CN105527451A - 磁阻器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁阻器件。一种磁阻器件包括多个磁阻感测元件。多个磁阻感测元件中的每个包括自由层和参考层。自由层具有带有长宽比为2或更大的圆形凸面轮廓。

Description

磁阻器件

技术领域

在本文中描述的实施例涉及磁阻器件并且特别地涉及使用自旋阀类型的磁阻感测元件的磁传感器。

背景技术

磁传感器被用在许多应用中，例如用于速度感测。速度传感器包含下述传感器：该传感器感测元件绕轴的旋转并且能够输出指示传感器旋转速度的信号。磁速度传感器使用由元件的旋转引起的磁场变化来感测旋转速度。磁速度传感器能够在许多应用中比如被用来感测轮、凸轮轴、曲轴、变速器的旋转速度。典型地，磁编码器诸如极轮或铁磁齿轮被安装在旋转轴上以基于轴的旋转来生成磁场变化。对于一些应用而言，可以接近传感器来提供偏置磁铁以提供偏置磁场。

发明内容

依据实施例，磁速度传感器包括自旋阀类型的多个磁阻感测元件，其中磁阻感测元件被电连接以形成感测布置。多个磁阻感测元件中的每个至少具有自由层和参考系统，其中每个磁阻感测元件的自由层具有圆形的和连续的凸面形状以及等于或大于2的长宽比。

依据进一步实施例，磁速度传感器包括电连接以形成感测布置的自旋阀类型的至少一百个磁阻感测元件，其中多个磁阻感测元件中的每个包括自由层和参考层。

依据进一步实施例，磁速度传感器包含电连接以形成感测布置的多个磁阻感测元件，多个磁阻感测元件中的每个包含自由层和参考系统，其中多个磁阻感测元件包含100个或更多个磁阻感测元件。

依据进一步实施例，方法包括利用磁速度传感器来感测绕轴旋转。磁速度传感器包括形成感测布置的自旋阀类型的多个磁阻感测元件。多个磁阻感测元件中的每个包括自由层和参考层。感测布置包括电桥电路，其中电桥电路的每个电阻器包括至少多于100个磁阻感测元件。

依据进一步实施例，磁阻器件包括多个磁阻感测元件和用于电连接多个磁阻元件中的分别磁阻元件的连接结构。连接结构包括垂直延伸部分，其中分别垂直延伸部分沿界面平面接触分别磁阻元件，其中垂直延伸部分沿界面平面在横向方向上延伸超过磁阻元件。

附图说明

图1A示出依据实施例的电路；

图1B示出包含旋转元件的旋转感测系统的示意视图；

图2A示出磁阻感测元件的布置的示意顶视图；

图2B示出磁阻感测元件的示意横截面视图；

图2C和2D示出不同自由层形状的顶视图；

图2E和2F示出图解取决于磁阻感测元件的数目的跳动的图；

图3A和3B示出示例结构的顶视图和横截面视图；

图4A和4B示出示例结构的顶视图和横截面视图；

图5A和5B示出示例结构的顶视图和横截面视图；

图6A和6B示出示例结构的顶视图和横截面视图；

图7A和7B示出示例结构的顶视图和横截面视图；

图8示出示例结构的横截面视图；

图9A到9D示出示例结构的顶视图。

具体实施方式

下面详细描述解释本发明的示范性实施例。不以限制意思来理解描述而仅出于图解发明的实施例的一般性原理进行描述同时保护范围仅由所附权利要求来确定。

要理解在本文中描述的各种示范性实施例的特征可以彼此组合，除非另外特定指出。

在各种附图中，等同或类似实体、模块、器件等可以具有指派的相同参考数字。现在参考附图将更完全描述示例实施例。然而，实施例可以以许多不同形式来体现并且不应该被解释为被限制到在本文中阐明的实施例。相反，提供这些示例实施例从而该公开内容将是彻底和完整的，并且将像本领域技术人员完全传达范围。在附图中，为了清楚起见扩大层和区的厚度。

在描述的实施例中，为了实施例的更好理解示出和描述元件、器件、特征等的各种特定视图或示意视图。要理解这样的视图可以不按比例绘制。此外，这样的实施例可以不以相同比例示出含在一个或多个附图中的所有特征、元件等，即可以过大示出一些特征、元件等使得在相同附图中一些特征、元件等与其它特征、元件等相比较以增加或减小的比例示出。

