DE10354444B4

DE10354444B4 - Vorrichtung mit magnetischer Impedanz, die gleiche verwendende Sensorvorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Gleichen

Info

Publication number: DE10354444B4
Application number: DE10354444.5A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Ao; Yasutoshi Suzuki; Hideya Yamadera; Norikazu Ohta; Hirofumi Funabashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: KR20040045336A; CN1790045A; DE10354444A1; KR100590211B1; KR100660596B1; US20040131887A1; CN100468523C; US7582489B2; US20080145956A1; CN100526904C; KR20060024004A; CN1503230A; US20070108970A1; US7417269B2

Abstract

Magnetsensorvorrichtung, die aufweist:
ein Halbleitersubstrat (22, 322);
eine Vorrichtung (1, 2, 301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz zum Erfassen eines Magnetfelds;
eine Peripherieschaltung (312, 313, 314, 315) zum Verarbeiten eines Ausgangssignals, das aus der Vorrichtung (301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz ausgegeben wird;
eine Verdrahtungsschicht (328), die aus einem Aluminiummaterial besteht; und
einen Barrierenmetallfilm (354), der aus einem Titanmaterial besteht,, wobei
die Vorrichtung (1, 2, 301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz auf dem Substrat (22, 322) angeordnet ist und aus einer Ni-Fe-Serien-Legierung besteht;
die Verdrahtungsschicht (328) beide Enden der Vorrichtung (301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz über den Barrierenmetallfilm (354) verbindet und ein Paar von Enden aufweist, welche auf einem Verbindungsabschnitt zwischen der Verdrahtungsschicht (328) und der Vorrichtung (301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz angeordnet sind; und
die Peripherieschaltung (312, 313, 314, 315) auf dem Substrat (322) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz, eine die gleiche verwendende Sensorvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Gleichen. Die Sensorvorrichtung wird geeignet für eine Rotationssensorvorrichtung verwendet.
Eine herkömmliche Vorrichtung mit magnetischer Impedanz verwendet einen Effekt einer magnetischen Impedanz und ist in der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. H08-75835 offenbart. Der Effekt einer magnetischen Impedanz besteht darin, dass sich eine Impedanz der Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer äußeren Spannung in einem Fall ändert, in dem die Vorrichtung mit einem Wechselstrom (zum Beispiel einem hochfrequenten Wechselstrom, dessen Frequenz höher als 1 MHz ist) erregt wird. Die Vorrichtung beinhaltet eine Magnetschicht, welche aus einer amorphen Legierung besteht und eine weichmagnetische Eigenschaft aufweist. Hierbei weist die amorphe Legierung eine hohe relative magnetische Permeabilität auf. Deshalb wird eine Änderung der magnetischen Permeabilität in der Magnetschicht in Übereinstimmung mit einem äußeren Magnetfeld groß, so dass die Vorrichtung eine hohe Empfindlichkeit aufweist.
Jedoch weist die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz mit der Magnetschicht, die aus einer amorphen Legierung besteht, einen niedrigen Wärmewiderstand auf, so dass die Empfindlichkeit der Vorrichtung in einem Fall stark verringert wird, in dem die Vorrichtung mit einer Wärmebehandlung über ungefähr 400°C verarbeitet wird. Der Grund ist wie folgt. Die Kristallisationstemperatur der Magnetschicht, die aus einer amorphen Legierung besteht, ist niedrig, das heißt bei ungefähr 400°C. Deshalb wird die amorphe Legierung kristallisiert, wenn die Vorrichtung mit einer Wärmebehandlung über ungefähr 400°C verarbeitet wird, so dass die weichmagnetische Eigenschaft der amorphen Legierung verschwindet. Hierbei sieht die weichmagnetische Eigenschaft der amorphen Legierung eine magnetische Impedanz mit einer hohen Empfindlichkeit vor.
Weiterhin wird die Magnetschicht mit einer Wärmebehandlung in einem Fall oxidiert, in dem die Magnetschicht aus einem einfach oxidierbaren Material ausgebildet ist, so dass die weichmagnetische Eigenschaft verschlechtert wird. Daher wird die Empfindlichkeit verringert.
Deshalb ist es schwierig, die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz, die die Magnetschicht aufweist, die aus einer amorphen Legierung besteht, unter Verwendung eines herkömmlichen Halbleiterverarbeitungsverfahrens auszubilden. Dies ist so, da das herkömmliche Verfahren im allgemeinen einen Schritt einer Wärmebehandlung über ungefähr 400°C beinhaltet. Demgemäß ist es schwierig, die Vorrichtung unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens zu minimieren, so dass die Vorrichtung mit einer anderen Schaltung, wie zum Beispiel einem Sensorausgangssignalprozessor, integriert wird.
Weiterhin wird dann, wenn die Vorrichtung geglüht, das heißt mit einer Wärmebehandlung verarbeitet, wird, eine Spannung in einem Substrat erzeugt, da eine thermische Expansion des Substrats zu der der Vorrichtung unterschiedlich ist. Hierbei ist die Vorrichtung auf das Substrat montiert. Deshalb kann in einigen Fällen die Vorrichtung von dem Substrat entfernt werden. Um zu verhindern, dass sie entfernt wird, wird eine Ablagerungsbedingung zum Ablagern einer Magnetschicht, die eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz ausbildet, geändert oder wird eine Filmqualität der Magnetschicht geändert. Dies ist in der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr.2001-228229 offenbart. Jedoch erfordert diese Vorrichtung ein Ausbilden mit einem beschränkten Herstellungsverfahren und ein Aufweisen eines beschränkten Aufbaus.
Weiterhin werden, da eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz, die eine hohe Empfindlichkeit aufweist, für verschiedene Sensorsysteme verfügbar ist, eine Minimierung und niedrige Herstellungskosten am meisten gefordert. Zum Beispiel ist ein Kopfmodul mit magnetischer Impedanz im Stand der Technik, das eine Dünnfilmvorrichtung mit magnetischer Impedanz aufweist, in der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 2001- 318131 offenbart. Das Kopfmodul beinhaltet die Dünnfilmvorrichtung mit magnetischer Impedanz, eine elektrische Energieversorgungsschaltung zum Erregen der Vorrichtung mit einem hochfrequenten Wechselstrom und eine Erfassungsschaltung zum Erfassen einer Impedanzänderung, welche durch eine diskrete Schaltung vorgesehen sind. Jede diskrete Schaltung ist mit einem Hybrid-IC kombiniert. Deshalb sind eine Minimierung und Verringerung von Herstellungskosten des Kopfmoduls beschränkt.
Weiterhin wird eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz geeignet für eine Sensorvorrichtung verwendet, die in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, wobei die Sensorvorrichtung zum Beispiel eine Drehung eines Rotationskörpers erfasst. Eine Rotationssensorvorrichtung im Stand der Technik ist in den Japanischen Patentanmeldungen Nr. H08-304432 ( US-Patent Nr. 5 841 15 276 ) und Nr. 2002-46513 offenbart. Diese Sensorvorrichtungen sind in einen Motor eines Fahrzeugs oder eine Radnabe eingebaut, so dass die Sensorvorrichtungen eine Drehung einer Kurbelwelle des Motors bzw. eine Drehung eines Rads des Fahrzeugs erfassen. In jedem Fall ist es erforderlich, die Sensorvorrichtung zu minimieren, um ein Einbauvermögen der Vorrichtung zu verbessern und eine Entwurfsfreiheit eines Motors und dergleichen zu erhöhen.
Weiterhin ist es erforderlich, dass die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz, die in das Fahrzeug eingebaut ist, vor einer äußeren Störung eines Magnetfelds unter Verwendung eines einfachen Aufbaus der Vorrichtung geschützt wird. Dies ist so, da die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz eine hohe Empfindlichkeit aufweist, so dass die Vorrichtung einfach durch die äußere Störung eines Magnetfelds beeinträchtigt wird. Deshalb beinhaltet ein Stromsensor, der eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz aufweist, im Stand der Technik zum Beispiel eine magnetische Abschirmung und ein Paar einer umgekehrt gewickelten Spule zum Verringern der äußeren Störung. Dieser Typ eines Stromsensors ist in der Japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 2001-116773 offenbart. Jedoch weist dieser Stromsensor einen komplizierteren Aufbau auf, so dass die Herstellungskosten erhöht sind.
Zudem offenbart die Druckschrift EP 1 182 713 A2 ein nach dem Vertikalstromprinzip arbeitendes magnetoresistives Element mit einer Zwischenschicht (106) und einem Paar von magnetischen Schichten (105, 107), die die Zwischenschicht umgeben. Zumindest eine einer freien magnetischen Schicht (105) und einer verankerten Schicht (107) ist ein mehrschichtiger Film, der zumindest eine nichtmagnetische Schicht aufweist, und magnetische Schichten, die die nicht magnetische Schicht umgeben. Der durch den Bereich der Zwischenschicht, durch welche Strom senkrecht zu dem Film fließt, definierte Elementbereich ist nicht größer als 1000 μm2.
Weiter offenbart die Druckschrift US 6 472 868 B1 ein magnetisches Impedanzelement mit einem aus einem nicht magnetischen Material hergestellten Substrat, einem Dünnfilm-Magnetkern, der auf dem Substrat ausgebildet ist, und ersten und zweiten Elektroden, die an beiden Enden des Dünnfilm-Magnetkerns in einer Längsrichtung desselben angeordnet sind. Der Dünnfilm-Magnetkern ist durch Laminieren einer Vielzahl magnetischer Filme durch nicht magnetische Dünnfilme erzeugt.
Außerdem betrifft die Druckschrift US 6 437 558 B2 passive Festkörper-Magnetsensoren, die auf der Kombination aus magnetorestriktiven Werkstoffen und piezoelektrischen Werkstoffen beruhen.
Ferner offenbart die Druckschrift DE 38 55 322 T2 eine Vorrichtung zum Erfassen von Magnetismus, mit einem ein Substrat, einem ferromagnetischen Dünnfilm-Magnetowiderstandselement, und einer Isolierschicht, die zwischen das Substrat und das Magnetowiderstandselement zwischengefügt ist, wobei die Isolierschicht einen oberen Verunreinigungsschichtabschnitt und einen unteren verbleibenden Schichtabschnitt, der zum Substrat benachbart ist, aufweist, und der Verunreinigungsschichtabschnitt Verunreinigungen mit einer höheren Konzentration als die des verbleibenden Schichtabschnitts enthält, wobei der Verunreinigungsschichtabschnitt eine Öffnung hat, in der der verbleibende Schichtabschnitt freigelegt ist, und sich das Magnetowiderstandselement an dem freigelegten verbleibenden Schichtabschnitt in der Öffnung befindet.
Darüber hinaus lehrt die Druckschrift DE 690 29 153 T2 eine Magnetfelderfassungsvorrichtung, die eine erste Oszillatorschaltung aufweist, welche ein erstes Magnetwiderstandselement aufweist und welche erste Ausgangspulssignale erzeugt, die eine erste Oszillationsfrequenz aufweisen, welche als Reaktion auf eine Änderung eines zu erfassenden Magnetfelds geändert wird. Eine zweite Oszillatorschaltung weist einen Referenzwiderstand oder ein Magnetwiderstandselement auf und erzeugt zweite Ausgangspulssignale, die eine zweite Oszillationsfrequenz aufweisen, welche mindestens teilweise von den Werten des Widerstands des Referenzwiderstands oder des Magnetwiderstandselements abhängt. Ein Komparator dient zum Vergleichen der ersten Oszillationsfrequenz der ersten Oszillatorschaltung mit der zweiten Oszillationsfrequenz der zweiten Oszillatorschaltung unter Berücksichtigung einer Zeit- oder Phasendifferenz zwischen den ersten Ausgangspulssignalen und den zweiten Ausgangspulssignalen, um eine Änderung des Magnetfelds zu erfassen. Die die erste Oszillatorschaltung beinhaltet drei Widerstandselemente und eine ungerade Anzahl von Invertern, welche in Reihe geschaltet sind, wobei ein Eingang des Inverters der ersten Stufe durch das erste Widerstandselement an einen Ausgang des Inverters der letzten Stufe angeschlossen ist, der Eingang des Inverters der ersten Stufe weiterhin durch einen Kondensator und das zweite Widerstandselement, die in Reihe angeordnet sind, an einen Ausgang des Inverters der N-ten Stufe angeschlossen ist – wobei N eine ungerade Anzahl bezeichnet, die kleiner oder gleich als die ungerade Anzahl von Invertern ist – und ein Knotenabschnitt, der zwischen dem Kondensator und dem zweiten Widerstandselement definiert ist, durch das dritte Widerstandselement, das einen Widerstandswert aufweist, der kleiner als der des zweiten Widerstandselements ist, an einen Ausgang des Inverters der M-ten Stufe – wobei M eine gerade Anzahl bezeichnet – angeschlossen ist, wobei das Magnetwiderstandselement durch mindestens zwei der Widerstandselemente derart ausgebildet ist, dass ein Potential des Knotenabschnitts, der zwischen den zweiten und dritten Widerstandselementen definiert ist, als Reaktion auf das zu erfassende Magnetfeld geändert wird.
Schließlich offenbart die Druckschrift DE 87 04 192 U1 einen Sensor mit einem mindestens ein Sensorelement enthaltenden Aufnahmeteil und mit einer zur Auswertung des in dem Aufnahmeteil aufgenommenen Maßsignals dienenden Auswerteschaltung, deren Schaltungselemente in Gestalt von Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps in einem einkristallinen Halbleiterplättchen monolithisch integriert sind, wobei zur Zusammenschaltung der in dem Halbleiterplättchen untergebrachten Schaltungselemente Leiterbahnen einer Verbindungsmetallisierung dienen, die an einer Hauptoberfläche des Halbleiterplättchens auf eine dort angebrachte erste isolierende Schicht aufgebracht und zu den Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps der betreffenden Schaltungselemente durchkontaktiert sind, wobei das mindestens eine Sensorelement und die zu diesem führenden elektrischen Verbindungsleitungen flächenhaft ausgestaltet sind. Der Aufnahmeteil des Sensors ist eine elektrische Dünnschichtschaltung, die das mindestens eine Sensorelement enthält. Die elektrischen Verbindungsleitungen zu dem mindestens einen Sensorelement sind Leiterbahnen der elektrischen Dünnschichtschaltung. Als Träger für die Dünnschichtschaltung dient eine als Einebnungsschicht ausgebildete zweite isolierende Schicht, die auf die mit der ersten isolierenden Schicht und der Verbindungsmetallisierung versehene Hauptoberfläche des Halbleiterplättchens aufgebracht ist. In der zweiten isolierenden Schicht ist mindestens eine Aussparung vorgesehen, innerhalb der jeweils eine Leiterbahn der Dünnschichtschaltung mit einer Leiterbahn der Verbindungsmetallisierung der monolithisch integrierten Auswerteschaltung kontaktiert ist.
Im Hinblick auf das vorhergehende Problem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Sensorvorrichtung, die eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz aufweist, zu schaffen, welche eine minimale Abmessung aufweist und mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt wird. Darüber hinaus soll eine Sensorvorrichtung mit einer Vorrichtung mit magnetischer Impedanz geschaffen werden, welche einen hohen Widerstand gegen eine äußere Störung eines Magnetfelds aufweist, und die geeignet für einen Rotationssensor verwendbar ist, der zum Beispiel in ein Kraftfahrzeug einbaubar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Magnetsensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
Eine Magnetsensorvorrichtung beinhaltet somit ein Halbleitersubstrat und eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz zum Erfassen eines Magnetfelds. Die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz ist auf dem Substrat angeordnet. Diese Magnetsensorvorrichtung weist eine minimale Abmessung auf und wird mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt.
