DE10259707B4

DE10259707B4 - Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung und Verwendung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE10259707B4
Application number: DE10259707A
Authority: DE
Inventors: Yuji Kawano; Naoki Yasuda; Motohisa Taguchi; Ikuya Kawakita; Shinichi Hosomi; Tatsuya Fukami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: DE10259707A1; JP2003315432A; JP3626469B2; US6891368B2; US20030197503A1

Abstract

Magnetwiderstands-Sensorvorrichtung, die ein Substrat und, darauf bereitgestellt, folgendes umfaßt:
(i) einen Sensorbereich, der ein Magnetwiderstands-Sensorelement umfaßt und Veränderungen in einem Magnetfeld, die durch einen bewegten Körper induziert werden, nachweist,
(ii) einen Signalverarbeitungsschaltkreis und
(iii) einen zwischen dem Sensorbereich und dem Signalverarbeitungsschaltkreis abgeschiedenen Harzfilm, der ein gehärteter Film aus Silicon-Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von ≥ 1000 ist und nur zusammengesetzt ist aus 1–4 Einheiten der folgenden Struktureinheitsgruppe (1):

worin R₁ bis R₆ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Hydroxyl, Aryl, aliphatisches Alkyl Trialkylsilyl oder eine funktionelle Gruppe mit einer ungesättigten Bindung darstellen, und k, 1, m und n sind 0 oder eine ganze Zahl von > 0, mit der Maßgabe, dass sie nicht alle gleichzeitig 0 sind;
wobei der Harzfilm (iii) aufgebaut ist aus einem laminierten Film, der eine Mehrzahl von Filmschichten umfasst, die jeweils aus einem gehärteten Film aus einem unterschiedlichen härtenden Polymer zusammengesetzt sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung zum Nachweis einer Veränderung eines Magnetfelds, das durch einen bewegten Körper induziert wird. Beispielsweise betrifft sie eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung zum Nachweis der Anzahl von Umdrehungen und des Drehwinkels eines sich drehenden Objekts. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung zum Nachweis der Veränderung des durch den bewegten Körper induzierten Magnetfelds, die eine monolithische Struktur aufweist, worin ein Sensorbereich in einer beliebigen gewünschten Position oberhalb eines Signalverarbeitungsschaltkreises (integrierter Schaltkreis: IC) ausgebildet und in der optimalen Position für den Sensorbereich zur effektiven Messung der Veränderung des Magnetfelds lokalisiert sein kann.
Beschreibung des Standes der Technik
In einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung zum Nachweis der Veränderung eines durch einen bewegten Körper (ein rotierendes Objekt) induziertes Magnetfeld, beispielsweise einem Rotationssensor, ist der Sensorbereich in einer Position befindlich, in der die Veränderung eines Magnetfeld in dem magnetischen Schaltkreis, der den bewegten Körper umfaßt, am effektivsten nachgewiesen werden kann. Die optimale Position des Sensorbereichs in der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung steht in Beziehung mit dreidimensionalen Positionsbeziehungen wie beispielsweise der Struktur des bewegten Körpers und der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung (dem Vorhandensein eines Magneten, der positionellen Beziehung des Magneten und des Sensorbereichs, usw.) oder der magnetempfindlichen Richtung des Sensorelements, sowie der gewünschten Form des Ausgangssignals. Ein kurzes Beispiel ist hierin angegeben. 12 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Beispiels der Struktur eines herkömmlichen Rotationssensors. 13 ist ein Strukturdiagramm eines Wheatstone'schen Brückenschaltkreises, wie er in einem Rotationssensor verwendet wird. In 12 wird einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung 23 ein aus einem magnetischen Körper hergestelltes rotierendes Objekt 21 gegenübergestellt. Die Vorrichtung 23 umfaßt einen Sensorbereich 11 und einen Magneten 24. Der Sensorbereich ist in Form von Sensorelementbereichen 12a und 12b abgeschieden. In 13 umfaßt der Wheatstone'sche Brückenschaltkreis die Sensorelemente 12, 14, 15 und 16. Die Sensorelemente 13 und 16 sind im Sensorelement 12a befindlich, während die Sensorelemente 14 und 15 im Sensorelementbereich 12b befindlich sind. Ein Anschluß 17, der an die Sensorelemente 13 und 15 angeschlossen ist, ist ein Stromquellenanschluß. Ein Anschluß 18, der die Sensorelemente 14 und 16 erdet, ist ein GND-Anschluß. Der Anschluß 19, der die Sensorelemente 13 und 14 verbindet und der Anschluß 20, der die Sensorelemente 15 und 16 verbindet, sind Anschlüsse, die die Mittelpunktpotentiale zwischen den Anschlüssen 17 bzw. 18 angeben, und sie sind jeweils an einen Differentialverstärkungsschaltkreis angeschlossen. In 12 weist das rotierenden Objekt 21 eine unregelmäßige Form auf. Es ist aufgebaut auf Zahnteilen (Zähnen) 22a und Nicht- Zahnbereichen (Schlitzen) 22b. Die Vorrichtung 23 kann eine Veränderung eines Magnetfelds, das durch die Rotation der Zähne 22a und Schlitze 22b auf dem rotierenden Objekt 21 induziert wird, nachweisen. Die Differenz zwischen dem Magnetfeld, das in den Sensorelementbereichen 12a und 12b erzeugt wird, ist ein Ausgangssignal als Potentialdifferenz zwischen den Mittelpunktpotentialanschlüssen 19 und 20 in dem Wheatstone'schen Brückenschaltkreis. 14 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Position der Sensorbereiche und dem rotierenden Objekt und dem erzeugten Magnetfeld darstellt. Die optimale Position des Sensorbereichs ist beispielsweise in 14A gezeigt. Wenn der Sensorelementbereich 12a in einer Position befindlich ist, die dem Zahn 22a des rotierenden Objekts 21 entspricht, während der Sensorelementbereich 12b in einer Position befindlich ist, die dem Schlitz 22b auf dem rotierenden Objekt 21 entspricht, ist die Differenz der Magnetfelder zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b am größten. Im Vergleich dazu ist im Fall der 14B und 14C die Differenz der Magnetfelder zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b kleiner. Mit anderen Worten ist in dem Beispiel der optimale Abstand zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b bestimmt durch den Abstand zwischen zwei Zähnen 22a auf dem rotierenden Objekt.
Wenn eine große Vielzahl an Ausführungen bewegter Körper (Eingangssignalausführungen) vorliegen, werden zur Bestimmung der optimalen Position des Sensorbereichs häufig sogenannte Hybridstrukturen verwendet, worin beispielsweise der Sensorbereich und der IC getrennt hergestellt werden, wodurch eine positionelle Flexibilität bezüglich der Positionierung des Sensorbereichs bereitgestellt wird. In einer Hybridstruktur ist es, da der Sensorbereich und der IC getrennt voneinander hergestellt werden, nicht notwendig, die Einpassung der folienartigen Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung, die häufig für die Magnetowiderstands- Sensorvorrichtung und den IC verwendet werden, in den Herstellungsprozeß zu berücksichtigen.
Andererseits wurde in den letzten Jahren auch bei Magnetowiderstands-Sensorvorrichtungen nach einer höheren Nachweispräzision gesucht, und zusammen mit einer höheren Empfindlichkeit des Magnetowiderstands-Sensorelements zum Zweck der Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (S/N-Verhältnis) erhielt die Integration des Sensorbereichs mit dem IC, eine sogenannte monolithische Struktur, als Maßnahme zur Rauschunterdrückung einige Aufmerksamkeit. Monolithische Strukturen besitzen ferner bezüglich der Zuverlässigkeit Vorteile.
Wie bereits angemerkt, hat die Untersuchung und praktische Anwendung von monolithischen Strukturen als Antwort auf die jüngere Nachfrage nach Messung mit höherer Präzision begonnen, obwohl Hybridstrukturen herkömmlicherweise häufig für die Struktur von Magnetowiderstands-Sensorvorrichtungen verwendet wurden. Tatsächlich wurden monolithische Strukturen von hochempfindlichen Magnetowiderstands-Sensorvorrichtungen beispielsweise berichtet von Fukami et al. (Integrated GMR Sensors for Automobiles, T IEE Japan. Bd. 120-E, Nr. 5, 2000). In dem Bericht wird ein hochempfindliches gigantisches Magnetowiderstands-(GMR)-Sensorelement als Magnetowiderstands-(MR)-Sensorelement zum Zwecke der Erzielung einer höheren Präzision verwendet. Ferner haben sie eine monolithische Struktur, die ein GMR-Sensorelement und einen IC in Kombination aufweist, zur Überwindung der Probleme des S/N-Verhältnisses in der Hybridstruktur vorgeschlagen. Bei der Vornahme des Schrittes zu einer monolithischen Struktur wurde die Anpassung des Magnetfilm-Herstellungsprozesses und des IC-Herstellungsprozesses untersucht. Als Ergebnis haben sie exzellente Anpassungseigenschaften selbst für GMR-Sensorelemente erhalten, die gegenüber den zugrundeliegenden Bedingungen empfindlich sind. Die monolithischen Strukturen mit dem IC und den Sensorbereichen wurden mit ausschließlichen Bereichen für die Sensorbereiche, die innerhalb des IC abgeschieden sind, erzielt. Diese Struktur fixiert jedoch die Position des Sensorbereichs. Als Ergebnis sind die Ausführungen nachweisbarer bewegter Körper beschränkt, wodurch es schwierig wird, auf verschiedene Eingabesignalausführungen zu antworten.