将理解当元件被称为“在另一个组件上”、“在另一个组件之间”、“连接到另一个组件”、“电连接到另一个组件”、或“耦合到另一个组件”时，它可以直接在另一个组件上、在另一个组件之间、连接到另一个组件、电连接到另一个组件、或耦合到另一个组件，或可以存在居间组件。与之对比，当组件被称为“直接在另一个组件上”、“直接连接到另一个组件”、“直接电连接到另一个组件”、或“直接耦合到另一个组件”时，不存在居间组件。如在本文中使用的，术语“和/或”包含相关联列出项中的一个或多个的任何和所有组合。

空间相对术语诸如“在…下”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”等等可以在本文中被用来简化描述以描述一个组件和/或特征与另一个组件和/或特征或其它（一个或多个）组件和/或（一个或多个）特征的关系，如在附图中图解的。将理解空间相对术语意图涵盖使用或操作中的器件的不同定向，除了在附图中描绘的定向之外。

以下描述的实施例涉及用于磁阻传感器和磁阻速度传感器的新构思。描述的实施例允许比如旋转的改进跳动磁感测。

图1A示出带有形成两个交叉耦合半电桥的惠斯通电桥布置的电阻器102的磁速度传感器的传感器布置100。惠斯通电桥在第一结点104处被连接到第一电势φ1（例如地电势）并且在第二结点106处被连接到第二电势φ2（例如正供给电势）。感测信号在布置在形成第一半电桥的两个电阻器之间的信号分接（signaltap）结点108和在形成第二半电桥的两个电阻器之间的信号分接结点110处被分接。两个感测信号可以在信号处理元件的模拟电路中进一步被处理为差分信号或可以被转换到数字信号并且在信号处理元件的数字电路中被处理。电路可以与传感器布置100集成或可以分离。在一些实施例中，可以将感测的信号传送到外部处理器件诸如外部微控制器。

图1B示出包含传感器布置100的示例系统。系统具有绕轴旋转的旋转部件和固定到旋转部件编码器轮130，以取决于绕轴旋转来提供磁变化。在图1B中示出的系统中，编码器轮包含多个以黑色示出的磁北极元件和以白色示出的磁南极元件。传感器布置100离编码器轮以间隙距离132来布置。

传感器布置100可以被布置，使得考虑到磁场分量正切于旋转（例如在图1B中示出的x方向上）的变化电阻器102改变电阻。然而，要理解在其它实施例中传感器也可以感测在其它方向上（例如在旋转轴（y轴）的方向上）的一个或多个磁场分量。信号处理元件可以被配置成基于跨过分接信号的阈值来生成脉冲。每个脉冲可以随后基于磁场矢量的旋转来指示角度改变。

在图1A中示出的电阻器102中的每个包含可以是自旋阀类型的多个电连接的磁阻感测元件。图2示出形成电阻器102中的一个的磁阻感测元件202的示例实施例。图2A示出以感测元件的阵列布置的磁阻感测元件202的顶视图。图2A示出带有行和列的感测元件的线性阵列。在阵列的每行中，邻近磁阻感测元件202通过连接结构204被串联连接。连接结构204由导电材料形成。连接结构204在分别相对端区处接触磁阻感测元件202中的每个以将电流注入到磁阻感测元件202中。磁阻感测元件202的电阻基于感测的磁场来改变。因而，流经磁阻感测元件202中的每个的电流在两个电流注入区之间提供取决于感测的磁场的电压降。在行的端处，提供连接结构206以将行端处的磁阻感测元件连接到邻近行的磁阻感测元件。在一个实施例中，连接结构204和206由金属形成。

形成分别电阻器102的磁阻感测元件202可以包含自旋阀类型的GMR（巨磁阻）感测元件、自旋阀类型的TMR（隧穿磁阻）感测元件或自旋阀类型的其它磁阻感测元件。图2B示出垂直于自旋阀类型的示例磁阻感测元件的主表面的横截切面。自旋阀类型的磁阻感测元件202至少包含在垂直方向（z轴）上通过非磁层224分离的参考层220和自由层222。

参考层220可以是可以包含层堆叠的参考系统（在2B中未被示出）的部分。在一些实施例中，参考系统可以包含参考层220、钉扎层和自然反铁磁层。自由层222可以是可以包含层堆叠的自由层系统（在2B中未被示出）的部分。在一些实施例中，自由层系统包含自由层222和帽层。在一些实施例中，自由层系统包含自由层和籽层。磁阻感测元件202可以通过下述来制造：在预处理的晶片上形成层堆叠并且其后将晶片堆叠结构化（例如通过刻蚀工艺）成分离元件以形成多个感测元件。其它实施例可以使用不同制造工艺来制造磁阻感测元件202。依据一些实施例，可以在金属堆叠上形成层堆叠，其中金属堆叠的结构化的金属层和在金属堆叠中提供的金属填充通孔提供用于磁阻感测元件202的互连功能性，如将在稍后描述的。

