DE102017126451A1

DE102017126451A1 - Magnetsensor und Verfahren zur Herstellung dieses Magnetsensors

Info

Publication number: DE102017126451A1
Application number: DE102017126451.5A
Authority: DE
Inventors: Naoki Ohta; Keisuke TAKASUGI
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2018-08-09
Also published as: US10634740B2; CN108414954A; US20180224510A1; JP2018128390A

Abstract

Bereitgestellt wird ein Magnetsensor mit einem Joch, der eine große magnetische Flussdichte erzielen kann und der genau ausgebildet werden kann. Der Magnetsensor beinhaltet ein Magnetfelddetektionselement 21, das ein Magnetfeld in einer ersten Richtung X detektiert, und ein erstes Joch 23, das sich nahe dem Magnetfelddetektionselement 21 befindet und sich in einer zweiten Richtung Z erstreckt, welche orthogonal zu der ersten Richtung X ist. Das erste Joch 23 beinhaltet einen ersten Abschnitt 23a, der sich von dem Magnetfelddetektionselement 21 zumindest in der ersten Richtung X weg befindet, und einen zweiten Abschnitt 23b, der bezüglich der zweiten Richtung Z von dem Magnetfelddetektionselement 21 weiter entfernt befindet als der ersten Abschnitt 23a. Der zweite Abschnitt 23b hat eine Fläche 23f, die der Grenzfläche 23d mit dem ersten Abschnitt 23a gegenüberliegt, wobei die Fläche 23f eine gekrümmte Form hat, die in einer Richtung weg von dem ersten Abschnitt 23a vorsteht.

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.
Beschreibung der verwandten Technik
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 WO 2009/151023 offenbart einen Magnetsensor, der eine Magnetfeldsensierschicht, die ein Magnetfeld in einer ersten Richtung detektiert, und ein Joch, welches der Magnetfeldsensierschicht in der ersten Richtung zugewandt ist, umfasst. Das Joch besitzt einen Endabschnitt, der in der ersten Richtung hin zu der Magnetfeldsensierschicht vorsteht, und leitet den magnetischen Fluss in der ersten Richtung. JP2013-172040A offenbart einen Magnetsensor, bei dem ein Joch, das sich in einer Richtung orthogonal zu der Magnetfeldsensierrichtung einer Magnetfeldsensierschicht erstreckt (nachfolgend als zweite Richtung bezeichnet), neben der Magnetfeldsensierschicht angeordnet ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der in WO 2009/151023 offenbarte Magnetsensor benötigt eine große Fläche in der ersten Richtung, um das Joch anzuordnen, weil sich das Joch in der ersten Richtung (seitlichen Richtung) erstreckt. Um die Fläche zur Anordnung des Jochs zu begrenzen, ist es wünschenswert, dass ein Joch, das sich in der zweiten Richtung (Vertikalrichtung) erstreckt, die zu der Magnetfeldsensierrichtung der Magnetfeldsensierschicht orthogonal ist, derart bereitgestellt wird, wie dies in der JP2013-172040A offenbart ist. Jedoch ist es in diesem Fall erforderlich, die Höhe des Jochs oder die Abmessungen des Jochs in der zweiten Richtung zu vergrößern, um die magnetische Flussdichte des in der Vertikalrichtung angeordneten Jochs zu erhöhen. Da das Joch durch Plattieren in dem Wafer-Verfahren gebildet wird, muss die Plattierung in einem tiefen Loch eines Fotolacks gebildet werden. Jedoch ist ein solches Plattierungsverfahren hinsichtlich der Sicherstellung der Genauigkeit, mit der die Plattierung gebildet wird, von Nachteil.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Magnetsensor mit einem Joch anzugeben, der eine große magnetische Flussdichte erzielen kann und der genau ausgebildet werden kann.
Ein Magnetsensor weist ein Magnetfelddetektionselement, das ein Magnetfeld in einer ersten Richtung detektiert, und ein erstes Joch, das sich in der Nähe des Magnetfelddetektionselements befindet und sich in einer zweiten Richtung, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, erstreckt, auf. Das erste Joch umfasst einen ersten Abschnitt, der sich zumindest in der ersten Richtung von dem Magnetfelddetektionselement entfernt befindet, und einen zweiten Abschnitt, der sich bezüglich der zweiten Richtung weiter von dem Magnetfelddetektionselement entfernt befindet als der erste Abschnitt. Der zweite Abschnitt hat eine Fläche, die einer Grenzfläche mit dem ersten Abschnitt gegenüberliegt, wobei die Fläche eine gekrümmte Form hat, die in einer Richtung weg von dem ersten Abschnitt vorsteht.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors umfasst die Schritte: Bilden eines Magnetfelddetektionselements, das ein Magnetfeld in einer ersten Richtung detektiert, Bilden eines Fotolacks, der das Magnetfelddetektionselement in einer zweiten Richtung bedeckt, die orthogonal zu der ersten Richtung ist, Bilden eines Lochs in dem Fotolack an einer Position weg von dem Magnetfelddetektionselement in der ersten Richtung, wobei sich das Loch von einer Oberseite des Fotolacks in der zweiten Richtung erstreckt, Bilden eines Jochs in und über bzw. oberhalb des Lochs des Fotolacks durch Plattieren, und Entfernen bzw. Abtragen des Fotolacks.
Gemäß dem Magnetsensor der vorliegenden Erfindung hat der zweite Abschnitt eine Fläche mit einer gekrümmten Form, die in einer Richtung weg von dem ersten Teil vorsteht. Das Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors der vorliegenden Erfindung umfasst einen Schritt der Bildung eines Jochs über einem Loch eines Fotolacks durch Plattieren, wodurch die Bildung eines Jochs mit einer Höhe ermöglicht wird, die die Tiefe des Lochs des Fotolacks übersteigt. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung einen Magnetsensor bereitstellen, der ein Joch besitzt, das eine große magnetische Flussdichte erzielen kann und das präzise gebildet werden kann.
Figurenliste