Ferner besteht eine große Nachfrage nach einer höheren Präzision von Magnetowiderstands-Sensorvorrichtungen, weiter begleitet von einem Bedarf, der Diversifizierung des Nachweismagnetfelds (Eingabesignalausführungen) zu entsprechen. Für diese beiden Anforderungen werden bezüglich der Struktur von Magnetowiderstands-Sensorvorrichtungen monolithische Strukturen für eine erhöhte Empfindlichkeit und Hybridstrukturen für die Positionierungsflexibilität des Sensorbereichs ausgewählt. Eine Kompatibilität ist jedoch schwierig zu erreichen, da diese beiden Strukturen miteinander inkompatibel sind. Für einen Nachweis mit höherer Präzision sind hochempfindliche Elemente erforderlich. Diese schließen beispielsweise Magnetowiderstands-(MR)-Sensorelemente wie beispielsweise gigantische Magnetowiderstands-(GMR)-Sensorelemente ein. Das dieses Element eine Empfindlichkeit gegenüber dem Substrat zeigt, ist es erforderlich, einen ausschließlichen Bereich für den Sensorbereich innerhalb des IC bereitzustellen, wie oben erwähnt. Dadurch wird die Position des Sensorbereichs fixiert, und folglich besteht keine Flexibilität bezüglich der Lokalisierung des Sensorbereichs für einen Vielzahl von Eingabesignalausführungen.
Ein typisches Beispiel für dieses Problem tritt bei in Fahrzeugen montierten Umdrehungssensoren auf. In Fahrzeugen montierte Umdrehungssensoren weisen ein rotierendes Objekt auf, das einem Magnetowiderstands-Sensorelement gegenüberliegt, und weisen jegliche Veränderungen des durch das rotierende Objekt induzierten Magnetfelds nach. Obwohl das Nachweissignal zur Motorsteuerung, Getriebesteuerung und dgl. verwendet wird, wird in den letzten Jahren eine höhere Präzision gefordert, beispielsweise aufgrund der stringenteren Abgasvorschriften. In Fahrzeugen montierte Sensoren müssen ferner den Betrieb unter harten Bedingungen sicherstellen und es wurden Sensorelemente mit hoher Präzision und hoher Zuverlässigkeit realisiert, indem sie monolithisch gemacht wurden. Andererseits besteht bezüglich rotierender Körper eine große Bandbreit von Ausführungen entsprechend jedem Automobilhersteller, jedem Modell oder jedem Steuerungszweck. Mit herkömmlichen monolithischen Strukturen mußt ein neuer IC gemacht werden, selbst wenn die gleiche Signalverarbeitung möglich ist, da sie keine flexible Positionierung des Sensorbereichs für verschiedene Eingangssignalausführungen besitzen. Die getrennte Herstellung von ICs wurde zu einem großen Hindernis in der Herstellung von Produkten mit hoher Effizienz und Qualität und Kostenreduzierung.
15 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche monolithische Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung zeigt. Der IC 5 ist aufgebaut durch Bildung eines Schaltkreises 1, einer isolierenden Zwischenschicht 2, einer ersten Verdrahtung 3 und einem IC-Schutzfilm 4 in dieser Reihenfolge auf einem Substrat 100. Ein Sensorbereich 11 ist auf der isolierenden Zwischenschicht 2 innerhalb des ausschließlichen Bereichs, der oberhalb des IC 5 abgeschieden ist, ausgebildet. In der Figur ist 8 ein MR-Sensorelementfilm und 9 ist ein Schutzfilm für die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung.
Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung mit einer solchen monolithischen Struktur wird schrittweise hergestellt durch zunächst Entfernen des Schutzfilms 4 auf dem ausschließlichen Bereich für den Sensorbereich 11 oberhalb des IC 5 und Ausbildung des Sensorbereichs 11 auf der isolierenden Zwischenschicht 2. Die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorbereich 11 und dem IC 5 wird hergestellt durch Entfernung des Schutzfilms 4 und anschließende Ausbildung des Sensorbereichs 11 auf der ersten Verdrahtung 3, die auf einer Teilfläche innerhalb des exklusiven Bereichs ausgebildet ist.
Ein Magnetfeld-Erfassungselement mit einer Niveaudifferenz-Pufferschicht ist aus der Druckchschrift DE 19854713 A1 bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
Folglich ist es ein erfindungsgemäßes Ziel, eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung mit monolithischer Struktur bereitzustellen, worin der Sensorbereich in einer beliebigen gewünschten Position oberhalb des IC ausgebildet wird und in einer optimalen Position für den Sensorbereich zum effektiven Nachweis von Veränderungen des Magnetfelds lokalisiert sein kann. Genauer ist die vorliegende Erfindung auf die Bereitstellung einer hochempfindlichen Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung mit monolithischer Struktur gerichtet, worin ein MR-Sensorelement, insbesondere ein GMR-Sensorelement, das vorteilhafte Eigenschaften zeigen kann, in einer beliebigen Position auf dem IC befindlich sein kann.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 und der Verwendung gemäß Anspruch 7. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Genauer wird nach einem erfindungsgemäßen Aspekt eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung bereitgestellt, die ein Substrat und einen Sensorbereich und einen Signalverarbeitungsschaltkreis, die über dem Substrat ausgebildet sind, umfaßt, wobei ein Harzfilm zwischen dem Sensorbereich und dem Signalverarbeitungsschaltkreis abgeschieden ist:
worin der Sensorbereich Veränderungen in einem durch einen bewegten Körper induzierten Magnetfeld nachweist und der Sensorbereich ferner in einer Position zum effektiven Nachweis von Veränderungen des durch den bewegten Körper induzierten Magnetfelds befindlich ist, und der Sensorbereich ein Magentowiderstands-Sensorelement umfaßt.
Der Sensorbereich wird vorzugsweise durch ein gigantisches Magnetowiderstands-Sensorelement gebildet.
In der erfindungsgemäßen Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung

1) umfaßt das gigantische Magnetowiderstands-Sensorelement hauptsächlich Ni, Fe und Co, die alternierend mit nicht-magnetischen Schichten, die hauptsächlich Cu enthalten, laminiert sind, worin die magnetische Schichten ein Atomzusammensetzungsverhältnis der folgenden Formel erfüllen: Ni(1-x-y)FeyCox worin X ⪴ 0,7, Y ⪳ 0,3 und (1 – x – y) ⪳ 0,15, und die nicht-magnetischen Schichten erfüllen ein Atomzusammensetzungsverhältnis der folgenden Formel: CuzA(1-z),worin A ein beliebiges von Cu unterschiedliches Zusatzelement ist, und z ⪴ 0,9, worin die Dicke der magnetischen Schichten (tm) und der nicht-magnetischen Schichten (tn) die folgenden Bedingungen erfüllen: 1,0 nm < tm < 2,5 nm und 1,8 nm < tn < 2,5 nm,
2) weist das gigantische Magnetowiderstands-Sensorelement eine sich periodisch wiederholende Struktur auf, die einen laminierten Körper aus den Magnetschichten, die mit den nicht-magnetischen Schichten laminiert sind, als eine Einheit davon umfaßt, worin die Wiederholungszahl (N) der sich periodisch wiederholenden Struktur die folgende Bedingung erfüllt: 10 ⪳ N ⪳ 40,
3) umfaßt das gigantische Magnetowiderstands-Sensorelement eine Pufferschicht, die zwischen dem Harzfilm und den Magnetschichten oder zwischen dem Harzfilm und den nicht-magnetischen Schichten abgeschieden ist, worin die Dicke der Pufferschicht (tb) die folgende Bedingung erfüllt: 1,0 nm < tb < 80 nm.

Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung ist vorzugsweise in einem Fahrzeug montiert.
Der Harzfilm ist vorzugsweise ein gehärteter Film aus einem Silicon-Polymer mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von größer als 1000 und ist nur aus 1 bis 4 Einheiten der folgenden Struktureinheitsgruppen (1) aufgebaut:
worin R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ und R₆ ein Wasserstoffatom, Hydroxyl, eine Aryl-Gruppe, eine aliphatische Alkyl-Gruppe und eine Trialkylsilyl-Gruppe oder eine funktionelle Gruppe mit einer ungesättigten Bindung darstellen, und k, l, m und n sind 0 oder eine ganze Zahl von > 0, mit der Maßgabe, daß nicht alle gleichzeitig 0 sind.
Die funktionelle Gruppe mit einer ungesättigten Bindung weist vorzugsweise 20 Kohlenstoffatome oder weniger auf und ist weiter bevorzugt eine gegebenenfalls substituierte C_2-20-Alkenyl-Gruppe. Im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit ist sie am meisten bevorzugt eine Vinyl-Gruppe oder Allyl-Gruppe.
Gemäß einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform ist n in dem Silicon-Polymer der Formel (1) eine ganze Zahl von ≥ 1 und n, l und m sind 0 oder eine ganze Zahl von > 0, mit der Maßgabe, daß k, l und m nicht alle gleichzeitig 0 sind.
Der Harzfilm ist vorzugsweise ein gehärteter Film eines Silicon-Polymers der folgenden Formel (2):
worin R₁ und R₂ ein Wasserstoffatom, eine Aryl-Gruppe, eine aliphatische Alkyl-Gruppe oder eine funktionelle Gruppe mit einer ungesättigten Bindung sind, und R₃, R₄, R₅ und R₆ sind ein Wasserstoffatom, eine Aryl-Gruppe, eine aliphatische Alkyl-Gruppe, eine Trialkylsilyl-Gruppe oder eine funktionelle Gruppe mit einer ungesättigten Bindung, und n ist eine natürliche Zahl.
Vorzugsweise besitzt der Harzfilm ein durchschnittliches Molekulargewicht von ≥ 100 000.
Vorzugsweise besitzt der Harzfilm ein durchschnittliches Molekulargewicht ≤ 50 000.
Alternativ dazu kann der Harzfilm ein organisches Komponentenverhältnis ≥ gleich 0,4 erfüllen.
Vorzugsweise kann der Harzfilm aufgebaut sein aus einem laminierten Film, der eine Mehrzahl an Filmschichten umfaßt, jede Filmschicht ist aufgebaut aus einem gehärteten Film aus einem unterschiedlich härtendem Polymer.
