DE102014219003A1

DE102014219003A1 - TMR-Magnetsensor und Herstellverfahren dafür

Info

Publication number: DE102014219003A1
Application number: DE102014219003.7A
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corp. Kobayashi Satoi; c/o Mutsubishi Electric Corp. Sugino Takaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2034-09-23
Also published as: US20150253392A1; JP2015169539A; JP5766321B1; DE102014219003B4; US9176204B2

Abstract

Ein Tunnelmagnetresistiv(TMR)-Magnetsensor und sein Herstellverfahren werden bereitgestellt, in welchem seine Degradierung des Genauigkeitsgrads von Winkeldetektion oder dergleichen nicht durch einen elektrischen Entladestrom durch statische Elektrizität verursacht wird. Der TMR-Magnetsensor beinhaltet ein TMR-Sensorelement, das auf einer ersten Fläche eines Substrats mit einem dazwischen eingefügten Isolationsfilm gebildet ist; ein auf der ersten Fläche des Substrats gebildetes leitfähiges Material, das elektrisch mit dem Substrat verbunden ist; und einen eine Oberfläche des TMR-Sensorelements und diejenige des leitfähigen Materials umgebenden Passivierungsfilm, wobei zumindest ein Bereich des leitfähigen Materials zu einem in dem Passivierungsfilm gebildeten Öffnungsbereich weist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen TMR-Magnetsensor, der einen Tunnelwiderstand-(TMR, tunnel magneto-resistance)Effekt einsetzt, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Beschreibung verwandten Stands der Technik
Es ist bekannt, dass in einem den TMR-Effekt nutzenden Magnetsensor (nachfolgend als ein „TMR-Magnetsensor“ bezeichnet), wenn eine Magnetisierungsrichtung einer festen Schicht und eine Magnetisierungsrichtung einer freien Schicht parallel zueinander sind, ein durch den Tunneloxidfilm fließender Strom größer wird und ein Widerstandswert des Magnetsensors kleiner wird; während, wenn die Magnetisierungsrichtung der festen Schicht und die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht antiparallel zueinander sind, der durch den Tunneloxidfilm fließende Strom kleiner wird, und der Widerstandswert des Magnetsensors größer wird. In den letzten Jahren haben aktive Entwicklungen für einen Rotationswinkelsensor, der einen solchen TMR-Magnetsensor einsetzt, stattgefunden. Derweil, weil der Rotationswinkelsensor angrenzend an ein Drehelement platziert wird, ist es wahrscheinlich, dass der Sensor aufgrund von statischer Elektrizität von außen elektrisch geladen wird. In einem, einen sehr dünnen Isolationsfilm einer Dicke von mehreren Nanometer (nm) verwendenden TMR-Magnetsensor kann der Isolationsfilm zu einem Durchbruch zu einem elektrischen Entladungsstrom der statischen Elektrizität gebracht werden; aus diesem Grund sind Gegenmaßnahmen gegen die statische Elektrizität ab einem Stadium der Herstellung eines TMR-Magnetsensorelementes erforderlich.
Als ein Beispiel, in welchem Gegenmaßnahmen gegen die statische Elektrizität ab einer Stufe der Herstellung eines Magnetsensorelementes ergriffen wird, wird beispielsweise gemäß einer konventionellen Technik, die ein Magnetsensor unter Verwendung eines Magnetwiderstandselements (MRE) bildet, die Technik offenbart, in der, nachdem das Magnetsensorelement durch ein leitfähiges Material in Form eines Rings umgeben worden ist, das leitfähige Material mit einem festen Spannungspotential verbunden wird (siehe beispielsweise Japanisches Patent Nr. 5243147 ).
[Durch die Erfindung zu lösende Probleme]
Gemäß einer in dem Japanischen Patent Nr. 5243147 offenbarten konventionellen Technik entstehen Probleme dahingehend, dass ein Effekt der Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität nicht erhalten werden kann, bis ein leitfähiger Film mit einem spezifischen Spannungspotential verbunden ist, und zusätzlich, dass, weil ein Magnetsensorelement durch ein magnetisches Material in Form eines Rings umgegeben ist und auch ein Teil des Magnetmaterials mit einem festen Spannungspotential verbunden ist, der Grad der Winkeldetektionsgenauigkeit als einem Drehwinkelsensor aufgrund des Effekt des magnetischen Rauschens degradiert wird, das durch einen elektrischen Entladungsstrom statischer Elektrizität verursacht wird.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet worden, diese Probleme in der oben beschriebenen konventionellen Technik zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen TMR-Magnetsensor bereitzustellen, in welchem seine Degradierung des Genauigkeitsgrads der Winkeldetektion oder dergleichen nicht aufgrund eines elektrischen Entladungsstroms durch statische Elektrizität verursacht wird.
Zusätzlich ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der Herstellung eines TMR-Magnetsensors mit einem TMR-Magnetsensorelement darin bereitzustellen, in welchem ein Effekt der Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität ab einem Stadium der Herstellung des TMR-Magnetsensorelementes erhalten werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[Mittel zum Lösen der Probleme]
Ein TMR-Magnetsensor gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:
Ein TMR-Sensorelement, das aus einer ersten Fläche eines Substrats mit einem dazwischen gefügten Isolationsfilm gebildet ist;
ein leitfähiges Material, das auf der ersten Fläche des Substrats gebildet ist, wobei es elektrisch mit dem Substrat verbunden ist;
und ein Passivierungsfilm, der eine Oberfläche des TMR-Sensorelements und diejenige des leitfähigen Materials umgibt, wobei
zumindest ein Teil des leitfähigen Materials zu einem Öffnungsbereich weist, der im Passivierungsfilm ausgebildet ist.
Ein Verfahren des Herstellens eines TMR-Magnetsensors gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material, vor einer Filmausbildung eines TMR-Films gemacht wird, um das TMR-Sensorelement darin auszubilden.
Zusätzlich umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines TMR-Magnetsensors gemäß der vorliegenden Erfindung die Stufen von:
Ausbilden eines TMR-Films, der darin das TMR-Sensorelement auszubilden hat;
Ausbilden des TMR-Sensorelements durch Prozessieren des TMR-Films, unter Verwendung von Ätzung, in eine gewünschte Form, und gleichzeitig Ausbilden einer unteren Elektrode und des leitfähigen Materials; und
Ausbilden, im Passivierungsfilm, des Öffnungsbereichs entsprechend zumindest einem Bereich des leitfähigen Materials.
Darüber hinaus umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines TMR-Magnetsensors gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte:
Ausbilden eines TMR-Films, der darin das TMR-Sensorelement auszubilden hat;
Ausbilden des TMR-Sensorelements durch Prozessieren des TMR-Films, unter Verwendung von Ätzen, in eine gewünschte Form, und gleichzeitig Ausbilden eines TMR-Attrappenelements, das elektrisch mit dem leitfähigen Material verbunden ist, und eines verbindenden Bereichs, der elektrisch zwischen dem TMR-Sensorelement und dem TMR-Attrappenelement verbindet; und
Trennen des TMR-Sensorelementes vom leitfähigen Material voneinander durch Abschneiden des verbindenden Bereichs.
[Wirkungen der Erfindung]
Gemäß dem TMR-Magnetsensor der vorliegenden Erfindung kann das TMR-Sensorelement darin gegenüber dem Durchbruch durch statische Elektrizität geschützt werden. Zusätzlich, weil eine Form des leitfähigen Materials beliebig ist, wird durch einen elektrischen Entladungsstrom statische Elektrizität verursachtes Magnetrauschen nicht beeinflusst, so dass die Erfassung mit einem hohen Genauigkeitsgrad erzielt werden kann.
