时，磁电阻元件两端的侧面和偏磁层的侧面之间的距离设定为d。此外，使用前述的磁传感器样品进行了塑模封装。

(1)附着性测试

用修补带(由Scotch 3M公司生产)粘接到磁传感器的上表面(也即设置有保护膜的磁传感器的表面)；接着修补带被剥掉，并检查在磁传感器中的偏磁层和保护膜间的界面处是否出现分离。对一百个磁传感器样品进行了相同的实验，以计算在前述界面处出现分离的样品数目，结果在表1中列出。

(2)加热冷却循环试验

将塑模封装的磁传感器在严格的环境条件下进行加热冷却循环试验，其中样品在-65℃保持30分钟；然后在5分钟内升温到室温；样品在室温保持30分钟；然后在5分钟内升温到150℃；样品在150℃保持30分钟；然后在5分钟内降温到室温；在室温保持30分钟；然后在5分钟内降温到-65℃。这里，每个磁传感器样品经过500次前述的加热冷却循环试验。

之后，用发烟硝酸腐蚀，打开塑模封装，以检验在磁传感器的偏磁层和保护膜的界面处是否出现分离。对二十个磁传感器的塑模封装样品进行了相同的试验，以计算在前述的界面处出现分离的样品数目。结果在表1中列出。

在上面，磁传感器的比较样品采用本实施例的制作方法制作，其中每个样品包含厚度为50纳米的磁电阻元件。

也即，磁传感器的各比较样品被制造成将距离d设定为15微米，其中，在偏磁层的周缘部分中，从保护膜方向观察磁电阻元件，磁电阻元件两端的侧面和偏磁层的侧面之间的距离设定为d。

对前面所述的磁传感器的比较样品进行塑模封装。

然后，如同前面的磁传感器样品一样，对封入磁传感器的比较样品的塑模封装进行粘附性试验和加热冷却循环试验，结果在表1中列出。

表1

	距离d(微米)	粘附性试验(每100个样品中的样品数)	加热冷却循环试验试验(每20个样品中的样品数)
				样品A	1	0	0
样品B	2	2	0
				样品C	3	2	0
比较样品	15	32	7

表1的结果清楚地表明在每个按照本实施例制作的磁传感器的前述样品中，偏磁层与保护膜之间的粘附性有较大提高，且表现出优异的环境耐久性。

相比较，在磁传感器的比较样品中，偏磁层与保护膜之间的粘附性不足，且环境耐久性较差。

如上所述，本实施例的特征在于偏磁层的上表面被磁电阻元件两端的下表面完全覆盖，从而有可能提高偏磁层和保护膜之间的粘附性，有可能改善环境耐久性(尤其是耐温度变化能力)，因此也有可能提高其在磁场中使用的可靠性。

2、第二实施例

图10是一个截面图，显示了按照本发明第二实施例的磁传感器的结构。

图10所示的磁传感器110包括：由给定厚度的石英或硅晶片构成的衬底111，位于衬底111上由一GMR元件构成的磁电阻元件112，位于衬底111上由一非磁性材料构成的掩埋膜113，由一永磁体膜构成的偏磁层114，该层经由掩埋膜113设置在衬底111上并分别连接磁电阻元件112的两端，用来完全覆盖磁电阻元件112和偏磁层114的第一保护膜115，用于覆盖第一保护膜115的上表面的第二保护膜116，以及位于偏磁层114和第一保护膜115之间以便完全覆盖偏磁层114的上表面114a的中间层118。

第一保护膜115和第二保护膜116可被统一称作保护膜117。

在前述的磁传感器110中，中间层118由诸如铬(Cr)、钽(Ta)和钛(Ti)等组成的薄金属膜制成。

优选地是，中间层118的厚度在5纳米到15纳米之间。

当中间层118的厚度小于5纳米时，偏磁层114和保护膜117之间的结合力变得不足；因此当来自外部的剪切应力反复作用到磁传感器时，如在加热冷却循环试验中，偏磁层114和保护膜117之间的界面有可能出现保护膜117的分离。

另一方面，当中间层118的厚度大于15纳米时，对于偏磁层114来说难以在指定的方向对磁电阻元件112施加偏磁场(bias magnetic field)。

磁电阻元件112由以下层顺序叠放而组成：自由层、由铜(Cu)组成的导电性间隔层、由钴-铁(CoFe)合金组成的被钉扎层、由铂-锰(PtMn)合金组成的钉扎层和由诸如钽的薄金属膜构成的帽层。

自由层可以随外加磁场的方向改变其磁化方向。例如，它包括：一钴锆铌(CoZrNb)非晶磁性层、一位于CoZrNb非晶磁性层上的镍铁(NiFe)磁性层和一位于NiFe磁性层上的钴铁(CoFe)层。

为保持自由层的单轴各向异性，偏磁层114在指定方向上施加一偏磁场。

CoZrNb非晶磁性层和NiFe磁性层二者都是软铁磁性材料；并采用CoFe层以防止NiFe磁性层中镍的扩散和间隔层中铜的扩散。

间隔层是由铜或者铜合金构成的薄金属膜。

被钉扎层由钴铁(CoFe)磁性层构成。该CoFe磁性层以翻转连接(switched-connection)方式被反铁磁性膜支撑，因而其磁化方向被钉扎(或被固定)。

钉扎层由位于CoFe磁性层上、由PtMn合金(铂含量为45-55摩尔百分比)构成的反铁磁性膜制成。

被钉扎层和钉扎层将统一称为钉层。

掩埋层113由厚度约为40纳米的铬(Cr)的金属薄膜制成。

偏磁层114由厚度约为90纳米的、由钴铂铬(CoCrPt)合金组成的金属薄膜制成。

第一保护膜115是一由氧化硅组成的薄膜(以SiOx膜指代)。

第二保护膜116是一由氮化硅组成的薄膜(以SiN膜指代)。

3、第三实施例

图11是一个截面图，显示了按照本发明第三实施例的磁传感器的结构。

图11所示的磁传感器120包括：由给定厚度的石英或硅晶片组成的衬底121，位于衬底121上由一GMR元件构成的磁电阻元件122，位于衬底121上由一非磁性材料构成的掩埋膜123，由一永磁体膜构成的偏磁层124，该层通过掩埋膜123设置在衬底121上并分别连接磁电阻元件122的两端，用来完全覆盖磁电阻元件122和偏磁层124的第一保护膜125，用来覆盖第一保护膜125的上表面的第二保护膜126，以及完全覆盖偏磁层124的上表面124a中没有被磁电阻元件122覆盖的部分的中间层128。

第一保护膜125和第二保护膜126可被统一称作保护膜127。

用保护膜127覆盖磁电阻元件122和偏磁层124意味着保护膜127完全覆盖这两层，没有留出连接用开口。

在上面，中间层128完全覆盖偏磁层124的上表面124a中没有被磁电阻元件122覆盖的部分产生以下效果。也即，当从其上表面(即从保护膜127)观察磁电阻元件122时，磁电阻元件122的侧面122a和中间层128的侧面128a之间没有空隙，因而偏磁层124没有暴露在外，或者在磁电阻元件122的侧面122a和中间层128的侧面128a之间基本没有形成空隙。

优选地是，磁电阻元件122的侧面122a和中间层128的侧面128a之间的距离不超过3微米。

当磁电阻元件122的侧面122a和中间层128的侧面128a之间的距离超过3微米时，偏磁层124和保护膜127之间的结合力变得不足，使得在加热冷却循环试验等中当来自外部的剪切应力反复施加到磁传感器上时，在偏磁层114和保护膜117之间的界面处可能出现保护膜117的分离。

磁电阻元件122由以下层顺序叠放而组成：自由层、由铜(Cu)组成的导电性间隔层、由钴-铁(CoFe)合金组成的被钉扎层、由铂-锰(Pt-Mn)合金组成的钉扎层和由如钽的薄金属膜构成的帽层。也即，磁电阻元件122具有与前述图10中所示的磁电阻元件112类似的结构。

掩埋膜123是厚度约40纳米的铬的金属薄膜。

偏磁层124是厚度约90纳米的、由钴铂铬(CoCrPt)合金组成的金属薄膜。

第一保护膜125是一由氧化硅组成的薄膜(以SiOx膜指代)。

第二保护膜126是一由氮化硅组成的薄膜(以SiN膜指代)。

中间层128是由如铬(Cr)、钽(Ta)和钛(Ti)组成的金属薄膜。

4、第四实施例

图12是一个截面图，显示了按照本发明第四实施例的磁传感器的结构。

图12所示的磁传感器130包括：由给定厚度的石英或硅晶片构成的衬底131，位于衬底131上由一GMR元件构成的磁电阻元件132，位于衬底131上由一非磁性材料构成的掩埋膜133，由一永磁体膜构成的偏磁层134，该层通过掩埋膜123设置在衬底131上并分别连接磁电阻元件132的两端，用来完全覆盖磁电阻元件132和偏磁层134的第一保护膜135，用来覆盖第一保护膜135的上表面的第二保护膜136，以及完全覆盖偏磁层134的上表面134a中没有被磁电阻元件132覆盖的部分的中间层138，中间层138还覆盖磁电阻元件132两端的侧面132b以及磁电阻元件132的上表面132a的一部分。

第一保护膜135和第二保护膜136可被统一称作保护膜137。

中间层138完全覆盖偏磁层134的上表面134a中没有被磁电阻元件132覆盖的部分具有以下作用。也即，当从保护膜137观察中间层138时，中间层138的侧面138a和偏磁层134的侧面134b不在同一平面上，并且偏磁层134的上表面134a被中间层138的下表面138b覆盖。

在磁传感器130中，中间层138的下表面138b以如下方式覆盖偏磁层134的上表面134a：从保护膜137方向观察中间层138，偏磁层134的侧面134b与中间层138的侧面138a之间的间隙不超过1微米。

当中间层138的侧面138a与偏磁层134的侧面134b之间的距离超过1微米时，偏磁层134和保护膜137之间的结合力变得不足和变小；因此当在加热冷却循环试验等中来自外部的剪切应力反复作用到磁传感器上时，在偏磁层134和保护膜137之间的界面处可能出现保护膜137的分离。

磁电阻元件132由以下层顺序叠放而组成：自由层、由铜(Cu)组成的导电性间隔层、由钴-铁(CoFe)合金组成的被钉扎层、由铂-锰(PtMn)合金组成的钉扎层和由如钽(Ta)的薄金属膜构成的帽层。也即，磁电阻元件132具有与前述图10中所示的磁电阻元件112类似的结构。