In der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung kann der laminierte Film mindestens einen gehärteten Film aus einem Silicon-Polymer der Formel (2) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ≥ 1 000 bis zu 50 000 und einem organischen Komponentenverhältnis von ≥ 0,4 aufweisen.
In der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung kann der laminierte Film mindestens einen gehärteten Film aus einem Silicon-Polymer der Formel (2) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ≥ 1 000 bis zu 50 000 und einem organischen Komponentenverhältnis von ≤ 0,4 aufweisen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine Querschnittsansicht einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für einen IC, der erfindungsgemäß verwendet werden kann.
3 ist eine Aufsicht auf der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung aus Beispiel 1.
4 ist eine Querschnittsansicht der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung aus Beispiel 1 entlang der Linie A-A' aus 3.
5 ist eine Aufsicht auf eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß Beispiel 2.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß Beispiel 2 entlang der Linie A-A' aus 5.
7 ist eine Querschnittsansicht einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß Beispiel 4 entlang der Linie A-A' aus 5.
8 ist eine Querschnittsansicht einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß Beispiel 5 entlang der Linie A-A' aus 5.
9 ist eine Querschnittsansicht einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß Beispiel 6 entlang der Linie A-A' aus 5.
10 ist eine Querschnittsansicht einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 entlang der Linie A-A' aus 5.
11 ist ein Graph, der die Eigenschaften des Magnetowiderstandsverhältnisses (MR-Verhältnis) der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß den Beispielen 3, 4, 5 und 6 und Vergleichsbeispiel 1 zeigt.
12 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Beispiels der Struktur eines herkömmlichen Rotationssensors.
13 ist ein Strukturdiagramm für eine Wheatstone'sche Brückenschaltung, die den Rotationssensor verwendet.
14 ist ein Diagramm zur Beschreibung der Beziehung zwischen der Position des Sensorbereichs und des rotierenden Objekts und des erzeugten Magnetfelds.
15 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung mit einer herkömmlichen monolithischen Struktur zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Genauer kann die erfindungsgemäße Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung Veränderungen des Magnetfelds nachweisen, die durch den bewegten Körper induziert werden, indem das MR-Sensorelement als Sensorbereich verwendet wird und das MR-Sensorelement ist oberhalb des ICs durch einen Harzfilm ausgebildet. Ferner kann eine optimale Positionierung der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung zum effektiven Nachweis von Veränderungen des Magnetfelds, das durch den bewegten Körper induziert werden, in flexibler Weise innerhalb des Bereichs der IC-Fläche durchgeführt werden, und es ist möglich, für verschiedene bewegte Körper denselben IC einzusetzen, solange die gleiche Signalverarbeitung möglich ist. Noch genauer kann die hohe Empfindlichkeit und hohe Verläßlichkeit monolithischer Strukturen zusammen mit der Flexibilität bezüglich der Positionierung des Sensorbereichs von Hybridstrukturen gezeigt werden. Als Ergebnis kann in kostengünstiger Weise ein Produkt mit hoher Qualität und hohen Fähigkeiten hergestellt werden.
Ferner ist der Sensorbereich oberhalb des IC durch den Harzfilm ausgebildet und es ist nicht erforderlich, einen ausschließlichen Bereich für den Sensorbereich bereitzustellen, der innerhalb des ICs ausgebildet ist, wie in herkömmlichen monolithischen Strukturen. Daher kann die IC-Fläche trotz der monolithischen Struktur klein gehalten werden. Zusätzlich können als andere Teile als der IC, die den Sensor bilden, wie beispielsweise ein Überspannungsschutz-Widerstandsstrom, auf dem IC ausgebildet werden, und beispielsweise kann die Anzahl der Sensorteile ohne Erhöhung der IC-Fläche verringert werden.
Wenn das GMR-Sensorelement als MR-Sensorelement verwendet wird, kann eine weitere Verbesserung der Empfindlichkeit erzielt werden. Wenn der gehärtete Film aus Silicon-Polymer, der aus 1 bis 4 Einheiten aus den Struktureinheitsgruppe (1) aufgebaut ist und ein mittleres Molekulargewicht von größer als 1 000 aufweist, als Harzfilm verwendet wird, kann der gehärtete Film in ausreichender Weise beliebige Niveauunterschiede verbessern, die die Struktur von GMR-Sensorelementen, die aus sehr dünnen Schichten aufgebaut sind, beeinflussen können. Daher zeigt das auf einem IC ausgebildete GMR-Sensorelement Eigenschaften, die gegenüber solchen, die auf Oxidationsfilmsubstraten, wie beispielsweise herkömmlichen flachen Si-Substraten oder PSG (Phosphorsilicat-Glas) ausgebildet sind, mehr als gleichwertig sind.
Ferner kann es auch exzellente Eigenschaften unter harten Umgebungsbedingungen eines sogenannten Hitzeschockbeständigkeitstests (Temperaturbereich –40 bis 140°C) beibehalten, und es kann beispielsweise eine ausreichende Qualität zur Anwendung in in Fahrzeugen montierten Sensoren sichergestellt werden.
Wenn ferner der gehärtete Film des durch die Formel (2) repräsentierten Silicon-Polymers mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von ≥ 1 000 als Harzfilm verwendet wird, zeigt das GMR-Sensorelement auf dem IC zufriedenstellende Charakteristiken und exzellente Charakteristiken, können auch unter erschwerten Umgebungsbedingungen aufrecht erhalten werden, und die Anpassung mit dem GMR-Sensorelement oberhalb des ICs ist gut. Ferner ist das Silicon-Polymer vorzugsweise ein solches, worin die Aryl-Gruppe ≤ 15 Kohlenstoffatome aufweist, die aliphatische Alkyl-Gruppe besitzt ≤ 10 Kohlenstoffatome und die Trialkylsilyl-Gruppe besitzt ≤ 15 Kohlenstoffatome.
Wenn der gehärtete Film aus dem Silicon-Polymer der Formel (2) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1 000 bis 50 000 als Harzfilm verwendet wird, besitzt der Harzfilm Schmelzfluß(Aufschmelz)-Eigenschaften vor dem Härten und besitzt eine stärkere Funktion zur Ausfüllung von Niveauunterschieden. Wenn der Harzfilm eine Filmdicke von mehr als der Tiefe der Niveaudifferenz für die verschiedenen Niveaudifferenzen auf dem IC besitzt, kann die Oberfläche auf dem Harzfilm nach dessen Härtung eine feine Glattheit aufweisen, wodurch Schwankungen in den Eigenschaften des GMR-Sensorelements auf dem IC verringert werden.
1 ist eine Querschnittsansicht einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung, die eine erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsform zeigt. IC 5 wird gebildet durch einen Schaltkreis 1, eine isolierende Zwischenschicht 2, eine erste Verdrahtung 3, und einen IC-Schutzfilm 4 auf einem Substrat 100 in dieser Reihenfolge. Oberhalb des IC 5 ist ein Sensorbereich 11 ausgebildet, und ein Harzfilm 6a und ein Harzfilm 6b sind zwischen dem Sensorbereich 11 und dem IC 5 ausgebildet. Die Referenznr. 8 kennzeichnet einen MR-Sensorelementfilm und 9 kennzeichnet einen Schutzfilm für die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels von IC 5, wie er erfindungsgemäß verwendet werden kann. ER befindet sich in einem Zustand vor der Ausbildung des Sensorbereichs 11.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorbereich 11 und dem IC 5 wird erzielt durch Kontaktlöcher 10, die durch die Harzfilme 6a, 6b und den IC-Schutzfilm 4 hindurchreichen. In dem Herstellungsverfahren wird beispielsweise nach Ausbildung der Harzfilme 6a und 6b das Kontaktloch 10 ausgebildet, bevor der Sensorbereich 11 ausgebildet wird, dann wird eine zweite Verdrahtung 7 auf dem Harzfilm 6b gebildet, und dann wird der Sensorbereich 11 ausgebildet. Das MR-Sensorelement für den Film 8 wird als Sensorbereich 11 verwendet und wird nach Ausbildung des Films strukturiert.
Der IC-Schutzfilm 4 macht im allgemeinen von anorganischen Filmen wie beispielsweise einer Glasbeschichtung und SiNx-Filmen gebrauch. Der Schutzfilm 9 in der oberen Schicht kann von ähnlichen Materialien Gebrauch machen wie der IC-Schutzfilm 4. Während die Verdrahtung (die erste Verdrahtung) 3 innerhalb des IC von AlSi, AlSiCu und AlCu usw., die hauptsächlich Al enthalten, sowie von Cu Gebrauch machen kann, kann die zweite Verdrahtung 7 auf dem Harzfilm 6b in der oben Schicht von einem Material Gebrauch machen, das demjenigen der ersten Verdrahtung 3 ähnlich ist. Die Struktur des Harzfilms kann aus einer Schicht oder aus einer Mehrzahl von Schichten bestehen. Beispiele für individuelle Strukturen werden nachfolgend beschrieben.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf eine Reihe erfindungsgemäßer Beispiele und Vergleichsbeispiele illustriert.