Zusätzlich, gemäß dem Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors der vorliegenden Erfindung, wird das leitfähige Material vor einer Filmausbildung eines TMR-Films gemacht, der darin das TMR-Sensorelement auszubilden hat, so dass das leitfähige Material, das elektrisch mit dem Substrat verbunden ist, ausgebildet wird, vor der Filmausbildung des TMR-Films, und somit kann die Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität ab einem frühen Stadium der Wafer-Verarbeitung ergriffen werden.
Darüber hinaus umfasst gemäß dem Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors der vorliegenden Erfindung das Verfahren die Schritte: Ausbilden eines TMR-Films, der das TMR-Sensorelement darin auszubilden hat; Bilden des TMR-Sensorelementes durch Prozessieren des TMR-Films unter Verwendung von Ätzen, in eine gewünschte Form, und gleichzeitig einer unteren Elektrode und des leitfähigen Materials; und Bilden, im Passivierungsfilm, des Öffnungsbereichs entsprechend zumindest einem Teil des Bereichs des leitfähigen Materials, so dass ein Widerstandswert des leitfähigen Materials auf kleiner als denjenigen des TMR-Sensorelements reduziert werden kann, und somit die Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität verstärkt werden kann. Zusätzlich, weil die Herstellprozessschritte des TMR-Sensorelementes jene des leitfähigen Materials gemeinsam gemacht werden, kann eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität ab dem Zeitpunkt der Ausbildung des TMR-Sensorelementes ergriffen werden und kann zusätzlich ein Anstieg bei den Herstellkosten gedeckelt werden.
Zusätzlich umfasst das Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte: Ausbilden eines TMR-Films, der das TMR-Sensorelement darin auszubilden hat; Bilden des TMR-Sensorelementes durch Prozessieren des TMR-Films unter Verwendung von Ätzen in eine gewünschte Form und gleichzeitig Ausbilden eines TMR-Attrappenelements, das elektrisch mit dem leitfähigen Material verbunden ist, und eines verbindenden Bereichs, der elektrisch das TRM-Sensorelement mit dem TMR-Attrappenelement verbindet; und voneinander Trennen des TMR-Sensorelementes vom leitfähigen Material durch Abschneiden des verbindenden Teils, so dass, weil statische Elektrizität mittels des verbindenden Bereichs/Bereiche zur Seite in das leitfähige Material fließt, selbst falls die zum Zeitpunkt der Wafer-Verarbeitung erzeugte statische Elektrizität in den TMR-Elementbereichen induziert wird, ein Effekt der Gegenmaßnahme gegen die statische Elektrizität zum Zeitpunkt der Wafer-Verarbeitung verstärkt werden kann. Durch Entfernen des verbindenden Bereichs/Bereiche in einem nachfolgenden Prozessschritt werden das TMR-Sensorelement und das leitfähige Material voneinander getrennt, so dass das TMR-Sensorelement als ein normales TMR-Sensorelement nach Beendigung der Wafer-Verarbeitung fungiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Gesamtschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
1 ist ein Querschnittsdiagramm eines TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3A ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines ersten Prozessschritts in einem Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3B ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines zweiten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3C ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines dritten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3D ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines vierten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3E ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines fünften Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3F ist ein Querschnittsdiagramm in einer Stufe mitten in der Herstellung des TMR-Magnetsensors in einem sechsten Prozessschritt beim Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3G ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines siebten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4A ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines ersten Prozessschritts in einem Verfahren der Herstellung eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
4B ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines zweiten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
4C ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines dritten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
4D ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines vierten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
4E ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines fünften Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Querschnittsdiagramm eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Querschnittsdiagramm eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Querschnittsdiagramm eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;
8A ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines ersten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
8B ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines zweiten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung; und
8C ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines dritten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 ist ein Querschnittsdiagramm eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; und 2 ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, welches schematisch eine Aufsicht des TMR-Magnetsensors 100 illustriert und das nicht dem Querschnittsdiagramm von 1 entspricht. In 1 und 2 besteht der TMR-Magnetsensor 100 aus einem Silikonhalbleiter(Si)-Substrat 201, einem Si-Oxidfilm 202, der auf einer Oberfläche entsprechend der TMR-Sensorelementausbilderegion X des Si-Substrats 201 ist, einer auf einer Oberfläche des Si-Oxidfilms 202 ausgebildeten unteren Elektrodenschicht 3031, auf einer Oberfläche des Si-Substrats 201 ausgebildeten leitfähigen Materialien 303, teilweise aus den leitfähigen Materialien 303 gebildete Öffnungsbereichen 208, einem Zwischenisolationsfilm 205, einem Paar von Metallzwischenverbindungsschichten 306, die einen ohmischen Kontakt mit einem TMR-Sensorelement 304 bilden, und einem Passivierungsfilm 207 gebildet.
Der auf solche Weise strukturierte TMR-Magnetsensor 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet, dass mittels des TMR-Sensorelement 304 und der unteren Elektrodenschicht 3031 ein Strom, der zwischen dem Paar von Metallzwischenverbindungsschichten 306 fließt, gemäß der Stärke des am TMR-Sensorelement 304 angelegten Magnetfelds variiert; der Sensor wird beispielsweise angrenzend an ein Rotationselement in einem Bordinnenverbrennungsmotor platziert und als Drehwinkelsensor zum Detektieren eines Drehwinkels des Drehelementes in dem Innenverbrennungsmotor verwendet.
Es wird eine Struktur angenommen, bei der, weil statische Elektrizität von außerhalb des TMR-Magnetsensors 100 durch das leitfähige Material 303, welches elektrisch mit dem Si-Substrats 201 verbunden ist, in der Seite in das Si-Substrats 201 fließt, das TMR-Sensorelement 304 gegenüber der statischen Elektrizität geschützt werden kann. Aus diesem Grund ist es effektiv, wenn der Sensor in der Umgebung verwendet wird, wo es wahrscheinlich ist, dass er elektrisch geladen wird, aufgrund von statischer Elektrizität oder dergleichen von außerhalb, insbesondere wenn angrenzend an das Drehelement in dem Bordinnenverbrennungsmotor verwendet.
