JP2017516987A - モノリシック三軸リニア磁気センサ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1)X,Y二軸磁気センサ及びZ単軸磁気センサは、取り付け前はディスクリート素子であるので、一体化された三軸磁気センサの製造を実施することができず、これにより、製造プロセスの複雑さが増大する。
2)一体化された製造方法と比較して、ディスクリート素子を組み立てることによって製造される三軸磁気センサの素子の位置精度は低下するので、センサの測定精度が悪化する。
3)Z単軸磁気センサのセンシング軸は、X、Y二軸磁気センサ平面に垂直であるので、三軸磁気センサのZ方向の寸法が増大し、これにより、デバイスのサイズ及びパッケージングの困難性が増加する。
ために二重アニーリングを行うことを含む。欧州特許第2267470B1号明細書にも、傾斜面を形成するように基板がエッチングされ、かつ、Z軸方向の磁場成分測定用のセンサユニットが傾斜面に製造される、三軸センサの製造方法が開示されている。いずれの実施でもエッチングされた傾斜面の角度を制御することは大変であり、かつ、傾斜面に磁気抵抗材料薄膜を堆積することには困難であるため、実際には、これらは実施されていない。加えて、EVERSPIN TECHNOLOGIES社の発明の名称が「単一チップ三軸磁場センサのプロセスの一体化」である中国特許出願第102918413号明細書でも、三軸磁場を一体化する方法が開示されているが、ここでは、底部及び側部を有する第一及び第二の複数のトレンチを第一の誘電体層内にエッチングし、前記第一の複数のトレンチの各々の少なくとも側部に高透磁率の第一の材料を堆積させ、前記第一の複数のトレンチに第二の材料を堆積させ、かつ、前記第二の複数のトレンチに第三の導電性材料を堆積させ、前記第一の誘電体層と前記第一及び第二の複数のトレンチとに第二の誘電体層を堆積させ、前記第二の誘電体層をとおって前記第二のトレンチの第一の部分の前記第三の材料まで到達する第一の複数の導電性チャネルを形成し、前記第一の複数のトレンチの側部に隣接して位置する前記第二の誘電体層にそれぞれが前記第一の複数のチャネルの一つに電気的に結合されている第一の複数の薄膜磁気抵抗磁場センサ素子を形成し、前記第二の誘電体層及び前記第一の複数の薄膜磁気抵抗磁場センサ素子に第三の誘電体層を堆積させる。この方法は、相対的に複雑であり、かつ、作業プロセスを制御することは容易ではない。従来技術では、三軸磁気センサは、磁束コンセントレータを用いることによって形成されることもできるが、その磁気抵抗素子の固定層の磁化方向が同じ方向に整列しておらず、その実施は相対的に困難である。
それぞれがX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のそれぞれの磁場成分を検知するために、電気的に相互接続される一以上の同一の磁気抵抗センシング素子を含む、X軸センサ、Y軸センサ及びZ軸センサが一体化されたXY平面内にある基板を含み、
前記X軸センサは、参照ブリッジ及び少なくとも二つのX強磁性磁束ガイドを含み、前記参照ブリッジの参照アーム及びセンシングアームが交互に配列され、かつ、各々が電気的に相互接続される一以上の同一の前記磁気抵抗センシング素子を含み、前記参照アームの前記磁気抵抗センシング素子は、前記X強磁性磁束ガイドの上方又は下方に配置され、かつ、参照素子列を形成するように前記X強磁性磁束ガイドの長さ方向に沿って配列され、
前記センシングアームの前記磁気抵抗センシング素子は、隣接する二つの前記X強磁性磁束ガイド間の隙間に配置され、かつ、センシング素子列を形成するように前記X強磁性磁束ガイドの長さ方向に沿って配列され、
前記Y軸センサはプッシュプルブリッジを含み、前記プッシュプルブリッジのそれぞれのプッシュアーム及びプルアームは、それらの上に少なくとも二つのY強磁性磁束ガイドが対応して設けられ、前記プッシュアーム及び前記プルアームは、交互に配列され、かつ、各々が電気的に相互接続される一以上の同一の前記磁気抵抗センシング素子を含み、前記磁気抵抗センシング素子は各々が隣接する二つの前記Y強磁性磁束ガイド間の隙間に配置され、
