DE102005047414A1 - Magnetoresistives Sensormodul und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Magnetoresistives Sensormodul und Verfahren zum Herstellen desselben Download PDF

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Abstract

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls (100) wird zunächst eine Verbundanordnung aus einem Halbleitersubstrat (102) und einer Metall-Isolator-Anordnung (108) bereitgestellt, wobei eine Halbleiterschaltungsanordnung (104) angrenzend an eine Hauptoberfläche (102a) des Halbleitersubstrats (102) in dasselbe integriert ist, wobei die Metall-Isolator-Anordnung an der Hauptoberfläche (102a) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist und eine strukturierte Metalllage (108a) und ein Isolationsmaterial (108b), das die strukturierte Metalllage (108a) zumindest teilweise umgibt, aufweist, wobei die strukturierte Metalllage (108a) elektrisch mit der Halbleiterschaltungsanordnung (104) verbunden ist. Daraufhin wird eine magnetoresistive Sensorstruktur auf eine Oberfläche des Isolationsmaterials (108b) der Verbundanordnung aufgebracht und schließlich eine elektrische Verbindung zwischen der magnetoresistiven Sensorstruktur (110) und der strukturierten Metalllage (108a) hergestellt, so dass die magnetoresistive Sensorstruktur (110) mit der integrierten Schaltungsanordnung (104) verbunden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetoresistive Sensormodule und insbesondere auf eine Vorgehensweise zum Herstellen von magnetoresistiven Sensormodulen vorzugsweise mit einer Vielzahl von einzelnen magnetoresistiven Sensorelementen zur Erfassung und Auswertung externer Magnetfelder.
  • Sensoren, die magnetische oder magnetisch codierte Informationen in ein elektrisches Signal umwandeln, spielen in der heutigen Technik eine immer größere Rolle. Sie kommen in allen Bereichen der Technik zur Anwendung, in denen das magnetische Feld als Informationsträger dienen kann, also z.B. in der Fahrzeugtechnik, im Maschinenbau/Robotik, der Medizintechnik, der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung und in der Mikrosystemtechnik. Mit Hilfe solcher Sensoren werden eine Vielzahl von unterschiedlichen mechanischen Parametern erfasst, wie z.B. Position, Geschwindigkeit, Winkelstellung, Drehzahl, Beschleunigung usw., aber auch Stromfluss, Verschleiß oder Korrosion können gemessen werden.
  • Zur Erfassung und Auswertung von magnetischen oder magnetisch codierten Informationen werden in der Technik immer mehr magnetoresistive Bauelemente bzw. Sensorelemente eingesetzt. Magnetoresistive Bauelemente, die als Einzelelemente oder auch in Form einer Mehrzahl von verschalteten Einzelelementen angeordnet sein können, kommen heutzutage bei zahlreichen Anwendungen zur berührungslosen Positions- und/oder Bewegungserfassung eines Geberobjekts bezüglich einer Sensoranordnung insbesondere in der Automobiltechnik, wie z.B. für ABS-Systeme, Systeme zur Traktionskontrolle, usw. immer stärker zur Anwendung. Zu diesem Zweck werden häufig Drehwinkelsensoren auf der Basis von magnetoresistiven Elementen bzw. Strukturen, die im Folgenden allgemein als xMR-Strukturen bezeich net werden, verwendet. Unter den Begriff "xMR-Struktur" sollen in der folgenden Beschreibung alle bekannten magnetoresistiven Strukturen fallen, wie z.B. AMR-Strukturen (AMR = Anisotropic Magnetoresistance = anisotroper Magnetwiderstand), GMR-Strukturen (GMR = Giant Magnetoresistance = Riesenmagnetwiderstand), CMR-Strukturen (CMR = Colossal Magnetoresistance = kollossaler Magnetwiderstand), TMR-Strukturen (TMR = Tunnel Magnetoresistance = Tunnelmagnetwiderstand) oder EMR-Strukturen (EMR = Extraordinary Magnetoresistance = außeordentlicher Magnetwiderstand). In technischen Anwendungen von GMR-Sensoranordnungen werden heute vorzugsweise sogenannte Spin-Valve-Strukturen (Spinn-Ventil-Strukturen) verwendet, wie sie beispielsweise in 5a–c dargestellt ist.
  • Im Folgenden wird nun zunächst allgemein kurz auf GMR-Strukturen eingegangen. GMR-Strukturen werden fast immer in einer sog. CIP-Konfiguration (CIP = Current-In-Plane) betrieben, d.h. der angelegte Strom fließt parallel zur Lagenstruktur. Bei den GMR-Strukturen gibt es einige grundlegende Typen, die sich in der Praxis durchgesetzt haben. In der Praxis, z.B. beim Einsatz in der Automobiltechnik, sind vor allem große Temperaturfenster, beispielsweise von –40°C bis +150°C, und kleine Feldstärken von wenigen kA/m für einen optimalen und sicheren Betrieb notwendig. Die für den praktischen Einsatz wichtigsten GMR-Strukturen sind in den 5a–c dargestellt.
  • Die in 5a dargestellte GMR-Struktur zeigt den Fall eines gekoppelten GMR-Systems 500, bei dem zwei magnetische Schichten 502, 506, z.B. aus Kobalt (Co), durch eine nichtmagnetische Schicht 504, z.B. aus Kupfer (Cu), getrennt sind. Die Dicke der nicht-magnetischen Schicht 504 wird dabei so gewählt, dass sich ohne ein anliegendes Magnetfeld eine antiferromagnetische Kopplung der weichmagnetischen Schichten 502, 506 einstellt. Dies soll durch die dargestellten Pfeile verdeutlicht werden. Ein äußeres Feld erzwingt dann die parallele Ausrichtung der Magnetisierung der weichmagnetischen Schichten 502, 506, wodurch der Widerstandswert der GMR-Struktur abnimmt.
  • Die in 5b dargestellte GMR-Struktur zeigt ein Spin-Valve-System 501, bei dem die nicht-magnetische Schicht 504 so dick gewählt ist, dass keine Kopplung der weichmagnetischen Schichten 502, 506 mehr zustande kommt. Die untere magnetische Schicht 50b ist stark an eine antiferromagnetische Schicht 508 gekoppelt, so dass sie magnetisch hart ist (vergleichbar zu einem Permanentmagneten). Die obere magnetische Schicht 502 ist weichmagnetisch und dient als Messschicht. Sie kann bereits durch ein kleines äußeres Magnetfeld M ummagnetisiert werden, wodurch sich der Widerstandswert R ändert.
  • Im folgenden wird nun näher auf die in 5b dargestellte Spin-Valve-Anordnung 501 eingegangen. Eine solche Spin-Valve-Struktur 501 besteht also aus einer weichmagnetischen Schicht 502, die durch eine nicht-magnetische Schicht 504 von einer zweiten weichmagnetischen Schicht 506 getrennt ist, deren Magnetisierungsrichtung aber durch die Kopplung an eine antiferromagnetische Schicht 508 mittels der sogenannten „Exchange-Bias-Wechselwirkung" festgehalten wird. Die prinzipielle Funktionsweise einer Spin-Valve-Struktur kann mittels der Magnetisierungs- und R(H)-Kurve in 5b verdeutlicht werden. Die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 506 wird in negativer Richtung festgehalten. Wird nun das äußere Magnetfeld M von negativen zu positiven Werten erhöht, so schaltet in der Nähe des Nulldurchgangs (H = 0) die „freie", weichmagnetische Schicht 502 um und der Widerstandswert R steigt steil an. Der Widerstandswert R bleibt dann solange hoch, bis das äußere Magnetfeld M groß genug ist, um die Austauschkopplung zwischen der weichmagnetischen Schicht 506 und der antiferromagnetischen Schicht 508 zu überwinden und auch die magnetische Schicht 506 umzuschalten.
  • Die in 5c dargestellte GMR-Struktur 501 unterscheidet sich von der in 5b dargestellten GMR-Struktur darin, dass hier die untere antiferromagnetische Schicht 508 eine Kombination aus einem natürlichen Antiferromagneten 510 und einem darüber befindlichen künstlichen Antiferromagneten 506, 507, 509 ("synthetic antiferromagnet", SAF) ersetzt ist, der sich aus der magnetischen Schicht 506, einer ferromagnetischen Schicht 507 und einer dazwischen befindlichen nichtmagnetischen Schicht 509 zusammensetzt. Auf diese Weise wird die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 506 festgehalten. Die obere, weichmagnetische Schicht 502 dient wiederum als Messschicht, deren Magnetisierungsrichtung leicht durch ein äußeres Magnetfeld M gedreht werden kann. Der Vorteil der Verwendung Der Kombination aus natürlichem und künstlichem Antiferromagneten im Vergleich zum Aufbau gemäß 5b ist dabei die größere Feld- und Temperaturstabilität.
  • Im folgenden wird nun allgemein auf sog. TMR-Strukturen eingegangen. Für TMR-Strukturen ist das Anwendungsspektrum demjenigen von GMR-Strukturen sehr ähnlich. 6 zeigt nun eine typische TMR-Struktur. Der Tunnelmagnetwiderstand TMR wird in Tunnelkontakten erhalten, bei denen zwei ferromagnetische Elektroden 602, 606 durch eine dünne isolierende Tunnelbarriere 604 entkoppelt werden. Elektronen können durch diese dünne Barriere 604 zwischen den beiden Elektroden 602, 606 hindurch tunneln. Der Tunnelmagnetwiderstand beruht darauf, dass der Tunnelstrom von der relativen Orientierung der Magnetisierungsrichtung in den ferromagnetischen Elektroden abhängt.