掩埋膜133是厚度约40纳米的铬的金属薄膜。

偏磁层134是厚度约90纳米的、由钴铂铬(CoCrPt)合金组成的薄膜薄膜。

第一保护膜135是一由氧化硅组成的薄膜(以SiOx膜指代)。

第二保护膜136是一由氮化硅组成的薄膜(以SiN膜指代)。

中间层138是由如铬(Cr)、钽(Ta)和钛(Ti)组成的金属薄膜。

5、制作方法

(1)第二实施例的制作方法

图10所示的第二实施例的磁传感器110的制作方法将参照图46和图13到21进行详细描述。第二实施例的制作方法与参考图3到9和图46描述的第一实施例的前述制作方法部分类似。

图46是一个流程图，显示第二实施例的磁传感器的制作方法的步骤。图13到图20以截面图的方式显示层状结构，以解释第二实施例的磁传感器的制作方法，及图21是显示磁电阻元件112和相关层的配置的平面示意图。

在制作方法中，首先准备由石英或硅晶片组成的衬底111。有可能事先在衬底111上制作大规模集成电路部分以控制磁传感器。也即，在步骤A(显示预处理工艺)中，用公知的方法形成晶体管器件、布线、绝缘膜和接触以形成一保护膜，其中形成一些开口用于连接。

接着，如图13所示，在由石英或者硅晶片组成的衬底111的上表面采用溅射方法形成厚度约为40纳米左右的铬的掩埋膜113。接着，在掩埋膜113的上表面采用溅射方法制备一偏磁层114，该层由钴铂铬合金组成，厚度为90纳米。随后，在偏磁层114的上表面用溅射方法制备一由铬组成的中间层118，其厚度在5纳米到15纳米之间(见B-1步骤)。

接着，如图14所示，以旋涂或者浸涂的方法在中间层118的上表面形成一层随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有假定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂产生回流，如此产生一层两端发生弯曲的抗蚀剂膜140(见B-2步骤)。

接着，如图15所示，采用离子研磨以便部分去除掩埋膜113、偏磁层114和中间层118中没有被抗蚀剂膜140覆盖的部分，由此掩埋膜113、偏磁层114和中间层118形成预定的形状(见B-3步骤)。在B-3步骤中，相应于抗蚀剂膜140两端的弯曲形状执行离子研磨，使得掩埋膜113、偏磁层114和中间层118的侧面倾斜于衬底111。位于磁电阻元件112两端附近的偏磁层114的指定部分作为建立与磁电阻元件112电连接的引线，其中它们的一部分可被充分定形以便设置在用于连接的开口上。

接着，如图16所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone去除抗蚀剂膜140，使得偏磁层114的表面经历清洗以便完全去除抗蚀剂膜140(见B-4步骤)。

接着，如图17所示，在衬底111的上表面、掩埋膜113和偏磁层114的侧面以及中间层118的上表面和侧面，采用离子束溅射或者磁控溅射的方法制备一磁电阻元件112(见B-5步骤)。

接着，将在外部空间排列的磁阵列(未显示)设置在对应于偏磁层114的指定位置，从而，磁场以指定的方向施加到磁电阻元件112的钉层上(见B-6步骤)。

接着，磁阵列和偏磁层114以指定的布置被固定，将它们放置在真空状态中，然后在280℃加热四小时。也即，对磁电阻元件112的钉层中的钉扎层进行有序化热处理(见B-7步骤)。

接着，将磁阵列从指定位置移去(见B-8步骤)。

接着，如图18所示，以旋涂或者浸涂的方法在磁电阻元件112的上表面形成一随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有一定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂产生回流，如此产生一两端发生弯曲的抗蚀剂膜141(见B-9步骤)。

接着，采用离子研磨以便部分去除磁电阻元件112中没有被抗蚀剂膜141覆盖的部分，也即磁电阻元件112形成指定的形状(见B-10步骤)。在B-10步骤中，由于抗蚀剂膜141两端呈弯曲形状，采用离子研磨使得磁电阻元件112的侧面倾斜于衬底111。

接着，如图19所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone去除抗蚀剂膜141，使得磁电阻元件112的表面进行清洗以便完全去除抗蚀剂膜141(见B-11步骤)。

接着，如图20所示，采用等离子CVD方法在衬底111、磁电阻元件112和中间层118的上表面形成厚度约为150纳米、由氧化硅膜组成的第一保护膜115(见B-12步骤)。

图21是从磁电阻元件112的上表面看到的示意图，其中为简化起见第一保护膜115没有画出来。

接着，采用等离子CVD方法在第一保护膜115的表面形成厚度约为300纳米、由氮化硅膜组成的第二保护膜116(见B-13步骤)。

顺便提及一下，也可在第一保护膜115和第二保护膜116上进一步形成一由聚酰亚胺树脂构成的第三保护膜。

接着，在C步骤，在第一保护膜115和第二保护膜116的指定位置形成开口；在此处形成衬垫；然后，晶片进行划片并分解成单个芯片，每个芯片用一树脂包封。

(2)第三实施例的制作方法

图11所示的第三实施例的磁传感器120的制作方法将参照图47和图22到33进行详细描述。

图47是一个流程图，显示第三实施例的磁传感器的制作方法中的步骤D、E-1到E-16和F。图22到图32以截面图的方式显示多层结构，以解释第三实施例的磁传感器的制作方法，且图33是显示磁电阻元件122和相关层的排列方式的平面示意图。

在制作方法中，首先准备由石英或硅晶片组成的衬底121。有可能事先在衬底121上制作大规模集成电路部分以控制磁传感器。也即，在步骤D(显示预处理工艺)中，用公知的方法形成晶体管器件、布线、绝缘膜和接触以形成一层保护膜，其中形成一些开口用于连接。

接着，如图22所示，在由石英或者硅晶片组成的衬底121的上表面采用溅射的方法形成厚度约为40纳米左右的铬的掩埋膜123。接着，在掩埋膜123的上表面采用溅射的方法制备一偏磁层124，该层由钴铂铬合金组成，其厚度为90纳米。

随后，在偏磁层124的上表面用溅射的方法制备一由铬组成的中间层128，其厚度在5纳米到15纳米之间(见E-1步骤)。

接着，如图23所示，以旋涂或者浸涂的方法在中间层128的上表面形成一具有随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有一定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂产生回流，如此产生一层两端发生弯曲的抗蚀剂膜150(见E-2步骤)。

接着，如图24所示，采用离子研磨以便部分去除中间层128中没有被抗蚀剂膜150覆盖的部分，由此露出偏磁层124，于是中间层128形成预定的形状(见E-3步骤)。在E-3步骤中，由于抗蚀剂膜150的两端呈弯曲形状，采用离子研磨的方法使得中间层128的侧面倾斜于衬底121。

接着，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone去除抗蚀剂膜150，使得中间层128的表面进行清洗以便完全去除抗蚀剂膜150(见E-4步骤)。

接着，如图25所示，在部分去除中间层128的偏磁层124的上表面和中间层128的上表面，采用旋涂或者浸涂的方法形成一层随意厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有一定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂产生回流，如此产生一层两端发生弯曲的抗蚀剂膜151(见E-5步骤)。

接着，如图26所示，采用离子研磨去除掩埋膜123、偏磁层124和中间层128中没有被抗蚀剂膜151覆盖的指定部分，使得衬底121部分露出，由此掩埋膜123、偏磁层124和中间层128形成预定的形状(见E-6步骤)。在B-6步骤中，对应于抗蚀剂膜151两端的弯曲形状执行离子研磨，使得掩埋膜123、偏磁层124和中间层128的侧面倾斜于衬底121。

接着，如图27所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone去除抗蚀剂膜151，使得偏磁层124和中间层128的表面进行清洗以便完全去除抗蚀剂膜151(见E-7步骤)。

接着，如图28所示，在衬底121的上表面、掩埋膜123和偏磁层124的侧面以及中间层128的上表面和侧面，采用离子束溅射或者磁控溅射的方法制备一磁电阻元件122，如GMR元件(见E-9步骤)。

接着，磁阵列与偏磁层124按照指定排列固定，将它们放置在真空状态中，然后在280℃加热四小时。也即，对磁电阻元件122的钉层中的钉扎层进行有序化热处理(见E-10步骤)。

接着，将磁阵列从指定位置移去(见E-11步骤)。

接着，如图29所示，在磁电阻元件122中其下不存在中间层128的选定区域的上表面，以旋涂或者浸涂的方法形成一层随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有一定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂产生回流，如此产生一层两端发生弯曲的抗蚀剂膜152(见E-12步骤)。

接着，如图30所示，采用离子研磨以便部分去除磁电阻元件122中没有被抗蚀剂膜152覆盖的部分，使得衬底121、掩埋膜123和偏磁层124的侧面以及中间层128露出，从而形成指定形状的磁电阻元件122(见E-13步骤)。在E-13步骤中，对应于抗蚀剂膜152两端的弯曲形状采用离子研磨，使得磁电阻元件122的侧面倾斜于衬底121。

接着，如图31所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone去除抗蚀剂膜152，使得磁电阻元件122的表面进行清洗以便完全去除抗蚀剂膜152(见E-14步骤)。

接着，如图32所示，采用等离子CVD方法在衬底121、磁电阻元件122和中间层128的上表面形成厚度约为150纳米、由氧化硅膜组成的第一保护膜125(见E-15步骤)。

图33是从磁电阻元件122的上表面看到的示意图，其中为简化起见第一保护膜125没有画出来。

接着，采用等离子CVD方法在第一保护膜125的表面形成厚度约为300纳米、由氮化硅膜组成的第二保护膜126(见E-16步骤)。

顺便提及一下，也可在第一保护膜125和第二保护膜126上进一步形成一层由聚酰亚胺树脂构成的第三保护膜。

接着，在F步骤，在第一保护膜125和第二保护膜126的指定位置形成开口；在此处形成衬垫；然后，晶片进行划片并分解成单个芯片，每个芯片用一树脂包封。

(3)第四实施例的制作方法

图12所示的第四实施例的磁传感器130的制作方法将参照图48和图34到45进行详细描述。

图48是一个流程图，显示第四实施例的磁传感器的制作方法中的步骤G、H-1到H-16和I。图34到图44以截面图的方式显示多层结构，以解释第四实施例的磁传感器的制作方法，且图45是显示磁电阻元件132和相关层的排列方式的平面示意图。

