KR101728744B1 - 실질적 직교 피닝 방향들을 갖는 이축 자기장 센서 - Google Patents

Abstract

제조 방법 및 장치는, 고 형상비 패턴들이 각 패턴화된 형상의 자화가 각각의 목표 축을 따라 강제 이완되게 하는 형상 이방성을 제공하도록, 서로 다른 배향들로 그려진 장축들(506, 516)을 갖는 고 형상비로 에칭된 단일 기준층으로부터 형성된 단지 두 개의 별개의 피닝축들을 필요로 하는 두 개의 서로 다른 센서 구성들(502, 512)로부터 고 성능 자기장 센서(200)를 제공한다. 가열 및 냉각시, 강자성 필름은 1) 증착 단계 동안 기준층의 고유 이방성을 맞춤화하는 것, 2) 에칭시, 다른 패턴화된 형상의 장축에 대한 비직교 각도로 패턴화된 형상들 중 하나의 장축들을 형성하는 것, 또는 3) 기준층들을 피닝할 때 보상 자장을 인가하는 것 중 하나에 의해 서로 다른 목표 방향들로 피닝된다.

Description

실질적 직교 피닝 방향들을 갖는 이축 자기장 센서{TWO-AXIS MAGNETIC FIELD SENSOR WITH SUBSTANTIALLY ORTHOGONAL PINNING DIRECTIONS}

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 2009년 4월 30일자로 출원된 출원 번호 제 12/433,679호에 대한 우선권을 주장한다.

분야

본 발명은 일반적으로 전자기 장치들의 분야에 관한 것이며, 특히, 자기장들을 감지하기 위해 사용되는 CMOS-호환가능 전자기장 센서들에 관한 것이다.

센서들은 위치, 운동, 힘, 가속, 온도, 압력 등 같은 물리적 파라미터들을 측정 또는 검출하기 위한 현대적 시스템들에 널리 사용된다. 이들 및 다른 파라미터들을 측정하기 위해 다양한 서로 다른 센서 유형들이 존재하지만, 이들은 모두 다양한 한계들을 가지고 있다. 예로서, 전자 콤파스 및 다른 유사한 자기 감지 용례들에 사용되는 것들 같은 저가의 저자장 센서들(low field sensor)은 일반적으로 이방성 자기저항(AMR) 기반 장치들로 구성된다. CMOS와 잘 결합되는 필요한 감도 및 적절한 저항들에 도달하기 위해, 이런 센서들의 감지 유닛들은 일반적으로 크기가 mm² 정도이다. 모바일 용례들에 대하여, 이런 AMR 센서 구성들은 비용, 회로 면적 및 파워 소비에 관하여 고비용적이다.

자기 터널 접합(MTJ) 센서들 및 자이언트 자기저항(GMR) 센서들 같은 다른 유형들은 더 작은 프로파일 센서들을 제공하기 위해 사용되어 왔지만, 그러나, 이런 센서들은 온도 변화들에 의해 영향을 받는, 부적합한 감도 같은 그 자체의 고려사항들을 가지고 있다. 이들 고려사항들을 해결하기 위해, MTJ 센서들 및 GMR 센서들은 감도를 증가시키고 온도 의존성 저항 변화들을 제거하기 위해 휘트스톤(Wheatstone) 브리지 구조에 사용되어 왔다. 사실, 이축 자기장 센서들은 각 감지 축을 위해 휘트스톤 브리지 구조를 사용함으로써 지자장(earth's field) 방향을 검출하기 위해 전자 콤파스 용례들을 위해 개발되어 왔다. 그러나, 이런 자장 센서들은 통상적으로 각 감지 축을 위해 두 개의 대향 피닝 방향들을 사용함으로써, 4개의 서로 다른 피닝 방향들을 초래하고, 이 4 개의 피닝 방향들은 복잡하고 부피 큰 자화 기술들에 의한 자석 어레이를 사용하여 각 회로를 위해 개별적으로 설정되어야 하거나, 추가적 처리 복잡성을 필요로 하는 더 낮은 중간 자장의 국지적 방향을 지향시키기 위해 두꺼운 NiFe 실드/자속 집속층을 사용한다. 서로 다른 기준층 자화 방향들을 달성하기 위한 다른 방법은 서로 다른 블록킹 온도들을 갖는 두 개의 서로 다른 반강자성층들을 증착시키는 것과, 두 개의 서로 다른 피닝 방향들을 설정하기 위해, 그리고, 두 개의 서로 다른 센서 배향들에 대한 접촉부를 형성하기 위해 복잡한 설정 절차 및 다양한 처리 플로우를 적용하는 것이다.