Beispiel 1
3 ist eine Aufsicht auf eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Beispiel. Der in dem erfindungsgemäßen Beispiel verwendete IC 5 weist zwei relativ große Kondensatoren C1 und C2 auf, in der Abstand zwischen C1 und C2 wurde auf dc eingestellt. Die Sensorelemente 13, 14, 15 und 16, die oberhalb des ICs ausgebildet wurden, waren anisotrope Magnetowiderstands-(AMR)-Sensorelemente. Die Sensorelemente wurden in den Sensorelementbereichen 12a und 12b angeordnet, und der Abstand zwischen 12a und 12b wurde auf d1 eingestellt. Da die Abstände hier dc d1 betrugen, wurden die Sensorelementbereiche 12a und 12b oberhalb der beiden Kondensatoren C1 bzw. C2 ausgebildet. Die Strukturen der Sensorelemente in 3 sind allgemein bekannte herkömmliche Elementstrukturen und diese Sensorelemente bildeten einen Wheatstone'schen Brückenschaltkreis. 4 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A in 3 einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß des erfindungsgemäßen Beispiels aufgenommen wurde. Der Schutzfilm 9 ist in 4 weggelassen. Da der Kondensator eine relativ flache Oberfläche aufwies und der Sensorelementbereich 12b auf den Kondensator C2 in dem IC ausgebildet wurde, zeigte der MR-Sensorelementfilm 8 als Sensorelement 15 keine Unebenheit. Der Sensorelementbereich 12a wurde ebenfalls auf dem Kondensator ausgebildet, so daß deren Querschnittsform derjenigen des Sensorelementbereichs 12b ähnlich war. In dem vorliegenden Beispiel wurden der Harzfilm 6a zwischen dem Sensorbereich und dem IC abgelagert. Der Harzfilm 6a machte von einem Film gebrauch, worin ein Silicon-Polymer (A) nach dem Aufbringen einem Warmhärtungsprozeß unterzogen wurde. Diese Silicon-Polymer (A) ist aus 4 Einheiten der Struktureinheitsgruppe (1) aufgebaut und besitzt ein durchschnittliches Molekulargewicht von 150 000, worin unter den Resten R1, R2, R3, R4, R5 und R6 in den Seitenketten 40% Phenyl-Gruppen sind, 30% sind Vinyl-Gruppen und 30% sind Methyl-Gruppen, und das molare Verhältnis von k:l:m:n war 5:10:4:1.
Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel wurde wie folgt hergestellt. Zuerst wurde der Harzfilm 6a mit einer Dicke von 1,2 μm auf dem IC 5 ausgebildet. D. h. das Silicon-Polymer (A) wurde mittels spin-coating auf dem IC 5 aufgebracht und dann in einem Ofen in einer N₂-Atmosphäre einem nachträglichen Ausbacken unterzogen, wodurch die Warmhärtung des Harzfilms 6a bewirkt wurde. Das Nachbacken wurde beispielsweise bei 350°C für eine Stunde durchgeführt. Danach wurde der Film der Photolithographie unterworfen und durch Trockenätzen ein Kontaktloch ausgebildet. Obwohl das Trockenätzverfahren beispielsweise reaktives Ionenätzen oder Ionenstrahlätzen sein kann, ist es wünschenswert, ein Verfahren mit einem kleineren Selektionsverhältnis bezüglich des Ätzens des IC-Schutzfilms 4 und des Harzfilms 6a auszuwählen, damit eine gute Querschnittsform der Seitenwand des Kontaktlochs ausgebildet wird. Als nächstes, obwohl nicht dargestellt, wurde ein AlSi-Film durch Sputtern auf dem Harzfilm 6a ausgebildet. Der Film wurde durch Naßätzen der Photolithographie unterworfen, wodurch eine zweite Verdrahtung 7 ausgebildet wurde. Die zweite Verdrahtung 7 wurde mit der ersten Verdrahtung 3 durch das Kontaktloch verbunden. Für diese Verbindung ist die Bearbeitung mittels Ionenstrahlätzen zur Entfernung des oberflächlichen Oxids auf der ersten Verdrahtung 3 innerhalb des Kontaktlochs vor Ausbildung des AlSi-Films bevorzugt. Diese Behandlung kann durch Inversionssputtern durchgeführt werden, falls der Film der zweiten Verdrahtung 7 durch Sputtern gebildet wurde. Bei der Ausbildung der zweiten Verdrahtung 7 wird die Querschnittsform der Verdrahtungsmusterkante zur Verbindung der zweiten Verdrahtung 7 und des MR-Sensorelementfilmes 8 vorzugsweise konusförmig ausgebildet, so daß sie vorzugsweise durch Naßätzen gebildet wird. Anschließend wurde der durch den AMR-Effekt manifestierte NiCo-Film auf dem Harzfilm 6a und der zweiten Verdrahtung 7 durch Sputtern ausgebildet. Der Film wurde durch Trockenätzen der Photolithographie unterworfen, wodurch der Sensorbereich 11 ausgebildet wurde. Das Ätzen kann beispielsweise sowohl Naß- als auch Trockenätzverfahren wie beispielsweise reaktives Ionenätzen und Ionenstrahlätzen einschließen, und es ist bevorzugt, Verfahren anzuwenden, die den MR-Sensorelementfilm 8 nicht beschädigen. Ferner wurde unter Bildung eines Schutzfilms 9 durch Sputtern ein Si₃N₄-Film ausgebildet. Der Film wurde nach Bedarf zur Stabilisierung der Eigenschaften des MR-Sensorelementfilms 8 einer Wärmebehandlung unterworfen. Dann wurde der Film Photolithographie unterzogen und auf dem IC-Feld durch Trockenätzen geöffnet.
Ferner kann der Film des erfindungsgemäßen Beispiels durch einen Sputterprozeß gebildet werden. Der Film kann ausgebildet werden durch Gasphasenabscheidung, Molekularstrahleptaxie (MBE) und chemische Gasphasenabscheidung (CVD), usw., zwischen denen auf Basis des Filmmaterials und der Eigenschaften und der Leistungsfähigkeit des resultierenden Sensorelements ausgewählt werden kann.
Da die dem Sensorbereich des erfindungsgemäßen Beispiels zugrundeliegende Fläche eine relative flache Oberfläche auf dem Kondensator in dem IC aufweist, besitzt auch der Harzfilm 6a eine zufriedenstellende Flachheit. Die AMR-Sensorelemente wiesen exzellente Charakteristiken auf, und litten nicht einer Kontaktlösung der Elementstruktur oder einer Verschlechterung der Eigenschaften nach Dauertests.
Beispiel 2
5 ist eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung. Der in dem erfindungsgemäßen Beispiel verwendete IC war demjenigen aus Beispiel 1 ähnlich und wies zwei relativ große Kondensatoren C1 und C2 auf. Der Abstand zwischen C1 und C2 wurde auf dc eingestellt. Die oberhalb des ICs ausgebildeten Sensorelemente waren AMR-Sensorelemente. Die Sensorelemente wurden in den Sensorelementbereichen 12a und 12b angeordnet, und der Abstand zwischen 12a und 12b wurde auf d2 eingestellt. Da die Abstände hier dc ≠ d2 waren, wurde nur der Sensorelementbereich 12a oberhalb des Kondensators ausgebildet. Die Strukturen des Sensorelements in 5 war herkömmlichen Elementstrukturen ähnlich und bildeten einen Wheatstone'schen Brückenschaltkreis. 6 ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung entlang der Linie A-A' in 5. Der Schutzfilm 9 ist in 6 weggelassen. Der Sensorelementbereich 12a wurde oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet und wies eine relativ flache Oberfläche auf dem Kondensator auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des ICs ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert ist, und daher erzeugten die Niveauunterschiede der Verdrahtung eine unebene Oberfläche. Der Harzfilm 6a wurde zwischen dem Sensorbereich und dem IC 5 abgeschieden. Der Harzfilm 6 entsprach dem Silicon-Polymer (A) wie in Beispiel 1 verwendet und wurde nach dem Aufbringen einem Wärmeaufhärtungsprozeß unterzogen.
Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Beispiel wurde nach einem Verfahren entsprechend Beispiel 1 hergestellt. Es wurde ein Harzfilm 6a mit einer Dicke von 1,2 μm gebildet. Zum Zeitpunkt der Beendigung des Verfahrens war die Filmdicke durch Abtragen der Oberfläche mittels Ionenstrahlätzen verringert, wodurch eine Harzfilmdicke von ungefähr 1 μm resultierte.
In der Unterfläche des Sensorbereiches der vorliegenden Beispiels wurde der Sensorelementbereich 12a oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet und wies eine zufriedenstellende Ebenheit auf dem Harzfilm 6a auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des IC ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert ist, und daher führten die Niveauunterschiede in der Verdrahtung zu einem Harzfilm 6a mit einer unebenen Oberfläche, die die Niveauunterschiede widerspiegelte. Als Silicon-Polymer (A) des Harzfilms 6a wurde ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von mehr als 100 000 verwendet, wodurch es eine geringere Funktion zum Ausfüllen der Niveauunterschiede besaß, da es jedoch die rechtwinkligen Bereiche der Niveauunterschiede auf dem IC glättete waren die Niveauunterschiede verringert. Daher wiesen die Schaltmuster der AMR-Sensorelemente keine Trennung von Mustern auf, so daß keine Widerstandsunterschiede zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b beim Anlegen eines Magnetfelds von mehr als dem Sättigungsmagnetfeld der AMR-Sensorelemente oder wenn kein Magnetfeld angelegt wurde, vorhanden war, wodurch ein gutes Gleichgewicht zwischen den Potentialen der Mittelpunktpotentialsanschlüsse 19 und 20 in dem Wheatstone'schen Brückenschaltkreis geliefert wurden. Die AMR-Sensorelemente wiesen ferner zufriedenstellende Eigenschaften auf, und obwohl weniger Veränderungen bezüglich der Eigenschaften im Vergleich zu Beispiel 1 auftraten, würden in der praktischen Anwendung keine Probleme auftreten. Ferner wiesen die AMR-Sensorelemente nach den Langzeittests keine Verschlechterung auf.