在制作方法中，首先准备由石英或硅晶片组成的衬底131。有可能事先在衬底131上制作大规模集成电路部分以控制磁传感器。也即，在步骤G(显示预处理工艺)中，用公知的方法形成晶体管器件、布线、绝缘膜和接触以形成一层保护膜，其中形成一些开口用于连接。

接着，如图34所示，在由石英或者硅晶片构成的衬底131的上表面采用溅射的方法形成厚度约为40纳米左右的铬的掩埋膜133。接着，在掩埋膜133的上表面采用溅射的方法制备一偏磁层134，该层由钴铂铬合金组成，其厚度为90纳米(见H-1步骤)。

接着，如图35所示，以旋涂或者浸涂的方法在偏磁层134的上表面形成一层随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有一定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂产生回流，如此产生一层两端发生弯曲的抗蚀剂膜160(见H-2步骤)。

接着，如图36所示，采用离子研磨以便部分去除掩埋膜133和偏磁层134中没有被抗蚀剂膜160覆盖的部分，由此露出衬底131，于是掩埋膜133和偏磁层134形成预定的形状(见H-3步骤)。在H-3步骤中，相应于抗蚀剂膜160两端的弯曲形状执行离子研磨，使得掩埋膜133和偏磁层134的侧面倾斜于衬底131。

接着，如图37所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone去除抗蚀剂膜160，使得偏磁层134的表面进行清洗以便完全去除抗蚀剂膜160(见H-4步骤)。

接着，如图38所示，在部分去除掩埋膜133和偏磁层134后露出的衬底131的上表面，采用离子束溅射或者磁控溅射的方法制备一磁电阻元件132，例如GMR元件(见H-5步骤)。

接着，将在外部空间排列的磁阵列设置在与偏磁层134相对应的指定位置，由此，磁场以指定的方向施加到磁电阻元件132的钉层上(见H-6步骤)。

接着，磁阵列和偏磁层134以指定的布置被固定，将它们放置在真空状态中，然后在280℃加热四小时。于是，对磁电阻元件132的钉层中的钉扎层进行有序化热处理(见H-7步骤)。

接着，将磁阵列从指定位置移去(见H-8步骤)。

接着，如图39所示，在其下存在偏磁层134的磁电阻元件132的选定区域的上表面，以旋涂或者浸涂的方法形成一层随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有一定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除。接着，加热光致抗蚀剂产生回流，如此产生一层两端发生弯曲的抗蚀剂膜161(见H-9步骤)。

接着，采用离子研磨以便部分去除磁电阻元件132中没有被抗蚀剂膜161覆盖的部分，使得衬底131和偏磁层134局部露出，于是磁电阻元件132形成指定的形状(见H-10步骤)。在H-10步骤中，对应于抗蚀剂膜161两端的弯曲形状采用离子研磨，使得磁电阻元件132的侧面倾斜于衬底131。

接着，如图40所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone去除抗蚀剂膜161，使得磁电阻元件132的表面进行清洗以便完全去除抗蚀剂膜161(见H-11步骤)。

接着，如图41所示，在衬底131的整个上表面、偏磁层134的部分上表面和侧面以及除端部外的磁电阻元件132的整个上表面，以旋涂或者浸涂的方法形成一层随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有一定图形的掩模，随后进行曝光和显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除，于是按预定的形状形成一抗蚀剂膜162(见H-12步骤)。

接着，如图42所示，在磁电阻元件132的上表面和两端侧面、偏磁层134的上表面以及抗蚀剂膜162的上表面，采用溅射的方法制备一中间层138(见H-13步骤)。

接着，如图43所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone等去除抗蚀剂膜162，使得衬底131、磁电阻元件132和中间层138的表面进行清洗以便完全去除抗蚀剂膜162(见H-14步骤)。

接着，如图44所示，采用等离子CVD方法在衬底131、磁电阻元件132和中间层138的上表面形成由氧化硅膜组成的、厚度约为150纳米的第一保护膜135(见H-15步骤)。

图45是从磁电阻元件132的上表面看到的示意图，其中为简化起见第一保护膜135没有画出来。

接着，采用等离子CVD方法在第一保护膜135的表面形成厚度约为300纳米、由氮化硅膜组成的第二保护膜136(见H-16步骤)。

顺便提及一下，也可在第一保护膜135和第二保护膜136上进一步形成一由聚酰亚胺树脂构成的第三保护膜。

接着，在I步骤，在第一保护膜135和第二保护膜136的指定位置形成开口；在此处形成衬垫；然后，晶片进行划片并分解成单个芯片，每个芯片用一树脂包封。

接着，将采用各种样品来进一步描述前述的实施例；当然，本发明并不仅限于这些实施例。

也即，按照前述的实施例中的制作方法，多种磁传感器样品以预定的尺寸被实际生产出来，其中各磁电阻元件的宽度为7.5微米，相邻磁电阻元件的间距为3微米，且偏磁层的宽度为18微米。

在前述的磁传感器中，偏磁层上形成的中间层厚度为5纳米，从没有与磁电阻元件接合的偏磁层端部测量的中间层长度为3微米。然后，这些生产出来的磁传感器样品被塑模封装。

(1)附着性测试

用一块修补带(由Scotch 3M公司生产)粘接到磁传感器的上表面(也即设置有保护膜的磁传感器表面)；接着修补带被剥掉，以试验在磁传感器中偏磁层和保护膜的界面处是否出现分离。对一百个磁传感器样品进行了相同的试验，以计算在前述的界面处出现分离的样品数目。

(2)加热冷却循环试验

经过塑模封装的磁传感器在严格的环境条件下进行加热冷却循环试验，其中样品在-65℃保持30分钟；然后在5分钟内升温到室温；样品在室温保持30分钟；然后在5分钟内升温到150℃；样品在150℃保持30分钟；然后在5分钟内降温到室温；在室温保持30分钟；然后在5分钟之内降温到-65℃。这里，每个磁传感器样品经过500次前述的加热冷却循环试验。

之后，用发烟硝酸腐蚀，打开塑模封装，以检验在磁传感器中偏磁层和保护膜的界面处是否出现分离。对二十个磁传感器的塑模封装样品进行了相同的试验，以计算在前述的界面处出现分离的样品数目。

在上面，磁传感器的比较样品采用本实施例的制作方法制作，其中它们中不包含中间层。

对上面所述的磁传感器的比较样品进行塑模封装。

接着，按照与前面的磁传感器样品相同的方法，对密封有磁传感器的比较样品的塑模封装进行附着性试验和加热冷却循环试验。

在按照前述实施例生产的磁传感器样品中，在附着性试验中每100个样品中有1个样品发生分离，在加热冷却循环试验中没有样品发生分离。

在磁传感器的比较样品中，在附着性试验中每100个样品中有32个样品发生分离，在加热冷却循环试验中每100个样品中有7个样品发生分离。

结果表明，由于中间层的存在，按照本实施例的各磁传感器中偏磁层和保护膜之间的粘附性强，同样环境的耐久性也增强。

相反，在比较样品的磁传感器中，偏磁层和保护膜之间的粘附性不足和较小，且其环境耐久性较弱。

如上所述，按照第二、第三和第四实施例制作的各磁传感器的特征在于：提供与磁电阻元件、保护膜和偏磁层关连的一中间层，使得偏磁层的上表面被中间层完全覆盖。这里，磁传感器可以这样设计：使得没有被磁电阻元件覆盖的偏磁层的上表面部分被中间层覆盖，并且磁电阻元件的上表面和两端侧面被中间层覆盖。

因此，有可能提高偏磁层和保护膜之间的粘附性；因而，磁传感器具有优异的环境耐久性，尤其是承受温度变化的能力；也即，有可能显著提高生产磁传感器的可靠性。

6、第五实施例

图50是一平面示意图，显示采用本发明第五实施例制作的磁传感器的总体结构。

也即，图50中的磁传感器301由以下构成：具有近似正方形形状和预定厚度的石英衬底302；位于石英衬底302上的一对X轴GMR元件331和332，以便形成一用于检测X轴方向的磁场的X轴磁传感器；和位于石英衬底302上的一对Y轴GMR元件341和342，以便形成一Y轴磁传感器以检测与X轴方向垂直的Y轴方向的磁场。

顺便提及一下，可以用硅晶片来代替石英衬底302。

图51是X轴GMR元件331的结构的平面示意图；图52是沿着图51中A-A线的截面图；以及图53是沿着图51中B-B线的截面图。

X轴GMR元件331和332分别位于石英衬底302上与X轴垂直的两侧的中点附近，其中二者相互平行设置。类似地，Y轴GMR元件341和342分别位于石英衬底302上与Y轴垂直的两侧的中点附近，其中二者相互平行设置。

X轴GMR元件331和332以及Y轴GMR元件341和342的每一个由多个均为带状的磁电阻膜305和位于磁电阻膜305纵向方向上的两端的多个永磁体膜(或者偏磁膜)306组成。永磁体膜306由具有高矫顽力和高矩形比的硬铁磁性物质如CoCrPt组成的长方形薄膜构成。

彼此相邻设置的‘成对’磁电阻膜305的一端通过单个永磁体膜306连接在一起。彼此相邻设置的成对磁电阻膜305的另一端通过另一个永磁体膜306连接在一起。

永磁体膜306通过布线(未示出)连接，这样，通过单个永磁体膜306连接的成对磁电阻膜305的端部电连接在一起。

于是，磁电阻膜305和永磁体膜306以串联方式连接和以Z字形方式排列，其中磁电阻膜305通过永磁体膜306和布线进行电气串联连接以便充当电阻电路。因此，从外部引入的电流流过由磁电阻膜305组成的电阻电路，从而测量电阻电路的电压以计算磁电阻膜305的电阻，由此可以估算外加磁场的强度。优选地是将磁电阻膜305的宽度设置在6微米到8微米的范围内。

接下来，详细讨论磁电阻膜305的结构。图54显示了包含在X轴GMR元件331中的磁电阻膜305的结构。也即，磁电阻膜305由如下按顺序叠放在石英衬底302上的各层构成：一自由层F，一由铜(Cu)或者铜合金组成的导电性间隔层S，一由CoFe组成的被钉扎层PD，一由PtMn组成的钉扎层PN，和一由钛(Ti)或者钽(Ta)组成的金属薄膜制成的帽层C。

自由层F随外磁场的方向改变其磁化方向，其中自由层包括：一CoZrNb非晶磁性层305a，一位于CoZrNb非晶磁性层305a上的NiFe磁性层305b，和一位于NiFe磁性层305b上的CoFe层305c。

