CN113167845A - 高灵敏度tmr磁性传感器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括一个或多个TMR电阻器的隧道磁阻(TMR)传感器设备。该TMR传感器设备包括：第一TMR电阻器，该第一TMR电阻器包括第一TMR膜；第二TMR电阻器，该第二TMR电阻器包括不同于该第一TMR膜的第二TMR膜；第三TMR电阻器，该第三TMR电阻器包括该第二TMR膜；以及第四TMR电阻器，该第四TMR电阻器包括该第一TMR膜。该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器设置在第一平面中，而该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器设置在不同于该第一平面的第二平面中。该第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的基准层的磁化方向正交于自由层的磁化方向。该第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的基准层的磁化方向正交于自由层的磁化方向。

Description

高灵敏度TMR磁性传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年12月18日提交的美国申请16/718,351的优先权，该美国申请要求于2019年8月27日提交的美国临时专利申请序列号62/892,405的权益，该两个申请均以引用方式整体并入本文。
背景技术
技术领域
本公开的实施方案总体涉及隧穿磁阻传感器设备诸如惠斯通电桥，及其制造方法。
相关领域的描述
惠斯通电桥是用于通过平衡电桥电路的两个支路来测量未知部件的电阻的电路，其中一个支路包含未知部件。与简单的分压器相比，惠斯通电路提供了极其准确的测量结果。
惠斯通电桥最近已用于磁性传感器应用中。惠斯通电桥包括基于磁性霍尔效应、各向异性磁阻(AMR)效应、巨磁阻(GMR)效应和隧穿磁阻(TMR)效应的多个电阻器。与其他磁性传感器相比，基于TMR的磁性传感器具有非常高的灵敏度。
典型的基于TMR的惠斯通电桥包括由TMR膜制成的四个电阻器。为了使得惠斯通电桥特性能够用于磁场感测，第一电阻器和第四电阻器与第二电阻器和第三电阻器需要电阻场依存性的相反符号。实现此的一种方式是制造磁条取向与设计场感测方向成+45°的第一电阻器和第四电阻器，以及磁条取向与设计场感测方向成-45°的第二电阻器和第三电阻器。所有四个电阻器由相同的TMR材料或膜构成，并且这样，四个电阻器中的每个电阻器的钉扎层具有类似的相同磁化方向，这些磁化方向被指定为垂直于场感测方向。
当向惠斯通电桥施加磁场时，第一电阻器和第四电阻器的电阻随所施加的磁场增大或减小，而第二电阻器和第三电阻器的电阻随所施加的磁场减小或增大，从而实现电桥特性差分输出。然而，如此形成的惠斯通电桥的效率不是最佳的，因为由于±45°传感器磁条取向，磁阻改变的全范围不能在这种设计中利用，从而导致输出电压减小或灵敏度有限。
因此，本领域需要在全磁阻范围内操作同时实现最大输出电压或灵敏度的磁性传感器及其制造方法。
发明内容
公开了一种包括一个或多个TMR电阻器的TMR传感器设备。该TMR传感器设备包括：第一TMR电阻器，该第一TMR电阻器包括第一TMR膜；第二TMR电阻器，该第二TMR电阻器包括不同于该第一TMR膜的第二TMR膜；第三TMR电阻器，该第三TMR电阻器包括该第二TMR膜；和第四TMR电阻器，该第四TMR电阻器包括该第一TMR膜。该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器设置在第一平面中，而该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器设置在不同于该第一平面的第二平面中。该第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的基准层的磁化方向正交于自由层的磁化方向。该第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的基准层的磁化方向正交于自由层的磁化方向。
在一个实施方案中，TMR传感器设备包括：第一TMR电阻器，该第一TMR电阻器包括第一TMR膜，该第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的第一基准层的磁化方向正交于第一自由层的磁化方向；第二TMR电阻器，该第二TMR电阻器包括第二TMR膜，该第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的第二基准层的磁化方向正交于第二自由层的磁化方向并且与该第一TMR膜的该第一基准层的该磁化方向相反；第三TMR电阻器，该第三TMR电阻器包括第二TMR膜；和第四TMR电阻器，该第四TMR电阻器包括该第一TMR膜，其中该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器设置在第一平面中，并且该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器设置在不同于该第一平面的第二平面中。
在另一个实施方案中，制造包括第一TMR电阻器、第二TMR电阻器、第三TMR电阻器和第四TMR电阻器的TMR传感器设备的方法包括：在第一介电层中形成底部引线；在该底部引线和该第一介电层之上沉积第一TMR膜；通过图案化第一硬偏置和第一设备结点并且将该第一TMR膜的设置在该第一介电层和该底部引线之上的一个或多个第一部分移除来由该第一TMR膜形成该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器；形成多个中间引线；在该多个中间引线之上沉积第二TMR膜，该第二TMR膜不同于该第一TMR膜；通过图案化第二硬偏置和第二设备结点并且将该第二TMR膜的设置在该中间引线之上的一个或多个第二部分移除来由该第二TMR膜形成该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器；以及形成多个顶部引线。
在另一个实施方案中，制造TMR传感器设备的方法包括：形成底部引线；在该底部引线之上沉积第一TMR膜，该第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的第一基准层的磁化方向正交于第一自由层的磁化方向；在该第一TMR膜的设置在该底部引线上的第一部分之上沉积第一光致抗蚀剂；蚀刻该第一TMR膜的第二部分以暴露该底部引线；沉积第一氧化铝膜和第一硬偏置膜；移除该第一光致抗蚀剂；在该第一TMR膜的第三部分和该第一硬偏置膜之上沉积第二光致抗蚀剂；蚀刻该第一TMR膜的第四部分和该第一硬偏置膜；用第二介电层重新填充，在相同平面中形成如所制造的第一TMR电阻器和第四TMR电阻器。
该方法还包括：在该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器之上沉积第一中间引线和第四中间引线；以及在要制造该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器的区域中沉积第二中间引线和第三中间引线。该方法还包括：相邻于该第一中间引线、该第二中间引线、该第三中间引线和该第四中间引线形成该第三介电层。该方法还包括：在该中间引线和该第三介电层之上沉积该第二TMR膜。该第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的第二基准层的磁化方向正交于第二自由层的磁化方向并且与该第一TMR膜的该第一基准层的该磁化方向相反。