따라서, 실질적으로 직교 자화 방향들을 갖는 기준층들을 형성하기 위한 개선된 센서 디자인 및 제조 프로세스에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 모바일 용례들에 사용하기 위한 집적 회로 구조로서 효율적이고 저가로 구성될 수 있는 이중축 센서에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 앞서 요약한 설명한 것 같은 본 기술 분야의 문제점들을 극복하기 위한 개선된 자기장 센서 및 제조법에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 본 발명의 다른 바람직한 특징들 및 특성들은 첨부 도면 및 본 배경 설명과 연계하여 이루어지는 후속하는 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백히 알 수 있을 것이다.

이하에서, 유사 번호들이 유사 요소들을 나타내고 있는 이하의 도면 그림들과 연계하여 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다.
도 1은 비차폐형 MTJ 센서들을 갖는 두 개의 브리지 구조들로부터 형성된 다양한 센서들을 사용하는 전자 콤파스 구조를 예시한다.
도 2는 휘트스톤 브리지 회로에서 네 개의 MTJ 센서들을 연결시킴으로써 형성된 예시적 자장 센서의 단순화된 개략 사시도를 제공한다.
도 3은 피닝된 기준층을 형성하기 위해 사용되는 불균형 SAF 스택을 도시한다.
도 4는 제 1 예시적 실시예에 따른 MTJ 자장 센서들을 제조하는 방법의 플로우차트이다.
도 5는 불균형 합성 반강자성체들(SAF) 및 그 실제 및 목표 자화들로부터 형성된 두 개의 기준층들의 개략 상면도이다.
도 6은 예시적 실시예에 따라 회전되어 있는 도 5의 두 개의 기준층들의 개략 상면도이다.
도 7은 불균형 SAF들 및 예시적 실시예에 따라 인가된 보상 자장에 의한 실제 자화들로부터 형성된 두 개의 기준 층들의 개략 상면도이다.
도 8은 제 2 예시적 실시예에 따른 MTJ 자장 센서들을 제조하는 방법의 플로우차트이다.
도 9는 MTJ 센서층들의 스택이 기판 위에 형성되어 있는 집적 회로의 부분 단면도이다.
도 10은 MTJ 센서층들의 스택이 기판 위에 사전결정된 형상들로 선택적으로 에칭된 이후의 도 9에 후속한 처리를 예시한다.
도 11은 선택적 에칭 처리에 의해 형성된 MTJ 층들의 스택 내의 기준층들의 사전결정된 형상들을 보여주는 상면도를 예시한다.
도 12는 최종 형성된 기준층들을 위한 목표 자화 방향들 사이에 정렬되어 있는 배향 자장의 존재하에 에칭된 기준층들이 가열될 때의 도 11에 후속하는 처리를 예시한다.
도 13은 배향 자장이 제거되고 MTJ 센서들의 스택이 냉각됨으로써 에칭된 기준층의 자화가 장축을 따라 피닝되게 한 이후의 도 12에 후속하는 처리를 예시한다.
도 14는 배향 자장이 제거되고 MTJ 센서들이 냉각됨으로써 에칭된 기준층들의 자화가 단축을 따라 피닝되게 한 이후의 불균형 SAF 스택들로 형성된 피닝된 기준층들의 처리를 예시한다.
도 15는 최종 형성된 기준층들 내의 피닝된 자화 방향들을 도시하는 MTJ 센서 층의 스택의 부분 단면도이다.
예시의 간결성 및 명료성을 위해, 도면들에 예시된 요소들은 반드시 실척대로 그려진 것은 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 예로서, 요소들 중 일부의 치수들은 명료성 및 이해를 촉진하고 개선시키기 위한 목적으로 다른 요소들에 대해 과장되어 있다. 또한, 적절한 것으로 고려되면, 참조 번호들은 대응하는 또는 유사한 요소들을 나타내기 위해 도면들 사이에서 반복되어 있다.