  • Die im Vorhergehenden verschiedenen magnetoresistiven Strukturen (GMR/TMR) weisen also somit eine von einem anliegenden Magnetfeld abhängige elektrische Charakteristik auf, d.h. der spezifische Widerstand einer xMR-Struktur eines magnetoresistiven Bauelements, wird durch ein einwirkendes äußeres Magnetfeld beeinflusst.
  • Drehwinkelsensoren auf der Basis des GMR-Effekts können bei einer Brückenanordnung eine inhärente 360°-Eindeutigkeit des zu erfassenden Magnetfeldes bereitstellen und weisen eine relativ hohe Empfindlichkeit bezüglich des zu erfassenden Magnetfelds auf.
  • Um eine 360°-Erfassung mittels einer magnetoresistiven Struktur und insbesondere einer GMR/TMR-Spin-Valve-Struktur aus einer Mehrzahl von magnetoresistiven Bauelementen zu realisieren, um beispielsweise die Drehrichtung eines Rades oder einer Welle bezüglich der Sensoranordnung zu erfassen, werden beispielsweise acht magnetoresistive Bauelemente zu zwei (parallel geschalteten) Wheatstoneschen' Brückeanordnungen verschaltet, wobei eine der Brückenschaltungen Referenzmagnetisierungen aufweist, die zu denen der anderen Brückenschaltung senkrecht ausgerichtet sind. Innerhalb jeder Brückenschaltung aus vier magnetoresistiven Bauelementen sind die Referenzmagnetisierungen antiparallel angeordnet, so dass beide Brückenschaltungen zum Drehwinkel eines äußeren Magnetfeldes abhängige sinusförmige Signale, die zueinander um 90° phasenverschoben sind, liefern. Über eine arctan-Verrechnung beider Ausgangssignale, d. h. des Ausgangssignals der ersten und der zweiten Brückenschaltung, kann der Winkel über einem 360°-Bereich eindeutig bestimmt werden.
  • Die Referenzmagnetisierungen der Einzelelemente der GMR/TMR-Spin-Valve-Struktur können bis zu vier lokal unterschiedliche Richtungen aufweisen. Zur Einstellung der Referenzrichtung muss das Spin-Valve-Schichtsystem oberhalb der sogenannten "Blocking-Temperatur" (je nach eingesetztem magnetoresistivem Materialsystem) bis 400°C erwärmt und in einem lateralen Magnetfeld der gewünschten Richtung wieder abgekühlt werden. Dieser Vorgang wird auch als Konditionieren der magnetoresistiven Struktur bezeichnet. Zur Herstellung einer magnetoresistiven Sensorstruktur ist deshalb ein lokales Aufheizen der jeweiligen Einzelelemente erforderlich, ohne dass benach barte magnetoresistive Elemente während des Magnetisierungsvorgangs dabei oberhalb der Blocking-Temperatur miterwärmt werden. Eine Möglichkeit stellt dabei beispielsweise ein lokales Beleuchten mit einem Laser mit ausreichender Strahlungsenergie pro Flächeneinheit dar.
  • In 7 ist ein Prinzipschaltbild einer möglichen Verschaltung in Form einer Doppelbrückenschaltung 700 mit acht magnetoresistiven Magnetfeldsensorelementen dargestellt. Die Doppelbrückenanordnung 700 umfasst eine erste Brückenschaltungsanordnung 702 und eine zweite Brückenschaltungsanordnung 704 jeweils aus vier magnetoresistiven Einzelelementen 702a–b, 704a–b, deren Magnetisierung bezüglich der in 7 dargestellten x-Achse und y-Achse angegeben sind. Die erste Brückenschaltung 702 umfasst zwei magnetoresistive Bauelemente 702a mit einer permanenten Magnetisierung antiparallel zu der angegebenen x-Achse, und zwei magnetoresistive Bauelemente 702b mit einer permanenten Magnetisierung parallel zu der x-Achse. Die Doppelbrückenschaltungsanordnung 700 umfasst ferner eine zweite Brückenschaltung 704 die jeweils zwei magnetoresistive Bauelemente 704a mit einer permanenten Magnetisierung in der y-Richtung und zwei magnetoresistive Bauelemente 704b mit einer Permanentmagnetisierung antiparallel zu der y-Richtung aufweist. Die einzelnen magnetoresistiven Bauelemente 702a, 702b, 704a, 704b sind, wie in 7 angegeben, verschaltet, wobei die erste und zweite Brückenschaltung 702 und 704 in Parallelschaltung miteinander verbunden sind und ferner zwischen eine Versorgungsspannung und ein Massepotenzial geschaltet sind.
  • Während des Betriebs der magnetoresistiven Sensoranordnung 700 von 7 stellt die erste Brückenschaltung 702 ein Ausgangssignal Vx zwischen den beiden Mittelabgriffen der ersten Brückenschaltung bereit, wobei die zweite Brückenschaltung 704 ein Ausgangssignal VY zwischen den beiden Mittelabgriffen der zweiten magnetoresistiven Brückenschaltung bereitstellt. Die Bezug nehmend auf 7 beschriebene Verschaltung der magnetoresistiven Bauelemente 702a, b, und 704a, b ermöglicht die Erfassung eines äußeren, rotierenden Magnetfelds über einen Winkelbereich von 360°. Dabei erhält man als Funktion des rotierenden, äußeren Magnetfelds die sinusförmigen Ausgangssignale VX und VY der beiden parallel geschalteten Brückenschaltungen, wobei die beiden Ausgangssignale VX und VY dabei jeweils um einen Winkel von 90° zueinander phasenverschoben sind.
  • GMR-Sensorelemente sind also derart aufgebaut, dass mäanderförmige GMR-Strukturen die Widerstandselemente bilden, die vorzugsweise in einer Brückenschaltung verschaltet sind. Mäanderförmige Strukturen werden verwendet, um ausreichend lange, magnetoresistive Widerstandselemente bereitzustellen, so dass ausreichend hohe Widerstandsänderungen ermittelbar sind.
  • Im Stand der Technik bekannte Herstellungsprozesse für GMR/TMR-Sensorelemente umfassen dabei nur den Aufbau eines GMR/TMR-Sensorbauelements und dessen Kontaktierung. Bisher sind nur GMR- bzw. TMR-Sensorstrukturen in Form von diskreten Bauelementen bekannt. Bisher im Stand der Technik bekannte GMR/TMR-Sensorbauelemente sind dabei im Wesentlichen in normalen SMD-Gehäusen (SMD = surface mounted device) untergebrachte magnetoresistive Widerstandsstrukturen, wobei in 8a beispielsweise ein GMR-Sensorbaustein und dessen Pin-Belegung (Anschlussbelegung) gezeigt ist. In 8b ist das dazugehörige Funktionsblockdiagramm prinzipiell dargestellt. Der in 8a dargestellte Sensorbaustein ist also extern mit einer Auswerteschaltung (nicht gezeigt in 8a–b) zu koppeln.
  • Eine dem GMR-Sensorbaustein 800 extern zugeordnete elektronische Schaltung ist nun dazu erforderlich, um das Sensorausgangssignal (out +, out –) zu kalibrieren, um einerseits eine hohe Absolutgenauigkeit einer GMR-Sensoranordnung zu erhalten. Eine elektronische Schaltung ist ferner erforderlich, um das Sensorausgangssignal zu konditionieren, und darüber hin aus, um das Sensorausgangssignal in einer entsprechend verarbeiteten, digitalen oder analogen Schnittstelle zur weiteren Auswertung bereitzustellen. Eine solche zusätzliche elektronische Schaltung muss dabei beispielsweise in Form eines zweiten Bausteins auf einer Schaltungsplatine zur Verfügung gestellt werden.
  • Gemäß dem Stand der Technik ist es zwar ferner möglich, die elektronische Schaltung zum Auswerten bzw. Aufbereiten des GMR-Sensorausgangssignal auf einem zusätzlichen Halbleiterchip zu dem GMR-Sensorelement innerhalb eines Bausteingehäuses unterzubringen, wobei das GMR-Sensorelement und der Halbleiterchip beispielsweise mittels Bonddrähten miteinander verbunden sind. Diese Vorgehensweise ist aber dahingehend problematisch, dass die notwendigen Chipflächen und die Verbindung beider Chips, d.h. des GMR-Sensorelements und der elektronischen Auswertungs- und Aufbereitungsschaltung aufgrund des höheren Package-Aufwands wegen der zusätzlichen Bodungen zwischen dem GMR-Sensorelement und dem Halbleiterchip entsprechende, zusätzliche Chipkosten und Montagekosten erzeugen. Diese zusätzliche Package-Aufwand kann auch zu erhöhten parasitären Einflüssen führen, die die Sensoreigenschaften beeinträchtigen können. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass die letztendliche Sensorapplikation auf die marktüblichen Gehäuseformen zur Aufnahme und Verbindung zweier Chips, d.h. des GMR-Sensorelements und der elektronischen Auswerte- und Aufbereitungsschaltung, begrenzt ist.