Weiterhin erfasst die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz in der vorhergehenden Vorrichtung ein Magnetfeld auf eine derartige Weise, dass eine Impedanz der Vorrichtung in Übereinstimmung mit dem Magnetfeld geändert wird, wenn der Vorrichtung ein Wechselstrom zugeführt wird, und die Impedanz wird durch eine äußere elektrische Schaltung gemessen. Die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz beinhaltet eine Magnetschicht, die aus einem Legierungsfilm einer Ni-Fe-Serie besteht. Die Magnetschicht weist in einer Erregungsrichtung des Wechselstroms eine Länge, die als L1 definiert ist, in einer senkrechten Richtung, die senkrecht zu der Erregungsrichtung ist, eine Breite, die als L2 definiert ist, und eine Dicke der Magnetschicht auf, die als L3 definiert ist. Das Verhältnis der Länge und der Breite ist als α definiert, das heißt α = L1/L2, und das Verhältnis der Breite und der Dicke ist als β definiert, das heißt β = L2/L3. Das Verhältnis α ist gleich oder größer als 10 und das Verhältnis β ist einem Bereich zwischen 1 und 50. Die Dicke L3 ist gleich oder größer als 5 μm.
In der vorhergehenden Vorrichtung wird die Sensorempfindlichkeit auch dann nicht verringert, wenn die Vorrichtung mit einer Wärmebehandlung verarbeitet wird. Somit weist die Vorrichtung einen hohen Wärmewiderstand auf. Weiterhin weist die Vorrichtung eine hohe Sensorempfindlichkeit auf.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von zur Erfindung hin führenden Beispielen und Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht einer Vorrichtung mit magnetischer Impedanz gemäß einemersten zur Erfindung hinführenden Beispiel;
2 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung entlang einer Linie II-II in 1;
3 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung entlang einer Linie III-III in 1;
4A bis 4C Querschnittsansichten der Vorrichtung, die ein Herstellungsverfahren der Vorrichtung gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel erläutern;
5 einen Graph einer Beziehung zwischen einem äußeren Magnetfeld Hext und einer Impedanz Z der Vorrichtung gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
6 einen Graph einer Beziehung zwischen einer Temperatur T und einer Temperaturschwankung einer Impedanz Z-Zat25°C/Zat25°C bei einem Magnetfeld von Null der Vorrichtung gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
7 einen Graph einer Beziehung zwischen einer Temperatur T und einer Temperaturabhängigkeit einer Sensorempfindlichkeit Δ(Z-Zat25°C/Zat25°C)/(Z-Zat25°C/Zat25°C) der Vorrichtung gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
8 eine Tabelle von Koeffizienten einer Temperaturabhängigkeit der magnetischen Impedanz ΔZo/ΔT bei einem Magnetfeld von Null und der Sensorempfindlichkeit Δ(ΔZ/Zo)/ΔT in unterschiedlichen Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
9 eine Tabelle des Verhältnisses einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in unterschiedlichen Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
10 einen Graph einer Beziehung zwischen einer Länge L1 der Magnetschicht und einem Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in den Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
11 eine Tabelle des Verhältnisses einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in unterschiedlichen Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
12 einen Graph einer Beziehung zwischen einer Breite L2 der Magnetschicht und einem Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in den Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
13 eine Tabelle des Verhältnisses einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in unterschiedlichen Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
14 einen Graph einer Beziehung zwischen einer Dicke L3 der Magnetschicht und einem Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in den Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
15 eine Tabelle des Verhältnisses einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in unterschiedlichen Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
16 einen Graph einer Beziehung zwischen einer Korngröße der Magnetschicht und einem Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in den Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
17 eine Tabelle des Verhältnisses einer Impedanzänderung in unterschiedlichen Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
18 einen Graph einer Beziehung zwischen einer Oberflächenrauheit des Substrats und einem Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in den Vorrichtungen gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
19 eine Draufsicht einer Vorrichtung mit magnetischer Impedanz gemäß einem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
20 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung entlang einer Linie XX-XX in 19;
21 eine Tabelle des Verhältnisses einer Impedanzänderung ΔZ/Zo in unterschiedlichen Vorrichtungen gemäß dem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
22 einen Graph einer Beziehung zwischen einem äußeren Magnetfeld Hext und einer Impedanz Z der Vorrichtung gemäß dem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
23 einen Graph einer Beziehung zwischen einer internen Spannung σ einer Schutzschicht und einem Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo der Vorrichtungen gemäß dem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
24 einen Graph einer Beziehung zwischen einer internen Spannung σ einer Schutzschicht und einem Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo der Vorrichtungen gemäß dem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
25 eine Querschnittsansicht einer Magnetsensorvorrichtung gemäß einem dritten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
26 eine vergrößerte Draufsicht einer Vorrichtung mit magnetischer Impedanz der Vorrichtung gemäß dem dritten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
27 eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung der Vorrichtung gemäß dem dritten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
28 eine Querschnittsansicht einer Magnetsensorvorrichtung gemäß einem vierten zur Erfindung hin führenden Beispiel;
29 eine Querschnittsansicht einer Magnetsensorvorrichtung gemäß einemfünften zur Erfindung hin führenden Beispiel;
30 eine Querschnittsansicht einer Magnetsensorvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
31 eine Querschnittsansicht eines Teils einer Magnetsensorvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
32 eine Querschnittsansicht einer Magnetsensorvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
33 eine Querschnittsansicht einer Magnetsensorvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
34 eine schematische Querschnittsansicht einer Rotationssensorvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
35A bis 35C schematische Querschnittsansichten eines Teils der Rotationssensorvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
36 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Rotationssensorvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
37 eine schematische Querschnittsansicht einer Rotationssensorvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
38A bis 38C schematische Querschnittsansichten einer Rotationssensorvorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel;
39 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Rotationssensorvorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel; und
40A und 40B schematische Querschnittsansichten einer Rotationssensorvorrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.
Es versteht sich, dass in den hinführenden Beispielen beschriebene Elemente, Größenordnungen und/oder Zusammenhänge auch Teil der Ausführungsbeispiele der Erfindung bilden bzw. dort ebenfalls vorhanden sein können.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten zur Erfindung hin führenden Beispiels.
Die Erfinder haben einen magnetischen Dünnfilm, der aus einer Legierung der Ni-Fe-Serie besteht, als ein Magnetmaterial, das eine Magnetschicht in einer Vorrichtung mit magnetischer Impedanz bildet, untersucht, welche einen hohen Wärmewiderstand aufweist, so dass eine Empfindlichkeit der Vorrichtung auch dann nicht verringert wird, wenn die Vorrichtung mit einer Wärmebehandlung über 400°C verarbeitet wird.
Eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel verwendet einen Effekt einer magnetischen Impedanz. Der Effekt einer magnetischen Impedanz besteht darin, dass sich die Impedanz der Vorrichtung in Übereinstimmung mit einem äußeren Magnetfeld ändert, wenn die Vorrichtung mit einem Wechselstrom erregt wird. Die Vorrichtung beinhaltet eine Magnetschicht, die aus einem Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm besteht. Hierbei weist der Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm eine hohe Curietemperatur auf und ist er polykristallin hergestellt. Demgemäß ändert sich die magnetische Eigenschaft der Magnetschicht, die aus dem Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm besteht, nicht nach der Wärmebehandlung über 400°C. Zum Beispiel wird die Sensorempfindlichkeit der Vorrichtung nach der Wärmebehandlung nicht verringert. Deshalb weist die Vorrichtung einen hohen Wärmewiderstand auf.
Eine Vorrichtung 1 mit magnetischer Impedanz gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel ist in den 1 bis 3 gezeigt. Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, beinhaltet die Vorrichtung 1 ein Substrat 22, eine Isolationsschicht 24, eine Magnetschicht 26 und ein Paar von Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b. Die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b sind mit einer Wechselstromversorgung 30 verbunden. Die Wechselstromversorgung 30 kann eine Frequenz eines Wechselstroms steuern, der aus der Wechselstromversorgung 30 ausgegeben wird. In 1 wird ein äußeres Magnetfeld Hext auf die Vorrichtung 1 ausgeübt und fließt der Wechselstrom, der aus der Wechselstromversorgung 30 ausgegeben wird, ebenso durch die Vorrichtung 1. Eine Erregungsrichtung des Wechselstroms, der aus der Wechselstromversorgung 30 ausgegeben wird, ist parallel zu dem äußeren Magnetfeld Hext.
Das Substrat 22 kann aus irgendeinem Material bestehen, solange die Isolationsschicht 24, die Magnetschicht 26 und dergleichen darauf ausgebildet werden können. Zum Beispiel besteht das Substrat 22 aus einem Siliziumwafer, Glas, Metall usw. In einem Fall, in dem das Substrat 22 aus einem leitenden Material oder einem halbleitenden Material, wie zum Beispiel Metall oder Silizium, besteht, ist es bevorzugt, dass die Isolationsschicht 24 zwischen dem Substrat 22 und der Magnetschicht 26 angeordnet ist, so dass die Magnetschicht 26 elektrisch von dem Substrat 22 isoliert wird. In einem Fall, in dem das Substrat 22 aus einem Isolationsmaterial, wie zum Beispiel Glas, besteht, kann die Magnetschicht 26 ohne die Isolationsschicht 24 direkt auf dem Substrat 22 ausgebildet sein. Weiterhin kann in einigen Fällen ein anderes Material, wie zum Beispiel eine andere leitende Schicht als die Isolationsschicht 24 zwischen dem Substrat 22 und der Magnetschicht 26 ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Oberflächenrauheit des Substrats 22 niedriger als 1 μm. In diesem Fall ist die Konkavität und Konvexität der Oberfläche des Substrats 22 klein und ist die Magnetschicht 26 direkt auf dem Substrat 22 angeordnet oder über die Isolationsschicht 24 und dergleichen auf dem Substrat 22 angeordnet, so dass die Magnetschicht 26 einfach magnetisiert werden kann. Genauer gesagt weist die Magnetschicht 26 eine hervorragende weichmagnetische Eigenschaft auf. Weiterhin kann die Isolationsschicht 24 aus irgendeinem Isolationsmaterial bestehen, solange die Isolationsschicht 24 das Substrat 22 und die Magnetschicht 26 voneinander isoliert. Zum Beispiel besteht die Isolationsschicht 24 aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid und dergleichen.
Die Magnetschicht 26 ist auf der Isolationsschicht 24 ausgebildet. Die Magnetschicht 26 besteht aus einem Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm, welcher ein Dünnfilm ist und aus einem ferromagnetischen Material besteht, das eine weichmagnetische Eigenschaft aufweist. Der Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm besteht lediglich aus Ni und Fe, das heißt er ist eine Ni-Fe-Legierung. Jedoch kann die Magnetschicht 26 aus einer Fe-Co-Legierung und dergleichen bestehen. Vorzugsweise ist eine Zusammensetzung der Legierung der Ni-Fe-Serie, die die Magnetschicht 26 bildet, 65 bis 90 Gewichts-% von Ni und/oder 15 bis 35 Gewichts-% von Fe. In einem Fall, in dem die Legierung der Ni-Fe-Serie aus lediglich Ni und Fe besteht, ist es bevorzugt, dass die Zusammensetzung 65 bis 90 Gewichts-% von Ni und/oder 15 bis 35 Gewichts-% von Fe ist. In diesem Fall die Sensorempfindlichkeit verbessert. Bevorzugter ist eine Zusammensetzung der Legierung der Ni-Fe-Serie, die die Magnetschicht 26 bildet, 77 bis 85 Gewichts-% von Ni und/oder 15 bis 23 Gewichts-% von Fe. In einem Fall, in dem die Legierung der Ni-Fe-Serie aus lediglich Ni und Fe besteht, ist es bevorzugt, dass die Zusammensetzung 77 bis 85 Gewichts-% von Ni und/oder 15 bis 23 Gewichts-% von Fe besteht. In den vorhergehenden Fällen wird die Temperaturabhängigkeit einer magnetischen Permeabilität der Magnetschicht 26 klein, so dass die Vorrichtung 1 mit magnetischer Impedanz eine hohe Sensorempfindlichkeit und eine niedrige Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit aufweist.
Wie es in 3 gezeigt ist, weist der Querschnitt der Magnetschicht 26 eine rechteckige Form auf, wobei der Querschnitt senkrecht zu der Erregungsrichtung ist. Der Querschnitt der Magnetschicht 26 weist eine Breitenseite 26a und eine Längsseite 26b auf. Ein Winkel 9 zwischen der Breitenseite 26a und der Längsseite 26b ist vorzugsweise in einem Bereich zwischen 60° und 120°. in diesem Fall wird verhindert, dass ein keilförmiger magnetischer Bereich erzeugt wird. Deshalb wird ebenso verhindert, dass eine Hystereseschleife in der Charakteristik einer magnetischen Impedanz der Magnetschicht 26 erzeugt wird. Bevorzugter ist der Winkel 9 in einem Bereich zwischen 85° und 95°.
Eine Korngröße eines einkristallinen Partikels der Legierung der Ni-Fe-Serie, die die Magnetschicht 26 bildet, ist vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 nm und 1 μm. Wenn die Korngröße kleiner als 1 nm ist, wird die Korngröße größer, wenn die Vorrichtung einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Deshalb wird die weichmagnetische Eigenschaft leicht verschlechtert. Wenn die Korngröße größer als 1 μm ist, ist es schwierig, die Magnetschicht 26 zu magnetisieren, um die weichmagnetische Eigenschaft aufzuweisen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Magnetschicht 26 eine Achse einer leichten Magnetisierung aufweist, welche weitestgehend senkrecht oder parallel zu der Erregungsrichtung des Wechselstroms aus der Wechselstromversorgung 30 ist. in diesem Fall wird die Erfassungsempfindlichkeit zum Erfassen des äußeren Magnetfelds verbessert. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht 26 derart sind, dass die Koerzitivkraft kleiner als 10 Oe ist und die relative Permeabilität höher als 500 ist.
Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, weist die Magnetschicht 26 in der Erregungsrichtung des Wechselstroms eine Länge L1 senkrecht zu der Erregungsrichtung eine Breite L2 und eine Dicke L3 der Magnetschicht 26 auf. Unter der Annahme, dass ein Verhältnis zwischen der Länge L1 und der Breite L2 als α definiert ist, das heißt α = L1/L2, und ein Verhältnis zwischen der Breite L2 und der Dicke L3 als β definiert ist, das heißt β = L2/L3, ist das Verhältnis α gleich oder größer als 10 und ist das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 1 und 50 (das heißt α ≥ 10 und 1 ≤ β ≤ 50). Weiterhin ist die Dicke L3 gleich oder größer als 5 μm. in diesem Fall weist die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz eine hohe Sensorempfindlichkeit auf. Dies ist so, da der magnetische Bereich der Magnetschicht 26 genau gesteuert werden kann, so dass die magnetische Permeabilität der Magnetschicht 26 in einem Fall, in dem die Magnetschicht 26 den vorhergehenden Aufbau aufweist, in Übereinstimmung mit dem äußeren Magnetfeld stark geändert wird.
Bevorzugter wird die Sensorempfindlichkeit stark verbessert, wenn das Verhältnis α gleich oder größer als 50 ist. Weiterhin wird die Sensorempfindlichkeit stark verbessert, wenn das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 1 und 30 ist. Genauer gesagt wird dann, wenn das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 1 und 5 ist, die Empfindlichkeit stark verbessert. Die vorhergehenden Gründe werden später beschrieben.
