KR101012257B1 - 자기 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

2축 방향 또는 3축 방향으로 자성을 검출하기 위한 자기 센서는, 기판, 평탄면 및 슬로프를 형성하도록 기판 상에 형성되는 실리콘 산화물 막, 복수의 자기저항 엘리먼트(복수의 자기저항 엘리먼트 각각은, 자유 층, 도전 층, 및 핀 층을 기판 상에 라미네이팅함으로써 형성됨), 복수의 자기저항 엘리먼트를 직렬로 연결하도록 형성된 복수의 리드 막, 자기저항 엘리먼트들을 피복하기 위한 CVD 산화물 막, 및 자기저항 엘리먼트들 각각에 대해 자유 층의 주변을 피복하도록 자기저항 엘리먼트들과 CVD 산화물 막 사이에 형성되는 비자성 막으로 구성된다. 이에 따라, 자기 센서가, 우수한 히스테리시스 특성을 갖는 자기저항 엘리먼트를 포함하는 것이 가능하게 된다.
자기 센서, 자기저항, 히스테리시스, 자유 층, 핀 층

Description

자기 센서 및 그 제조 방법{MAGNETIC SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은, 거대 자기저항(giant magnetoresistive) 엘리먼트들이 하나의 기판 상에 형성되어 2축 방향 및 3축 방향으로 자계의 강도를 검출하도록 하는 자기 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 자기 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원은 일본 특허 출원 제2007-156378호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
통상적으로, 거대 자기저항(GMR) 엘리먼트들 및 터널 자기저항(TMR) 엘리먼트들이 자기 센서에 사용되는 엘리먼트들로서 알려져 왔다. 이들 자기저항 엘리먼트들 각각은, 자화 방향이 고정되어 있는(혹은 피닝(pinning)되어 있는) 핀 층, 및 자화 방향이 외부 자계에 응답하여 변경되는 자유 층(free layer)을 포함하며, 핀 층의 자화 방향과 자유 층의 자화 방향 간의 상대성(relativity)에 기초하여 저항을 발생시킨다. 자기저항 엘리먼트들을 이용하는 자기 센서들은 이하의 특허 문헌 1과 같은 다양한 문헌들에 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본의 미심사된 특허 출원 공개 제2006-261400호
특허 문헌 1에서는, 자기저항 엘리먼트들이 하나의 기판 상의 평탄면들 및 슬로프들(또는 평탄면에 대해 기울어져 있는 경사면들(inclines)) 상에 형성되어 2축 방향 및 3축 방향에서의 자계의 강도를 검출하는 자기 센서가 개시되어 있다.
핀 층의 강자성(ferromagnetism) 저항을 개선시키기 위해, 핀 층들의 자성 층들 내에 Ru 층들(Ru는 루테늄을 나타냄)이 포함되는 SAF(synthetic antiferromagnetic) 구조를 갖는 거대 자기저항 엘리먼트들을 이용하는 자기 센서들이 최근에 개발되어 왔다.
전술한 거대 자기저항 엘리먼트들은 다수의 띠 형상의 거대 자기저항 막(GMR 바(bars)로 칭해짐)을 형성하는데, 여기서 핀 층 및 자유 층에서 사용하기 위한 특정 물질들이 그 주변에 노출되어 있다. 이러한 이유로 인해, 내수성, 내열성, 및 전기 절연을 보장하기 위해, 산화물 막 및 질화물 막을 포함하는 보호막(또는 패시베이션 막)이 플라즈마 CVD(chemical vapor deposition)에 의해 형성된다.
거대 자기저항 엘리먼트들을 보호하기 위한 산화물 막을 플라즈마 CVD에 의해 형성할 때, 거대 자기저항 엘리먼트들은 챔버들 내에 존재하는 활성 산소를 흡수할 수 있다. 거대 자기저항 엘리먼트들이 산소를 흡수하면, 이들은 국부적으로 산화될 수 있다. 이러한 문제점은 또한 터널 자기저항 엘리먼트들을 피복하기 위한 보호막을 플라즈마 CVD에 의해 형성할 때에도 발생한다.
거대 자기저항 엘리먼트를 포함하는 GMR 바의 자유 층에서 사용되는 물질이 산화되면, 자유 층의 자기 특성이 약화되어, 자유 층의 자화 방향에 기초하여 정확하게 저항을 발생시키는 것이 어렵게 된다. 이는 또한 자성의 히스테리시스 루프 를 증가시켜서 자기 센서의 히스테리시스 특성을 저하시킨다. 이러한 문제점은, 평탄면 및 슬로프에 형성되는 거대 자기저항 엘리먼트에 대해 발생하며, 특히, 이는 슬로프 상에 형성되는 거대 자기저항 엘리먼트들에 대해 현저하게 발생된다.
GMR 바는 이온 밀링(ion milling)을 통해 거대 자기저항 엘리먼트를 이용하여 형성되는데, 여기서, GMR 바의 노출된 주변 내에서, 길이 방향(longitudinal directions)을 따라 놓여있는 이들의 측부(side portions)가 기판에 대해 기울어져 있다(혹은 세미-테이퍼링(semi-tapering)되어 있다). 슬로프 상에 형성되는 거대 자기저항 엘리먼트로 구성되는 GMR 바 내에서, (상향 슬로프 상에 형성되는) 상향 GMR 바 및 (하향 슬로프 상에 형성되는) 하향 GMR 바는 기울기(또는 경사진 형상)가 서로 다르다. 상향 GMR 바에 비해, 하향 GMR 바의 기울기는 작은데, 즉 하향 GMR 바는, 그 노출되는 영역이 증가하여 산화에 쉽게 영향을 받게 되도록 두께가 감소되어 있다.
본 발명의 목적은 우수한 히스테리시스 특성을 갖는 자기 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자기 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에서, 자기 센서는, 기판, 이 기판 상에 형성되어 평탄면 및 슬로프를 형성하게 되는 실리콘 산화물 막, 복수의 자기저항 엘리먼트(이들 복 수의 자기저항 엘리먼트 각각은, 기판 상에 자유 층, 도전층 및 핀 층을 라미네이팅(laminating)함으로써 형성됨), 자기저항 엘리먼트들을 직렬로 연결시키도록 형성된 복수의 리드(lead) 막, 자기저항 엘리먼트들을 피복하기 위한 CVD 산화물 막, 및 자기저항 엘리먼트들과 CVD 산화물 막 사이에 형성되어 자기저항 엘리먼트들 각각과 관련되어 자유 층의 주변을 피복하는 비자성(non-magnetic) 막으로 구성된다. 여기서, 자기저항 엘리먼트들은 기판의 평탄면 및 슬로프 상에 개별적으로 형성된다.
본 발명의 제2 양태에서, 자기 센서는, 탑재 면 형성 단계, 자기저항 엘리먼트 형성 단계, CVD 산화물 막 형성 단계, 비자성 막 형성 단계, 및 패터닝 단계에 의해 제조된다. 탑재 면 형성 단계에서, 실리콘 산화물 막을 이용하여 평탄면 및 슬로프가 기판 상에 형성된다. 자기저항 엘리먼트 형성 단계에서, 자기저항 엘리먼트들 각각은 기판 상에 자유 층, 도전 층, 및 핀 층을 라미네이팅함으로써 형성된다. 리드 막들은 자기저항 엘리먼트들을 직렬로 연결시키도록 형성된다. CVD 산화물 막 형성 단계에서, CVD 산화물 막은 CVD(chemical vapor deposition)를 통해 자기저항 엘리먼트들을 피복하도록 형성된다. 비자성 막 형성 단계에서, 자기저항 엘리먼트들과 CVD 산화물 막 사이에 삽입되도록 비자성 막이 형성된다. 패터닝 단계에서, 비자성 막에 패터닝이 행해져서, 자기저항 엘리먼트 각각과 관련되어 자유 층의 주변을 피복하게 된다. 여기서, 비자성 막은 스퍼터링에 의해 형성된다.
전술한 바에서, 자기저항 엘리먼트들의 핀 층들을 자화시키기 위해 자화 열 처리가 수행된다.
본 발명은 이하와 같은 다양한 효과들을 제공한다.
(1) CVD 산화물 막 형성 단계 전에 자기저항 엘리먼트 각각에 대해 자유 층의 주변을 피복하도록 비자성 막이 형성되기 때문에, 비자성 막에 의해 자기저항 엘리먼트들을 보호하는 것이 가능하게 된다. 이로 인해, 자기저항 엘리먼트들이 CVD 동안 활성화되는 산소를 흡수하는 것을 방지하여서 자기저항 엘리먼트들이 산화되는 것을 방지하게 된다.
(2) 자기저항 엘리먼트들이 평탄면 및 슬로프 상에 형성되기 때문에, 2축 방향 및 3축 방향에서의 자성을 검출하는 것이 가능하게 된다.
(3) 자기저항 엘리먼트들의 자유 층들의 자기 특성이 약화되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 2축 방향 및 3축 방향에서의 자성을 정확하게 검출할 수 있게 된다.
(4) 스퍼터링함으로써, 산소를 사용하지 않고 불활성 기체를 갖는 챔버를 사용하여 비자성 막을 형성할 수 있다. 이로 인해, 자기저항 엘리먼트들이 CVD 산화물 막의 형성 동안 산소를 흡수하는 것을 방지하게 된다.
(5) CVD 산화물 막 형성 단계 전에 자기저항 엘리먼트들의 자유 층의 주변을 피복하기 위한 비자성 막을 형성하기 때문에, 비자성 막으로 자기저항 엘리먼트들을 신뢰성있게 보호하는 것이 가능하게 된다. 이로 인해, 자기저항 엘리먼트들이 그 표면 상의 (CVD로 인한) 활성 산소를 흡수하여 산화되는 것이 방지된다. 이에 따라, 우수한 히스테리시스 특성을 갖는 자기저항 엘리먼트들을 구비한 자기 센서를 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 이들 및 그 밖의 목적들, 양태들, 및 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 예를 통해 보다 상세히 설명될 것이다.
