DE102017126441A1

DE102017126441A1 - Magnetsensor und Verfahren zur Herstellung dieses Magnetsensors

Info

Publication number: DE102017126441A1
Application number: DE102017126441.8A
Authority: DE
Inventors: Naoki Ohta; Keisuke TAKASUGI
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2018-08-23
Also published as: US11067648B2; US20180238972A1; US10527687B2; JP2018136212A; CN108461627B; JP6390728B2; US20200096578A1; CN108461627A

Abstract

Bereitgestellt wird ein Magnetsensor, vermittels dem die Höhe des Jochs auf einfache Weise sichergestellt werden kann, und vermittels dem ebenfalls auf einfache Weise ein magnetischer Fluss in der Richtung geleitet werden kann, in der die Magnetfeldsensierschicht ein Magnetfeld detektiert. Der Magnetsensor umfasst ein erstes Magnetfelddetektionselement 21, das eine Magnetfeldsensierschicht 38 hat, die ein Magnetfeld in der ersten Richtung X detektiert, und ein erstes Joch 23, das einen ersten Abschnitt 23a, der sich bezogen auf die erste Richtung X auf einer Seite der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 befindet, und einen zweiten Abschnitt 23b umfasst, welcher den ersten Abschnitt 23a in Richtung Z berührt, die orthogonal zu der ersten Richtung X ist. Die durchschnittliche Abmessung des zweiten Abschnitts 23b in der ersten Richtung X ist größer als die durchschnittliche Abmessung des ersten Abschnitts 23a in der ersten Richtung X.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetsensor und ein Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors, und insbesondere die Ausgestaltung eines Jochs des Magnetsensors.
Ein Magnetsensor kann mit einem Joch in der Nähe einer Magnetfeldsensierschicht vorgesehen sein, um magnetischen Fluss in der Magnetfeldsensierrichtung der Magnetfeldsensierschicht (Engl: „magnetic field sensing film“; Deutsch auch: „Magnetfeldsensierfilm“) zu leiten. Die JP2013 - 172040A , JP2015-94732A und WO 2011/68146 offenbaren einen Magnetsensor, bei dem ein Joch nahe einer Magnetfeldsensierschicht angeordnet ist, die ein Magnetfeld in einer ersten Richtung detektiert. Das Joch erstreckt sich in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal ist. Der von einem Endabschnitt des Jochs emittierte magnetische Fluss hat eine Komponente in der ersten Richtung, und die Magnetfeldsensierschicht detektiert die Komponente in der ersten Richtung. Eine Vielzahl von Magnetfeldsensierschichten ist in der ersten Richtung gebildet, und die Joche und die Magnetfeldsensierschichten sind abwechselnd angeordnet.
Die WO 2015/170509 und JP7-210833 offenbaren einen Magnetsensor, bei dem ein Endabschnitt des Jochs, das nahe einer Magnetfeldsensierschicht ist, in einer verjüngten Form gebildet ist.
[...]
Um magnetischen Fluss in eine erste Richtung zu leiten, ist es wünschenswert, dass der Endabschnitt eines Jochs auf einer Seite einer Magnetfeldsensierschicht in der ersten Richtung vorgesehen ist. Um die Größe eines Magnetsensors zu verringern, ist es wünschenswert, den Anordnungsraum in der ersten Richtung zur Anordnung der Magnetfeldsensierschichten und der Endabschnitte der Joche, die nebeneinander liegen, weitestgehend zu verringern. Um hingegen die magnetische Flussdichte des Jochs zu erhöhen, ist es wirksam, die Höhe des Jochs zu erhöhen, oder eine Abmessung des Jochs in der zweiten Richtung. Das Joch wird mittels Plattieren in dem Waferprozess gebildet. Deshalb muss die Plattierung in einem engen und tiefen Loch auf der Seite der Magnetfeldsensierschicht gebildet werden. Ein derartiger Plattierungsprozess ist jedoch hinsichtlich der Sicherstellung der Genauigkeit, mit der die Plattierung gebildet wird, von Nachteil.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetsensor anzugeben, vermittels dem die Höhe des Jochs auf einfache Weise sichergestellt werden kann, und vermittels dem ebenfalls der magnetische Fluss in der Richtung, in der die Magnetfeldsensierschicht ein Magnetfeld detektiert, auf einfache Weise geleitet werden kann.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Magnetsensor der vorliegenden Erfindung umfasst: ein erstes Magnetfelddetektionselement, welches eine erste Magnetfeldsensierschicht aufweist, die ein Magnetfeld in einer ersten Richtung detektiert; und ein erstes Joch, das einen ersten Abschnitt, der sich bezüglich der ersten Richtung auf einer Seite der ersten Magnetfeldsensierschicht befindet, und einen zweiten Abschnitt, , der in einer Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal ist, den ersten Abschnitt berührt, beinhaltet. Die durchschnittliche Abmessung des zweiten Abschnitts in der ersten Richtung ist größer als die durchschnittliche Abmessung des ersten Abschnitts in der ersten Richtung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich der erste Abschnitt des ersten Jochs in der ersten Richtung im Wesentlichen auf der Seite der ersten Magnetfeldsensierschicht. Im Ergebnis ist es leicht, magnetischen Fluss in die Richtung zu leiten, in der die erste Magnetfeldsensierschicht das Magnetfeld detektiert. Die durchschnittliche Abmessung des zweiten Abschnitts in der ersten Richtung ist größer als die durchschnittliche Abmessung des ersten Abschnitts in der ersten Richtung. Deshalb kann das Loch des Fotolacks, in dem der zweite Abschnitt gebildet werden soll, breit genug gebildet sein, um die Genauigkeit sicherzustellen, mit der die Plattierung gebildet wird. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen Magnetsensor bereit, mittels dem auf einfache Weise die Höhe des Jochs sichergestellt werden kann und mittels dem ebenfalls auf einfache Weise der magnetische Fluss in der Richtung geleitet werden kann, in der die Magnetfeldsensierschicht ein Magnetfeld detektiert.
