JP2013518273A - 集積磁力計およびその製造プロセス - Google Patents
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Abstract
略平坦な基板の上面と称される一表面上に蒸着される複数の多層磁気抵抗センサを備える集積磁力計であって、基板の前記上面は複数の傾斜面を備えた少なくとも１つの空洞または隆起を有することと、４つの前記傾斜面上には異なる、かつ対で互いに反対の方向性を有する少なくとも４つの前記磁気抵抗センサが配置され、各センサはそのセンサが配置される面に対して平行な外部磁場の一成分に感応することを特徴とする集積磁力計。このような磁力計の製造プロセス。
【選択図】図７
【選択図】図７
Description
本発明は２つまたは３つの軸を有する集積磁力計に関し、かつその製造方法にも関する。
先行技術では、巨大磁気抵抗効果またはトンネル磁気抵抗効果を利用して多層磁気抵抗センサを基礎とする集積磁力計を製造することが知られている。例えば、下記の論文を参照することができる。
・Ｍ．Ｈｅｈｎ，Ｆ．Ｍｏｎｔａｉｇｎｅ ａｎｄ Ａ．Ｓｃｈｕｈｌ“Ｍａｇｎeｔｏｒeｓｉｓｔａｎｃｅ ｇeａｎｔｅ ｅｔ eｌｅｃｔｒｏｎｉｑｕｅ ｄｅ ｓｐｉｎ”，［Ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｓｐｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ］，Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅ ｌ’Ｉｎｇeｎｉｅｕｒ，Ｅ ２ １３５，Ｃｈａｐｔｅｒｓ １ ａｎｄ ２
・Ｊ．Ｄａｕｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．“Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｕｓｉｎｇ ＧＭＲ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．６，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９４
・Ｍ．Ｔｏｎｄｒａ ｅｔ ａｌ．“Ｐｉｃｏｔｅｓｌａ ｆｉｅｌｄ ｓｅｎｓｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ｓｐｉｎ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．８３，Ｎｏ．１１，ｐｐ．６６８８-６６９０，Ｊｕｎｅ １，１９９８
このような磁気抵抗センサは、例えばシリコン製である平面基板上に蒸着される薄膜の積重ねで構成される。
・Ｍ．Ｈｅｈｎ，Ｆ．Ｍｏｎｔａｉｇｎｅ ａｎｄ Ａ．Ｓｃｈｕｈｌ“Ｍａｇｎeｔｏｒeｓｉｓｔａｎｃｅ ｇeａｎｔｅ ｅｔ eｌｅｃｔｒｏｎｉｑｕｅ ｄｅ ｓｐｉｎ”，［Ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｓｐｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ］，Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅ ｌ’Ｉｎｇeｎｉｅｕｒ，Ｅ ２ １３５，Ｃｈａｐｔｅｒｓ １ ａｎｄ ２
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このような磁気抵抗センサは、例えばシリコン製である平面基板上に蒸着される薄膜の積重ねで構成される。
より精確には、かつ図１Ａに示されているように、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）磁気抵抗センサは、ナノメートル級の厚さである例えば銅製の金属層ＣＭＥＴによって離隔される例えばコバルト製である２つの磁気層ＣＭ１およびＣＭ２で構成される。底層ＣＭ２は、その磁化（磁気モーメント）Ｍ２が任意の外部磁場に対して（それが強すぎないと言う条件で）不感受性にされることから「硬質」であると言われ、一方で上層ＣＭ１は、その磁気モーメントＭ１が中程度の強度の外部磁場によって変更され得ることから「軟質」であると言われる。「硬質」層の磁化は、これを、遮断層ＣＢと称される反強磁性層上に蒸着することによって達成される。「軟質」層の磁化は、キュリー点を超える温度までアニールし、続いて適切な方向を有する磁場の存在下で冷却することによって達成される。