CoZrNb非晶磁性层305a和NiFe磁性层305b都由一种软铁磁性物质构成，且CoFe层305c是一防扩散层，以防止NiFe磁性层305b中Ni的扩散和间隔层S中Cu的扩散。

被钉扎层PD由CoFe磁性层305d构成，该层以翻转连接(switchedconnection)方式被一反铁磁薄膜305e支持，使得它的磁化方向被钉扎(或固定)在X轴的负方向。

钉扎层PN位于CoFe磁性层305d的上面，其由一种含有45-55摩尔百分比Pt的PtMn合金组成的反铁磁薄膜305e构成。反铁磁薄膜305e在有序化热处理后形成，在施加X轴负方向磁场的状态下实施有序化热处理。

被钉扎层PD和钉扎层PN将被统一称为钉层。

其它X轴GMR元件332和Y轴GMR元件341和342具有与X轴GMR元件331相同的结构，除了它们具有沿图50中箭头所示方向被钉扎(或固定)的特定磁化方向外；因此，细节描述将被省略。

被设置与磁电阻膜305的两端接触的永磁体膜306在沿着磁电阻膜305的纵轴方向的方向上被磁化。

如上所述，被钉扎层PD的磁化方向垂直于其纵轴，永磁体膜306的磁化方向沿着纵轴；因而，在磁电阻膜305的被钉扎层PD的磁化方向与永磁体膜306的磁化方向之间形成90°夹角。

基于前述永磁体膜306的磁化，有可能保持磁电阻膜305的自由层F中的单轴各向异性。

如图50所示，X轴GMR元件331的被钉扎层PD的“被钉扎”磁化方向位于X轴的负方向。X轴GMR元件332的被钉扎层PD的被钉扎磁化方向位于X轴的正方向。此外，Y轴GMR元件341的被钉扎层PD的被钉扎磁化方向位于Y轴的正方向。Y轴GMR元件342的被钉扎层PD的被钉扎磁化方向位于Y轴的负方向。

在X轴磁传感器中，X轴GMR元件331和332以串联方式连接(或半桥方式连接)。这里，对X轴磁传感器施加直流电压，以测量X轴GMR元件331和332之间的中点电位，其可以作为X轴磁传感器的输出。

基于此原因，X轴磁传感器的输出可以随X轴外磁场的变化大致成比例地改变。

顺便提及一下，X轴磁传感器可以由一对X轴GMR元件331和一对X轴GMR元件332构成，其采用全桥方式连接。

与X轴磁传感器类似，在Y轴磁传感器中，Y轴GMR元件341和342以串联方式连接(或半桥方式连接)。这里，在Y轴磁传感器上施加一直流电压，以测量Y轴GMR元件341和342之间的中点电位，其可作为Y轴磁传感器的输出，其可以随Y轴外磁场的变化大致成比例地改变。

与上面所述的X轴磁传感器类似，Y轴磁传感器可以由一对Y轴GMR元件341和一对Y轴GMR元件342构成，这时采用全桥方式连接。

如上面所述，第五实施例的磁传感器301基于X轴磁传感器的输出和Y轴磁传感器的输出可以检测外磁场的强度。

磁传感器301包括GMR元件331、332、341和342，均具有Z字形图案，其中弯折部分对应于永磁体膜306，这与通常磁电阻膜305被用作弯折部分不同。这样使得GMR元件的灵敏度方向均匀。也即，有可能精确测量外磁场的强度而不破坏磁电阻膜305的电阻和外磁场强度之间的线性关系(或线性度)。

此外，本实施例的特征在于：永磁体膜306被设置成与磁电阻膜305的两端连接，每个磁电阻膜305呈现带状。也即，由于永磁体膜306的磁化，有可能保持磁电阻膜305的自由层F中的单轴各向异性；因此，有可能以好的可重复性测量外磁场的强度。

与传统知晓的磁传感器不同，本实施例不使用无磁性膜，其中每个具有Z字形图案的GMR元件331、332、341和342由磁电阻膜305(均呈现带状)和永磁体膜306组成，其中永磁体膜306被设置成与磁电阻膜305的两端接触。也即，本实施例的磁传感器301具有相对简单的结构，易于制作。

磁电阻膜305的自由层F中的单轴各向异性方向被迫与磁电阻膜305的纵向方向和永磁体膜306的磁化方向一致。因此，自由层F的单轴各向异性方向可以通过磁电阻元件305的形状磁各向异性和永磁体膜306的磁化来保持；因而，有可能以优异的重复性来测量外磁场的强度。

优选地是，以下列方式设置磁电阻膜305和永磁体膜306：永磁体膜306的矩形比，即永磁体膜306的长度(位于图51的水平方向)和宽度(位于图51的垂直方向)之间的长宽比设定为1以上，并且永磁体膜306的纵向方向大致与磁电阻膜305的纵向方向一致。

于是，有可能增加永磁体膜306的透过系数，由此其磁化程度不易减小。由于永磁体膜306的磁化，有可能以一种稳定状态保持磁电阻膜305的自由层F中的单轴各向异性方向；因此，有可能以优异的重复性测量外磁场强度。

当然，本发明并非仅限于本实施例，在不偏离本发明范围的情况下可以用各种方式进行改变。

例如，永磁体膜306由一种导电材料组成，使得它可以起到布线的作用。

图55是一个平面示意图，显示了由多个磁电阻膜305和参与布线功能的多个永磁体膜306X组成的X轴GMR元件331X。

磁电阻膜305通过永磁体膜306X进行电气串联连接，使得可以通过永磁体膜306X对具有Z字形图案的磁电阻膜305进行充电。

通孔(即，电镀通孔)361在永磁体膜306X的指定位置形成，使得通过通孔361，永磁体膜306X与自设置于石英衬底302上的衬垫和其他元件(未显示)延伸的布线部分307电气连接。

由于永磁体膜306A起到布线的作用，因此没有必要额外提供布线部分；因此，有可能简化磁传感器的制作工艺，使其因此易于生产。

接着，详细描述按照第五实施例制作的磁传感器的各种样品。

(1)样品1

磁传感器的样品1具有与图50所示的磁传感器301相同的结构。

图56显示按照样品1的X轴GMR元件331的磁电阻特性，其中有可能获得磁电阻随外磁场强度大致成比例变化的磁电阻特性，外磁场沿X轴方向施加且在-30奥斯特到30奥斯特的范围内。

图57显示关于按照样品1和样品3的两种磁传感器在X轴GMR元件331和X轴GMR元件332之间建立的散射磁场的稳定性。

通过评估磁电阻元件的磁化性能来定义散射磁场的稳定性，方法是当曾加在各X轴GMR元件331和332上的外磁场消失后，自由层的磁化方向符合(或恢复)初始磁化方向的程度。也即，它可以表示为初始状态下产生的初始传感器输出与外磁场消失后产生的传感器输出之间的差异(或变化)。当初始传感器输出与外磁场消失后产生的传感器输出之间的变化变小时，当曾施加到传感器的外磁场消失后，自由层的磁化方向趋于符合(或恢复)初始磁化方向。因而，有可能以好的重复性测量外磁场的强度。

用于评估磁传感器301的散射磁场稳定性是通过以下方法测试的。

其磁化方向与磁传感器301的X轴成45°角倾斜的外磁场以交替的方式施加到包括X轴GMR元件331和332的X轴磁传感器上；接着，撤消磁场，并测量X轴传感器的输出。

接着，用一个初始化线圈对X轴GMR元件331和332进行初始化处理，线圈放在X轴GMR元件331和332的紧下方以恢复各GMR元件的自由层中的初始磁化状态。这里，通过用指定的电流进行通电，初始化线圈可以在与各GMR元件的纵向和自由层的方向一致的指定方向产生一磁场。

在曾施加到X轴GMR元件331和332的外磁场撤消后，进行十次初始化操作，其中，每次初始化操作后测量X轴传感器的输出。

重复进行上述的一系列操作，直至外磁场的强度增加20奥斯特，从而有可能检测到X轴传感器在初始状态产生的初始输出与进行初始化操作后各初始化后的状态下产生的输出之间的差值、在连续初始化状态下产生的X轴传感器输出之间的差值以及X轴传感器的输出变化。

在对应于样品1的磁传感器301中，外磁场撤消和每次初始化操作后，从初始传感器输出算起，传感器的输出变化几乎为零，除非外磁场的强度超过140奥斯特。这证明磁电阻膜305的自由层F中的磁化方向几乎与其初始磁化方向一致。也即，可以说对应于样品1的磁传感器301可以以好的重复性测量外磁场的强度。

结果是，对应于样品1的磁传感器301能够精确测量外磁场的强度，而不会破坏其磁电阻和外磁场强度之间的线性关系(或线性度)，其中，当施加到磁传感器的外磁场撤消后，自由层F的磁化方向几乎与其初始磁化方向一致；因此，有可能以好的重复性测量外磁场的强度。

(2)样品2

图58是显示对应于样品2的X轴GMR元件431的结构的平面示意图。样品2与样品1的不同之处在于：各X轴GMR元件431和它的相应Y轴GMR元件仅由磁电阻膜405组成。对应于样品2的X轴GMR元件431的其他部分的结构与对应于样品1的X轴GMR元件331的结构类似；因此，这里详细的描述将被省略。

图59显示对应于样品2的X轴GMR元件431的磁电阻特性。也即，在外磁场的作用下出现了磁电阻特性的相当大的磁滞回线；因此，很难在磁电阻和磁场强度之间建立一种单一线性关系。基于此原因，对于相同强度的外磁场，磁电阻可能会随着磁化方向发生巨大的变化。也即，不可能观察到磁电阻和外磁场强度之间的线性度；因而很难精确测量外磁场的强度。

这是因为在对应于样品2的各X轴GMR元件431和它的相应Y轴GMR元件中，其Z字形图案的弯折部分由磁电阻膜构成；因此，磁电阻膜405的各向异性在弯折部分无法保持，并且灵敏度方向变得不均匀。

(3)样品3

图60是显示对应于样品3的X轴GMR元件531的结构的平面图。样品3与样品1的不同之处在于：在X轴GMR元件531和它的相应Y轴GMR元件中，磁电阻膜505的Z字形图案的弯折部分由非磁性膜500构成。对应于样品3的X轴GMR元件531的其他部分的结构与对应于样品1的X轴GMR元件331的结构类似；因此，这里详细的描述将被省略。