    •
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine vereinfachte Vorgehensweise zur Herstellung eines magnetoresistiven Sensoranordnung zu schaffen, mit dem ein platzsparend unterzubringendes magnetoresistives Sensormodul realisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Sensormodul gemäß Patentanspruch 23 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensorelements umfasst folgende Schritte. Zunächst wird eine Verbundanordnung aus einem Halbleitersubstrat und einer Metall-Isolator-Anordnung bereitgestellt. Das Halbleitersubstrat weist angrenzend an eine Hauptoberfläche desselben eine in dem Halbleitersubstrat integrierte aktive Halbleiterschaltungsanordnung auf. Die Metall-Isolator-Anordnung ist an der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet und weist eine strukturierte Metalllage und ein Isolationsmaterial auf, das die strukturierte Metalllage zumindest teilweise umgibt, wobei die strukturierte Metalllage elektrisch mit der Halbleiterschaltungsanordnung verbunden ist.
  • Auf eine Oberfläche bzw. einen freiliegenden Bereich des Isolationsmaterials der Verbundanordnung wird nun eine magnetoresistive Struktur aufgebracht, wobei ferner eine elektrische Verbindung zwischen der magnetoresistiven Struktur und der strukturierten Metalllage hergestellt wird, so dass die magnetoresistive Struktur (über die strukturierte Metalllage) mit der integrierten Schaltungsanordnung verbunden ist.
  • Das erfindungsgemäße magnetoresistive Sensormodul umfasst eine Verbundanordnung aus einem Halbleitersubstrat und einer Metall-Isolator-Anordnung, wobei in das Halbleitersubstrat angrenzend an eine Hauptoberfläche desselben eine Halbleiterschaltungsanordnung integriert ist. Die Metall-Isolator-Anordnung ist an der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet und weist eine strukturierte Metalllage und ein Isolationsmaterial auf, das die strukturierte Metalllage zumindest teilweise umgibt, wobei die strukturierte Metalllage elektrisch mit der Halbleiterschaltungsanordnung verbunden ist. Auf einer Oberfläche bzw. einem freiliegenden Bereich des Isolationsmaterials der Verbundanordnung ist nun eine magnetoresistive Struktur aufgebracht, wobei diese mit der strukturierten Metalllage elektrisch verbunden ist, so dass die magnetoresistive Struktur mit der integrierten Schaltungsanordnung elektrisch verbunden ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein magnetoresistives Sensorbauelement und insbesondere ein GMR/TMR-Sensormodul erhalten werden kann, indem der Herstellungsprozess für eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat, wie z.B. einem Halbleiterwafer, dahingehend erweitert wird, dass zusätzlich zu den integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen in dem Halbleitersubstrat und einem darauf angeordneten Metall-Isolator-Schichtstapel eine magnetoresistive Schichtstruktur (xMR-Struktur) auf einem nach außen freiliegenden Bereich des Isolationsmaterials der Metall-Isolator-Schichtanordnung aufgebracht wird, wobei ferner vorzugsweise Durchführungskontaktierungen sowohl zwischen der zumindest einen strukturierten Metalllage einerseits zu den integrierten Schaltungsanordnungen auf dem Halbleitersubstrat als auch Durchführungskontaktierungen zu Anschlussflächen der magnetoresistiven Struktur vorgesehen werden.
  • Vorzugsweise wird nun ferner eine optionale Passivierungsschicht, beispielsweise aus einem Oxid- oder Nitrid-Material, zum Ausüben einer Schutzfunktion auf die magnetoresistive Struktur auf dem Metall-Isolator-Schichtstapel aufgebracht, wobei zusätzlich beispielsweise noch eine Zusatzpassivierungsschicht aus einem Photoimid-Material aufgebracht werden kann, wobei damit äußerst positive Eigenschaften bezüglich einer Unterbringung in einem Gehäuse erhalten werden können.
  • Entsprechend der vorteilhaften Vorgehensweise zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung wird also vorzugsweise das xMR-Prozessmodul (für die magnetoresistive Struktur) zwischen der letzten Metalllage des Basisherstellungsprozesses und der darüber angeordneten Passivierungsschichtanordnung platziert. Im Fall beispielsweise eines GMR-Sensorelements wird nun vorzugsweise das GMR-Sensorelement von unten mit einer Metalllage des Metall-Isolator-Schichtstapels verbunden, wobei dies beispielsweise durch die Verwendung eines Herstellungsprozesses für einen additiven Wolfram-Plug oder eines bereits vorhandenen Wolfram-Plugs erhalten wird. Über die Verbindung mit der Metalllage ist nun ferner eine elektrische Verbindung des magnetoresistiven Sensorelements mit der aktiven Halbleiterschaltungsanordnung auf dem Halbleitersubstrat möglich.
  • Im Fall der Kontaktierung beispielsweise eines TMR-Sensorelements kann eine elektrische Verbindung dieses Sensorelements mit der aktiven Halbleiterschaltungsanordnung auf dem Halbleitersubstrat erreicht werden, indem eine additive Metalllage oberhalb der TMR-Schichtstruktur, beispielsweise mit Gold oder mit einer alternativen Metallverbindung, angeordnet wird, die über Durchführungsanschlüsse (Vias) mit der TMR-Schichtstruktur verbunden werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Konzept zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls ermöglicht somit, dass ein bezüglich der vorhandenen Chipfläche platzsparende Anordnung der magnetoresistiven Sensorstruktur auf aktiven elektronischen Bauelementen, d.h. Halbleiterschaltungsanordnungen, durchgeführt werden kann.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, dass ein magnetoresistives Sensorbauelement und insbesondere ein GMR- bzw. TMR-Sensorbauelement innerhalb eines Halbleiterherstellungsprozesses mit den integrierten elektronischen Halbleiterbauelementen hergestellt und integriert werden kann. Darüber hinaus kann gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept nun das Hinzufügen des Herstellungsprozesses für das magnetoresistive Sensorelement zum Basishalbleiterherstellungsprozess so vorgenommen werden, dass die beim Basishalbleiterherstellungsprozess erhaltenen integrierten Halbleiterbauelemente im Wesentlichen unbeeinflusst von den Herstellungsschritten des magnetoresistiven Sensorelements bleiben.
  • Besonders vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Konzept zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls ist nun, dass der Herstellungsprozessblock zur Herstellung des magnetoresistiven Sensorelements modular im Wesentlichen auf alle anderen Halbleiterherstellungsprozesse und Halbleiterschaltungsanordnungen bzw. Anwendungen anwendbar ist.
  • Eine technische Realisierung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ermöglicht somit die Herstellung von Magnetfeldsensormodulen in einer vertikalen Integration mittels eines Metallschichtstapels mit einer oder mehreren Metallschichten und dazwischen liegenden Isolationsschichten. Der Metallschichtstapel ist über der aktiven Chipfläche in einem Dielektrikum, beispielsweise Oxidmaterial, angeordnet, wobei die dauerhaft magnetisierbare Magnetfeldsensorstruktur vorzugsweise innerhalb einer Passivierungsschicht, z. B. einer Plasmanitridschicht, angeordnet ist. Ferner sind Durchführungsverbindungen (Vias) zur Verbindung der Magnetfeldsensorstruktur mit einer Metallschicht des Metallschichtstapels dargestellt.
  • Bezüglich der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass der Metallschichtstapel mit der xMR-Schichtstruktur im Wesentlichen technologieunabhängig hergestellt werden kann. Der Metallschichtstapel mit der xMR-Schichtstruktur kann daher auf die Chippassivierung über der aktiven Chipfläche bei einer vertikalen Integration oder ohne aktiver Schaltung und ohne Routing in einer horizontalen Integration integriert werden.
  • Die Verdrahtung der xMR-Magnetfeldsensorstruktur kann oberhalb der xMR-Magnetfeldsensorstruktur durch Einführen einer zusätzlichen Metallebene erfolgen oder auf einer bereits vorhandenen Metallebene durch die Zwischenverbindungen (Interconnects bzw. Vias) vorgenommen werden. Unterhalb des xMR-Schichtstapels wird auf der Metallschicht beispielsweise eine metallische Schutzplatte eingeplant, die einerseits die darunter liegenden Logikschaltungen in der aktiven Chipfläche bei einem Lasereinschreibprozess vor dem Laserlicht schützt und die andererseits die Temperaturgradienten ausgleicht, die beispielsweise durch Bewirken eines Offsetsignals auf die Genauigkeit der xMR-Magnetfeldsensorstruktur einen starken Einfluss ausüben können.
  • Die Metallebenen des Metallschichtstapels können nun auch selbst als lichtdichte Abschirmungen ausgebildet werden. Dabei ist zu beachten, dass die Metallebenen des Metallschichtstapels zur Kontaktierung (z. B. über Vias) unterschiedlicher Sensorstrukturabschnitte beispielsweise mit bestimmten Teilen der integrierten Schaltungsanordnung als Stromleiterstrukturen ausgebildet sein können. Diese einzelnen Stromleiterstrukturen dürfen aber nicht aneinander stoßen und sind deshalb vorzugsweise durch eine Isolationsschicht voneinander getrennt. Diese Isolationsschicht ist aber im Allgemeinen lichtdurchlässig. Um die darunter liegenden aktiven Schaltungen in dem Halbleitermaterial bei dem Einschreibvorgang nicht durch einfallendes Laserlicht zu gefährden, sollten auf einer der Metallschichten noch zusätzliche Metallplatten oder auch andere lichtundurchlässige Anordnungen eingefügt werden, die (im Layout) direkt unter den Freiräumen bzw. Spalten in der Metallschichtebene angeordnet werden. So ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass eine Metallebene oder auch eine Kombination mehrerer Metallebenen die bezüglich der verwendeten Laserlichtwellenlänge lichtdichte Abschirmung bildet.