在自旋阀类型的GMR感测元件中，非磁层224可以是导电的。在自旋阀类型的TMR感测元件中，非磁层可以由电绝缘材料形成。

参考层220在固定参考方向上具有永久参考磁化而自由层222的磁化能够取决于外部磁场自由旋转。如果外部磁场矢量改变方向，则自由层222的磁化改变而参考磁化维持方向。磁阻感测元件202的电阻典型地取决于参考磁化和自由层磁化之间的角度。要指出在其它实施例中电阻器可以由其它材料形成或可以提供磁敏磁阻感测元件202的其它布置。

在速度感测应用中诸如在图1B中示出的由编码器轮提供的外部磁场典型地是弱磁场。在速度感测应用中，自由层的磁化因此典型地处在磁化不完全饱和的范围中。当磁速度传感器操作在不饱和范围中时，自由层的域可以在不同于外部磁场的方向上被磁化，如以下将被解释的。

理想地，传感器元件的磁化自由地遵循施加的外部磁场。这对非图案化各向同性磁膜适用。然而对于窄条状结构而言，自由层内的磁偶极子趋向于沿元件的边缘对准，从而导致沿条的磁化的优选定向，从而引起形状各向异性。尽管一般地该形状各向异性对传感器输出具有稳定化效果，但是如果施加导致颠倒边缘磁化（即改变磁半空间）的外部磁场，则产生问题。在这样的情形中，传感器示出潜在引起错误或不准确信号的阶梯式改变。这能够在诸如在图1B中示出的极轮应用或磁化矢量在传感器平面中旋转的其它应用中发生。如果磁化沿条宽度的幅度足够大，则它能够引起磁半空间的描述的改变。非对准磁化域的方向的突然转变可以引起磁阻感测元件的电阻的不连续和不可预测跳跃。在感测信号中这样的不连续电阻变化被视为信号中的跳动（jitter），其减少速度感测的准确性。

在一些实施例中，在速度传感器中处理感测信号以当感测信号跨过阈值时触发和输出脉冲。考虑到以上描述的感测信号的跳动，脉冲由传感器输出以指示旋转随后也包含跳动。在要求高准确性的应用中（诸如在使用轮速度传感器的旋转速度传感器信号用于间接胎压监测的应用中），出于性能原因期望信号中的低跳动。

同样，典型地对于磁阻轮速度传感器而言，安装位置可以存在于其中传感器可以能够以低跳动来感测旋转处。然而，对于传统窄条状结构而言，如果这些结构被放置远离理想位置，则将存在显著的跳动。

在本文中描述的实施例提出下述构思：该构思改进GMR速度传感器器件的磁半空间之间的切换过程并且因此能够减小跳动以及增大位置容限。

在第一方面中，在本文中的实施例提出用于减少跳动的自由层的特定形状。在自旋阀类型的磁阻感测元件的设计中，必须考虑不同因素。尽管带有长宽比为1的自由层的对称形状（诸如比如圆形）可以导致传感器的无跳动操作（长宽比是横向方向上的最大长度与横向方向上的最大宽度的比率），但是出于抑制背景磁场的原因导致长宽比为1的形状各向异性不是高效的。

在本文中的实施例提出带有具有长宽比至少为2的圆形完全凸面形状的自由层。自由层的轮廓可以比如包含具有没有尖锐拐角的闭合边界曲线的带有长宽比至少为2的任何完全凸面成形形式。示例包含但是不被限制到长宽比（长轴与短轴的比率）至少为2的椭圆。

在第二方面中，在自旋阀类型的磁阻速度传感器中经历的跳动在实施例中通过为每个惠斯通电阻器提供高数目的适合于速度感测应用的磁阻感测元件202来处置。高数目的磁阻感测元件202被配置成统计地平均跳动效果。在一些实施例中，可以将磁阻感测元件202串联连接以形成惠斯通电阻器。也可以将磁阻感测元件202并联以及并联和串联两者连接以形成电阻器。在一些实施例中，将第一组磁阻感测元件202彼此并联连接并且将第二组磁阻感测元件202彼此并联连接。将第一和第二组串联连接以形成惠斯通电阻器。

尽管一些实施例可以仅使用一个方面，但是在本文中描述的实施例也处置两个方面的组合，使得在自旋阀类型的磁阻速度传感器中经历的跳动在实施例中通过为每个惠斯通电阻器102提供高数目的磁阻感测元件202和特定形状的磁阻感测元件202的自由层222来处置。