Als Nächstes wird eine Erläuterung für ein Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gegeben. 3A bis 3G sind illustrative Diagramme jeweils zum Erläutern erster bis siebter Prozessschritte im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird im in 3A gezeigten ersten Prozessschritt das Si-Substrat (auch als ein Silizium-„Wafer“ bezeichnet) 201 auf einer Oberfläche vorbereitet, auf welcher der Si-Oxidfilm 202 beispielsweise bei einer Filmdicke von 500 Nanometer [nm] ausgebildet ist. Man beachte, dass es für das Si-Substrats 201 besser ist, vorzugsweise ein p-Typ Si-Substrat zu verwenden, in welches beispielsweise Bor oder dergleichen vorab dotiert ist.
Im in 3B gezeigten zweiten Prozessschritt wird das TMR-Sensorelement, dass die Region X bildet, ungefähr in einer Quadratform gemacht, durch Prozessieren des Si-Oxidfilms 202 wie in 1 und in 2 illustriert; als Nächstes wird beispielweise unter Verwendung von physikalischer Dampfabscheidung (PVD) Ausrüstung eine untere Elektrodenschicht 203 als eine TMR-Filmsaat-Schicht (nachfolgend aus Gründen der Vereinfachung auch als eine „untere Elektrodenschicht“ bezeichnet), die aus nichtmagnetischem Material von beispielsweise Ta, Ru, Cu, Ti oder dergleichen gemacht ist, auf einer exponierten Oberfläche des Si-Substrats 201, und auf einer Oberfläche des Si-Oxidfilm 202, als die TMR-Sensorelement bildende Region X ausgebildet. Als Nächstes wird auf der Gesamtoberfläche der unteren Elektrodenschicht 203 ein aus einer antiferromagnetischen Schicht, einer festen Schicht, einer Isolationsschicht, einer freien Schicht und einer Deckschicht (nicht in den Figuren für diese Schichten gezeigt) gebildeter TMR-Film 204 abgeschieden. In Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung sind Filmspezifikationen nicht besonders für den TMR-Film 204 definiert; es ist nur notwendig, dass jegliche geschichtete Struktur und Arten von Filmen, Materialien und die Filmdicke angenommen werden kann, falls der TMR-Effekt in der Struktur sichergestellt ist.
Im in 3C gezeigten dritten Prozessschritt werden Bereiche des TMR-Film 204, die oben beschrieben sind, selektiv bis auf ein gewünschtes Muster entfernt, durch ihr Unterwerfen gegenüber einer Ätzung, unter Verwendung einer Technik des Photo-Gravierens oder dergleichen, so dass das TMR-Sensorelement 304 ausgebildet wird. Das selektive Entfernen des TMR-Film 204 durch das Ätzen wird beispielsweise unter Verwendung von Ionen-Strahlätz-(IBE, ion beam etching)Ausrüstung durchgeführt. Hier ist eine Ätzdurchführungszeit für die selektive Entfernung des TMR-Films 204 eine solche Ätzdurchführungszeit, wenn die untere Elektrodenschicht 203 als ein TMR-Saatschicht hinreichend als ein Elektrodenfilm verbleibt.
Die „Ätzzeit, wenn die untere Elektrodenschicht 203 als eine TMR-Filmsaatschicht ausreichend als ein Elektrodenfilm verbleibt“, wie oben beschrieben, bedeutet in einem Fall, in welchem Kontaktlöcher, die unten beschrieben werden, in der unteren Elektrodenschicht 203 unter Verwendung von Ätzausrüstung wie etwa Reaktivionenätz (RIE) Ausrüstung auszubilden sind, wird eine Ätzzeit, wenn die untere Elektrodenschicht 203 bleibt, wie sie die Filmdicke aufweist, die ausreichend zum Ausüben der Funktion als eine Elektrode in der Lage ist, selbst falls die Filmdicke der unteren Elektrodenschicht 203 aufgrund von Überätzen in der Ätzausrüstung reduziert wird.
Als Nächstes, um das TMR-Sensorelement 304 von der unteren Elektrodenschicht 203 aus einem Bereich der Schicht an der TMR-Sensorelement ausbildenden Region X im vierten in 3D gezeigten Prozessschritt zu trennen, wird die untere Elektrodenschicht 203 selektiv in ein gewünschtes Muster entfernt, indem sie Ätzung unterworfen wird, unter Verwendung einer Technik der Fotogravur oder dergleichen. Und dann wird in der verbleibenden unteren Elektrodenschicht 203 nach der Entfernung durch Ätzen die in der TMR-Sensorelement ausbildenden Region X sitzende Elektrodenschicht 203 als die untere Elektrodenschicht 3031 des TMR-Magnetsensors 100 hergestellt, und andere Bereiche der Schicht werden als die getrennten leitfähigen Materialien 303 weg von der TMR-Sensorelement ausbildenden Region X hergestellt.
Gemäß dem obigen werden die elektrisch mit dem Si-Substrat 201 verbundenen leitfähigen Materialien 303 ausgebildet und wird gleichzeitig die untere Elektrodenschicht 3031 als die TMR-Filmsaatschicht auf einer Oberfläche des Si-Oxidfilm 202 in der TMR-Sensorelement bildenden Region X ausgebildet. Die leitfähigen Materialien 303, die elektrisch mit dem Si-Substrats 201 verbunden sind, werden auf solche Weise ausgebildet, dass jedes der Materialien in einer Quadratform ist, und, wie in 2 wohl illustriert, sie in Linien von 2 auf beiden Seiten, die TMR-Sensorelement ausbildende Region dazwischen einfügend angeordnet sind. Jede der Linien der leitfähigen Materialien 303 ist dafür ausgelegt, die fünf unabhängigen leitfähigen Materialien 303 zu enthalten. Man beachte, dass jegliche Größe und/oder Form dafür angenommen werden kann, falls eines der leitfähigen Materialien eine Größe aufweist, die unter Verwendung von Halbleiterprozessierung ausgebildet werden kann, und einen niedrigeren Widerstand als denjenigen des TMR-Sensorelement 304 aufweist.
Nachfolgend, um die elektrische Isolation zwischen den Schichten des TMR-Sensorelement 304 im in 3E gezeigten fünften Prozessschritt aufrechtzuerhalten, wird beispielsweise ein Silizium-Nitridfilm auf einer Oberfläche der TMR-Sensorelement ausbildenden Region abgeschieden, bis die Filmdicke die elektrische Isolation sicherstellt, unter Verwendung von plasmaverstärkter, chemischer Dampfabscheidungs-(PECVD)-Ausrüstung, so dass der Zwischenisolationsfilm 205 gebildet wird. Hier bedeutet die Filmdicke, welche die elektrische Isolation sicherstellt, eine Filmdicke, in welcher ein elektrischer Isolationsdurchbruch in dem Zwischenisolationsfilm 205 selbst dann nicht auftritt, wenn eine elektrische Stromquellenspannung kontinuierlich eingehalten wird, die 10 Jahre lang daran geliefert wird.
Als Nächstes wird durch Verwenden einer Fotograviertechnik und einer Ätztechnik, die reaktive Ionenätz-(RIE)Ausrüstung verwendet, der Zwischenisolationsfilm 205 selektiv entfernt, indem er einem Ätzen unter Prozessierungsbedingungen unterworfen wird, in welchem ohmische Kontakte mit dem TMR-Sensorelement 304 und Bereiche der unteren Elektrodenschicht 3031 aufrechterhalten werden. Gemäß dem Obigen werden Kontaktlöcher 206 in dem Zwischenisolationsfilm 205 ausgebildet, wie in 3E gezeigt.
Als Nächstes, um die metallischen Zwischenverbindungsschichten 306 im in 3F gezeigten sechsten Prozessschritt zu bilden, wird ein AlSiCu-Film abgeschieden, bis eine gewünschte Filmdicke erhalten wird, unter Verwendung von physikalischer Dampfabscheidungs-(PVD)-Ausrüstung. Man beachte, dass als ein Material für die metallischen Zwischenverbindungsschichten 306 das Material nicht auf den AlSiCu-Film beschränkt ist, falls ein elektrischer Widerstandswert des Materials niedrig ist, und es einen ohmischen Kontakt mit dem TMR-Sensorelement 304 erhalten kann. Zusätzlich bedeutet hier der Ausdruck „gewünschte Filmdicke“ eine Filmdicke, in der ihre Zuverlässigkeit für mindestens 10 Jahre aufrechterhalten bleibt, selbst wenn elektrische und physikalische Spannungen zu den metallischen Zwischenverbindungsschichten 306 addiert werden. Das heißt, direkt gesagt, bedeutet die Filmdicke von AlSiCu-Film eine Filmdicke in der ihr Migrationswiderstand aufrechterhalten ist.