1 ist eine Teilquerschnittsansicht, die einen Magnetsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Die 2A und 2B 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 7B sind Diagramme, welche die Herstellungsprozesse des Magnetsensors in 1 veranschaulichen;
8 ist ein Diagramm ähnlich den Figuren 2A und 2B und veranschaulicht einen Magnetsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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. 2A 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 ein oberer 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. In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Joch 23 in der zweiten Richtung Z weg von den ersten und zweiten Magnetfelddetektionselementen 21, 22 angeordnet. 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 ersten 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 zwischen dem zweiten Joch 24 und dem dritten Joch 25 bezüglich der Richtung X 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 erstem 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 ersten Jochs 23 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 hartmagnetischen 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 sowohl in der ersten Richtung X als auch in der zweiten Richtung Z weg von dem ersten und zweiten Magnetfelddetektionselement 21, 22 (d.h. der erste Abschnitt 23a befindet sich an einer schrägen und oberen Position in den 1, 2A und 2B) und erstreckt sich in der zweiten Richtung Z. Der erste Abschnitt 23a ist bezüglich der Richtung Z näher an den ersten und zweiten Magnetfelddetektionselementen 21, 22 ausgebildet als der zweite Abschnitt 23b. Der zweite Abschnitt 23b ist bezüglich der Richtung Z von dem ersten und zweiten Magnetfelddetektionselement 21, 22 weiter weg ausgebildet als der erste Abschnitt 23a und berührt den ersten Abschnitt 23a. Der erste Abschnitt 23a endet auf der Seite des zweiten Abschnitts 23b bezüglich der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 und der zweiten Magnetfeldsensierschicht 42. Die zweite Elektrodenschicht 12, die in dem Plattierungsschritt gebildet wird, ist zwischen der Zwischenisolationsschicht 10 und dem ersten Joch 23 vorgesehen.
Die Abmessung des ersten Abschnitts 23a in Richtung X nimmt monoton von unten nach oben in Richtung Z in 2 zu, d.h. in der Richtung weg von dem zweiten und dritten Joch 24, 25 oder dem Substrat 2, oder hin zu dem zweiten Abschnitt 23b. Die Abmessung des ersten Abschnitts 23a in Richtung X kann in Richtung Z konstant sein. Mit anderen Worten kann der Querschnitt des ersten Abschnitts 23a rechteckig sein.
Die Abmessung des zweiten Abschnitts 23b in Richtung X nimmt von unten nach oben in der Richtung Z monoton ab, also in der Richtung weg von dem zweiten und dritten Joch 24, 25, oder in der Richtung weg von dem ersten Abschnitt 23a. Die Fläche 23f des zweiten Abschnitts 23b, die der Grenzfläche 23d mit dem ersten Abschnitt 23a gegenüberliegt, hat eine gekrümmte Form, die in der Richtung weg von dem ersten Abschnitt 23a vorsteht. In der in 2A dargestellten Ausführungsform hat der zweite Abschnitt 23b einen im Wesentlichen kuppelförmigen Querschnitt. In einer in 2B dargestellten Modifikation hat der zweite Abschnitt 23b eine im Wesentlichen flache Oberseite. In jedem Fall bildet jeder Seitenabschnitt 23e des zweiten Abschnitts 23b in Richtung X