1. 자기 센서
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3축 자기 센서(10)에 대해 도 1a, 1b, 2a, 2b, 3, 4a, 4b, 4c, 5, 6a, 6b, 7a, 7b 및 7c를 참조하여 설명할 것이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 평면도에서 사각형의 형상(서로 수직으로 교차되는 X-축과 Y-축에 의해 규정됨)과 소정의 두께(X-축 및 Y-축에 수직인 Z-축에 의해 규정됨)를 갖는 기판(11)을 이용하여 3축 자기 센서(10)가 생성되며, 여기서 기판(11)은 석영 및 실리콘으로 이루어진다. 전체적으로, 12개의 GMR 컴포넌트들(이들 각각은 4개의 GMR 바(bars)로 구성되며, 도 1a에서 실선 세그먼트 및 점선 세그먼트로 표시되어 있음)이 기판(11) 상에 형성된다. 구체적으로는, X-축 GMR 컴포넌트(12a~12d)(Y-축을 따라 그려진 실선 세그먼트들), Y1-축 GMR 컴포넌트(12e~12h)(X-축을 따라 그려진 실선 세그먼트들), 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12i~12l)(X-축을 따라 그려진 점선 세그먼트들)이 제공된다. 또한, 패드들, 비아들, 및 와이어들(모두 도시하지 않음)도 또한 기판(11) 내에 제조된다. 와이어들로부터 신호를 출력하는 데에 패드들이 이용되며, 거대 자기저항 엘리먼트들과 와이어들간의 접속을 확립하기 위해 비아들이 형성되며, 이들 비아들은 제조의 마지막 스테이지에서 노출되지 않게 된다. 또한, LSI 컴포넌트들 및 배선 층들이 기판(11) 내에 제조된다. LSI 컴포넌트들을 갖는 기판들은, 디지털 출력 신호를 발생시키는 자기 센서들에 이용되며, 배선 층들을 갖는 기판들은 아날로그 출력 신호를 발생시키는 자기 센서들에만 이용된다.
도 1a에서, 사각형 형상의 기판(11)의 좌측 끝이 X-축에서의 기준점으로 설정되며, 이 기준점으로부터 오른쪽으로 향하는 방향은 양(positive)의 X-축 방향으로 칭해질 것이며, 왼쪽으로 향하는 방향은 음(negative)의 X-축 방향으로 칭해질 것이며, 이들 사이의 중앙 영역은 X-축 중앙 영역으로 칭해질 것이다. 사각형 형상의 기판(11)의 아래쪽 끝이 Y-축에서의 기준점으로 설정되며, 이 기준점으로부터 위로 향하는 방향은 양의 Y-축 방향으로 칭해질 것이며, 아래쪽으로 향하는 방향은 음의 Y-축 방향으로 칭해질 것이며, 이들 사이의 중앙 영역은 Y-축 중앙 영역으로 칭해질 것이다. 기판(11)의 오른쪽 근처에, 제1 X-축 GMR 컴포넌트(12a)가 Y-축 중앙 영역 위에 배치되며, 제2 X-축 GMR 컴포넌트(12b)가 Y-축 중앙 영역 아래에 배치된다. 기판(11)의 왼쪽 근처에, 제3 X-축 GMR 컴포넌트(12c)가 Y-축 중앙 영역 위에 배치되며, 제4 X-축 GMR 컴포넌트(12d)가 Y-축 중앙 영역 아래에 배치된다.
기판(11)의 위쪽 끝 근처에, 제1 Y1-축 GMR 컴포넌트(12e)가 X-축 중앙 영역의 왼쪽에 배치되며, 제2 Y1-축 GMR 컴포넌트(12f)가 X-축 중앙 영역의 오른쪽에 배치된다. 기판(11)의 아래쪽 끝 근처에, 제3 Y1-축 GMR 컴포넌트(12g)가 X-축 중 앙 영역의 왼쪽에 배치되며, 제4 Y1-축 GMR 컴포넌트(12h)가 X-축 중앙 영역의 오른쪽에 배치된다.
기판(11)의 아래쪽 끝 근처에, 제1 Y2-축 GMR 컴포넌트(12i)가 X-축 중앙 영역의 왼쪽에 배치되며, 제2 Y2-축 GMR 컴포넌트(12j)가 X-축 중앙 영역의 오른쪽에 배치된다. 기판(11)의 위쪽 끝 근처에, 제3 Y2-축 GMR 컴포넌트(12k)가 X-축 중앙 영역의 왼쪽에 배치되며, 제4 Y2-축 GMR 컴포넌트(12l)가 X-축 중앙 영역의 오른쪽에 배치된다.
GMR 컴포넌트들(12a~12l) 각각은, 서로 인접해 있으며 그 단자를 형성하는 리드 막을 통해 직렬로 연결되어 있는 복수의 띠 형상의 GMR 바(또는 자기저항 막)을 포함하며, 여기서, X-축 GMR 컴포넌트들(12a~12d) 각각은 짝수 개의 GMR 바(bars)로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 도 2a는 제1 X-축 GMR 컴포넌트(12a)(이는 다른 GMR 컴포넌트들(12b~12l)과 유사함)의 구성을 나타내는데, 여기서 4개의 GMR 바(12a-1, 12a-2, 12a-3, 및 12a-4)는 리드 막(12a-6, 12a-7, 12a-8)을 통해 직렬로 연결되어 있으며, 리드 막(12a-5, 12a-9)은 GMR 바(12a-1~12a-4)의 직렬 연결의 양쪽 단부에 연결되어 있다. GMR 바(12a-1~12a-4)는 기판(11)의 전체 면에 대해 평행한 평탄면 상에 형성되며, 그 길이 방향은 Y-축(X-축에 수직됨)에 평행하게 놓여 있다. GMR 바(12a-1, 12a-2, 12a-3, 12a-4)는 비자성 막(11r-1, 11r-2, 11r-3, 11r-4)으로 피복되어 있다.
X-축 GMR 컴포넌트들(12a~12d)은 기판(11)의 두께 방향에 수직으로 놓여 있는 평탄면 상에 형성된다. X-축 GMR 컴포넌트들(12a~12d) 각각은, 도 3에 도시된 바와 같이 기판(11) 상에 SiO2로 구성된 상부 산화물 막(즉, 실리콘 산화물막)(11i) 상에 형성된다.
도 3에서, X-축 GMR 컴포넌트(12a)를 형성하는 GMR 바(12a-2)의 길이 방향을 따라 놓여 있는 측면들(22a, 22b)은 상부 산화물 막(11i)에 대해 반대 방향으로 기울어져 있으며 각각 세미-테이퍼 형상으로 형성된다. 여기서, 스핀-밸브 막(SV)은 자유 층(F) 및 핀 층(P)과, 스페이서 층(S) 및 캡핑(capping) 층(C)(이들 양쪽 모두는 도 3에 도시되어 있지 않음)을 포함한다.
비자성 물질로 이루어진 비자성 층(11r-2)이 GMR 바(12a-2) 위에 형성된다. 거대 자기저항 엘리먼트들의 산화를 방지하기 위해, 비자성 층(11r-2) 자체는 산화되지만 거대 자기저항 엘리먼트들의 부식은 방지할 수 있는 특정 금속을 비자성 물질로서 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, Ti, V, Cr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re, 및 Zn과 같은 금속을 들 수 있다. 패시베이션 막 또는 산화물 막이 그 위에 형성되는 다른 금속들을 기판 상에 형성하는 것이 가능하다. 자기 센서의 특성을 고려하여 높은 저항성을 갖는 물질을 이용하는 것이 바람직하다. 반도체 제조 공정과의 부합을 고려하여, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 및 티타늄(Ti)과 같은 비자성 금속을 이용하는 것이 바람직하다. 비자성 층(11r-2) 상에 형성되는 이들 금속들은 CVD 산화물 막(11o)과의 양호한 점착력을 가질 수 있으며 환경 요인 면에서 바람직하다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 대응하는 GMR 바의 주변 부분을 피복하고 있는 비자성 막 각각에는 패터닝이 행해져서, 그 주변 부분이 그에 인접하는 다른 비자성 막, 다른 GMR 바, 및 대응하는 GMR 바의 양쪽 단부에 연결되는 리드 막이 아닌 다른 리드 막과 접촉되지 않게 된다. 예를 들면, GMR 바(12a-2)의 주변 부분을 피복하고 있는 비자성 막(11r-2)은 리드 막(12a-6, 12a-7)과 접촉되도록 형성되지만, 패터닝이 행해져서 그 주변 부분은 다른 GMR 바(12a-1, 12a-3, 12a-4), 다른 리드 막(12a-5, 12a-8, 12a-9), 및 다른 비자성 막(11r-1, 11r-3, 11r-4)에 접촉하지 않게 된다. 이로 인해 높은 저항성과 전도성을 갖는 비자성 금속을 이용하는 것이 가능하게 된다. 또한, 비자성 막(11r-1~11r-4)의 주변 부분은 상부 산화물 막(11i)의 표면을 피복한다. 이에 따라, 상부 산화물 막(11i)의 활성 산소가 이들의 주변 부분을 통해 GMR 바(12a-1~12a-4)에 주입되는 것이 방지된다.