Figurenliste

1 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Magnetsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Die 2 sind Diagramme, die nur Joche und Magnetfelddetektionselemente in 1 veranschaulichen;
3 ist ein schematisches Diagramm, welches die Ausgestaltung der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente veranschaulicht;
Die 4A bis 8B sind Diagramme, welche die Herstellungsprozesse des Magnetsensors in 1 veranschaulichen;
Die 9A bis 9C sind die Ergebnisse der Simulation eines Magnetfelds jeweils in Vergleichsbeispielen 1, 2 und Beispiel; und
die 10A bis 10C sind jeweils vergrößerte Teilansichten der 9A bis 9C.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Magnetsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Magnetsensor 1 hat eine Vielzahl von Magnetfelddetektionselementen und eine Vielzahl von Jochen. Das Joch leitet magnetischen Fluss in der Magnetfeldsensierrichtung des Magnetfelddetektionselements, und der magnetische Fluss, der von dem Joch in der Magnetfeldsensierrichtung geleitet wird, wird von dem Magnetfelddetektionselement detektiert. Die Magnetfelddetektionselemente sind durch eine Brückenschaltung (nicht dargestellt) oder dergleichen untereinander verbunden, weshalb der Magnetsensor 1 ein externes Magnetfeld messen kann. 1 veranschaulicht einen Magnetsensor 1, der erste und zweite Magnetfelddetektionselemente 21, 22 beinhaltet, die nebeneinanderliegen, und erste bis dritte Joche 23, 24, 25, die nahe den Magnetfelddetektionselementen 21, 22 angeordnet sind. 2 ist ein Diagramm, das zur erleichterten Beschreibung nur erste und zweite Magnetfelddetektionselemente 21, 22 und erste bis dritte Joche 23, 24, 25 in 1 veranschaulicht.
In der folgenden Beschreibung handelt es sich bei der ersten Richtung um eine Magnetfeldsensierrichtung, bei der erste und zweite Magnetfeldsensierschichten 38, 42 ein Magnetfeld detektieren. Die erste Richtung entspricht ebenfalls der Richtung, in der die erste Magnetfeldsensierschicht 38 und die zweite Magnetfeldsensierschicht 42 angeordnet sind. Die zweite Richtung ist orthogonal zu der ersten Richtung. Die zweite Richtung entspricht der Richtung, in der einen oberen Leiter 37 und unterer Leiter 31 des ersten Magnetfelddetektionselements 21 angeordnet sind. Die zweite Richtung entspricht ebenfalls der Richtung, in der ein oberer Leiter 41 und ein unterer Leiter 40 des zweiten Magnetfelddetektionselements 22 angeordnet sind. Die erste Richtung ist orthogonal zu der Schichtdickenrichtung der ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42, und die zweite Richtung ist parallel zu der Schichtdickenrichtung der ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42. Die dritte Richtung ist sowohl zur ersten Richtung als auch zur zweiten Richtung orthogonal. Die erste Richtung, die zweite Richtung, und die dritte Richtung werden als Richtung X bzw. Richtung Z bzw. Richtung Y bezeichnet. Es wird angemerkt, dass angenommen wird, dass der magnetische Fluss in der vorliegenden Ausführungsform von dem zweiten und dritten Joch 24 und 25 zu dem ersten Joch 23 fließt, es gibt jedoch keinen Unterschied bezüglich der Ausgestaltung und der Wirkung der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn der magnetische Fluss von dem ersten Joch 23 zu den zweiten und dritten Jochen 24, 25 fließt.