Die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b sind auf der Isolationsschicht 24 ausgebildet. Jede Elektrodenanschlussfläche 28a, 28b bedeckt ein Ende oder das andere Ende der Magnetschicht 26 in der Längsrichtung. Die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b können aus irgendeinem Material bestehen, solange das Material als eine Elektrode arbeitet. Zum Beispiel ist das Material Aluminium, Kupfer oder deren Legierung. Es ist bevorzugt, dass der spezifische Widerstand der Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b gleich oder kleiner als 10 μΩ cm ist.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren der Vorrichtung 1 mit magnetischer Impedanz wie folgt beschrieben. Zuerst wird, wie es in den 4A bis 4C gezeigt ist, das Substrat 22 vorbereitet. Dann wird die Isolationsschicht 24 auf dem Substrat 22 ausgebildet. Wenn das Substrat 22 aus Silizium besteht, wird die Oberfläche des Siliziumsubstrats 22 unter Verwendung eines thermischen Oxidationsverfahrens oxidiert, so dass die Isolationsschicht 24, die aus-Siliziumoxid besteht, ausgebildet wird. Weiterhin kann die Isolationsschicht 24 unter Verwendung eines chemischen Dampfphasenabscheidungsverfahrens, Zerstäubungsverfahrens oder dergleichen ausgebildet werden und aus Siliziumoxiden oder Siliziumnitriden bestehen. Es gibt keine Beschränkung bezüglich des Ablagerungsverfahrens zum Ausbilden der Isolationsschicht 24.
Als nächstes wird der Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm auf der Isolationsschicht 24 ausgebildet. Der Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm kann unter Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens, einer Dampfphasenabscheidung oder eines Beschichtungsverfahrens ausgebildet werden. Es gibt keine Beschränkung des Ablagerungsverfahrens zum Ausbilden der Legierung der Ni-Fe-Serie. Der Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm wird unter Verwendung eines Photoätzverfahrens in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass die Magnetschicht 26 ausgebildet wird, wie es in 4C gezeigt ist. In diesem Fall wird vorzugsweise ein einachsiges anisotropes Magnetfeld in der Erregungsrichtung des Wechselstroms, das heißt der Längsrichtung des Magnetfelds 26, während der Abscheidung unter dem Magnetfeld oder einer Wärmebehandlung unter dem Magnetfeld, auf die Magnetschicht 26 ausgeübt, so dass die Magnetschicht 26 die Achse einer leichten Magnetisierung entlang der Erregungsrichtung aufweist.
Als nächstes wird eine vorläufige Schicht für eine Elektrode auf sowohl der Magnetschicht 26 als auch der Isolationsschicht 24 ausgebildet. Die vorläufige Schicht kann unter Verwendung des Zerstäubungsverfahren, der Dampfphasenabscheidung oder eines Beschichtungsverfahrens ausgebildet werden. Es gibt keine Beschränkung des Ablagerungsverfahrens zum Ausbilden der vorläufigen Schicht. Die vorläufige Schicht wird unter Verwendung eines Photoätzverfahrens in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b ausgebildet werden, um beide Enden der Magnetschicht 26 zu bedecken, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. Dann werden die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b mit Kontaktierungsdrähten verbunden. Somit ist die Vorrichtung 1 mit magnetischer Impedanz fertiggestellt.
Genauer gesagt wird das detaillierte Herstellungsverfahren wie folgt beschrieben. Eine Vorrichtung S11 mit magnetischer Impedanz (die in 8 gezeigt ist) gemäß diesem Beispiel wird hergestellt. Wie es in 4 gezeigt ist, wird das Siliziumsubstrat 22 vorbereitet. Die Isolationsschicht 24, die aus Siliziumoxiden besteht und eine Dicke von 1 μm aufweist, wird unter Verwendung des thermischen Oxidationsverfahrens auf dem Substrat 22 ausgebildet.
Als nächstes wird ein Ni₈₁Fe₁₉-Serien-Legierungsfilm, der eine Dicke von 2 μm aufweist, unter Verwendung des Zerstäubungsverfahrens unter dem Magnetfeld auf der Isolationsschicht 24 ausgebildet. Der Ni₈₁Fe₁₉-Serien-Legierungsfilm wird unter Verwendung des Photoätzverfahrens in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass die Magnetschicht 26 ausgebildet wird. Genauer gesagt weist die Magnetschicht 26 eine Länge von 2 mm und eine Breite von 10 μm auf. Zu diesem Zeitpunkt wird das einachsige anisotrope Magnetfeld in der Erregungsrichtung des Wechselstroms, das heißt, der Längsrichtung der Magnetschicht 26, während des Abscheidens eines Zerstäubens unter dem Magnetfeld auf die Magnetschicht 26 ausgeübt, so dass die Magnetschicht 26 eine Achse einer leichten Magnetisierung entlang der Erregungsrichtung aufweist.
Als nächstes wird eine Aluminiumschicht, die eine Dicke 1 μm aufweist, auf sowohl der Isolationsschicht 24 als auch der Magnetschicht 26 ausgebildet. Die Aluminiumschicht wird unter Verwendung des Photoätzverfahrens in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b ausgebildet werden, um beide Enden der Magnetschicht 26 zu bedecken, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. Genauer gesagt ist die Fläche jeder Elektrodenanschlussfläche 28a, 28b, die auf der oberen Oberfläche der Elektrodenanschlussfläche 28a, 28b angeordnet ist, ein Quadrat von 200 μm × 200 μm. Unter der Annahme, dass die Vorrichtung S11 in einem Halbleiterverfahren verarbeitet wird, wird die Vorrichtung S11 unter 400°C während 30 Minuten in Vakuum verarbeitet. Danach wird jede Elektrodenanschlussfläche 28a, 28b mit einem Kontaktierungsdraht verbunden. Somit ist die Vorrichtung S11 fertiggestellt.
Die Vorrichtung S11 wird unter Verwendung einer Spule und eines Impedanzanalysators bewertet. Hierbei sieht die Spule ein äußeres Magnetfeld Hext vor, das auf die Vorrichtung S11 ausgeübt wird, und erfasst der Impedanzanalysator eine Hochfrequenzimpedanz Z, die an beiden Enden des Magnetfelds 26 der Vorrichtung S11 erzeugt wird. Das äußere Magnetfeld Hext ist parallel zu der Erregungsrichtung des hochfrequenten Wechselstroms, der von der Wechselstromversorgung 30 erzeugt wird. Das äußere Magnetfeld Hext wird mit einem Gauss-Meter korrigiert, das auf dem Substrat 22 angeordnet ist. Die Impedanz Z wird im Fall der Frequenz der hochfrequenten Wechselstromversorgung 30 bei 100 MHz gemessen. Die Eigenschaft der magnetischen Impedanz der Vorrichtung S11 wird mit einem Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo bewertet. Hierbei ist Zo die Impedanz der Vorrichtung S11 in einem Fall, in dem das äußere Magnetfeld Hext null ist. ΔZ ist eine Differenz zwischen einer Impedanz Z in einem Fall, in dem das äußere Magnetfeld Hext 100 Oe ist, und der Impedanz Zo bei null, das heißt ΔZ = Z – Zo. Die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Impedanz der Vorrichtung S11 wird bei –40°C und +85°C in einer temperaturgesteuerten Kammer gemessen, so dass ein Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit einer magnetischen Impedanz ΔZo/ΔT bei einem Magnetfeld von null und ein Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit einer Sensorempfindlichkeit Δ(ΔZ/Zo)/ΔT berechnet werden. Der Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit der magnetischen Impedanz ΔZo/ΔT bei einem Magnetfeld von null ist ein Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit der Impedanz Z in einem Fall eines äußeren Magnetfelds von null. Der Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit einer Sensorempfindlichkeit Δ(ΔZ/Zo)/ΔT ist ein Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit des Verhältnisses der Impedanzänderung ΔZ/Zo.
5 zeigt einen Graph einer Eigenschaft einer magnetischen Impedanz der Vorrichtung S11, der eine Impedanzänderung in Übereinstimmung mit einem äußeren Magnetfeld Hext zeigt. In dem Fall der Vorrichtung S11 wird die Impedanz der Vorrichtung S11 in Übereinstimmung mit einem Erhöhen oder Verringern des äußeren Magnetfelds Hext verringert. Wie es in 5 gezeigt ist, beträgt das Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo, welche der Sensorempfindlichkeit entspricht, ungefähr 30%.
6 zeigt einen Graph einer Beziehung zwischen einer Temperatur T und einer Impedanzschwankung ΔZ/Z bei einem Magnetfeld von null, das heißt Z-Zat25°C/Zat25°C, der Vorrichtung S11. Der Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit einer magnetischen Impedanz ΔZo/ΔT bei einem Magnetfeld von null, wird aus einer Steigung einer Linie der Beziehung zwischen einer Temperatur T und der Temperaturschwankung ΔZ/Z als 723 ppm/°C berechnet.
7 zeigt einen Graph einer Beziehung zwischen einer Temperatur T und einer Sensorempfindlichkeitsschwankung Δ(ΔZ/Z)/(ΔZ/Z) das heißt Δ(Z-Zat25°C/Zat25°C)/(Z-Zat25°C/Zat25°C) der Vorrichtung S11. Der Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit einer Sensorempfindlichkeit Δ(ΔZ/Zo)/ΔT wird aus einer Steigung einer Linie der Beziehung zwischen einer Temperatur T und der Sensorempfindlichkeitsschwankung Δ(ΔZ/Z)/(ΔZ/Z) als –443 ppm/°C berechnet.
Im allgemeinen ist es erforderlich, dass sowohl der Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit einer Sensorempfindlichkeit Δ(ΔZ/Zo)/ΔT als auch der Koeffizient einer Temperaturabhängigkeit einer magnetischen Impedanz ΔZo/ΔT bei einem Magnetfeld von null in einem Bereich zwischen –1000 ppm/°C bis +1000 ppm/°C sind. Somit sind beide der Koeffizienten Δ(ΔZ/Zo)/ΔT, ΔZo/ΔT vorzugsweise in einem Bereich zwischen –1000 ppm/°C bis +1000 ppm/°C. Hierbei ist diese Forderung der Koeffizienten Δ(ΔZ/Zo)/ΔT, ΔZo/ΔT erfüllt, wenn der Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm eine Zusammensetzung von 77 bis 85 Gewichts-% von Ni und/oder 15 bis 23 Gewichts-% von Fe aufweist.
Beide der Koeffizienten Δ(ΔZ/Zo)/ΔT, ΔZo/ΔT von verschiedenen Vorrichtungen S11 bis S18 werden gemessen. Wie es in 8 gezeigt ist, weist eine Vorrichtung S12 eine unterschiedliche Dicke der Magnetschicht 26 auf, welche zu der der Vorrichtung S11 unterschiedlich ist. Jede Vorrichtung S13 bis S16 weist den gleichen Aufbau wie die Vorrichtung S11 und eine unterschiedliche Zusammensetzung von Ni und Fe auf, welche zu der der Vorrichtung S11 unterschiedlich ist. Jede Vorrichtung S17, S18 weisen den gleichen Aufbau wie die Vorrichtung S11 auf und weist eine unterschiedliche Magnetschicht 26 auf, die aus unterschiedlichen Materialien besteht, welche zu der der Vorrichtung S11 unterschiedlich ist,. Insbesondere besteht die Magnetschicht 26 der Vorrichtung S17, S18 aus einer amorphen Legierung.
Wie es in 8 gezeigt ist, weist jede Vorrichtung S11 bis S14 eine hohe Sensorempfindlichkeit, das heißt ein hohes Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo, die höher als 20% ist, und niedrige Koeffizienten Δ(ΔZ/Zo)/ΔT, ΔnZo/ΔT, das heißt niedrige Koeffizienten einer Temperaturabhängigkeit der Sensorempfindlichkeit Δ(ΔZ/Zo)/ΔT und der magnetischen Impedanz ΔZo/ΔT bei einem Magnetfeld von null auf, die in einem Bereich zwischen –1000 ppm/°C und +1000 ppm/°C sind. Andererseits weisen die Vorrichtungen S15, S16 die hohe Sensorempfindlichkeit, die höher als 20% sind, und die hohen Koeffizienten Δ(ΔZ/Zo)/Δ, ΔZo/ΔT auf, die außerhalb des Bereichs zwischen –1000 ppm/°C und +1000 ppm/°C angeordnet sind. Dies ist so, da die Vorrichtungen S11 bis S14 die Magnetschicht 26 aufweisen, die aus dem Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm besteht, der eine Zusammensetzung aufweist, welche in einem bestimmten Bereich der niedrigen Temperaturabhängigkeit der relativen magnetischen Permeabilität der Magnetschicht 26 angeordnet ist. Jedoch weisen die Vorrichtungen S15, S16 die Magnetschicht 26 auf, die aus dem Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm einer Zusammensetzung besteht, welche in einem bestimmten Bereich der hohen Temperaturabhängigkeit der relativen magnetischen Permeabilität der Magnetschicht 26 angeordnet ist.
Weiterhin weisen die Vorrichtungen S17, S18 eine viel kleinere Sensorempfindlichkeit auf, welche viel kleiner als die der Vorrichtungen S11 bis S16 ist. Dies ist so, da die Vorrichtungen S17, S18 die Magnetschicht 26 aufweisen, die aus einer amorphen Legierung besteht, so dass die Magnetschicht 26 in dem Wärmebehandlungsverfahren kristallisiert wird, die bei 400°C durchgeführt wird. Deshalb verschwindet die weichmagnetische Eigenschaft der Magnetschicht 26 weitestgehend. Die weichmagnetische Eigenschaft sieht die Änderung der magnetischen Permeabilität in Übereinstimmung mit dem äußeren Magnetfeld vor.
9 zeigt das Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo von verschiedenen Vorrichtungen S21 bis S25, von denen jede die Magnetschicht 26 aufweist, die aus der gleichen Zusammensetzung von Ni und Fe wie die der Vorrichtung S11 (das heißt Ni₈₁Fe₁₉) besteht. Jede Vorrichtung S21 bis 25 S25 weist die Magnetschicht 26 auf, die eine Dicke L3 von 2 μm, eine Breite L2 von 10 μm und eine unterschiedliche Länge L1 aufweist. 9 zeigt ebenso das Verhältnis α (das heißt α = L1/L2) und das Verhältnis β (das heißt β = L2/L3). 10 zeigt einen Graph einer Beziehung zwischen der Länge L1 und dem Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo der verschiedenen Vorrichtungen S21 bis S25.
Wie es in den 9 und 10 gezeigt ist wird, wenn die Länge L1 der Magnetschicht 26 länger wird, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo groß. In den vorhergehenden Vorrichtungen S21 bis S25 ist das Verhältnis β 5. Wenn das Verhältnis α gleich oder größer als 10 ist, das heißt die Länge L1 gleich oder länger als 100 μm ist, ist das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 10%. Weiterhin ist dann, wenn das Verhältnis α gleich oder größer als 50 ist, das heißt die Länge L1 gleich oder länger als 500 μm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 20%. Weiterhin ist dann, wenn das Verhältnis α gleich oder größer als 200 ist, das heißt die 5 Länge L1 gleich oder länger als 2000 μm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 30%. Hierbei ist es bevorzugt, dass das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer wird.
11 zeigt das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo von verschiedenen Vorrichtungen S31 bis S35, von denen jede die Magnetschicht 26 aufweist, die aus der gleichen Zusammensetzung von Ni und Fe wie die der Vorrichtung S11 (das heißt Ni₈₁Fe₁₉) besteht. Jede Vorrichtung S31 bis S35 weist die Magnetschicht 26 auf, die eine Dicke L3 von 2 μm, eine Länge L1 von 2000 μm und eine unterschiedliche Breite L2 aufweist. 11 zeigt ebenso das Verhältnis α (das heißt α = L1/L2) und das Verhältnis β (das heißt β = L2/L3). 12 zeigt einen Graph einer Beziehung zwischen der Breite L2 und dem Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo der verschiedenen Vorrichtungen S31 bis S35.