该方法还包括：在该第二TMR膜的设置在该第二中间引线和该第三中间引线之上的第一部分之上沉积第三光致抗蚀剂；蚀刻该第二TMR膜的第二部分以暴露该第二中间引线和该第三中间引线；沉积第二氧化铝膜和第二硬偏置膜；移除该第三光致抗蚀剂；在该第二TMR膜的第三部分和该第二硬偏置膜之上沉积第四光致抗蚀剂；蚀刻该第二TMR膜的第四部分和该第二硬偏置膜；用第四介电层再填充，在相同但与该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器的平面不同的平面中制造该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器；以及在该第一中间引线之上形成第一顶部引线，在该第四中间引线之上形成第四顶部引线，并且在该第二TMR电阻器之上形成第二顶部引线，在该第三TMR电阻器之上形成第三顶部引线。
附图说明
因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。
图1为TMR传感器设备或惠斯通电桥设计的示意图。
图2为示出根据一个实施方案的用于形成TMR传感器设备或惠斯通电桥的电阻器的第一TMR膜和第二TMR膜的示意图。
图3A-图3C示出了根据一个实施方案的处于各种形成阶段的第一TMR膜或TMR膜A。
图4A-图4C示出了根据另一个实施方案的处于各种形成阶段的第二TMR膜或TMR膜B。
图5示出了根据一个实施方案的形成TMR传感器设备或惠斯通电桥的方法。
图6A-图6H示出了根据另一个实施方案的沉积第一TMR膜以用作TMR传感器设备或惠斯通电桥阵列的第一电阻器和第四电阻器并且沉积第二TMR膜以用作第二电阻器和第三电阻器的对应示意图。
图7A示出了根据另一个实施方案的包括四个TMR电阻器的TMR传感器设备或惠斯通电桥。
图7B示出了根据一个实施方案的四个TMR电阻器阵列。
为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。
具体实施方式
在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，思考以下特征和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何发明主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。
公开了一种包括一个或多个TMR电阻器的TMR传感器设备。该TMR传感器设备包括：第一TMR电阻器，该第一TMR电阻器包括第一TMR膜；第二TMR电阻器，该第二TMR电阻器包括不同于该第一TMR膜的第二TMR膜；第三TMR电阻器，该第三TMR电阻器包括该第二TMR膜；和第四TMR电阻器，该第四TMR电阻器包括该第一TMR膜。该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器设置在第一平面中，而该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器设置在不同于该第一平面的第二平面中。该第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的基准层的磁化方向正交于自由层的磁化方向。该第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的基准层的磁化方向正交于自由层的磁化方向。
图1为TMR传感器设备100设计诸如惠斯通电桥的示意图。TMR传感器设备100包括偏置源102、第一电阻器104、第二电阻器106、第三电阻器108、第四电阻器110、第一输出焊盘112、第二输出焊盘114和接地连接116。电阻器104、106、108、110通过图案化TMR膜来形成。电阻器104、106、108、110由磁性传感器形成。从偏置源102到接地连接116在TMR传感器设备100或电桥上施加偏置电压。电桥输出是跨第一输出焊盘112和第二输出焊盘114的电势差。由于差分输出的性质，归因于电阻器104、106、108、110的温度变化的电阻的任何改变均无效。
如本文所讨论，电阻器104、106、108、110中的每个电阻器由TMR膜制成。在一个实施方案中，TMR电阻器各自是独特且不同的，使得电阻器104、106、108、110具有不同电阻。在另一个实施方案中，TMR膜是相同的，但电阻器104、106、108、110是不同的。在另一个实施方案中，电阻器104、110彼此相同(形成电阻器104、110的TMR膜也一样)，并且电阻器106、108彼此相同(形成电阻器106、108的TMR膜也一样)，但与电阻器104、110不同。
图2为示出根据一个实施方案的用于形成TMR传感器设备200(诸如基于TMR的磁性传感器或惠斯通电桥阵列)的电阻器202、204、206、208的第一TMR膜220或膜A和第二TMR膜230或膜B的示意图。TMR传感器设备200可为图1的TMR传感器设备100。
如图2所示，第一电阻器R1 202和第四电阻器R4 208两者均包括第一TMR膜220，而第二电阻器R2 204和第三电阻器R3 206两者均包括第二TMR膜230。由第一TMR膜220形成的第一电阻器R1 202和第四电阻器R4 208的TMR电阻随着外部磁场而增大，而由第二TMR膜230形成的第二电阻器R2 204和第三电阻器R3 206的TMR电阻随着外部磁场而减小。另选地，由第一TMR膜220形成的第一电阻器R1 202和第四电阻器R4 208的TMR电阻可随着外部磁场而减小，而由第二TMR膜230形成的第二电阻器R2 204和第三电阻器R3 206的TMR电阻可随着外部磁场而增大。这样，两个不同的TMR膜220、230提供两种不同的磁阻响应。
图3A-图3C示出了根据一个实施方案的图2的处于各种形成阶段的第一TMR膜220或膜A。图3A示出了磁性退火期间的第一TMR膜220，图3B示出了磁性退火后的第一TMR膜220，并且图3C示出了在完成TMR传感器设备或惠斯通电桥制造时FL磁化方向已被重置之后的第一TMR膜220。第一TMR膜220可用作磁性传感器。
在图3A-图3C中，第一TMR膜220包括自由层302、设置在自由层302下方的阻挡层304、设置在阻挡层304下方的基准层(RL)306、设置在RL 306下方的间隔层308、设置在间隔层308下方的钉扎层(PL)310和设置在PL 310下方的反铁磁(AFM)层312。
第二FL 302可包括CoFe/CoFeB/Ta/NiFe多层叠堆。用于自由层302的合适材料包括CoFe/CoFeB/Ta/NiFe多层叠堆。CoFe层可具有介于约3埃至约10埃之间的厚度。CoFeB层可具有介于约10埃至约20埃之间的厚度。Ta层可具有介于约0.5埃至约2埃之间的厚度。NiFe层可具有介于约3埃至约300埃之间，诸如介于约3埃和约10埃之间或介于约10埃和约300埃之间的厚度。自由层302可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然CoFe/CoFeB/Ta/NiFe已被例示为自由层302材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于用于自由层302的CoFe/CoFeB/Ta/NiFe。