eine gekrümmte Form. Der Krümmungsradius von jedem Seitenabschnitt 23e des zweiten Abschnitts 23b beträgt zumindest etwa ein Viertel und höchstens etwa die Hälfte der Breite W der Grenzfläche 23d zwischen dem ersten Abschnitt 23a und dem zweiten Abschnitt 23b in der ersten Richtung X. Jedoch muss die Fläche von jedem Seitenabschnitt 23e des zweiten Abschnitts 23b in Richtung X nicht eine krumme Fläche mit einem konstanten Krümmungsradius sein, und kann aus miteinander verbundenen, krummen Linien gebildet sein, die unterschiedliche Krümmungsradien besitzen. Der zweite Abschnitt 23b kann bezüglich der Mittellinie des ersten Abschnitts 23a in der Richtung Z asymmetrisch sein. Die maximale Höhe H des zweiten Abschnitts 23b beträgt bevorzugt zumindest etwa ein Viertel und höchstens etwa die Hälfte der Breite W der Grenzfläche 23d zwischen dem ersten Abschnitt 23a und dem zweiten Abschnitt 23b in der ersten Richtung X. Der zweite Abschnitt 23b steht in der Richtung Z gesehen bevorzugt seitlich nicht von der Grenzfläche 23d zwischen dem ersten Abschnitt 23a und dem zweiten Abschnitt 23b vor.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Magnetsensors 1 anhand der 4A bis 7B 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 (Trägerschicht) 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 Magnetfelddetektionselemente 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 die zweite Elektrodenschicht 12 auf der zweiten Zwischenisolationsschicht 10, wie in 6B veranschaulicht, gebildet.
Dann wird der zweite Fotolack 45 auf der zweiten Elektrodenschicht 12 gebildet, und das zweite Loch 46 zur Bildung des ersten Abschnitts 23a des ersten Jochs 23 darin wird durch Belichtungs- und Entwicklungsprozesse, wie in 7A veranschaulicht, gebildet. Das zweite Loch 46 erstreckt sich in der zweiten Richtung Z von der Oberseite des Fotolacks 45. Als nächstes wird der erste Abschnitt 23a des ersten Jochs 23 in dem zweiten Loch 46 vermittels Plattieren gebildet, wie in 7B veranschaulicht. Das zweite Loch 46 wird vollständig mit dem ersten Abschnitt 23a gefüllt. Zudem wird der Schritt des Plattierens ferner durchgeführt, nachdem der erste Abschnitt 23a gebildet wurde, und der zweite Abschnitt 23b wird auf dem ersten Abschnitt 23a gebildet. Der zweite Abschnitt 23b wird aufgrund der Oberflächenspannung des geschmolzenen Plattierungsmaterials in einer gekrümmten Form ausgebildet, da der zweite Abschnitt 23b außerhalb des zweiten Fotolacks 45 gebildet ist. Der Schritt des Plattierens ist abgeschlossen, bevor der zweite Abschnitt 23b in der Richtung Z betrachtet seitlich nach außerhalb des ersten Abschnitts 23a hervorsteht. Dann wird der zweite Fotolack 45 abgelöst, die zweite Elektrodenschicht 12, die das erste Joch 23 nicht berührt, wird entfernt bzw. abgetragen, die sechste Isolationsschicht 11 wird in den Seitenräumen des ersten Abschnitts 23a und des zweiten Abschnitts 23b des ersten Jochs 23 gebildet, und es wird die in 1 veranschaulichte Ausgestaltung erhalten.