现在参考图2C和2D，描述具有带有长宽比大于2的完全凸面形状的磁阻感测元件202的实施例。在实施例中，凸面形状可以具有带有如比如以椭圆形状提供的长对称轴和短对称轴的对称。

图2C示出带有长宽比为4：1（长轴与短轴）的实施例并且图2D示出带有长宽比为8：1的实施例。图2C和2D的实施例示出椭圆形状，作为凸面形状的一个示例。在其它实施例中，凸面形状可以是非椭圆的。在实施例中，凸面形状是圆形凸面形状，该圆形凸面形状具有连续平滑边界，即凸面形状的边界没有拐角。

在一个实施例中多个磁阻感测元件202可以针对每个惠斯通电阻器102包含至少一千个磁阻感测元件202。这些感测元件能够串联、并联、串联和并联连接的组合连接，并且能够具有在一个电阻器内具有多种形状。在其它实施例中，每个惠斯通电阻器102可以包括至少五百个磁阻感测元件202。在其它实施例中，每个惠斯通电阻器102可以包括至少一百个磁阻感测元件202。

图2E和2F示出针对带有长宽比为6的椭圆形状的模拟结果。图2E和2F示出跳动作为磁阻感测元件的数目的函数。横坐标以函数1/sqrt（N）来描绘磁阻感测元件的数目，其中N是磁阻感测元件202的数目。纵坐标以归一化尺度（归一化到N=1）来描绘跳动。图2F以更大尺度示出图2E的虚线部分。如能够从图2E和2F看到，跳动被归一化，使得对横坐标值1（等于N=1，即单个磁阻感测元件）归一化的跳动值是1。当提供多于400个磁阻感测元件202时跳动被显著减少到0.05以下的值（即针对单个磁阻感测元件存在5%的跳动）并且当提供一千个或更多个磁阻感测元件202时跳动被显著减少到0.01或更小（即针对单个元件存在1%的跳动）。从以上变得显而易见的是对于要求低跳动的速度感测应用而言，每电阻器高数目的磁阻感测元件202能够被用来满足跳动要求并且提供针对传感器安装的增加的机械容限。

在下面，将更详细描述连接磁阻感测元件202以提供电阻器的各种实施例。为了更好的可见和清楚，下面实施例仅示出磁阻感测元件202的部分。磁阻感测元件202可以比如对应于图2中示出的虚线长方形内的两个磁阻感测元件202。

图3A和3B示出其中经由交搭磁阻感测元件202的连接结构204来连接磁阻感测元件202的实施例。图3A示出平行于磁阻感测元件202的主表面的顶视图并且图3B示出沿磁阻感测元件202的长轴（x轴）并且垂直于主表面的横截面视图。如能够看到，连接结构204在两个邻近磁阻感测元件202之间延伸。连接结构204在每个横向端区处接触分别磁阻感测元件202，使得磁阻感测元件202在分别磁阻感测元件202的边沿部分202A和顶侧部分202B处被接触。连接结构204可以在比如直到磁阻感测元件202的总面积的15%的区域中来接触分别磁阻感测元件202的顶侧部分202B。连接结构204和磁阻感测元件202之间的接触界面可以是平面并且连续。在一些实施例中，连接结构204可以在垂直方向（z方向）上延伸直到两倍磁阻感测元件202的垂直延伸。在一些实施例中，连接结构204可以在垂直方向上延伸多于两倍磁阻感测元件202的垂直延伸。

在图3A和3B的实施例中，磁阻感测元件202的底部分不被连接结构204接触。连接结构204的底部分可以与磁阻感测元件202的底部分齐平。在图3A和3B中，连接结构204具有长方形形状，然而其它实施例可以针对连接结构204使用其它形状。要指出连接结构206可以以如以上针对连接结构204描述的类似方式形成。

图4A和4B示出其中连接结构204被布置成在磁阻感测元件202的底部分上接触磁阻感测元件202的实施例。

如能够从图4B看到，连接结构204关于垂直方向被布置在磁阻感测元件202下方，使得仅在分别磁阻感测元件202的底部分202C和连接结构204的顶部分之间建立接触界面。在图4A和4B的实施例中，分别磁阻感测元件202的底部分202C和连接结构204的顶部分齐平。如能够从图4A和4B看到，连接结构204在横向方向上延伸超过磁阻感测元件202。