如图57所示，当外磁场强度等于或超过40奥斯特时，在撤消施加到磁传感器的外磁场后，测量到的对应于样品3的磁传感器的输出变化不为零；于是，磁电阻膜505的自由层F的磁化方向没有恢复其初始磁化方向。甚至对X轴GMR元件531进行十次初始化操作后，传感器的输出变化仍不为零，自由层F的磁化方向仍没有恢复其初始磁化方向。随着外磁场强度的增加，传感器的输出变化增加。因而，结果显示对应于样品3的磁传感器无法以好的重复性测量外磁场的强度。

这是因为在对应于样品3的X轴GMR元件531和其相应的Y轴GMR元件中，磁电阻膜505的Z字形图案的弯折部分由非磁性膜构成；因此，难于保持磁电阻膜505的自由层F中的单轴各向异性。

总之，第五实施例的磁传感器可以以优异的重复性精确测量外磁场的强度；因而，第五实施例可应用于利用磁传感器的磁分析和磁医用设置。

7、第六实施例

按照本发明的第六实施例的磁传感器被设计利用GMR元件来测量关于地磁学(或陆地磁学)的绝对方向(或绝对方位)，其中各GMR元件具有图61所示的结构，其中在由石英玻璃组成的衬底601上依次叠放包括CoZrNb层、NiFe层和CoFe层的具有三层结构的自由层602；一由Cu组成的间隔层603；一由CoFe组成的被钉扎层604；一由PtMn组成的钉扎层605；和一由Ti组成的帽层606。这里，自由层602随外磁场改变其磁化方向，被钉扎层604的磁化方向被固定(或钉扎)。假设外磁场施加到图61中的GMR元件，其中当自由层602的磁化方向变成与被钉扎层604的磁化方向相同时，流过间隔层603的传导电子难于被散射，使得电阻降低；然而当自由层602的磁化方向与被钉扎层604的磁化方向相反时，流过间隔层603的传导电子易于被散射，使得电阻增加。也即，GMR元件呈现与自由层602的磁化方向和被钉扎层604的磁化方向之间的相对关系相对应的电阻；因此，有可能通过测量电阻来检测外磁场的强度。

为了精确地测量一个非常小的磁场，当施加的外磁场撤消和没有对磁传感器施加外磁场时，必须保持自由层沿预定方向的磁化方向(即，初始磁化方向)处于稳定的状态。基于此原因，必须形成平面视图上为长方形形状的“薄”自由层，其中自由层的长边(或纵轴)被设计成与其初始磁化方向一致，从而，利用使磁化方向沿纵向排列的形状各向异性，迫使自由层的各磁化部分的磁化方向与初始磁化方向一致。为了使自由层在外磁场撤消后重建和以稳定的方式长时间维持初始磁化方向，在自由层沿纵向的两端设置对应于永磁体膜的偏磁膜，使得所述偏磁膜通常施加一实现初始磁化方向的特定磁场到该自由层。

顺便提及一下，GMR元件的灵敏度依赖于GMR元件的MR比、无磁场时自由层的钉扎和磁化之间形成的角度以及自由层的易磁化能力。GMR元件感应小磁场的灵敏度方向垂直于无磁场时自由层的磁化方向。

日本专利申请出版物第2002-299728号中公开的磁传感器有如下缺点：当出现磁滞现象时，方向测量的范围椭圆形地变形，或者在测量中可能明显出现预定偏移，从而产生不希望的方向偏差，这使得在方向测量上引起不希望的灵敏度变化。

有可能制作一个9微米至10微米宽的GMR元件样品，其中自由层厚度为125埃，间隔层厚度为24埃，被钉扎层厚度为22埃。使用这种GMR元件的磁传感器有磁滞现象，因而无法满足方位地磁传感器的要求。

因此，第六实施例提供一种没有磁滞、高灵敏度、且可以减小其灵敏度方向偏差的磁传感器。

在图61所示的前述GMR元件中，在由边长为2毫米的方形石英玻璃组成的衬底602(见图62)上，依次叠放包括CoZrNb层、NiFe层和CoFe层的具有三层结构的自由层602；由Cu或Cu合金组成的间隔层603；由CuFe组成的被钉扎层604；由PtMn组成的钉扎层605；以及由Ti组成的帽层606。

具体地，自由层602是其磁化方向随外磁场改变的磁性层。间隔层603是一由Cu或Cu合金组成的金属薄膜。被钉扎层604由CoFe磁性层组成的铁磁性物质构成，其中其磁化方向被固定。钉扎层605位于被钉扎层604上面，由含有45-55mol％Pt的PtMn合金组成的反铁磁性物质构成。自由层602、间隔层603、被钉扎层604、钉扎层605和帽层606的全部被统一称为自旋阀膜607。

图62是显示一种磁传感器结构的平面图，其中GMR元件沿着两个轴即X轴和Y轴放置。在图62所示的磁传感器中，在边长为2毫米的方形石英玻璃衬底601上，设置了用于检测沿X轴方向的磁场的X轴磁传感器609和用于检测沿Y轴方向的磁场的Y轴磁传感器610。X轴磁传感器609和Y轴磁传感器610均具有包括图61所示的自旋阀膜607的多层结构。

图63显示了磁传感器609和610的每一个的平面形状，其中均呈带状的多个自旋阀膜607相互平行设置，并且多个偏磁膜611设置在自旋阀膜607的两端以建立自旋阀膜607之间的串联连接。偏磁膜611由具有高矫顽力和高矩形比的CoCrPt组成的硬铁磁物质的薄膜构成。

图64是显示在图62所示的X轴磁传感器609和Y轴磁传感器610之间建立的桥式连接的连线图。在这种桥式连接中，利用一个电流源和其他类似仪器将Vi+施加到“I+”端(612)，将Vi-施加到“I-”端(613)。此外，Vout+从“O+”端(614)读出，Vout-从“O-”端(615)读出。因此，基于Vout+和Vout-之间的电位差产生传感器输出Vout。

假定图71所示影响自由层602的磁场施加到GMR元件，其中随着GMR元件宽度增加，各向异性磁场(Hk)616变小，然而，当与外磁场相比Hk变得太小时，可能出现磁滞现象。

在GMR元件的层状结构中，影响自由层602的磁场可包括三类磁场连接，即，一种由被钉扎层604产生的静态磁场连接(Hs)619，一种依赖于被钉扎层604和间隔距离的交换连接磁场(Hin)618，和由偏磁膜611产生的静态磁场连接(Hm)。当被钉扎层604的厚度增加时，静态磁场连接(Hs)619变强。当间隔层603厚度减小时，交换连接磁场(Hin)618变强。GME元件有如下性质：当其宽度增加时，来源于被钉扎层604的静态磁场连接619变弱。当自由层602厚度增加时，所有前述磁场连接变小。

关于影响自由层602和GMR元件灵敏度方向的磁场，如图73所示，自由层的磁化方向D与磁化历史和影响自由层602的磁场有关。当产生非常小磁场的地磁作用到自由层602时，无论钉扎与否，GMR元件的灵敏度方向变得与没有磁场时的磁化方向垂直。随着影响自由层602的磁场变小，GMR元件的灵敏度增加，然而可能容易出现磁滞现象。

第六实施例考虑到前述背景而设计，其特征在于：GMR元件的宽度在6到8微米之间，间隔层的厚度在28到34埃之间，自由层的厚度设定为125埃，且被钉扎层的厚度设定为30埃。

图65画出了关于按照第六实施例的磁传感器测量的有关灵敏度和灵敏度方向偏差的值，其中GMR元件的宽度在6微米到10微米之间变化，其中钉层的磁化方向相对于磁电阻元件的纵向方向倾斜90°。图65显示可以通过增加GMR元件的宽度提高磁传感器的灵敏度，然而产生灵敏度方向的偏差，使得在GMR元件的宽度为9微米以上的磁传感器中，GMR元件的电阻比下降，并且灵敏度应该达到峰值。图65显示在GMR元件的宽度在6微米到8微米之间的磁传感器中，有可能保持相对高的灵敏度，且灵敏度方向偏差可以减小。因此，本实施例中设置GMR元件的宽度在6微米到8微米之间。

图65显示灵敏度方向受到GMR元件宽度的显著影响，其中可以估算来自于被钉扎层的静态磁场连接(Hs)随着GMR元件形状(或宽度)的变化而改变。因此，在GMR元件的偏置调节方面，GMR元件的宽度和间隔层的厚度是非常重要的因素。

自由层的厚度和被钉扎层的厚度都对灵敏度影响不大，然而由Cu组成的间隔层的厚度是影响灵敏度的重要因素。

图68显示组成GMR元件的各层的厚度对于磁传感器的灵敏度产生的影响，其中垂直轴代表灵敏度对于组成GMR元件的各层的厚度的依赖关系。图68清楚地表明由Cu组成的间隔层的厚度对于灵敏度有最大的影响；因此，适当设定间隔层的厚度非常重要。

图69显示组成GMR元件的各层的厚度对于磁传感器的灵敏轴(或灵敏度方向)产生的影响，其中垂直轴代表灵敏轴对于组成GMR元件的各层的厚度的依赖关系。图69清楚地表明由Cu组成的间隔层的厚度对于灵敏轴有最大的影响；因此，适当设定间隔层的厚度非常重要。

换句话说，与间隔层的厚度相比，自由层厚度和被钉扎层厚度均对灵敏度和灵敏轴产生较小的影响。

顺便提及一下，施加到自由层的自偏磁场(self-biasing field)包括：来自于被钉扎层的静态磁场连接(statically magnetic field connection)(Hs)和交换连接磁场(switched-connection magnetic field)(Hin)。这里，来自被钉扎层的静态磁场连接(Hs)与GMR元件的形状有关；因此难以独立测量。反过来，交换连接磁场(Hin)可以采用非图案化简易式(non-patterned plain)容易地测量，与形状无关。图70表明交换连接磁场(Hin)对于组成GMR元件的各不同层厚度的依赖关系。图70清楚地表明交换连接磁场(Hin)与由Cu组成的间隔层的厚度有非常密切的联系。

图66和图67中画出了当GMR中自由层的厚度变化时，关于灵敏度方向偏差和灵敏度的值，其中黑方块标记代表关于GMR元件的宽度为7.5微米的磁场传感器所测量到的数值。数值的测量与下述的磁传感器有关，其中钉层的磁化方向相对于磁电阻元件的纵向方向倾斜45°。图66和图67显示当GMR元件的间隔层厚度设定为28埃时可以实现最高的灵敏度和最小的灵敏度方向偏差。可以保持相当高的灵敏度，直到GMR元件的间隔层厚度达到34埃；然而，当间隔层的厚度超过34埃时，灵敏度有所减小。另一方面，只要GMR元件的间隔层厚度在28埃到34埃之间变化，灵敏度方向的偏差大致保持接近0°；然而，当GMR元件的间隔层厚度超过34埃时，该数值变大。因此，本实施例设定间隔层的厚度在28埃到34埃之间。