Nachfolgend wird in einer ähnlichen Weise, wenn die Kontaktlöcher, die oben beschrieben sind, ausgebildet werden, der AlSiCu-Film in ein gewünschtes Muster entfernt, indem er einer Ätzung unter Verwendung einer Fotograviertechnik und einer Ätztechnik, die reaktive Ionenätz-(RIE)Ausrüstung verwendet, unterworfen wird, so dass das Paar von metallischen Zwischenverbindungsschichten 306, das in 3F gezeigt ist, ausgebildet wird.
Als Nächstes, um die Oberfläche des TMR-Magnetsensors im in 3G gezeigten siebten Prozessschritt zu schützen, wird beispielsweise ein Silizium-Nitridfilm auf der Gesamtoberfläche abgeschieden, bis die Filmdicke die Funktion als einen gewünschten Passivierungsfilm 207 ausreichend sicherstellt, unter Verwendung von Plasma verstärkter chemischer Dampfabscheidungs-(PECVD)Ausrüstung. Und zuletzt wird durch eine Fotogravurtechnik und reaktive Ionenenätz-(RIE)Ausrüstung der Silizium-Nitridfilm selektiv durch seine Unterwerfung einer Ätzung entfernt, so dass die Öffnungsbereiche 208 ausgebildet werden. Gemäß dem Obigen wird der TMR-Magnetsensors 100 in 3G und somit in 1 fertiggestellt, der das TMR-Sensorelement 304 und die leitfähigen Materialien 303 beinhaltet, um statische Elektrizität auf der Seite in das Si-Substrats 201 fließen zu lassen.
Man beachte, dass in einem Fall, bei dem das TMR-Sensorelement 304 und die Steuerschaltung des TMR-Sensorelement 304 auf demselben Halbleitersubstrat auszubilden sind, es möglich ist, sie gemäß einer ähnlichen, oben beschriebenen Weise zu bilden, falls die die TMR-Sensorelementausbilderegion X vorab gebildet wird.
Im TMR-Magnetsensor 100 gemäß der Ausführungsform 1 der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung kann eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität ab einem Stadium der Wafer-Verarbeitung durch die leitfähigen Materialien 303 auf dem im selben Chip mit dem TMR-Sensorelement 304 gebildeten Si-Substrats 201 ergriffen werden. Weil während der Wafer-Verarbeitung erzeugte statische Elektrizität und nach der Wafer-Verarbeitung erzeugte statische Elektrizität während Assemblierprozessschritten und danach zur einen Seite in das Si-Substrats 201 mittels der öffnenden Bereiche 208 über die leitfähigen Materialien 303 fließen, die von niedrigeren Spannungspotentialen, und auch von niedrigerem Widerstand im Bezug auf das TMR-Sensorelement 304 sind, kann das TMR-Sensorelement 304 gegenüber dem Durchbruch durch die statische Elektrizität geschützt werden. Zusätzlich, weil Formen der leitfähigen Materialien 303 beliebig sind, und es nicht notwendig ist, sie mit einem festen Spannungspotential von einem Bereich von ringförmiger Umgebung eines Sensorelementsbereich in einer Ringform zu verbinden, wie in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5243147 dargestellt, ist es schwierig, den Effekt des Magnetrauschens, das durch den elektrischen Entladestrom statische Elektrizität erzeugt wird, aufzunehmen, so dass die Erfassung mit hohem Genauigkeitsgrad erzielt werden kann.
Ausführungsform 2
Als Nächstes wird eine Erläuterung für einen TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, und ein Verfahren zum Herstellen derselben gegeben. Die 4A bis 4E sind illustrative Diagramme jeweils zum Erläutern erster bis fünfter Prozessschritte im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
Zuerst wird ein Si-Substrats 201 auf einer Oberfläche vorbereitet, aus welcher der Si-Oxidfilm 202 gebildet ist, beispielsweise mit einer Filmdicke von 500 Nanometern [nm]. Man beachte, dass es wie beim Si-Substrat 201 besser ist, vorzugsweise ein p-Typ-Si-Substrat zu verwenden, in welches beispielsweise Bor oder dergleichen vorab dotiert ist. Als Nächstes wird die TMR-Sensorelement ausbildende Region X ungefähr in einer Quadratform hergestellt, durch Prozessieren des Si-Oxidfilms 202, wie in 1 und in 2 illustriert.
Als Nächstes wird auf dem Si-Substrat (auch als ein Silizium „Wafer“ bezeichnet) 201, auf welchem der Si-Oxidfilm 202 ausgebildet ist, ein Metallfilm 401 aus AlSiCu oder dergleichen abgeschieden, bis eine gewünschte Filmdicke erhalten wird, unter Verwendung von physikalischer Dampfabscheidungs-(PVD)-Ausrüstung. Man beachte, dass als Material für den Metallfilm 401 das Material nicht speziell auf AlSiCu-Film beschränkt ist, falls ein elektrischer Widerstandswert des Materials niedrig ist, und es einen ohmischen Kontakt mit dem Si-Substrat 201 erhalten kann. Nachfolgend wird unter Verwendung einer Fotograviertechnik und einer Ätztechnik der Metallfilm 401 in ein gewünschtes Muster entfernt, indem er einer Ätzung unterworfen wird, und wird der Metallfilm 401 ausgebildet, die einen ohmischen Kontakt mit dem Si-Substrats 201 macht. Dieser Zustand ist der in 4A gezeigte erste Prozessschritt.
Als Nächstes wird beispielsweise unter Verwendung einer physikalischen Dampfabscheidungs-(PVD)-Ausrüstung eine untere Elektrodenschicht 203 als eine TMR-Filmsaatschicht (kann nachfolgend auch aus Gründen der Einfachheit als „untere Elektrodenschicht“ bezeichnet werden), gemacht aus einem nichtmagnetischen Metall, beispielsweise Ta, Ru, Cu, Ti oder dergleichen auf einer exponierten Oberfläche des Si-Substrats 201 ausgebildet, einer Oberfläche des Metallfilms 401 und einer Oberfläche des Si-Oxidfilm 202 als die TMR-Sensorelement bildende Region X ausgebildet. Als Nächstes wird auf der Gesamtoberfläche der unteren Elektrodenschicht 203 der aus einer antiferromagentischen Schicht, einer festen Schicht, einer Isolationsschicht, einer freien Schicht und einer Abdeckschicht (in den Figuren für diese Schicht nicht gezeigt) hergestellte TMR-Film 204 abgeschieden. In Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung sind die Filmspezifikationen nicht besonders definiert für den TMR-Film 204; es ist lediglich notwendig, dass irgendeine geschichtete Struktur und Arten von Filmen, Materialien und die Filmdicke angenommen werden können, falls der TMR-Effekt in der Struktur bestätigt wird.
Als Nächstes werden Bereiche des TMR-Film 204 selektiv in ein gewünschtes Muster entfernt, indem er einer Ätzung unter Verwendung einer Technik des Photogravierens oder dergleichen unterworfen wird, so dass das TMR-Sensorelement 304 ausgebildet wird. Dieser Zustand ist der in 4B gezeigte zweite Prozessschritt.
Die selektive Entfernung des TMR-Films 204 durch die Ätzung wird beispielsweise unter Verwendung von Ionenstrahlätz (IBE)-Ausrüstung durchgeführt. Hier ist eine Ätzausführungszeit für die selektive Entfernung des TMR-Film 204 derart, dass eine Ätzdurchführzeit, wenn die untere Elektrodenschicht 203 als eine TMR-Filmsaatschicht ausreichend als ein Elektrodenfilm verbleibt.
Die „Ätzzeit, wenn die untere Elektrodenschicht 203 als eine oben beschriebene TMR-Filmsaatschicht ausreichend als ein Elektrodenfilm verbleibt“ bedeutet in einem Fall, bei dem die unten beschriebenen Kontaktlöcher auf der unteren Elektrodenschicht 203 unter Verwendung von Ätz-Ausrüstung wie etwa von reaktiver Ionenätz-(RIE)Ausrüstung auszubilden sind, eine Ätzzeit, wenn die untere Elektrodenschicht 203 verbleibt wie sie ist, mit der Filmdicke, die ausreichend zum Ausüben der Funktion als eine Elektrode in der Lage ist, selbst falls die Filmdicke der unteren Elektrodenschicht 203 aufgrund von Überätzen in der Ätzausrüstung reduziert wird.