    •
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines magnetoresistiven Sensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines magnetoresistiven Sensormoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines magnetoresistiven Sensormoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung in Draufsicht auf ein magnetoresistives Sensormodul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5a–c schematische Darstellungen des prinzipiellen Aufbaus verschiedener Typen von GMR-Sensorelementen und die zugehörige schematische Darstellung der Magnetfeldabhängigkeit der Magnetisierung und des Widerstandswerts der magnetoresistiven Struktur gemäß dem Stand der Technik;
  • 6 eine schematische Darstellung eines magnetoresistiven TMR-Sensorelements;
  • 7 eine Prinzipdarstellung eines Brückenschaltungsaufbau einer magnetoresistiven Sensoranordnung zur Winkelbestimmung eines externen Magnetfelds gemäß dem Stand der Technik; und
  • 8a–b GMR-Baustein mit Pin-Belegung und Funktionsblockdiagramm gemäß dem Stand der Technik.
  • Im Folgenden wird nun Bezug nehmend auf 1 ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines magnetoresistiven Sensormoduls und das entsprechende Verfahren zum Herstellen desselben detailliert erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch ein magnetoresistives Sensormodul 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das magnetoresistive Sensormodul 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 102, z.B. aus einem Silizium- und/oder Polysiliziummaterial mit einer ersten Hauptoberfläche 102a, wobei eine Halbleiterschaltungsanordnung 104 angrenzend an die Hauptoberfläche 102a des Halbleitersubstrats 102 in dasselbe integriert ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die in das Halbleitersubstrat 102 integrierte Halbleiterschaltungsanordnung 104 im Wesentlichen mittels beliebiger MOS- und Bipolar-Techniken bzw. Kombinationen dieser Techniken (BiCMOS-Prozesse) hergestellt werden, wobei die integrierte Schaltungsanordnung 104 sowohl aktive Bauelemente wie Transistoren als auch passive Bauelemente wie Dioden, Widerstände und Kondensatoren aufweisen kann.
  • Bezüglich der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass das erfindungsgemäße Konzept zwar beispielhaft anhand eines magnetoresistives Sensormodul 100 erläutert wird, wobei das erfindungsgemäße Konzept aber vorteilhafterweise auch auf Verfahren zur Massenfertigung von magnetoresistiven Sensormodulen auf Waferebene mit einer Vielzahl von magnetoresistiven Bauelementen anwendbar ist.
  • Im Folgenden wird nun beispielhaft auf einen CMOS-Basisprozess eingegangen. Bei einem CMOS-Basisprozess werden zuerst die p- bzw. n-Wannen zur Erzeugung der Substratbereiche der n-Kanal- bzw. p-Kanal-MOS-Transistoren hergestellt (Wannen-Prozessmodul). Es folgt im Prozessablauf die Isolation benachbarter Transistoren, indem zwischen den Transistoren ein sogenanntes Feldoxid erzeugt wird. In den sogenannten aktiven Bereichen, d.h. die Gebiete, die nicht vom Feldoxid bedeckt sind, entstehen anschließend die MOS-Transistoren. Da mit ist der vordere Teil des Gesamtprozesses, der die Transistoren und ihre gegenseitige Isolation bereitstellt, abgeschlossen. Er wird auch als FEOL (= Front End Of Line) bezeichnet. Im BEOL-Teil (BEOL = Back End Of Line) geht es nun um das Kontaktieren und Verbinden der einzelnen mono- oder polykristallinen Halbleiterbereiche (z.B. Siliziumbereiche) des FEOL-Teils gemäß der gewünschten integrierten Schaltungsanordnung 104. Für die Kontaktierung und Verbindung der Halbleiterbereiche ist zumindest eine Metalllage 108a erforderlich, wie dies in 1 dargestellt ist, wobei häufig auch zwei und mehr Metalllagen verwendet werden, wobei man in diesen Fall von einer Mehrlagenmetallisierung spricht. Den Abschluss des Gesamtprozesses bildet daraufhin die Passivierung, die die integrierte Schaltung gegen mechanische Schädigungen aufgrund von Umgebungseinflüssen und gegen das Eindringen von Fremdstoffen schützen soll.
  • Mit fortschreitender Strukturverkleinerung bei gleichzeitig immer größerer Dicke des Gesamt-Schichtaufbaus spielt die Einebnung von Oberflächen mit steilen Stufen eine immer größere Rolle, so dass auch gemäß der vorliegenden Erfindung Einebnungsverfahren erforderlich sein können, um beispielsweise möglichst ebene Oberflächen der verschiedenen Ebenen, wie z.B. der Metalllage 108a oder der Isolationsschichten 108b und damit der magnetoresistiven Struktur 110, zu erhalten.
  • Das in 1 dargestellte magnetoresistive Sensormodul 100 weist also entsprechend herkömmlichen Halbleiterherstellungsprozessen oberhalb des Halbleitersubstrats und der darin integrierten Halbleiterschaltungsanordnung 104 eine Isolationsschicht 106 (ZOX = Zwischenoxid) auf. Die Isolationsschicht 106 kann beispielsweise eine Dicke in einer Größenordnung von 0,1 und 2 μm und vorzugsweise in einem Bereich um 0,5 μm aufweisen. Auf der Isolationsschicht 106, die vorzugsweise ein Oxidmaterial aufweist, ist nun eine Metall-Isolator-Anordnung 108 bestehend aus zumindest einer Metalllage 108a und einer diese Metalllage 108a (zumindest teilweise) umgebenden Isolationsschicht 108b angeordnet.
  • Auf der Metall-Isolator-Anordnung 108 ist nun auf einem (nach außen) freiliegenden Bereich des Isolationsmaterials 108b eine magnetoresistive Sensorstruktur 110 aufgebracht. Die Dicke der magnetoresistiven Sensorstrukturen 110 liegt im Bereich von etwa 2 bis 200 nm und vorzugsweise in einem Bereich um etwa 50 nm. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden als magnetoresistive Strukturen bzw. Sensorstrukturen alle xMR-Strukturen verstanden, also insbesondere AMR-Strukturen (AMR = Anisotropic Magnetoresistance), GMR-Strukturen (GMR = Giant Magnetoresistance), CMR-Strukturen (CMR = Colossal Magnetoresistance), EMR-Strukturen (EMR = Extraordinary Magnetoresistance) und TMR-Strukturen (TMR = Tunnel Magnetoresistance), sowie Magnetwiderstandstrukturen und Spin-Valve-Strukturen (Spin-Ventil-Strukturen). Es soll dabei beachtet werden, dass die obige Aufzählung nicht als umfassend anzusehen ist, wobei bezüglich der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen alle magnetoresistiven Strukturen und Elemente eingesetzt werden können.
  • Wie in 1 dargestellt ist, ist nun vorzugsweise die Metalllage 108a über Durchführungsverbindungen (Vias) 112 mit Anschlussbereichen auf der integrierten Halbleiterschaltungsanordnung 104 verbunden. Ferner sind elektrisch leitfähige Durchführungsanordnungen (Vias) 112 zwischen der strukturierten Metalllage 108a und vorzugsweise Anschlussbereichen der magnetoresistiven Sensorstruktur 110 angeordnet, so dass vorzugsweise eine elektrische Verbindung der magnetoresistiven Struktur 110 mit vorgegebenen Anschlussbereichen der aktiven Schaltungsanordnung 104 hergestellt werden können. Im Nachfolgenden wird noch näher auf spezifische Ausgestaltungen der Durchführungskontakte 112 eingegangen.
  • Wie nun ferner in 1 bezüglich dort dargestellten magnetoresistiven Sensormoduls 100 gezeigt ist, ist auf der Me tall-Isolatoranordnung 108 und der darüber angeordneten magnetoresistiven Sensorstruktur 110 optional eine abdeckende, abschließende Abdeckungsschichtanordnung 114 angeordnet.
  • Wie im Vorhergehenden bereits angegeben wurde, wird der Prozessablauf zur Herstellung der aktiven und passiven Bauelemente der Schaltungsanordnung 104 in dem Halbleitersubstrat 102 im vorderen Teil des Herstellungsgesamtprozesses (FEOL = Front End Of Line) abgewickelt. Im BEOL-Teil des Gesamtprozesses (BEOL = Back End Of Line) werden die einzelnen Bauelemente nun so miteinander verbunden, dass das gewünschte magnetoresistive Sensormodul 100 erhalten wird.
  • Obwohl für die elektrische Verbindung der verschiedenen Bauelemente der integrierten Schaltungsanordnung 104 in integrierten Schaltungen auch diffundierte Gebiete sowie Polysilizium- oder Polycid-Bahnen intensiv genutzt werden können, werden in der folgenden Beschreibung als Leiterbahnstrukturen nur niederohmige metallische Metallstrukturen bezeichnet, wie z.B. die Metalllage 108a. Gegenwärtig dominiert zwar noch Aluminium als Material für Leiterbahnstrukturen, aber Wolfram ist bei Kontaktloch bzw. Via-Durchmessern unterhalb etwa 0,5 um wegen seiner einebnenden Funktion äußerst vorteilhaft. Darüber hinaus findet jedoch auch zunehmend Kupfer industriell Anwendung, das niederohmiger und strombelastbarer ist als Aluminium. Bezüglich der vorliegenden Erfindung können aber im Wesentlichen alle ausreichend niederohmigen und strombelastbaren Metalle, wie z.B. auch TiN, als Ausgangsmaterialien für die strukturierte Metalllage 108a verwendet werden.