Beispiel 3
Die in dem vorliegenden Beispiel oberhalb des ICs ausgebildeten Sensorelemente waren GMR-Sensorelemente und wurden in den Sensorelementbereichen 12a und 12b angeordnet. Die Anordnung des Sensorbereichs der Sensorelemente entsprach derjenigen aus Beispiel 2. Der Abstand zwischen den Kondensatoren C1 und C2 in dem IC war dc, während der Abstand zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b d2 betrug. Die Aufsicht auf den Sensorelemente des vorliegenden Beispiels entspricht 5. Die Schaltmuster des Sensorelements aus 5 sind denjenigen von allgemein bekannten herkömmlichen Elementschaltmustern ähnlich und bildeten einen Wheatstone'schen Brückenschaltkreis. Der Sensorelement-Bereich 12a wurde auf dem Kondensator C1 in dem IC ausgebildet, und wies eine relativ flache Oberfläche auf dem Kondensator auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des ICs ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war, und dadurch ergaben die Niveauunterschiede der Verdrahtung eine unebene Oberfläche. Der Harzfilm 6a wurde zwischen dem Sensorbereich und dem IC abgeschieden. In dem Harzfilm 6a wurde ein Film verwendet, worin das Silicon-Polymer (B) nach dem Aufbringen einem Warmhärtungsprozeß unterworfen wurde. Dieses Silicon-Polymer (B) wies eine durch die Formel (2) repräsentierte Struktur auf und besaß ein durchschnittliches Molekulargewicht von 200 000, worin unter den Gruppen R1 und R2 in der Seitenkette 80% Phenyl-Gruppen und 20% Allyl-Gruppen waren und die Gruppen R3, R4, R5 und R6 waren alle Wasserstoffatome. Da dieser Harzfilm 6a ferner ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von mehr als 100 000 war, wies es eine geringere Funktion zur Ausfüllung des Niveauunterschieds auf. Daher war die A-A'-Querschnittsansicht des Sensorelements des vorliegenden Beispiels der in 6 gezeigten Struktur ähnlich.
Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Erfindung wurde nach einem Verfahren hergestellt, das demjenigen aus den Beispielen 1 und 2 entsprach. Der Harzfilm 6a mit einer Dicke von 1,2 μm wurde in dem vorliegenden Beispiel unter Verwendung des Silicon-Polymers (B) ausgebildet. Zum Zeitpunkt der Beendigung des Prozesses war entsprechend Beispiel 2 die Filmdicke verringert, wodurch ein Harzfilm mit einer Dicke von ungefähr 1 μm erzielt wurde. Ferner wurde in dem vorliegenden Beispiel der GMR-Sensorelementfilm durch Sputtern gebildet. Die Filmstruktur wurde durch eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung und eine nicht-magnetische Schicht, die auf einer Pufferschicht (Dicke = 5,0 nm) ausgebildet wurde, aufgebaut, und die Magnetschicht und die nicht-magnetische Schicht wurden aufeinander laminiert. Beispielsweise war die Magnetschicht aus Fe_yCo_x aufgebaut, worin x ⪴ 0,7 und Y ⪳ 0,3 war, und die nicht-magnetische Schicht war aus Cu aufgebaut, und die Pufferschicht wies das gleiche Zusammensetzungsverhältnis auf wie die Magnetschicht. Die Dicke der Magnetschicht (tm) und der nicht-magnetischen Schicht (tn) erfüllten 1,0 nm < tm < 2,5 nm bzw. 1,8 nm < tn < 25 nm. Eine aus der Magnetschicht und der nicht-magnetischen Schicht aufgebaute laminierte Struktur wurde als eine sich wiederholende Aufbaueinheit definiert, und die Wiederholungszahl N der sich wiederholenden Aufbaueinheiten betrug 20. Die folgenden sieben Strukturproben wurden nach den Verfahren des vorliegenden Beispiels hergestellt.
In Strukturprobe 1 war x = 0,9, tm = 1,5 Nanometer und tn = 2,1 Nanometer.
In Strukturprobe 2 war x = 0,9, tm = 2,0 Nanometer und tn = 2,0 Nanometer.
In Strukturprobe 3 war x = 0,9, tm = 1,2 Nanometer und tn = 2,2 Nanometer.
In Strukturprobe 4 war x = 0,8, tm = 1,8 Nanometer und tn = 2,0 Nanometer.
In Strukturprobe 5 war x = 0,75, tm = 2,2 Nanometer und tn = 1,9 Nanometer.
In Strukturprobe 6 war x = 1,0, tm = 1,5 Nanometer und tn = 2,0 Nanometer.
In Strukturprobe 7 war x = 1,0, tm = 1,1 Nanometer und tn = 2,3 Nanometer.
Der GMR-Sensorelementfilm kann beispielsweise durch Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder Sputtern gebildet werden, wovon Sputtern im Hinblick auf die Eigenschaften und die Produktivität des resultierenden Sensorelements bevorzugt ist. Ferner wurde der Sensorbereich ausgebildet und dann wurde ein Schutzfilm 9 wie beispielsweise ein Si₃N₄-Film, ausgebildet und für 12 Stunden einer Wärmebehandlung bei 250°C unterworfen.
Die Unterfläche des Sensorbereichs in dem vorliegenden Beispiel entsprach derjenigen aus Beispiel 2. Der Sensorelementbereich 12a wurde oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet und wies eine zufriedenstellende Ebenheit des Harzfilms 6a auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des IC ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war, und daher resultierenden die Niveauunterschiede in der Verdrahtung in einem Harzfilm 6a mit einer unebenen Oberfläche, die die Niveauunterschiede wiedergab. Als das Silicon-Polymer (B) in dem Harzfilm 6a wurde ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von mehr als 100 000 verwendet, das dadurch eine geringere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede besaß, da es jedoch ähnlich dem Harzfilm aus dem Silicon-Polymer (A) die rechtwinkligen Bereiche der Niveauunterschiede auf dem IC ausgleicht, wurden die Niveauunterschiede verringert. Daher wiesen die GMR-Sensorelemente keine Schaltmustertrennung auf, so daß keine Unterschiede bezüglich des Widerstands zwischen dem Sensorelementbereich 12a und 12b beim Anlegen eines Magnetfelds von mehr als dem Sättigungsmagnetfeld in der GMR-Sensorelemente oder bei Abwesenheit eines Magnetfelds vorlagen, wodurch ein gutes Gleichgewicht zwischen den Potentialen der Mittelpunktspotentialsanschlüsse 19 und 20 in dem Wheatstone'schen Brückenschaltkreis erzielt wurden. Zusätzlich wiesen die GMR-Sensorelemente relativ gute Eigenschaften auf, und obwohl geringere Veränderungen in den Eigenschaften vorlagen, war keine signifikante Verschlechterung der Eigenschaften vorhanden. Ferner wiesen die GMR-Sensorelemente keine Verschlechterung nach den Langzeittests auf. Die GMR-Sensorelemente nach dem vorliegenden Beispiel wiesen hohe Wärmebeständigkeitsstruktureigenschaften auf. Diese Eigenschaften wurden auf dem Harzfilm 6a dieses Beispiels nicht so sehr verschlechtert wie der Oxidationsfilm, der herkömmlichen flachen Si-Substraten oder PSG (Phosphosilicatglas) zugrundeliegt.
Beispiel 4
Die Struktur der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung nach dem vorliegenden Beispiel entsprach derjenigen aus Beispiel 3, mit Ausnahme des Harzfilms. Die Sensorelemente waren GMR-Sensorelemente, und wurden in den Sensorelementbereichen 12a und 12b angeordnet. Die Aufsicht auf die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung nach dem vorliegenden Beispiel entspricht 5. Der Sensorelementbereich 12a wurde auf dem Kondensator C1 in dem IC ausgebildet und wies eine relativ flache Oberfläche des Kondensators auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b auf dem IC ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war, und daher ergaben die Niveauunterschiede der Verdrahtung eine unebene Oberfläche. Zwischen dem Sensorbereich und dem IC wurde ein Harzfilm ausgebildet und unterschied sich von allen vorherigen Beispielen. Der Harzfilm des vorliegenden Beispiels wies eine zweischichtige Struktur auf, die aus dem Harzfilm 6a und 6b bestand. Der Harzfilm 6a entsprach dem Silicon-Polymer (B) wie es in Beispiel 3 verwendet wurden, das nach dem Aufbringen einem Warmhärtungsprozeß unterworfen wurde. Ferner wurde der Harzfilm 6b auf dem Harzfilm 6a ausgebildet, und es wurde darin ein Silicon-Polymer (C) verwendet, das nach dem Aufbringen einem Warmhärtungsprozeß unterworfen wurde. Dieses Silicon-Polymer (C) wies eine Struktur der Formel (s) mit einem Durchschnittmolekulargewicht von 5 000 auf, worin R1 und R2 in der Seitenkette jeweils eine Ethyl-Gruppe darstellt, und unter den Gruppen R3, R4, R5 und R6 waren 50% Methyl-Gruppen und 50% Wasserstoffatome. Da der Harzfilm 6a ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von mehr als 100 000 war, besaß es eine geringere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede. Im Gegensatz dazu war der Harzfilm 6b ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 und wies vor dem Härten Schmelzfluß-(Wiederfluß)-Eigenschaften auf. Daher besaß der Harzfilm 6b eine höhere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' aus 5 der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung nach dem vorliegenden Beispiel. Der Schutzfilm 9 ist in 7 weggelassen.
Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung nach dem vorliegenden Beispiel wurde nach einem Verfahren hergestellt, das demjenigen aus Beispiel 3 ähnlich war, mit dem Unterschied, daß das Verfahren zur Herstellung des Harzfilmes 6b gemäß der Strukturveränderung des Harzfilmbereichs etwas verändert wurde. So wurde die Ausbildung eines Kontaktlochs und der Öffnung einer Anschlußfläche für den längeren Zeitraum durchgeführt, die zum Ätzen des Harzfilms 6b erforderlich war. Der Harzfilm 6a wurde unter Verwendung des Silicon-Polymers (B) in einer Dicke von 1,0 μm ausgebildet. Der Harzfilm 6b wurde auf dem Harzfilm 6a in einer Dicke von 0,6 μm unter Verwendung des Silicon-Polymers (C) ausgebildet. Der Harzfilm 6b wurde bei einer Temperatur von ≥ 110°C, dem Schmelzpunkt des Silicon-Polymers (C) vor dem Nachtempern, unterworfen. Anschließend wurde das Nachtempern durchgeführt, beispielsweise bei 350°C für eine Stunde. Die Dicke des Harzfilms 6b war bei Beendigung des Prozesses verringert, wodurch ein Harzfilm 6b mit einer Dicke von ungefähr 0,3 μm resultierte. Der in dem vorliegenden Beispiel ausgebildete GMR-Sensorelementfilm war der gleiche, wie derjenige, der entsprechend Beispiel 3 durch Sputtern gebildet wurde.