阻挡层304可包含MgO并且可具有介于约10埃至约20埃之间的厚度。应当理解，虽然MgO被例示为阻挡层304，但也设想其他绝缘材料。间隔层308包含非磁性材料，诸如Ru。间隔层308可具有介于约4埃至约10埃之间的厚度。间隔层308可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然钌已被例示为间隔层308材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于用于间隔层308的钌。
用于基准层306和钉扎层310的合适材料包括厚度介于约20埃和约30埃之间的CoFe或Co/CoFe/Co多层叠堆。基准层306和钉扎层310可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。基准层306和钉扎层310可各自包括CoFe/Ta/CoFeB/CoFe多层。另外，应当理解，虽然CoFe或Co/CoFe/Co已被例示为基准层306和钉扎层310材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于用于基准层306和钉扎层310的CoFe或Co/CoFe/Co。
用于AFM层312的合适材料包括厚度介于约40埃至约500埃之间的IrMn、PtMn、PdMn或NiMn。AFM层312可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然IrMn、PtMn、PdMn和NiMn已被例示为AFM层312材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于用于AFM层312的IrMn、PtMn、PdMn或NiMn。
在图3A中，在沿着x方向施加的磁场下进行磁性退火期间，FL 302具有沿x方向指向的第一磁化方向320，RL 306具有沿x方向指向的第一磁化方向322，并且PL 310具有沿x方向指向的第一磁化方向324。
在图3B中，FL 302具有沿x方向指向的第一磁化方向320，RL 306由于鲁德曼(Ruderman)-基特尔(Kittel)-粕谷(Kasuya)-芳田(Yosida)(RKKY)层间交换耦合效应而具有沿-x方向指向的第二磁化方向332，而PL 310具有沿x方向指向的第一磁化方向324。因此，在磁性退火后，FL 302和PL 310具有平行磁化方向320、324，而RL 306具有反平行磁化方向332。
在图3C中，FL 302具有沿-z方向(即，进入页面)指向的第二磁化方向330，RL 306具有沿-x方向指向的第二磁化方向332，并且PL 310具有沿x方向指向的第一磁化方向324。因此，在TMR传感器设备或惠斯通电桥制造完成时FL磁化方向已被重置之后，FL 302具有与RL 306和PL 310的磁化方向正交的磁化方向330，而RL 306具有与PL310磁化方向324反平行的磁化方向332。FL 302的磁化方向330可通过施加附加磁场(如由永磁体在FL 302周围施加硬偏置或由AFM在FL 302的顶部上施加交换偏置)来重置。
图3C示出了在图2的TMR传感器设备200中使用的第一TMR膜220。如图3C中进一步所示，RL 306和PL 310形成合成反铁磁(SAF)钉扎层314。
图4A-图4C示出了根据一个实施方案的图2的处于各种形成阶段的第二TMR膜230或膜B。图4A示出了磁性退火期间的第二TMR膜230，图4B示出了磁性退火后的第二TMR膜230，并且图4C示出了在完成TMR传感器设备或惠斯通电桥制造时FL磁化方向已被重置之后的第二TMR膜230。第二TMR膜230可用作磁性传感器。
在图4A-图4C中，第二TMR膜230包括自由层402、设置在自由层402下方的阻挡层404、设置在阻挡层404下方的基准层(RL)406、设置在RL 406下方的第一间隔层408、设置在第一间隔层408下方的第一钉扎层(PL’)418、设置在第一PL’418下方的第二间隔层422、设置在第二间隔层422下方的第二钉扎层(PL”)410以及设置在第二PL”410下方的AFM层412。
FL 402可包括CoFe/CoFeB/Ta/NiFe多层叠堆。用于自由层402的合适材料包括CoFe/CoFeB/Ta/NiFe多层叠堆。CoFe层可具有介于约3埃至约10埃之间的厚度。CoFeB层可具有介于约10埃至约20埃之间的厚度。Ta层可具有介于约0.5埃至约2埃之间的厚度。NiFe层可具有介于约3埃至约300埃之间，诸如介于约3埃和约10埃之间或介于约10埃和约300埃之间的厚度。自由层402可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然CoFe/CoFeB/Ta/NiFe已被例示为自由层402材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于用于自由层402的CoFe/CoFeB/Ta/NiFe。
阻挡层404可包含MgO并且可具有介于约10埃至约20埃之间的厚度。应当理解，虽然MgO被例示为阻挡层404，但也设想其他绝缘材料。第一间隔层408和第二间隔层422可各自包含非磁性材料，诸如Ru。第一间隔层408和第二间隔层422可各自具有介于约4埃至约10埃之间的厚度。第一间隔层408和第二间隔层422可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然钌已被例示为第一间隔层408和第二间隔层422材料，但还设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于用于第一间隔层408和第二间隔层422的钌。
用于基准层406以及第一钉扎层410和第二钉扎层418的合适材料包括厚度介于约20埃和约30埃之间的CoFe或Co/CoFe/Co多层叠堆。基准层406以及第一钉扎层410和第二钉扎层418可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。基准层406可包括CoFe/Ta/CoFeB/CoFe多层。另外，应当理解，虽然CoFe或Co/CoFe/Co已被例示为基准层406以及第一钉扎层410和第二钉扎层418材料，但也设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于用于基准层406以及第一钉扎层410和第二钉扎层418的CoFe或Co/CoFe/Co。
用于AFM层412的合适材料包括厚度介于约40埃至约500埃之间的IrMn、PtMn、PdMn或NiMn。AFM层412可通过熟知的沉积方法(诸如溅射)形成。另外，应当理解，虽然IrMn、PtMn、PdMn和NiMn已被例示为AFM层412材料，但还设想了其他材料，并且本文所讨论的实施方案不限于用于AFM层412的IrMn、PtMn、PdMn或NiMn。
在图4A中，在沿着x方向施加的磁场下进行磁性退火期间，FL 402具有沿x方向指向的第一磁化方向420，RL 406具有沿x方向指向的第一磁化方向416，第二PL”410具有沿x方向指向的第一磁化方向424，并且第一PL’418具有沿x方向指向的第一磁化方向426。因此，在第二TMR膜230中，FL 402、RL 406、第二PL”410和第一PL’418的磁化方向彼此平行。