  • Um nun das in 1 dargestellte erfindungsgemäße magnetoresistive Sensormodul 100 mit der integrierten Schaltungsanordnung 104, der Metalllage 108a und der magnetoresistiven Sensorstruktur 110 gegen Korrosion und mechanische Beschädigungen zu schützen, kann nach der Strukturierung bzw. nach dem strukturierten Aufbringen der magnetoresistiven Sensorstruk tur 110 optional eine Passivierungsschichtanordnung 114 aufgebracht werden, die lediglich an denjenigen Stellen geöffnet wird, an denen optionale Anschlussdrähte (Bonddrähte; nicht gezeigt in 1) an Kontaktstellen (Pads; nicht gezeigt in 1) angebracht werden können. Die Passivierungsschichtanordnung 114 kann beispielsweise aus einem Oxid, z.B. Plasmaoxid, oder einem Nitrid, z.B. Plasmanitrid, mit jeweils einer Schichtdicke von etwa 0,1 bis 5 μm und vorzugsweise von etwa 0,5 bis 1 μm bestehen. Es sind aber auch Doppelschichten aus Oxid- und/oder Nitrid-Materialien mit den obigen Schichtdicken denkbar.
  • Die Metalllagen weisen vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,1 bis 2,5 μm und vorzugsweise von etwa 0,35 bis 0,55 μm auf Die Vorgehensweise zur Herstellung eines magnetoresistiven Sensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich somit folgendermaßen zusammenfassen. Der Grundprozess des Halbleiterbasisherstellungsprozesses wird bis zur Herstellung der Metalllage 108a durchgeführt. Das Ausheilen des bis dahin vorliegenden Bauelements kann (falls erforderlich) mit einem Anneal-Vorgang erfolgen. Auf einen freiliegenden Bereich der Isolationsschicht 108b wird nun strukturiert die magnetoresistive Sensorstruktur 110 aufgebracht. Die Isolationsschicht 108b dient also zur elektrischen Isolation der magnetoresistiven Sensorstruktur von der Metalllage 108a, wobei die Isolationsschicht 108b, falls erforderlich, zur Erzeugung einer definierten und planaren Oberfläche für die magnetoresistive Sensorstruktur 110 planarisiert werden kann. Dazu können beispielsweise sogenannte CMP-Verfahren (CMP = Chemical Mechanical Polishing = Chemisches mechanisches Polieren) oder entsprechende Planarisierungsverfahren eingesetzt werden.
  • Zur Kontaktierung der magnetoresistiven Sensorstruktur wird nun die Metalllage 108a des Basisprozesses (d.h. vor dem Aufbringen der magnetoresistiven Sensorstruktur 110) durch die Isolationsschicht 108b mit Durchführungskontakten 112 (Vias) versehen, wobei die Durchführungskontakte mit Metall, z.B. Wolfram, aufgefüllt und die Oberfläche bündig mit der Isolationsschicht 108b planarisiert wird. Daraufhin wird die magnetoresistive Sensorstruktur aufgebracht und strukturiert. Es ist natürlich auch möglich, dass die magnetoresistive Sensorstruktur bereits strukturiert aufgebracht wird. Optional wird daraufhin die Passivierungsschichtanordnung 114 aufgebracht, wobei hier nun zusätzlich ein weiterer Ausheilvorgang (Anneal) erfolgen kann, der aber mit der bereits aufgebrachten magnetoresistiven Sensorstruktur verträglich sein sollte. Abschließend können nun optionale Anschlusskontaktflächen (Pads) mit einem Standardprozess des Halbleiterbasisherstellungsprozesses auf der Metalllage 108 oder auch auf der magnetoresistiven Sensorstruktur 110 geöffnet werden.
  • Bei obigen Annealvorgängen können Temperaturen von 150 bis 350°C verwendet werden.
  • Im Folgenden wird nun Bezug nehmend auf 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormoduls 200 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung weisen in 2 funktional gleiche Funktionselemente gleiche Bezugszeichen wie in 1 auf, wobei auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale verzichtet wird. Ferner sind alle obigen Ausführungen bezüglich der in 1 dargestellten Funktionselemente gleichermaßen auf die entsprechenden Funktionselemente in 2 anwendbar.
  • Wie an dem in 2 dargestellten magnetoresistiven Sensormodul 200 ersichtlich ist, weist dieses beispielhaft fünf Metalllagen 108a-1 bis 108a-5 auf, die ferner mit M1-M5 bezeichnet sind. Ferner ist in 2 die zusätzliche Passivierungsschicht 116 dargestellt. Ferner ist in 2 eine Öffnung 118 für einen optionalen Bonddraht 120 mit einem Bondkontakt dargestellt.
  • Die obigen in 1 erläuterten Ausführungen sind somit im Wesentlichen auch auf das in 2 dargestellte erfindungsgemäße magnetoresistive Sensormodul 200 anwendbar.
  • So wird auch bei dem in 2 dargestellten magnetoresistiven Sensormodul der Grundprozess des Halbleiterbasisherstellungsprozesses bis zur letzten Metalllage 108a-5 (M5) prozessiert, wobei auch dann zu diesem Zeitpunkt ein Anneal-Vorgang durchgeführt werden kann. Damit die später aufzubringende magnetoresistive Sensorstruktur 110 elektrisch isoliert werden kann, wird ferner auf die letzte Metalllage 108a-5 eine dieselbe (zumindest teilweise) umgebende Isolationsschicht 108b-5 aufgebracht. Es sollte beachtet werden, dass auch die ersten vier Metalllagen 108a-1 bis 108-4 jeweils (zumindest teilweise) umgebende Isolationsbereiche 108b-1 bis 108b-4 aufweisen.
  • Falls die oberste Isolationsschicht 108b-5 beispielsweise herstellungsbedingt Unebenheiten aufweist und somit planarisiert werden sollte, um eine definierte und planare Oberfläche für die noch aufzubringende magnetoresistive Sensorstruktur 110 zu erzeugen, kann ferner auch hier eine CMP-Behandlung der Oberfläche der Isolationsschicht 108b-5 durchgeführt werden. Zur Kontaktierung der noch aufzubringenden magnetoresistiven Sensorstruktur wird die letzte Metalllage 108a-5 des Basisprozesses durch die Isolationsschicht 108a-5 mit Vias 112 versehen, wobei die erzeugten Durchführungen mit Metall, z.B. Wolfram, aufgefüllt und die Oberfläche derselben vorzugsweise bündig mit der Oberfläche der obersten Isolationsschicht 108b-5 planarisiert werden. Daraufhin wird die magnetoresistive Sensorstruktur 110 aufgebracht und strukturiert. Schließlich wird optional eine geeignete Passivierungsanordnung 114, 116 aufgebracht, die beispielsweise eine Oxid/Nitrid-Passivierungsschicht 114 und eine zusätzliche Passivierungsschicht 116 aus einem Photoimid-Material aufweist. Zu diesem Zeitpunkt kann auch hier ein zusätzlicher Anneal-Vorgang erfolgen, der aber mit der bereits aufgebrachten magnetoresistiven Sensorstruktur verträglich sein sollte. Abschließend werden sogenannte Anschlusspads 122 mit dem Standardprozess des Basisherstellungsprozesses geöffnet, so dass das in 2 dargestellte erfindungsgemäße magnetoresistive Sensormodul 200 beispielsweise mittels optionalen Bonddrähten 120 mit einem Anschlussleitungsrahmen (lead frame; nicht gezeigt in 2) eines Bausteingehäuses verbunden werden kann.
  • Im Folgenden wird nun Bezug nehmend auf 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormoduls 300 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung weisen in 3 funktional gleiche Funktionselemente gleiche Bezugszeichen wie in 1 bzw. 2 auf, wobei auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale verzichtet wird. Ferner sind alle obigen Ausführungen bezüglich der in 1 bzw. 2 dargestellten Funktionselemente gleichermaßen auf die entsprechenden Funktionselemente in 3 anwendbar.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, weist das dort dargestellte magnetoresistive Sensormodul 300 eine Metalllage 302 mit einer dieselbe (zumindest teilweise) umgebenden Isolationsschicht 304 auf. Diese Metalllage 302 ist bezüglich der magnetoresistiven Sensorstruktur 110 gegenüberliegend zu der ersten Metalllage 108a angeordnet ist, so dass die magnetoresistive Sensorstruktur 110 als zwischen den Metalllagen 108a und 302 angesehen werden kann. Es sollte aber ferner deutlich werden, dass entsprechend dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormoduls 200 von 2 auch hier eine im Wesentlichen beliebige Anzahl von Metalllagen 108a, d.h. zumindest eine Metalllage, auf dem Halbleitersubstrat 102 und unterhalb des magnetoresistiven Sensorelements 110 angeordnet sein können. Ferner können natürlich auch mehrere Metalllagen 302 oberhalb der magnetoresistiven Sensorstruktur 110 angeordnet sein und auch strukturiert sein, um beispielsweise Leiterstrukturen zu bilden, falls dies erforderlich ist.
  • Die Begriffe „oberhalb" bzw. „unterhalb" sind in der vorliegenden Beschreibung auf Richtungen „in" der Zeichenebene der 1–3 zu beziehen.