Wie es in den 11 und 12 gezeigt ist, wird in einem Fall, in dem die Breite L2 länger als 10 μm ist, wenn die Breite L2 der Magnetschicht 26 länger wird, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo klein. In einem Fall, in dem die Breite L2 kürzer als 10 μm ist, wird, wenn die Breite L2 der Magnetschicht 26 kürzer wird, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo schnell klein. Wenn das Verhältnis α in einem Bereich zwischen 20 und 400 ist und das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 1 und 5 ist, das heißt die Breite L2 in einem Bereich zwischen 5 μm und 100 μm ist, ist das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 10%. Weiterhin wird dann, wenn das Verhältnis α in einem Bereich zwischen 33,3 und 333,3 ist und das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 1,2 und 30 ist, das heißt die Breite L2 in einem Bereich zwischen 6 μm und 60 μm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 20%. Weiterhin ist dann, wenn das Verhältnis α in einem Bereich zwischen 166,7 und 250 ist und das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 1,6 und 2,4 ist, das heißt die Breite L2 in einem Bereich zwischen 8 μm und 12 μm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 30%. Hierbei ist es bevorzugt, dass das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer wird.
13 zeigt das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo von verschiedenen Vorrichtungen S41 bis S46, von denen jede die Magnetschicht 26 5 aufweist, die aus der gleichen Zusammensetzung von Ni und Fe wie die der Vorrichtung S11 (das heißt Ni₈₁Fe₁₉) besteht. Jede Vorrichtung S41 bis S46 weist die Magnetschicht 26 auf, die eine Breite L2 von 10 μm, eine Länge L1 von 2000 μm und eine unterschiedliche Dicke L3 aufweist. 13 zeigt ebenso das Verhältnis α (das heißt α = L1/L2) und das Verhältnis β (das heißt β = L2/L3). 14 zeigt einen Graph einer Beziehung zwischen der Dicke L3 und dem Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo der verschiedenen Vorrichtungen S41 bis S46.
Wie es in den 13 und 14 gezeigt ist, wird, wenn die Dicke L3 der Magnetschicht 26 dicker wird, das Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo groß. Hierbei ist das Verhältnis α 200. Wenn das Verhältnis β gleich oder kleiner als 33 ist, das heißt die Dicke L3 gleich oder größer als 0,3 μm ist, ist das Verhältnis einer Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 10%. Weiterhin ist dann, wenn das Verhältnis β gleich oder kleiner als 14 ist, das heißt die Dicke L3 gleich oder größer als 0,7 μm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 20%. Weiterhin ist dann, wenn das Verhältnis β gleich oder kleiner als 5 ist, das heißt die Dicke L3 gleich oder größer als 2 μm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 30%.
In den vorhergehenden Vorrichtungen S11 bis S18, S21 bis S25, S31 bis S35, S41 bis S46, die in den 8 bis 14 gezeigt sind, ist es bevorzugt, dass die Länge L1, die Breite L2 und die Dicke L3 die folgenden Werte aufweisen.
Vorzugsweise ist unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen S22, S23, wenn die Länge L1 gleich oder größer als 200 μm ist, die Breite L2 in einem Bereich zwischen 7 μm und 20 μm und die Dicke L3 gleich oder größer als 2 μm, das heißt das Verhältnis α ist in einem Bereich zwischen 10 und 28,6 und das Verhältnis β ist in einem Bereich zwischen 3,5 und 10, das Verhältnis der Impedanzänderung Δ/Zo gleich oder größer als 10%. Vorzugsweise ist unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen S31, S35, wenn die Länge L1 gleich oder größer als 2000 μm ist, die Breite L2 in einem Bereich zwischen 5 μm und 50 μm ist und die Dicke L3 gleich oder größer als 2 μm ist, das heißt das Verhältnis α ist in einem Bereich zwischen 40 und 400 und das Verhältnis β ist in einem Bereich zwischen 2,5 und 25, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo gleich oder größer als 10%. Vorzugsweise ist unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen S41, S42, wenn die Länge L1 gleich oder länger als 2000 μm ist, die Breite L2 in einem Bereich zwischen 7 μm und 15 μm ist und die Dicke L3 gleich oder größer als 0,3 μm ist, das heißt das Verhältnis α ist in einem Bereich zwischen 133,3 und 258,7 und das Verhältnis β ist in einem Bereich zwischen 23,3 und 50, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo gleich oder größer als 10%.
Genauer gesagt ist unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen S23, S24, S34, wenn die Länge L1 gleich oder länger als 1000 μm ist, die Breite L2 in einem Bereich zwischen 7 μm und 50 μm ist und die Dicke L3 gleich oder größer als 2 μm ist, das heißt das Verhältnis α in einem Bereich zwischen 20 und 142,9 ist und das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 3,5 und 10 ist, das Verhältnis der Impedanzänderung Δ/Zo gleich oder größer als 20%. In diesem Fall ist es am bevorzugtesten, dass die Breite L2 in einem Bereich zwischen 7 μm und 20 μm ist. Vorzugsweise ist unter Bezugnahme auf die Vorrichtung S43, wenn die Länge L1 gleich oder länger als 2000 μm ist, die Breite L2 in einem Bereich zwischen 7 μm und 20 μm ist und die Dicke L3 gleich oder größer als 0,5 pm ist, das heißt das Verhältnis α in einem Bereich zwischen 100 und 285,7 ist und das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 14 und 40 ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo gleich oder größer als 20%.
Noch bevorzugter ist unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen S25, S32, S45, wenn die Länge L1 gleich oder länger als 2000 μm ist, die Breite L2 in einem Bereich zwischen 7 μm und 20 μm ist und die Dicke L3 gleich oder größer als 2 μm ist, das heißt das Verhältnis α in einem Bereich zwischen 100 und 285,7 ist und das Verhältnis β in einem Bereich zwischen 3,5 und 10 ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo gleich oder größer als 30%.
15 zeigt das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo von verschiedenen Vorrichtungen S51 bis S56, von denen jede die Magnetschicht 26 aufweist, die aus der gleichen Zusammensetzung von Ni und Fe wie diejenige der Vorrichtung S11 (das heißt Ni₈₁Fe₁₉) besteht. Jede Vorrichtung S51 bis S56 weist die Magnetschicht 26, die eine Länge L1 von 2000 μm, eine Breite L2 von 10 μm, eine Dicke L3 von 2 μm und eine unterschiedliche Korngröße aufweist. Hierbei weist jede Vorrichtung eine Oberflächenrauheit des Substrats 22 von 2 nm auf. 16 zeigt einen Graph einer Beziehung zwischen der Korngröße und dem Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo der verschiedenen Vorrichtungen S51 bis S56.
Wie es in den 15 und 16 gezeigt ist, wird, wenn die Korngröße der Magnetschicht 26 kleiner wird, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo groß. Wenn die Korngröße gleich oder kleiner als 1100 nm ist, wird das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 10%. Weiterhin wird, wenn die Korngröße gleich oder kleiner als 350 nm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 20%. Weiterhin wird, wenn die Korngröße gleich oder kleiner als 10 nm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 30%.
17 zeigt das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo von verschiedenen Vorrichtungen S61 bis S66, von denen jede die Magnetschicht 26 aufweist, die aus der gleichen Zusammensetzung von Ni und Fe wie die der Vorrichtung S11 (das heißt Ni₈₁Fe₁₉) besteht. Jede Vorrichtung S61 bis S66 weist die Magnetschicht 26 auf, die eine Länge L1 von 2000 μm eine Breite L2 von 10 μm, eine Dicke L3 von 2 μm und eine Korngröße von 10 nm aufweist. Jede Vorrichtung weist eine unterschiedliche Oberflächenrauheit des Substrats 22 auf. 18 zeigt einen Graph einer Beziehung zwischen der Oberflächenrauheit und dem Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo der verschiedenen Vorrichtungen S61 bis S66.
Wie es in den 17 und 18 gezeigt ist, wird, wenn die Oberflächenrauheit des Substrats 22 kleiner wird, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo groß. Wenn die Oberflächenrauheit gleich oder kleiner als 1300 nm ist, wird das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 10%. Weiterhin wird, wenn die Oberflächenrauheit gleich oder kleiner als 400 nm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 20%.
Weiterhin wird, wenn die Oberflächenrauheit gleich oder kleiner als 50 nm ist, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo größer als 30%.
In den vorhergehenden Vorrichtungen, die einen bestimmten Aufbau aufweisen, wird die Sensorempfindlichkeit auch dann nicht verringert, wenn die Vorrichtung mit einer Wärmebehandlung verarbeitet wird. Daher weist die Vorrichtung gemäß dem ersten zur Erfindung hin führenden Beispiel einen hohen Wärmewiderstand auf. Weiterhin weist die Vorrichtung eine hohe Sensorempfindlichkeit auf.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiels.
Eine Vorrichtung 2 mit magnetischer Impedanz gemäß einem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel weist die Magnetschicht 26 und eine Schutzschicht 32 auf, wie es in 19 gezeigt ist. Die Schutzschicht 32 bedeckt die Magnetschicht 26 und besteht aus einem elektrisch isolierenden Material.
Im Allgemeinen weist eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz eine Magnetschicht auf, die eine Magnetostriktion von null oder eine niedrige Magnetostriktion aufweist. Dies ist so, da verhindert wird, dass die Magnetschicht, die die niedrige Magnetostriktion aufweist, die Magneteigenschaften ändert, die zum Beispiel durch eine Striktion der Magnetschicht erzeugt werden, und da sich die Sensorempfindlichkeit oder die Erfassungsgenauigkeit verringern. Jedoch erzielten die Erfinder die folgenden experimentellen Ergebnisse. In der Vorrichtung, die eine Schutzschicht zum Bedecken der Magnetschicht aufweist, beeinträchtigt eine interne Spannung σ in der Schutzschicht die magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht, so dass die Sensorempfindlichkeit verringert wird. Weiterhin gibt es einen unterschiedlichen Einfluss der internen Spannung σ, die die magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht beeinträchtigt, zwischen einem Fall, in dem die interne Spannung σ der Schutzschicht eine Druckspannung ist, und einem Fall, in dem die interne Spannung σ eine Zugspannung ist.
Unter Berücksichtigung des vorhergehenden experimentellen Ergebnisses weist die Vorrichtung 2 gemäß dem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel das Substrat 22, die Isolationsschicht 24, die Magnetschicht 26, ein Paar von Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b und die Schutzschicht 32 auf. Das externe Magnetfeld Hext wird entlang der Erregungsrichtung des Wechselstroms auf die Vorrichtung 2 ausgeübt.
Obgleich die Magnetschicht 26 aus einem Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm besteht, kann die Magnetschicht 26 aus einer linear geformten oder dünnfilmartigen amorphen Legierung, wie zum Beispiel einer Co-Nb-Zr-Legierung, einer Co-Si-B-Legierung und dergleichen ausgebildet sein. Es gibt keine Beschränkung der Form der Magnetschicht 26.
Die Schutzschicht 32 bedeckt die Oberfläche der Magnetschicht 26 und die Oberfläche der Isolationsschicht 24. Die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b sind nicht mit der Schutzschicht 32 bedeckt, so dass die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b von der Schutzschicht 32 freiliegen. Die Schutzschicht 32 besteht aus einem nichtmagnetischen Material, das eine elektrisch isolierende Eigenschaft aufweist. Vorzugsweise besteht die Schutzschicht 32 zum Beispiel aus Siliziumnitriden, Aluminiumnitriden, Siliziumoxiden, phosphorisiertem Siliziumoxiden und mit Bor dotierten Siliziumoxiden. Die Schutzschicht 32, die aus diesen Materialien besteht, verhindert ein Oxidieren in einem Fall, in dem die Magnetschicht 26 aus einem einfach oxidierten Material, wie zum Beispiel Ni und/oder Fe, besteht oder verhindert ein Kristallisieren durch Wärmebehandlung in einem Fall, in dem die Magnetschicht 26 aus einer amorphen Legierung besteht. Weiterhin werden diese Materialien im allgemeinen in einem allgemeinen Halbleiterverfahren verwendet, so dass die Vorrichtung 2 unter Verwendung eines allgemeinen Halbleiterverfahrens hergestellt werden kann. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Schutzschicht 32 aus einem Verbundwerkstoff ausgebildet ist, der eine Mehrzahl von Isolationsmaterialien oder eine geschichtete Struktur aufweist. In diesem Fall kann durch eine Kombination der Mehrzahl von Isolationsmaterialien die interne Spannung a der Schutzschicht 32 verringert werden. Vorzugsweise ist eine Dicke L11 der Schutzschicht 32 in einem Bereich zwischen 0,2 μm und 5 μm. In diesem Fall kann die Schutzschicht 32 die Magnetschicht 26 ausreichend bedecken. Weiterhin wird verhindert, dass sich die Schutzschicht 32 von der Magnetschicht 26 entfernt, was durch die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 verursacht wird. Genauer gesagt ist die Dicke der Schutzschicht 32 in einem Bereich zwischen 0,5 μm und 2 μm. In diesem Fall schützt die Schutzschicht 32 die Magnetschicht 26 ausreichender. Die vorhergehenden Gründe werden nachstehend beschrieben.
Wenn die interne Spannung a der Schutzschicht 32 eine Druckspannung ist, ist es bevorzugt, dass eine Amplitude der Druckspannung kleiner als 500 MPa ist. Wenn die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 eine Zugspannung ist, ist es bevorzugt, dass die Amplitude der Zugspannung kleiner als 100 MPa ist. In diesem Fall wird verhindert, dass die Sensorempfindlichkeit der Vorrichtung 2 verringert wird, was durch eine Verschlechterung der weichmagnetischen Eigenschaft der Magnetschicht 26 durch die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 verursacht wird. Weiterhin wird verhindert, dass die Schutzschicht 32 von der Magnetschicht 26 entfernt wird, was durch die interne Spannung a der Schutzschicht 32 verursacht wird. Wenn die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 eine Druckspannung ist, ist die Amplitude der Druckspannung bevorzugter niedriger als 200 MPa. Wenn die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 eine Zugspannung ist, ist die Amplitude der Zugspannung bevorzugter niedriger als 50 MPa. Vorzugsweise weist die Schutzschicht 32 einen Isolationswiderstand auf, welcher gleich oder größer als 10 MΩ ist. Die vorhergehenden Gründe werden nachstehend beschrieben.
Wenn die Magnetschicht 26 zum Beispiel aus einer amorphen Legierung besteht, kann die amorphe Legierung in einem Halbleiterverfahren unter einer hohen Temperatur, die höher als 400°C ist, kristallisiert werden, so dass die Magneteigenschaft geändert wird, das heißt die Sensorempfindlichkeit verringert wird. Deshalb ist es, wenn die Magnetschicht 26 aus einem bestimmten Material, wie zum Beispiel einem amorphen Material besteht, welches leicht durch Temperatur beeinträchtigt wird, bevorzugt, dass die Schutzschicht 32 aus einem Material, wie zum Beispiel SiO₂, Phosphosilikatglas bzw. PSG, Borosilikatglas bzw. BSG und Borophosphosilikatglas bzw. BPSG besteht, welches eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Wenn die Magnetschicht 26 ein Material, wie zum Beispiel Ni und/oder Co, aufweist, welches leicht oxidiert wird, wird es berücksichtigt, dass die Wärmebehandlung unter einer hohen Temperatur, die höher als 400°C ist, in einem Halbleiterverfahren in Vakuum durchgeführt wird, so dass verhindert wird, dass die Magnetschicht 26 oxidiert. Jedoch ist eine zusätzliche Ausstattung, um die Wärmebehandlung im Vakuum durchzuführen, erforderlich, so dass die Herstellungskosten erhöht werden. Andererseits wird es in einem Fall, in dem die Schutzschicht 32 auf der Magnetschicht 26 angeordnet ist, auch dann verhindert, dass die Magnetschicht 26 oxidiert, wenn die Wärmebehandlung bei dem Vorhandensein von Sauerstoff zum Beispiel in Luft oxidiert wird. Daher ist keine zusätzliche Ausstattung erforderlich, um die Wärmebehandlung in Vakuum auszuführen. Weiterhin sind verglichen mit einer Erhöhung der Herstellungskosten, um die zusätzliche Ausstattung der Wärmebehandlung in Vakuum vorzubereiten, ein Herstellungskostenanstieg eines zusätzlichen Verfahrens, um die Schutzschicht 32 auszubilden, viel niedriger. Weiterhin wird durch die Schutzschicht 32, nachdem diese hergestellt worden ist, verhindert, dass die Magnetschicht 26 oxidiert.