在图4B中，FL 402具有沿x方向指向的第一磁化方向420，RL 406具有沿x方向指向的第一磁化方向416，第二PL”410具有沿x方向指向的第一磁化方向424，并且第一PL’418由于RKKY层间交换耦合效应而具有沿-x方向指向的第二磁化方向436。相邻于AFM 412设置的第二PL”410由于设置AFM交换偏置或单向各向异性方向而具有平行于退火磁场的磁化方向424。因此，在磁性退火后，FL 402、RL 406和第二PL”410具有平行磁化方向420、416、424，而第一PL’418具有反平行磁化方向436。
在图4C中，FL 402具有沿-z方向(即，进入页面)指向的第二磁化方向430，RL 406具有沿x方向指向的第一磁化方向416，第二PL”410具有沿x方向指向的第一磁化方向424，并且第一PL’418具有沿-x方向指向的第二磁化436。因此，在TMR传感器设备或惠斯通电桥制造完成时FL磁化方向已被重置之后，FL 402具有与RL 406和第二PL”410的磁化方向正交的磁化方向430，而第一PL’418具有与RL 406和第二PL”410的磁化方向反平行的磁化方向436。FL 402的磁化方向430可通过施加附加磁场(如由永磁体在FL 402周围施加硬偏置或由AFM在FL 402的顶部上施加交换偏置)来重置。
图4C示出了在图2的TMR传感器设备200中使用的第二TMR膜230。如图4C进一步所示，RL 406、第二PL”410和第一PL’418形成双SAF钉扎层414。因为第一TMR膜220和第二TMR膜230具有不同PL磁化方向，所以每个膜的TMR电阻响应的幅值相同但方向相反(即，一个膜的电阻随着磁场的增加而增大，而另一个膜的电阻减小，或反之亦然)。这样，TMR传感器设备或惠斯通电桥特性差分输出以最大效率得以实现和满足，因为磁阻范围的全范围可用，从而实现最大输出电压或灵敏度。
图5示出了根据本文所公开的实施方案的通过沉积第一膜以用作第一电阻器和第四电阻器并且沉积第二膜以用作第二电阻器和第三电阻器来形成TMR传感器设备(即，TMR磁性传感器或惠斯通电桥)的方法500。方法500可用于形成图2的TMR传感器设备200。图6A-图6H示出了沉积第一TMR膜610以用作TMR传感器设备(即，TMR磁性传感器或惠斯通电桥)的第一电阻器和第四电阻器并且沉积第二TMR膜620以用作第二电阻器和第三电阻器的对应示意图。图5将参考图6A-图6H进行描述。
在操作502中，在衬底602之上形成一个或多个底部引线604(示出第一底部引线)和第一介电层606，并且在第一介电层606上沉积化学-机械平面化(CMP)停止层608。一个或多个底部引线604可经历CMP工艺以减小底部引线604的表面粗糙度。
在一个实施方案中，形成两个底部引线604。在这种实施方案中，第二底部引线(未示出)可沿z方向设置在第一底部引线604后面，并且沿x方向从第一底部引线604偏移。虽然仅示出第一底部引线604，但可包括一个或多个底部引线604。
在操作504中，第一TMR膜610或TMR膜A沉积在一个或多个底部引线604和第一CMP停止层608之上，如在图6A中示出为单层。第一TMR膜610包括多个层。在一些实施方案中，第一TMR膜610是图2和图3C的第一TMR膜220。第一TMR膜610包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的基准层的磁化方向正交于自由层的磁化方向。
在操作506中，铣削第一TMR膜610，使得第一TMR层610设置在第一底部引线604和第二底部引线(未示出)上以形成第一电阻器(R1)和第四电阻器(R4)，统称为R1/R4 612，并且沉积第二介电层612，如图6B所示。在蚀刻之后，第一TMR层610沿x方向的长度小于一个或多个底部引线604中的每个底部引线的长度。为了蚀刻第一TMR膜610，将第一光致抗蚀剂630沉积在第一TMR膜610的与一个或多个底部引线604对准的第一部分632之上。可将第一光致抗蚀剂630沉积为单层，并且然后将第一光致抗蚀剂630的设置在第一部分632之外的区段移除。选择第一光致抗蚀剂630沿x方向和z方向的长度和宽度以限定第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612沿x方向和z方向的长度和宽度。第一光致抗蚀剂630具有小于一个或多个底部引线604中的每个底部引线的宽度。
设置在第一部分632之外的第一TMR膜610在精确控制下进行铣削，以在不移除第二介电层616的情况下将任何过量的第一TMR膜610移除。设置在第一部分632中的剩余第一TMR膜610由第一光致抗蚀剂630保护。剩余第一TMR膜610形成第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612。第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612可分别为图1的第一电阻器104和第四电阻器110，或者分别为图2的第一电阻器202和第四电阻器208。然后将第二介电层616重新填充或沉积在剩余第一TMR膜610周围。然后将第一光致抗蚀剂630剥去和移除。第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612沿x方向和z方向具有与第一光致抗蚀剂630相同的长度和宽度。
在操作508中，在第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612之上以及在第二介电层616之上制造一个或多个中间引线614(示出第一中间引线614a和第二中间引线614b)。第一中间引线614a和第四中间引线(未示出)形成第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612的顶部引线，而第二中间引线614b和第三中间引线形成第二电阻器和第三电阻器(R2/R3)的底部引线(在图6E-图6H中描述和示出)。
在一个实施方案中，形成四个中间引线614。在这种实施方案中，第三中间引线(未示出)可沿z方向设置在第一中间引线614a后面，并且第四中间引线(未示出)可沿z方向设置在第二中间引线614b后面。第四中间引线(未示出)形成用于第一电阻器或第四电阻器R1/R4 612的顶部引线，而第三中间引线(未示出)形成用于第二电阻器或第三电阻器(R2/R3)的底部引线。虽然仅示出第一中间引线614a和第二中间引线614b，但可包括一个或多个中间引线614。
为了形成中间引线614，首先将中间引线614沉积为单层，并且将第二光致抗蚀剂642沉积在第二部分644以及与第二部分644间隔开的第三部分646上方。可将第二光致抗蚀剂642沉积为单层，并且然后将第二光致抗蚀剂642的设置在第二部分644和第三部分646之外的区段移除。选择第二光致抗蚀剂642沿x方向和z方向的长度和宽度以限定中间引线614沿x方向和z方向的长度和宽度。第二部分644设置在第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612上方，而第三部分646与将形成第二电阻器和第三电阻器R2/R3的位置对准(在图6E-图6H中描述和示出)。