Um das TMR-Sensorelement 304 von der unteren Elektrodenschicht 203 außer einem Bereich der Schicht an der TMR-Sensorelement ausbildenden Region X zu trennen, wird die untere Elektrodenschicht 203 selektiv in ein gewünschtes Muster entfernt, indem sie einer Ätzung unterworfen wird, unter Verwendung von Fotogravur oder dergleichen. Und dann wird in der verbleibenden unteren Elektrodenschicht 203 nach Entfernung durch Ätzung die in der TMR-Sensorelement-ausbildenden Region X verbleibende untere Elektrodenschicht 203 als die untere Elektrodenschicht 3031 des TMR-Magnetsensors 100 hergestellt und werden andere Bereiche der Schicht als die getrennten leitfähigen Materialien 303 weg von der TMR-Sensorelement-ausbildenden Regionen X hergestellt.
Gemäß dem Obigen werden die mit dem Si-Substrat 201 elektrisch verbundenen leitfähigen Materialien 303 gebildet, und wird gleichzeitig die untere Elektrodenschicht 3031 als eine TMR-Filmsaatschicht auf einer Oberfläche des Si-Oxidfilms 202 in der TMR-Sensorelement-bildenden Region X gebildet. Die mit dem Si-Substrat 201 elektrisch verbundenen leitfähigen Materialien 303 werden auf solche Weise gebildet, dass jedes der Materialien in einer Quadratform ist und, wie in 2 gut illustriert, sind sie in Reihen von zwei angeordnet, auf beiden, die TMR-Sensorelement-ausbildende Region X dazwischen interponierenden Seiten. Jede der Reihen leitfähiger Materialien 303 ist ausgelegt, die fünf unabhängigen leitfähigen Materialien 303 zu enthalten. Man beachte, dass dafür jede Größe unter der Form angenommen werden kann, falls eines der leitfähigen Materialien 303 eine Größe aufweist, die unter Verwendung von Halbleiterverarbeitung gebildet werden kann, und von niedrigerem Widerstand ist, als denjenigen des TMR-Sensorelements 304.
Nachfolgend, um die elektrische Isolation zwischen den Schichten des TMR-Sensorelement 304 aufrechtzuerhalten, wird beispielsweise ein Silizium-Nitridfilm auf einer Oberfläche der TMR-Sensorelement ausbildenden Region X abgeschieden, bis die Filmdicke die elektrische Isolation sicherstellt, unter Verwendung von plasmaverstärkter chemischer Dampfabscheidungs-(PECVD)-Ausrüstung, so dass der Zwischenisolationsfilm 205 ausgebildet wird. Hier bedeutet eine Filmdicke, welche die elektrische Isolation sicherstellt, eine Filmdicke, in der kein elektrischer Isolationsdurchbruch im Zwischenisolationsfilm 205 stattfindet, selbst wenn eine elektrische Stromversorgungsspannung für 10 Jahre kontinuierlich daran angelegt bleibt.
Als Nächstes wird unter Verwendung einer Fotogravurtechnik und einer Ätztechnik, welche Reaktivionenätz-(RIE)-Ausrüstung einsetzt, der Zwischenisolationsfilm 205 selektiv entfernt, indem er Ätzen unter Prozessbedingungen unterworfen wird, in welchen ohmische Kontakte mit dem TMR-Sensorelement 304 und Bereichen der unteren Elektronenschicht 3031 aufrechterhalten werden. Gemäß dem Obigen werden Kontaktlöcher 206 in dem Zwischenisolationsfilm 205 gebildet. Dieser Zustand ist der in 4C gezeigte, dritte Prozessschritt.
Als Nächstes wird, um die metallischen Zwischenverbindungsschichten 306 am im 4D gezeigten vierten Prozessschritt auszubilden, ein AlSiCu-Film abgeschieden, bis eine gewünschte Filmdicke erhalten wird, unter Verwendung einer physikalischen Dampfabscheidungs-(PVD)-Ausrüstung. Man beachte, dass bezüglich des Materials der Metallzwischenverbindungsschichten 306 das Material nicht auf den AlSiCu-Film beschränkt ist, falls ein elektrischer Widerstandswert des Materials niedrig ist, und er einen ohmischen Kontakt mit dem TMR-Sensorelement 304 erhalten kann. Zusätzlich bedeutet hier der Ausdruck „gewünschte Filmdicke“ eine Filmdicke, in der ihre Zuverlässigkeit zumindest 10 Jahre lang aufrechterhalten bleibt, selbst wenn elektrische und physikalische Spannungen zu den metallischen Zwischenverbindungsschichten 306 hinzugefügt werden. Also, um es geradeheraus zu sagen, bedeutet die Filmdicke von AlSiCu-Film eine Filmdicke, in der sein Wanderungswiderstand aufrechterhalten bleibt.
Nachfolgend wird in ähnlicher Weise, wenn die Kontaktlöcher 206, die oben beschrieben sind, gebildet werden, der AlSiCu-Film in ein gewünschtes Muster entfernt, indem er einer Ätzung unter Verwendung einer Fotogravurtechnik und einer Ätztechnik unterworfen wird, die eine reaktive Ionenätz-(RIE)-Ausrüstung einsetzt, so dass das Paar von in 4 gezeigten metallischen Zwischenverbindungsschichten 306 ausgebildet wird.
Als Nächstes, um die Oberfläche des TMR-Magnetsensors am in 4E gezeigten fünften Prozessschritt zu schützen, wird beispielsweise ein Silizium-Nitrid-Film auf der Gesamtoberfläche unter Verwendung einer plasmaverstärkten chemischen Dampfabscheidungs-(PECVD)-Ausrüstung abgeschieden, bis die Filmdicke die Funktion als einen gewünschten Passivierungsfilm 207 ausreichend sicherstellt. Und zuletzt wird durch Fotogravurtechnik und reaktive Ionenätz-(RIE)-Ausrüstung der Silizium-Nitrid-Film selektiv entfernt, indem er einer Ätzung unterworfen wird, so dass die Öffnungsbereiche 208 gebildet werden. Gemäß dem Obigen wird der in 4E gezeigte TMR-Magnetsensor 100 fertiggestellt, der das TMR-Sensorelement 304 und die leitfähigen Materialien 303 zum Fließenlassen von statischer Energie auf die Seite in das Si-Substrats 201 beinhaltet.
Man beachte, dass in einem Fall, in welchem das TMR-Sensorelement 304 und die Steuerschaltung des TMR-Sensorelement 304 auf demselben Halbleitersubstrat zu bilden sind, es möglich ist, sie darauf anhand einer oben beschriebenen ähnlichen Weise zu bilden, falls die TMR-Sensorelemente ausbildende Region X vorab gebildet wird. Gemäß dem TMR-Magnetsensor in Ausführungsform 2 der vorliegenden, oben beschriebenen Erfindung ist es überflüssig, zu sagen, dass der Sensor jene Effekte gleich wie die in Ausführungsform 1 beschriebenen Effekten erzielt; und zusätzlich, weil statische Elektrizität wahrscheinlich durch den Metallfilm 401 in das Si-Substrat 201 fließt, der einen ohmischen Kontakt mit dem Si-Substrat 201 herstellt, zu seiner Seite, gibt es eine Wirkung, das statische Elektrizitäts-Festigkeitsfähigkeiten weiter verbessert werden.
Ausführungsform 3
5 ist ein Querschnittsdiagramm eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. In 5 werden durch Implantieren einer Verunreinigung in hoher Konzentration an unteren Seiten der leitfähigen Materialien 303 im Si-Substrat 201 vorab unter Verwendung von Ionenimplantationsausrüstung oder dergleichen Dotierregionen 501 ausgebildet, in welchen ihre elektrische Resistivitäten niedrig ist. Nachfolgend, indem die Prozessschritte ähnlich jenen in der oben beschriebenen Ausführungsform 1 durchlaufen werden, wird der TMR-Magnetsensor 100 fertiggestellt, der das Si-Substrat 201, das TMR-Sensorelement 304, die im Si-Substrat 201 gebildeten Dotierregionen 501 und die auf den dotierten Regionen 501 gebildeten leitfähigen Materialien 303 enthält.
Im TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung erübrigt es sich, zu sagen, dass der Sensor die gleichen Wirkungen wie die in Ausführungsform 1 beschriebenen Wirkungen erzielt; und zusätzlich, weil statische Elektrizität wahrscheinlich zur Seite in das Si-Substrats 201 durch die Dotierregion 501 fließt, gibt es ein Merkmal, das statische Elektrizitätsfestigkeitsfähigkeiten weiter verbessert werden.
Ausführungsform 4
Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, ist ein TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ein Sensor, in welchem der Metallfilm 401 des TMR-Magnetsensors in Ausführungsform 2 auf den dotierenden Regionen 501 ausgebildet ist. Andere Bestandteilsobjekte und -Dinge sind äquivalent oder ähnlich jenen des oben beschriebenen TMR-Magnetsensors in Ausführungsform 3.
Im TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 4 erübrigt es sich, zu sagen, dass der Sensor jene gleichen Effekte wie die in Ausführungsform 2 der beschriebenen Effekte erzielt. Zusätzlich, weil statische Elektrizität wahrscheinlich zur Seite in das Si-Substrats 201 durch die Dotierregion 501 fließt, gibt es ein Merkmal, das statische Elektrizitätsfestigkeitsfähigkeiten weiter verbessert werden.
Ausführungsform 5
6 ist ein Querschnittsdiagramm eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. In 6 wird auf der Rückseite des Si-Substrats 201 ein leitfähiger Film 601 aus beispielsweise Au oder dergleichen unter Verwendung einer physikalischen Dampfabscheidungs-(PVD)-Ausrüstung gebildet. Nachfolgend, durch die Prozessschritte ähnlich jenen in oben beschriebenen Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2, wird der TMR-Magnetsensor fertiggestellt, der das Si-Substrats 201, das TMR-Sensorelement 304, die leitfähigen Materialien 303 und den auf der Rückseite des Si-Substrats 201 gebildeten leitfähigen Film 601 beinhaltet.
Im TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erübrigt es sich zu sagen, dass der Sensor jene Effekte gleich wie die in Ausführungsform 1 beschriebenen Effekte erzielt; und zusätzlich bleibt ein Merkmal dahin, dass durch Verwenden eines elektrisch leitfähigen, Diebondierenden Materials beispielsweise aus Lot oder dergleichen als eine Elektrode auf einer Rückfläche eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität bei Montageprozessschritten des TMR-Magnetsensors 100 verstärkt werden kann. Zusätzlich ist der TMR-Magnetsensor in Ausführungsform 5 auch auf jene in Ausführungsform 2 und Ausführungsform 3 anwendbar und somit erübrigt es sich, zu sagen, dass die gleichen Wirkungen wie jene oben beschriebenen erhalten werden können.
Ausführungsform 6
7 ist ein Querschnittsdiagramm eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. Im in 7 illustrierten TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 6 wird ein nicht-magnetischer Metallfilm 701 aus beispielsweise AlSiCu oder dergleichen abgeschieden, bis eine gewünschte Filmdicke nach dem Prozessschritt von 3G im TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 1 erhalten wird, unter Verwendung einer physikalischen Dampfabscheidung-(PVD)-Ausrüstung, so dass der nicht-magnetische Metallfilm 701 das selbe Spannungspotential mit dem Si-Substrats 201 durch die leitfähigen Materialien 303 annimmt. Man beachte, dass bezüglich eines Materials des nicht-magnetischen Metallfilms 701 das Material nicht besonders auf den AlSiCu-Film beschränkt ist, falls ein elektrischer Widerstandswert des Materials niedrig ist, und es einen ohmischen Kontakt mit dem leitfähigen Materialien 303 erhalten kann.
Im TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung erübrigt es sich, zu sagen, dass der Sensor jene Effekte gleich zu den in Ausführungsform 1 beschriebenen Effekten erzielt; und zusätzlich, weil der nicht-magnetische Metallfilm 701 und das Si-Substrat 201 das selbe Spannungspotential zueinander über die leitfähigen Materialien 303 annehmen, kann eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität in einem breiten Bereich ergriffen werden. Zusätzlich ist der TMR-Magnetsensor in Ausführungsform 6 auch auf jene in Ausführungsform 2, Ausführungsform 3, Ausführungsform 4 und Ausführungsform 5 anwendbar, und es erübrigt sich zu sagen, dass die gleichen Effekte wie jene oben beschriebenen erhalten werden können.
Ausführungsform 7
8A ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines ersten Prozessschritts in einem Verfahren der Herstellung eines TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung; 8B ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines zweiten Prozessschritts im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung; und 8C ist ein illustratives Diagramm zum Erläutern eines dritten Prozessschrittes im Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird die Erläuterung in der Abfolge für das Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Ausführungsform 7 gegeben. Man beachte, dass 8A bis 8C die Diagramme sind, die für jene Aufsichten eingefügt sind, die aus den Prozessschritten im Herstellverfahren gemäß Ausführungsform 1 extrahiert sind. In Ausführungsform 7, wie nachfolgend erläutert wird, werden nur diese spezifischen Strukturen und Effekte, die in jenen aufkommen, beschrieben, und weil andere Bestandteilsobjekte und -Dinge gleich oder ähnlich zu jenen von Ausführungsform 1 sind, wird ihre detaillierte Erläuterung weggelassen.
Im in 8A gezeigten ersten Prozessschritt, wenn der TMR-Film 204 einer Ätzung unterworfen wird, werden das TMR-Sensorelement 304, das TMR-Attrappenelement 801 und Verbindungsbereiche 802 des TMR-Sensorelements 304 und des Attrappenelements 801 gebildet. In diesem Fall kann jegliche Form für das TMR-Attrappenelement 801 angenommen werden, falls seine Fläche größer ist diejenige des TMR-Sensorelements 304 ist.
Als Nächstes, wenn die metallischen Zwischenverbindungsschichten 306 unter Verwendung von Ätzen im in 8B gezeigten zweiten Prozessschritt gebildet werden, werden die verbindenden Bereiche 802 entfernt, beispielsweise, indem sie Überätzung unterworfen werden, so dass das TMR-Sensorelement 304 und das TMR-Attrappenelement 801 voneinander getrennt werden. Nachfolgend wird der TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 7 fertiggestellt, im in 8C gezeigten dritten Prozessschritt, durch Entfernen des TMR-Attrappenelements 801, das Ätzung unterworfen ist, beispielsweise unter Verwendung einer Technik von Photogravur oder dergleichen, so dass die leitfähigen Materialien 303 gebildet werden, und durch Bilden der Öffnungsbereiche 208 auf den leitfähigen Materialien 303 in einer ähnlichen Weise wie in Ausführungsform 1.
Im TMR-Magnetsensor gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung erübrigt es sich, zu sagen, dass der Sensor jene gleiche Effekte wie die in Ausführungsform 1 beschriebenen Effekte erzielt; und zusätzlich, weil das TMR-Sensorelement 304 und das Attrappenelement 801 das selbe Spannungspotential zueinander annehmen, mittels der verbindenden Bereiche 802, selbst in einem Fall, in welchem die statische Elektrizität am TMR-Sensorelement 304 in einem Stadium der Wafer-Verarbeitung induziert wird, wird die statische Elektrizität auf der Seite in das TMR-Attrappenelement 801 mit einem niedrigeren Widerstand vermittels der verbindenden Bereiche 802 entladen; aus diesem Grund besteht ein Merkmal darin, dass die statischen Elektrizitätsfestigkeitsfähigkeiten in dem Stadium der Wafer-Verarbeitung größer sind. Zusätzlich ist der TMR-Magnetsensor in Ausführungsform 7 auch auf jene in Ausführungsform 2, Ausführungsform 3, Ausführungsform 4, Ausführungsform 5 und Ausführungsform 6 anwendbar und somit erübrigt es sich zu sagen, dass die äquivalenten Effekte zu jenen oben beschriebenen erhalten werden können.
Der TMR-Magnetsensor und ein Verfahren zum Herstellen desselben, wie Ausführungsform 1 bis 7 der vorliegenden Erfindung, oben beschrieben, dargestellt, geben eine konkrete Form von zumindest einer der unten beschriebenen Erfindungen.