Als nächstes wird die Vorrichtung 2 mit magnetischer Impedanz gemäß dem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel wie folgt hergestellt. Zuerst wird, wie es in den 4A bis 4C gezeigt ist, das Substrat 22 vorbereitet. Dann wird die Isolationsschicht 24 auf dem Substrat 22 ausgebildet. Wenn das Substrat 22 aus Silizium besteht, wird die Oberfläche des Siliziumsubstrats 22 unter Verwendung eines thermischen Oxidationsverfahrens oxidiert, so dass die Isolationsschicht 24, die aus Siliziumoxiden besteht, ausgebildet wird. Weiterhin kann die Isolationsschicht 24 unter Verwendung eines chemischen Dampfphasenabscheidungsverfahrens, eines Zerstäubungsverfahrens oder dergleichen hergestellt werden und besteht aus Siliziumoxiden oder Siliziumnitriden. Es gibt keine Beschränkung des Ablagerungsverfahrens zum Ausbilden der Isolationsschicht 24.
Als nächstes wird ein ferromagnetischer Film, der eine weichmagnetische Eigenschaft aufweist, auf der Isolationsschicht 24 ausgebildet. Der ferromagnetische Film kann unter Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens, einer Dampfphasenabscheidung oder eines Beschichtungsverfahrens ausgebildet werden. Es gibt keine Beschränkung des Ablagerungsverfahrens zum Ausbilden des ferromagnetischen Films. Der ferromagnetische Film wird unter Verwendung eines Photoätzverfahrens in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass die Magnetschicht 26 ausgebildet wird, wie es in 4C gezeigt ist. In diesem Fall wird vorzugsweise ein einachsiges anisotropes Magnetfeld in der Erregungsrichtung des Wechselstroms, das heißt der Längsrichtung der Magnetschicht 26, unter Verwendung eines Ablagerns unter einem Magnetfeld oder einer Wärmebehandlung unter einem Magnetfeld auf die Magnetschicht 26 ausgeübt, so dass die Magnetschicht 26 die Achse einer einfachen Magnetisierung aufweist.
Als nächstes wird eine vorläufige Schicht für eine Elektrode auf sowohl der Magnetschicht 26 als auch der Isolationsschicht 24 ausgebildet. Die vorläufige Schicht kann unter Verwendung des Zerstäubungsverfahrens, der Dampfphasenabscheidung oder des Beschichtungsverfahrens ausgebildet werden. Es gibt keine Beschränkung des Ablagerungsverfahrens zum Ausbilden der vorläufigen Schicht. Die vorläufige Schicht wird unter Verwendung eines Photoätzverfahrens in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b ausgebildet werden, um beide Enden der Magnetschicht 26 zu bedecken, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist.
Als nächstes wird eine Isolationsmaterialschicht auf der Isolationsschicht 24, der Magnetschicht 26 und den Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b ausgebildet. Die Isolationsmaterialschicht kann unter Verwendung des CVD-Verfahrens, das ein Plasma-CVD-Verfahren beinhaltet, des Zerstäubungsverfahrens und dergleichen ausgebildet werden. Es gibt keine Beschränkung des Ablagerungsverfahrens. Diese Isolationsmaterialschicht wird unter Verwendung eines reaktiven Ionenätzverfahrens, das heißt eines RIE-Verfahrens und dergleichen in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass ein Teil der Isolationsmaterialschicht, der auf den Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b angeordnet ist, entfernt wird. Daher wird die Schutzschicht 32 ausgebildet, die in den 19 und 20 gezeigt ist. Dann werden die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b mit Kontaktierungsdrähten verbunden. Somit ist die Vorrichtung 2 mit magnetischer Impedanz fertiggestellt.
Genauer gesagt wird das detaillierte Herstellungsverfahren wie folgt beschrieben. Eine Vorrichtung S205 mit magnetischer Impedanz (die in 21 gezeigt ist) gemäß diesem Beispiel wird hergestellt. Wie es in
4 gezeigt ist, wird das Siliziumsubstrat 22 vorbereitet. Die Isolationsschicht 24, die aus Siliziumoxiden besteht, die eine Dicke von 1 μm aufweisen, wird unter Verwendung des thermischen Oxidationsverfahrens auf dem Substrat 22 ausgebildet.
Als nächstes wird ein Ni₈₁Fe₁₉-Legierungsfilm, der eine Dicke von 2 μm aufweist, unter Verwendung des Zerstäubungsverfahrens unter einem Magnetfeld auf der Isolationsschicht 24 ausgebildet. Der Ni₈1Fe₁₉-Legierungsfilm wird unter Verwendung des Photoätzverfahrens in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass die Magnetschicht 26 ausgebildet wird. Genauer gesagt weist die Magnetschicht 26 eine Länge von 2 mm und eine Breite von 10 μm auf. Zu diesem Zeitpunkt wird das einachsige anisotrope Magnetfeld in der Erregungsrichtung des Wechselstroms, das heißt der Längsrichtung der Magnetschicht 26, ohne Verwendung des Zerstäubungsverfahren unter einem Magnetfeld auf die Magnetschicht 26 ausgeübt, so dass die Magnetschicht 26 die Achse einer einfachen Magnetisierung aufweist.
Als nächstes wird die Aluminiumschicht, die eine Dicke von 1 μm aufweist, auf sowohl der Isolationsschicht 24 als auch der Magnetschicht 26 ausgebildet. Die Aluminiumschicht wird unter Verwendung des Photoätzverfahrens in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass die Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b ausgebildet werden, um beide Enden der Magnetschicht 26 zu bedecken, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. Genauer gesagt ist die Fläche jeder Elektrodenanschlussfläche 28a, 28b, die auf der oberen Oberfläche der Elektrodenanschlussfläche 28a, 28b angeordnet ist, ein Quadrat von 200 μm × 200 μm.
Als nächstes wird eine Siliziumnitridschicht, die eine Dicke von 1 μm aufweist, unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens auf der Isolationsschicht 24, der Magnetschicht 26 und den Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b ausgebildet. Die Siliziumnitridschicht wird unter Verwendung des RIE-Verfahrens und dergleichen in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass ein Teil der Isolationsmaterialschicht, die auf den Elektrodenanschlussflächen 28a, 28b angeordnet ist, entfernt wird. Somit wird die Schutzschicht 32 ausgebildet. Unter der Annahme, dass die Vorrichtung S205 in einem Halbleiterverfahren verarbeitet wird, wird die Vorrichtung S205 in einer Argon- bzw. Ar-Gasatmosphäre unter 450°C während Minuten verarbeitet. Danach wird jede Elektrodenanschlussfläche 28a, 28b mit einem Kontaktierungsdraht verbunden. Somit ist die Vorrichtung S205 fertig gestellt.
Die Vorrichtung S205 wird unter Verwendung einer Spule und eines Impedanzanalysators bewertet. Hierbei sieht die Spule ein externes Magnetfeld Hext vor, das auf die Vorrichtung S205 ausgeübt wird, und erfasst der Impedanzanalysator eine Hochfrequenzimpedanz Z, die an beiden Enden der Magnetschicht 26 der Vorrichtung S205 erzeugt wird. Das externe Magnetfeld Hext ist parallel zu der Erregungsrichtung des Hochfrequenz-Wechselstroms, der von der Wechselstromversorgung erzeugt wird. Das externe Magnetfeld Hext wird mit einem Gauss-Meter korrigiert, das auf dem Substrat 22 angeordnet ist. Die Impedanz Z wird in einem Fall gemessen, in dem die Frequenz der hochfrequenten Wechselstromversorgung 30 bei 100 MHz ist. Die magnetische Impedanzeigenschaft der Vorrichtung S205 wird mit einem Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo bewertet. Hierbei ist Zo die Impedanz der Vorrichtung S205 in einem Fall, in dem das externe Magnetfeld Hext null ist. ΔZ ist eine Differenz zwischen der Impedanz Z in einem Fall, in dem das externe Magnetfeld Hext 100 Oe ist und der Impedanz Zo bei null, das heißt ΔZ = Z – Zo. Die vorhergehende Bewertung wird vor und nach einer Wärmebehandlung unter 450°C durchgeführt, um einen Schutzeffekt der Schutzschicht 32 zu bestätigen.
22 zeigt einen Graph einer Eigenschaft einer magnetischen Impedanz der Vorrichtung S205, die eine Impedanzänderung in Übereinstimmung mit dem externen Magnetfeld Hext vor der Wärmebehandlung zeigt. In dem Fall der Vorrichtung S205 wird die Impedanz der Vorrichtung S205 in Übereinstimmung mit einer Erhöhung oder Verringerung des externen Magnetfelds Hext verringert. Wie es in 5 gezeigt ist, ist das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo, welches der Sensorempfindlichkeit entspricht, ungefähr 30%.
Als nächstes wird die Vorrichtung S205 in einer Ar-Gasatmosphäre 35 unter 450°C während 30 Minuten erwärmt. Dann wird die Vorrichtung mit dem vorhergehenden Verfahren bewertet. In diesem Fall weist die Eigenschaft einer magnetischen Impedanz der Vorrichtung S205 die gleiche Beziehung zwischen dem externen Magnetfeld und der magnetischen Impedanz wie die der Vorrichtung S205 vor der Warmebehandlung auf, die in 22 gezeigt ist. Dieses Ergebnis zeigt, dass die Schutzschicht 32, die aus Siliziumnitrid besteht, die Magnetschicht 26 bedeckt, die aus dem Ni-Fe-Legierungsfilm besteht, so dass der Ni-Fe-Legierungsfilm, der die Magnetschicht 26 bildet, nicht durch die Wärmebehandlung oxidiert wird. Deshalb ändern sich die magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht 26 nicht wesentlich. Weiterhin beeinträchtigt, wie es später beschrieben wird, obgleich die Schutzschicht 32 der Vorrichtung S205 eine Druckspannung von –120 MPa aufweist, die interne Spannung σ der Druckspannung nicht wesentlich die magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht 26.
Beide der Verhältnisse der Impedanzänderung ΔZ/Zo vor und nach einer Wämebehandlung von verschiedenen Vorrichtungen S201 bis S219 werden gemessen. Wie es in 21 gezeigt ist, weisen die Vorrichtungen S201 bis S209 die Schutzschicht 32, die aus Siliziumnitrid besteht und eine unterschiedliche Dicke der Schutzschicht 32 und/oder eine unterschiedliche interne Spannung σ auf, weiche zu denjenigen der Vorrichtung S205 unterschiedlich sind. Jede Vorrichtung S210 bis S218 weist die Schutzschicht 32, die aus einem unterschiedlichen Material besteht, und eine unterschiedliche Dicke der Schutzschicht 32 und/oder eine unterschiedliche interne Spannung σ auf, weiche zu denjenigen der Vorrichtung S205 unterschiedlich sind. Eine Vorrichtung S219 weist keine Schutzschicht 32 auf.
Wie es in 21 gezeigt ist, ändert sich in den Vorrichtungen S202 bis S209, S211 bis S218 die Sensorempfindlichkeit, das heißt das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo, nicht wesentlich vor und nach der Wärmebehandlung. Jedoch ändert sich in den Vorrichtungen S201, S210, S219 die Sensorempfindlichkeit stark vor und nach der Wämebehandlung. Das heißt, die Sensorempfindlichkeit der Vorrichtungen S201, S210, S219 wird nach der Wämebehandlung stark verringert. Dies ist so, da die Vorrichtung S219 keine Schutzschicht 32 aufweist, so dass die weichmagnetische Eigenschaft der Magnetschicht 26 nach der Wärmebehandlung verschwindet, da der Ni-Fe-Legierungsfilm, der die Magnetschicht 26 bildet, durch die Wärmebehandlung unter 450°C oxidiert wird. Obgleich die Vorrichtungen S201, S210 die Schutzschicht 32 aufweisen, ist die Dicke der Schutzschicht 32 0,1 μm, was so dünn ist, dass die Schutzschicht 32 die Magnetschicht 26, die aus dem Ni-Fe-Legierungsfilm besteht, nicht vor einer Oxidation schützen kann.
23 zeigt das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo von verschiedenen Vorrichtungen S204 bis S206, von denen jede die Schutzschicht 32 aufweist, die aus Siliziumnitrid besteht. Die Dicke der Schutzschicht 32 der Vorrichtungen S204 bis S206 beträgt 1 μm und die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 ist zueinander unterschiedlich. 23 zeigt ebenso das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo vor und nach der Wärmebehandlung. Hierbei ist in einem Fall, in dem die interne Spannung σ positiv ist, die interne Spannung σ die Zugspannung. In einem Fall, in dem die interne Spannung σ negativ ist, ist die interne Spannung σ die Druckspannung.
24 zeigt das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo von verschiedenen Vorrichtungen S213 bis S216, von denen jede die Schutzschicht 32 aufweist, die aus Siliziumoxiden besteht. Die Dicke der Schutzschicht 32 der Vorrichtungen S213 bis S216 ist 1 μm und die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 ist zueinander unterschiedlich. 24 zeigt ebenso das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo vor und nach der Wärmebehandlung.
Wie es in den 22 und 23 gezeigt wird, wird, wenn die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 größer wird, das Verhältnis der Impedanzänderung ΔZ/Zo verringert. Das heißt, die Sensorempfindlichkeit ist verringert. Dies ist so, da eine Spannung durch den Einfluss der internen Spannung σ der Schutzschicht 32 in der Magnetschicht 26 erzeugt wird, wenn die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 groß wird. Deshalb werden die magnetischen Eigenschaften der Magnetschicht 26 geändert. Genauer gesagt wird eine Koerzitivkraft der Magnetschicht 26 groß, so dass die relative magnetische Permeabilität der Magnetschicht 26 verringert wird. Somit wird die Sensorempfindlichkeit verringert.
Weiterhin gibt es einen Unterschied zwischen einem Fall, in dem die interne Spannung σ der Schutzschicht 32 die Zugspannung ist, und in anderen Fall, in dem die interne Spannung σ die Druckspannung ist. Genauer gesagt ist auch dann, wenn die Amplitude der Spannung die gleiche ist, das Verhältnis der Impedanzänderung zwischen der Zugspannung und der Druckspannung unterschiedlich. Genauer gesagt ist dann, wenn die Amplitude der internen Spannung σ die gleiche ist, die Verringerung des Verhältnisses der Impedanzänderung in dem Fall der Zugspannung kleiner als die in dem Fall der Druckspannung.
Wie es in den 23 und 24 gezeigt ist, wird in einem Fall, in dem die Zugspannung gleich oder kleiner als 100 MPa ist, das Verhältnis der Impedanzänderung größer als 20%. Vorzugsweise wird in einem Fall, in dem die Zugspannung gleich oder kleiner als 50 MPa ist, das Verhältnis der Impedanzänderung größer als 25%. In einem Fall, in dem die Druckspannung gleich oder kleiner als 500 MPa ist, wird das Verhältnis der Impedanzänderung größer als 20%. Vorzugsweise wird in einem Fall, in dem die Druckspannung gleich oder kleiner als 200 MPa ist, das Verhältnis der Impedanzänderung größer als 25%.