비자성 막(11r-2)의 두께는 50Å~100Å 범위인 것이 바람직하다. 이 두께가 50Å 미만으로 감소되면, 비자성 막(11r-2)은 GMR 바(12a-2)를 완전히 피복하도록 형성될 수 없으며, 이로 인해 활성 산소가 GMR 바(12a-2)에 주입되는 것을 방지하는 것이 어렵게 된다. 이 두께가 100Å보다 높게 증가되면, 비자성 막(11r-2)은 GMR 바(12a-2)의 특성에 악영향을 미칠 수 있으며, 이에 따라 이 두께를 100Å보다 높게 증가시키는 것은 바람직하지 않다. 이와 관련하여, "비자성"이라는 용어는, 비자성 막이 외부 자계없이는 자화되지 않으며, GMR 바에 자기적 영향을 거의 주지 않아서 자기 센서로서 기능하게 됨을 나타내며, 이는 강자성 물질 및 반강자성 물질을 제외한 물질을 나타낸다. 즉, 반자성(diamagnetic) 물질 및 상자성(paramagnetic) 물질이 비자성 물질을 형성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, CVD 산화물 막(11o)이 비자성 막(11r-2) 상에 형성된다. CVD 산화물 막(11o)은 1500Å의 두께를 갖는 SiO2 막으로 이루어진다.
CVD 산화물 막(11o) 상에 질화물 막(11s)이 형성된다. 질화물 막(11s)은 5000Å의 두께를 갖는 SiNx(예를 들면, Si3N4) 막과 같은 단단한 물질로 구성된다. 질화물 막(11s) 상에는, 폴리이미드로 이루어진 폴리이미드 막(11p)이 형성된다.
비자성 막(11r-2), CVD 산화물 막(11o), 질화물 막(11s) 및 폴리이미드 막(11p)이 GMR 바(12a-2)에 대한 보호 막(또는 패시베이션 막)을 형성한다. 이 보호 막으로 인해, GMR 바(12a-2)에 대하여 내수성, 내열성, 및 전기 절연성을 확보하는 것이 가능하게 된다. 전술한 설명은 GMR 바(12a-2)에 대한 것이었지만, GMR 바(12a-2)의 구성은 다른 GMR 바(12a-1, 12a-3, 12a-4) 뿐만 아니라 다른 X-축 GMR 컴포넌트들(12b~12d)에도 적용될 수 있으며, 보호 막의 구성은 이들의 보호 막에도 적용될 수 있으며, 이에 따라, 이에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
Y1-축 GMR 컴포넌트(12e) 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12k) 간의 관계에 대해 도 1b 및 도 4b를 참조하여 설명하기로 한다. 이들은 사다리꼴의 단면 형상을 갖는 돌출부(또는 뱅크)(15)를 이용하여 형성되며 또한 상부 산화물 막(11i)을 이용하여 형성되며, 각 돌출부(15)는 제1 슬로프(15a) 및 제2 슬로프(15b)를 갖는다. 구체적으로는, Y1-축 GMR 컴포넌트(12e)의 GMR 바(12e-1~12e-4)가 돌출부(15)의 제1 슬로프(15a) 상에 형성되며, Y2-축 GMR 컴포넌트(12k)의 GMR 바(12k-1~12k-4)가 돌출부(15)의 제2 슬로프(15b) 상에 형성된다. GMR 바(12e-1~12e-4) 및 GMR 바(12k- 1~12k-4)는, 그 길이 방향이 돌출부(15)의 릿지(ridge) 선과 평행하게 놓이도록 배치된다. 제1 슬로프(15a) 및 제2 슬로프(15b) 양쪽 모두는 동일한 기울기 각도 θ를 가지며, 이 각도 θ는 기판(11)의 평탄면에 대해 20°≤θ≤60°의 범위로 설정된다.
또한, Y1-축 GMR 컴포넌트(12e)의 GMR 바(12e-1~12e-4)의 각각은 각 돌출부(15)에 대하여 Y2-축 GMR 컴포넌트(12k)의 GMR 바(12k-1~12k-4) 각각의 맞은 편에 배치된다. 또한, Y1-축 GMR 컴포넌트(12e~12h)의 GMR 바 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12i~12l)의 GMR 바는, 그 길이 방향이 X-축(Y-축과 수직임)과 평행하게 놓이도록 배치된다. Y1-축 GMR 컴포넌트(12e)의 GMR 바(12e-1~12e-4) 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12k)의 GMR 바(12k-1~12k-4)를 피복하도록 비자성 막이 또한 형성된다. 도 5는 예를 들어, GMR 바(12e-1) 상에 형성된 비자성 막(11R-1)을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, Y1-축 GMR 컴포넌트(12e~12h)를 배치하기 위한 제1 슬로프(15a) 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12i~12l)를 배치하기 위한 제2 슬로프(15b) 각각은, 기판(11)의 평탄면 상에 형성된, SiO2 막으로 이루어진 상부 산화물 막(11i)을 이용하여 형성된다. 이에 따라, Y1-축 GMR 컴포넌트(12e~12h) 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12i~12l)가 상부 산화물 막(11i) 상에 형성된다.
도 5는 제1 슬로프(15a) 상에 형성된 GMR 바(12a-1)를 나타내는데, 여기서 그 측면들(23a, 23b)은 상부 산화물 막(11i)에 대해 기울어져 있어서 상부 산화물 막(11i)에 대해 세미-테이퍼형 형상을 형성하게 된다. 제1 슬로프(15a)의 하부 영 역 내에 위치된 하측면(23b)은, 제1 슬로프(15a)의 상부 영역에 위치된 상측면(23a)에 비해 작은 기울기 및 큰 주변(periphery)을 갖는다. 도 5에서, 스핀-밸브(SV)는 핀 층(P) 및 자유 층(F) 만을 포함하며 캡핑 층(C) 및 스페이서 층(S)은 제외시킨다.
비자성 막(11R-1)(도 3의 비자성 막(11r-2)과 유사함)이 GMR 바(12e-1) 상에 형성되며, CVD 산화물 막(11o), 질화물 막(11s), 및 폴리이미드 막(11p)(보호 막으로서 기능함)이 비자성 막(11R-1) 상에 형성된다. 전술한 설명은 Y1-축 GMR 컴포넌트(12e)의 GMR 바(12e-1)에 대해 행해졌지만, GMR 바(12e-1)의 구성은 Y1-축 GMR 컴포넌트(12e~12h)의 다른 GMR 바 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12i~12l)의 GMR 바에도 적용될 수 있으며, 보호 막의 구성은 이들을 피복하고 있는 다른 보호 막에 적용될 수 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
X-축 GMR 컴포넌트(12a)의 GMR 바(12a-2)의 구성에 대해 도 2b 및 도 6을 참조하여 설명할 것이다. GMR 바(12a-2)의 구성은 다른 GMR 바(12a-1, 12a-3, 12a-4)에도 적용될 수 있으며, 이에 따라 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 또한, 이는, 다른 X-축 GMR 컴포넌트(12b~12d), Y1-축 GMR 컴포넌트(12e~12h), 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12i~12l)에 포함되는 다른 GMR 바에도 적용될 수 있으며, 이에 따라 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 길이 방향이 X-축에 대해 수직인, 즉 길이 방향이 Y-축에 대해 평행한 스핀-밸브 막(SV)을 이용하여 X-축 GMR 컴포넌트(12a)의 GMR 바(12a-2)가 형성된다. 스핀-밸브 막(SV)은, 그 양 측 상에서 그 아래에 형성되는 리드 막(12a-6, 12a-7)에 연결되어 있다. 리드 막(12a-6, 12a-7) 각각은 비자성 금속 막(예를 들면, Cr)으로 이루어지며, 그 두께는 예를 들면 130nm(또는 1300Å)로 설정된다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 자유 층(즉, 자유 자성 층)(F), Cu로 이루어지며 2.8nm(28Å)의 두께를 갖는 도전성 스페이서 층(즉, 도전 층), 핀 층(즉, 고정 층 또는 고정 자성 층)(P), 및 Ta 또는 Ti로 이루어지며 2.5nm(25Å)의 두께를 갖는 캡핑 층을 기판(11) 상에 순차적으로 라미네이팅함으로써 스핀-밸브 층(SV)이 형성된다.
자유 층(F)은, 외부 자계의 방향에 기초하여 자신의 자화 방향이 변화되며, 8nm(80Å) 두께의 CoZrNb 비결정질 자성 층(12a-21)(기판(11) 상에 형성됨), 3.3nm(33Å) 두께의 NiFe 자성 층(12a-22)(CoZrNb 비결정질 자성 층(12a-21) 상에 형성됨), 및 1.2nm(12Å) 두께의 CoFe 층(12a-23)(NiFe 자성 층(12a-22) 상에 형성됨)으로 구성된다.
CoZrNb 비결정질 자성 층(12a-21), NiFe 자성 층(12a-22), 및 CoFe 층(12a-23)은 연성의(soft) 강자성 박막을 형성한다. CoFe 층(12a-23)은, 스페이서 층(S)을 형성하는 Cu 층(12a-24)의 Cu 확산과 NiFe 층(12a-22)의 Ni 확산을 방지한다.
핀 층(P)은, 3.2nm(32Å) 두께의 제1 CoFe 자성 층(12a-25)(Cu 층(12a-24) 상에 형성됨), 0.5nm(5Å) 두께의 Ru 층(12a-26)(제1 CoFe 자성 층(12a-25) 상에 형성됨), 2.2nm(22Å) 두께의 제2 CoFe 자성 층(12a-27)(Ru 층(12a-26) 상에 형성됨), 및 Pt 성분이 45mol% 내지 55mol%인 PtMn 합금으로 이루어진 24nm(240Å) 두 께의 반강자성 층(제2 CoFe 층(12a-27) 상에 형성됨)으로 구성된다.