(1) Ein TMR-Magnetsensor umfasst ein auf einer ersten Fläche eines Substrats gebildetes TMR-Sensorelement mit einem dazwischen eingefügten Isolationsfilm; ein auf der ersten Fläche des Substrats gebildetes leitfähiges Material, das elektrisch mit dem Substrat verbunden ist, und einen, eine Oberfläche des TMR-Sensorelements und diejenige des leitfähigen Materials umgebenden Passivierungsfilm, wobei zumindest ein Bereich des leitfähigen Materials zu einem in dem Passivierungsfilm gebildeten Öffnungsbereich weist.

Gemäß der Struktur, weil statische Elektrizität von der Außenseite über das leitfähige Material auf der Seite in das Substrat hineinfließt, kann ein Durchbruch des Elements durch die statische Elektrizität vermieden werden. Zusätzlich kann eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität ergriffen werden, bevor das leitfähige Material auf ein spezifisches Spannungspotential fixiert wird.

(2) Der TMR-Magnetsensor, wie in (1) oben beschrieben dargestellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass der TMR-Magnetsensor weiter eine untere Elektrode umfasst, die zwischen dem Isolationsfilm und dem TMR-Sensorelement gebildet ist.

Gemäß dieser Struktur, weil ein Widerstandswert des leitfähigen Materials auf weniger reduziert werden kann als auf denjenigen des TMR-Sensorelementes, kann die Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität verstärkt werden. Zusätzlich, weil Herstellprozessschritte des TMR-Sensorelements und jene des leitfähigen Materials gemeinsam durchgeführt werden, kann eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität ab dem Zeitpunkt der Bildung der TMR-Sensorelemente ergriffen werden, und kann zusätzlich ein Anstieg bei den Herstellkosten gedeckelt werden.

(3) Der TMR-Magnetsensor wie in (1) und (2) oben beschrieben dargestellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in einem Bereich desselben einer Dotierregion umfasst, welche das leitfähige Material kontaktiert.

Gemäß dieser Struktur, weil statische Elektrizität wahrscheinlich auf die Seite in das Substrat fließt, kann eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität verstärkt werden.

(4) Der TMR-Magnetsensor wie in einem der oben beschriebenen (1) bis (3) dargestellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat einen leitfähigen Film umfasst, der auf einer zweiten Fläche ausgebildet ist, die wechselseitig eine Beziehung von entweder einer Front- oder Rückfläche in Bezug auf die erste Fläche annimmt.

Gemäß dieser Struktur, weil statische Elektrizität wahrscheinlich auf die Seite in das Halbleiterpaket unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Die-Bondiermaterials fließt, kann die Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität bei den Assemblierprozessschritten verstärkt werden.