In den vorhergehenden Vorrichtungen, die einen bestimmten Aufbau der Schutzschicht 32 aufweisen, wird die Sensorempfindlichkeit auch dann nicht verringert, wenn die Vorrichtung mit einer Wärmebehandlung verarbeitet wird. Somit weist die Vorrichtung gemäß dem zweiten zur Erfindung hin führenden Beispiel einen hohen Wärmewiderstand auf. Genauer gesagt wird die Magnetschicht 26 der Vorrichtung auch dann nicht wesentlich oxidiert, wenn die Vorrichtung geglüht wird. Weiterhin weist die Vorrichtung eine hohe Sensorempfindlichkeit auf.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten zur Erfindung hin führenden Beispiels.
Ein Magnetsensorvorrichtung 300, die eine Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß einem dritten zur Erfindung hin führenden Beispiel ist in den 25 bis 27 gezeigt. 27 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 300. Die Vorrichtung 300 weist die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz, einen Widerstand 312, einen Oszillator 313 und einen Verstärker 314 auf. Hierbei arbeiten der Widerstand 312, der Oszillator 313 und der Verstärker 314 als eine Peripherieschaltung. Die Peripherieschaltung kann eine Reglerschaltung und eine Schnittstellenschaltung zum Übertragen eines Signals zwischen der Vorrichtung 300 und einer externen Schaltung aufweisen. Die Vorrichtung 301 besteht zum Beispiel aus einer Ni-Fe-Serien-Legierung und ist zu dem Widerstand 312 in Reihe geschaltet. Hierbei weist die Vorrichtung 301, die aus der Ni-Fe-Serien-Legierung besteht, einen breiten dynamischen Bereich eines Erfassens des Magnetfelds unter Verwendung des Effekts einer magnetischen Impedanz auf. Obgleich die Vorrichtung 301 gemäß diesem Beispiel aus der Ni-Fe-Legierung besteht, kann die Vorrichtung 301 aus anderen Materialien ausgebildet werden. Der Widerstand 312 und die Vorrichtung 301 sind ebenso an beiden Enden des Oszillators 313 in Reihe geschaltet. Der Oszillator 313 arbeitet als eine Ansteuerschaltung zum Zuführen eines Hochfrequenzstroms zu der Vorrichtung 301 und beide Enden des Oszillators 313 sehen Ausgangsanschlüsse vor. Die vorhergehende Reihenschaltung, die aus dem Widerstand 312, der Vorrichtung 301 und dem Oszillator 313 besteht, weist einen gemeinsamen Kontaktpunkt zum Verbinden mit einem Eingangsanschluss des Verstärkers 314 auf. Der Verstärker 314 verstärkt das Erfassungssignal und gibt das verstärkte Signal aus. Deshalb arbeitet der Verstärker 314 als eine Erfassungsschaltung zum Erfassen einer Impedanzänderung der Vorrichtung 301.
25 zeigt einen Querschnitt der Vorrichtung 300. 26 zeigt eine vergrößerte Draufsicht der Vorrichtung 301. Die Vorrichtung 300 ist unter Verwendung eines Halbleiterherstellungsverfahrens in einem bipolaren Verfahren ausgebildet. Jedoch kann die Vorrichtung 300 unter Verwendung eines anderen Halbleiterverfahrens, wie zum Beispiel eines MOS-Verfahrens und eines BiCMOS-Verfahrens, ausgebildet werden. Die Vorrichtung 300 beinhaltet einen NPN-Transistor 315, der einen Teil des Verstärkers 314 bildet, und einen Erfassungsabschnitt 302, der die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz bildet.
Der Transistor 315 und die Vorrichtung 301 sind auf einem Halbleitersubstrat 322 angeordnet, das aus Silizium des P-Typs besteht. Weiterhin sind der Widerstand 312, der Oszillator 313 und der Verstärker 314 auf dem Substrat 322 (nicht gezeigt) angeordnet.
Das bipolare Verfahren zum Ausbilden des Transistors 315 ist ein bekanntes Verfahren des Halbleiterherstellungsverfahrens. Der Transistor 315 wird unter Verwendung eines Implantationsmusterverfahrens, eines Implantationsdiffusionsverfahrens, eines Abscheidemusterverfahrens, eines Abscheidediffusionsverfahrens und dergleichen ausgebildet, so dass eine Basis, ein Emitter und ein Kollektor des Transistors 315 unter Verwendung des Musterverfahrens, Diffusionsverfahrens und dergleichen ausgebildet wird. Hierbei weist das Halbleitersubstrat 322 einen Bereich des N-Typs auf, der unter der Vorrichtung 301 angeordnet ist. Dieser Bereich des N-Typs wird unter Verwendung des Abscheidediffusionsverfahrens ausgebildet.
Als nächstes wird eine Isolationsschicht 324, die aus Siliziumdioxid besteht, auf dem Substrat 322 ausgebildet und in eine vorbestimmte Form gemustert. Dann wird eine Verdrahtungsschicht 328, die aus Aluminium und dergleichen besteht, auf dem Substrat 322 ausgebildet. Die Verdrahtungsschicht 328 wird in eine vorbestimmte Form gemustert, so dass ein Teil der Verdrahtungsschicht geätzt und entfernt wird, um die Vorrichtung 301 auszubilden. Zu diesem Zeitpunkt wird ein oberes Ende 328a der Verdrahtungsschicht 328 in eine konische Form gemustert. Das obere Ende 328a der Verdrahtungsschicht 328 ist mit der Vorrichtung 301 verbunden.
Dann wird die Ni-Fe-Legierung, die die Vorrichtung 301 bildet, unter Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens unter einem Magnetfeld auf dem ( Substrat 322 abgeschieden. Die Dicke der Ni-Fe-Legierung, die auf das Substrat 322 abgeschieden wird, ist in einem Bereich zwischen 1 μm und 5 μm. Da das obere Ende 328a der Verdrahtungsschicht 328 in einer konischen Form ausgebildet ist, wird die Vorrichtung 301, das heißt der Ni-Fe-Legierungsfilm vor einem Abschneiden beschränkt, das durch einen Fehler einer Stufenabdeckung verursacht wird.
Als nächstes wird, um die magnetischen Eigenschaften der Vorrichtung 301 zu verbessern, die Vorrichtung 300 bei ungefähr 300°C in Vakuum unter einem Magnetfeld geglüht. Zuletzt wird die Schutzschicht 332, die aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen besteht, auf dem Substrat 322 ausgebildet.
Somit wird die Vorrichtung 300, die die Vorrichtung 301, den Widerstand 312, den Oszillator 313, den Verstärker 314 und andere Schaltungen aufweist, auf dem Substrat 322 ausgebildet. Deshalb wird die Vorrichtung 300 kompakt und minimiert hergestellt, so dass die Herstellungskosten der Vorrichtung 300 klein werden. Weiterhin wird die Vorrichtung 301 auf einem Dünnfilm ausgebildet, so dass die Abmessungen der Vorrichtung 301, insbesondere die Dicke der Vorrichtung 301, kleiner als die von derjenigen werden, die einen amorphen Draht aufweist. Somit wird die Vorrichtung 300 kompakt hergestellt.
Weiterhin wird, da das obere Ende 328a der Verdrahtungsschicht 328, das beide Enden der Vorrichtung 301 verbindet, in einer konischen Form ausgebildet ist, der Ni-Fe-Legierungsfilm, der die Vorrichtung 301 bildet, an ungefähr dem oberen Ende 328 der Verdrahtungsschicht 328 vor einem Abschneiden beschränkt. Dies ist so, da die Stufenabdeckung des Ni-Fe-Legierungsfilms an dem oberen Ende 328 verbessert ist, wenn der Ni-Fe-Legierungsfilm auf die Verdrahtungsschicht 328 abgeschieden ist.
Somit weist die Sensorvorrichtung 300, die die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß diesem Beispiel eine minimale Abmessung auf und wird mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten zur Erfindung hin führenden Beispiels.
Eine Magnetsensorvorrichtung 303, die eine Vorrichtung 301A mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß einem vierten zur Erfindung hin führenden Beispiel ist in 28 gezeigt. Obgleich die Vorrichtung 301A gemäß diesem Beispiel aus einer Ni-Fe-Legierung besteht, kann die Vorrichtung 301A aus anderen Materialien ausgebildet sein. Die Vorrichtung 303 weist einen metallischen Film 351 auf, der aus einem Titan- bzw. Ti-Material besteht. Der metallische Film 351 ist auf einem Verbindungsabschnitt zwischen der Verdrahtungsschicht 328 und der Vorrichtung 301A mit magnetischer Impedanz angeordnet. Der metallische Film 351 wird auf dem Substrat ausgebildet, bevor die Verdrahtungsschicht 328 ausgebildet wird. Daher verbindet der metallische Film 351 elektrisch die Verdrahtungsschicht 328 und die Vorrichtung 301A. Dann wird die Schutzschicht 332 auf dem Substrat 322 ausgebildet.
In der Vorrichtung 303 wird die Verbindung zwischen der Vorrichtung 301A und der Verdrahtungsschicht 328 ein hervorragender ohmscher Kontakt, da der metallische Film 351, der aus dem Ti-Material besteht, beide Enden der Vorrichtung 301A und die oberen Enden der Verdrahtungsschicht 328 verbindet.
Daher weist die Sensorvorrichtung 303, die die Vorrichtung 301A mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß diesem Beispiel eine minimale Abmessung auf und wird mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt. Weiterhin ist die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften zur Erfindung hin führenden Beispiels.
Eine Magnetsensorvorrichtung 304, die eine Vorrichtung 301B mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß einem fünften zur Erfindung hin führenden Beispiel ist in 29 gezeigt. Obgleich die Vorrichtung 301B gemäß diesem Beispiel aus einer Ni-Fe-Legierung besteht, kann die Vorrichtung 301B aus anderen Materialien ausgebildet sein. Die Vorrichtung 304 weist einen Zwischenschicht-Isolationsfilm 352 auf, der aus Siliziumoxiden, Siliziumnitriden und dergleichen besteht. Der Zwischenschicht-Isolationsfilm 352 wird auf dem Substrat 322 ausgebildet, nachdem die Vorrichtung 301B und die Verdrahtungsschicht 328 auf dem Substrat 322 ausgebildet worden sind. Der Zwischenschicht-Isolationsfilm 352 weist ein Durchgangsloch zum Verbinden der Vorrichtung 301B und der Verdrahtungsschicht 328 auf. In das Durchgangsloch ist ein metallischer Film 351, der aus einem Aluminiummaterial, Kupfermaterial, einer Al-Ti-Serien-Legierung oder dergleichen besteht, gefüllt und abgeschieden, so dass der metallische Film 351 die Verdrahtungsschicht 328 und die Vorrichtung 301B verbindet. Dann wird die Schutzschicht 332 auf dem Substrat 322 ausgebildet.
In der Vorrichtung 304 ist der Zwischenschicht-Isolationsfilm 352 auf den oberen Oberflächen von sowohl der Vorrichtung 301B als auch der Verdrahtungsschicht 328 ausgebildet und verbindet der metallische Film 351 beide Enden der Vorrichtung 301B und die oberen Enden der Verdrahtungsschicht 328. Da die elektrische Verbindung auf den oberen Oberflächen angeordnet ist, wird die Verbindung zwischen der Vorrichtung 301B und der Verdrahtungsschicht 328 ein hervorragender ohmscher Kontakt.
Somit weist die Sensorvorrichtung 304, die die Vorrichtung 301B mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß diesem Beispiel eine minimale Abmessung auf und wird mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt. Weiterhin ist die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der Magnetsensorvorrichtung.
Ein Magnetsensorvorrichtung 305, die die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist in 30 gezeigt. Die Vorrichtung 305 weist einen Barrierenmetallfilm 354 auf, der aus einem Ti-Material und dergleichen besteht. Der Barrierenmetallfilm 354 ist auf den oberen Enden 328a der Verdrahtungsschicht und ihrem benachbarten Abschnitt ausgebildet. Dann werden die Vorrichtung 301 und die Schutzschicht 332 auf dem Substrat 322 ausgebildet.
In der Vorrichtung 305 weist der Verbindungsabschnitt zwischen der Vorrichtung 301 und der Verdrahtungsschicht 328 eine dreischichtige Struktur auf, da der Barrierenmetallfilm 354 auf den oberen Enden 328a der Verdrahtungsschicht und ihrem benachbarten Abschnitt angeordnet ist. Deshalb sieht die dreischichtige Struktur einen hervorragenden ohmschen Kontakt 30 zwischen. der Vorrichtung 301 und der Verdrahtungsschicht 328 vor.
Somit weist die Sensorvorrichtung 305, die die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine minimale Abmessung auf und wird mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt. Weiterhin ist die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Magnetsensorvorrichtung.
Eine Magnetsensorvorrichtung 306, die die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist in 31 gezeigt. Die Vorrichtung 306 weist eine Spannungs-Entspannungsschicht 355 auf, die aus Polyimid besteht. Jedoch kann die Spannungs-Entspannungsschicht 355 aus anderen organischen Materialien oder anorganischen Materialien unter Verwendung von Dünnfilm-Abscheidungsverfahren ausgebildet werden. Die Spannungs-Entspannungs-schicht 355 wird auf der Isolationsschicht 324 ausgebildet, bevor die Verdrahtungsschicht 328 ausgebildet wird. Das heißt, die Isolationsschicht 324 wird auf dem Substrat 322 ausgebildet und die Spannungs-Entspannungsschicht 355 wird auf der Oberfläche der Isolationsschicht 324 ausgebildet. Danach wird die Verdrahtungsschicht 328 auf der Spannungs-Entspannungsschicht 355 ausgebildet. Die Dicke der Spannungs-Entspannungsschicht 355 wird in Übereinstimmung mit der Dicke der Vorrichtung 301 bestimmt, die auf der Spannungs-Entspannungsschicht 355 angeordnet ist. Zum Beispiel ist die Dicke der Spannungs-Entspannungsschicht 355 in einem Bereich zwischen 1 μm und 10 μm.
Als nächstes wird der Ni-Fe-Legierungsfilm, der die Vorrichtung 301 bildet, unter Verwendung des Zerstäubungsverfahrens derart abgeschieden, dass die Dicke des Ni-Fe-Legierungsfilm in einem Bereich zwischen 1 μm und 5 μm ist. Danach wird, um die magnetischen Eigenschaften der Vorrichtung 301 zu verbessern, die Vorrichtung 306 bei ungefähr 300°C in Vakuum unter einem Magnetfeld geglüht. Zuletzt wird die Schutzschicht 332, die aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid und dergleichen besteht, auf dem Substrat 322 ausgebildet.
Wenn die Vorrichtung 306 geglüht wird, wird eine Spannung in dem Substrat 322 erzeugt, da ein Koeffizient einer thermischen Expansion des Substrats 322 zu dem der Vorrichtung 301 unterschiedlich ist. Deshalb kann das Substrat 322 in einigen Fällen brechen.
Herkömmlicherweise wird, um ein Brechen zu verhindern, eine Ab-Scheidungsbedingung zum Abscheiden einer Magnetschicht, die eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz bildet, geändert oder wird eine Filmqualität der Magnetschicht geändert. Jedoch wird das Brechen in dem Substrat 322 nicht berücksichtigt.
In der Vorrichtung 306 ist die Spannungs-Entspannungsschicht 355 zwischen dem Substrat 322 und der Vorrichtung 301 angeordnet, so dass die Spannung, die auf das Substrat 322 ausgeübt wird, in der Spannungs-Entspannungsschicht 355 absorbiert wird. Somit wird das Brechen des Substrats 322 beschränkt. Weiterhin wird die Spannungs-Entspannungsschicht 355 einfach ausgebildet, da die Spannungs-Entspannungsschicht 355 aus Polyimid besteht, welches ein organisches Material ist.
Somit weist die Sensorvorrichtung 306, die die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine minimale Abmessung auf und wird mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt. Weiterhin ist die Zuverlässigkeit der Vorrichtung, die eine mechanische Festigkeit betrifft, verbessert.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der Magnetsensorvorrichtung.