層ＣＭ１および層ＣＭ２に対して平行に測定されるこの構造体の電気抵抗は、Ｍ１とＭ２との間の角θの余弦に依存する。線形応答を得るために、Ｍ１およびＭ２は、概して外部磁場の不在下において互いに垂直であるように選ばれる。
図１の構造体へ外部磁場Ｂが印加されると、「軟質」層の磁気モーメントＭ１は回転し、角θが変わる。最初のうちは、磁場ＢのＭ１に対して垂直でありかつ層の平面に置かれる成分のみが、センサの方向性に作用する。言い替えれば、２つの磁化Ｍ１およびＭ２が磁場の不在下において垂直である場合、センサは、磁場の、その「硬質」層の磁化方向Ｍ２に配向される成分に対してのみ感応する。
ＧＭＲセンサでは、電流は、層の平面に対して平行に流れる。必然的に、このようなセンサは、その両端に電極ＥＬを有する狭くかつ細長いストリップの形状になる（図１Ｂ）。
第２のタイプのセンサである、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサも同じく、例えばＣｏ、ＦｅまたはＣｏＦｅである導電性の強磁性体による２層ＥＦ１およびＥＦ２で構成され、これらの強磁性体は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の絶縁体である細層ＣＩによって離隔される、かつ典型的には０．８ナノメートル（ｎｍ）から５ｎｍまでの範囲内の厚さを呈する「電極」で同一である場合も、異なる場合もある。ＧＭＲセンサの場合と同様に、底部電極ＥＦ２の磁化は一定であるのに対して、上部電極のそれは外部磁場によって変更される場合がある。トンネル効果によって電子が絶縁バリアを横断する確率、しいてはトンネル接合ＪＴの抵抗は、２つの磁気層の磁化間の角θの余弦に依存する。ＧＭＲセンサと同様に、層ＥＦ１および層ＥＦ２の磁化が磁場の不在下において垂直である場合、ＴＭＲセンサは磁場の、その「硬質」電極の磁化方向に沿って配向される成分に対してのみ感応する。
ＴＭＲセンサでは、電流は、層の平面に対して垂直に流れる。必然的に、このようなセンサは、図２に示されているように、層ＣＩにより離隔された強磁性電極ＥＦ１およびＥＦ２で構成される２つのストリップが交差する形式である。
磁気抵抗センサでは、それがＧＭＲ型であるか、ＴＭＲ型であるかに関わらず、オフセットを除去する、即ち磁場とは独立している抵抗成分を除去するという問題が生じている。このオフセットは大きく、かつ温度に依存する。
このオフセットを除去するための第１の可能性は、図３Ａに示されているように、共通の基板上で互いに平行する感度軸を有する４つの同一センサＲ１、Ｒ１’、Ｒ２、Ｒ２’を結合することに存する。これらの４つのセンサは、第１のアームがセンサＲ１およびＲ２で形成されかつ第２のアームがセンサＲ１’およびＲ２’で形成されるホイートストンブリッジを形成するように接続される。２つの異なるアームに属し、かつホイートストンブリッジにおいて対向する位置を占有する（即ち、互いに直に接続されていない）センサＲ２およびＲ２’は、軟質の強磁性合金製の磁気遮蔽ＢＭによって覆われる。その結果、Ｒ１およびＲ１’の抵抗のみが外部磁場に依存する。ブリッジの点Ｃおよび点Ｄが電流源へ接続されれば、点Ａおよび点Ｂ間の電位差はｃｏｓ（θ）に比例し、しいては測定されることが可能な外部磁場の成分に比例する。４つのセンサが全て同一であることは不可欠ではなく、Ｒ１およびＲ１’の抵抗が互いに等しく、かつＲ２およびＲ２’も同様であり、かつ４つのセンサ全てのオフセットが同じ温度依存性を呈することで足りる。
図３Ｂに示されているように、オフセットを除去するための第２のソリューションは、所定の磁場成分に対して反対符号の応答（矢印ＡＲ、ＡＲ’）を呈する２つの同一センサＲおよびＲ’間の抵抗の差分測定を実行することを含有する。このタイプの２つのセンサは、反対の磁化を有する「硬質」層を呈する場合がある。これは、様々な方法で、かつ具体的には下記の方法で達成される場合がある。
・ 基板上へ、磁場を異なる方向へ局部的に印加することを可能にする電線路のアレイを組み入れること、または、
・ 人工反強磁性磁石（ＡＡＦ）として知られる特殊な多層構造体上にセンサのうちの１つを蒸着すること。これは次に、遮蔽層上に蒸着される。ＡＡＦ構造体は、間に反強磁性カップリングを誘発する金属スペーサによって分離される２つの磁気層によって構成される。このカップリングに起因して、２層の磁化は常に反平行配列のままであり、よって、センサの「硬質」層は、遮断層の磁気モーメントとは反対の方向に分極される。
・ 基板上へ、磁場を異なる方向へ局部的に印加することを可能にする電線路のアレイを組み入れること、または、
・ 人工反強磁性磁石（ＡＡＦ）として知られる特殊な多層構造体上にセンサのうちの１つを蒸着すること。これは次に、遮蔽層上に蒸着される。ＡＡＦ構造体は、間に反強磁性カップリングを誘発する金属スペーサによって分離される２つの磁気層によって構成される。このカップリングに起因して、２層の磁化は常に反平行配列のままであり、よって、センサの「硬質」層は、遮断層の磁気モーメントとは反対の方向に分極される。