Die Unterfläche des Sensorbereichs in dem vorliegenden Beispiel unterscheidet sich von demjenigen aus Beispiel 3 dahingehend, daß sie mit einem Harzfilm mit einer zweischichtigen Struktur hergestellt wurde. Der Sensorelementbereich wurde auf dem Kondensator C1 in dem IC ausgebildet, und wies daher ausreichend flache Eigenschaften auf der Oberfläche der Harzfilme 6a und 6b auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des ICs dort ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war und die Niveauunterschiede der Verdrahtung ergaben eine unebene Oberfläche auf dem Harzfilm 6a, wobei der Harzfilm 6b die Unebenheit auf dem Harzfilm 6a ausgleicht, wodurch die Oberfläche des Harzfilms 6b teilweise flach wurde. Als Silicon-Polymer (B) des Harzfilmes 6a wurde ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von mehr als 100 000 verwendet, wodurch dieses eine geringere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede aufwies. Im Gegensatz dazu war das Silicon-Polymer (C) des Harzfilmes 6b ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 und wies daher eine höhere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede auf. Da das Silicon-Polymer (C) jedoch einen Anteil an organischen Komponenten von weniger als 0,4 aufweist, neigt es dazu, Risse auszubilden, wenn es zu dick ausgeformt wird, wodurch der Harzfilm 6b keine angemessene Dicke aufweisen kann, der zum Ausfüllen der tiefsten Niveauunterschiede in dem IC ausreicht. Eine derartige Unannehmlichkeit bezüglich des Harzfilms 6b kann durch erfolgreiches Ausfüllen der am meisten Teile der Niveauunterschiede in dem IC unter Zuhilfenahme des erleichternden Effekts des Harzfilms 6a auf die Niveauunterschiede überwunden werden. Zusätzlich wurde eine zufriedenstellende untenliegende Oberfläche erhalten durch Kombination des Effekts, daß die rechtswinkligen Bereiche des Niveauunterschiedes durch den Harzfilm 6a in eine glatte Form gebracht wurden. Aus den oben genannten Gründen wiesen die GMR-Sensorelemente keine Schaltmustertrennungen auf, so daß keine wesentliche Differenz bezüglich des Widerstands zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b beim Anlegen eines Magnetfelds von mehr als dem Sättigungsmagnetfeld der GMR-Sensorelemente oder in Abwesenheit eines Magnetfelds auftrat, wodurch ein guter Ausgleich der Potentiale der Mittelpunktspotentialanschlüsse 19 und 20 in dem Wheatstone'schen Brückenschaltkreis erzielt wurde. Zusätzlich zu dem oben Gesagten waren die Eigenschaften der Unterfläche mit geringeren Abweichungen in den Eigenschaften besser und folglich wurde eine Verbesserung der Unterfläche im Vergleich zu derjenigen aus Beispiel 3 beobachtet. Ferner wurde keine Verschlechterung nach den Langzeittests beobachtet und die Struktur aus einer Mehrzahl von Schichten aus Harzfilmen wies eine höhere Zuverlässigkeit auf. Hierin bedeutet das erfindungsgemäß verwendete ”organische Komponentenverhältnis” den Anteil des Kohlenstoffgewichts zum Gesamtgewicht der Harzfilme.
Ferner kann eine weitere von der zweischichtigen Struktur der Harzfilme des vorliegenden Beispiels ableitbare Form Sensorcharakteristiken realisieren, die denjenigen des vorliegenden Beispiels ähnlich sind. Die andere Form, oder anders ausgedrückt, eine Filmstruktur, worin der gehärtete Film aus Silicon-Polymer (C) auf den Harzfilm 6a und der gehärtete Film aus Silicon-Polymer (B) auf den Harzfilm 6b in der zweischichtigen Struktur der Harzfilme des vorliegenden Beispiels aufgebracht sind, führt dazu, daß die Unebenheit durch die Niveaudifferenz auf dem IC zuerst durch den Harzfilm 6a ausgefüllt werden, und dann die rechtwinkligen Bereiche der nicht-ausgefüllten Niveaudifferenz mit dem Harzfilm 6b in eine glatte Form gebracht werden. Diese andere Form liefert eine gute Unterfläche, die dem vorliegenden Beispiel ähnlich ist, mit entsprechend guten Ergebnissen bezüglich sowohl der Sensorcharakteristiken und deren Änderungen.
Beispiel 5
Die Struktur der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel entsprach derjenigen aus den Beispielen 3 und 4 mit Ausnahme des Harzfilms. Die Sensorelemente waren GMR-Sensorelemente und wurden in den Sensorelementbereichen 12a und 12b angeordnet. Eine Aufsicht auf eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel entspricht 5. Der Sensorelementbereich 12a wurde oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet und wies ein relativ flache Oberfläche auf dem Kondensator auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des ICs ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war, und folglich führten die Niveauunterschiede der Verdrahtung zu einer unebenen Oberfläche. Der zwischen dem Sensorbereich und dem IC abgeschiedene Harzfilm wies eine zweischichtige Struktur auf, die die Harzfilme 6a und 6b umfaßte, wie in Beispiel 4. In dem Harzfilm 6a wurde ein Film verwendet, in dem Silicon-Polymer (B) wie in Beispiel 3 verwendet, nach dem Aufbringen einem Warmhärtungsprozeß unterworfen wurde. Ferner wurde der Harzfilm 6b auf dem Harzfilm 6a ausgebildet, und es wurde darin ein Film verwendet, worin Silicon-Polymer (D) nach dem Aufbringen einem Warmhärtungsprozeß unterworfen wurde. Dieses Silicon-Polymer (D) wies einen durch die Formel (2) repräsentierte Struktur mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 2500 auf, worin unter den R1 und R2 in der Seitenkette 90% Phenyl-Gruppen und 10% Butyl-Gruppen waren, und alle Gruppen R3, R4, R5 und R6 waren Wasserstoffatome. Da der Harzfilm 6a ein Polymer mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von mehr als 100 000 war, besaß es eine geringere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede. Im Gegensatz dazu war der Harzfilm 6b ein Polymer mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von weniger als 50 000, und wies Schmelzfluß (Rückfluß)-Eigenschaften vor dem Aushärten auf. Daher hatte der Harzfilm 6b eine höhere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede. 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' aus 5 einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel. Der Schutzfilm 9 ist in 8 weggelassen.
Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde nach einem Verfahren ähnlich demjenigen aus Beispiel 4 hergestellt. Der Harzfilm 6a wurde in einer Dicke von 0,3 μm unter Verwendung des Silicon-Polymers (B) ausgebildet Der Harzfilm 6b wurde auf dem Harzfilm 6a in einer Dicke von 2,0 μm unter Verwendung des Silcon-Polymers (D) ausgebildet. Die Dicke des Harzfilms 6b wurde bis zur Beendigung des Verfahrens verringert, wodurch ein Harzfilm 6b mit einer Dicke von ungefähr 1,7 μm resultierte. Die Wärmebehandlung des Harzfilms 6b, das Aufschmelzen und das Nachtempern kann entsprechend Beispiel 4 durchgeführt werden. Der gemäß dem vorliegenden Beispiel ausgebildete Sensorelementfilm entsprach demjenigen aus den Beispielen 3 und 4.
Die Unterfläche des Sensorbereichs des vorliegenden Beispiels unterscheidet sich von derjenigen aus Beispiel 4 in der Dicke, mit der der Harzfilm 6b aufgebracht wurde, wohingegen die Harzfilme entsprechend Beispiel 4 eine Zweischichtstruktur aufwiesen. Der Sensorelementbereich 12a wurde oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet und wies zufriedenstellend flache Eigenschaften auf der Oberfläche auf beiden Harzfilmen 6a und 6b auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des ICs dort ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war und die Niveauunterschiede der Verdrahtung führten zu einer unebenen Oberfläche des Harzfilmes 6a, während der Harzfilm 6b die Unebenheiten auf dem Harzfilm 6a perfekt ausfüllten, wodurch eine flache Oberfläche auf dem Harzfilm 6b erhalten wurde. Da das Silicon-Polymer (B) des Harzfilms 6a ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von mehr als 100 000 war, besaß es folglich eine geringere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede. Im Gegensatz dazu war das Silicon-Polymer (D) in dem Harzfilm 6b ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 und besaß daher eine höhere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede. Das das Silicon-Polymer (D) von demjenigen aus Beispiel 4 dahingehend unterschiedlich war, daß es ein organisches Komponentenverhältnis von mehr als 0,4 aufwies, bildete es keine Risse in dem Film, selbst wenn es zu einem relativ dicken Film ausgeformt wurde, wodurch der Harzfilm 6b eine Dicke aufweisen konnte, die zum Ausfüllen der tiefsten Niveauunterschiede in dem IC ausreicht, wodurch eine Unterfläche mit größerer Ebenheit erhalten wurde. Aus den oben dargelegten Gründen wiesen die GMR-Sensorelemente keine Verbindungsbrüche im Schaltungsmuster auf, so daß keine wesentlichen Unterschiede bezüglich des Widerstands zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b beim Anlegen eines Magnetfelds von mehr als dem Sättigungsmagnetfeld der GMR-Sensorelemente oder in Abwesenheit eines Magnetfeldes auftrat, was zu einem guten Gleichgewicht zwischen dem Potential der Mittelpunktspotentialanschlüsse 19 und 20 in dem Wheatstone'schen-Brückenschaltkreis führte. Zusätzlich zu dem oben gesagten waren die Eigenschaften der Unterfläche mit geringeren Schwankungen in den Charakteristiken besser. Im Vergleich mit Beispiel 4 wurden bezüglich der Charakteristiken keine wesentlichen Unterschiede festgestellt. Im Gegensatz zu Beispiel 4, worin die Unterfläche des Sensorbereichs eine offene Fläche des Harzfilms 6a aufwies, war jedoch der Harzfilm 6a vollständig mit dem Harzfilm 6b bedeckt, was zu einer höheren Ebenheit gegenüber Beispiel 4 führte. Ferner wurde nach den Langzeittests keine Verschlechterung beobachtet. Das vorliegende Beispiel, worin identische Zustände der Unterschicht an beliebigen Orten auf dem IC erzielt werden können ist bezüglich der Positionsflexibilität des Sensorbereichs ideal.