Ein Magnetsensorvorrichtung 307, die die Vorrichtung 301B mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist in 32 gezeigt. Die Vorrichtung 307 weist die Spannungs-Entspannungsschicht 355 auf. Wenn das Durchgangsloch zum Verbinden der Vorrichtung 301B und der Verdrahtungsschicht 328 in dem Zwischenschicht-Isolationsfilm 352 ausgebildet wird, geht das Durchgangsloch durch die Spannungs-Entspannungsschicht 355, die unter dem Zwischenschicht-Isolationsfilm 352 angeordnet ist, so dass das Durchgangsloch die Verdrahtungsschicht 328 erreicht.
In der Vorrichtung 307 ist es beschränkt, dass das Substrat 322 bricht. Weiterhin ist der Zwischenschicht-Isolationsfilm 352 auf den oberen Oberflächen von sowohl der Vorrichtung 301B als auch der Verdrahtungsschicht 328 ausgebildet und verbindet der metallische Film 351 beide Enden der Vorrichtung 301B und die oberen Enden der Verdrahtungsschicht 328. Da die elektrische Verbindung auf den oberen Oberflächen angeordnet ist, wird die Verbindung zwischen der Vorrichtung 301B und der Verdrahtungsschicht 328 ein hervorragender ohmscher Kontakt.
Somit weist die Sensorvorrichtung 307, die die Vorrichtung 301B mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine minimale Abmessung auf und wird mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt. Weiterhin ist die Zuverlässigkeit der Vorrichtung, die eine mechanische Festigkeit betrifft, verbessert. Weiterhin ist die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels der Magnetsensorvorrichtung.
Eine Magnetsensorvorrichtung 308, die die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist in 33 gezeigt. Die Vorrichtung 308 weist einen Oxidationsschutzfilm 356 auf, der aus Siliziumnitriden, Siliziumdioxid und dergleichen besteht. Der Oxidationsschutzfilm 356 ist auf der Oberfläche der Vorrichtung 301 ausgebildet.
Hierbei hängen die magnetischen Eigenschaften der Vorrichtung 301 von der Oberfläche der Vorrichtung 301 ab, da die Vorrichtung 301 den Skineffekt eines magnetischen Dünnfilms verwendet. Deshalb wird die magnetische Erfassung der Vorrichtung 301 verringert, wenn die Oberfläche der Vorrichtung 301 oxidiert wird.
Deshalb schützt der Oxidationsschutzfilm 356 die Oberfläche der Vorrichtung 301, um nicht oxidiert zu werden. Somit können die magnetischen Eigenschaften der Vorrichtung 301 als hervorragend aufrechterhalten werden.
Somit weist die Sensorvorrichtung 308, die die Vorrichtung 301 mit magnetischer Impedanz aufweist, gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine minimale Abmessung auf und wird mit niedrigen Herstellungskosten hergestellt. Weiterhin weist die Vorrichtung 308 einen hohen Wärmewiderstand auf.
Der Oxidationsschutzfilm 356 kann auf der Vorrichtung 300, 301A, 301B der Vorrichtungen 303 bis 307 ausgebildet werden, die in den 28 bis 32 gezeigt sind.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines fünften Ausführungsbeispiels der Magnetsensorvorrichtung.
Eine Rotationssensorvorrichtung 400, die einen Magnetsensor 401 aufweist, gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel ist in 34 gezeigt. Die Rotationssensorvorrichtung 400 weist einen Rotationskörper 411 als ein Objekt, dessen Rotation zu erfassen ist, ein Gehäuse 412 zum Bedecken des Rotationskörpers 411 und den Magnetsensor 401 auf. Das Gehäuse 412 trennt den Rotationskörper 411 und den Magnetsensor 401. Der Magnetsensor 401 ist zum Beispiel durch die Magnetsensorvorrichtung 25 vorgesehen, die in 25 gezeigt ist. Deshalb weist der Magnetsensor 401 einen Sensor für eine magnetische Impedanz auf.
Der Rotationskörper 411 besteht aus einem magnetischen Material oder einem Material, das ein magnetisches Material beinhaltet, und weist eine Zahnradform auf. Wenn sich der Rotationskörper 411 dreht, ändert sich ein Magnetfeld um den Rotationskörper 411 wiederholt.
In einem Fall, in der Rotationskörper 411 aus einem magnetischen Material besteht, wird der Rotationskörper 411 durch ein umgebendes Magnetfeld magnetisiert. Deshalb arbeitet der Rotationskörper 411 als ein magnetisiertes Zahnrad 411a, wie es in 35A gezeigt ist. Das magnetisierte Zahnrad 411a zieht einen Permanentmagnet an. In 35A zeigt ein Paar von Pfeilen Magnetfeldlinien, die von dem magnetisierten Zahnrad 411a erzeugt werden. Wenn sich das magnetisierte Zahnrad 411a dreht, drehen sich die Magnetfeldlinien ebenso, so dass die Intensität des Magnetfelds um das magnetisierte Zahnrad 411a periodisch geändert wird.
In einem Fall, in dem der Rotationskörper 411 nicht magnetisiert ist, arbeitet der Rotationskörper 411 als ein nichtmagnetisiertes Zahnrad 411b. Auch dann, wenn das nichtmagnetisierte Zahnrad 411b nicht magnetisiert ist, ändert sich die Intensität des Magnetfelds um das nichtmagnetisierte Zahnrad 411b periodisch. Dies ist so, da sich die Magnetfeldlinien des geomagnetischen Felds durch Ändern eines Erscheinens einer Konkavität und Konvexität des Umfangs des Zahnrads 411b periodisch ändern, wenn sich das nichtmagnetisierte Zahnrad 411b dreht. Wie es in den 35B und 35C gezeigt ist, wird dann, wenn die Konkavität des Zahnrads 411b dem Magnetsensor 401 gegenüberliegt, die Intensität des Magnetfelds um den Magnetsensor 401 schwach. Wenn die Konkavität des Zahnrads 411b dem Magnetsensor 401 gegenüberliegt, wird die Intensität des Magnetfelds um den Magnetsensor 401 stark. Somit ändert sich die Intensität des Magnetfelds um das Zahnrad 411b periodisch.
Somit erfasst der Magnetsensor 401 die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds, wenn sich der Rotationskörper 411 dreht. Deshalb kann die Drehung des Rotationskörpers 411 durch den Magnetsensor 401 erfasst werden.
Der Magnetsensor 401 ist zum Beispiel eine Magnetsensorvorrichtung, die eine Vorrichtung mit magnetischer Impedanz aufweist. Die Magnetsensorvorrichtung weist einen Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm auf, der auf einem nichtmagnetischen Substrat ausgebildet ist. Wie es in 35 gezeigt ist, weist der Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm des Magnetsensors 401 auf eine derartige Weise ein vorbestimmtes Muster auf, das eine Mehrzahl von linear geformten Filmen in vorbestimmten Intervallen parallel zu einer Magneffelderfassungsrichtung angeordnet sind, und diese sind wiederholt derart miteinander verbunden, dass sie eine Serpentinenform ausbilden.
Ein hochfrequenter Wechselstrom wird beiden Enden des Ni-Fe-Serien-Legierungsfilm des Magnetsensors 401 zugeführt, so dass die Impedanz zwischen beiden Enden in Übereinstimmung mit der Änderung des externen Magnetfelds geändert wird. Die Impedanzänderung wird durch eine elektrische Schaltung (nicht gezeigt) gemessen und dann wird die Impedanzänderung zu einem elektrischen Signal gewandelt. Das elektrische Signal wird aus dem Magnetsensor 401 ausgegeben. Somit wird das Signal, welches der Drehung des Rotationskörpers 411 entspricht, erzielt.
Der Magnetsensor 401, der die Vorrichtung mit magnetischer Impedanz aufweist, weist eine hohe Sensorempfindlichkeit auf, welche viel höher als die eines herkömmlichen Magnetowiderstandsensors oder eines Hall-Element-Sensors ist. Demgemäß kann der Magnetsensor 401 auch dann, wenn der Magnetsensor 401 außerhalb des Gehäuses 412 angeordnet ist, die Änderung des Magnetfelds erfassen, das durch die Drehung des Rotationskörpers 411 erzeugt wird, der in dem Gehäuse 412 angeordnet ist, so dass der Magnetsensor 401 die Drehung des Rotationskörpers 411 erfasst. Genauer gesagt erfasst der Magnetsensor 401 die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds, welches durch die Drehung des Rotationskörpers 411 erzeugt wird und aus dem Gehäuse 412 austritt. Dann wandelt der Magnetsensor 401 das Signal zu dem elektrischen Signal. Hierbei weist der Magnetsensor 401 eine Ansteuerschaltung, einen Erfassungsabschnitt, eine Erfassungsschaltung, einen Regler und eine Eingabe/Ausgabeschaltung (nicht gezeigt) auf.
Das Gehäuse 412 arbeitet als eine Trennabschirmung zum Trennen des Rotationskörpers 411 und des Magnetsensors 401. Das Gehäuse 412 besteht als Aluminium. Jedoch kann das Gehäuse 412 aus anderen nicht-magnetischen Materialien, wie zum Beispiel Kupfer und Messing, bestehen. Weiterhin kann das Gehäuse 412 aus nichtmetallischen nichtmagnetischen Materialien, wie zum Beispiel Harz und Keramik, bestehen. Wenn das Gehäuse aus einem nichtmagnetischen Material besteht, welches keinen Permanentmagnet anzieht, wird die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds, das durch die Drehung des Rotationskörpers 411 erzeugt wird, nicht wesentlich durch das Gehäuse 412 beeinträchtigt. Deshalb kann der Magnetsensor 401 auch dann, wenn der Magnetsensor 401 außerhalb des Gehäuses 412 angeordnet ist, die Drehung des Rotationskörpers 411 genau erfassen.
Hierbei weist die Rotationssensovorrichtung 400, da der Magnetsensor 401 eine hohe Sensorempfindlichkeit aufweist, keinen Vormagnetisierungs-Magnet zum Ausüben eines zusätzlichen Magnetfelds als ein Vormagnetisierungsfeld auf.
36 zeigt eine Rotationssensorvorrichtung 402, die ein Paar von Magnetsensoren 401A, 401B aufweist. In der Vorrichtung 402 sind zwei Magnetsensoren 401A, 401B derart parallel angeordnet, dass sie um eine Hälfte einer Teilung des Rotationskörpers 411, das heißt um eine halbe Teilung des Zahnrads, getrennt sind. Die Vorrichtung 402 erfasst ein differentielles Ausgangssignal, das aus beiden Magnetsensoren 401A, 401B erzeugt wird. Dieses differentielle Ausgangssignal beseitigt eine konstante Komponente des geomagnetischen Felds, das in jedem Magnetsensor 401A, 401B angeordnet ist. Deshalb erfasst die Vorrichtung 402 die periodische Änderung des Magnetfelds genauer. Das heißt, die Vorrichtung 402 erfasst die Drehung viel genauer.
In jeder Vorrichtung 400, 402 kann der Magnetsensor 401, 401A, 401B, der die hohe Sensorempfindlichkeit aufweist, die Drehung des Rotationskörpers 411, 411a, 411b auch dann erfassen, wenn das Gehäuse 412 als eine Trennabschirmung zwischen dem Magnetsensor 401, 401A, 401B und dem Rotationskörper 411, 411a, 411b angeordnet ist. Deshalb kann der Magnetsensor 401, 401A, 401B außerhalb des Gehäuses 412 ohne Bohren einer Öffnung zum Montieren des Magnetsensors 401, 401A, 401B angeordnet sein. Somit weist die Vorrichtung 400, 402 eine gute Montierbarkeit zum Montieren des Magnetsensors 401, 401A, 401B auf das Gehäuse 412 und eine hohe Entwurfsfreiheit des Gehäuses 412 auf.
Die Vorrichtung 400, 402 wird geeignet zum Erfassen einer Drehung einer Nocke einer Nockenwelle in einem Motor eines Kraftfahrzeugs oder eines Zahnrads einer Kurbelwelle in einem Motor eines Fahrzeugs verwendet. Die Vorrichtung 400, 402 kann die Drehung ohne eine Öffnung eines Lochs zum Erfassen der Drehung, das heißt ohne Bohren in eine Wand eines Motorgehäuses (zum Beispiel eines Motorblocks) des Fahrzeugs, erfassen. Demgemäß weist die Vorrichtung 400, 402 eine große Montierbarkeit auf dem Motor des Fahrzeugs auf, so dass eine Entwurfsfreiheit zum Montieren der Vorrichtung auf dem Motor, auf welchen eine Menge von Teilen montiert sind, verbessert wird.
Weiterhin kann die Vorrichtung 400, 402 eine Drehung eines Rads eines Kraftfahrzeugs erfassen. Zum Beispiel erfasst der Magnetsensor 401, 401A, 401B die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds in Übereinstimmung mit der Drehung des Rads. Dann gibt die Vorrichtung 400, 402 das elektrische Signal derart aus, dass die Vorrichtung 400, 402 die Drehung des Rads erfasst. Hierbei ist der Magnetsensor 401, 401A, 401B auf eine Motorhaube des Fahrzeugs oder in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs montiert.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Mag netsensorvorrichtung.
Eine Rotationssensorvorrichtung 403, die den Magnetsensor 401 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel aufweist, ist in 37 gezeigt. Die Rotationssensorvorrichtung 403 weist einen Rotationskörper 411c, das Gehäuse 412 und den Magnetsensor 401 auf. Der Rotationskörper 411c weist einen zylindrischen Magnet auf. Jeder von N- und S-Polen des zylindrischen Magneten ist abwechselnd auf einem Umfang des zylindrischen Magneten angeordnet.
Wie es in 37 gezeigt ist, dient eine Mittelachse des zylindrischen Magneten als eine Drehachse, so dass der Rotationskörper 411c als ein magnetischer Rotor arbeitet, der ein Paar von Magnetpolen aufweist, die abwechselnd auf dem Umfang des Rotors angeordnet sind. Magnetfeldlinien, die von dem Rotationskörper 411c erzeugt werden, werden aus dem Rotationskörper 411c ausgegeben und sind periodisch angeordnet. Wenn sich der Rotationskörper 411c dreht, wird eine periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds um den Rotationskörper 411c erzeugt. Diese periodische Änderung wird von dem Magnetsensor 401 erfasst, der außerhalb des Gehäuses 412 angeordnet ist, so dass die Vorrichtung 403 die Drehung des Rotationskörpers 411c erfassen kann.
Obgleich die Vorrichtung 403 einen einzigen Magnetsensor 401 aufweist, kann die Vorrichtung ein Paar von Magnetsensoren aufweisen. In diesem Fall sind zwei Magnetsensoren parallel um eine Hälfte einer Teilung des Rotationskörpers 411c getrennt angeordnet. Die Vorrichtung erfasst ein differentielles Ausgangssignal, das von beiden Magnetsensoren erzeugt wird.
Dieses differentielle Ausgangssignal beseitigt eine konstante Komponente des geomagnetischen Felds, das in jedem Sensor angeordnet ist. Deshalb erfasst die Vorrichtung die Drehung viel genauer. Genauer gesagt kann die Vorrichtung 403, die ein Paar von Magnetsensoren aufweist, in einem Fall, in dem die Intensität der Magnetisierung des Rotationskörpers 411c schwach ist, so dass die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds in Übereinstimmung mit der Drehung des Rotationskörpers 411c klein ist, wirkungsvoll die Drehung erfassen.