在图5A和5B中示出其中连接结构204在磁阻感测元件202的底部分上接触磁阻感测元件202的进一步实施例。连接结构204具有垂直延伸部分204A，诸如从连接结构204的顶表面延伸直到磁阻感测元件202的底部分以建立接触的通孔。换句话说，垂直延伸部分204A在磁阻感测元件202的和位于较低水平处的连接结构204之间建立连接。垂直延伸部分204A可以允许仅在磁阻感测元件202的小区域中接触磁阻感测元件202，如在图5A和5B中示出的。在稍后描述的其它实施例中，垂直延伸部分204A可以在接触界面处横向延伸超过磁阻感测元件202。垂直延伸部分204A可以在分别相对端区处接触磁阻感测元件202中的每个以将电流注入到磁阻感测元件202中。在一些实施例中，垂直延伸部分204A可以以离分别感测元件202的分别边界端的分别小距离来接触磁阻感测元件202中的每个。

参考图6A和6B，示出其中通过连接结构204并联连接磁阻感测元件202的分别对的实施例。如能够在图6A和6B中看到，在连接结构204中的每个的每个端处，如在图5A和5B中描述的那样布置垂直延伸部分204A中的两个。在分别端处，垂直延伸部分204A中的第一个接触该对中的第一磁阻感测元件202的底部分并且垂直延伸部分204A中的第二个接触该对中的第二磁阻感测元件202的底部分，使得磁阻感测元件202对并联连接。

图7A和7B示出下述实施例：其中邻近磁阻感测元件202彼此倾斜，例如两个相邻磁阻感测元件202被布置成使椭圆的分别主轴不平行。如能够从图7A和7B看到，磁阻感测元件对类似于图6A和6B被并联连接。区别于图6A和6B，磁阻感测元件分别邻近对在不同方向上倾斜。如能够在图7A中看到，磁阻感测元件的第一对在逆时针方向上倾斜而第二对在顺时针方向上倾斜。在一些实施例中，这可以重复使得在逆时针方向上的倾斜对后面是在顺时针方向上的倾斜下一对。要理解也可以对类似于图3A、3B、4A、4B或5A、5B的单个连接感测结构提供倾斜。

图8示出在其中磁阻感测元件202被集成在CMOS逻辑中的实施例。在图8中示出的实施例中，垂直延伸部分204A是在芯片金属堆叠的一个或多个电绝缘互连层300中垂直延伸的金属填充通孔。在底处，分别垂直延伸部分204A接触连接结构204。在顶处，分别垂直延伸部分204A在界面平面306的接触区域306A中接触磁阻感测元件202。在其中形成分别垂直延伸部分204A和分别磁阻感测元件202两者并且因此彼此接触的界面平面306中的区限定分别接触区域306A。在实施例中，垂直延伸部分由通孔形成，该通孔直接接触磁阻感测元件202，诸如在图8中示出的。然而，在一些实施例中，垂直延伸部分204可以由下述形成：通孔和直接在通孔上方并且夹在通孔和磁阻感测元件202之间的额外导电横向延伸部分。

芯片金属堆叠包括至少电绝缘互连层300和布置在两个互连层300之间的至少一个金属层302。互连层300典型地由下述形成：电介质材料，诸如氧化硅或低k材料。金属层302典型地由下述形成：结构化的金属片，诸如结构化的铜或铝片，其中隔离材料在结构化的金属部分之间。

现在参考图9A到9C，示出在其中接触分别磁阻感测元件202的垂直延伸部分204A在至少一个横向方向上延伸超过磁阻感测元件202的进一步实施例。换句话说，垂直延伸部分204A在界面平面处在至少一个横向方向上突出磁阻感测元件202。在实施例中，横向方向可以是磁阻感测元件202的宽度方向（垂直于长度方向的方向）。在一些实施例中，横向方向可以是磁阻感测元件的长度方向。在一些实施例中，垂直延伸部分可以在磁阻感测元件202的宽度方向和长度方向两者均突出磁阻感测元件202。在一些实施例中，垂直延伸部分可以仅在磁阻感测元件202的宽度或长度方向中一个突出磁阻感测元件202。

由于垂直延伸部分204A突出磁阻感测元件202，沿界面平面穿过垂直延伸部分204A的切面面积因此大于在磁阻感测元件和垂直延伸部分之间的接触面积。在一些实施例中，沿界面平面的垂直延伸部分204A的面积是接触面积的至少两倍。在其它实施例中，沿界面平面的垂直延伸部分204A的面积是接触面积的至少1.5倍。在一些实施例中，垂直延伸部分204A在横向方向上延伸接触区域在这些方向上的延伸的1.1倍。