前記Z軸センサはプッシュプルブリッジ及び少なくとも一つのZ強磁性磁束ガイドを含み、前記プッシュプルブリッジのプッシュアーム及びプルアームが交互に配列され、かつ、各々が電気的に相互接続される一以上の同一の前記磁気抵抗センシング素子を含み、前記プッシュアーム及び前記プルアームの前記磁気抵抗センシング素子は、それぞれ前記Z強磁性磁束ガイドの底部又は上部の両側に配置され、かつ、前記Z強磁性磁束ガイドの長さ方向に沿って配列され、
前記X軸センサ、前記Y軸センサ及び前記Z軸センサにおける全ての前記磁気抵抗センシング素子の固定層の磁化方向は、全て同一であり、かつ、強磁性磁束ガイドが存在しない場合は、全ての前記磁気抵抗センシング素子のセンシング方向がX軸方向であり、
前記X軸、前記Y軸及び前記Z軸は相互に対ごとに直交する。
きい。
(1)ウェハに磁気抵抗材料薄膜積層を堆積させ、かつ、磁場中の熱アニールによって前記磁気抵抗材料薄膜積層に、固定層の磁化方向、前記固定層の磁気特性、自由層の磁気特性、及び、トンネル接合の電気特性を設定するステップと、
(2)下部電極を構築し、かつ、同時に前記磁気抵抗材料薄膜積層のX軸センサ、Y軸センサ及びZ軸センサの磁気抵抗センシング素子を構築するステップと、
(3)前記磁気抵抗センシング素子の上方に絶縁層Iを堆積させ、かつ、前記絶縁層Iに前記磁気抵抗センシング素子用の電気的接続チャネルを提供するビアを形成するステップと、
(4) 前記ビアの上方に上部金属層を堆積させ、前記上部金属層に上部電極を構築し、かつ前記素子間の配線を行うステップと、
(5)前記上部金属層の上方に絶縁層IIを堆積させてから、前記絶縁層IIの上方に軟強磁性合金材料層を堆積させ、かつ、同時に前記軟強磁性合金材料層にX強磁性磁束ガイド、Y強磁性磁束ガイド及びZ強磁性磁束ガイドを構築するステップと、
(6)同時に前記X強磁性磁束ガイド、前記Y強磁性磁束ガイド及び前記Z強磁性磁束ガイドの全ての上方にパッシベーション層を堆積させ、前記下部電極及び前記上部電極に対応する位置で前記パッシベーション層及び開口ビアをエッチングし、かつ、外部接続されるボンディングパッドを形成するステップと、
を含む、モノリシック三軸リニア磁気センサの製造方法を提供する。
度が前記TB1よりも低いTB2である第二の反強磁性材料を用いることによってバイアスがかけられ、前記磁場中で行われる熱アニーリングは、まず、前記TB1よりも高い温度T1で磁場中で前記ウェハをアニーリングするステップと、次に、前記TB1よりも低くTB2よりも高い温度T2に磁場中で冷却するステップと、前記ウェハの温度が前記T2まで冷却された後に前記ウェハ又は外部磁場の方向を90度回転させるステップと、それから、前記TB2よりも低い温度T3まで前記ウェハを冷却してから前記外部磁場を除去するステップと、最後に、前記ウェハを常温まで冷却するステップとを含む、二ステップの熱磁気アニーリングである。
図1は、XY平面内の本発明のモノリシック三軸リニア磁気センサの概略構造図である。本センサは、基板1を含み、かつ、基板1は、その上に、X軸センサ3、Y軸センサ4、Z軸センサ5、及び、入出力用の複数のボンディングパッド2が一体化されている。X軸センサ3は、センシング素子列11、参照素子列12、及び、X強磁性磁束ガイド8を含み、参照素子列12はX強磁性磁束ガイド8の下方に配置され、かつ、センシング素子列11はX強磁性磁束ガイド8の隣接する二つの間の間隙に配置される。センシング素子列11及び参照素子列12は、それぞれ、電気的に接続される一以上の同一の磁気抵抗センシング素子によって形成される。Y軸センサ4は、Y強磁性磁束ガイド23、24及び磁気抵抗センシング素子13、14を備え、磁気抵抗センシング素子13はY強磁性磁束ガイド23の隣接する二つの間の間隙に列状に配列され、かつ、磁気抵抗センシング素子14はY強磁性磁束ガイド24の隣接する二つの間の間隙に列状に配列され、磁気抵抗センシング素子13の数及び磁気抵抗センシング素子14の数は同一であり、Y強磁性磁束ガイド23の数とY強磁性磁束ガイド24の数も同一であり、Y強磁性磁束ガイド23はX軸正方向と正の角度を形成し、かつ、Y強磁性磁束ガイド24はX軸正方向と負の角度を形成し、好ましくは二つの角度の絶対値は同一である。