In der Vorrichtung 403 kann der Magnetsensor 401, der eine hohe Sensorempfindlichkeit aufweist, die Drehung des Rotationskörpers 411c auch dann erfassen, wenn das Gehäuse 412 als eine Trennabschirmung zwischen dem Magnetsensor 401 und dem Rotationskörper 411c angeordnet ist. Deshalb kann der Magnetsensor 401 außerhalb des Gehäuses 412 ohne Bohren einer Öffnung zum Montieren des Magnetsensors 401 angeordnet sein. Somit weist die Vorrichtung 403 eine große Montierbarkeit zum Montieren des Magnetsensors 401 auf das Gehäuse 412 und eine hohe Entwurfsfreiheit des Gehäuses 412 auf.
Die Vorrichtung 403 wird geeignet zum Erfassen einer Drehung eines magnetisierten Rotors verwendet, der auf eine Drehwelle eines Rads eines Kraftfahrzeugs montiert ist. In diesem Fall sieht die Vorrichtung 403 einen Raddrehsensor für ein Antiblockiersystem bzw. ABS des Fahrzeugs vor. Bei dem ABS ist der Magnetsensor 401 als ein Rotorgehäuse ohne Bohren eines Lochs in das Rotorgehäuse auf eine Radnabe montiert. Demgemäß kann die Vorrichtung 403 auf die Radnabe montiert sein, was einen schmalen Montageabschnitt erfordert, da das Rad und eine Aufhängung nahe beieinander angeordnet sind. Somit weist die Vorrichtung 403 eine große Montierbarkeit bezüglich der Radnabe auf, so dass die Entwurfsfreiheit zum Montieren der Vorrichtung 403 auf der Radnabe verbessert ist.
Weiterhin kann die Vorrichtung 403 eine Drehung eines Rads eines Kraftfahrzeugs erfassen. In diesem Fall ist der Magnetsensor 401 auf eine Motorhaube des Fahrzeugs oder in einen Fahrgastraum des Fahrzeugs montiert.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines siebten Ausführungsbeispiels der Magnetsensorvorrichtung.
Rotationssensorvorrichtungen 500, 501, die den Magnetsensor 401 aufweisen, gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel sind in den 38A bis 38C gezeigt. Jede Rotationssensorvorrichtung 500, 501 weist das magnetisierte Zahnrad 411a oder das nichtmagnetisierte Zahnrad 411b als einen Rotationskörper 411, als ein Objekt, dessen Drehung zu erfassen ist, den Magnet-sensor 401 und ein Sensorgehäuse 512 zum Bedecken des Magnetsensors 401 auf. Das Sensorgehäuse 512 trennt den Rotationskörper 411 und den Magnetsensor 401.
Das Sensorgehäuse 512 bedeckt den Magnetsensor 401 und besteht aus einem magnetischen Material. Das Sensorgehäuse 512 weist eine Öffnung 513 auf, die zwischen dem Magnetsensor 401 und dem Rotationskörper 411 angeordnet ist. Das heißt, die Öffnung 513 liegt dem Rotationskörper 411 gegenüber. In der Vorrichtung 500, 501 ist der Magnetsensor 401, der eine hohe Sensorempfindlichkeit aufweist, von dem Sensorgehäuse 512 umgeben, das eine hohe magnetische Permeabilität aufweist. Demgemäß schirmt das Sensorgehäuse 512 ein Magnetfeld teilweise ab, so dass ein Einfluss einer Störung eines externen Magnetfelds um den Magnetsensor 401 verringert wird. Das heißt, die Vorrichtung 500, 501 weist einen hohen Widerstand bezüglich einer äußeren Störung eines Magnetfelds auf.
Die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds, das durch die Drehung des Rotationskörpers 411 erzeugt wird, wird über die Öffnung 513 des Sensorgehäuses 512 von dem Magnetsensor 401 erfasst. Somit kann der Magnetsensor 401 die Drehung des Rotationskörpers 411 erfassen. Hierbei kann, da der Magnetsensor 401 eine hohe Sensorempfindlichkeit zum Erfassen des Magnetfelds aufweist, die Öffnung 513 des Sensorgehäuses 512 minimiert werden, solange der Magnetsensor 401 die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds erfassen kann. Somit weist die Vorrichtung 500, 501 auf eine derartige Weise einen einfachen Aufbau auf, dass das Sensorgehäuse 512, das eine kleine Öffnung 513 aufweist, den Magnetsensor 401 derart bedeckt, dass der Einfluss einer Störung eines externen Magnetfelds um den Magnetsensor 401 verringert wird. Daher werden die Herstellungskosten der Vorrichtung 500, 501 verringert.
Die Vorrichtung 500, 501 wird geeignet zum Erfassen einer Drehung einer Nocke einer Nockenwelle in einem Motor eines Kraftfahrzeugs oder eines Zahnrads einer Kurbelwelle in einem Motor eines Fahrzeugs verwendet. Hierbei gibt es viele Quellen, um eine Störung des externen Magnetfelds um den Motor des Fahrzeugs zu erzeugen. Weiterhin weist die Störung des externen Magnetfelds eine erschwerte Struktur auf. Auch dann, wenn die Vorrichtung 500, 501 in einer derartigen erschwerten Störung angeordnet ist, wird der Einfluss einer Störung derart verringert, dass die Vorrichtung 500, 501 die Drehung genau erfasst.
Obgleich der Rotationskörper 411 eine Zahnradform aufweist und aus einem magnetischen Material oder einem Material besteht, das ein magnetisches Material beinhaltet, kann der Rotationskörper 411 eine andere Form aufweisen und aus einem anderen Material bestehen. Wie es in 39 gezeigt ist, weist eine Rotationssensorvorrichtung 502 einen Rotationskörper 411c auf. Der Rotationskörper 411c weist einen zylindrischen Magnet auf. Jeder von N- und S-Polen des zylindrischen Magneten ist abwechselnd auf einem Umfang des zylindrischen Magneten angeordnet. Die Vorrichtung weist weiterhin den Magnetsensor 401 und das Sensorgehäuse 512 auf, das die Öffnung 513 aufweist. In der Vorrichtung 502 schirmt das Sensorgehäuse 512 ein Magnetfeld derart teilweise ab, dass ein Einfluss einer Störung eines externen Magnetfelds um den Magnetsensor 401 verringert wird. Weiterhin erfasst der Magnetsensor 401 die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds, das durch die Drehung des Rotationskörpers 411c erzeugt wird, über die Öffnung 513 des Sensorgehäuses 512. Somit kann der Magnetsensor 401 die Drehung des Rotationskörpers 411c erfassen.
Somit weist die Vorrichtung 502 auf eine derartige Weise einen einfachen Aufbau auf, dass das Sensorgehäuse 512, das die kleine Öffnung 513 aufweist, den Magnetsensor 401 derart bedeckt, dass der Einfluss einer Störung eines externen Magnetfelds um den Magnetsensor 401 verringert ist. Deshalb sind die Herstellungskosten der Vorrichtung 502 verringert.
Die Vorrichtung 502 wird geeignet zum Erfassen einer Drehung eines magnetisierten Rotors verwendet, der auf eine Drehwelle eines Rads eines Kraftfahrzeugs montiert ist. In diesem Fall sieht die Vorrichtung 502 einen Raddrehsensor für ein ABS des Fahrzeugs vor. Hierbei gibt es viele Quellen, um eine Störung des externen Magnetfelds unter einer Karosserie des Fahrzeugs zu erzeugen. Weiterhin weist die Störung des externen Magnetfelds eine erschwerte Struktur auf. Auch dann, wenn die Vorrichtung 502 in einer derartigen erschwerten Störung angeordnet ist, wird der Einfluss der Störung derart verringert, dass die Vorrichtung 502 die Drehung genau erfasst.
Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines achten Ausführungsbeispiels der Magnetsensorvorrichtung.
Eine Rotationssensorvorrichtung 503, die den Magnetsensor 401 aufweist, gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, ist in den 40A und 408 gezeigt. Die Rotationssensorvorrichtung 503 weist den Rotationskörper 411, der aus einem magnetischen Material oder einem Material, das das magnetische Material beinhaltet, besteht, den Magnetsensor 401 und ein Sensorgehäuse 512a zum Bedecken des Magnetsensors 401 auf. Das Sensorgehäuse 512a besteht aus einem Permanentmagnet. Seide Enden des Sensorgehäuses 512a sind geöffnet und das Sensorgehäuse 512a weist eine zylindrische Form auf. Ein Ende des Sensorgehäuses 512a weist eine Öffnung 513 auf, welche dem Rotationskörper 411 gegenüberliegt. Die Seitenwand des Sensorgehäuses 512a \ ist aus dem Permanentmagneten ausgebildet. In dem Sensorgehäuse 512a 25 ist der Magnetsensor 401 angeordnet. Genauer gesagt ist der Magnetsensor 401 auf der Rotationskörperseite angeordnet und steht nicht von der Öffnung 513a des Sensorgehäuses 512a hervor.
In der Vorrichtung 503 ist der Magnetsensor 401, der eine hohe Sensorempfindlichkeit aufweist, von dem Sensorgehäuse 512a umgeben, das aus dem Permanentmagnet besteht. Es wird verhindert, dass das externe Magnetfeld ausgenommen bei der Öffnung 513a in das Sensorgehäuse 512a eindringt, da das Sensorgehäuse 512a aus dem Permanentmagnet besteht. Somit arbeitet das Sensorgehäuse 512a als eine magnetische Abschirmung zum Abschirmen der Störung des externen Magnetfelds.
Weiterhin arbeitet das Sensorgehäuse 512a nicht nur als eine magnetische Abschirmung, sondern ebenso als ein Vormagnetisierungs-Magnet zum Ausüben eines Vormagnetisierungsfelds, das als Pfeile in den 40A und 40B gezeigt ist. Das eine Ende des Sensorgehäuses 512a, an welchem die Öffnung 513 angeordnet ist, sieht einen Pol vor und das andere Ende sieht den anderen Pol vor. Deshalb wird das maximale Vormagnetisierungsfeld auf den Rotationskörper 411 ausgeübt. Ein Teil des Vormagnetisierungsfelds dringt in einen Hohlraum des Sensorgehäuses 512a ein, so dass ein Teil des Vormagnetisierungsfelds den Magnetsensor 401 erreicht. Wenn sich der Rotationskörper 411 dreht, ändern die Konkavität und Konvexitat, die auf einem Umfang des Rotationskörpers 411 angeordnet sind, die Magnetfeldlinien des Vormagnetisierungsfelds periodisch. Deshalb beeinträchtigt die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds in Übereinstimmung mit der Drehung des Rotationskörpers 411 das Vormagnetisierungsfeld, das in den Hohlraum des Sensorgehäuses 512a eindringt. Somit erfasst der Magnetsensor 401 diese periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds, so dass die Vorrichtung 503 die Drehung des Rotationskörpers 411 erfasst.
Die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds in Übereinstimmung mit der Drehung des Rotationskörpers 411 kann durch Steuern des Vormagnetisierungsfelds des Permanentmagneten, der aus dem Sensorgehäuse 512 besteht, auch in einem Fall vergrößert werden, in dem der Rotationskörper 411 nicht magnetisiert ist, so dass kein Magnetfeld durch den Rotationskörper 411 erzeugt wird. Deshalb kann der Magnetsensor 401 die Drehung genau erfassen.
Unter Verwendung der Rotationssensorvorrichtung 503, die das Sensorgehäuse 512a aufweist, das aus dem Permanentmagnet besteht, wird die Erfassungsgenauigkeit zum Erfassen der Drehung verbessert. Hierbei ist es, wenn die Öffnung 513a klein wird, schwierig, dass das Vormagnetisierungsfeld in den Hohlraum des Sensorgehäuses 512a dringt. Jedoch weist der Magnetsensor 401 mit der Vorrichtung mit magnetischer Impedanz eine Sensorempfindlichkeit zum Erfassen des Magnetfelds auf, so dass die Öffnung 513a des Sensorgehäuses 512a minimiert werden kann, solange der Magnetsensor 401 die periodische Änderung der Intensität des Magnetfelds erfasst.
Somit weist die Vorrichtung 503 auf eine derartige Weise einen einfachen Aufbau auf, dass das Sensorgehäuse 512a, das die kleine Öffnung 513a aufweist, den Magnetsensor 401 derart bedeckt, dass der Einfluss einer Störung eines externen Magnetfelds um den Magnetsensor 401 verringert ist. Deshalb sind die Herstellungskosten der Vorrichtung 503 verringert.
Die Vorrichtung 503 wird geeignet zum Erfassen einer Drehung einer Nocke einer Nockenwelle in einem Motor eines Kraftfahrzeugs oder eines Zahnrads einer Kurbelwelle in einem Motor eines Fahrzeugs verwendet.
Obgleich die Vorrichtung 503 den Rotationskörper 411 aufweist, kann die Vorrichtung 503 einen anderen Typ eines Rotationskörpers, wie zum Beispiel den Rotationskörper 411c, von welchem N- und S-Pole abwechselnd auf einem Umfang von ihm angeordnet sind, aufweisen. in diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass das Sensorgehäuse 512a als ein Vormagnetisierungs-Magnet arbeitet. Deshalb arbeitet das Sensorgehäuse 512a lediglich als eine magnetische Abschirmung. in diesem Fall sieht die Vorrichtung 503 einen Raddrehsensor für ein ABS des Fahrzeugs vor.

Claims

Magnetsensorvorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (22, 322); eine Vorrichtung (1, 2, 301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz zum Erfassen eines Magnetfelds; eine Peripherieschaltung (312, 313, 314, 315) zum Verarbeiten eines Ausgangssignals, das aus der Vorrichtung (301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz ausgegeben wird; eine Verdrahtungsschicht (328), die aus einem Aluminiummaterial besteht; und einen Barrierenmetallfilm (354), der aus einem Titanmaterial besteht,, wobei die Vorrichtung (1, 2, 301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz auf dem Substrat (22, 322) angeordnet ist und aus einer Ni-Fe-Serien-Legierung besteht; die Verdrahtungsschicht (328) beide Enden der Vorrichtung (301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz über den Barrierenmetallfilm (354) verbindet und ein Paar von Enden aufweist, welche auf einem Verbindungsabschnitt zwischen der Verdrahtungsschicht (328) und der Vorrichtung (301, 301A, 301B) mit magnetischer Impedanz angeordnet sind; und die Peripherieschaltung (312, 313, 314, 315) auf dem Substrat (322) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Ende der Verdrahtungsschicht (328) eine konische Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist: einen metallischen Film (351), wobei die Verdrahtungsschicht (328) beide Enden der Vorrichtung (301A, 301B) mit magnetischer Impedanz über den metallischen Film (351) verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, die weiterhin aufweist: einen Zwischenschicht-Isolationsfilm (352), wobei der Zwischenschicht-Isolationsfilm (352) zwischen der Vorrichtung (301B) mit magnetischer Impedanz und dem metallischen Film (351) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der metallische Film (351) aus einem Titanmaterial besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der metallische Film (351) aus einem Aluminiummaterial, Kupfermaterial, einem Gemisch aus Aluminium- und Titanmaterialien oder einem Gemisch aus Kupfer- und Titanmaterialien besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin aufweist: eine Spannungs-Entspannungsschicht (355), die zwischen dem Substrat (322) und der Vorrichtung (301, 301B) mit magnetischer Impedanz angeordnet ist, wobei die Spannungs-Entspannungsschicht (355) eine Spannung verringert, die in dem Substrat (322) in einem Fall in dem Substrat (322) erzeugt wird, in dem die Vorrichtung in einer Wärmebehandlung verarbeitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spannungs-Entspannungsschicht (355) aus einem Polyimid besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin einen Oxidationsschutzfilm (356) aufweist, der auf der Vorrichtung (301) mit magnetischer Impedanz angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Oxidationsschutzfilm (356) aus Siliziumoxiden, Siliziumnitriden oder einem Verbundfilm aus Siliziumoxiden und Siliziumnitriden besteht.