在一些实施例中，垂直延伸部分204A在横向方向上延伸接触区域在这些方向上的延伸的1.2倍。

在一些实施例中，垂直延伸部分204A在横向方向上延伸不多于接触区域在这些方向上的延伸的两倍。

在一些实施例中，垂直延伸部分204A在横向方向上延伸不多于接触区域在这些方向上的延伸的三倍。

以上提及的值提供更稳定的互连，如现在将描述的。

通过突出磁阻感测元件，限定XMR线边缘到垂直延伸结构的交搭。结构确保更稳定的互连性能。典型地，最小可能结构尺寸由制造工艺能力（例如光刻对准的准确性）限制。如果磁阻感测元件202的宽度小并且已经接近这个限制，则在磁阻感测元件202内实现垂直延伸部分204A的限定位置可能是不可能的。然而，如之前描述的，期望磁阻感测元件202的小的宽度以得到高的长宽比。由于受限的准确性，在一些情形中甚至可能无法保证确保将垂直延伸部分204A放置在磁阻感测元件202的区域内。未限定和变化的接触位置将导致电流到磁阻感测元件202中的不均匀注入或甚至没有注入。

随着垂直延伸部分204A在至少一个横向方向上突出磁阻感测元件202，在磁阻感测元件互连处能够实现更大接触面积以及因此更低接触电阻。因此，得到针对交搭容限的更鲁棒性。如果交搭足够大，甚至当垂直延伸部分204A的中心位置由于光刻对准的准确性而稍微变化时，接触面积保持恒定。则垂直延伸部分204A的直径尺寸不是那么关键的参数。针对生成空洞的更大尺寸对策也能够比如像渐尖侧壁或顶加宽来实施。

在图9A到9C中将磁阻感测元件202示出为半透明以揭示下方的连接结构204和连接结构的垂直延伸部分204A。图9A示出第一实施例的垂直投影，其中磁阻感测元件202经由交搭磁阻感测元件202的垂直延伸部分204A来连接。因而，垂直延伸部分204A在横向方向上延伸超过磁阻感测元件。在一些实施例中，垂直延伸部分204A在x方向上在垂直延伸部分204A的两个横向侧处延伸超过磁阻感测元件202。如能够从图9A看到，在垂直于两个电流注入区之间的主电流方向的方向上建立横向交搭。典型地，主电流方向对应于磁阻感测元件202的长度方向。然而，其它实施例可以包含稍微不同的方向。

在图9A中，磁阻感测元件202以行布置。在相同行内，磁阻感测元件202被并联连接。在相同行内的磁阻感测元件202利用将电流注入到磁阻感测元件202中的垂直延伸部分204A或将电流从磁阻感测元件202中抽出的垂直延伸部分204A专门地接触相同连接结构204。

与之相反，图9B示出其中将一行磁阻感测元件202与邻近行磁阻感测元件202互锁布置的实施例。在一行中的磁阻感测元件202被布置成在中间有空间，从而邻近行的磁阻感测元件202能够延伸到该空间中。除了第一和最后行之外，因此一行磁阻感测元件202与邻近行磁阻感测元件202互锁布置。如以上解释的，第一垂直延伸部分204A在第一端处接触磁阻感测元件202并且第二垂直延伸部分在相对于第一端的磁阻感测元件的第二端处接触磁阻感测元件。要进一步指出在图9B中在第一端（例如下端）处接触感测结构的垂直延伸部分204A被连接到连接结构204的第一行而在第二端（例如上端）处接触感测结构的垂直延伸部分204A被连接到连接结构204的邻近第二行。此外，在一个邻近行（例如下方）中，在第二端处接触该行磁阻感测元件202的垂直延伸部分204A也被接触到连接结构204的第一行。在另一个邻近行（例如上方）中，在第一端处接触该行分别磁阻感测元件202的垂直延伸部分204A也被接触到连接结构204的第二行。

如能够从图9B看到，带有最近中心到中心距离的磁阻感测元件202不被布置在平行于连接结构204的行中而在对角线402A和402B上。

在一些实施例中，垂直延伸部分204A可以具有立方或圆柱形状。在其它实施例中，垂直延伸部分204A可以具有渐尖侧壁。在这样的实施例中，垂直延伸部分204A可以具有平截头体形状或四边形平截头体形状。

尽管图9A和9B示出椭圆形状的磁阻感测元件202，要理解磁阻感测元件202可以具有其它形状，例如如在图9C中示出的长方形。

如能够从图9C看到，长方形成形的磁阻感测元件202被再次以行布置。每个磁阻感测元件204具有长度（长方形的较长距离）和宽度（长方形的较短距离）。垂直延伸部分204A在分别相对端处正接触磁阻感测元件202。能够从图9C看到分别垂直延伸部分204A在长度方向上在一侧延伸超过磁阻感测元件202。此外，相同的垂直延伸部分204A在宽度方向（图9C中的x方向）上在两侧延伸超过磁阻感测元件202。磁阻感测元件的布置类似于图9B，使得一行内的磁阻感测元件202全部电并联连接。