図４は、ＡＡＦを含むセンサの断面図である。ＧＭＲセンサにＡＡＦ構造体を使用することは、この構造体がセンサの導電性を高め、故にその感度を下げることに起因して困難である。この問題は、ＴＭＲセンサでは発生しない。
先行技術は、３軸を有する集積磁力計の製造を可能にはせず、平面基板上に蒸着される磁気抵抗センサは、せいぜい、基板平面上への外部磁場の投影の２成分を測定することができるだけである。先行技術において、３軸磁力計は概して、共平面ではない少なくとも２つの基板を用いてハイブリッド形式で製造される。その結果生じるデバイスは、製造価格が高く、嵩高くかつ壊れやすいもの、かつとりわけ、磁力計の組み立てに付随する系統的誤差によって制限される精度を呈するものになる。
１つまたは２つの軸を有する磁力計を製造することは可能であるが、先に説明したように、オフセットを除去するために比較的複雑な技術を実装することが要求される。
米国特許出願公開第２００９／０２７０４８号明細書および米国特許出願公開第２００８／１６９８０７号明細書は、基板の平面上に異なる２つの方向性で蒸着される磁気抵抗センサ、並びに前記平面に溝をエッチングして達成される傾斜面上に蒸着される他のセンサを有する集積型３軸磁力計について記述している。平面上に蒸着されるセンサは、磁場を２つの次元で測定する働きをし、一方で溝の傾斜面に蒸着されるセンサは、第３の次元へアクセスできるようにする。オフセットを除去するという問題はそのまま存在し、オフセットのドリフトについても事情は同じである。
本発明は、先行技術における上述の欠点を克服しようとするものである。
この目的を達成できるようにする本発明の一態様は、請求項１に記載された、略平坦である基板の「上」面上に蒸着される複数の多層磁気抵抗センサを備える集積磁力計であり、本磁力計は、
・ 基板の前記上面は、複数の傾斜面を有する少なくとも１つの空洞または突起を呈することと、
・ 前記磁気抵抗センサのうちの少なくとも４つは、異なる、かつ対で対向する方向性を呈する前記傾斜面のうちの４面上に蒸着され、各センサは、それが蒸着される面に対して平行である外部磁場成分に感応すること、を特徴とする。
・ 基板の前記上面は、複数の傾斜面を有する少なくとも１つの空洞または突起を呈することと、
・ 前記磁気抵抗センサのうちの少なくとも４つは、異なる、かつ対で対向する方向性を呈する前記傾斜面のうちの４面上に蒸着され、各センサは、それが蒸着される面に対して平行である外部磁場成分に感応すること、を特徴とする。
本発明による磁力計の効果的な実施形態は、従属クレームの発明対象を構成している。
本発明の別の態様は、先に述べたような磁力計を製造する方法であって、本方法は、
・ 前記基板の前記上面内に、またはその上に前記または各空洞または突起を製造する第１のステップと、
・ 前記多層磁気抵抗センサを連続的な蒸着動作およびリソグラフィ動作によって製造する第２のステップと、
・ こうして製造されるセンサの感度軸を決定するために、外部磁場の印加によってアニールする第３のステップと、を含む。
・ 前記基板の前記上面内に、またはその上に前記または各空洞または突起を製造する第１のステップと、
・ 前記多層磁気抵抗センサを連続的な蒸着動作およびリソグラフィ動作によって製造する第２のステップと、
・ こうして製造されるセンサの感度軸を決定するために、外部磁場の印加によってアニールする第３のステップと、を含む。
本方法の具体的な実装において、
・ 前記第１のステップは、前記基板の異方性エッチングによって実装されてもよく、よって前記基板は単結晶性でなければならず、
・ 前記第２のステップは、前記基板の表面上に均一な樹脂層を蒸着する少なくとも１つの動作を含んでもよく、前記または各蒸着動作は、前記樹脂をスプレーコートする、または気化することによって実行される。
・ 前記第１のステップは、前記基板の異方性エッチングによって実装されてもよく、よって前記基板は単結晶性でなければならず、
・ 前記第２のステップは、前記基板の表面上に均一な樹脂層を蒸着する少なくとも１つの動作を含んでもよく、前記または各蒸着動作は、前記樹脂をスプレーコートする、または気化することによって実行される。
本発明の他の特徴、詳細および優位点は、例として示される添付の図面を参照して行う以下の説明を読めば明らかとなるであろう。