然后在精确控制下铣削中间引线层，使得将中间引线层的设置在第二部分644和第三部分646之外的部分移除。然后重新填充第二介电层616，使得第二介电层616沿y方向和z方向具有与中间引线614相同的厚度和宽度。然后将第二CMP停止层618沉积在第二介电层616上，并且将第二光致抗蚀剂642移除。一个或多个中间引线614可经历CMP工艺以减小中间引线614的表面粗糙度。
在操作510中，第二TMR膜620或TMR膜B沉积在中间引线614和第二CMP停止层618之上，如在图6D中示出为单层。第二TMR膜620包括多个层。在一些实施方案中，第二TMR膜620是图2和图4C的第二TMR膜230。第二TMR膜620包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的基准层的磁化方向正交于自由层的磁化方向并且与第一TMR膜610的基准层的磁化方向相反。
在操作512中，在准确控制下铣削第二TMR膜620，使得第二TMR膜620设置在第二中间引线614b和第三中间引线(未示出)上以形成第二电阻器(R2)和第三电阻器(R3)，统称为R2/R3 622，并且沉积第三介电层624，如图6E所示。第二电阻器和第三电阻器R2/R3 624可分别为图1的第二电阻器106和第三电阻器108，或者分别为图2的第二电阻器204和第三电阻器206。第二TMR膜620沿x方向的长度小于第二中间引线614b的长度。为了蚀刻第二TMR膜620，将第三光致抗蚀剂634沉积在第二TMR膜620的第四部分636和第五部分638之上。可将第三光致抗蚀剂634沉积为单层，并且然后将第三光致抗蚀剂634的设置在第四部分636和第五部分638之外的区段移除。
选择第四部分636中的第三光致抗蚀剂634沿x方向和z方向的长度和宽度以限定第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622沿x方向和z方向的长度和宽度。第四部分636设置在第二中间引线614b和第三中间引线(未示出)上方，而第五部分638设置在第一中间引线614a和第四中间引线(未示出)上。第四部分636中的第三光致抗蚀剂634具有小于第二中间引线614b的宽度。第二中间引线614b和第三中间引线充当第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622的底部引线。
铣削和蚀刻掉设置在第四部分636和第五部分638之外的第二TMR膜620以移除任何过量的第二TMR膜620。设置在第四部分636和第五部分638中的剩余第二TMR膜620由第三光致抗蚀剂634保护。设置在第四部分636中的剩余第二TMR膜620形成第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622。然后围绕第三光致抗蚀剂634沉积第三介电层624。然后将第三光致抗蚀剂634剥去和移除。第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622沿x方向和z方向具有与第三光致抗蚀剂634相同的长度和宽度。
在一个实施方案中，在操作504中沉积第二TMR膜620以形成第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612，并且在操作510中沉积第一TMR膜610以形成第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622。
在操作514中，通过将第四光致抗蚀剂626沉积在第二电阻器和第三电阻器R2/R3622之上和设置在第六部分640之外的第三介电层624上来打开设置在第一中间引线614a和第四中间引线上方的第六部分640(即，将第四光致抗蚀剂626沉积在除第六部分640内之外的整个表面上)。可将第四光致抗蚀剂626沉积为单层，并且然后将第四光致抗蚀剂626的设置在第六部分640中的区段移除。
在操作516中，铣削和蚀刻第二TMR膜620的设置在第一中间引线614a和第四中间引线上的部分，并且将第四光致抗蚀剂626剥离和移除。因此，第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622是第二TMR膜620的唯一剩余部分。第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622沿y方向和x方向两者均与第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612不对准。这样，第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622与第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612设置在不同平面中。第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622的平面沿y方向设置成比第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612的平面高达中间引线614的高度。第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622可沿x方向、y方向和z方向与第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612具有相同长度、宽度和高度。
在操作518中，在R1/R4 612和R2/R3 622之上制造一个或多个顶部引线628。例如，第一顶部引线628a和第四顶部引线制造在第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612之上、第一中间引线614a和第四中间引线上，并且第二顶部引线628b和第三顶部引线制造在第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622上。在一个实施方案中，顶部引线628沉积在四个电阻器中的每个电阻器之上，使得四个电阻器中的每个电阻器包括单个底部引线604或中间引线614和顶部引线628。
一个或多个顶部引线可通过将第五光致抗蚀剂650作为单层沉积在第三介电层624上并且将第五光致抗蚀剂650从与中间引线614对准的第七部分654移除来制造。这样，第五光致抗蚀剂在第八部分652上保持与中间引线614未对准。然后将顶部引线628沉积在与中间引线614对准的第七部分654中，并且将第五光致抗蚀剂650剥离和移除。第七部分654以及因此顶部引线628可沿x方向具有与中间引线614相同的长度。
在操作520中，执行金(Au)焊盘制造工艺，并且TMR传感器设备或磁性传感器形成工艺完成。Au焊盘制造工艺可包括Au晶种沉积、光图案化、Au电镀工艺、光致抗蚀剂剥离和Au晶种铣削工艺。
图7A示出了根据另一个实施方案的包括四个TMR电阻器702、704、706、708的TMR传感器设备700或惠斯通电桥。图7B示出了根据一个实施方案的包括四个TMR电阻器阵列752、754、756、758的TMR传感器设备750或惠斯通电桥。TMR传感器设备700、750可使用方法500来形成。
在TMR传感器设备700中，第一电阻器702和第四电阻器708包括第一TMR膜220，而第二电阻器704和第三电阻器706包括第二TMR膜230。
第一TMR电阻器702可为图1的第一电阻器104或图2的第一电阻器202。
第二TMR电阻器704可为图1的第二电阻器106或图2的第二电阻器204。