자유 층(F) 및 핀 층(P)의 각종 층들의 두께, 스페이서 층(S)의 두께, 및 캡핑 층(C)의 두께와 관련된 전술한 값들은, X-축 GMR 컴포넌트(12a-12d)에 대하여 결정된다. Y1-축 GMR 컴포넌트(12e~12h) 및 Y2-축 GMR 컴포넌트(12i~12l)에 적용되는 전술한 층들의 두께는, X-축 GMR 컴포넌트(12a~12d)에 적용되는 전술한 층들의 두께의 70%~80%로 감소된다. 도 2b에서, 스핀 밸브 층은, 자유 층(F) 및 핀 층(P) 만을 포함하며, 스페이서 층(S) 및 캡핑 층(C)은 제외시킨다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 제2 CoFe 자성 층(12a-27)은 스위칭형 접속 방식으로 반강자성 층(12a-28)과 나란하게 되어 있으며, 그 자화 방향(또는 자성 벡터)은 음의 X-축 방향으로 고정(또는 피닝)되어 있다. 제1 CoFe 자성 층(12a-25)은 반강자성 방식으로 제2 CoFe 자성 층(12a-27)과 연결되어 있으며, 그 자화 방향은 양의 X-축 방향으로 고정(또는 피닝)되어 있다. 즉, 핀 층(P)의 전체 자화 방향은, 제1 CoFe 자성 층(12a-25) 및 제2 CoFe 자성 층(12a-27)에 의해 결정된다.
도 2a, 4a, 및 6b에 도시된 바와 같이, 제1 X-축 GMR 컴포넌트(12a)의 (자계를 감지하기 위한) 반응성 방향은 기판(11)의 평탄면과 평행하며 자유 층(F)의 자화 방향에 수직인데, 즉 GMR 바의 길이 방향에 수직이며 양의 X-축 방향(도 4a에서 "a1"으로 표시됨)으로 놓여져 있다. 제1 X-축 GMR 컴포넌트와 마찬가지로, 제2 X-축 GMR 컴포넌트(12b)의 반응성 방향은 양의 X-축 방향(도 4a에서 "b1"로 표시됨)으로 놓여 있다.
따라서, 방향 a1 및 b1으로 3축 자기 센서에 자계가 인가되면, 제1 및 제2 X-축 GMR 컴포넌트(12a, 12b)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 감소된다. 자계가 방향 a1 및 b1과는 반대 방향으로 인가되면, 제1 및 제2 GMR 컴포넌트(12a, 12b)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 증가된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제3 및 제4 GMR 컴포넌트(12c, 12d)의 반응성 방향은, GMR 바의 길이 방향에 수직이며, 즉, 제1 및 제2 GMR 컴포넌트(12a, 12b)의 반응성 방향에 대해 180° 반대 방향이다. 즉, 제3 및 제4 X-축 GMR 컴포넌트(12c, 12d)의 자화 방향(또는 자기 벡터)은 음의 X-축 방향(도 4a에서 "c1" 및 "d1"로 표시됨)으로 놓여 있으며, 이에 따라, 제3 및 제4 X-축 GMR 컴포넌트(12c, 12d)의 핀 층(P)의 자화 방향은 제1 및 제2 GMR 컴포넌트(12a, 12b)의 핀 층(P)의 자화 방향과는 180°반대 방향으로 피닝된다.
따라서, 방향 c1 및 d1으로 3축 자계 센서에 자계가 인가되면, 제3 및 제4 GMR 컴포넌트(12c, 12d)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 감소된다. 방향 c1 및 d1과는 반대 방향으로 자계가 인가되면, 제3 및 제4 GMR 컴포넌트(12c, 12d)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 증가된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, Y1-축 GMR 컴포넌트(12e, 12f)의 반응성 방향(도 4a에서 e1 및 f1으로 표시됨)은, GMR 바(12e-1~12e-4, 12f-1~12f-4)의 길이 방향에 대해 수직이며, 돌출부(15)의 제1 슬로프(15a)(기울기 각도 θ를 가짐)를 따라 음의 Z-축 방향 및 양의 Y-축 방향으로 놓여 있다.
따라서, 3축 자기 센서(10)에 방향 e1 및 f1으로 자계가 인가되면, Y1-축 GMR 컴포넌트(12e, 12f)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 감소된다. 방향 e1 및 f1과는 반대 방향으로 자계가 인가되면, Y1-축 GMR 컴포넌트(12e, 12f)의 저항은 자계의 강도에 응답하여 증가된다.
도 4c에 도시된 바와 같이, Y1-축 GMR 컴포넌트(12g, 12h)의 반응성 방향(도 4a에서 g1 및 h1으로 표시됨)은 GMR 바(12g-1~12g-4, 12h-1~12h-4)의 길이 방향에 대해 수직이며, 돌출부(15)의 제1 슬로프(15a)를 따라 음의 Z-축 방향 및 음의 Y-축 방향으로 놓여 있다. 즉, Y1-축 GMR 컴포넌트(12g, 12h)의 반응성 방향은 Y1-축 GMR 컴포넌트(12e, 12f)의 반응성 방향과는 180°반대 방향이다.
따라서, 3축 자기 센서(10)에 방향 g1 및 h1으로 자계가 인가되면, Y1-축 GMR 컴포넌트(12g, 12h)의 저항은 자계의 강도에 응답하여 감소된다. 방향 g1 및 h1과는 반대 방향으로 자계가 인가되면, Y1-축 GMR 컴포넌트(12g, 12h)의 저항은 자계의 강도에 응답하여 증가된다.
도 4c에 도시된 바와 같이, Y2-축 GMR 컴포넌트(12i, 12j)의 반응성 방향(i1 및 j1으로 표시됨)은 GMR 컴포넌트(12i-1~12i-4, 12j-1~12j-4)의 길이 방향에 대해 수직이며, 돌출부(15)의 제2 슬로프(기울기 각도 θ를 가짐)를 따라 양의 Z-축 방향 및 음의 Y-축 방향으로 놓여 있다.
따라서, 3축 자기 센서(10)에 방향 i1 및 j1으로 자계가 인가되면, Y2-축 GMR 컴포넌트(12i, 12j)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 감소된다. 방향 i1 및 j1과는 반대 방향으로 자계가 인가되면, Y2-축 GMR 컴포넌트(12i, 12j)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 증가된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, Y2-축 GMR 컴포넌트(12k, 12l)의 반응성 방향(k1 및 l1으로 표시됨)은, GMR 바(12k-1~12k-4, 12l-1~12l-4)의 길이 방향에 대해 수직이며, 돌출부(15)의 제2 슬로프(15b)를 따라 양의 Z-축 방향 및 양의 Y-축 방향으로 놓여 있다. 즉, Y2-축 GMR 컴포넌트(12k, 12l)의 반응성 방향은, Y2-축 GMR 컴포넌트(12i, 12j)의 반응성 방향과는 180°반대 방향이다.
따라서, 3축 자기 센서(10)에 방향 k1 및 l1으로 자계가 인가되면, Y2-축 GMR 컴포넌트(12k, 12l)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 감소된다. 방향 k1 및 l1과는 반대 방향으로 자계가 인가되면, Y2-축 GMR 컴포넌트(12k, 12l)의 저항은 자계의 강도에 비례하여 증가된다.
다음으로, 3축 자기 센서(10)의 동작에 대해 도 7a-7c를 참조하여 설명할 것인데, 이 도 7a-7c에서는, 패드들을 이용하여 브리지 형태로 접속된 네 개의 GMR 컴포넌트들로 이루어진 세 개의 집합을 포함하는 세 개의 등가 회로를 나타내고 있다. 여기서, 화살표들은 GMR 컴포넌트들(12a~12l)의 자화 방향을 나타내며, 상향 화살표는, 대응하는 GMR 컴포넌트들의 핀 층(P)이 음의 Y-축 방향으로 피닝되어 있는 자화 방향을 나타낸다.
도 7a는, 패드들(13a~13d)을 이용하여 브리지 형태로 연결되어 있는 X-축 GMR 컴포넌트들(12a~12d)의 등가 회로도를 도시한다. 패드들(13a, 13b)은, 정전압원(14)의 양 및 음의 극성들에 연결되어 있으며, 전위 Vxin+(예를 들면, 3V) 및 Vxin-(예를 들면, 0V)가 인가되며, 이에 따라 패드들(13c, 13d)은 전위 Vxout+ 및 Vxout-를 발생시킨다. 따라서, 도 7a의 등가 회로는 (Vxout+ - Vxout-)의 전위 차 에 대응하는 센서 출력 Vxout을 발생시킨다.
도 7b는, 패드들(13e~13h)을 이용하여 브리지 형태로 연결되어 있는 Y1-축 GMR 컴포넌트들(12e~12h)의 등가 회로도를 도시한다. 패드들(13e, 13f)은, 정전압원(14)의 양 및 음의 극성들에 연결되어 있으며, 전위 Vy1in+(예를 들면, 3V) 및 Vy1in-(예를 들면, 0V)가 인가되며, 이에 따라 패드들(13g, 13h)은 전위 Vy1out+및 Vy1out-를 발생시킨다. 따라서, 도 7b의 등가 회로는 (Vy1out+- Vy1out-)의 전위 차에 대응하는 센서 출력 Vy1out을 발생시킨다.
도 7c는, 패드들(13i~13l)을 이용하여 브리지 형태로 연결되어 있는 Y2-축 GMR 컴포넌트들(12i~12l)의 등가 회로도를 도시한다. 패드들(13i, 13j)은, 정전압원(14)의 양 및 음의 극성들에 연결되어 있으며, 전위 Vy2in+(예를 들면, 3V) 및 Vy2in-(예를 들면, 0V)가 인가되며, 이에 따라 패드들(13k, 13l)은 전위 Vy2out+ 및 Vy2out-를 발생시킨다. 따라서, 도 7c의 등가 회로는 (Vy2out+- Vy2out-)의 전위 차에 대응하는 센서 출력 Vy2out을 발생시킨다.
3축 자계 센서(10)에 인가되는 자계는 X-축 컴포넌트(Hx), Y-축 컴포넌트(Hy), 및 Z-축 컴포넌트(Hz)를 포함하며, 이들은 센서 출력들, Vxout, Vy1out, 및 Vy2out에 기초하여 수학식 1, 2 및 3에 따라 계산된다. 계산은 기판(11) 내에 제조되는 LSI 회로에 의해 미리 수행되거나, 혹은 3축 자계 센서(10)에 개별적으로 연결된 LSI 칩에 의해 수행된다.