Ferner kann mit einer anderen aus der zweischichtigen Struktur der Harzfilme gemäß dem vorliegenden Beispiel ableitbare Form Sensorcharakteristiken realisieren, die denjenigen des vorliegenden Beispiels ähnlich sind. Die andere Form, oder anders gesagt, eine Filmstruktur, worin ein gehärteter Film aus Silicon-Polymer (D) als Harzfilm 6a und ein gehärteter Film aus Silicon-Polymer (B) als Harzfilm 6b in der zweischichtigen Struktur der Harzfilme des vorliegenden Beispiel darstellen, liefert eine gute Unterfläche entsprechend dem vorliegenden Beispiel mit entsprechend guten Ergebnissen hinsichtlich sowohl der Sensoreigenschaften als auch deren Veränderungen.
Beispiel 6
Die Struktur der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel war ähnlich derjenigen aus Beispiel 5 mit Ausnahme des Harzfilms 6a. Die Sensorelemente waren GMR-Sensorelemente und wurden den Sensorelementbereichen 12a und 12b angeordnet. Ein Aufsicht auf eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel entspricht der 5. Der Sensorelementbereich 12a wurde oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet und wies eine relativ flache Oberfläche auf dem Kondensator auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des ICs dort ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war, und daher führten die Niveauunterschiede der Verdrahtung zu einer unebenen Oberfläche. Der zwischen dem Sensorbereich und dem IC abgeschiedene Harzfilm war lediglich der Harzfilm 6b. In dem Harzfilm 6b wurde ein Film verwendet, worin Silicon-Polymer (D), wie in Beispiel 5 verwendet, nach dem Aufbringen einem Warmhärtungsprozeß unterworfen wurde. Ferner war der Harzfilm 6b ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 und wies Schmelzfluß (Aufschmelz)-Eigenschaften vor dem Aushärten auf. Daher besaß der Harzfilm 6b eine höhere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede. 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' aus 5 einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel. Der Schutzfilm 9 ist in 9 weggelassen.
Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde nach einem Verfahren entsprechend demjenigen aus Beispiel 5 hergestellt. Durch die Abwesenheit des Harzfilms 6a wurde das Verfahren zur Herstellung des Harzfilms 6b jedoch entsprechend der strukturellen Veränderung des Harzfilmbereichs etwas verändert. Daher wurde die Ausbildung eines Kontaktlochs und der Öffnung einer Anschlußfläche für einen um die Zeit, die zum Ätzen des Harzfilms 6a erforderlich ist, verkürzten Zeitraum durchgeführt. Der Harzfilm 6b wurde in einer Dicke von 2,0 μm unter Verwendung des Silicon-Polymers (D) ausgebildet. Die Dicke des Harzfilms 6b wurde bis zur Beendigung des Prozesses verringert, wodurch ein Harzfilm 6b mit einer Dicke von ungefähr 1,7 μm resultierte. Die Wärmebehandlung des Harzfilms 6b, das Aufschmelzen und das Nachtempern können entsprechend Beispiel 4 durchgeführt werden. Der in dem vorliegenden Beispiel gebildete GMR-Sensorelementfilm entsprach demjenigen aus den Beispielen 3 und 4.
Die Unterfläche des Sensorbereiches in dem vorliegenden Beispiel war ähnlich derjenigen aus Beispiel 5. Der Sensorelementbereich 12a wurde oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet und wies eine zufriedenstellende Ebenheit auf dem Harzfilm 6b auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des ICs dort ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war und folglich führten die Niveauunterschiede der Verdrahtung zu einer unebenen Oberfläche, jedoch füllte der Harzfilm 6b die Unebenheiten aus, wodurch eine flache Oberfläche des Harzfilms 6b erzielt wurde. Da das Silicon-Polymer (D) des Harzfilmes 6b ein Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 war, wies es folglich eine höhere Funktion zur Ausfüllung der Niveauunterschiede auf. Da es ein organisches Komponentenverhältnis von größer als 0,4 besaßt, bildete es keine Risse in dem Film aus, wenn es zu einem relativ dicken Film verarbeitet wurde, wodurch der Harzfilm 6b eine Dicke aufweisen konnten, die zum Ausfüllen der tiefsten Niveauunterschiede in dem IC ausreichten, und es wurde eine Unterfläche mit größerer Ebenheit erzielt. Die Unterfläche aus dem Harzfilm 6b schwächte die Niveauunterschiede nicht ab und ergab keine rechtwinkligen Bereiche der Niveauunterschiede, da der Harzfilm 6a nicht vorhanden war. Trotzdem trat keine Rißbildung in dem Film auf, da der Film eine relativ höhere Rißbildungsbeständigkeit besaßt. Aus diesen oben genannten Gründen zeigten die GMR-Sensorelemente keine Trennungen im Schaltkreismuster, so daß keine wesentlichen Unterschiede bezüglich des Widerstands zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b beim Anlegen eines Magnetfelds von mehr als dem Sättigungsmagnetfeld der GMR-Sensorelemente oder bei Abwesenheit eines Magnetfelds aufwiesen, wodurch ein gutes Gleichgewicht zwischen den Potentialen der Mittelpunktpotentialsanschlüsse 19 und 20 in dem Wheatstone'schen Brückenschaltkreis erzielt wurden. Zusätzlich zu dem oben gesagten waren die Eigenschaften der Unterfläche besser und wiesen geringere Schwankungen in den Eigenschaften auf. Im Vergleich zu den Beispielen 4 und 5 wurden bezüglich der Charakteristiken keine wesentlichen Unterschiede festgestellt. Die Unterfläche des Sensorbereichs der vorliegenden Beispiels erzielte eine größere Ebenheit als in Beispiel 5, da der Harzfilm 6b den IC-Schutzfilm 4 vollständig bedeckte. Ferner wurde nach den Langzeittests keine Verschlechterung beobachtet. Das vorliegende Beispiel, worin identische Bedingungen der Unterschicht an beliebigen Orten auf dem IC erzielt werden können, ist in bezug auf die Positionsflexibilität des Sensorbereichs wie in Beispiel 5 ideal. Zusätzlich weist das vorliegende Beispiel den Vorteil auf, daß es eine Einzelharzfilmstruktur aufweist, so daß das Herstellungsverfahren im Vergleich zu einer Multiharzfilmstruktur einfach ist.
Zusätzlich zu dem vorliegenden Beispiel konnte eine flache Oberfläche in den Beispielen 4 und 5 unter Verwendung eines gehärteten Films aus einem Silicon-Polymer mit einem Zahlendurchschnittsmolekulargewicht von weniger als 10 000 erhalten werden. Die Aufschmelzeigenschaften des Harzfilms gemäß dem vorliegenden Beispiel konnten unter Verwendung eines gehärteten Films aus Silicon-Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 erhalten werden. Wenn ein Film mit besonders hohen Aufschmelzeigenschaften wünschenswert ist, ist die Verwendung des Polymers mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 10 000 bevorzugt.
In den Harzfilmstrukturen der obigen Beispiele wurde der Bereich für die Dicke des Harzfilms in Abhängigkeit von sowohl der Tiefe der Niveauunterschiede oberhalb des ICs in der Position, wo der Sensorbereich angeordnet wurde, und der Bruchbildungsbeständigkeit bestimmt. Da der gehärtete Film aus dem Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von mehr als 100 000 eine größere Neigung zur Abdeckung der Niveauunterschiede aufweist, ist es annehmbar, diesen mit einer Dicke von mehr als der Restdicke nach der Verringerung der Filmdicke durch das Verfahren bereitzustellen. Da er ferner eine hohe Rißbildungsbeständigkeit besitzt, ist eine Dicke von 5 μm praktikabel. Wenn andererseits der gehärtete Film aus dem Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 hohe Aufschmelzeigenschaften vor dem Härten besitzt, ist es wünschenswert, diesen mit einer Dicke von mehr als der Tiefe der Niveauunterschiede bereitzustellen. Wenn jedoch die rechtwinkligen Bereiche der Niveauunterschiede bereits in glattem Zustand wie in den Beispielen 4 und 5 vorliegen, kann es zulässig sein, die Unebenheit der Niveauunterschiede dünn auszufüllen. Die Rißbildungsbeständigkeit wird durch das organische Komponentenverhältnis in dem Harzfilm beeinflußt. Ein Harzfilm mit einem organischen Komponentenverhältnis von mehr als 0,4 besitzt eine relativ hohe Rißbildungsbeständigkeit und folglich kann eine Filmdicke von weniger als 3 μm praktikabel sein. Im Gegensatz dazu besitzt ein Harzfilm mit einem organischen Komponentenverhältnis von weniger als 0,4 eine geringe Rißbildungsbeständigkeit und folglich kann eine Filmdicke von weniger als 1,5 μm den erfindungsgemäßen Zweck erzielen.