Der Magnetsensor 1 beinhaltet ein Substrat 2, zweite und dritte Joche 24, 25, die über eine erste Isolationsschicht 3 auf dem Substrat 2 gebildet sind, erste und zweite Magnetfelddetektionselemente 21, 22, die über den zweiten und dritten Jochen 24, 25 vorgesehen sind, und ein erstes Joch 23, das bezüglich der ersten Richtung X zwischen dem ersten Magnetfelddetektionselement 21 und dem zweiten Magnetfelddetektionselement 22 vorgesehen ist. Die ersten bis dritten Joche 23, 24, 25 sind aus einem weichmagnetischen Material wie NiFe gebildet. Die ersten Elektrodenschichten 4, die in einem Plattierungsschritt gebildet werden, sind zwischen der ersten Isolationsschicht 3 und den zweiten und dritten Jochen 24, 25 vorgesehen.
Das erste Magnetfelddetektionselement 21 beinhaltet eine erste Magnetfeldsensierschicht 38, die ein Magnetfeld in der ersten Richtung X detektiert, und ein Paar erster Leiter 31, 37. Die erste Magnetfeldsensierschicht 38 ist in der zweiten Richtung Z zwischen den ersten Leitern 31, 37 angeordnet, welche der Magnetfeldsensierschicht 38 einen Sensierstrom zuführen. Das zweite Magnetfelddetektionselement 22 beinhaltet eine zweite Magnetfeldsensierschicht 42, die ein Magnetfeld in der ersten Richtung X detektiert, und ein Paar zweiter Leiter 40, 41. Die zweite Magnetfeldsensierschicht 42 ist in der zweiten Richtung Z zwischen den zweiten Leitern 40, 41 vorgesehen, welche der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42 einen Sensierstrom zuführen. Der Sensierstrom fließt in der zweiten Richtung Z. Nachfolgend werden die Leiter der Paare von ersten und zweiten Leitern auf der Seite des Substrats 2 als untere Leiter 31 bzw. 40 bezeichnet, und die Leiter auf der Seite gegenüber den unteren Leitern 31, 40 bezüglich den ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42 werden als obere Leiter 37 bzw. 41 bezeichnet. Das zweite Magnetfelddetektionselement 22 ist in der ersten Richtung X von dem ersten Magnetfelddetektionselement 21 weg angeordnet. Die erste Magnetfeldsensierschicht 38 und die zweite Magnetfeldsensierschicht 42 sind an symmetrischen Positionen bezüglich der Mittellinie des ersten Jochs 23 in der Richtung Z bereitgestellt.
Das erste Joch 23 ist bezüglich der Richtung X zwischen dem zweiten Joch 24 und dem dritten Joch 25 und zwischen der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 und der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42 vorgesehen. Konkret befindet sich das zweite Joch 24 auf der Seite gegenüber dem ersten Joch 23 bezüglich der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 und liegt auf einer Verlängerungslinie der Geraden L1, die den Mittelpunkt 23c des ersten Jochs 23 mit dem Mittelpunkt 38a der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 verbindet. Das dritte Joch 25 befindet sich auf der Seite gegenüber dem ersten Joch 23 bezogen auf die zweite Magnetfeldsensierschicht 42 und liegt auf einer Verlängerungslinie der Geraden L2, die den Mittelpunkt 23c des ersten Jochs 23 mit dem Mittelpunkt 42a der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42 verbindet. Die Mittelpunkte 23c, 38a, 42a sind mit dem Massenschwerpunkt bedeutungsgleich. 1 veranschaulicht schematisch den Fluss des magnetischen Flusses, der durch die ersten bis dritten Joche 23, 24, 25 gelangt. Der von den zweiten und dritten Jochen 24, 25 emittierte magnetische Fluss schreitet in der schrägen Richtung nach oben in 1 fort und wird in dem ersten Joch 23 absorbiert. Konkret ändert der magnetische Fluss, der in Richtung Z in den zweiten und dritten Jochen 24, 25 voranschreitet, seine Richtung derart, dass die Richtung die Richtung X-Komponente zwischen den zweiten und dritten Jochen 24, 25 und dem ersten Joch 23 hat, bevor er in dem ersten Joch 23 absorbiert wird, und schreitet dann in dem ersten Joch 23 in Richtung Z fort. Die erste Magnetfeldsensierschicht 38 ist in dem Bereich zwischen erstem Joch 23 und zweiten Joch 24 positioniert, das einen große X-Richtungskomponente des magnetischen Flusses hat, weshalb der magnetische Fluss in Richtung X auf effiziente Weise detektiert werden kann. Das gleiche gilt für die zweite Magnetfeldsensierschicht 42.
Die zweite Isolationsschicht 5 ist auf den Seiten der zweiten und dritten Joche 24, 25 ausgebildet. Die dritte Isolationsschicht 7 ist auf den Seiten der unteren Leiter 31, 40 ausgebildet. Die vierte Isolationsschicht 8 ist auf den Seiten der ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42 ausgebildet. Die fünfte Isolationsschicht 9 ist auf den Seiten der oberen Leiter 37, 41 ausgebildet. Die sechste Isolationsschicht 11 ist auf den Seiten des zweiten Abschnitts 23b des ersten Jochs 23 (später beschrieben) ausgebildet. Die erste Zwischenisolationsschicht 6 ist zwischen dem zweiten und dritten Joch 24, 25 und den unteren Leitern 31, 40 ausgebildet. Die zweite Zwischenisolationsschicht 10 ist zwischen den oberen Leitern 37, 41 und der sechsten Isolationsschicht 11 ausgebildet. Die ersten bis sechsten Isolationsschichten 3, 5, 7, 8, 9, 11 sowie die ersten und zweiten Zwischenisolationsschichten 6, 10 sind aus Al₂O₃ ausgebildet. Es wird angemerkt, dass die erste Zwischenisolationsschicht 6 eine Trägerschicht ist, welche die ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 trägt.