加えて、Y強磁性磁束ガイド23は、X軸正方向と負の角度を形成してもよく、一方で、Y強磁性磁束ガイド24は、X軸正方向と正の角度を形成してもよい。Z軸センサは、Z強磁性磁束ガイド10及び磁気抵抗センシング素子15、16を含み、磁気抵抗センシング素子15、16は、それぞれ、Z強磁性磁束ガイド10の下部の両側に列状に電気的に接続される。加えて、X軸センサ中の参照素子列12を形成する磁気抵抗センシング素子は、X強磁性磁束ガイド8の上方に配置されてもよい。ここで、Z軸センサ中の磁気抵抗センシング素子15、16は、Z強磁性磁束ガイド10の上部の両側に配置される。
ICを含むことができ、又は、図面には示されていないが追加のASICチップに電気的に接続されてもよい。モノリシック三軸リニア磁気センサは、ボンディングパッドのワイヤボンディング、フリップチップ、ボールグリッドアレイ(BGA)、ウェハレベルパッケージ(WLP)、又はチップボードオンボード(COB)を用いてパッケージされてもよい。
Bext=100G、Bsns=160G、及びBref=25Gを上記数式に代入して、1<Asns=1.6<100、0<Aref=0.25<1を取得する。Asns/Arefの比が大きいほど、センサのセンシティビティが高いことを示す。一般的に、Asns/Aref>5であることが理想的であり、この場合、センサは高いセンシティビティを有する。この設計では、Asns/Aref=1.6/0.25=6.4>5であり、したがって、この出願のX軸センサが高いセンシティビティを有することは明らかである。
また、X軸センサのセンシティビティは、数式4のように表すことができる。
非常に小さい外部磁場、すなわち、磁場強度Bは、非常に小さい場合には、上記数式(4)は次の数式5のように近似してもよい。
図8は、図1におけるY軸センサの概略構造図である。このセンサは、プッシュプルフルブリッジ構造のセンサであって、斜めに配される複数のY強磁性磁束ガイド23、24、及び、プッシュアーム及びプルアームを形成するように電気的に接続される磁気抵抗センシング素子13、14を含む。磁気抵抗センシング素子13は、Y強磁性磁束ガイド23の隣接する二つの間の隙間に配置され、磁気抵抗センシング素子14は、Y強磁性磁束ガイド24の隣接する二つの間の隙間に配置され、Y強磁性磁束ガイド23、24とX軸との間の角度はそれぞれα25及びβ26である。好ましくは、|α|=|β|、かつ、α及びβの範囲はそれぞれ0°から90°、−90°から0°である。この実施形態では、α=45°かつ、β=−45°である。磁気抵抗センシング素子13、14の数は同一であり、かつ、対向する位置にある磁気抵抗センシング素子13、14は相互に平行であり、それらは回転することもでき、かつ、それらの回転角度は同一の振幅であるが、方向は異なる。Y軸センサの入出力のボンディングパッドは、本図には示されていないが、図1のボンディングパッド2の真中の4つのボンディングパッドに対応する。
これらの磁化固定層の磁化方向は同一であり、対向する位置にある磁気抵抗器(R39及びR39’、R40及びR40’)の磁気自由層の磁化方向は同一であり、かつ、隣接する位置の磁気抵抗器(R39及びR40、R39及びR40’、R39’及びR40、R39’及びR40’)の磁気自由層の磁化方向は異なる。外部磁場が磁気抵抗センシング素子13及び14のセンシング方向に沿って印加される場合、磁気抵抗器R39、R39’の抵抗の変化状況は、磁気抵抗器R40、R40’の抵抗の変化状況とは反対となるようなプッシュプル出力が構築される。フルブリッジの出力電圧は、数式(6)である。
それから、Y軸センサのセンシティビティは、数式(8)のように表すこともできる。