Figure 112008041324332-pat00001
Figure 112008041324332-pat00002
Figure 112008041324332-pat00003
수학식 1 내지 수학식 3에서, θ는 돌출부(15)의 슬로프(15a, 15b)의 기울기 각도를 나타내며, 여기서 20°≤θ≤60°이다. 또한, kx, ky 및 kz는 상수이며, 모든 센서 출력들, Vxout, Vy1out, 및 Vy2out가 동일한 반응성으로 발생될 경우, kx=ky=kz이다.
2. 제조 방법
다음으로, 3축 자기 센서(10)의 제조 방법에 대해, 도 8a-8c, 9a-9c, 10a-10c, 11a-11c, 12a-12c, 13a-13c, 14a-14c, 15a-15c, 16a-16c, 17a-17c, 18a-18c, 19a-19c, 및 20a-20c를 참조하여 설명할 것인데, 여기서 도 8a, 9a, 10a, 11a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a, 19a, 및 20a는 비아를 도시하며, 도 8b, 9b, 10b, 11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b, 17b, 18b, 19b, 및 20b는 패드를 도시하며, 도 8c, 9c, 10c, 11c, 12c, 13c, 14c, 15c, 16c, 17c, 18c, 19c, 및 20c는 Y1-축 및 Y2-축 GMR 컴포넌트들을 도시한다. 이와 관련하여, 기판(11)은, 미리 배선 층을 포함하거나, 또는 미리 CMOS 공정에 의해 LSI 회로를 포함하도록 제조되는 것이 바람직하다.
도 8a-8c에 도시된 바와 같이, 3축 자기 센서(10)의 제조 방법의 제1 단계에서, 층간 절연막(SOG(spin on glass)로 형성됨)(11b)이, 기판(11) 상에 형성된 배선층(11a) 상에 형성된다.
도 9a-9c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제2 단계에서, 층간 절연막(11b)의 일부가 비아 및 패드에 대하여 에칭에 의해 제거되어 배선 층(11a)을 노출시키는 개구(11c, 11d)를 형성하게 된다.
도 10a-10c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제3 단계에서, 1500Å의 두께를 갖는 산화물 막(11e)(예를 들어 SiO2와 같은 SiOx로 이루어짐), 및 5000Å의 두께를 갖는 질화물 막(11f)(예를 들어, Si3N4와 같은 SiNx로 이루어짐)이 플라즈마 CVD에 의해 기판(11)의 표면 위에 형성된다. 그 위에 레지스트가 도포된 후, 기판(11)은, 비아 및 패드에 대해 개구를 형성하는 소정의 패턴으로 절단된다.
도 11a-11c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제4 단계에서, 비아 및 패드 위의 질화물 막(11f)의 일부가 에칭에 의해 제거된 후, 레지스트가 제거되며, 이에 따라 비아 및 패드에 대해 질화물 막(11f) 내의 산화물 막(11e)을 노출시키는 개구(11g, 11h)를 형성하게 된다. 개구(11g, 11h)의 형성 동안, 산화물 막(11e)은 그 소정의 일부가 남겨지도록 완전하게 에칭되지는 않는데, 여기서 개구(11g, 11h)의 폭(또는 직경)은 개구(11c, 11d)의 폭(또는 직경)보다 작게 된다. 이로 인해, 층간 절연막(11b)이 개구(11c, 11d)를 통해 노출되는 것이 방지되며, 이에 따라 기판(11)의 배선층 및 LSI 회로에 수분이 침투하게 되는 것이 방지된다.
도 12a-12c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제5 단계에서, 5㎛ 두께의 상부 산화물 막(11i)(예를 들어 SiO2와 같은 SiOx로 이루어짐)이, 플라즈마 CVD에 의해 산화물 막(11e) 및 질화물 막(11f) 상에 형성된다. 다음으로, 상부 산화물 막(11i) 상에 레지스트가 도포되어 5㎛ 두께의 레지스트 막(11j)(도 13a 내지 도 13c 참조)이 상부 산화물 막(11i) 상에 형성된다. 이는, 탑재 면 형성 단계로 칭해진다.
도 13a-13c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제6 단계에서, 비아 및 패드 양쪽 모두에 대해 개구를 형성하는 소정의 패턴으로 레지스트 막(11j)이 절단되며, 또한 이 레지스트 막(11j)은 Y1-축 GMR 컴포넌트 및 Y2-축 GMR 컴포넌트를 형성하기 위한 돌출부(15)를 형성하는 소정의 패턴으로 절단된다. 절단이 완료된 후, 기판(11)은 150℃에서 1 내지 10분 동안 열 처리된다. 이에 따라, 도 13a-13c에 도시된 바와 같이, 레지스트 막(11j)의 코너들이 각각 테이퍼 형상으로 형성된다.
도 14a-14c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제7 단계에서, 상부 산화물 막(11i) 및 레지스트 막(11j)에 적용된 동일한 에칭 레이트로 드라이 에칭이 수행되어, 상부 산화 물 막(11i)의 (에칭 후) 남겨진 두께가 최대 거의 0.5㎛(또는 5000Å)로 설정되게 한다. 이와 관련하여, 상부 산화물 막(11i)의 개구의 폭(또는 직경)은 비아 및 패드에 대해 질화물 막(11f)의 개구의 폭(또는 직경)보다 크지 않게 되도록 한다.
드라이 에칭의 완료 후에, 남겨진 레지스트 막(11j)이 완전하게 제거되어 도 14c에 도시된 바와 같이 GMR 컴포넌트들에 대해 상부 산화물 막(11i)으로 이루어진 돌출부(15)가 형성되게 된다.
도 15a-15c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제8 단계에서, 레지스트가 상부 산화물 막(11i) 상에 도포된 후, 비아에 대해 개구를 형성하는 소정의 패턴으로 절단되며, 그 후, 에칭이 행해진다. 그 후, (에칭에도 불구하고 여전히 남아 있는) 레지스트가 완전하게 제거되어서 비아 내에 개구(11k)를 형성하게 되며, 이에 따라 도 15a에 도시된 바와 같이 배선층(11a)(즉, 기판(11)의 최상층)을 노출시키게 된다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 산화물 막(11e) 및 상부 산화물 막(11i)이 패드와 연결되어 있는 배선층(11a) 위에 여전히 남아 있도록 에칭이 수행될 수 있다. 이와 달리, 패드가 도 15a에 도시된 비아와 유사하게 변형될 수 있어서, 산화물 막(11e) 및 상부 산화물 막(11i)이 패드와 연관된 배선층(11a)을 노출시키도록 동시에 제거될 수 있다.
도 16a-16c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제9 단계에서, Cr로 이루어지는 리드 막(11m)(도 2a에 도시된 전술한 리드 막(12a-5~12a-9)을 형성함)이, 스퍼터링, 진공 증착, 및 이온 도금 등의 PVD(physical vapor deposition)에 의해 배선층(11a)의 일부(비아 내에서 노출되어 있음) 및 상부 산화물 막(11i) 상에 형성된 다. 레지스트가 상부 산화물 막(11i) 및 리드 막(11m) 상에 도포된 후 리드 막(11m)의 소정의 패턴으로 절단되며, 그 후 리드 막(11m)이 에칭된다.
이와 관련하여, 돌출부(15)의 슬로프(15a, 15b)에 대해 에칭이 적절하게 수행되며, 그 후 돌출부(15)의 단면 형상을 수정하기 위해 열 처리가 행해져서 테이퍼 형상으로 레지스트를 형성한다. 에칭이 완료된 후, 상부 산화막(11i) 상에 여전히 남아 있는 레지스트가 완전히 제거된다.
스퍼터링에 의해, GMR 다층 막(11n)(전술한 GMR 컴포넌트(12a~12l)를 형성함)이 상부 산화물 막(11i) 및 리드 막(11m)의 표면 상에 형성된다. 이는 자기저항 엘리먼트 형성 단계로 칭해진다.
이 자기저항 엘리먼트 형성 단계에서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 자유 층(F), Cu로 이루어지며 2.8nm(즉, 28Å)의 두께를 갖는 도전성 스페이서 층(S), 핀 층(P), 및 Ta 또는 Ti로 이루어지며 2.5nm(즉, 25Å)의 두께를 갖는 캡핑층(C)이 기판(11) 상에 순차적으로 형성되어, GMR 다층 막(11n)을 형성하게 된다.
자유 층(F)은, 8nm(즉, 80Å)의 두께를 갖는 CoZrNb 비결정질 자성 층(12a-21), 3.3nm(즉, 33Å)의 두께를 갖는 NiFe 자성 층(12a-22), 및 1.2nm(즉, 12Å)의 두께를 갖는 CoFe 막(12a-33)을 기판(11) 상에 순차적으로 형성함으로써, 형성된다.
핀 층(P)은, 3.2nm(즉, 32Å) 두께의 제1 CoFe 자성 층(12a-25), 0.5nm(즉, 5Å)의 두께의 Ru 층(12a-26), 2.2nm(즉, 22Å)의 두께의 제2 CoFe 자성 층(12a-27), 및 24nm(즉, 240Å)의 두께를 갖는 반강자성 층(12a-28)(Pt의 성분이 45mol% 내지 55mol% 함유되어 있는 PtMn 합금으로 이루어져 있음)을 스페이서 층(S) 상에 순차적으로 형성함으로써 형성된다.
GMR 다층막(11n)을 갖는 기판(11) 근처에 영구 자석 어레이(16)(도 22 참조)가 배치되어서 자화 열 처리(즉, 피닝)를 수행하며, 이에 따라 핀 층(P)의 자화 방향을 고정시키게 된다. 이는, 자화 열 처리 단계로 칭해진다.