図５Ａおよび図５Ｂは、結晶平面１００に対応する表面の単結晶シリコン基板Ｓの異方性エッチングによって製造された角錐台形式である突起Ｐの一面に蒸着された単一のＧＭＲ型磁気抵抗センサＲ１に関連している。このような状態下では、角錐の４面は平面１１１に対応し、かつこれらの平面は基板の表面に対して角度θ＝５４．７゜で傾斜されている。このタイプの隆起−および同様に角錐台形状である空洞の製造については、論文Ｃｈｉｉ‐Ｒｏｎｇ Ｙａｎｇ ｅｔ ａｌ．“Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｓｉｌｉｃｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ−ａｄｄｅｄ ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ”，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｏｒｅｎｇ．１５，２０２８（２００５）に記述されている。
本図において、Ｍ１はＲ１の（軟質）感応層の磁気モーメントを表し、Ｍ２は硬質層の磁気モーメントを表し、ＡＲ１は、Ｍ２に平行するセンサの検出軸を表す。基板Ｓの表面は、ｘｙ平面に対して平行であり、かつｚ軸に対して垂直である。Ｂｘ、ＢｙおよびＢｚは各々、測定されるべき外部磁場の軸ｘ、ｙおよびｚに沿った成分である。
既知の電流は、センサＲ１を通ってｙ軸に平行する方向へ流れ、その終端に渡って測定される電圧Ｖ１は、ＢｘおよびＢｚの関数である、但しＢｙの関数ではないその抵抗を決定する働きをする。センサの線形応答限度内で、その出力信号は、
によって与えられる。但し、Ｓはセンサの感度であり、Ｖ０はそのオフセット、即ち磁場の不在下におけるその出力電圧である。
そのオフセットに起因して、図５のデバイスに対する注目度は、電圧測定値を磁場成分の値に関連づけることが困難であるために限定的である。
図６は、角錐Ｐの反対側の２面上に２つの同一センサＲ１およびＲ３が蒸着されるデバイスを示す。出力信号Ｖ１およびＶ２は、Ｂｘ、即ち、
を決定できるようにして、オフセットＶ０の除去を可能にする。
これに対して、成分Ｂｚの測定は下記のようにオフセットに依存する。
成分Ｂｚの測定に影響するオフセットを除去するためには、センサＲ１およびＲ３を上述の図３に示されているタイプのホイートストンブリッジに取り付けられる４センサのうちの２セットで置換することが可能である。ある変形例では、これらのセンサを、先に説明したような平行する感度軸および反対の感度Ｓを有するセンサ対で置換することが可能である。
図７は、本発明の一実施形態におけるデバイスを示し、角錐Ｐの４面上に４つの同一センサＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４が蒸着され、これらの感度軸ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３およびＡＲ４は角錐の先端方向へ向いている。この磁力計は、下記のようにＢｘおよびＢｙを決定できるようにし、よって「コンパス」が規定される。
探索されるものがｘｙ平面における磁場の方向性のみであれば、感度Ｓを求める必要はない。
図６の場合と同様に、Ｂｚを測定するためには、センサＲ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４を、図３に示されているタイプのホイートストンブリッジ回路で、または平行する感度軸および反対の感度Ｓを有するセンサ対で置換することが必要である。
図８は、本発明の別の実施形態におけるデバイスを示し、反対方向の２面上に蒸着されるセンサが、同一の個々のセンサ対Ｒ１、Ｒ１’およびＲ３、Ｒ３’を形成するように二重にされる点において第１の実施形態とは異なる。４つの個々のセンサは、図示されているようにホイートストンブリッジ式に接続される。電圧ＶＡＢはＢｘに正比例し、よって、もはや測定される電圧信号の成分Ｖ０を増幅しかつ恐らくはデジタルフォーマットに変換する必要がないことから、測定値を処理しかつダイナミックレンジの増大を有効化するための電子機器が単純化される。
また、ブリッジ構造体は、突起Ｐの他の２面上にも実装されてもよく、磁場の成分Ｂｙを示す信号へのアクセスが与えられる。
図９は、本発明のさらに別の実施形態におけるデバイスを示し、センサＲ２およびＲ４が感度を逆にする個々のＡＡＦ構造体を含む（矢印ＡＲ２およびＡＲ４は角錐Ｐの先端から離れる方向を指す）点においてのみ図７のデバイスと異なる。磁場の３成分は、次式によって与えられる。
これは、オフセットＶ０が完全に除去されていることを意味する。
図９に示されているタイプの磁力計を製造するために、ＡＡＦ構造体を蒸着する間にセンサＲ１およびＲ３が蒸着されるべき領域をマスキングすることで足りる。先に説明したように、このソリューションは、ＧＭＲセンサよりもＴＭＲセンサ（図９に示されている）に適している。先に説明したように、ＡＡＦ構造体の使用に代わるものも存在し、そのためには、磁場を異なる方向へ局所的に印加できるように基板上へ電線路のアレイを製造することで足りる。