図14は、Z軸センサの概略構造図である。Z軸センサは、プッシュプルフルブリッジ構造のセンサである。Z軸センサは、複数の磁気抵抗センシング素子15及び16、複数のZ強磁性磁束ガイド10、電気接続導体27、及び、ボンディングパッド28〜30を含み、ボンディングパッド28〜30は、それぞれ電源端VBias、接地端GND、及び出力電圧端V+、V−として用いられ、図1のボンディングパッド2における右端4つのボンディングパッドにそれぞれ対応する。全ての磁気抵抗センシング素子15はフルブリッジのプッシュアームを形成するように電気的に相互接続され、かつ、全ての磁気抵抗センシング素子16はフルブリッジのプルアームを形成するように電気的に相互接続される。プッシュアームはプルアームから離間されるように配列され、かつ、プッシュアーム、プルアームとボンディングパッド28〜30とは、プッシュプルフルブルッジを形成するように電気接続導体27によって接続される。磁気抵抗センシング素子15、16は、Z強磁性磁束ガイド10の長さ方向に沿って配列される。図14では、磁気抵抗センシング素子15、16は、Z強磁性磁束ガイド10の底部の両側に列状に配列され、かつ、Z強磁性磁束ガイド10によって覆われる。上端、下端、及び中央の三つのZ強磁性磁束ガイド10を除いて、プッシュアーム磁気抵抗センシング素子15の列及びプルアーム磁気抵抗センシング素子16の列は、各々、Z強磁性磁束ガイド10の底部の両側に配列され、かつ、必要であれば、磁気抵抗センシング素子15、16は、三つのZ強磁性磁束ガイド10の下方に配列することもできる。図15は、Z軸方向における外部磁場106のZ軸センサの磁場の分布図である。外部磁場がZ強磁性磁束ガイド10の近傍で歪められることによって、X軸方向の磁場成分が生成されるので、Z強磁性磁束ガイド10の下方の磁気抵抗センシング素子15及び16がこの成分をまさに検知することができるが、これらによって検知される磁場成分の方向は相互に反対となり、かつ、それぞれ符号107及び108であることが、本図の磁力線分布からわかる。印加される外部磁場の大きさは、検知されるX軸磁場成分に応じて知ることができる。
図20は、本発明のモノリシック三軸リニア磁気センサの製造方法であり、本方法は以下のステップを含む。すなわち、
(1)ウェハに磁気抵抗材料薄膜積層を堆積させ、関連するプロセスを用いることによって磁気抵抗材料薄膜積層の固定層の磁化方向を設定し、好ましくは磁場中で熱アニーリングによって同一の方向に沿った固定層の磁化方向を設定し、かつ、インピーダンス、閾値電圧、ヒステリシス、異方性、飽和磁場等を含む、固定層の電気的特性及び磁化特性を設定するステップを含む。ここで、この磁気特性は固定層及び自由層に固有であるが、電気的特性はトンネル接合に固有である。磁気抵抗材料薄膜積層では、固定層はブロッキング温度がTB1である反強磁性体材料を用いることによって固定され、かつ、自由層はブロッキング温度がTB1よりも低いTB2である第二の反強磁性材料を用いることによってバイアスがかけられる。また、磁場中で行われる熱アニールは、まず、TB1よりも高い温度T1で磁場中でウェハをアニーリングするステップと、次に、TB1よりも低くTB2よりも高い温度T2に磁場中で冷却するステップと、ウェハの温度がT2まで冷却された後にウェハ又は外部磁場の方向を90度回転させるステップと、それから、TB2よりも低い温度T3までウェハを冷却してから外部磁場を除去するステップと、最後に、ウェハを常温まで冷却するステップとを、を含む、二ステップの熱磁気アニーリングとすることができる。
(3)磁気抵抗センシング素子の上方に絶縁層Iを堆積させ、かつ、リソグラフィ、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、ウェットエッチングのような技術によって、磁気抵抗センシング素子に電気的接続を提供するビアを形成するステップを含む。ビアは、リフトオフプロセス又はハードマスキングプロセスによって形成されるセルフアラインコンタクトホールとしてもよい。