기판(11)의 평탄면 상에 적절한 두께(예를 들면, 2㎛)를 갖는 GMR 다층막(11n)의 표면 상에 레지스트가 도포되며, 그 후, 레지스트의 표면에 마스크가 도포되며, 그 후 버닝(burning) 및 현상이 행해져서 불필요한 레지스트를 제거하게 되며, 이에 따라 패턴이 GMR 다층 막(11n)과 일치하게 되는 레지스트 막이 형성된다. 이 때, 돌출부(15)의 단면 형상을 테이퍼 형상으로 수정하도록 에칭이 적절하게 행해진다. 그 후, 레지스트 막에 의해 보호되지 않는, GMR 다층 막(11n)의 소정의 부분이 이온 밀링에 의해 제거되어 소정의 형상(예를 들면, 도 2a에 도시된 얇은 띠 형상)의 GMR 다층 막(11n)이 형성된다. 이온 밀링으로 인해, GMR 다층 막(11n)이 서로 분리되어 GMR 다층 막(11n)의 노출면(전술한 GMR 바를 형성함), 예를 들면 도 3에 도시된 측면들(22a, 22b), 및 도 5에 도시된 측면들(23a, 23b)을 형성하게 된다. GMR 다층 막(11n) 및 리드 막(11m) 양쪽 모두가 비아와 관련하여 여전히 남아 있도록 이온 밀링이 수행되어, 비아의 에지에 위치되어 있는 리드 막(11m)의 소정의 일부가 파손되는 것을 방지한다.
다음으로, 노출되는 산화물 막(11e), 상부 산화물 막(11i), 리드막(11m), 및 GMR 다층막(11n)을 피복하는 보호막을 형성하도록 레지스트 막이 제거된다.
도 17a-17c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제10 단계에서, Ta와 같은 비자성 금속으로 이루어진 비자성 막(11r)(전술한 비자성 막(11r-1~11r-4, 11R-1)을 형성함)이 GMR 다층막(11n)의 표면 상에 형성된다. 이는, 비자성 막 형성 단계로 칭해진다. 구체적으로는, 이들은 두께가 50Å 내지 100Å으로 되도록 스퍼터링에 의해 불활성 기체(질화물, 아르곤 등으로 이루어짐)로 채워진 챔버 내에 형성된다. 그 후, 비자성 막(11r)이 GMR 다층 막(11n)을 개별적으로 피복하도록 에칭이 수행된다. 이는 패터닝 단계로 칭해진다.
GMR 다층 막(11n)의 각종 층들(예를 들면, 특히 자유 층(F))의 물질은 용이하게 산화될 수 있다. 그러나, 본 실시예의 제조 방법은, 챔버가 산소가 아니라 불활성 기체로 채워져서 스퍼터링에 의해 비자성 막(11r)을 형성하도록 설계되며, 이에 따라 GMR 다층 막(11n)의 표면이 산소를 흡수하는 것을 방지할 수 있으며 GMR 다층막(11n)을 비자성 막(11r)으로 개별적으로 피복할 수 있게 된다. 이와 관련하여, 진공 증착, 레이저 연마, 및 스퍼터링 이외의 다양한 PVD 방법에 의해 비자성 막(11r)을 형성할 수 있다.
도 18a-18c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제11 단계에서, 1500Å 두께를 갖는 CVD 산화물 막(11o)(예를 들어 SiO2와 같은 SiOx로 이루어짐)이 플라즈마 CVD에 의해 비자성 막(11r)을 피복하도록 형성된다. 구체적으로는, 기판(11)은 챔버 내에 배치되며, 250℃로 가열된 후, 챔버는 플라즈마 에너지를 추가함으로써 물질들을 활성화시키기 위해 반응성 가스로 채워져서 가스 반응을 가속화시키게 된다.
도 19a-19c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제12 단계에서, 5000Å의 두께를 갖는 질화물 막(11s)(예를 들어 Si3N4와 같은 SiNx로 이루어짐)이 플라즈마 CVD에 의해 CVD 산화물 막(11o) 상에 형성된다. 구체적으로는, CVD 산화물 막(11o)의 형성과 마찬가지로, 기판(11)이 챔버 내에 배치되며 250℃로 가열된 후, 챔버는 반응성 가스로 채워지며, 플라즈마 에너지를 추가함으로써 물질들이 활성화되어 가스 반응이 가속화된다.
도 20a-20c에 도시된 바와 같이, 제조 방법의 제13 단계에서, 폴리이미드 막(11p)이 질화물 막(11s) 상에 형성된다. 이에 따라, 비자성 막(11r), CVD 산화물 막(11o), 질화물 막(11), 및 폴리이미드 막(11p)이 순차적으로 형성되어서 GMR 다층 막(11n)을 피복하는 보호막을 형성하게 된다.
폴리이미드 막(11p)의 소정의 부분이 패드에 대해 마스킹되며, 그 후 배선층(11a) 상의 산화물 막(11e), CVD 산화물 막(11o) 및 질화물 막(11s)이 패드에 대해 에칭에 의해 제거되며, 이에 따라 패드가 노출된다. 따라서, 배선 층(11a)의 노출된 부분에 대응하는 전극 패드가 기판(11) 내에 형성되며, 이는 그 후 절단된다. 이에 의해 도 1a에 도시된 3축 자기 센서(10)의 제조가 완료된다.
보호 막 및 전극 패드의 형성은 전술한 공정에 의해 반드시 행해질 필요는 없다. 예를 들면, 본 실시예는, CVD 산화물 막(11o) 및 질화물 막(11s)의 형성 후에, CVD 산화물 막(11o) 및 질화물 막(11s)이 패드에 대해 에칭에 의해 부분적으로 제거되어 배선층(11a)이 패드에 대해 부분적으로 노출되도록 변경될 수 있다. 다 음으로, CVD 산화물 막(11o), 질화물 막(11s), 및 배선층(11a) 상에 폴리이미드 막(11p)이 형성되어 보호 막을 형성하게 된다. 마지막으로, 패드에 대해 다시 배선층(11a)을 부분적으로 노출시키도록 폴리이미드 막(11p)이 에칭에 의해 부분적으로 제거되며, 이에 따라 배선층(11a)의 노출된 부분이 전극 패드로서 기능하게 된다.
다음으로, 도 21 및 도 22를 참조하여 자화 열 처리(또는 피닝)에 대해 설명할 것인데, 여기서 도 21은 다섯 개의 영구 바 자석(16a-16e)을 갖는 자석 어레이(16)를 나타낸다. 자석 어레이(16)는 기판(11)의 이면(이는 GMR 다층 막(11n)을 형성하는 표면과는 반대측에 있음)에 근접하여 배치된다. 그 후, 기판(11) 및 자석 어레이(16)가 진공 상태에서 260℃ 내지 290℃의 소정의 온도 범위에서 가열되어 4시간 동안 유지된다.
전술한 바에서, 자석 어레이(16)는, 서로 다른 극성을 가지고 격자 모양으로 배치되는 다섯 개의 영구 바 자석들(16a~16e)을 포함한다. 자석 어레이(16)에서, 하단부가 S극으로 자화되는 영구 바 자석(16a)은 기판(11)의 거의 중앙에 가깝게 배치되며, 영구 바 자석(16b~16d)(그 하단부가 N 극으로 자화됨)은 기판(11)의 주변 영역에 배치된다.
전술한 배치로 인해, 90°의 직각으로 교차하는 자력선들이 영구 바 자석(16a)(N 극을 가짐)으로부터 영구 바 자석(16b~16d)(S 극을 가짐)으로 유도되도록, 자계(H)(도 21의 점선 화살표 참조)가 형성된다. 이에 따라, 자계(H)는, 그 자기력선이 영구 바 자석(16a)의 N 극으로 인해 전술한 GMR 컴포넌트(예를 들면, 도 21에 도시된 X-축 컴포넌트(12a-12d))에 도달하도록 형성된다.
자계(H)를 이용하여, 기판(11) 및 자석 어레이(16)는 진공 상태에서 260℃ 내지 290℃ 범위 내의 소정의 온도로 가열되며 4시간 동안 유지되며, 이에 따라, 도 6b에 도시된 바와 같이, 자계(H)의 반대 방향으로 놓여 있는, 제2 CoFe 자성 층(12a-27)의 자화 방향이 반강자성 막(28)의 자화 방향으로 스위치형 연결 방식으로 일렬로 되어 고정된다. 제2 CoFe 자성 층(12a-27)과의 반강자성 접속으로 인해, 제1 CoFe 자성 층(12a-25)은 자계(H)의 자화 방향과 일치하도록 고정된다.
이와 관련하여, 제1 CoFe 자성 층(12a-25)의 자화 방향은 자화 열 처리에서 자계(H)의 자화 방향과 일치하도록 고정될 수 있다.
이에 따라, X-축 GMR 컴포넌트(12a, 12b)에 포함되는 핀 층(P)의 자화 방향은 각각 양의 X-축 방향(즉, 도 4a에 도시된 방향 a1 및 b1)으로 고정되며, X-축 GMR 컴포넌트(12c, 12d)에 포함되는 핀 층(P)의 자화 방향은 각각 음의 X-축 방향(즉, 도 4a에 도시된 방향 c1 및 d2)으로 고정된다.
Y1-축 GMR 컴포넌트(12e, 12f)에 포함되는 핀 층(P)의 자화 방향은 각각 돌출부(15)의 제1 슬로프(15a)를 따른 양의 Y-축 방향(즉, 도 4a에 도시된 방향 e1 및 f1)으로 고정되며, Y1-축 GMR 컴포넌트(12g, 12h)에 포함되는 핀 층(P)의 자화 방향은 각각 돌출부(15)의 제1 슬로프(15a)를 따른 음의 Y-축 방향(즉, 도 4a에 도시된 방향 g1 및 h1)으로 고정된다.
