JP2007538386A - 改善されたパーマロイ・センサ - Google Patents

Abstract

高感度を有するパーマロイ・センサが提供される。基板及びセンサは、ウェーハ・レベル異方性を所与の方向に有する第１の表面を有する。個々のランナーのパーマロイ抵抗パターンは、センサが約９０°の異方性を有するべく当該個々のランナーのそれぞれの機械的長さ方向がウェーハ・レベル異方性に対して垂直であるように第１の表面に被着されている。パーマロイは、薄膜として被着され、そしてシリコン・ウェーハは、好適な基板である。

Description

本発明は、一般的に、磁気薄膜に関し、詳細には、低い磁界印加において増大した感度を有するパーマロイ薄膜に関する。

薄膜磁気デバイスは、ハード・ディスク駆動読出しヘッドのような記憶装置及び磁気センサの産業に対して非常に重要である。例えば、リング磁石のような低い磁界印加においては、機能は、検知することができる最低の磁界レベルにより制限される。

パーマロイの使用が良好であることが分かった１つの特定の技術は、米国特許Ｎｏ．６，２９７，６２８に示されるような磁気抵抗ブリッジ・アレイにある。その特許では、パーマロイ・ランナーは、共に所有されている米国特許Ｎｏ．５，６６７，８７９に示される通常の要領で形成される。

上記の参照した特許におけるパーマロイ・ランナーは、「容易」軸を用いるように形成される。従来技術においては、パーマロイ・ランナーは、その長さ方向がウェーハ・レベル異方性方向であるよう切断される。この軸は、「容易」軸と呼ばれる。容易軸は、ウェーハ・レベル異方性と一致している。対照的に、「困難」軸は、幅方向であり、そして容易軸に対して垂直であろう。しかしながら、上記の参照した特許に開示されているようなパーマロイ・ランナーは、容易軸であるウェーハ・レベル異方性に対して平行である。従って、これらパーマロイ・ランナーはその応用が、検知することができる磁界のレベルにより制限される。

従って、感度が増大したパーマロイ・センサを開発することができれば大きな利点となるだろう。別の利点は、サイズ又は電流消費を増大しないでそのような感度を改善することであろう。他の利点及び特徴は、以下で分かるであろう。

本発明は、センサとして用いることができる改善されたパーマロイ膜を提供する。本発明のパーマロイ膜は、著しく増大した感度を低い磁界で有し、従って、従来技術のデバイスを超えた、拡張された検知範囲を可能にする。

その最も単純な形態において、本発明は、ウェーハ・レベル異方性がランナーの長さ方向に対して垂直であるように形状異方性をウェーハ・レベル異方性に対して９０°回転させることによるセンサ膜の変更を含む。

本発明の膜の製造は、パーマロイ（公称８１％ＮｉのＮｉＦｅ）の被着がウェーハ・レベル異方性に対して垂直であることを除いて、標準のシリコン半導体処理技術を用いて行われる。スパッタ成膜されたパーマロイは、ウェーハ・レベル異方性が抵抗の機械的長さ方向に対して垂直であるようにフォトリソグラフィ・プロセス（写真食刻法）を用いて、その輪郭が描かれる。シリコンが、好適な基板であり、そしてパーマロイが、薄膜として被着されるのが好ましい。

本発明のより完全な理解のため、図面を参照する。

図面において、類似の参照番号（参照文字）は、幾つかの図面全体を通して同一又は対応する構成要素及びユニットを示す。

図１を参照すると、ウェーハは実際にはその上に数万個のオーダのパーマロイ被着部を有し、そして説明の目的のため唯の２つが示されていることを理解すべきである。スパッタリング技術において通常であるように、磁気パーマロイ粒子は、それら磁気パーマロイ粒子が基板上に永久磁石の使用により載るので、当該磁気パーマロイ粒子を整列させるようバイアスされる。従って、多くのパーマロイ抵抗は、一方向に被着され、そして整列されるであろう。また、抵抗が被着されたとき、全ての抵抗は、同じ一般的向き（配向）を有するであろう。図１は、専ら説明の目的のためのものである。

図１において、ウェーハ１１は、その上に被着された２つの異なるパーマロイ抵抗１５及び１７を有するよう示されている。実際には、パーマロイ抵抗の長さ対幅比は、１００のオーダ又はそれより大きく、そのため、両方のパーマロイ抵抗１５及び１７は、その幅より１００倍長い線が説明の目的にとって明瞭でなくなるので概略的に示されている。容易（イージー）軸ＥＡは、常に、抵抗の長さ方向であり、そのためパーマロイ抵抗１５は、矢印２５により示されるＥＡを有し、そしてパーマロイ抵抗１７は、矢印２７により示されるＥＡを有する。同様に、困難（ハード）軸ＨＡは、常に、幅方向であり、ＥＡの方向に対して垂直である。従って、パーマロイ抵抗１５は、矢印３５により示されるＨＡを有し、そしてパーマロイ抵抗１７は、矢印３７により示されるＨＡを有する。