(5)上部金属層の上方に絶縁層IIを堆積させてから、絶縁層IIの上方に軟強磁性合金材料層(例えばNiFe)を堆積させるステップを含む。必要であれば、まず、絶縁層IIに電磁コイルを構築するための導体を堆積させ、その後、電磁コイルに絶縁層IIIを堆積させ、次に絶縁層IIIに軟強磁性合金材料層を堆積させ、かつ、軟強磁性合金材料層にX強磁性フラックスガイド、Y強磁性フラックスガイド及びZ強磁性フラックスガイドを同時に構築することも可能である。
(6)全てのX強磁性磁束ガイド、Y強磁性磁束ガイド及びZ強磁性磁束ガイドの上方にパッシベーション層を同時に堆積させ、下部電極及び上部電極に対応する位置でパッシベーション層及び開口ビアをエッチングし、かつ、外部接続されるボンディングパッドを形成するステップを含む。
Claims (24)
- それぞれがX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のそれぞれの磁場成分を検知するために、電気的に相互接続される一以上の同一の磁気抵抗センシング素子を備える、X軸センサ、Y軸センサ及びZ軸センサが一体化されたXY平面内の基板を備え、
前記X軸センサは、参照ブリッジ及び少なくとも二つのX強磁性磁束ガイドを備え、前記参照ブリッジの参照アーム及びセンシングアームが交互に配列され、かつ、各々が電気的に相互接続される一以上の同一の前記磁気抵抗センシング素子を備え、前記参照アームの前記磁気抵抗センシング素子は、前記X強磁性磁束ガイドの上方又は下方に配置され、かつ、参照素子列を形成するように前記X強磁性磁束ガイドの長さ方向に沿って配列され、
前記センシングアームの前記磁気抵抗センシング素子は、隣接する二つの前記X強磁性磁束ガイド間の隙間に配置され、かつ、センシング素子列を形成するように前記X強磁性磁束ガイドの長さ方向に沿って配列され、
前記Y軸センサはプッシュプルブリッジを備え、前記プッシュプルブリッジのそれぞれのプッシュアーム及びプルアームは、それらの上に少なくとも二つのY強磁性磁束ガイドが対応して設けられ、前記プッシュアーム及び前記プルアームが交互に配列され、かつ、各々が電気的に相互接続される一以上の同一の前記磁気抵抗センシング素子を備え、前記磁気抵抗センシング素子は各々が隣接する二つの前記Y強磁性磁束ガイド間の隙間に配置され、
前記Z軸センサはプッシュプルブリッジ及び少なくとも一つのZ強磁性磁束ガイドを備え、前記プッシュプルブリッジのプッシュアーム及びプルアームが交互に配列され、かつ、各々が電気的に相互接続される一以上の同一の前記磁気抵抗センシング素子を備え、前記プッシュアーム及び前記プルアームの前記磁気抵抗センシング素子は、それぞれ前記Z強磁性磁束ガイドの底部又は上部の両側に配置され、かつ、前記Z強磁性磁束ガイドの長さ方向に沿って配列され、
前記X軸センサ、前記Y軸センサ及び前記Z軸センサにおける全ての前記磁気抵抗センシング素子の固定層の磁化方向は、全て同一であり、かつ、強磁性磁束ガイドが存在しない場合は、全ての前記磁気抵抗センシング素子のセンシング方向がX軸方向であり、
前記X軸、前記Y軸及び前記Z軸は相互に対ごとに直交する、モノリシック三軸リニア磁気センサ。 - 前記磁気抵抗センシング素子は、GMRスピンバルブ素子又はTMRセンシング素子である、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記X強磁性磁束ガイド、前記Y強磁性磁束ガイド及び前記Z強磁性磁束ガイドは、全て短冊片のアレイであり、かつ、軟強磁性合金からなる、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 