图74显示磁性薄膜和磁电阻(MR)元件之间的尺寸关系，其中“X”代表磁性薄膜的宽度，“Y”代表磁性薄膜的长度，这里X＜Y。关于其宽度分别设定为7.5微米和5微米的MR元件的两个样品来说，优选地按照如下尺寸设计磁性薄膜。

表2

MR元件宽度	7.5微米	5微米
			X	20微米	15微米
Y	60微米	60微米

在图61到64所显示的本发明的GMR元件中，其中宽度设定为7.5微米，间隔层的厚度设定为28埃，以及被钉扎层的厚度设定为30埃，其在灵敏度和灵敏度方向上表现出优异的性能，其中钉层的磁化方向相对于GMR元件的纵向方向倾斜45°，并且磁性薄膜的宽度为20微米，长度为60微米。这里，它证明灵敏度为1.94毫伏/奥斯特，且灵敏度方向偏差为0-3度。

8.第七实施例

GMR元件的被钉扎层的磁化方向被钉扎以与带状GMR元件的短边方向一致，从而自由层的磁化方向必定沿带状GMR元件的纵向方向排列使其与没有外磁场施加到GMR元件时的初始状态下被钉扎层的磁化方向成90度。在初始状态下自由层的磁化方向将被当作自由层的易(磁化)轴方向。

采用预定的方法使得自由层的易磁化轴方向与带状GMR元件的纵向方向一致，以此通过控制GMR元件的磁各向异性来确保磁传感器响应外磁场的稳定性，GMR元件形成为预定图案以获得实现带状形状的形状比。

然而，该方法的缺点在于缺乏自由层磁化的稳定性，自由层应该在与外磁场无关的情况下被磁化；由此当磁传感器暴露在相对弱的磁场中时，磁传感器的输出将会改变。

或者，采用另一种方法，通过在GMR元件的两端设置偏磁层来施加偏磁场，强制性地控制自由层易轴方向与带状GMR元件的纵向方向一致。按照此方法，偏磁层沿自由层易轴方向磁化以便控制自由层的磁化，从而有可能提高磁传感器响应外磁场的稳定性。

然而，本方法的缺点在于：随着外磁场的强度增加，难以恢复被磁化的自由层的初始状态。图92是显示上述的GMR元件的自由层的磁化方向的平面示意图，其中被外磁场磁化的磁壁(或者边缘弯曲壁)形成于沿着带状GMR元件的纵向方向的自由层的两端。这里，当外磁场改变时，自由层的磁化过程变得不均匀，所以磁传感器输出的线性度降低；初始状态下自由层的磁化方向沿略微偏离带状GMR元件的纵向方向的方向上排列，由于在外磁场撤消后边缘弯曲壁仍然保留，导致磁传感器的输出变得不稳定；因此，难以恢复自由层初始状态下建立的原始磁化方向。

考虑前述的缺点，第七实施例设计提供一种磁传感器，其可以充分证明GMR元件响应外磁场的磁各向异性，可确保输出相对于外磁场的稳定性，并甚至在施加强磁场后仍可精确恢复自由层初始状态建立的原始磁化方向。

图75是显示对应于本发明第七实施例的磁传感器的平面示意图。也即，图75所示的一种磁传感器701包括：由石英或硅晶片组成的、具有指定厚度的衬底702，用于检测X轴方向的磁场的X轴磁传感器731和732，以及用于检测Y轴方向的磁场的Y轴磁传感器741和742。

在磁传感器701中，衬底702由方形的石英或者硅晶片组成。前述的四个磁传感器731、732、741和742分别沿着方形衬底702的四边设置，使得每个磁传感器都大致位于方形衬底702的各边的中心附近。每个磁传感器731、732、741和742都呈带状，它们的纵向方向与方形衬底702的各边平行。顺便提及一下，在图75中，定义水平方向为X轴方向，定义垂直方向为Y轴方向，从而X轴磁传感器731和732被设置为平行于方形衬底702沿着Y轴方向的边；同时Y轴磁传感器741和742被设置为平行于方形衬底702沿着X轴方向的另外两边。

图76是显示X轴磁传感器731的结构的平面示意图。由于其它磁传感器在结构上与X轴磁传感器731基本相同，与X轴磁传感器731的不同之处在于关于其被钉扎层的磁化方向的钉扎方向，因此，细节描述将被省略。在图76中，X轴磁传感器731包括：带状GMR元件705，分别连接GMR元件705两端的偏磁层706，和连接偏磁层706的线引出部分707，其中箭头方向指示自由层的磁化方向。

按照本实施例的X轴磁传感器731如下设计，使得均呈带状的四个GMR元件705沿其纵向方向平行设置在衬底702上，其间具有指定的距离。这里，在图76的上部毗连在一起的第一和第二GMR元件的左端被形成在第一偏磁层706的右端，使得第一和第二GMR元件705通过第一偏磁层706电连接在一起。此外，第二和第三GMR元件705的右端形成于第二偏磁层706的左端，使得第二和第三GMR元件705通过第二偏磁层706电连接在一起。而且，第三和第四GMR元件705的左端形成于第三偏磁层706的右端，使得第三和第四GMR元件705通过第三偏磁层706电连接在一起。第一和第四GMR元件705的右端均形成于单个偏磁层706的左端，所述单个偏磁层706形成于带状的线引出部分707的左端。也即，四个GMR元件705通过偏磁层706设置成Z字形图案，从而它们每一个都与线引出部分707电连接。

GMR元件705、偏磁层706和线引出部分707按照指定的次序顺序叠在一起，从而它们在指定的端部连接在一起使得它们以Z字形方式设置，于是形成整体上作为一个电阻的串联电路。电流从外部施加到电路上；接着测量电压以估算GMR元件705的总电阻，基于此可以计算出外磁场的强度。

接着，将参考图77描述GMR元件705，其是一个显示GMR元件705的结构的截面图。也即，GMR元件705包括：一自由层F，一由Cu组成的导电间隔层S，一由钴铁(CoFe)合金组成的被钉扎层PD，一由铂锰(PtMn)合金组成的钉扎层PN，和一由Ti或Ta组成的金属薄膜制成的帽层C，这些层在衬底702上按顺序叠起来。

自由层F随外磁场的方向改变其磁化方向，其中自由层包括：一钴锆铌(CoZrNb)非晶磁性层，一形成于CoZrNb非晶磁性层上的镍铁(NiFe)磁性层，和一形成于NiFe磁性层上的钴铁(CoFe)层。

为了保持磁化的单轴各向异性(如，自由层的易轴方向)，偏磁层706沿带状GMR元件705的纵向方向对自由层F施加磁场。

在自由层F中，CoZrNb非晶磁性层和NiFe磁性层均由一种软铁磁性材料组成，并且提供CoFe层是为了防止NiFe磁性层中出现镍的扩散和间隔层S中出现铜的扩散。

间隔层S由铜或者铜合金组成的导电金属薄膜制成。

被钉扎层PD由一钴铁(CoFe)磁性层构成，其中CoFe磁性层以翻转连接方式被形成钉扎层PN的反铁磁薄膜支撑，使其磁化方向被钉扎(或者固定)在带状GMR元件705的短边方向上，该磁化方向如图75的箭头所示。

钉扎层PN形成于CoFe磁性层上，由含有45-55摩尔百分比铂的PtMn合金构成的反铁磁薄膜制成。在指定方向施加磁场的条件之下的有序化热处理中，形成反铁磁薄膜。

顺便提及一下，被钉扎层PD和钉扎层PN统称为一钉层。

帽层C由钛(Ti)或者钽(Ta)组成的一金属薄膜制成，其中采用该帽层以防止钉扎层PN的氧化从而保护钉扎层。

按照本实施例的GMR元件705的特征在于：位于纵向方向的侧面708形成锥形面。

图78是显示GMR元件705的外观的透视图，其中向右方向称为短边方向，向后方向称为纵向方向。这里，侧面709位于短边方向，侧面708位于纵向方向。每个位于GMR元件705的纵向方向的侧面708形成锥形，并以θ角度倾斜以得到宽底形状。由于GMR元件705的纵向方向的侧面708形成锥形面，从而有可能以指定的方向排列自由层F的磁化方向使其在无外磁场施加到GMR元件705上的初始条件下与GMR元件705的纵向方向一致。

优选地是，角θ在50度到85度之间变化。与其侧面708呈现锥形且倾斜90度的GMR元件705相比，其侧面708呈现锥形且倾斜处于上述范围之内的角度θ的GMR元件705改变了磁分区(或者磁畴)的形成；于是，有可能避免形成如图92所示的磁壁(或者边缘弯曲壁)；并有可能提高自由层F磁化的均匀性，从而有可能稳定磁传感器响应外磁场时的输出。此外，甚至当一个强磁场施加到磁传感器上，仍有可能精确恢复与GMR元件的纵向方向一致的自由层的原始磁化方向。

与GMR元件705相连的偏磁层706由一厚度为90纳米左右的金属薄膜制成，其由具有高矫顽力和高形状比的钴铬铂(CoCrPt)合金组成的磁性膜构成。偏磁层706被磁化，使得其磁化方向位于GMR元件705的纵向方向。

如图75中箭头所示，被钉扎层PD的磁化方向位于GMR元件705的短边方向，而偏磁层706的磁化方向位于GMR元件705的纵向方向。也即，在被钉扎层PD的磁化方向和偏磁层706的磁化方向之间形成90度的角。

由于偏磁层706的磁化，GMR元件705的自由层沿着纵向方向被磁化，如图76所示。即，可以保持自由层的单轴各向异性(即自由层易轴方向)。

如上所述，本发明的特征在于：偏磁层706与带状GMR元件705的两端相连，其中GMR元件705的侧面708形成锥形面。于是，有可能充分控制GMR元件705响应外磁场的磁各向异性；有可能提高自由层磁化的均匀性，于是确保磁传感器响应外磁场的输出稳定性；并且甚至在对磁传感器施加强磁场后，仍有可能精确恢复自由层中的原始磁化方向。