ウェーハ自体は、図１において矢印２１により示されるウェーハ・レベル異方性（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）ＷＬＡを有する。矢印２５により示されるＥＡが矢印２１により示されるＷＬＡに対し平行であるとき、異方性は、互いに対して０°の角度と見られる。矢印２５は、矢印２１に対して平行である。これは、例えば、米国特許Ｎｏ．６，２９７，６２８に示される磁気抵抗ブリッジで用いられるパーマロイ抵抗の既知の形態を表す。感度は、特に、非常に低いガウスで、当該米国特許の発明の目的のため許容可能である。感度がまた、その発明の使用を非常に高い感度が必要でない環境に制限する。これは、パーマロイ抵抗の他の使用にとってもそうである。

本発明は、パーマロイ粒子をＷＬＡに対して垂直の方向に被着することによりパーマロイ抵抗の感度を実質的に改善する。これは、抵抗をＷＬＡに対して９０°にパターニングすることにより行われる。矢印２５により示されるＥＡが矢印２１に対して垂直であるとき、異方性は、互いに関して９０°の角度と見られる。これは、本発明を表し、それは、サイズ又は電流消費を増大しないで、同じ条件及び環境の下で著しく優秀な感度を有することが分かった。

互いに直角にパターニングされた抵抗を有する試験ウェーハが、作られ、そしてその結果の性能が、図２に示されている。

詳細には、ゼロから正及び負の範囲でガウスを変化させてウェーハをさらしたとき、デルタＲ／Ｒをパーセントで表した抵抗変化を測定した。実線４５は、０°の異方性を有する通常の抵抗を表す。点線４７は、９０°の異方性を有する本発明のウェーハを表す。ガウス変化が±５ガウスのように非常に小さい場合、実線４５は、デルタＲ／Ｒが約０．０９％であるように抵抗の変化が殆ど無いことを示しているのに対して、点線４７は、約０．１７％のデルタＲ／Ｒの変化を示し、ほぼ２倍の増大を示す。同様に、ガウス変化が±１０ガウスであるとき、点線４７が約０．９％のデルタＲ／Ｒであるのと比較して、実線４５は、だいたい０．３３％を少し超えたデルタＲ／Ｒを示す。本発明は、ここでは、従来技術より２から３倍大きい信号を生成するよう示されていて、従って本発明を非常に大きい感度を得る設計に組み込むことを可能にする。

本発明は、輪形磁石を含む様々な一般的磁気センサでの使用に極めて適している。

本発明の特定の実施形態が示されそして説明されたが、それらは、単なる例示であり、そして当業者は、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなしに、本明細書に記載された実施形態に対する変化及び変更を行い得る。そのような均等な変化及び変更は、本発明の範囲内に含まれることを意図しており、そして特許請求の範囲により規定される以外本発明を制限することを意図するものではない。

図１は、パーマロイの２つの異なるパターニングの可能性を示すウェーハの概略図である。 図２は、２つの異なるパーマロイ被着同士のグラフにより比較であり、本発明の改善された性能を示す。

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板上のセンサと、
   前記センサは、第１の表面を有し、前記第１の表面は、ウェーハ・レベル異方性を所与の方向に有し、
   前記センサが約９０°の異方性を有するべく個々のランナーの各機械的長さが前記ウェーハ・レベル異方性に対して垂直であるように前記第１の表面に被着されている前記個々のランナーのパーマロイ抵抗パターンと、
   を備える高感度を有するパーマロイ・センサ装置。
2. 前記のパーマロイは薄膜として被着されている、請求項１に記載のパーマロイ・センサ装置。
3. 前記基板はシリコン・ウェーハである、請求項２に記載のパーマロイ・センサ装置。
4. センサの本体を形成し、且つ第１の表面を有し、前記第１の表面がウェーハ・レベル異方性を所与の方向に有する、基板手段と、
   前記センサが約９０°の異方性を生じるように個々のランナーの各機械的長さが前記ウェーハ・レベル異方性に対して垂直であるような前記第１の表面に被着されている前記個々のランナーのパーマロイ抵抗パターンと、
   を備える高感度を有するパーマロイ・センサ。
5. 前記のパーマロイは薄膜として被着されている、請求項４に記載のパーマロイ・センサ。
6. 前記基板はシリコン・ウェーハである、請求項５に記載のパーマロイ・センサ。
7. 基板と、この基板上にウェーハ・レベル異方性を所与の方向に有する第１の表面を有するセンサとを設けるステップと、
   前記センサが約９０°の異方性を有するべく個々のランナーの各機械的長さが前記ウェーハ・レベル異方性に対して垂直であるようにパーマロイ抵抗パターンを前記第１の表面に被着するステップと、
   を含むパーマロイ・センサを形成する方法。
8. 前記のパーマロイは薄膜として被着されている、請求項７記載の方法。
9. 前記基板はシリコン・ウェーハである、請求項８記載の方法。

Images