8 ist ein Diagramm ähnlich den Figuren 2A und 2B und veranschaulicht einen Magnetsensor einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das erste Joch 23 einen dritten Abschnitt 23g, der sich auf der Seite gegenüber des zweiten Abschnitts 23b bezüglich dem ersten Abschnitt 23a befindet. Der dritte Abschnitt 23g ist den ersten und zweiten Magnetfelddetektionselementen 21, 22 zugewandt, insbesondere, Magnetfeldsensierschichten 38, 42 der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 bezüglich der ersten Richtung X. Da das erste Joch 23 so tief ausgebildet ist, dass das erste Joch 23 den ersten und zweiten Magnetfelddetektionselementen 21, 22 in der ersten Richtung X zugewandt ist, ist der magnetische Fluss an den Positionen der ersten und zweiten Magnetfelddetektionselemente 21, 22 weiter hin zu der Richtung X geneigt. Im Ergebnis kann die Leistung des Magnetsensors 1 in der Richtung X weiter verbessert werden.
Die 9A bis 9C zeigen jeweils die Ergebnisse des Simulierens 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 die Gesamthöhe des ersten Jochs 123 klein ist. 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 und an der Position der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 so lang wie möglich ist. Die 9B und 10B zeigen das Simulationsergebnis des Vergleichsbeispiels 2, bei dem die Gesamthöhe des ersten Jochs 223 höher ist als diejenige des Vergleichsbeispiels 1. Im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 ist der magnetische Fluss an der Position der ersten Magnetfeldsensierschicht 38 um etwa den gleichen Grad geneigt, doch die Intensität des magnetischen Flusses ist erhöht. Die 9C und 10C zeigen das Simulationsergebnis des Beispiels, bei dem der zweite Abschnitt 23b einen abgerundeten Endabschnitt hat. Die Gesamthöhe des ersten Abschnitts 23a ist etwa die Gleiche wie diejenige des ersten Jochs 123 aus Vergleichsbeispiel 1, und die Gesamthöhe des ersten Jochs 23 ist etwa die Gleiche wie diejenige des ersten Jochs 223 aus Vergleichsbeispiel 2. Der magnetische Fluss ist etwa um den gleichen Grad geneigt wie in den Vergleichsbeispielen 1 und 2. Die Intensität des magnetischen Flusses ist geringfügig kleiner als diejenige des Vergleichsbeispiels 2, jedoch größer als diejenige des Vergleichsbeispiels 1.
Auf der anderen Seite, wie in der obigen Beschreibung des Herstellungsverfahrens beschrieben, wird das erste Joch 23 in dem zweiten Loch 46 des zweiten Fotolacks 45 vermittels Plattieren gebildet. Dementsprechend, im Falle des ersten Jochs 223 des Vergleichsbeispiels 2, das allgemein länglich ist, ist das zweite Loch 46 ebenfalls tief und länglich. Jedoch wird es schwierig, vermittels des Plattierungsverfahrens eine genaue Formgebung für Löcher sicherzustellen, die tief und länglich sind, und dies kann eine Verschlechterung in der Genauigkeit verursachen, mit der das erste Joch 223 gebildet wird. Im Beispiel soll ein Fotolack jedoch verwendet werden, um den zweiten Abschnitt 23b des ersten Jochs 23 mit dem abgerundeten Endabschnitt zu bilden, weil der zweite Abschnitt 23b wie oben beschrieben aufgrund der Oberflächenspannung in einer abgerundeten Endform gebildet ist. Entsprechend kann das erste Joch 23 in einem Loch eines Fotolacks gebildet werden, das in etwa die gleiche Tiefe hat wie diejenige des Vergleichsbeispiels 1, und deshalb ist es leicht sicherzustellen, dass das Joch 23 genau geformt wird.
Folglich ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen Magnetfeldsensor zu erhalten, mittels dem es auf einfache Weise möglich ist sicherzustellen, dass das erste Joch 23 genau gebildet wird und in dem das erste Joch 23 eine große magnetische Flussdichte hat.
Bezugszeichenliste