顺便提及一下，与前述的磁传感器相比，本实施例的磁传感器提高了在外磁场作用下的输出稳定性，而不会实质改变GMR元件的膜结构和其形成图形。

接着，介绍按照本实施例的磁传感器的制作方法。

图79是一个流程图，显示按照本实施例磁传感器的制造方法的各步骤；图80到图85以及图87A和87B、图88A和88B、图89A和89B及图90是显示被制作的磁传感器的结构的截面图。

在本实施例的磁传感器的制作方法中，首先准备一种由石英或者硅晶片组成的衬底702。有可能事先制作大规模集成电路部分以控制磁传感器，其中在预处理工艺中(见步骤J1)，电路元件如晶体管、布线、绝缘膜、接触和保护膜采用公知的方法制作；接着形成穿过保护层的开口以确保连接。

接着，进行磁体膜成膜(见步骤J2)，其中如图80所示，采用溅射的方法在衬底702的上表面形成一由铬组成的、厚度约为40纳米的掩埋膜710。接着，采用溅射方法在掩埋膜710的上表面形成一由钴铂铬(CoCrPt)合金组成的、厚度约为90纳米的偏磁膜706。

接着，进行磁体切割(见步骤J3)，其中如图81所示，以旋涂或者浸涂的方法在偏磁层706的上表面形成一随机厚度的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有一定图形的掩模，随后进行曝光；之后进行显影工艺，使得光致抗蚀剂中不需要的部分被去除，于是形成一抗蚀剂膜711。接着，加热光致抗蚀剂并产生回流，如此产生两端发生弯曲的抗蚀剂膜711X。

接着，进行磁体研磨(见步骤J4)，其中如图82所示，在指定的方向采用离子研磨以去除掩埋膜710和偏磁层706中没有被回流后的抗蚀剂膜711X覆盖的指定部分，使得掩埋膜710和偏磁层706分别形成指定的形状。在步骤J4中，相应于回流后抗蚀剂膜711X两端的弯曲形状执行离子研磨，使得掩埋膜710和偏磁层706的侧面倾斜于衬底702。

接着，进行抗蚀剂去除(见步骤J5)，其中如图83所示，采用清洗液如丙酮、N-methyl-2-pyrolidone等去除抗蚀剂膜711X，使得去除抗蚀剂膜711X时偏磁层706的表面可以清洗。

接着，进行GMR成膜(见步骤J6)，其中如图84所示，采用离子束溅射或者磁控溅射的方法在衬底702的上表面、掩埋膜710的侧面和偏磁层706的上表面和侧面形成GMR元件705。

接着，进行磁阵列设置(见步骤J7)，其中外空间提供的一磁阵列被放置在相对于偏磁层706的指定位置，从而对GMR元件705的钉层按指定的方向施加磁场。

接着，进行到有序化热处理(见步骤J8)，其中，磁阵列和偏磁层706的布置被固定并在真空下、280摄氏度加热四小时。由此实施对GMR元件705的钉层内钉扎层的有序化热处理，从而被钉扎层的磁化方向被钉扎(或固定)在GMR元件705的短边方向。

接着，从指定的位置移去磁阵列(见步骤J9)。

接着，进行到GMR图形形成(见步骤J10)，其中如图85所示，采用旋涂或者浸涂的方法在GMR元件705的上表面形成一厚度在0.3微米到5微米之间的光致抗蚀剂。在光致抗蚀剂的表面放置一块具有假定图形的掩模，接着曝光；然后进行显影工艺以去除光致抗蚀剂中不需要的部分，于是形成一抗蚀剂膜720。图85中的C-C线与图86A中的C-C线相对应。通过限定在GMR元件705上形成的光致抗蚀剂的厚度在上述的范围之内，有可能减少抗蚀剂回流后抗蚀剂膜720X的倾斜角β。顺便提及一下，图86A中沿D-D线的抗蚀剂宽度例如在6微米到8微米之间。

接着，进行到抗蚀剂回流(见步骤J11)，其中在一定的温度内(120摄氏度到180摄氏度之间)、一定的时间内(在1分钟到30分钟之间)加热抗蚀剂膜720，使得抗蚀剂回流，由此位于纵向和短边方向的抗蚀剂膜720的所有端部都适当地弯曲，于是形成具有斜坡的抗蚀剂膜720X。这里，与前面的加热温度100摄氏度相比，抗蚀剂膜720在更高的温度下加热，并且加热时间设定在前述范围之内，由此有可能减少位于纵向方向的抗蚀剂膜720X的侧面的倾斜角度β。

图86A到图86C显示了执行GMR图形形成(见步骤J10)和抗蚀剂回流(见步骤J11)后，GMR元件705、抗蚀剂膜720和回流后的抗蚀剂膜720X之间的关系，其中图86A是一个平面示意图，显示X轴磁传感器731的结构，图86B是沿着图86A中C-C线的截面图，以及图86C是沿着图86A中D-D线的截面图。

经过步骤J10后，抗蚀剂膜720具有矩形的平行管形状(由图86B和86C中的点划线表示)，其中分别位于短边方向和纵向方向的抗蚀剂膜720X侧面倾斜于衬底702的倾斜角α和β均被设定为90度。

前述的抗蚀剂膜720被加热以造成抗蚀剂回流，这在衬底702的整个表面上进行；于是，对于短边方向和纵向方向在相同的条件下加热，其中抗蚀剂膜720X侧面的形状与光致抗蚀剂的图形有关。在图86A和图86B的截面图中，用实线画出了回流后抗蚀剂膜720X的形状。如图86B所示，其是沿着图86A中的C-C线的截面图，衬底702和位于短边方向的抗蚀剂膜720X的侧面之间形成的倾斜角度α在30度到80度之间。如图86C所示，其是沿着图86A中的D-D线的截面图，衬底702和位于纵向方向的抗蚀剂膜720X的侧面之间形成的倾斜角度β在50度到85度之间。

接着，进行到GMR研磨(见步骤J12)，其中离子束沿倾斜方向入射到衬底702以便在GMR元件705上进行研磨，由此GMR元件705中没有被回流后抗蚀剂膜720X覆盖的指定部分被去除，并且位于纵向方向的GMR元件702的侧面708形成锥形面。

在步骤J12，相应于分别位于短边方向和纵向方向的抗蚀剂膜720X端部的弯曲形状执行离子研磨，使得位于纵向方向的GMR元件705的侧面708和位于短边方向的GMR元件705的侧面709分别以不同的锥形角度倾斜于衬底702。

在离子研磨中，可以采用使用氩气、氧、CF₄等的指定离子束，其中最优选的是氩气。离子束的入射角倾斜于衬底702，其中优选地是相对于晶片表面的法线倾斜5度到30度。此外，在指定的条件下进行离子研磨，其中压力在0.01帕到0.1帕之间，加速电压在0.3千伏到0.8千伏之间，并且研磨时间在1分钟到3分钟之间。

当采用沿垂直方向加在衬底702上(与衬底702的表面成90度)的离子束进行离子研磨时，换句话说，当采用所谓的垂直离子研磨时，难以使得位于纵向方向的GMR元件705的侧面708呈现锥形，因为位于纵向方向的抗蚀剂膜720X的侧面所成的倾角β相对较大，从而锥形角θ有可能大约等于90度。通过使离子束按照前述的角度范围与衬底702倾斜，换句话说，通过执行所谓的倾斜束入射离子研磨，位于GMR元件705纵向方向的侧面708可以形成角度θ在50度到85度之间的锥形面。由于位于GMR元件705的纵向方向的侧面708具有锥形面，有可能按照指定的方向排列GMR元件705中自由层的磁化方向，该方向与没有外磁场施加到磁传感器上时的初始状态的纵向方向一致。

在抗蚀剂膜720回流前，即使采用倾斜束入射离子研磨，位于GMR元件705的纵向方向的侧面708也无法被加工成具有处于前述范围之内的锥度θ。这是因为位于纵向方向的抗蚀剂膜720的侧面均成90度的倾斜角β，所以即使采用倾斜束入射离子研磨，侧面708仍必然形成接近于90度的锥度θ。也即，必须使得抗蚀剂膜720进行抗蚀剂回流以改变抗蚀剂膜720X的整个形状，使其倾斜角度β处于前述的范围之内；接着对回流后的抗蚀剂膜720X采用倾斜束入射离子研磨，使得位于纵向方向的GMR元件705的侧面708的θ在50度到85度之间。

通过执行抗蚀剂回流(见步骤J11)和GMR研磨(见步骤J12)，位于GMR元件705的短边方向的另一侧面709形成锥形面，其中其倾斜角度在30度到80度之间。

存在的问题是当采用垂直离子研磨时，通过离子研磨切除的材料必定容易重新粘附到位于GMR元件705的纵向方向的侧面708上。在本实施例中，在采用倾斜束入射离子研磨前，衬底702以图87A和87B、图88A和88B、图89A和89B所示的方式旋转，在所有方向进行倾斜束入射离子研磨，以避免出现不希望的材料再附着，于是提高工艺精确度。

由于GMR元件705由一种金属或磁性物质构成，与回流后的抗蚀剂膜720X相比，离子研磨速度相对较高。与垂直离子研磨相比，倾斜束入射离子研磨的优点在于：GMR元件705的侧面可以被加速形成锥形面，于是提高制作的产量。

当衬底702和回流后的抗蚀剂膜720X之间形成的倾斜角度较大时，即使采用倾斜束入射离子研磨，GMR元件705中对应于未被离子束照射到的阴影部分的指定侧面可能在其底部留有痕迹，由此这些部分容易再粘附被离子研磨掉的材料。当采用倾斜束入射离子研磨时同时旋转衬底702，有可能去除再粘附。

为了改进GMR元件705使得在执行倾斜束入射离子研磨后侧面不会在底部留下痕迹，需要通过使离子束沿垂直方向加在衬底702上对GMR元件进行离子研磨(见步骤J12)。即使在倾斜束入射离子研磨后采用垂直离子研磨，有可能防止被离子研磨切去的材料又回淀到位于GMR元件705纵向方向的侧面708上，因为侧面708已经形成了锥形面。

接着，进行抗蚀剂除去(见步骤J13)，其中采用由丙酮、N-methyl-2-pyrolidone组成的清洗液部分去除抗蚀剂膜720X，使得GMR元件705的表面被清洗。

接着，进行到SiOx成膜(见步骤J14)，其中如图90所示，在GMR元件705的上表面采用等离子化学气相沉积的方法以形成由氧化硅膜组成的、厚度约为150纳米的第一保护膜715。