第三TMR电阻器706可为图1的第三电阻器108或图2的第三电阻器206。
第四TMR电阻器708可为图1的第四电阻器110或图2的第四电阻器208。
TMR传感器设备750包括第一电阻器阵列752、第二电阻器阵列754、第三电阻器阵列756和第四电阻器阵列758。电阻器阵列752、754、756、758中的每个电阻器阵列包括串联耦接的多个电阻器。为了形成TMR传感器设备750，该方法还包括：图案化形成串联有指定几何结构、形状和数量的电阻器的四个电阻器阵列752、754、756、758；在串联有由第一TMR膜制成的电阻器的两个电阻器阵列之上形成顶部引线，以形成第一电阻器阵列752和第四电阻器阵列758；以及在串联有由第二TMR膜制成的电阻器的两个电阻器阵列之上形成顶部引线，以形成第二电阻器阵列754和第三电阻器阵列756。因此，第一电阻器阵列752和第四电阻器阵列758的电阻器中的每个电阻器由第一TMR膜构成，并且第二电阻器阵列754和第三电阻器阵列756的电阻器中的每个电阻器由第二TMR膜构成。
四个电阻器阵列752、754、756、758中的每个电阻器阵列中的电阻器的数量可被选取成具有奇数个列和偶数个行，使得顶部引线与阵列752、754、756、758的端部电阻器直接接触以避免形成用于顶部引线触点的通孔。第一电阻器阵列752、第二电阻器阵列754、第三电阻器阵列756和第四电阻器阵列758设置在相同平面中。第一电阻器阵列752相邻于第二电阻器阵列754和第三电阻器阵列756，第二电阻器阵列754相邻于第一电阻器阵列752和第四电阻器阵列758，第三电阻器阵列756相邻于第一电阻器阵列752和第四电阻器阵列758，并且第四电阻器阵列758相邻于第二电阻器阵列754和第三电阻器阵列756。
因此，利用具有由两种不同TMR膜构成的四个电阻器的上述TMR传感器设备或惠斯通电桥设计导致磁性传感器以最大效率以及在磁阻的全范围内操作，因此从而实现最大输出电压。通过使用第一TMR膜用于第一电阻器和第四电阻器并且使用第二TMR膜用于第二电阻器和第三电阻器，TMR传感器设备或惠斯通电桥特性差分输出以最大灵敏度得以实现和满足。此外，由于第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622设置在与第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612不同的平面中，因此第二电阻器和第三电阻器R2/R3 622可在与第一电阻器和第四电阻器R1/R4 612不同的时间处进行热偏置。
在一个实施方案中，TMR传感器用于作为单轴传感器操作的相机中。这种传感器的示例见于美国专利申请公布：2019/0020822 A1中，该专利申请公布以引用方式并入本文。然而，预期TMR传感器可用作二维或甚至三维传感器。另外，预期TMR传感器可集成并用于除了相机之外的惯性测量单元技术中，诸如可穿戴装置、罗盘和MEMS装置。此外，TMR传感器可作为位置传感器、桥角传感器、磁开关、电流传感器或它们的组合来操作。TMR传感器可用于通过使用TMR传感器作为位置和角度传感器来聚焦相机，诸如智能电话相机。另外，TMR传感器在汽车工业中也可作为开关、电流和角度传感器来替代电流霍尔、各向异性磁电阻(AMR)和巨磁电阻(GMR)传感器。TMR传感器也可在无人机和机器人工业中用作位置和角度传感器。医疗装置也可利用TMR传感器来对输注系统进行流量控制，还可以使用内窥镜相机传感器等。因此，本文所讨论的TMR传感器具有远远超出智能电话相机的应用，并且因此不应限于用作智能电话相机的传感器。此外，TMR传感器不需要布置成惠斯通电桥布置，而是能够以任何数量的方式布置。
在一个实施方案中，TMR传感器设备包括：第一TMR电阻器，该第一TMR电阻器包括第一TMR膜，该第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的第一基准层的磁化方向正交于第一自由层的磁化方向；第二TMR电阻器，该第二TMR电阻器包括第二TMR膜，该第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的第二基准层的磁化方向正交于第二自由层的磁化方向并且与该第一TMR膜的该第一基准层的该磁化方向相反；第三TMR电阻器，该第三TMR电阻器包括第二TMR膜；和第四TMR电阻器，该第四TMR电阻器包括该第一TMR膜，其中该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器设置在第一平面中，并且该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器设置在不同于该第一平面的第二平面中。
该第一TMR电阻器相邻于该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器，该第二TMR电阻器相邻于该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器，该第三TMR电阻器相邻于该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器，并且该第四TMR电阻器相邻于该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器。该第一TMR膜的该第一基准层的磁化方向与该第一TMR膜的第一钉扎层的磁化方向反平行。该第一TMR膜还包括第一阻挡层、第一间隔层和第一反铁磁层，并且其中该第一阻挡层设置在该第一基准层和该第一自由层之间，该第一间隔层设置在该第一基准层和该第一钉扎层之间，并且该第一反铁磁层设置成相邻于该第一钉扎层。
该第二TMR膜包括第二钉扎层和设置在该第二基准层和该第二钉扎层之间的第三钉扎层，该第二基准层的磁化方向与该第二钉扎层的磁化方向平行并且与该第三钉扎层的磁化方向反平行。该第二TMR膜还包括第二阻挡层、第二间隔层、第三间隔层和第二反铁磁层，并且其中该第二阻挡层设置在该第二基准层和该第二自由层之间，该第二间隔层设置在该第二基准层和该第三钉扎层之间，该第三间隔层设置在第三钉扎层膜和该第二钉扎层之间，并且该第二反铁磁层设置成相邻于该第二钉扎层。该第一TMR膜的该第一基准层包括厚度介于约20埃和约30埃之间的Co/CoFe/Co多层叠堆，并且其中该第二TMR膜的该第二基准层包括厚度介于约20埃和约30埃之间的Co/CoFe/Co多层叠堆。
在另一个实施方案中，制造包括第一TMR电阻器、第二TMR电阻器、第三TMR电阻器和第四TMR电阻器的TMR传感器设备的方法包括：在第一介电层中形成第一底部引线和第二底部引线；在该第一底部引线和该第二底部引线以及该第一介电层之上沉积第一TMR膜；通过将该第一TMR膜的设置在该第一介电层之上的一个或多个第一部分移除来由该第一TMR膜形成该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器；形成多个中间引线；在该多个中间引线之上沉积第二TMR膜，该第二TMR膜不同于该第一TMR膜；通过将该第二TMR膜的设置在该第一TMR电阻器和该第二TMR电阻器之上的一个或多个第一部分移除来由该第二TMR膜形成该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器；和形成多个顶部引线。