이하의 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적이며, 본 발명을 제한하거나 본 발명의 용례들 및 용도들을 한정하고자 하는 의도는 아니다. 또한, 앞선 배경설명 또는 이하의 상세한 설명에 제시된 어떠한 이론에도 속박되고자 하는 의도는 없다.

단일 피닝 재료 증착 및 벌크 웨이퍼 설정 절차로 설정된 실질적으로 직교 피닝 방향들을 갖는 다양한 기준 층들을 갖는 집적 회로 센서를 형성하기 위해 사용될 수 있는 벌크 웨이퍼 상의 다중축 피닝을 제공하기 위한 방법 및 장치가 설명되어 있다. 준비 단계로서, 강자성 및 반강자성 재료들의 하나 이상의 층들의 스택은 높은 형상비를 갖는 이차원 형상을 갖는 성형된 기준층들로 에칭되며, 여기서, 이 형상은 각각의 기준층을 위한 목표 자화 방향을 위한 특이성을 제공한다. 사용되는 재료들 및 기술들에 따라서, 최종 자화 방향은 성형된 층의 단축(shorter axis) 또는 장축(longer axis)을 따라 배향될 수 있다. 예로서, 피닝층이 미크론 규모 치수들로 패턴화된 미소한 불균형 합성 반강자성체(SAF)로 형성되는 경우, 자화는 단축을 따라 지향될 것이다. 본 기술 분야의 숙련자들이 인지할 수 있는 바와 같이, SAF 실시예는 전자기 장치들의 피닝된 SAF 기준층들의 사용에 관한 다수의 이득들을 제공한다. 다른 실시예들에서, 자유층 및 고정층의 두께를 제어함으로써, 최종 자화는 장축을 따라 지향될 수 있다. 형상 이방성을 사용함으로써, 기준층들을 위한 목표 자화 방향들 사이에 정렬되어 있는 배향 자장의 존재하에 가열함으로써 기준층들에서 다양한 자화 방향들이 유도된다. 선택된 실시예들에서, 기준 층들은 이방성의 구성요소를 감소시키기에 충분히 가열되며, 형상 및 외부 자장이 자화 방향을 조절할 수 있게 한다. 이 방식에서, 배향 자장이 제거되고 나면, 형상 이방성은 자화를 목표 방향으로 지향시킨다. 배향 자장의 제거시, 기준층들의 자화들은 성형된 기준층의 목표 축을 따라 정렬되고 어닐링 온도가 감소될 때 추후 피닝되게 되는 자화를 유도하도록 기준층들의 형상을 따르도록 이완된다. 예로서, 두 개의 기준 층들이 서로 수직인 더 긴 치수들을 갖도록 성형되는 경우, 이때, 두 개의 기준 층들을 위한 유도된 자화들은 서로 수직에 근접해질 것이다.