接着，进行到SiN成膜(见步骤J15)，其中在第一保护膜715的上表面采用等离子化学气相沉积的方法来形成由氮化硅膜组成的、厚度约为300纳米的第二保护膜716。

第一保护膜715和第二保护膜716可以被统一称作保护膜717。也可以在第一保护膜715和第二保护膜716之上另外形成一由聚酰亚胺树脂组成的第三保护膜。

接着，进行到后处理工艺(见步骤J16)，其中在第一保护膜715和第二保护膜716的指定位置形成开口；形成衬垫；然后，衬底702被切割以划成分立的芯片，每个芯片用树脂封装。

本实施例的磁传感器有以下优点：可以充分控制GMR元件响应外磁场的磁各向异性；通过改善自由层中磁化的均匀性可以确保磁传感器响应外磁场时输出的稳定性；以及甚至在强磁场施加到磁传感器后，可以精确恢复自由层中在初始状态下建立的原始磁化方向。

按照根据本实施例的磁传感器的制作方法，可提高磁传感器响应外磁场的输出稳定性，而不会过多改变GMR元件的膜结构和磁传感器的形成图形。

接着，将通过多个样品对本实施例作进一步详细的描述，这些样品被制作出来用于试验和测量。

按照根据第七实施例的磁传感器的制作方法，制作了多种具有厚度为40纳米的GMR元件的磁传感器，其中每个磁传感器样品包括均呈带状且形状比设定为“16”的GMR元件，其中偏磁层位于GMR元件的两端，其位于纵向方向的侧面形成锥形面(θ设定为75度)。

在试验中，对磁传感器施加外磁场，然后撤消外磁场；其后，沿自由层易轴方向(即，GMR元件的纵向方向)施加一个强度为40奥斯特的初始磁场，于是，测量磁传感器的输出以检测相比较于放置在初始状态的磁传感器输出的输出变化。结果显示当从初始状态计算的输出变化变小时；自由层的磁化方向可被精确恢复以与初始状态下GMR元件的纵向方向一致。

图91显示了外部施加的磁场和磁传感器的下述各种样品的输出变化之间的关系。

比较样品1是按照前述的制作方法生产的，其中它实现具有厚度约40纳米的GMR元件的磁传感器，其中呈带状的GMR元件将形状比设定为“16”。接着，比较样品1的磁传感器的输出变化按上述方法测量。结果用与点线连接的小圆标记标绘在图91中。

比较样品2是按照前述的制作方法生产的，其中它实现具有厚度为40纳米的GMR元件的磁传感器，其中GMR元件设计成具有形状比“16”，并且其中偏磁层被设置在GMR元件的两端。接着，测量比较样品2的磁传感器的输出变化。结果用与虚线连接的小三角标记标绘在图91中。

此外，也测量了按照本实施例的磁传感器的输出变化，结果用与实线连接的“x”标记在图91中画出。

图91显示比较样品1和比较样品2的磁传感器在施加强磁场后自由层的磁化方向必定与初始状态原始建立的纵向方向形成偏差。与此相反，在本实施例的磁传感器中，GMR元件的侧面在纵向方向形成锥形面，优势在于即使在施加强磁场之后，自由层的磁化方向仍可以精确恢复到初始状态。

接着，将描述对第七实施例进行的各种变化。

第一个变化(见图93A和图93B)被设计用于提高偏磁层的粘附性，方法是采用Z字形GMR图案来覆盖偏磁层的上表面，其中GMR元件可进行锥形成形。

第二个变化(见图94A和图94B)被设计用于在偏磁层上形成GMR元件时提供定位精度的一定余量，方法是采用其中GMR元件的弯曲部分被设置在偏磁层内部的Z字形GMR图案，其中GMR元件可进行锥形成形。

第三个变化(见图95A和图95B)被设计用于提高在GMR元件两端处自由层的磁化均匀性，方法是采用其中在GMR元件的弯曲部分之内形成切口的Z字形GMR图案，其中GMR元件可进行锥形成形。

第四个变化(见图96A、图96B和图96C)被设计采用一Z字形GMR图案，其中在偏磁层外面设置GMR元件的弯曲部分外面的指定部分以覆盖偏磁层的上表面和侧面，其中切口形成于GMR元件的弯曲部分内，并且其中GMR元件可进行锥形成形。

由于本发明可以在不背离其精神和基本特征的情况下以多种形式实施，因而本实施例是例证性的，而不是限制性的，因为本发明的保护范围由所附的权利要求书限定，而不是由前面的描述限定，因此所有落在权利要求的界限和范围内的或者等效的界限和范围内的改变都已经被权利要求所涵盖。

Claims (16)

1、一种磁传感器，包括：

一衬底；

多个磁电阻膜，以彼此实质上平行的方式分布在所述衬底上，各磁电阻膜具有类带形状；和

多个永磁体膜，被分别配置在所述磁电阻膜的端部附近，

其中所述永磁体膜被配置成以Z字形图案接合所述磁电阻膜，使得所述磁电阻膜的一端通过一个永磁体膜与相邻的磁电阻膜连接，并且该磁电阻膜的另一端通过另一个永磁体膜与相邻的磁电阻膜连接。

2.根据权利要求1的磁传感器，其中通过在所述衬底上顺序叠层一钉扎层、一被钉扎层、一间隔层和一自由层而构成所述磁电阻膜，并且其中该自由层的单轴各向异性方向与所述磁电阻膜的纵向方向和所述永磁体膜的磁化方向一致。

3.根据权利要求1的磁传感器，其中所述永磁体膜被配置成以下列方式接合所述磁电阻膜，使得所述永磁体膜的排列的总矩形比设定为‘1’以上，并且所述永磁体膜的纵向方向与所述磁电阻膜的纵向方向相一致。

4.根据权利要求2的磁传感器，其中所述永磁体膜被配置成以下列方式接合所述磁电阻膜，使得所述永磁体膜的排列的总矩形比设定为‘1’以上，并且所述永磁体膜的纵向方向与所述磁电阻膜的纵向方向相一致。

5.根据权利要求1到4中任一项的磁传感器，其中所述永磁体膜由导电材料组成以便实现相邻磁电阻膜的端部之间电连接在一起。

6.一种磁传感器，包括：

衬底；

形成于所述衬底上的自旋阀型的磁电阻元件；

配置成连接所述磁电阻元件的两端的偏磁层；和

用于分别覆盖所述磁电阻元件和所述偏磁层的保护膜，

其中在所述磁电阻元件的两端，所述偏磁层的上表面被所述磁电阻元件的下表面完全覆盖。

7.根据权利要求6的磁传感器，其中所述磁电阻元件的所述两端的侧面和所述偏磁层的侧面之间的距离不超过3μm，其中该距离通过从所述保护膜观测所述磁电阻元件在所述磁传感器的周缘部分中测量得到。

8.一种磁传感器，包括：

衬底；

配置在所述衬底上的自旋阀型的磁电阻元件；

由永磁体膜构成的偏磁层，其与所述磁电阻元件的两端相连；

保护膜，配置成分别覆盖所述磁电阻元件和所述偏磁层；以及

配置在所述偏磁层与所述保护膜之间的中间层。

9.一种磁传感器，包括：

衬底；

配置在所述衬底上的自旋阀型的磁电阻元件；

由永磁体膜构成的偏磁层，其与所述磁电阻元件的两端相连，且所述磁电阻元件配置成覆盖所述偏磁层的一部分；

保护膜，配置成分别覆盖所述磁电阻元件和所述偏磁层；以及

中间层，配置成与所述磁电阻元件、所述保护膜和所述偏磁层相连以便完全覆盖所述偏磁层的上表面。

10.一种磁传感器，包括：

衬底；

配置在所述衬底上的自旋阀型的磁电阻元件；

由永磁体膜构成的偏磁层，其与所述磁电阻元件的两端相连，且所述磁电阻元件配置成覆盖所述偏磁层的一部分；

保护膜，配置成分别覆盖所述磁电阻元件和所述偏磁层；以及

中间层，配置成覆盖所述偏磁层的上表面的未被所述磁电阻元件覆盖的部分。

11.一种磁传感器，包括：

衬底；

配置在所述衬底上的自旋阀型的磁电阻元件；

由永磁体膜组成的偏磁层，其与所述磁电阻元件的两端相连，所述磁电阻元件配置成覆盖所述偏磁层的一部分；

配置成分别覆盖所述磁电阻元件和所述偏磁层的保护膜；和

中间层，配置成覆盖未被所述磁电阻元件覆盖的所述偏磁膜的上表面的部分和覆盖所述磁电阻元件的上表面和所述磁电阻元件的所述两端的侧面。

12.一种磁传感器，包括：

衬底；

配置在所述衬底上的自旋阀型的磁电阻元件；

由永磁体膜构成的偏磁层，其与所述磁电阻元件的两端相连；

配置成分别覆盖所述磁电阻元件和所述偏磁层的保护膜；以及

配置成完全覆盖所述偏磁层的上表面和覆盖所述磁电阻元件的上表面和所述磁电阻元件的所述两端的侧面的中间层。

13.一种磁传感器，包括：

配置在衬底上的至少一个磁电阻元件；以及

配置在所述衬底上的至少一个永磁体；

其中，所述磁电阻元件包括一自由层、一形成于所述自由层上的间隔层和一形成于所述间隔层上的被钉扎层，

以及其中，所述磁电阻元件的宽度在6μm到8μm之间，并且所述间隔层的厚度在

至

之间。

14.一种磁传感器的制造方法，其中一偏磁层与形成在一衬底上的具有类带形状的磁电阻元件的两端相连接，所述制造方法包括下列步骤：

在所述磁电阻元件上涂覆抗蚀剂以便形成一抗蚀剂图案；

加热所述抗蚀剂图案使其回流，于是形成其表面倾斜的抗蚀剂膜；以及

沿倾斜方法对该衬底施加离子束，于是在所述磁电阻元件上执行研磨；

其中位于纵向方向上的所述磁电阻元件的指定侧表面经历锥形成形。

15.根据权利要求14的磁传感器的制造方法，其中当在所述磁电阻元件上执行研磨后，沿垂直方向将离子束加在衬底上，于是进一步在所述磁电阻元件上执行研磨。

16.根据权利要求14或15的磁传感器的制造方法，其中位于纵向方向上的所述磁电阻元件的所述侧表面经历锥形成形，使得所述磁电阻元件的自由层的磁化方向在没有施加外部磁场的情况下被迫沿所述磁电阻元件的纵向方向排列。

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