Y2-축 GMR 컴포넌트(12i, 12j)에 포함되는 핀 층(P)의 자화 방향은 각각 돌출부(15)의 제2 슬로프(15b)를 따른 음의 Y-축 방향(즉, 도 4a에 도시된 방향 i1 및 j1)으로 고정되며, Y2-축 GMR 컴포넌트(12k, 12l)에 포함되는 핀 층(P)의 자화 방향은 각각 돌출부(15)의 제2 슬로프(15b)를 따른 양의 Y-축 방향(즉, 도 4a에 도시된 방향 k1 및 l1)으로 고정된다.
X-축 GMR 컴포넌트, Y1-축 GMR 컴포넌트, 및 Y2-축 GMR 컴포넌트의 히스테리시스 특성에 대하여, GMR 컴포넌트 및 CVD 산화물 막 사이의 GMR 컴포넌트를 피복하도록 비자성 막이 형성되는 본 실시예와, GMR 컴포넌트 상에 CVD 산화물 막이 직접 형성되는 종래 기술을 비교하기 위해 실험이 행해졌다. 여기서, 비자성 막을 스퍼터링에 의해 형성하는 실험이 행해졌는데, 여기서 챔버는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체로 채워지며, 탄탈(Ta)이 타겟으로서 이용된다.
도 23 및 도 24는 GMR 컴포넌트의 히스테리시스 특성을 나타내는데, 여기서 수평축은 히스테리시스(μT)를 나타내며, 수직축은 백분율(%), 즉 GMR 컴포넌트와 관련된 백 개의 샘플 중 테스트되는 샘플의 개수를 나타낸다. 여기서, 히스테리시스는, 외부 자계의 강도가 변하는 동안 출력이 제로로 될 때 히스테리시스 곡선의 양의 극성과 음의 극성 간의 강도 차이를 나타낸다.
도 24는, X-축 GMR 컴포넌트, Y1-축 GMR 컴포넌트 및 Y2-축 GMR 컴포넌트에 대하여, 샘플들의 백분율이, 3.5μT와 4.0μT 사이의 범위에 있는 히스테리시스 값과 관련하여 실질적으로 10%와 11% 사이의 범위에 있을 수 있는 종래의 히스테리시스 분포를 나타낸 도면이다. 이 분포는, 0.5μT와 13μT 사이의 범위에 있을 수 있는 분산을 갖는다.
이 종래의 기술에서, CVD 산화물 막은 GMR 컴포넌트 상에 직접 형성되며, 이 에 따라 CVD 산화물 막의 형성 동안, GMR 컴포넌트는 챔버 내에서 플라즈마에 의해 활성화되는 산소를 흡수하여 산화될 수 있으며 이에 따라 히스테리시스를 증가시키고 히스테리시스의 분산을 유발할 수 있다.
도 23은 본 실시예에 따른 히스테리시스 분포를 나타낸 도면으로서, 여기서 GMR 컴포넌트의 수에 관련된 백분율이, 0.5μT의 히스테리시스 값에 대해 70%와 85% 사이에 집중된다. 또한, 히스테리시스의 피크 범위는 0.5μT와 4.0μT 사이의 범위에 있을 수 있으며, 이에 따라, 본 실시예는 종래의 기술에 비해 비교적 작은 분산을 발생시킬 수 있게 된다.
본 실시예는, GMR 컴포넌트를 피복하는 비자성 막이 CVD 산화물 막과 연관되어 형성되도록 설계되었기 때문에, GMR 컴포넌트가, 비자성 막의 형성으로 인해 챔버 내에서 활성화될 수 있는 산소를 흡수하는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 3축 자기 센서(10)는, GMR 컴포넌트를 보호하는 보호막의 형성 동안에, GMR 컴포넌트를 피복하는 비자성 막이, CVD 산화물 막의 형성 전에 스퍼터링에 의해 형성되도록 설계되며, 이에 의해, 불활성 기체로 채워진 챔버 내에서 GMR 바에 보호막이 피복될 수 있다.
그 후, CVD 산화물 막은 플라즈마 CVD에 의해 비자성 막 상에 형성되며, 여기서, 산소가 플라즈마에 의해 활성화되는 분위기 하에서 CVD 산화물 막의 형성에 관계없이 비자성 막에 의해 GMR 컴포넌트를 보호하는 것이 가능하게 된다. 따라서, GMR 바 내에서 특히 자유 층(F)이, GMR 컴포넌트의 표면 상의 활성 산소의 흡수로 인해 산화되는 것이 방지된다. 따라서, 자유 층(F)의 약한 자기 특성의 저하 를 방지할 수 있으며, 이에 따라, 우수한 히스테리시스 특성을 갖는 3축 자기 센서(10)를 생성할 수 있다.
특히, 길이 방향을 따라 돌출부(15)의 제1 슬로프(15a)(또는 제2 슬로프(15b)) 상에 형성되는 GMR 바의 측면들(23b)은, 측면들(23a)에 비해 넓게 될 수 있으며, 이에 따라 이들이 용이하게 산소를 흡수할 수 있게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예는 GMR 바를 산화로부터 신뢰성있게 보호하도록 설계되었다.
GMR 컴포넌트가 돌출부(15)의 슬로프들(15a, 15b) 뿐만 아니라 기판(11)의 평탄면 상에 형성되는 3축 자기 센서(10)가 서로 교차하는 서로 다른 자성 축 컴포넌트를 검출하도록 설계되었기 때문에, 2축 및 3축 방향으로 자성을 검출하는 것이 가능하다.
본 실시예는, GMR 바가 비자성 막으로 피복되는 패터닝을 수행하도록 설계되어 있지만, 패터닝은 비자성 막에 의해 자유 층(F)의 주변 부분만을 보호하도록 달성될 수 있다. 이로 인해, 자유 층(F)의 산화로 인해 약한 자기 특성이 저하되는 것을 방지하게 되며, 이에 따라 3축 자기 센서(10)의 특성을 개선시키게 된다.
본 실시예는, Y1-축 GMR 컴포넌트 및 Y2-축 GMR 컴포넌트가 돌출부(15)의 슬로프(15a, 15b) 상에 형성되도록 설계되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 본 발명은, 이들이, 서로 다른 방향으로 기울어진 슬로프들 상에 형성되기만 하면 되므로, 이들은 각각 서로 다른 돌출부들 상에 형성될 수 있다.
본 실시예는, GMR 컴포넌트들이 평탄면들 뿐만 아니라 슬로프들(15a, 15b) 상에도 형성되는 3축 자기 센서(10)에 관한 것이며, 이들 슬로프들(15a, 15b)는 돌출부(15)에 대해 서로 다르게 기울어지며(이는 제한 사항이 아님), 이에 따라, 본 실시예는 1축 방향 및 2축 방향으로 자성을 검출하기 위한 어떠한 유형의 자기 센서에도 적용될 수 있다.
본 실시예에서, GMR 컴포넌트는 상부 산화물 막(11i) 상에 형성되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 상부 산화물 막(11i) 및 GMR 컴포넌트 사이에 SiNx(예를 들면, Si3N4)로 이루어진 질화물 막을 형성하는 것도 가능하다.
본 실시예에서, CVD 산화물 막(11o)(SiO2 막으로 이루어짐) 및 질화물 막(11s)(Si3N4로 이루어짐)의 형성 후에 비자성 막(11r) 위에 폴리이미드 막(11p)이 형성되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, CVD 산화물 막(11o) 및 질화물 막(11s)을 형성하지 않고 폴리이미드 막(11p)만을 형성하는 것도 가능하다.
본 실시예는, Ru 층이, 핀 층(p)을 형성하는 두 개의 CoFe 자성 층 사이에 끼워지는 SAF 구조의 GMR 컴포넌트에 관한 것이지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 실시예는 핀 층 내에 Ru 층을 포함하지 않는 임의의 유형의 GMR 컴포넌트에도 적용될 수 있다. 또한, 본 실시예는 터널 자기저항 엘리먼트(TMR 엘리먼트)를 이용하는 임의의 유형의 자기 센서에도 적용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 본 실시예에 국한될 필요는 없으며, 본 실시예는 첨부된 특허청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범주 내에서 여러 방식으로 또한 변경될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복수의 GMR 컴포넌트들을 포함하는 3축 자기 센서의 구성을 나타낸 평면도.
도 1b는 도 1a의 A-A 선을 따라 취한 단면도.
도 2a는 리드 막들을 통해 직렬로 연결된 네 개의 GMR 바를 포함하는 GMR 컴포넌트의 구성을 나타낸 평면도.
도 2b는 도 2a의 B-B 선을 따라 취한 단면도.
도 3은 도 2a의 O-O 선을 따라 취한 단면도.
도 4a는 피닝 방향 및 반응성 방향과 관련된 3축 자기 센서의 구성을 나타낸 평면도.
도 4b는 도 4a에 도시된 섹션 D를 나타낸 확대 투시도.
도 4c는 도 4a에 도시된 섹션 E를 나타낸 확대 투시도.
도 5는 도 1b에 도시된 섹션 J를 나타낸 확대 단면도.
도 6a는 3축 자기 센서에서 사용하기 위한 거대 자기저항 엘리먼트의 라미네이팅된 구조를 개략적으로 나타낸 도면.
도 6b는 도 6a에서 도시된 핀 층 내에 포함되는 층들의 자화 방향을 개략적으로 나타낸 도면.
도 7a는 3축 자기센서에 포함되는 네 개의 X-축 GMR 컴포넌트들의 브리지 접속을 나타낸 등가 회로도.
도 7b는 3축 자기 센서에 포함되는 네 개의 Y1-축 GMR 컴포넌트들의 브리지 접속을 나타낸 등가 회로도.
도 7c는 3축 자기 센서에 포함되는 네 개의 Y2-축 GMR 컴포넌트들의 브리지 접속을 나타낸 등가 회로도.