Vergleichsbeispiel 1
Nachfolgend wird zum Vergleich mit den erfindungsgemäßen Beispielen ein Vergleichsbeispiel beschrieben.
Eine Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß diesem Vergleichsbeispiel wies eine Struktur entsprechend den Strukturen aus den Beispielen 3, 4, 5 und 6 auf, mit dem Unterschied, daß der Harzfilm fehlte. Folglich waren die Sensorelemente GMR Sensorelemente, die in den Sensorelementbereichen 12a und 12b angeordnet waren. Eine Aufsicht auf die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß diesem Vergleichsbeispiel entspricht der 5. Der Sensorelementbereich 12a wurde oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet und wies eine relativ flache Oberfläche auf dem Kondensator auf. Im Gegensatz dazu wurde der Sensorelementbereich 12b oberhalb des IC dort ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war, und folglich führten die Niveauunterschiede der Verdrahtung zu einer unebenen Oberfläche. Es war kein zwischen dem Sensorbereich und dem IC eingefügter Harzfilm vorhanden. Folglich wurde der Sensorbereich direkt auf dem Schutzfilm 4 des ICs ausgebildet. 10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' aus 5 einer Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß diesem Vergleichsbeispiel. Der Schutzfilm 9 ist in 10 weggelassen.
Die Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel wurde nach einem dem Beispiel 6 entsprechenden Verfahren hergestellt. In Abwesenheit der Harzfilme wurde jedoch das Verfahren zur Herstellung des Harzfilms entsprechend der Strukturveränderung des Harzfilmbereichs etwas verändert. Folglich wurde die Ausbildung des Kontaktlochs und der Öffnung einer Anschlußfläche für einen Zeitraum durchgeführt, der um die zum Ätzen des Harzfilms 6b erforderliche Zeit verkürzt war.
Die Unterfläche des Sensorbereichs dieses Vergleichsbeispiels entspricht derjenigen des IC-Schutzfilms 4, was heißt, daß sie von dem Zustand der Unterfläche auf dem Sensorbereich der erfindungsgemäßen Beispiele unterschiedlich war. Der Sensorelementbereich 12a wurde oberhalb des Kondensators C1 in dem IC ausgebildet, und die Ebenheit auf dem Schutzfilm 4 war akzeptabel. Der Sensorelementbereich 12b wurde oberhalb des ICs dort ausgebildet, wo die Verdrahtung kompliziert war und dort lagen Niveauunterschiede der Verdrahtung vor, was zu einer unebenen Oberfläche des Schutzfilms 4 führte. Da der Schutzfilm 4 aus einem anorganischen Film bestand, wies er eine schlechte Wirkung zum Ausgleich der Niveauunterschiede und ferner zur Ausbildung der rechtwinkligen Bereiche der Niveauunterschiede in einer glatten Form auf. Aus diesen Gründen waren die Schaltungsmuster der GMR-Sensorelemente unterbrochen oder selbst wenn sie nicht unterbrochen waren, waren Unterschiede bezüglich des Widerstands zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b beim Anlegen eines Magnetfelds von mehr als dem Sättigungsmagnetfeld der GMR-Sensorelemente oder bei Abwesenheit eines Magnetfelds vorhanden, was zu einem schlechten Gleichgewicht zwischen den Potentialen der Mittelpunktspotentialanschlüsse 19 und 20 in dem Wheatstone'schen Brückenschaltkreis führte. Darüber hinaus waren die Eigenschaften des Sensors bezüglich der Schwankungen in den Eigenschaften schlechter, wodurch sowohl die Zunahme des Widerstands in dem GMR-Sensorelementschaltmuster als auch die Abnahme der Widerstandsveränderungsgeschwindigkeit beeinträchtigt wurde. Ferner traten frische Trennungen der Verdrahtung und ein Anstieg des Widerstandswerts nach den Langzeittests auf.
11 ist ein Graph, der die Eigenschaften der Magnetowiderstands-Sensorvorrichtung der Beispiele 3, 4, 5 und 6 im Vergleich zu denjenigen von Vergleichsbeispiel 1 zeigt. Das Magnetowiderstandsverhältnis (MR-Verhältnis) der GMR-Sensorelemente ist auf Basis der Eigenschaften von Beispiel 3 für die Veränderungen (Minimum) gezeigt.
In der Position des Sensorbereichs wie in 5 gezeigt, kennzeichnet die Größe der Veränderungen von %MR, ob der Sensorelementbereich überall auf dem IC abgeschieden werden kann, da die Niveauunterschiede auf dem IC zwischen den Sensorelementbereichen 12a und 12b stark variieren. Alle Beispiele zeigten vorteilhafte Werte bezüglich %MR und folglich wurden signifikante Unterschiede relativ zu den Vergleichsbeispielen gefunden. Ferner zeigten alle Beispiele geringere Veränderungen bezüglich %MR, und es wurden signifikante Unterschiede im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen festgestellt. Wenn ferner der Harzfilm aus einem gehärteten Film aus einem Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 ausgebildet ist, oder wenn der Harzfilm aus einer Mehrzahl von Filmschichten aufgebaut ist, worin mindestens ein Harzfilm ein gehärteter Harzfilm aus einem Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von weniger als 50 000 ist, ist die Veränderung von %MR sehr eng, so daß die Positionsflexibilität bezüglich der Positionierung des Sensorbereichs größer ist.
An jedem oben genannten Beispiel wurde ein Langzeittest durchgeführt, und der Test betraf in Fahrzeugen montierte Vorrichtungen, was als die härtesten Bedingungen angesehen wird. Insbesondere wiesen die GMR-Sensorelemente, die in den Beispielen 3 bis 6 hergestellt wurden, exzellente Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen hochwärmebeständigen GMR-Sensorelementen (D. Wang, J. Anderson, J. M. Daughton, IEEE TRANSACTIONS ON MAGNET ICS Bd. 33, Nr. 5, S. 3520–3522, 1997) als in Fahrzeugen montierte Sensorelemente in der praktischen Anwendung auf. Ihre Eigenschaften bezüglich der Harzfilmstruktur wurden in keinem Beispiel beschädigt. Zusätzlich zu einer hohen Positionsflexibilität bei der Positionierung auf dem IC wies das GMR-Sensorelement eine hohe Zuverlässigkeit auf.

Claims

Magnetwiderstands-Sensorvorrichtung, die ein Substrat und, darauf bereitgestellt, folgendes umfaßt: (i) einen Sensorbereich, der ein Magnetwiderstands-Sensorelement umfaßt und Veränderungen in einem Magnetfeld, die durch einen bewegten Körper induziert werden, nachweist, (ii) einen Signalverarbeitungsschaltkreis und (iii) einen zwischen dem Sensorbereich und dem Signalverarbeitungsschaltkreis abgeschiedenen Harzfilm, der ein gehärteter Film aus Silicon-Polymer mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von ≥ 1000 ist und nur zusammengesetzt ist aus 1–4 Einheiten der folgenden Struktureinheitsgruppe (1):
worin R₁ bis R₆ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Hydroxyl, Aryl, aliphatisches Alkyl Trialkylsilyl oder eine funktionelle Gruppe mit einer ungesättigten Bindung darstellen, und k, 1, m und n sind 0 oder eine ganze Zahl von > 0, mit der Maßgabe, dass sie nicht alle gleichzeitig 0 sind; wobei der Harzfilm (iii) aufgebaut ist aus einem laminierten Film, der eine Mehrzahl von Filmschichten umfasst, die jeweils aus einem gehärteten Film aus einem unterschiedlichen härtenden Polymer zusammengesetzt sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin der Sensorbereich durch ein GMR-Magnetwiderstands-Sensorelement gebildet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, worin das GMR-Magnetwiderstands-Sensorelement folgendes umfaßt: i) eine sich periodisch wiederholende Struktur, die einen laminierten Körper aus Magnetschichten, die abwechselnd mit nicht-magnetischen Schichten laminiert sind, als eine Einheit umfassen, worin die Wiederholungszahl (N) der sich periodisch wiederholenden Struktur 10 bis 40 beträgt, worin die Magnetschichten eine Dicke (t_m) von 1,0 nm < t_m < 2,5 nm aufweisen und hauptsächlich Ni, Fe und Co in einem Atomverhältnis enthalten, das die folgende Formel erfüllt (worin x ≥ 0,7, Y ≤ 0,3 und (1 – x – y) ≤ 0,15): Ni(1-x-y)FeyCox und die nicht-magnetischen Schichten besitzen eine Dicke (t_n) von 1,8 nm < t_n < 2,5 nm und enthalten hauptsächlich Cu in einem Atomverhältnis, das die folgende Formel erfüllt, worin A ein beliebiges zusätzliches Element ist, das von Cu unterschiedlich ist, und z ist ≥ 0,9: Cu2A(1-z), und ii) eine Pufferschicht mit einer Dicke von (tb) von 1,0 nm < t_b < 8,0 nm, die zwischen dem Harzfilm und der magnetischen oder nicht-magnetischen Schicht abgeschieden ist.
Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–3, worin der Harzfilm einen gehärteten Film aus Silicon-Polymer der folgenden Formel (2) umfasst:
worin R₁ bis R₆ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, Aryl, aliphatisches Alkyl oder eine funktionelle Gruppe mit einer ungesättigten Bindung repräsentieren, und R₃ bis R₆ können ferner eine Trialkylsilyl-Gruppe darstellen und n ist eine natürliche Zahl.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, worin der gehärtete Film aus Silicon-Polymer der Formel (2) ein durchschnittliches Molekulargewicht von ≥ 100 000 aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, worin der gehärtete Film aus Silicon-Polymer der Formel (2) ein durchschnittliches Molekulargewicht von ≤ 50 000 aufweist.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–6 als Magnetwiderstandssensor in einem Fahrzeug.