個々の前記参照素子列は、隣接する一つの前記センシング素子列から間隔L(Lは自然数)の離間をしており、前記X強磁性磁束ガイドの数が偶数である場合、前記参照素子列の二つは前記X軸センサの中央で互いに隣接し、かつ、その間隔は2Lであり、前記X強磁性磁束ガイドの数が奇数である場合、前記センシング素子列の二つは前記X軸センサの中央で互いに隣接し、かつ、その間隔は2Lである、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記X強磁性磁束ガイド間の隙間での磁場の利得係数は1<Asns<100であり、かつ、前記X強磁性磁束ガイドの上方又は下方の磁場の減衰係数は0<Aref<1である、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記Y軸センサの場合、前記プッシュアーム及び前記プルアームの前記Y強磁性磁束ガイドの数は同一であり、前記プッシュアームの前記Y強磁性磁束ガイドと前記X軸の正方向との間の角度αは0°から90°であり、かつ、前記プルアームの前記Y強磁性磁束ガイドと前記X軸の正方向との間の角度βは−90°から0°であり、又は、前記プッシュアームの前記Y強磁性磁束ガイドと前記X軸の正方向との間の角度αは−90°から0°であり、かつ、前記プルアームの前記Y強磁性磁束ガイドと前記X軸の正方向との間の角度βは0°から90°であり、|α|=|β|である、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記Y軸センサの場合、前記プッシュアーム及び前記プルアームの前記磁気抵抗センシング素子の数は同一であり、かつ、対向位置における前記磁気抵抗センシング素子は互いに平行であり、前記プッシュアーム及び前記プルアームの前記磁気抵抗センシング素子の回転角は振幅が同じであるが、方向が異なる、請求項6記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記Z軸センサの場合、前記プッシュプルブリッジの前記プッシュアーム及び前記プルアームの前記磁気抵抗センシング素子の数は同一である、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記Z軸センサの前記磁気抵抗センシング素子の長さと幅との比は1よりも大きい、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記Z強磁性磁束ガイドの隣接する二つの間の隙間Sは、前記Z強磁性磁束ガイドの幅Lx以上である、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記Z強磁性磁束ガイドの隣接する二つの間の前記隙間Sは2Lxより大きい、請求項10記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記Z軸センサにおける前記磁気抵抗センシング素子は、前記Z強磁性磁束ガイドの上部又は底部の両側の端部の外側に位置している、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記Z軸センサのセンシティビティは、前記Z軸センサにおける前記磁気抵抗センシング素子と前記Z強磁性磁束ガイドの底部の端部との間の隙間を減少させることによって、又は、前記Z強磁性磁束ガイドの厚さLzを増加させることによって、又は、前記強磁性磁束ガイドの幅Lxを減少させることによって増加させることが可能である、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 外部磁場が存在しない場合、前記磁気抵抗センシング素子は、永久磁石バイアス、二重交換相互作用、形状異方性、又は、それらのいずれかの組み合わせによって、前記固定層の磁化方向に対して垂直な磁化自由層の磁化方向を達成する、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記参照ブリッジ及び前記プッシュプルブリッジは、いずれもハーフブリッジ、フルブリッジ又は疑似ブリッジ構造である、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記基板はその上のASICチップと一体化される、又は、前記基板は独立したASICチップに電気的に接続される、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- 前記モノリシック三軸リニア磁気センサの半導体パッケージ方法は、ボンディングパッ