图9D示出在图9A中示出的实施例的修改。区别于图9A，图9D的垂直延伸部分204A延伸超过一行的多个感测元件202以为多个感测元件202提供共同并联连接。

在一些实施例中，磁阻感测元件202中的一个或多个可以被提供成通过垂直延伸部分204A和连接结构204被短路。尽管随后这样的磁阻感测元件不提供感测功能性，但是它可以有助于针对每个磁阻感测元件202具有磁阻感测元件202的相同围绕并且确保每个感测元件以相同方式被围绕的感测元件影响，不管它们是否是功能性的。

类似于之前描述的实施例，可以将磁阻感测元件202串联、并联或并联和串联两者连接以形成电阻器。

此外，关于图8和图9A到D所描述的任何实施例能够与关于与之前图1到7B相关的实施例所描述的特征组合。比如图8和9A到D的实施例能够具有高数目的感测元件，例如等于或高于一百、等于或高于五百、或等于或高于一千。此外，图8和9A到D的实施例也能够被应用到除了磁阻传感器器件之外的器件。

在以上描述中，在本文中已示出和描述实施例，从而使本领域技术人员能够以足够细节来实践在本文中公开的教导。其它实施例可以被采用并且从其获得，使得可以进行结构和逻辑替代和改变而没有脱离该公开内容的范围。

因此该具体实施方式不要以限制的意思来理解，并且各种实施例的范围仅由所附权利要求连同这样的权利要求所赋予的等价物的全部范围来限定。

仅出于方便并且没有意图主动将该申请的范围限制到任何单个发明或发明构思（如果事实上公开多于一个），发明主题内容的这样的实施例可以在本文中通过术语“发明”个别地和/或集体地涉及。因而，尽管在本文中已图解和描述特定实施例，但是应该意识到被计算成实现相同目的的任何布置可以替代示出的特定实施例。该公开内容意图覆盖各种实施例的任何和所有修改或变化。在查阅以上描述时，以上实施例的组合以及在本文中未被特定描述的其它实施例对本领域技术人员将是显而易见的。

要进一步指出，除了在这些实体中的实施方式之外，与特定实体组合而描述的实施例也可以包含在所述描述实体的一个或多个子实体或子区中的一个或多个实施方式。比如在本文中描述的特定实施例描述在另一个实施例中未被示出的工艺步骤或特征的形成。要理解也可以在其它实施例中形成这样的特征或也可以在其它实施例中施加这样的工艺步骤，除非在本文中明确地排除或技术上不可能。

形成其部分的附图借助于图解而不是作为限制示出在其中可以实践主题内容的特定实施例。

在前述具体实施方式中，能够看到出于简化公开内容的目的在单个实施例中将各种特征群组在一起。公开内容的该方法不要被解释为反映下述意图：要求保护的实施例要求比在每个权利要求中明确列举的更多的特征。相反，如下面权利要求反映，发明主题内容处于比单个公开的实施例的所有特征更少。因而下面的权利要求由此被结合在具体实施方式中，其中每个权利要求可以自身独立为分离的实施例。尽管每个权利要求可以自身独立为分离的实施例，但是要指出尽管从属权利要求可以在权利要求中指的是与一个或多个其它权利要求的特定组合，但是其它实施例也可以包含从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题内容的组合。在本文中提出这样的组合，除非陈述不意图特定组合。此外，意图也将权利要求的特征包含到任何其它独立权利要求，即使该权利要求不直接从属于独立权利要求。

此外，意图在该具体实施方式中以相反或互换方式也包含所描述的特征、元件等中的一个或多个，除非另外指出。

要进一步指出在说明书或在权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的分别步骤中的每个的装置的器件实施。

进一步，要理解在说明书或权利要求中公开的多个步骤或功能的公开内容可以不被解释为在特定次序内。因此，多个步骤或功能的公开内容将不将这些限制到特定次序，除非这样的步骤或功能出于技术原因不可互换。

此外，在一些实施例中，单个步骤可以包含或可以被分成多个子步骤。这样的子步骤可以被包含并且可以是该单个步骤的公开内容的部分，除非明确排除。

Claims (28)