도 8a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제1 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 8b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제1 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 8c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제1 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 9a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제2 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 9b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제2 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 9c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제2 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 10a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제3 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 10b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제3 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 10c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방 법의 제3 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 11a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제4 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 11b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제4 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 11c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제4 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 12a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제5 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 12b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제5 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 12c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제5 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 13a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제6 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 13b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제6 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 13c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제6 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 14a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제7 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 14b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제7 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 14c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제7 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 15a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제8 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 15b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제8 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 15c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제8 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 16a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제9 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 16b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제9 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 16c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제9 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 17a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제10 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 17b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제10 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 17c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제10 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 18a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제11 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 18b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제11 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 18c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제11 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 19a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제12 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 19b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제12 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 19c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제12 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 20a는 비아와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제13 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 20b는 패드와 관련된 3축 자기 센서의 제조 방법의 제13 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 20c는 Y1-축과 Y2-축 GMR 컴포넌트들과 관련된 3축 자기 센서의 제조 방 법의 제13 단계를 설명하기 위한 단면도.
도 21은 5개의 영구 바 자석을 갖는 자석 어레이를 나타낸 평면도.
도 22는 도 21의 G-G 선을 따라 취한 단면도.
도 23은 본 발명에 따른 히스테리시스에 관련된 GMR 컴포넌트들의 백분율을 나타낸 그래프.
도 24는 종래 기술에 따른 히스테리스에 관련된 GMR 컴포넌트들의 백분율을 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 3축 자기 센서
11 : 기판
12a~12d : X-축 GMR 컴포넌트
12e~12h : Y1-축 GMR 컴포넌트
12i~12l : Y2-축 GMR 컴포넌트

Claims (4)

  1. 자기 센서에 있어서,
    LSI 또는 배선이 형성된 기판;
    평탄면 및 슬로프를 형성하도록 상기 기판 상에 형성되는 실리콘 산화물 막;
    상기 실리콘 산화물 막의 평탄면 및 슬로프 상에 배치된 복수의 자기저항(magnetoresistive) 엘리먼트 ― 상기 복수의 자기저항 엘리먼트 각각은, 아래서부터 자유 층, 도전 층, 및 핀 층의 순으로 라미네이팅(laminating)함으로써 형성됨 ―;
    상기 복수의 자기저항 엘리먼트를 직렬로 연결하도록 형성된 복수의 리드(lead) 막;
    상기 복수의 자기저항 엘리먼트를 피복하기 위한 CVD 산화물 막; 및
    상기 복수의 자기저항 엘리먼트 각각에 대해 테이퍼 형상으로 형성된 자유 층의 주변(periphery)을 피복하도록 상기 복수의 자기저항 엘리먼트와 상기 CVD 산화물 막 사이에 형성되는 비자성(non-magnetic) 막
    을 포함하는 자기 센서.
  2. 삭제
  3. 자기 센서를 제조하는 방법에 있어서,
    LSI 또는 배선이 형성된 기판 상에 형성된 실리콘 산화물 막에 의해 평탄면 및 슬로프를 형성하는 단계;
    상기 실리콘 산화물 막의 평탄면 및 슬로프 상에 복수의 자기저항 엘리먼트를 형성하는 단계 ― 상기 복수의 자기저항 엘리먼트 각각은, 아래서부터 자유 층, 도전 층, 및 핀 층의 순으로 라미네이팅함으로써 형성됨 ―;
    상기 복수의 자기저항 엘리먼트를 직렬로 연결하기 위한 복수의 리드 막을 형성하는 단계;
    CVD(chemical vapor deposition)에 의해 상기 복수의 자기저항 엘리먼트를 피복하는 CVD 산화물 막을 형성하는 단계;
    상기 복수의 자기저항 엘리먼트와 상기 CVD 산화물 막 사이에 배치되는 비자성 막을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 자기저항 엘리먼트 각각에 대해 테이퍼 형상으로 형성된 자유 층의 주변을 피복하도록 상기 비자성 막을 패터닝하는 단계
    를 포함하는 자기 센서의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 비자성 막은 스퍼터링에 의해 형성되는, 자기 센서의 제조 방법.
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8897432B2 (en) * 2010-07-01 2014-11-25 Etherfax, Llc System and method of remote fax interconnect technology
US9000763B2 (en) * 2011-02-28 2015-04-07 Infineon Technologies Ag 3-D magnetic sensor
CN202119391U (zh) * 2011-03-03 2012-01-18 江苏多维科技有限公司 一种独立封装的磁电阻角度传感器
CN102226836A (zh) * 2011-04-06 2011-10-26 江苏多维科技有限公司 单一芯片桥式磁场传感器及其制备方法
US8969101B1 (en) 2011-08-17 2015-03-03 MCube Inc. Three axis magnetic sensor device and method using flex cables
US20130113473A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-09 Sae Magnetics (H.K.) Magnetic sensor with shunting layers and manufacturing method thereof
CN103090888A (zh) * 2011-11-04 2013-05-08 新科实业有限公司 带有旁路层的磁传感器及其制造方法
TWI452319B (zh) * 2012-01-09 2014-09-11 Voltafield Technology Corp 磁阻感測元件
US9116198B2 (en) * 2012-02-10 2015-08-25 Memsic, Inc. Planar three-axis magnetometer
CN103376425A (zh) * 2012-04-23 2013-10-30 美新半导体（无锡）有限公司 三轴磁传感器
CN102706954B (zh) * 2012-06-05 2016-06-29 清华大学 自旋阀gmr薄膜结构、具有其的生物传感器及制作方法
CN104755948B (zh) * 2012-10-12 2018-04-10 美新公司 单晶三轴磁场传感器
TWI457583B (zh) * 2012-11-02 2014-10-21 Univ Nat Kaohsiung Applied Sci Three - axis magnetic field sensing device with magnetic flux guide
US9244134B2 (en) * 2013-01-15 2016-01-26 Infineon Technologies Ag XMR-sensor and method for manufacturing the XMR-sensor
KR101630950B1 (ko) 2014-10-21 2016-06-24 그린 주식회사 유기농 인삼의 재배시설 및 재배방법
KR20160131147A (ko) 2015-05-06 2016-11-16 그린 주식회사 생육조절이 가능한 유기농 인삼 재배시설 및 그것을 사용한 유기농 인삼 재배방법
KR20170009175A (ko) 2015-07-16 2017-01-25 그린 주식회사 태양광발전장치를 갖는 무농약 인삼 재배시설 및 그것을 사용한 인삼 재배방법
US10302457B2 (en) * 2017-01-17 2019-05-28 Texas Instruments Incorporated Structure and design of an anisotropic magnetoresistive angular sensor
CN107894576B (zh) * 2017-10-27 2019-11-29 中国人民解放军国防科技大学 一种高z向分辨力的一体化低功耗三轴磁场传感器
CN111044951B (zh) * 2019-11-27 2022-06-24 北京航空航天大学青岛研究院 三轴磁场传感器及其制造方法
JP7107330B2 (ja) * 2020-03-27 2022-07-27 Tdk株式会社 磁気センサおよびその製造方法
US11874346B2 (en) 2021-09-21 2024-01-16 Tdk Corporation Magnetic sensor
US20230093358A1 (en) 2021-09-21 2023-03-23 Tdk Corporation Magnetic sensor
US11892527B2 (en) 2021-09-21 2024-02-06 Tdk Corporation Magnetic sensor
US20230091010A1 (en) * 2021-09-22 2023-03-23 Tdk Corporation Magnetic field detection apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001184613A (ja) * 1999-12-24 2001-07-06 Hitachi Ltd 磁気抵抗センサー
JP2001291915A (ja) 2000-02-11 2001-10-19 Headway Technologies Inc 磁気抵抗センサ素子およびその製造方法
JP2003204092A (ja) 2002-01-07 2003-07-18 Tdk Corp 磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗効果センサを有する薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果センサの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2970590B2 (ja) * 1997-05-14 1999-11-02 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム
JPH10321435A (ja) * 1997-05-16 1998-12-04 Sony Corp 磁気抵抗効果素子及びその製造方法
JP2001345495A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Alps Electric Co Ltd スピンバルブ型薄膜磁気素子およびこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド
JP2001352112A (ja) * 2000-06-07 2001-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッド
JP3502029B2 (ja) * 2000-09-08 2004-03-02 アルプス電気株式会社 スピンバルブ型薄膜磁気素子及びその製造方法並びにこのスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えた薄膜磁気ヘッド
JP2003243630A (ja) * 2002-02-18 2003-08-29 Sony Corp 磁気メモリ装置およびその製造方法
JP4085859B2 (ja) * 2002-03-27 2008-05-14 ヤマハ株式会社 磁気センサおよびその製造方法
JP5089853B2 (ja) * 2004-07-16 2012-12-05 ヤマハ株式会社 磁気センサの製造方法
JP5028769B2 (ja) 2005-03-29 2012-09-19 ヤマハ株式会社 磁気センサの製法
JP4411223B2 (ja) * 2005-02-04 2010-02-10 アルプス電気株式会社 車載用ｇｍｒ角度センサ
JP4984408B2 (ja) * 2005-03-17 2012-07-25 ヤマハ株式会社 磁気センサおよびその製法
JP5298404B2 (ja) * 2005-03-28 2013-09-25 ヤマハ株式会社 三軸磁気センサおよびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001184613A (ja) * 1999-12-24 2001-07-06 Hitachi Ltd 磁気抵抗センサー
JP2001291915A (ja) 2000-02-11 2001-10-19 Headway Technologies Inc 磁気抵抗センサ素子およびその製造方法
JP2003204092A (ja) 2002-01-07 2003-07-18 Tdk Corp 磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗効果センサを有する薄膜磁気ヘッド、磁気抵抗効果センサの製造方法及び薄膜磁気ヘッドの製造方法

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