  • Die in 3 dargestellte Anordnung des erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormoduls 300 ist nun offensichtlicherweise besonders vorteilhaft für TMR-Sensorstrukturen, da dort die Stromrichtung senkrecht durch die magnetoresistiven Strukturen fließen kann. Dadurch kann eine vereinfachte elektrische Verbindung und Ankopplung der magnetoresistiven Sensorstruktur 110 erreicht werden. Es sollte aber auch deutlich werden, dass im Wesentlichen alle unter dem Begriff „magnetoresistiven Sensorstrukturen" mittels zusätzlicher Durchführungskontakte (Vias) 112 mit der zusätzlichen Metallisierungslage 302 elektrisch kontaktiert werden können.
  • Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es also lediglich erforderlich, bei dem Herstellungsprozess nach dem Aufbringen der magnetoresistiven Struktur 110 eine weitere Isolationsschicht 304 und ferner die zusätzliche Metalllage 302 vorzusehen. Auf diese Anordnung kann nun wieder, wie bereits anhand der 1 und 2 dargestellt, optional eine Passivierungsanordnung bzw. eine zusätzliche Passivierungsanordnung (nicht gezeigt in 3) aufgebracht werden. Ferner kann die optionale Passivierungsanordnung bzw. zusätzliche Passivierungsanordnung geöffnet werden, um Anschlusskontakte 122 zur optionalen Kontaktierung beispielsweise mittels Bonddrähten auf der zusätzlichen Metalllage 302 freizulegen.
  • Aus den anhand der 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormoduls 100, 200 und 300 und der zugehörigen Herstellungsverfahren wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Konzept zur Herstellung eines erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormoduls in einen herkömmlichen Halbleiterherstellungsprozess einer integrierten Halbleiterschaltung integriert werden kann, wobei dabei die magnetoresistive Sensorstruktur entweder zwischen die letzte Metalllage des Basisherstellungsprozesses und der Passivierung platziert werden kann oder aber auch zwischen zwei beliebigen benachbarten Metalllagen platziert werden kann. Die Kontaktierung der magnetoresistiven Sensorstruktur kann von unten (bezüglich der magnetoresistiven Sensorstruktur in Richtung des Halbleitersubstrats) durch die Verwendung eines Standard-Intermetall-Kontaktprozesses (d.h. z.B. W-Plugs) erreicht werden. Ferner kann eine Kontaktierung des magnetoresistiven Sensorelements 110 von oben entweder durch eine zusätzliche Metallschicht 302 (vgl. 3) oder durch einen zusätzlichen Metallkontakt (Via) erhalten werden. Die letztgenannte Vorgehensweise eignet sich daher insbesondere für TMR-Sensorstrukturen.
  • Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls dahin gehend vorteilhaft, dass eine beispielsweise mit einer CMP-Vorgehensweise planarisierte und entsprechend konditionierte Oberfläche als Ausgangspunkt und Wachstumsunterlage für die magnetoresistive Sensorstruktur, die vorzugsweise als xMR-Schichtstapel ausgebildet ist, verwendet wird. Damit kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein mit einer aktiven Schaltungsanordnung integriertes magnetoresistive Sensormodul erhalten werden.
  • Da häufig mechanische Spannungsunterschiede in den verschiedenen Schichten der in 1, 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormodule 100, 200, 300 häufig nicht zu vermeiden sind, kann es durch ungenügende Dichthaftung oder durch Spannungen der Gehäuse-Pressmasse zu Rissen in der Metallisierungsschicht (Metalllage 108a), und falls mehrere Metalllagen 108a vorgesehen sind, vor allem in der obersten Metallisierungsschicht sowie in der Passivierungsschichtanordnung 114 kommen. Um diesem Problem abzuhel fen, wird vorzugsweise die Passivierungsschichtdicke möglichst groß sein, d.h. vorzugsweise größer als die Dicke der Metalllage 108a (bzw. der obersten Metalllage 108a). Ferner werden vorzugsweise relative breite Metallbahnstrukturen geschlitzt. Ferner sollte es vermieden werden, dass im Bereich der äußeren Chipecken Leiterbahnen vorgesehen werden. Als besonders wirkungsvoll hat sich eine zusätzliche Polyimidschicht erwiesen, die beispielsweise eine Dicke von 0,5 bis 10 μm und vorzugsweise etwa von 1 bis 5 μm aufweisen kann. Diese zusätzliche Passivierungsschicht (nicht gezeigt in 1) ist vorteilhafterweise als sogenannter Spannungspuffer (Stress Relief) und sorgt darüber hinaus für eine ausgezeichnete Haftung zwischen der Pressmasse und der Chipobefläche bei einer Unterbringung des erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormoduls in einem Gehäuse.
  • Im Folgenden wird nun Bezug nehmend auf 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensormoduls 400 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Zur Vereinfachung der folgenden Beschreibung weisen in 4 funktional gleiche Funktionselemente gleiche Bezugszeichen wie in 1–3 auf, wobei auf eine erneute Beschreibung dieser Merkmale verzichtet wird. Ferner sind alle obigen Ausführungen bezüglich der in 1–3 dargestellten Funktionselemente gleichermaßen auf die entsprechenden Funktionselemente in 4 anwendbar.
  • GMR-/TMR-Spin-Valve-Strukturen benötigen zur Detektion eines in 360°-eindeutigen Winkels mehrere, beispielsweise in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung angeordnete magnetoresistive Einzelelemente, deren Referenzmagnetisierung bis zur vier lokal unterschiedliche Richtungen aufweisen kann. Zur Einstellung der jeweiligen Referenzrichtung jedes magnetoresistiven Einzelelements muss nun das Spin-Valve-Schichtsystem oberhalb der sogenannten „Blocking-Temperatur", das je nach eingesetztem Materialsystem bis zu 400°C beträgt, erwärmt und in einem lateralen Magnetfeld der gewünschten Richtung wieder abgekühlt werden. Zur Herstellung eines magnetoresistiven Sensormoduls, bei dem alle magnetoresistiven Sensorelemente bzw. Sensorstrukturen (z.B. Brückenelemente) auf einem Chip integriert sind, ist deshalb ein lokales Aufheizen der jeweiligen Elemente erforderlich, ohne dass benachbarte Elemente während des Magnetisierungsvorgangs dabei oberhalb der „Blocking-Temperatur" mit erwärmt werden. Eine Möglichkeit stellt dabei beispielsweise ein lokales Beleuchten mit einer Laserlichtquelle mit ausreichender Energie dar.
  • Wie aus den obigen Ausführungen zu den Ausführungsbeispielen in 1, 2 und 3 deutlich wird, ist es aus Kosten- und Performancegründen nun vorteilhaft, die magnetoresistiven Sensorstrukturen zusammen mit der Auswerte-/Ansteuerelektronik auf dem Halbleiterschaltungssubstrat (vertikal) zu integrieren. Für höchste Kompatibilität mit dem Fertigungsprozess ist es nun erforderlich, auch eine vertikale Integration zu ermöglichen, d.h. oberhalb der integrierten elektronischen Halbleiterschaltungsanordnungen die magnetoresistiven Sensorstrukturen zu positionieren, sowie auch eine zum Teil notwendige Zusatzpassivierung mit einem photosensitiven Polyimid zu implementieren. Das Polyimid-Material ist häufig ein sehr wichtiger Bestandteil, um die Haftung zwischen dem Gehäuse und der Chipoberfläche deutlich zu verbessern. Das Photoimid-Material ist dabei typischerweise zwischen 2,5 μm und 6 μm dick. Um eine fertigungstaugliche Ausbeute zu erzielen, darf dabei einerseits die unter den magnetoresistiven Strukturen liegenden elektronischen Halbleiterschaltungselementen durch die Laserbestrahlung nicht beeinträchtigt werden, wobei andererseits die eingekoppelte Laserleistung durch beispielsweise Schichtdickenschwankungen der Schichten zwischen den magnetoresistiven Strukturen und dem Laser über dem Halbleitersubstrat (Wafer) und auch von Wafer zu Wafer nicht signifikant streuen sollte.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Metalllage der Metall-/Isolatoranordnung 108 ei nes magnetoresistiven Sensormoduls 100, 200, 300 aus 1, 2 bzw. 3 dazu zu verwenden, die sensiblen Bereiche des Substratsmaterials 104 vor dem unbeabsichtigten Einwirken der Strahlung von einer Laserlichtquelle bei der Konditionierung zu schützen. Eine der Metalllagen kann so als lichtdichte Schirmung ausgeführt werden, dass der Anteil der von der Lichtquelle emittierten Strahlung, der nicht von der magnetoresistiven Struktur 110 absorbiert wird, abgeschirmt wird, so dass eine versehentliche Beleuchtung eines in der Verlängerung des Strahlengangs liegenden sensiblen Bereichs des Substratsmaterials 104 und eine daraus resultierende mögliche Beschädigung von Bauelementen oder Schaltungselementen verhindert wird.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf ein Bauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 4 nur eine Metalllage 108a, die die in der Ebene der Metalllage 108a galvanisch getrennten Bereiche 402 bis 408 umfasst, und eine magnetoresistive Struktur bzw. GMR-Bereich 110 zeigt, die im Wesentlichen eine Mäanderstruktur aufweist. Hierbei kann die Metalllage 108a, die auch in 4 als M5 bezeichnet wird, insbesondere mit der fünften Metalllage 108a-5 aus 2 übereinstimmen.