Als nächstes werden die ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 beschrieben. Da das erste Magnetfelddetektionselement 21 und das zweite Magnetfelddetektionselement 22 den gleichen Aufbau haben, wird hier lediglich das erste Magnetfelddetektionselement 21 beschrieben. Bei 3 handelt es sich um eine Querschnittsansicht, die die Ausgestaltung des ersten Magnetfelddetektionselements 21 ausführlicher veranschaulicht. Die erste Magnetfeldsensierschicht 38 des ersten Magnetfeldetektionselements 21 beinhaltet eine Schicht 35 freier Magnetisierung, eine Schicht 33 mit festgelegter Magnetisierung, und eine Beabstandungsschicht 34, die zwischen der Schicht 35 freier Magnetisierung und der Schicht 33 mit festgelegter Magnetisierung angeordnet ist. Die Beabstandungsschicht 34 zeigt den magnetoresistiven Effekt. Die Schicht 35 freier Magnetisierung ist aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise NiFe gebildet. Die Magnetisierungsrichtung der Schicht 35 freier Magnetisierung gegenüber dem externen Magnetfeld dreht sich in einer Ebene, welche die erste Richtung X und die dritte Richtung Y beinhaltet. Die Schicht 35 freier Magnetisierung 35 hat eine ausreichend größere Länge in der Richtung Y als in der Richtung X, so dass die Magnetisierungsrichtung aufgrund der Wirkung der Formanisotropie in der Richtung X ausgerichtet ist. Vorspannungsschichten, die aus einem hardmagnetischen Material gebildet sind, können auf beiden Seiten der Schicht 35 freier Magnetisierung bezüglich der Richtung X vorgesehen sein, um die Magnetisierungsrichtung in der Richtung X auszurichten. Die Schicht 33 mit festgelegter Magnetisierung ist aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise CoFe gebildet, und die Magnetisierungsrichtung wird bezüglich dem externen Magnetfeld festgelegt. Bei der Beabstandungsschicht 34 handelt es sich um eine Tunnelbarriereschicht, die aus einem nichtmagnetischen, isolierenden Material wie beispielsweise Al₂O₃ ausgebildet ist. Dementsprechend handelt es sich bei dem ersten Magnetfelddetektionselement 21 der vorliegenden Erfindung um ein TMR-Element (Magnetoresistives Tunnel-Element), jedoch kann es auch als sogenanntes GMR-Element (Riesenmagnetowiderstandselement) bezeichnet werden, bei dem die Beabstandungsschicht 34 aus einer nichtmagnetischen Metallschicht, wie beispielsweise Cu gebildet ist.
Die Schicht 33 mit festgelegter Magnetisierung wird gebildet durch Stapeln der ersten Schicht 33a mit festgelegter Magnetisierung, der nichtmagnetischen Zwischenschicht 33b und der zweiten Schicht 33c mit festgelegter Magnetisierung in dieser Reihenfolge. Die erste Schicht 33a mit festgelegter Magnetisierung wird auf einer Keimschicht 32 gebildet, welche aus Ta oder Ru gebildet ist. Die zweite Schicht 33c mit festgelegter Magnetisierung berührt die Beabstandungsschicht 34. Die erste Schicht 33a mit festgelegter Magnetisierung und die zweite Schicht 33c mit festgelegter Magnetisierung sind aus einem weichmagnetischen Material wie beispielsweise CoFe gebildet, und die nichtmagnetische Zwischenschicht 33b ist aus Ru gebildet. Die erste Schicht 33a mit festgelegter Magnetisierung und die zweite Schicht 33c mit festgelegter Magnetisierung sind vermittels der nichtmagnetischen Zwischenschicht 33b antiferromagnetisch gekoppelt. Eine antiferromagnetische Schicht, die aus IrMn oder dergleichen gebildet ist und die mit der ersten Schicht 33a mit festgelegter Magnetisierung austauschgekoppelt ist, kann unter der ersten Schicht 33a mit festgelegter Magnetisierung vorgesehen sein. Die Schicht 35 mit freier Magnetisierung wird durch die Schutzschicht 36 bedeckt, die aus Ta oder dergleichen gebildet ist. Es wird angemerkt, dass das erste Magnetfelddetektionselement 21 und das zweite Magnetfelddetektionselement 22 nicht auf das TMR-Element oder das GMR Element beschränkt sind, und dass es sich hierbei um jede Art von Magnetfelddetektionselementen handeln kann, wie beispielsweise ein AMR (Anisotropisch Magnetoresistives) Element, vorausgesetzt, dass sie ein Magnetfeld in der ersten Richtung X detektieren können.