本発明の磁力計の感度を高めるためには、磁気抵抗センサを搭載する傾斜面上へ磁束集中器ＣＦを設けることが可能である。各磁束集中器は、台形形状を呈しかつそれらのショートベースを介して互いに面する高透磁率の軟質磁性体（例えば、パーマロイ）の２つの平坦な部分によって構成され、これらの高さは磁気抵抗センサの感度軸に対して平行である（よって、角錐のベース方向へ延びる）。これらの２つの部分は、磁場の磁束線を、センサが位置決めされる場所であるそれらのスモールベース間領域に集中させる。図１２には、この変形例が示されている。
図１３Ａおよび図１３Ｂは、先に述べたような複数（具体的には４つ）の個々の磁力計ＭＭ１−ＭＭ４で構成される「複雑な」磁力計を示し、この場合、対応するセンサ−即ち、互いに平行する感度軸を有するセンサが互いに直列に接続されている。これは、信号対雑音比を高めることを可能にし、ＴＭＲセンサが使用される場合、これはトンネル接合が崩壊する危険性も減らす。個々の磁力計は、同じ磁場を受けるために、互いに（数ミリメートル以下、恐らくは１ミリメートル以下で）直近して配列されなければならない。図１３Ａは、これをさらに読み取りやすくするために、個々の磁力計の１センサだけが他の磁力計の対応するセンサに直列に接続されている単純化した構成を示しているが、図１３Ｂは、個々の磁力計の４分岐が直列接続に加わった構成を示している。当然ながら、個々の磁力計の数は４つ以外である可能性もあり、個々の磁力計は必ずしも整列している必要はなく、例示として、行列式に配列される可能性もある。
本発明に関するこれまでの説明は、互いに同一であるセンサの使用を基礎とする実施形態を参照したものである（反対符号の感度Ｓについては、存在するにしても無視している）。これは必須の限定ではなく、異なる複数の磁気抵抗センサで構成される磁力計は本発明の範囲から除外されるものではない。しかしながら、系統的誤差を最小限に抑えることを可能にするという理由で、同一のセンサを用いることが好ましい。様々なセンサはモノリシックに集積され、これにより具体的には、これらの特徴が略同一であることの保証を可能にすることが効果的である。同じ目的で、センサは互いに直近して配置されることが好ましく、典型的には、本発明の所定の磁力計のセンサは全て半径１ミリメートル以下の範囲内に存在すべきであり、かつ好ましくは半径１００マイクロメートル以下、より好ましくは５０マイクロメートル以下の範囲内に存在すべきである。
本発明に関するこれまでの説明は、角錐形状である空洞または突起の使用を基礎とする実施形態を参照したものである。しかしながら、これは必須の限定ではなく、少なくとも４つの磁気抵抗センサが、互いに異なる方向性を呈しかつ対として反対向きである４つの傾斜面上に蒸着されること、またはより一般的には配列されることが重要である。場合により先端を切ったような形の角錐は、この条件を満たす４面を提供する。ある変形例では、平行ではない（かつ好ましくは垂直である）、例えば山形を形成する２つのＶ字形の溝を利用することが可能である。
図１０は、ｚ軸に沿って感応する片持ち梁でマイクロ電気機械式加速度計ＡＭと共に集積された、図９に示されているタイプの磁力計ＭＭを示す立面図である。デバイスが休止状態にあるとき、加速度計は、ｚ軸に沿った重力ｇに起因する加速成分を測定し、よって、前記軸の垂直線に対する傾斜角の決定を可能にする。これは、局所的垂直線に対して平行かつ垂直である磁場Ｂの成分を決定することを可能にする。当然ながら、１軸または３軸を有する異なるタイプの加速度計が使用される可能性もある。
本発明の磁力計は、概して、超小型電子技術では従来的な技法を用いて基板Ｓ上に蒸着される導体線によって電子プロセッサ回路へ接続される。デジタル、アナログまたはデジタル／アナログ混合タイプであってもよいこの回路は、抵抗測定を実行し、かつ磁場の探索成分を決定するためにこれらの測定結果を処理する働きをする。効果的には、この回路は基板Ｓ上に集積されてもよい。
図１１Ａ−図１１Ｄは、本発明の磁力計を製造するための本発明方法の異なるステップを示す詳細線図である。
第１のステップは、５４．７゜で傾斜されるより稠密な平面１１１を暴露するための、化学エッチングによるシリコン表面１００の異方性化学エッチングである。図１１Ａは、基板のその表面を化学的にエッチングできるように樹脂内に開口が形成された状態である、樹脂層ＲＬで覆われた基板Ｓを示す。図１１Ｂは、異方性エッチング動作の終わりに達成されかつ樹脂が除去された後の角錐台形状を有する空洞ＣＰを示す。ある変形例では、同じ形状を有する突起を、正方形または長方形形状の領域を除くあらゆる場所の樹脂を除去することによって達成することが可能である。このステップは技術上既知であり、かつ具体的には、Ｃｈｉｉ−Ｒｏｎｇ Ｙａｎｇ他による先述の論文に記述されている。