1: Magnetsensor
21: Erstes Magnetfelddetektionselement
22: Zweites Magnetfelddetektionselement
23: Erstes Joch
23a: Erster Abschnitt des ersten Jochs
23b: Zweiter Abschnitt des ersten Jochs
23d: Grenzfläche zwischen erstem Abschnitt 23a und zweitem Abschnitt 23b
23g: Dritter 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
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/151023 [0002, 0003]
JP 2013172040 A [0002, 0003]

Claims

Magnetsensor (1), aufweisend: ein Magnetfelddetektionselement (21), das ein Magnetfeld in einer ersten Richtung (X) detektiert; und ein erstes Joch (23), das sich nahe dem Magnetfelddetektionselement (21) befindet und sich in einer zweiten Richtung (Z) erstreckt, die orthogonal zu der ersten Richtung (X) ist, wobei das erste Joch (23) einen ersten Abschnitt (23a), der sich zumindest in der ersten Richtung (X) von dem Magnetfelddetektionselement (21) entfernt befindet, und einen zweiten Abschnitt (23b) beinhaltet, der sich von dem Magnetfelddetektionselement (21) bezüglich der zweiten Richtung (Z) weiter entfernt befindet als der erste Abschnitt (23a), und der zweite Abschnitt (23b) eine Fläche (23f) hat, die einer Grenzfläche (23d) mit dem ersten Abschnitt (23a) gegenüberliegt, wobei die Fläche (23f) eine gekrümmte Form hat, die in einer Richtung weg von dem ersten Abschnitt (23a) vorsteht.
Magnetsensor (1) gemäß Anspruch 1, wobei eine Breite (W) des ersten Abschnitts (23a) in der ersten Richtung (X) hin zu dem zweiten Abschnitt (23b) monoton zunimmt.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine maximale Höhe (H) des zweiten Abschnitts (23b) in der zweiten Richtung (Z) zumindest ein Viertel und höchstens die Hälfte einer Breite einer Grenzfläche (23d) zwischen dem ersten Abschnitt (23a) und dem zweiten Abschnitt (23b) in der ersten Richtung (X) beträgt.
Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Joch (23) einen dritten Abschnitt (23g) beinhaltet, der sich an einer Seite gegenüber dem zweiten Abschnitt (23b) bezüglich dem ersten Abschnitt (23a) befindet, und der dritte Abschnitt (23g) dem Magnetfelddetektionselement (21) bezüglich der ersten Richtung (X) zugewandt ist.
Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Magnetfelddetektionselement (21) eine Magnetfeldsensierschicht (38) und ein Paar Leiter (31, 37) beinhaltet, die der Magnetfeldsensierschicht (38) einen Sensierstrom (38) zuführen, die erste Richtung (X) zu einer Schichtdickenrichtung der Magnetfeldsensierschicht (38) orthogonal ist, die zweite Richtung (Z) parallel zu der Schichtdickenrichtung ist, die Magnetfeldsensierschicht (38) ein Magnetfeld in der ersten Richtung (X) detektiert, und die Magnetfeldsensierschicht (38) in der zweiten Richtung (Z) zwischen dem Paar von Leitern (31, 37) positioniert ist.
Magnetsensor (1) nach Anspruch 5, ferner aufweisend: ein zweites Joch (24), das sich bezogen auf die 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 Magnetfeldsensierschicht (38) verbindet.
Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (1), umfassend die Schritte: Bilden eines Magnetfelddetektionselements (21), das ein Magnetfeld in einer ersten Richtung (X) detektiert; Bilden eines Fotolacks (45), der das Magnetfelddetektionselement (21) in einer zweiten Richtung (Z) bedeckt, die orthogonal zu der ersten Richtung (X) ist; Bilden eines Lochs (46) in dem Fotolack (45) an einer Position weg von dem Magnetfelddetektionselement (21) in der ersten Richtung (X), wobei sich das Loch (46) von einer Oberseite des Fotolacks (45) in der zweiten Richtung (Z) erstreckt, Bilden eines Jochs (23) in und über dem Loch (46) des Fotolacks (45) durch Plattieren; und Entfernen des Fotolacks (45).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Joch (23) einen ersten Abschnitt (23a), der in dem Loch (46) gebildet ist, und einen zweiten Abschnitt (23b), der über dem Loch (46) gebildet ist, beinhaltet, und der zweite Abschnitt (23b) eine Form hat, die sich von einer Grenzfläche (23d) mit dem ersten Abschnitt (23a) nach oben hin krümmt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine maximale Höhe (H) des zweiten Abschnitts (23b) in der zweiten Richtung (Z) zumindest etwa ein Viertel und höchstens etwa die Hälfte einer Breite der Grenzfläche (23d) zwischen dem ersten Abschnitt (23a) und dem zweiten Abschnitt (23b) in der ersten Richtung (X) beträgt.