Das erste Joch 23 ist in einen ersten Abschnitt 23a und einen zweiten Abschnitt 23b in der Richtung Z unterteilt. Der erste Abschnitt 23a befindet sich im Wesentlichen in der Mitte zwischen der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 und der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42. Der Ausdruck „im Wesentlichen in der Mitte“ beinhaltet einen ersten Fall, bei dem die Mittelachse des ersten Abschnitts 23a in der Richtung Z von dem Mittelpunkt zwischen dem Zentrum der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 und dem Zentrum der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42 leicht in Richtung X verlagert ist, und einen zweiten Fall, bei dem der erste Abschnitt 23a bezogen auf das Zentrum der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 und das Zentrum der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42 leicht in Richtung Z verlagert ist. Der zweite Abschnitt 23b ist bezüglich der Richtung Z weiter von den ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42 entfernt als der erste Abschnitt 23a gebildet, und berührt den ersten Abschnitt 23a. Der erste Abschnitt 23a erstreckt sich in Richtung Z, von dem zweiten Abschnitt 23b aus betrachtet, über die ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42 hinaus. Mit anderen Worten ist das Ende 23d des ersten Abschnitts 23a, der auf einer Seite gegenüber dem zweiten Abschnitt 23b liegt, dem zweiten und dritten Joch 24, 25 in der ersten Richtung X zugewandt. Das Ende 23e des ersten Abschnitts 23a, das mit dem zweiten Abschnitt 23b verbunden ist, befindet sich bezogen auf die ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42, in Richtung Z betrachtet, auf der Seite des zweiten Abschnitts 23b, und ein Ende 23d des ersten Abschnitts 23a befindet sich bezüglich den ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42, in Richtung Z betrachtet, auf der gegenüberliegenden Seite des zweiten Abschnitts 23b. Mit anderen Worten reicht der erste Abschnitt 23a zwischen der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 und der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42 hindurch, und ein Teil des ersten Abschnitts 23a erstreckt sich in der Richtung Z von dem zweiten Abschnitt 23b aus gesehen über die ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42 hinaus. Wenn jedoch die Komponente des magnetischen Flusses in der Richtung X groß genug ist, kann der erste Abschnitt 23a auf der Seite des zweiten Abschnitts 23b bezogen auf die erste Magnetfeldsensierschicht 38 und die zweite Magnetfeldsensierschicht 42 enden. Die zweite Elektrodenschicht 12, die in dem Plattierungsschritt gebildet wird, ist an dem Außenumfang des ersten Abschnitts 23a vorgesehen.
Die Abmessung des ersten Jochs 23 in der Richtung X nimmt von unten nach oben in Richtung Z in 2 zu, also in einer Richtung weg von dem zweiten und dritten Joch 24, 25 oder dem Substrat 2. Dementsprechend ist die durchschnittliche Abmessung des zweiten Abschnitts 23b in der Richtung X größer als die durchschnittliche Abmessung des ersten Abschnitts 23a in der Richtung X. Die durchschnittliche Abmessung des ersten Abschnitts 23a in Richtung X bezeichnet den Durchschnittswert der Abmessung des ersten Abschnitts 23a, der in Richtung Z berechnet wird. Mit anderen Worten bedeutet die durchschnittliche Abmessung des ersten Abschnitts 23a in Richtung X eine X-Richtungsbreite W1 eines gedachten Rechtecks 23f, das die gleiche Fläche und die gleiche Abmessung in Richtung Z hat wie der erste Abschnitt 23a in 2. Analog meint die durchschnittliche Abmessung des zweiten Abschnitts 23b in Richtung X den Durchschnittswert der Abmessung des zweiten Abschnitts 23b, der in Richtung Z berechnet wird. Mit anderen Worten meint die durchschnittliche Abmessung des zweiten Abschnitts 23b in Richtung X eine X-Richtungsbreite W2 eines gedachten Rechtecks 23g, das die gleiche Fläche und die gleiche Richtung in der Richtung Z hat wie der zweite Abschnitt 23b in 2. Die Abmessung in Richtung X von dem ersten Abschnitt 23a oder dem zweiten Abschnitt 23b kann in Richtung Z konstant sein, und die Abmessungen in Richtung X von sowohl dem ersten Abschnitt 23a als auch dem zweiten Abschnitt 23b kann in Richtung Z konstant sein. Mit anderen Worten kann der erste Abschnitt 23a gleich sein wie die Form des gedachten Rechtecks 23f, und der zweite Abschnitt 23b kann gleich sein wie die Form des gedachten Rechtecks 23g.