第２のステップは、複数の磁気抵抗センサを製造し、かつ従来的な蒸着およびリソグラフィ動作を用いてこれらを電気的に接続することである。ある困難さは、リソグラフィ動作では、空洞または突起の傾斜面に均一な樹脂層を蒸着することが要求される、という事実によって表される。従来のスピンコーティング技術は、傾斜面を暴露されたままにすることから不適である。しかしながら、傾斜面上であっても均一な樹脂層を製造できるようにするスプレーコーティング技術または樹脂気化技術も存在している。例えば、下記の刊行物を参照することもできる。
Ｎｇａ Ｐ Ｐｈａｍ ｅｔ ａｌ．“Ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｆｏｒ ｐａｔｔｅｒｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｎ ｈｉｇｈ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｓｕｒｆａｃｅｓ”，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．１５（２００５）６９１‐６９７
Ｖｉｊａｖ Ｋｕｍａｒ Ｓｉｎｇｈ “Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｏｎ ｔｈｒｅｅ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｆａｓｔ ｆｌｏｗ ｉｎ ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ”Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．１５（２００５）２３３９‐２３４５
Ｔ．Ｉｋｅｈａｒａ，Ｒ．Ｍａｅｄａ“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｉｄｅｗａｌｌ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ｄｅｅｐ ＲＩＥ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ”，Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１２（２００５）９８-１０３
図１１Ｃは、スプレーコーティングによって蒸着された樹脂層ＲＬ’を示す。
Ｎｇａ Ｐ Ｐｈａｍ ｅｔ ａｌ．“Ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｆｏｒ ｐａｔｔｅｒｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｏｎ ｈｉｇｈ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ｓｕｒｆａｃｅｓ”，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．１５（２００５）６９１‐６９７
Ｖｉｊａｖ Ｋｕｍａｒ Ｓｉｎｇｈ “Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｏｎ ｔｈｒｅｅ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｆａｓｔ ｆｌｏｗ ｉｎ ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ”Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．１５（２００５）２３３９‐２３４５
Ｔ．Ｉｋｅｈａｒａ，Ｒ．Ｍａｅｄａ“Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｉｄｅｗａｌｌ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ｄｅｅｐ ＲＩＥ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ”，Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１２（２００５）９８-１０３
図１１Ｃは、スプレーコーティングによって蒸着された樹脂層ＲＬ’を示す。
外部磁場ＢＲの存在下で実行されるアニールは、遮断層および「軟質」層を分極するためにセンサの製造後または製造中に実行される（図１１Ｄ）。