该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器设置在第一平面中，并且该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器设置在不同于该第一平面的第二平面中。该第一TMR电阻器相邻于该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器，该第二TMR电阻器相邻于该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器，该第三TMR电阻器相邻于该第一TMR电阻器和该第四TMR电阻器，并且该第四TMR电阻器相邻于该第二TMR电阻器和该第三TMR电阻器。该第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的第一基准层的磁化方向正交于第一自由层的磁化方向。该第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的第二基准层的磁化方向正交于第二自由层的磁化方向并且与该第一TMR膜的该第一基准层的该磁化方向相反。
该第一TMR膜的该第一基准层的磁化方向与该第一TMR膜的第一钉扎层的磁化方向反平行。该第二TMR膜还包括第二钉扎层和设置在该第二基准层和该第二钉扎层之间的第三钉扎层，该第二基准层的磁化方向与该第二钉扎层的磁化方向平行并且与该第三钉扎层的磁化方向反平行。该多个中间引线包括第一中间引线、第二中间引线、第三中间引线和第四中间引线，并且其中该第一中间引线是用于该第一TMR电阻器的顶部引线，该第二中间引线是用于该第二TMR电阻器的底部引线，第三中间引线是用于该第三TMR电阻器的底部引线，并且第四中间引线是用于所述第四TMR电阻器的顶部引线。第一顶部引线设置在该第一中间引线上，第二顶部引线设置在该第二TMR电阻器上，第三顶部引线设置在该第三TMR电阻器上，并且第四顶部引线设置在该第四中间引线上。
在另一个实施方案中，制造TMR传感器设备的方法包括：形成第一底部引线和第二底部引线；在该第一底部引线和该第二底部引线之上沉积第一TMR膜，该第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，该合成反铁磁钉扎层的第一基准层的磁化方向正交于第一自由层的磁化方向；在该第一TMR膜的设置在该第一底部引线和该第二底部引线上的第一部分之上沉积第一光致抗蚀剂；蚀刻该第一TMR膜的第二部分以暴露第一介电层；移除该第一光致抗蚀剂；在该第一TMR膜和该第一底部引线之上形成第一中间引线，在该第一介电层上相邻于该第一中间引线形成第二中间引线，在该第一介电层上相邻于该第一中间引线形成第三中间引线并且在该第一TMR膜和该第二底部引线之上形成第四中间引线；在该第一中间引线、该第二中间引线、该第三中间引线和该第四中间引线之上沉积第二TMR膜，该第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，该双合成反铁磁钉扎层的第二基准层的磁化方向正交于第二自由层的磁化方向并且与该第一TMR膜的该第一基准层的该磁化方向相反；在该第二TMR膜的设置在该第二中间引线和该第三中间引线之上的第一部分之上沉积第二光致抗蚀剂；蚀刻该第二TMR膜的第二部分以暴露该第一中间引线和该第四中间引线；移除该第二光致抗蚀剂；和在该第一中间引线之上形成第一顶部引线，在该第二TMR膜和该第二中间引线之上形成第二顶部引线，在该第二TMR膜和该第三中间引线之上形成第三顶部引线并且在该第四中间引线之上形成第四顶部引线。
该第一底部引线、该第一TMR膜和该第一中间引线形成第一电阻器，该第二底部引线、该第一TMR膜和该第四中间引线形成第四电阻器，该第二中间引线、该第二TMR膜和该第二顶部引线形成第二电阻器，并且该第三中间引线、该第二TMR膜和该第三顶部引线形成第三电阻器。该第一电阻器和该第四电阻器设置在第一平面中，并且该第二电阻器和该第三电阻器设置在不同于该第一平面的第二平面中。该第一电阻器、该第二电阻器、该第三电阻器和该第四电阻器是TMR电阻器。该第一TMR膜的该第一基准层的磁化方向与该第一TMR膜的第一钉扎层的磁化方向反平行。该第二TMR膜还包括第二钉扎层和设置在该第二基准层和该第二钉扎层之间的第三钉扎层，该第二基准层的磁化方向与该第二钉扎层的磁化方向平行并且与该第三钉扎层的磁化方向反平行。
该第一电阻器相邻于该第二电阻器和该第三电阻器，该第二电阻器相邻于该第一电阻器和该第四电阻器，该第三电阻器相邻于该第一电阻器和该第四电阻器，并且该第四电阻器相邻于该第二电阻器和该第三电阻器。该第一电阻器的长度小于该第一中间引线，该第二电阻器的长度小于该第二中间引线，该第三电阻器的长度小于该第三中间引线，并且该第四电阻器的长度小于该第四中间引线。该第一TMR膜的该第一部分和该第二TMR膜的该第一部分的尺寸相等。
虽然前述内容针对本公开的实施方案，但是可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设想本公开的其他和另外的实施方案，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种隧穿磁阻(TMR)传感器设备，所述TMR传感器设备包括：
第一TMR电阻器，所述第一TMR电阻器包括第一TMR膜，所述第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，所述合成反铁磁钉扎层的第一基准层的磁化方向正交于第一自由层的磁化方向；
第二TMR电阻器，所述第二TMR电阻器包括第二TMR膜，所述第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，所述双合成反铁磁钉扎层的第二基准层的磁化方向正交于第二自由层的磁化方向并且与所述第一TMR膜的所述第一基准层的所述磁化方向相反；
第三TMR电阻器，所述第三TMR电阻器包括所述第二TMR膜；和
第四TMR电阻器，所述第四TMR电阻器包括所述第一TMR膜，其中所述第一TMR电阻器和所述第四TMR电阻器设置在第一平面中，并且所述第二TMR电阻器和所述第三TMR电阻器设置在不同于所述第一平面的第二平面中。
2.根据权利要求1所述的TMR传感器设备，其中，所述第一TMR电阻器与所述第二TMR电阻器和所述第三TMR电阻器相邻，所述第二TMR电阻器与所述第一TMR电阻器和所述第四TMR电阻器相邻，所述第三TMR电阻器与所述第一TMR电阻器和所述第四TMR电阻器相邻，并且所述第四TMR电阻器与所述第二TMR电阻器和所述第三TMR电阻器相邻。
3.根据权利要求1所述的TMR传感器设备，其中，所述第一TMR膜的所述第一基准层的磁化方向与所述第一TMR膜的第一钉扎层的磁化方向反平行。
4.根据权利要求3所述的TMR传感器设备，其中，所述第一TMR膜还包括第一阻挡层、第一间隔层和第一反铁磁层，并且其中所述第一阻挡层设置在所述第一基准层和所述第一自由层之间，所述第一间隔层设置在所述第一基准层和所述第一钉扎层之间，并且所述第一反铁磁层设置成与所述第一钉扎层相邻。
5.根据权利要求1所述的TMR传感器设备，其中，所述第二TMR膜还包括第二钉扎层和设置在所述第二基准层和所述第二钉扎层之间的第三钉扎层，所述第二基准层的磁化方向与所述第二钉扎层的磁化方向平行并且与所述第三钉扎层的磁化方向反平行。