1.一种磁速度传感器器件，包括：

自旋阀类型的多个磁阻感测元件，

其中磁阻感测元件被电连接以形成速度感测布置，

其中多个磁阻感测元件中的每个包括自由层和参考层，

其中每个磁阻感测元件的自由层包括等于或大于2的长宽比，并且

其中每个磁阻感测元件的自由层包括圆形凸面轮廓。

2.依据权利要求1的所述磁速度传感器，其中多个磁阻感测元件操作在不饱和范围中。

3.依据权利要求1的所述器件，其中自由层的形状包括长对称轴和短对称轴，其中参考层的参考磁化在短对称轴的方向上。

4.依据权利要求1的所述器件，其中自由层具有椭圆形状。

5.依据权利要求1的所述器件，进一步包括分接来自多个磁阻感测元件的感测信号并且将感测信号馈送到信号处理元件的信号分接，其中信号处理元件被配置成基于跨过阈值来生成脉冲。

6.依据权利要求5的所述器件，其中每个脉冲基于磁场矢量的旋转来指示角度改变。

7.依据权利要求1的所述器件，其中器件包括惠斯通电桥，其中惠斯通电桥中的每个电阻器包括一百个或更多个磁阻感测元件。

8.依据权利要求1的所述器件，其中器件包括惠斯通电桥，其中惠斯通电桥中的每个电阻器包括一千个或更多个磁阻感测元件。

9.依据权利要求1的所述器件，其中多个磁阻感测元件包括电连接结构以将电流引入到每个磁阻感测元件并且从每个磁阻感测元件抽取电流。

10.依据权利要求1的所述磁速度传感器，其中多个磁阻感测元件的自由层的对称轴在相同方向上。

11.依据权利要求1的所述磁速度传感器，其中多个磁阻感测元件的自由层的对称轴在不同方向上。

12.依据权利要求1的所述磁速度传感器，其中每个磁阻感测元件的自由层包括等于或大于6的长宽比。

13.一种磁速度传感器包括：

电连接以形成感测布置的自旋阀类型的多个磁阻感测元件，其中多个磁阻感测元件中的每个包括自由层和参考层；

其中多个磁阻感测元件包括一百个或更多个磁阻感测元件。

14.依据权利要求13的所述磁速度传感器，其中磁速度传感器被配置成感测磁场矢量的旋转并且输出脉冲。

15.依据权利要求13的所述磁速度传感器，其中磁阻感测元件操作在不饱和范围中。

16.依据权利要求13的所述磁速度传感器，其中每个磁阻感测元件的自由层的轮廓具有圆形凸面形状，所述圆形凸面形状带有等于或大于2的长宽比。

17.依据权利要求16的所述磁速度传感器，其中自由层包括长和短对称轴，其中由参考层提供的参考磁化在短对称轴的方向上。

18.依据权利要求16的所述磁速度传感器，其中自由层包括椭圆形状。

19.依据权利要求13的所述磁速度传感器，进一步包括分接来自感测布置的感测信号并且将感测信号馈送到信号处理元件的信号分接，其中信号处理元件被配置成基于跨过阈值来生成脉冲。

20.依据权利要求13的所述磁速度传感器，其中磁速度传感器包括惠斯通电桥，其中惠斯通电桥中的每个电阻器包括至少多于1000个磁阻感测元件。

21.依据权利要求13的所述磁速度传感器，其中多个磁阻感测元件包括延长的电连接结构以将电流引入到磁阻感测元件并且从磁阻感测元件抽取电流。

22.依据权利要求13的所述磁速度传感器，其中连接结构被布置成垂直于自由层的短对称轴。

23.一种方法包括：

利用磁速度传感器来感测绕轴旋转，磁速度传感器包括形成感测布置的自旋阀类型的多个磁阻感测元件，其中多个磁阻感测元件中的每个包括自由层和参考层；并且

其中感测布置包括电桥电路，其中电桥电路的每个电阻器包括至少多于100个磁阻感测元件。

24.一种磁阻器件包括：

多个磁阻元件；

连接结构，用于电连接多个磁阻元件中的分别磁阻元件，其中连接结构包括垂直延伸部分，其中分别垂直延伸部分沿界面平面接触分别磁阻元件，其中垂直延伸部分沿界面平面在横向方向上延伸超过磁阻元件。

25.依据权利要求24的所述磁阻器件，其中分别垂直延伸部分在选自组的一个或多个方向上延伸超过分别磁阻元件，所述组含有：

磁阻元件的宽度方向，

磁阻元件的长度方向，以及

磁阻元件的长度和宽度方向。

26.依据权利要求25的所述磁阻器件，其中垂直延伸部分在一个或多个方向上延伸接触区域在一个或多个方向上的延伸的至少1.2倍。

27.依据权利要求24的所述磁阻器件，其中垂直延伸部分具有渐尖侧壁。

28.依据权利要求24的所述磁阻器件，其中连接结构包括结构化的金属层和金属填充通孔，结构化的金属层和金属填充通孔被布置在CMOS金属堆叠中。