Claims (16)
- 略平坦な基板（２）の上面上に蒸着される複数の多層磁気抵抗センサ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）を備える集積磁力計であって、
・ 前記基板の前記上面は、複数の傾斜面を有する少なくとも１つの空洞または突起（Ｐ、ＣＰ）を提供することと、
・ 前記傾斜面のうちの４面上には、前記複数の磁気抵抗センサのうちの少なくとも４つが、異なる、かつ対で反対側の方向性を呈して蒸着され、各センサは、前記各センサが蒸着される面に平行する外部磁場成分に感応することとを特徴とする集積磁力計。 - 前記基板は単結晶タイプであって、具体的にはシリコンタイプであり、前記傾斜面は前記基板の結晶平面に対応する、請求項１に記載の集積磁力計。
- 前記または各空洞または突起は、正方形または長方形であるベースを有する角錐または角錐台の形状を呈する、請求項１から請求項２のいずれか一項に記載の集積磁力計。
- 前記センサの感度軸（ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ４）は前記角錐の先端へ向けて、または前記先端から離れて方向づけられる、請求項３に記載の磁力計。
- 前記センサは各々２つの同一の個別センサによって構成され、かつ反対の方向性を呈する面上に蒸着される個々のセンサはホイートストンブリッジ回路内に接続される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁力計。
- 前記複数のセンサは同一である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の磁力計。
- 前記複数のセンサは、反対側の２面に設置されるセンサが反対符号の感度を呈することを除いて同一である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の磁力計。
- 前記センサの各々は、ホイートストンブリッジ内に接続される４つの同一の個別センサによって構成され、前記ホイートストンブリッジにおいて反対側の位置を占有する前記個別センサのうちの２センサを覆って磁気遮蔽（ＢＭ）が蒸着される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の磁力計。
- 前記センサの各々は、反対符号の感度を呈することを除いて同一である２つの個別センサ（Ｒ、Ｒ’）によって構成される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の磁力計。
- 前記多層磁気抵抗センサは、
・ 巨大磁気抵抗センサ、および、
・ トンネル磁気抵抗センサ、
から選択される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の磁力計。 - 前記基板上には、マイクロ電気機械式である少なくとも１つの加速度計（ＡＭ）が集積される、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の磁力計。
- 前記傾斜面上に配置される磁気抵抗センサを排他的に備える、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の磁力計。
- 前記磁気抵抗センサは、半径１ミリメートル以下の範囲内、好ましくは半径１００マイクロメートル以下の範囲内に配列される、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の磁力計。
- 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の磁力計を製造するための製造方法であって、
・ 前記基板の前記上面内に、または前記上面上に前記または各空洞または突起を製造する第１のステップと、
・ 前記多層磁気抵抗センサを連続的な蒸着動作およびリソグラフィ動作によって製造する第２のステップと、
・ こうして製造されるセンサの感度軸を決定するために、外部磁場の印加によってアニールする第３のステップと、を含む製造方法。 - 前記第１のステップは前記基板の異方性エッチングによって実装され、前記基板は単結晶性である、請求項１４に記載の製造方法。
- 前記第２のステップは、前記基板の表面上に均一な樹脂層（ＲＬ’）を蒸着する少なくとも１つの動作を含み、前記または各蒸着動作は前記樹脂をスプレーコートまたは気化することによって実行される、請求項１４または請求項１５に記載の製造方法。
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