(5) Der TMR-Magnetsensor wie in einem der oben beschriebenen (1) bis (4) dargestellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des leitfähigen Materials nach außen durch den Öffnungsbereich exponiert ist.

Gemäß dieser Struktur fließt eine statische Elektrizität auf die Seite in das Substrat mit der einfacheren Struktur, so dass eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität verbessert werden kann.

(6) Der TMR-Magnetsensor, wie in einem der oben beschriebenen (1) bis (4) dargestellt, ist dadurch gekennzeichnet, dass das TMR-Sensorelement und der Passivierungsfilm durch einen nicht-magnetischen Metallfilm abgedeckt sind und das leitfähige Material elektrisch mit dem nicht-magnetischen Metallfilm über den Öffnungsbereich verbunden ist.

Gemäß dieser Struktur, weil der nicht-magnetische Metallfilm dasselbe Spannungspotential mit dem Substrat über das leitfähige Material annimmt, kann eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität verstärkt werden.

(7) In einem Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß einem der oben beschriebenen (1) bis (6), ist das Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material vor der Filmbildung eines TMR-Films, der darin das TMR-Sensorelement zu bilden hat, hergestellt wird.

Gemäß diesem Herstellverfahren, weil das elektrisch mit dem Substrat verbunden seiende leitfähige Material vor der Filmbildung des TMR-Films gebildet wird, kann eine Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität ab einer frühen Stufe der Wafer-Verarbeitung ergriffen werden.

(8) In einem Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors, wie im oben beschriebenen (2) dargestellt, umfasst das Verfahren zum Herstellen des TMR-Magnetsensors die Schritte: Ausbilden eines TMR-Films, der darin das TMR-Sensorelement zu bilden hat, Bilden des TMR-Sensorelementes durch Prozessieren des TMR-Films unter Verwendung von Ätzung in eine gewünschte Form und gleichzeig Bilden einer unteren Elektrode und des leitfähigen Materials; und Bilden, im Passivierungsfilm, des Öffnungsbereichs entsprechend zumindest einem Bereich des leitfähigen Materials.

Gemäß diesem Herstellverfahren können ähnliche Effekte wie jene des in oben beschriebenen (2) dargestellten TMR-Magnetsensors erhalten werden.

(9) In einem Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors, wie in einem der oben beschriebenen (1) bis (6) dargestellt, umfasst das Verfahren der Herstellung des TMR-Magnetsensors die Schritte: Bilden eines TMR-Films, der das TMR-Sensorelement darin zu bilden hat; Bilden des TMR-Sensorelements durch Prozessieren des TMR-Films unter Verwendung von Ätzung in eine gewünschte Form und gleichzeitig Bilden eines TMR-Attrappenelementes, das elektrisch mit dem leitfähigen Material verbunden ist, und eines Verbindungsbereichs, der elektrisch das TMR-Sensorelement mit dem TMR-Attrappenelement verbindet; und Trennen des TMR-Sensorelementes vom leitfähigen Material durch Abschneiden des Verbindungsbereichs.

Gemäß dieser Struktur, weil eine statische Elektrizität zur Seite in das leitfähige Material mittels des/der Verbindungsbereich(e) fließt, selbst falls die zum Zeitpunkt der Wafer-Prozessierung erzeugte statische Elektrizität in den TMR-Elementteilen induziert wird, kann ein Effekt der Gegenmaßnahme gegen statische Elektrizität zum Zeitpunkt der Wafer-Prozessierung verstärkt werden. Durch Entfernen des/der Verbindungsbereich(e) in einem nachfolgenden Prozessschritt werden das TMR-Sensorelement und das leitfähige Material voneinander getrennt, so dass das TMR-Sensorelement als ein normales Sensorelement fungiert, nachdem die Wafer-Verarbeitung abgeschlossen ist.
Man beachte, dass, während die vorliegende Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben worden ist, die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten illustrativ und nicht beschränkend ist. Es versteht sich daher, dass in der vorliegenden Erfindung jede der Ausführungsformen frei kombiniert, angemessen modifiziert und/oder eliminiert werden kann, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5243147 [0003, 0004, 0054]

Claims

TMR-Magnetsensor, umfassend: ein auf einer ersten Fläche eines Substrats (202) gebildetes TMR-Sensorelement (304) mit einem dazwischen eingefügten Isolationsfilm (202); ein auf der ersten Fläche des Substrats (201) gebildetes leitfähiges Material (303), das elektrisch mit dem Substrat (201) verbunden ist, und einen, eine Oberfläche des TMR-Sensorelements (304) und diejenige des leitfähigen Materials (303) umgebenden Passivierungsfilm (207), wobei zumindest ein Bereich des leitfähigen Materials (303) zu einem in dem Passivierungsfilm (207) gebildeten Öffnungsbereich (208) weist.
TMR-Magnetsensor gemäß Anspruch 1, weiter umfassend eine untere Elektrode (3031), die zwischen dem Isolationsfilm (202) und dem TMR-Sensorelement (304) gebildet ist.
TMR-Magnetsensor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (201), in einem Bereich desselben, eine Dotierregion (501) umfasst, welche das leitfähige Material (303) kontaktiert.
TMR-Magnetsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat (201) einen leitfähigen Film (601) umfasst, der auf einer zweiten Fläche ausgebildet ist, die wechselseitig eine Beziehung von entweder einer Front- oder Rückfläche in Bezug auf die erste Fläche annimmt.
TMR-Magnetsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Bereich des leitfähigen Materials nach außen durch den Öffnungsbereich exponiert ist.
TMR-Magnetsensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das TMR-Sensorelement (304) und der Passivierungsfilm (207) durch einen nicht-magnetischen Metallfilm (701) abgedeckt sind, und das leitfähige Material (303) elektrisch mit dem nicht-magnetischen Metallfilm (701) über den Öffnungsbereich (208) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das leitfähige Material (303) vor der Filmbildung eines TMR-Films (204), der darin das TMR-Sensorelement (304) zu bilden hat, hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß Anspruch 2, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden eines TMR-Films (204), der darin das TMR-Sensorelement (304) zu bilden hat, Bilden des TMR-Sensorelementes (304) durch Prozessieren des TMR-Films (204) unter Verwendung von Ätzung in eine gewünschte Form und gleichzeig Bilden einer unteren Elektrode (3031) und des leitfähigen Materials (303); und Bilden, im Passivierungsfilm (207), des Öffnungsbereichs (208) entsprechend zumindest einem Bereich des leitfähigen Materials (303).
Verfahren zur Herstellung des TMR-Magnetsensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 dargestellt, umfassend die Schritte: Bilden eines TMR-Films (204), der das TMR-Sensorelement (304) darin zu bilden hat; Bilden des TMR-Sensorelements (304) durch Prozessieren des TMR-Films (204) unter Verwendung von Ätzung in eine gewünschte Form und gleichzeitig Bilden eines TMR-Attrappenelementes (801), das elektrisch mit dem leitfähigen Material (303) verbunden ist, und eines Verbindungsbereichs (802), der elektrisch das TMR-Sensorelement (304) mit dem TMR-Attrappenelement (801) verbindet; und Trennen des TMR-Sensorelementes (304) vom leitfähigen Material (303) durch Abschneiden des Verbindungsbereichs (802).