  • Die Metallebene 108a kann hierbei gleichzeitig als lichtdichte Abschirmung und als Zuleitungsstruktur für die magnetoresistive Struktur 110 verwendet werden. In diesem Fall müssen allerdings in der Metallebene 108a Ausnehmungen vorgesehen werden, die ein Kurzschließen der magnetoresistiven Struktur 110 über die Metallebene 108a verhindern. 4 zeigt beispielhaft zwei solche Ausnehmungen in der Metalllage 108a, die mit SA und SB bezeichnet sind. Der Bereich 404 und der Bereich 406 der Metalllage 108a dienen in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel als Anschlussbereiche für die magnetoresistive Struktur 110, die in 4 auch als GMR bezeichnet ist.
  • Zwischen dem Bereich 404 bzw. 406 und der magnetoresistiven Struktur 110 besteht eine im Wesentlichen senkrecht zur Hauptoberfläche des Substratsmaterials verlaufende metallische Verbindung (Via 112; vgl. 1–3), die in 4 aus perspektivischen Gründen nicht gezeigt ist. Die Bereiche 404 und 406 der Metalllage 108a bilden somit zusammen mit den Bereichen 402 und 408 eine lichtdichte Schirmung für sensible Bereiche des Substratsmaterials aus, die im weiteren Verlauf des Strahlengangs der von der Lichtquelle bei dem Schritt des Erwärmens der magnetoresistiven Struktur 110 emittierten Strahlung liegen. Hierbei umfasst die Metalllage 108a wenigstens ein Metall, das im Wellenlängenbereich der verwendeten Strahlung nicht transparent ist, so dass die Strahlung, die von der Lichtquelle emittiert und nicht von der magnetoresistiven Struktur 110 absorbiert wird, von der Metalllage 108a reflektiert oder absorbiert wird.
  • Hierbei erfüllt die Metalllage 108a neben der Funktion als lichtdichte Schirmung zusätzlich die Aufgabe, eine zusätzliche Erwärmung von sensiblen Bereichen in dem Substratsmaterial in der Umgebung der magnetoresistiven Struktur dadurch zu verhindern, dass aufgrund der im Allgemeinen wesentlich besseren Wärmeleitfähigkeit von Metallen im Vergleich zu halbleitenden oder isolierenden Materialien die Wärme auf einen größeren Bereich der Verbundanordnung verteilt wird. Hierdurch wirkt die Metalllage 108a also nicht nur als lichtdichte Schirmung, sondern auch als Wärmebarriere, die die Ausbreitung der in der magnetoresistiven Struktur 110 deponierten Wärme über Wärmeleitung auf sensible Bereiche des Substratsmaterials verhindert bzw. abschwächt.
  • Damit, wie in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, die Metallebene 108a gleichzeitig als lichtdichte Schirmung und als Signalebene, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Kontaktierung der magnetoresistiven Struktur 110, verwendet werden kann, muss die Metalllage 108a Ausnehmungen aufweisen, um ein Kurzschließen der magnetoresistiven Struktur 110 zu verhindern, wie dies bereits weiter oben erläutert wurde. Um ein Vordringen der bei dem Schritt des Konditionierens der magnetoresistiven Struktur 110 emittierten Strahlung in im weiteren Verlauf des Strahlengangs liegende sensible Bereiche des Substratsmaterials zu verhindern, kann die magnetoresistive Struktur 110 neben der eigentlichen Mäanderstruktur der magnetoresistiven Struktur solche Strukturen aufweisen, die in der Verlängerung des Strahlengangs der von der Lichtquelle emittierten Strahlung die notwendigen Ausnehmungen bzw. Spalte in der Metalllage 108a abdecken.
  • 4 zeigt so beispielhaft einen Spalt bzw. eine Ausnehmung SA in der Metalllage 108a, die die Bereiche 404 und 408 der Metalllage 108a voneinander galvanisch trennt. Wie ebenfalls 4 anhand des als SB gekennzeichneten Spaltes zeigt, kann in der Ebene der magnetoresistiven Struktur und unter Berücksichtigung des Strahlengangs der von der Lichtquelle emittierten Strahlung ein Spalt in der Metalllage 108a durch ein magnetoresistives Material bzw. durch ein magnetoresistives Schichtsystem so aufgefüllt werden, dass die Ebene der magnetoresistiven Struktur 110 zusammen mit der Metalllage 108a eine lichtdichte Schirmung ausbildet.
  • Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen lichtdichten Schirmung unterhalb einer magnetoresistiven bzw. GMR-Mäanderstruktur zeigt, bei der die Schirmung und die Verdrahtung der magnetoresistiven bzw. GMR-Struktur in derselben Metallebene 108a bzw. M5 erfolgt. 1 zeigt die entsprechende lichtdichte Schirmung unterhalb der GMR-Struktur im Querschnitt. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die optische Abschirmung in der letzten Metallebene 108a1–5 eines Fünf-Metalllagenprozesses ausgeführt. Bei gleichzeitiger Verwendung der fünften bzw. letzten Metallebene 108a–5 für die Kontaktierung der magnetoresistiven Struktur 110 für die GMR/TMR-Verdrahtung muss allerdings das Lay out der Metalllage 108a–5 so gewählt werden, um für das vorzugsweise senkrecht einfallende Laserlicht keine „Lücken" aufzuweisen. 4 zeigt für diesen Fall, dass zwischen dem Verdrahtungsbereich 404 und dem Abschirmbereich 408 ein Spalt SA vorgesehen werden muss, um ein Kurzschließen der magnetoresistiven Struktur bzw. der GMR-Anschlüsse zu vermeiden. Dieser Spaltbereich SA kann dann zur optischen Abschattung der darunter liegenden Bauelemente bzw. eines sensiblen Bereichs des Substratsmaterials mit GMR-Material bzw. einem magnetoresistiven Schichtsystem aufgefüllt werden, wie dies beispielhaft an dem als SB bezeichneten Spalt gezeigt ist, ohne dabei die Sensoreigenschaften der magnetoresistiven Struktur signifikant zu beeinflussen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit eine einzelne Metallebene oder auch eine Kombination mehrerer Metallebenen die bezüglich der verwendeten Konditionierungsstrahlung lichtdichte Abschirmung bilden, so dass möglichst viel Strahlungsenergie von dem empfindlichen Halbeitersubstrat abgehalten wird. Dabei sollte zumindest soviel Strahlungsenergie abgeschirmt werden, dass keine (z. B. thermische) Beeinträchtigung oder Beschädigung der in dem Halbleitersubstrat integrierten Schaltungsanordnungen auftreten kann.
  • Bezüglich dem erfindungsgemäßen Konzept zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls wird nun ferner deutlich, dass die erfindungsgemäße Implementierung in einem CMOS/BiCMOSkompatiblen Herstellungsfertigungsablauf zur Erzielung einer fertigungstauglichen lokalen Laserkonditionierung von integrierten magnetoresistiven Sensorelementen und insbesondere GMR- und TMR-Sensorelementen mit einer hohen Ausbeute erreicht werden kann, da die strukturierten Metalllagen der Metall-Isolator-Anordnung, d.h. des Metallschichtstapels über dem Halbleiterschaltungssubstrat, eine lichtdichte Abschirmung unterhalb der magnetoresistiven Struktur bereitstellen kann, indem die unter der magnetoresistiven Sensorstruktur liegenden Metallebenen entsprechend dem Einstrahlwinkel der Laserbestrahlung (vorzugsweise einem senkrechten Einfallwinkel) so ausgeführt bzw. strukturiert sind, dass eine versehentliche Beleuchtung der unter den magnetoresistiven Sensorstrukturen liegenden Halbleiterschaltungsbereiche auf dem integrierten Halbleiterschaltungssubstrat und deren mögliche Beschädigung aufgrund der Lasereinstrahlung verhindert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Konzept zur Herstellung eines magnetoresistiven Sensormoduls bietet somit eine Reihe von Vorteilen.
  • So kann das Verfahren zur Integration einer magnetoresistiven Sensorstruktur mit einer aktiven Halbleiterschaltungsanordnung mit geringfügigen Anpassungen in jeden Halbleiterbasisherstellungsprozess eingebaut werden. Die aufgebrachte magnetoresistive Sensorstruktur setzt dabei auf eine planare und unabhängig vom Halbleiterbasisherstellungsprozess zu konditionierende Oberfläche auf. Damit ermöglicht der ideal planare Kontaktbereich zwischen magnetoresistiver Sensorstruktur und Kontaktanschlussflächen eine äußerst robuste und zuverlässige Kontaktierung der magnetoresistiven Sensorstruktur, d.h. der xMR-Schichtsysteme. Probleme wie Abrisse, Verdünnungen usw. können erfindungsgemäß vermieden werden. Ferner wird die aktive Sensorschicht, d.h. die magnetoresistive Sensorstruktur 110, nicht durch einen Ätzprozess von oben verändert.
  • Aufgrund der geringen Dicke der magnetoresistiven Sensorstrukturen im Bereich von etwa 2 bis 200 nm und vorzugsweise in einem Bereich um etwa 50 nm setzt ferner die abschließende Passivierung mit der Passivierungsanordnung 114 und/oder der zusätzlichen Passivierungsschicht 116 auf eine weitgehend planare Oberfläche auf und ist damit in einem großen Prozessfenster dicht. Optional ist es ferner möglich, dass die letzten Intermetallverbindungen (Via) des Halbleiterbasisherstellungsprozesses als Sensoranschluss, d.h. als Anschluss der magnetoresistiven Sensorstruktur, verwendet werden.