6.根据权利要求5所述的TMR传感器设备，其中，所述第二TMR膜还包括第二阻挡层、第二间隔层、第三间隔层和第二反铁磁层，并且其中所述第二阻挡层设置在所述第二基准层和所述第二自由层之间，所述第二间隔层设置在所述第二基准层和所述第三钉扎层之间，所述第三间隔层设置在所述第二钉扎层和所述第三钉扎层之间，并且所述第二反铁磁层设置成与所述第二钉扎层相邻。
7.根据权利要求1所述的TMR传感器设备，其中，所述第一TMR膜的所述第一基准层包括厚度介于约20埃和约30埃之间的Co/CoFe/Co多层叠堆，并且其中所述第二TMR膜的所述第二基准层包括厚度介于约20埃和约30埃之间的Co/CoFe/Co多层叠堆。
8.一种制造包括第一TMR电阻器、第二TMR电阻器、第三TMR电阻器和第四TMR电阻器的TMR传感器设备的方法，所述方法包括：
在第一介电层中形成第一底部引线和第二底部引线；
在所述第一底部引线和所述第二底部引线以及所述第一介电层之上沉积第一TMR膜；
通过将所述第一TMR膜的设置在所述第一介电层之上的一个或多个第一部分移除来由所述第一TMR膜形成所述第一TMR电阻器和所述第四TMR电阻器；
形成多个中间引线；
在所述多个中间引线之上沉积第二TMR膜，所述第二TMR膜不同于所述第一TMR膜；
通过将所述第二TMR膜的设置在所述第一TMR电阻器和所述第二TMR电阻器之上的一个或多个第一部分移除来由所述第二TMR膜形成所述第二TMR电阻器和所述第三TMR电阻器；以及
形成多个顶部引线。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一TMR电阻器和所述第四TMR电阻器设置在第一平面中，并且所述第二TMR电阻器和所述第三TMR电阻器设置在不同于所述第一平面的第二平面中，并且
其中所述第一TMR电阻器与所述第二TMR电阻器和所述第三TMR电阻器相邻，所述第二TMR电阻器与所述第一TMR电阻器和所述第四TMR电阻器相邻，所述第三TMR电阻器与所述第一TMR电阻器和所述第四TMR电阻器相邻，并且所述第四TMR电阻器与所述第二TMR电阻器和所述第三TMR电阻器相邻。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，所述合成反铁磁钉扎层的第一基准层的磁化方向正交于第一自由层的磁化方向，并且
其中所述第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，所述双合成反铁磁钉扎层的第二基准层的磁化方向正交于第二自由层的磁化方向并且与所述第一TMR膜的所述第一基准层的所述磁化方向相反。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一TMR膜的第一基准层的磁化方向与所述第一TMR膜的第一钉扎层的磁化方向反平行，并且
其中所述第二TMR膜还包括第二钉扎层和设置在所述第二基准层和所述第二钉扎层之间的第三钉扎层，所述第二基准层的磁化方向与所述第二钉扎层的磁化方向平行并且与所述第三钉扎层的磁化方向反平行。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个中间引线包括第一中间引线、第二中间引线、第三中间引线和第四中间引线，并且其中所述第一中间引线是用于所述第一TMR电阻器的顶部引线，所述第二中间引线是用于所述第二TMR电阻器的底部引线，第三中间引线是用于所述第三TMR电阻器的底部引线，并且第四中间引线是用于所述第四TMR电阻器的顶部引线。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，第一顶部引线设置在所述第一中间引线上，第二顶部引线设置在所述第二TMR电阻器上，第三顶部引线设置在所述第三TMR电阻器上，并且第四顶部引线设置在所述第四中间引线上。
14.一种制造TMR传感器设备的方法，所述方法包括：
形成第一底部引线和第二底部引线；
在所述第一底部引线和所述第二底部引线之上沉积第一TMR膜，所述第一TMR膜包括合成反铁磁钉扎层，所述合成反铁磁钉扎层的第一基准层的磁化方向正交于第一自由层的磁化方向；
在所述第一TMR膜的设置在所述第一底部引线和所述第二底部引线上的第一部分之上沉积第一光致抗蚀剂；
蚀刻所述第一TMR膜的第二部分以暴露第一介电层；
移除所述第一光致抗蚀剂；
在所述第一TMR膜和所述第一底部引线之上形成第一中间引线，在所述第一介电层上与所述第一中间引线相邻地形成第二中间引线，在所述第一介电层上与所述第一中间引线相邻地形成第三中间引线，并且在所述第一TMR膜和所述第二底部引线之上形成第四中间引线；
在所述第一中间引线、所述第二中间引线、所述第三中间引线和所述第四中间引线之上沉积第二TMR膜，所述第二TMR膜包括双合成反铁磁钉扎层，所述双合成反铁磁钉扎层的第二基准层的磁化方向正交于第二自由层的磁化方向并且与所述第一TMR膜的所述第一基准层的所述磁化方向相反；
在所述第二TMR膜的设置在所述第二中间引线和所述第三中间引线之上的第一部分之上沉积第二光致抗蚀剂；
蚀刻所述第二TMR膜的第二部分以暴露所述第一中间引线和所述第四中间引线；
移除所述第二光致抗蚀剂；以及
在所述第一中间引线之上形成第一顶部引线，在所述第二TMR膜和所述第二中间引线之上形成第二顶部引线，在所述第二TMR膜和所述第三中间引线之上形成第三顶部引线，并且在所述第四中间引线之上形成第四顶部引线。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一底部引线、所述第一TMR膜和所述第一中间引线形成第一电阻器，
其中所述第二底部引线、所述第一TMR膜和所述第四中间引线形成第四电阻器，
其中所述第二中间引线、所述第二TMR膜和所述第二顶部引线形成第二电阻器，并且
其中所述第三中间引线、所述第二TMR膜和所述第三顶部引线形成第三电阻器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一电阻器和所述第四电阻器设置在第一平面中，并且所述第二电阻器和所述第三电阻器设置在不同于所述第一平面的第二平面中。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一电阻器、所述第二电阻器、所述第三电阻器和所述第四电阻器是TMR电阻器。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一TMR膜的所述第一基准层的磁化方向与所述第一TMR膜的第一钉扎层的磁化方向反平行，
其中所述第二TMR膜还包括第二钉扎层和设置在所述第二基准层和所述第二钉扎层之间的第三钉扎层，所述第二基准层的磁化方向与所述第二钉扎层的磁化方向平行并且与所述第三钉扎层的磁化方向反平行，并且
其中所述第一电阻器与所述第二电阻器和所述第三电阻器相邻，所述第二电阻器与所述第一电阻器和所述第四电阻器相邻，所述第三电阻器与所述第一电阻器和所述第四电阻器相邻，并且所述第四电阻器与所述第二电阻器和所述第三电阻器相邻。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一电阻器的长度小于所述第一中间引线，所述第二电阻器的长度小于所述第二中间引线，所述第三电阻器的长度小于所述第三中间引线，并且所述第四电阻器的长度小于所述第四中间引线。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一TMR膜的所述第一部分和所述第二TMR膜的所述第一部分的尺寸相等。
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