Die Flächen des ersten Abschnitts 23a, die den ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42 zugewandt sind, haben gekrümmte Flächen 23h, 23h', die in einer Richtung, die von den ersten bzw. zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42 zurückweicht, vertieft ist. Die Form der Flächen ist nicht auf eine gekrümmte Form beschränkt und kann zum Beispiel eine ebene Form sein. Es ist möglich, dass die gekrümmten Flächen 23h, 23h' nur auf der Seite der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 oder auf der Seite der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42 vorgesehen sind.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Magnetsensors 1 anhand der 4A bis 8B beschrieben.
Zunächst wird die erste Isolationsschicht 3 auf dem Substrat 2 gebildet, wie in 4A dargestellt. Als nächstes wird die Elektrodenschicht 4 auf der ersten Isolationsschicht 3 gebildet, wie in 4B dargestellt. Dann wird der erste Fotolack 43 auf der ersten Elektrodenschicht 4 gebildet, und erste Löcher 44 zur Bildung zweiter und dritter Joche 24, 25 darin werden durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse gebildet, wie in 4C veranschaulicht. Als nächstes werden die zweiten und dritten Joche 24, 25 in ersten Löchern 44 mittels Plattieren gebildet, wie in 4D veranschaulicht.
Als nächstes wird der erste Fotolack 43 abgelöst bzw. abgetragen, wie in 5A veranschaulicht. Dann wird die erste Elektrodenschicht 4 mittels Fräsen entfernt, abgesehen von Bereichen, in denen die erste Elektrodenschicht 4 die zweiten und dritten Joche 24, 25 berührt, wie in 5B veranschaulicht. Als nächstes wird die zweite Isolationsschicht 5 gebildet, und die zweite Isolationsschicht 5, die oben auf dem zweiten und dritten 24, 25 Joch gebildet ist, wird durch CMP entfernt, wie in 5C veranschaulicht. Im Ergebnis werden die Seitenräume der zweiten und dritten Joche 24, 25 mit der zweiten Isolationsschicht 5 gefüllt.
Dann wird die erste Zwischenisolationsschicht 6 mittels Sputtern auf der zweiten Isolationsschicht 5 gebildet, wie in 6A veranschaulicht. Als nächstes werden die unteren Leitschichten 31, 40 der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 vermittels Sputtern auf der ersten Zwischenisolationsschicht 6 (47) gebildet, und die Seitenräume der unteren Leitschichten 31, 40 werden mit der dritten Isolationsschicht 7 gefüllt. Als nächstes werden die Magnetfeldsensierschichten 38, 42 der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 vermittels Sputtern auf den unteren Leitschichten 31, 40 der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselementen 21, 22 gebildet, und dann werden die Seitenräume der Magnetfeldsensierschichten 38, 42 mit der vierten Isolationsschicht 8 gefüllt. Dann werden obere Leitschichten 37, 41 der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 vermittels Sputtern auf den Magnetfeldsensierschichten 38, 42 der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselementen 21, 22 gebildet, und dann werden die Seitenräume der oberen Leitschichten 37, 41 mit der fünften Isolationsschicht 9 gefüllt. Danach wird die zweiten Zwischenisolationsschicht 10 vermittels Sputtern auf den oberen Leitschichten 37, 41 der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 und auf der fünften Isolationsschicht 9 gebildet. Als nächstes wird der zweite Fotolack 45 auf der zweiten Zwischenisolationsschicht 10 gebildet, und das zweite Loch 46 wird durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse gerade oberhalb dort gebildet, wo der ersten Abschnitt 23a des ersten Jochs 23 gebildet werden soll, wie in 6B veranschaulicht.
Dann wird das dritte Loch 47 zur Bildung des ersten Abschnitts 23a des ersten Jochs 23 vermittels Fräsen über ein zweites Loch 46 gebildet, und der zweite Fotolack 45 wird abgelöst bzw. abgetragen, wie in 7A veranschaulicht. Als nächstes wird die zweite Elektrodenschicht 12 auf der Innenwand des dritten Lochs 47 und auf der zweiten Zwischenisolationsschicht 10 gebildet, wie in 7B veranschaulicht.
Dann wird der dritte Fotolack 48 gebildet, und das vierte Loch 49, das mit dem dritten Loch 47 verbunden ist, wird vermittels Belichtungs- und Entwicklungsprozessen an einem Abschnitt gebildet, wo der zweite Abschnitt 23b des ersten Jochs 23 gebildet werden soll, wie in 8A veranschaulicht. Als nächstes wird das erste Joch 23 in dem dritten Loch 47 und dem vierten Loch 49 durch Plattieren gebildet, wie in 8B veranschaulicht. Dann wird der dritte Fotolack 48 abgelöst, die zweite Elektrodenschicht 12 wird entfernt, und die sechste Isolationsschicht 11 wird auf den Seiten des zweiten Abschnitts 23b des ersten Jochs 23 gebildet, und die in 1 veranschaulichte Ausgestaltung wird erzielt.