  • Darüber hinaus kann bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eines magnetoresistiven Sensormoduls der abschließende Anneal-Vorgang für den integrierten Prozess, d.h. den Halbleiterbasisherstellungsprozess, und für das magnetoresistive Sensormodul unabhängig erfolgen, so dass insbesondere der bei geringerer Temperatur durchführbare Annealvorgang für der Sensormodul später durchgeführt werden kann, ohne dass die anderen integrierten Schaltungsteile beschädigt werden, und umgekehrt der bei hohen Temperaturen stattfindende Annealvorgang für die restliche Integration vor der Erzeugung des Sensormoduls durchführbar ist, so dass keine Beeinträchtigung bzw. Zerstörung des Sensormoduls auftritt.
  • Somit wird deutlich, dass für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines mangetoresistiven Sensormoduls im Wesentlichen nur Standard-Halbleiterherstellungsprozesse erforderlich sind. Das resultierende magnetoresistive Sensormodul kann platzsparend auf die aktive integrierte Halbleiterschaltung aufgesetzt werden, wobei in diesem Zusammenhang von einer vertikalen Integration gesprochen wird.
  • Ferner kann zumindest eine der im Vorhergehenden beschriebenen Metalllagen unterhalb der magnetoresistiven Sensorstruktur als lichtdichte Abschirmung ausgeführt sein, so dass dadurch eine versehentliche Beleuchtung der unter der magnetoresistiven Sensorstruktur liegenden aktiven Schaltungsbereiche der Halbleiterschaltungsanordnung in dem Halbleitersubstrat und deren mögliche Beschädigung verhindert werden kann. Damit kann erfindunggemäß eine fertigungstaugliche lokale Laser-Konditionierung von integrierten magnetoresistiven Sensormodulen mit hoher Ausbeute in einen CMOS/BiCMOSkompatiblen Fertigungsfluss implementiert werden.
    • 100
    Magnetoresistives Sensormodul
    102
    Halbleitersubstrat
    102a
    erste Hauptoberfläche
    104
    Halbleiterschaltungsanordnung
    106
    Isolationsschicht
    108
    Metall-Isolations-Anordnung
    108a
    Metalllag (en)
    108b
    Isolationsschicht (en)
    110
    Magnetoresistive Sensorstruktur
    112
    Kontaktdurchführung
    114
    Passivierungsanordnung
    116
    Zusätzliche Passivierungsanordnung
    118
    Passivierungsöffnung
    120
    Bonddraht
    122
    Anschlusskontakt
    200
    Magnetoresistives Sensormodul
    300
    Magnetoresistives Sensormodul
    302
    Metalllage
    304
    Isolationsbereich
    400
    Magnetoresistives Sensormodul
    402
    Metalllagenbereich
    404
    Metalllagenbereich
    406
    Metalllagenbereich
    408
    Metalllagenbereich
    500
    GMR-Struktur
    501
    Spinn-Valve-Struktur
    502
    Magnetische Schicht
    504
    nicht-magnetische Schicht
    506
    magnetische Schicht
    508
    antiferromagnetische Schicht
    600
    TMR-Struktur
    602
    ferromagnetische Elektrode
    604
    Tunnelbarriere
    606
    ferromagnetische Elektrode
    700
    Doppelbrückenanordnung
    702
    erste Brückenanordnung
    704
    zweite Brückenanordnung
    702a–b
    magnetoresistive Elemente
    704a–b
    magnetoresistive Elemente
    800
    GMR-Baustein

Claims (24)

  1. Verfahren zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls (100, 200, 300) mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Verbundanordnung aus einem Halbleitersubstrat (102), wobei eine Halbleiterschaltungsanordnung (104) angrenzend an eine Hauptoberfläche (102a) des Halbleitersubstrats (102) in dasselbe integriert ist, und einer Metall-Isolator-Anordnung (108), wobei die Metall-Isolator-Anordnung an der Hauptoberfläche (102a) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist und eine strukturierte Metalllage (108a) und ein Isolationsmaterial (108b), das die strukturierte Metalllage (108a) zumindest teilweise umgibt, aufweist, wobei die strukturierte Metalllage (108a) elektrisch mit der Halbleiterschaltungsanordnung (104) verbunden ist, Aufbringen einer magnetoresistiven Sensorstruktur auf eine Oberfläche des Isolationsmaterials (108b) der Verbundanordnung, und Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der magnetoresistiven Sensorstruktur (110) und der strukturierten Metalllage (108a), so dass die magnetoresistive Sensorstruktur (110) mit der integrierten Schaltungsanordnung (104) verbunden ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit folgendem Schritt: Planarisieren der Oberfläche des Isolationsmaterials (108b) vor dem Aufbringen der magnetoresistiven Sensorstruktur (110) auf das Isolationsmaterial (108b).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Planarisierens mittels eines CMP-Prozesses (CMP = Chemical Mechanical Polishing = Chemisches mechanisches Polieren) durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Herstellens einer elektrischen Verbindung den Schritt des Erzeugens einer elektrisch leitfähigen Durchführung (112) durch das Isolationsmaterial (108b) zwischen der strukturierten Metalllage (108a) und dem Halbleitersubstrat (104) aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Schritte, bei dem der Schritt des Herstellens einer elektrischen Verbindung den Schritt des Erzeugens einer elektrisch leitfähigen Durchführung (112) durch das Isolationsmaterial (108b) zwischen der strukturierten Metalllage (108a) und der magnetoresistiven Sensorstruktur (110) aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, ferner mit folgendem Schritt: Auffüllen der Durchführung mit einem leitfähigen Material und insbesondere mit Wolfram.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Schritte, wobei die strukturierte Metalllage (108a) eine Leiterstruktur und/oder eine Kontaktanschlussstruktur aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Schritte, ferner mit folgenden Schritten: Aufbringen eines weiteren Isolationsmaterials (114) auf der Verbundanordnung mit der magnetoresistiven Sensorstruktur (110).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das weitere Isolationsmaterial (114) eine Passivierungsanordnung aus einem Oxid und/oder Nitridmaterial aufweist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, ferner mit folgendem Schritt: Aufbringen einer zusätzlichen Passivierungsanordnung (116).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die zusätzliche Passivierungsanordnung (116) ein Photoimid-Material aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner mit folgendem Schritt: Öffnen der Passivierungsanordnung (114) oder der Zusatzpassivierungsanordnung (116).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei bei dem Schritt des Öffnens Kontaktanschlussflächen (122) auf der Metalllage (108a) oder der magnetoresistiven Sensorstruktur (110) freigelegt werden.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbundanordnung eine Mehrzahl von Metalllagen (108a1–5 ) mit umgebenden Isolationsschichten (108b1–5 ) aufweist.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Schritt des Aufbringens der magnetoresistiven Sensorstruktur ferner folgender Schritt durchgeführt wird: Aufbringen einer weiteren Isolationsschicht (114) und einer weiteren Metalllage (302).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen der magnetoresistiven Sensorstruktur und der zusätzlichen Metalllage.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zwischen der magnetoresistiven Sensorstruktur (110) und der aktiven Halbleiterschaltungsanordnung (104) angeordnete Metalllage als eine für zumindest einen Teil der Lasereinstrahlung lichtdichte Abschirmung ausgebildet ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei eine Kombination mehrerer Metalllagen die lichtdichte Abschirmung bilden.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetoresistive Sensorstruktur eine AMR-Struktur (AMR = Anisotropic Magnetoresistance), GMR-Struktur (GMR = Giant Magnetoresistance), CMR-Struktur (CMR = Colossal Magnetoresistance), EMR-Struktur (EMR = Extraordinary Magnetoresistance), TMR-Struktur (TMR = Tunnel Magnetoresistance) oder eine Magnetwiderstandstruktur aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die GMR-Struktur als Spin-Valve-Struktur (Spin-Ventil-Strukturen) ausgebildet ist.
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgendem Schritt: Unterbringen des magnetoresistiven Sensormoduls in einem Gehäuse mit Kontaktanschlüssen, um einen Sensorbaustein zu erhalten.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zum Herstellen eines magnetoresistiven Sensormoduls auf Waferebene mit einer Vielzahl von magnetoresistiven Bauelementen durchgeführt wird.
  23. Magnetoresistives Sensormodul (100, 200, 300) mit folgenden Merkmalen: einer Verbundanordnung aus einem Halbleitersubstrat (102), wobei eine Halbleiterschaltungsanordnung (104) angrenzend an eine Hauptoberfläche (102a) des Halbleitersubstrats (102) in dasselbe integriert ist, und einer Metall-Isolator-Anordnung (108), wobei die Metall-Isolator-Anordnung an der Hauptober fläche (102a) des Halbleitersubstrats (102) angeordnet ist und eine strukturierte Metalllage (108a) und ein Isolationsmaterial (108b), das die strukturierte Metalllage (108a) zumindest teilweise umgibt, aufweist, wobei die strukturierte Metalllage (108a) elektrisch mit der Halbleiterschaltungsanordnung (104) verbunden ist, und einer magnetoresistiven Sensorstruktur (110), die auf einer Oberfläche des Isolationsmaterials (108b) der Verbundanordnung aufgebracht ist, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der magnetoresistiven Sensorstruktur (110) und der strukturierten Metalllage (108a) hergestellt ist, so dass die magnetoresistive Sensorstruktur (110) mit der integrierten Schaltungsanordnung (104) verbunden ist.
  24. Magnetoresistives Sensormodul nach Anspruch 23, wobei eine zwischen der magnetoresistiven Sensorstruktur (110) und der aktiven Halbleiterschaltungsanordnung (104) angeordnete Metalllage als eine für zumindest einen Teil der Lasereinstrahlung lichtdichte Abschirmung ausgebildet ist.
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