ドのワイヤボンディング、フリップチップ、ボールグリッドアレイ(BGA)、ウェハレベルパッケージ(WLP)又はチップオンボード(COB)を備える、請求項1記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。 - 前記X軸センサ、前記Y軸センサ及び前記Z軸センサは、センシティビティが同一である、請求項1又は請求項13記載のモノリシック三軸リニア磁気センサ。
- (1)ウェハに磁気抵抗材料薄膜積層を堆積させ、かつ、磁場中の熱アニールによって前記磁気抵抗材料薄膜積層に、固定層の磁化方向、前記固定層の磁気特性、自由層の磁気特性、及び、トンネル接合の電気特性を設定するステップと、
(2)下部電極を構築し、かつ、同時に前記磁気抵抗材料薄膜積層のX軸センサ、Y軸センサ及びZ軸センサの磁気抵抗センシング素子を構築するステップと、
(3)前記磁気抵抗センシング素子の上方に絶縁層Iを堆積させ、かつ、前記絶縁層Iに前記磁気抵抗センシング素子用の電気的接続チャネルを提供するビアを形成するステップと、
(4) 前記ビアの上方に上部金属層を堆積させ、前記上部金属層に上部電極を構築し、かつ前記素子間の配線を行うステップと、
(5)前記上部金属層の上方に絶縁層IIを堆積させてから、前記絶縁層IIの上方に軟強磁性合金材料層を堆積させ、かつ、同時に前記軟強磁性合金材料層にX強磁性磁束ガイド、Y強磁性磁束ガイド及びZ強磁性磁束ガイドを構築するステップと、
(6)同時に前記X強磁性磁束ガイド、前記Y強磁性磁束ガイド及び前記Z強磁性磁束ガイドの全ての上方にパッシベーション層を堆積させ、前記下部電極及び前記上部電極に対応する位置で前記パッシベーション層及び開口ビアをエッチングし、かつ、外部接続されるボンディングパッドを形成するステップと、
を含むモノリシック三軸リニア磁気センサの製造方法。 - 前記磁気抵抗材料薄膜積層では、前記固定層はブロッキング温度がTB1である反強磁性材料を用いることによって固定され、かつ、前記自由層はブロッキング温度が前記TB1よりも低いTB2である第二の反強磁性材料を用いることによってバイアスがかけられ、前記磁場中で行われる熱アニーリングは、まず、前記TB1よりも高い温度T1で磁場中で前記ウェハをアニーリングするステップと、次に、前記TB1よりも低くTB2よりも高い温度T2に磁場中で冷却するステップと、前記ウェハの温度が前記T2まで冷却された後に前記ウェハ又は外部磁場の方向を90度回転させるステップと、それから、前記TB2よりも低い温度T3まで前記ウェハを冷却してから前記外部磁場を除去するステップと、最後に、前記ウェハを常温まで冷却するステップとを備える、二ステップの熱磁気アニーリングである、請求項19記載の製造方法。
- 前記ステップ(2)では、前記X軸センサ、前記Y軸センサ及び前記Z軸センサにおける前記磁気抵抗センシング素子は、リソグラフィ、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、ウェットエッチング、リフトオフ又はハードマスキングによって、前記磁気抵抗材料薄膜積層に同時に構築される、請求項19記載の製造方法。
- 前記ステップ(3)では、前記ビアは、リソグラフィ、イオンエッチング、反応性イオンエッチング又はウェットエッチングによって形成される、請求項19記載の製造方法。
- 前記ステップ(3)における前記ビアは、リフトオフプロセス又はハードマスクプロセスによって形成されるセルフアラインコンタクトホールである、請求項19記載の製造方法。
- 前記上部金属層の上方に絶縁層IIを堆積させることは、前記上部金属層の上方に第一
の絶縁副層を堆積させること、前記第一の絶縁副層に電磁コイル構築用の導体を堆積させること、前記電磁コイル、前記第一の絶縁副層、前記第二の絶縁副層、及び、前記絶縁層IIを形成する導体上に第二の絶縁副層を堆積することを備え、かつ、前記絶縁層IIの上方に軟強磁性合金材料層を堆積することは、前記第二の絶縁副層に前記軟強磁性合金材料層を堆積することを備える、請求項19記載の製造方法。
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