Die 9A bis 9C zeigen jeweils die Ergebnisse zur Simulierung des Magnetfelds in den Vergleichsbeispielen 1, 2 und Beispiel. Die 10A bis 10C zeigen vergrößerte Ansichten nahe den ersten und zweiten Magnetfelddetektionselementen 21, 22. Die 10A bis 10C veranschaulichen jeweils vergrößerte Ansichten eines Teils A aus Figur 9A, eines Teils B aus Figur 9B, und eines Teils C aus 9C. Das weiße Quadrat in den 10A bis 10C veranschaulicht grob die Position der ersten Magnetfeldsensierschicht 38. Die 9A und 10A zeigen Simulationsergebnisse des Vergleichsbeispiels 1, bei dem sich das untere Ende des ersten Jochs 123 über bzw. oberhalb der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 befindet. Die Abmessung des ersten Jochs 123 in Richtung X ist geringfügig kleiner als der Abstand zwischen dem ersten Magnetfelddetektionselement 21 und dem zweiten Magnetfelddetektionselement 22 und in Richtung Z konstant. In der Figur gibt die Länge des Pfeils die Intensität des magnetischen Flusses an, und die Richtung des Pfeils gibt die Richtung des magnetischen Flusses an. Da die erste Magnetfeldsensierschicht 38 ein Magnetfeld der Richtung X detektiert, ist es bevorzugt, dass der Pfeil so weit wie möglich hin zur Richtung X geneigt ist. Die 9B und 10B zeigen Simulationsergebnisse des Vergleichsbeispiels 2, bei dem sich das untere Ende des ersten Jochs 223 unterhalb der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 befindet. Im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 ist der magnetische Fluss an der Position der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 weiter in Richtung X geneigt. Die 9C und 10C zeigen ein Simulationsergebnis des Beispiels, bei dem das untere Ende des ersten Jochs 23 sich unterhalb der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 befindet und die Fläche des ersten Jochs 23, die der Magnetfeldsensierschicht 38 zugewandt ist, ist vertieft. Der magnetische Fluss ist verglichen mit Vergleichsbeispiel 2 geringfügig hin zur Richtung Z geneigt, jedoch verglichen mit Vergleichsbeispiel 1 in Richtung X geneigt.
Hingegen wird, wie in der obigen Beschreibung des Herstellungsverfahrens beschrieben, wenn das erste Joch 23 vermittels Plattieren gebildet wird, das dritte Loch 47 auf den Seiten der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 vorab gebildet, das vierte Loch 49 wird in dem dritten Fotolack 48 vorab gebildet, und dann wird das erste Joch 23 in den dritten und vierten Löchern 47, 49 mittels Plattieren gebildet. Dementsprechend, im Falle des Vergleichsbeispiels 2, bei dem das erste Joch 223 eine allgemein längliche Form hat, ist das vierte Loch 49 ebenfalls tief und länglich. Jedoch wird es schwierig sein, vermittels dem Plattierungsverfahren eine genaue Form für Löcher, die tief und länglich sind, sicherzustellen, und dies kann eine Verschlechterung in der Genauigkeit verursachen, mit der das erste Joch 223 gebildet wird. In dem Beispiel jedoch besteht das erste Joch 23 aus dem ersten Abschnitt 23a, der eine kleine Abmessung in Richtung X hat, und dem zweiten Abschnitt 23b, der eine große Abmessung in Richtung X hat, und dementsprechend ist die Abmessung des vierten Lochs 49 in Richtung C größer als diejenige des dritten Lochs 47, und deshalb ist es einfach sicherzustellen, dass der erste Joch 23 genau gebildet wird.
Somit kann ein Magnetfeldsensor in der vorliegenden Ausführungsform erhalten werden, vermittels dem es einfach ist sicherzustellen, dass das erste Joch 23 genau gebildet wird und bei dem der magnetische Fluss an den Positionen der ersten und zweiten Magnetfeldsensierschichten 38, 42 weiter in Richtung X geneigt ist. Es wird angemerkt, dass der Magnetsensor 1 in der oben-beschriebenen Ausführungsform eine Vielzahl von Magnetfelddetektionselementen und eine Vielzahl von Jochen aufweist, jedoch sind in der vorliegenden Ausführungsform ein Magnetfelddetektionselement und ein erstes Joch 23 die Mindestkomponenten, und eine derartige Ausgestaltung ist ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Magnetsensor
21: Erstes Magnetfelddetektionselement
22: Zweites Magnetfelddetektionselement
23: Erstes Joch
23a: Erster Abschnitt des ersten Jochs
23b: Zweiter Abschnitt des ersten Jochs
24: Zweites Joch
25: Drittes Joch
31: Unterer Leiter des ersten Magnetfelddetektionselements
33: Schicht mit festgelegter Magnetisierung
34: Beabstandungsschicht
35: Schicht mit freier Magnetisierung
37: Oberer Leiter des ersten Magnetfelddetektionselements
38: Erste Magnetfeldsensierschicht
40: Unterer Leiter des zweiten Magnetfelddetektionselements
41: Oberer Leiter des zweiten Magnetfelddetektionselements
42: Zweite Magnetfeldsensierschicht
X: Erste Richtung
Z: Zweite Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013 [0002]
JP 172040 A [0002]
JP 2015094732 A [0002]
WO 2011/68146 [0002]
WO 2015/170509 [0003]
JP 7210833 [0003]

Claims

Magnetsensor (1), aufweisend: ein erstes Magnetfelddetektionselement (21), das eine erste Magnetfeldsensierschicht (38) hat, die ein Magnetfeld in einer ersten Richtung (X) detektiert; und ein erstes Joch (23), das einen ersten Abschnitt (23a), der sich bezogen auf die erste Richtung (X) auf einer Seite der ersten Magnetfeldsensierschicht (38) befindet, und einen zweiten Abschnitt (23b) beinhaltet, der den ersten Abschnitt (23a) in einer Richtung (Z) berührt, welche orthogonal zu der ersten Richtung (X) ist, wobei eine durchschnittliche Abmessung des zweiten Abschnitts (23b) in der ersten Richtung (X) größer als eine durchschnittliche Abmessung des ersten Abschnitts (23a) in der ersten Richtung (X) ist.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 1, wobei sich ein Teil des ersten Abschnitts (23a) von dem zweiten Abschnitt (23b) in der Richtung (Z) gesehen, die orthogonal zur ersten Richtung (X) ist, über die erste Magnetfeldsensierschicht (38) hinaus erstreckt.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: ein zweites Joch (24), das sich bezogen auf die erste Magnetfeldsensierschicht (38) auf einer Seite gegenüber dem ersten Joch (23) befindet, wobei das zweite Joch (24) auf einer Verlängerungslinie einer Geraden (L1) liegt, die einen Mittelpunkt (23c) des ersten Jochs (23) mit einem Mittelpunkt (38a) der ersten Magnetfeldsensierschicht (38) verbindet.
Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: ein zweites Magnetfelddetektionselement (22), das eine zweite Magnetfeldsensierschicht (42) hat, die ein Magnetfeld in der ersten Richtung (X) detektiert, wobei sich das zweite Magnetfelddetektionselement (22) in der ersten Richtung (X) von dem ersten Magnetfelddetektionselement (21) entfernt befindet, wobei sich der erste Abschnitt (23a) im Wesentlichen in der Mitte zwischen der ersten Magnetfeldsensierschicht (38) und der zweiten Magnetfeldsensierschicht (42) befindet.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 4, ferner aufweisend: ein drittes Joch (25), das sich bezogen auf die zweite Magnetfeldsensierschicht (42) auf einer Seite gegenüber dem ersten Joch (23) befindet, wobei das dritte Joch (25) auf einer Verlängerungslinie einer Geraden (L2) liegt, die ein Zentrum (23a) des ersten Jochs (23) mit einem Zentrum (42a) der zweiten Magnetfeldsensierschicht (42) verbindet, wobei ein Endabschnitt (23d) des ersten Abschnitts (23a) auf einer Seite gegenüber dem zweiten Abschnitt (23b) den zweiten und dritten Jochen (24, 25) in der ersten Richtung (X) zugewandt ist.
Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Fläche (23h) des ersten Abschnitts (23a), welcher der ersten Magnetfeldsensierschicht (38) zugewandt ist, eine gekrümmte Fläche hat, die in einer Richtung, die von der ersten Magnetfeldsensierschicht (38) zurückweicht, vertieft ist.
Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Magnetfeldsensierschicht (38) eine Schicht (35) freier Magnetisierung, bei der sich eine Magnetisierungsrichtung bezüglich des externen Magnetfelds in einer Ebene dreht, welche die erste Richtung (X) beinhaltet, eine Schicht (33) mit festgelegter Magnetisierung (33), bei der eine Magnetisierungsrichtung bezüglich den externen Magnetfelds festgelegt ist, und eine Beabstandungsschicht (34) beinhaltet, die zwischen der Schicht (35) freier Magnetisierung und der Schicht (33) mit festgelegter Magnetisierung angeordnet ist und die eine magnetoresistive Wirkung hat.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (1), umfassend die Schritte: Bilden eines ersten Magnetfelddetektionselements (21) und einer Isolierungsschicht (7, 8, 9) auf einer Trägerschicht (6), wobei das erste Magnetfelddetektionselement (21) eine erste Magnetfeldsensierschicht (38) hat, die ein Magnetfeld in einer ersten Richtung (X) detektiert, und sich die Isolationsschicht (7, 8, 9) bezogen auf die erste Richtung (X) auf einer Seite des ersten Magnetfelddetektionselements (21) befindet; Bilden eines ersten Lochs (47) in der Isolationsschicht (7, 8, 9); Bilden eines Fotolacks (48) über der Isolationsschicht (7, 8, 9), wobei der Fotolack (48) ein zweites Loch (49) hat, das mit dem ersten Loch (47) verbunden ist und in der ersten Richtung (X) eine größere Abmessung als das erste Loch (47) hat; und Bilden eines ersten Jochs (23) in den ersten und zweiten Löchern (47, 49) mittels Plattieren, und Entfernen des Fotolacks (48).