그러나, 기준층들의 자화에 영향을 주고, 따라서, 최종 피닝 방향을 결정하는 형상 이방성을 초월한 두 개의 추가적 소스들이 존재한다. 피닝 단계들이 고온에서 이루어짐으로써 증착된 강자성층들의 고유 이방성을 감소시키지만, 패턴화된 기준층의 형상 이방성에 의해 완성되는 규정된 방향으로 한정된 이방성이 여전히 존재한다. 또한, 경시적 자장 사이클링에 기인하여, 피닝 어닐링에 사용되는 자석 오븐을 위한 지지 구조 및/또는 극편들이 자화됨으로써 자화 전류의 부재시에도 작은 잔류 자장을 인가할 수 있다. 이 잔류 자장은 기준층 자화와 상호작용하며, 소거되거나 극복되어 이 잔여 자장에 대향하는 방향으로 인가되는 자장을 갖는 작은 보상 자장을 생성한다. 추가적으로, 임의의 실제 피닝된 강자성층 내에 존재하는 피닝 강도들의 분포와 유사하게, 강자성층을 피닝하기 위해 필요한 온도의 국지적 분포가 존재한다. 이는 피닝 어닐링 이전에 이루어지는 고온 단계들이 피닝 어닐링 동안 자화의 방향에 영향을 줄 수 있는 낮은 레벨의 국지적 피닝 부위들을 생성할 수 있게 한다. 따라서, 고유 이방성, 형상 이방성, 낮은 조기 피닝 레벨 및 피닝 어닐링 동안 존재하는 작은 잔여 자장 사이의 경합이 유도된 자화들의 진정한 직교 설정을 방지한다. 최종 장치의 연성 Fe 효과들의 정확한 제거를 위해, 진정한 직교 설정이 바람직하며, 그 이유는 연성 Fe 효과들에 대한 임의의 간단한 캘리브레이션은 비직교성들이 또한 존재하는 경우에 정확도가 소실되기 때문이다. 이 진정한 직교 설정은 이하 중 하나 이상에 의해 달성될 수 있다. 1) 설정 절차 동안 사용되는 것과는 다른 이방성 방향을 유도하기 위해 증착 동안 자장 방향을 인가하는 것에 의한 기준층 재료의 고유 이방성의 맞춤화. 고유 이방성을 맞춤화하기 위한 유사한 방법은 강자성층들의 높은 에너지 투입 동안 피닝층 내에 낮은 자성 피닝 레벨을 도입할 가능성을 제거하기 위해 자성층들의 증착 동안 교번적 자장을 인가하는 것이며, 이는 자기장 어닐링 동안 목표 피닝 방향에 상쇄작용한다. 제 3 맞춤화 가능성은 임의의 선호 이방성 방향을 제거하도록 자성 재료의 증착 동안 회전 자장을 생성하는 것이다. 2) 자석 내의 잔류 자장을 제거하거나 고유 이방성의 적절한 보상을 위한 미소한 음의 순수 자장을 제공하기 위한 자기 어닐링의 피닝 부분 동안의 작은 자장의 인가. 3) 최종 결과적 설정 방향이 진정하게 직교하는, 비직교 축을 갖는 기준층들의 형성.

기준 층들이 반강자성체의 피닝 온도(반강자성 블로킹 온도 또는 반강자성 결정 위상 형성 온도 중 더 낮은 것임)를 초과하여 어닐링되지 않는 경우, 이때, 단일 어닐링 처리는 두 개의 기준층들을 위해 유도된 자화들을 설정하기 위해 적용된다. 이 접근법에서, 단일 피닝 재료 증착 단계 및 단일 어닐링 단계는 추가적 자성층들을 필요로하지 않는 기준층들을 위한 모든 유도된 자화들을 설정하도록 수행되고, 그에 의해, 피닝 방향들을 설정하기 위해 자성 어레이 또는 두 개의 다른 반강자성 피닝층들 중 어느 하나를 사용하는 이전에 공지된 방법들에 비해, 제조 비용 및 복잡성을 단순화 및 감소시키는 벌크 웨이퍼 설정 절차를 제공한다. 서로 다른 피닝 방향들을 갖는 기준층들을 형성하기 위한 단순화된 처리는 센서 다이 내에 최소의 간격으로 독립적 자기 센서 요소들이 형성될 수 있게 하며, 결과적으로, 최소의 면적의 단일 다이 내의 서로 다른 센서 구성들은 서로 다른 감지 축들을 가질 수 있다.

이제, 첨부 도면들을 참조로 본 발명의 다양한 예시적 실시예들이 상세히 설명될 것이다. 다양한 세부사항들이 이하의 설명에 설정되어 있지만, 본 발명은 이들 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있으며, 구현예들 간에 달라지는 처리 기술과의 순응성 또는 디자인 관련 제약들 같은 장치 설계자의 특정 목적들을 달성하기 위해 다수의 구현예 특정 판정들이 본 명세서에 설명된 본 발명에 대해 이루어질 수 있다는 것을 인지할 수 있을 것이다. 이런 개발 노력은 복잡할 수 있으며, 시간소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 본 발명의 이득을 갖는 본 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자들을 위해 수행되는 루틴일 수 있다. 추가적으로, 선택된 양태들은 본 발명을 제한하거나 모호하게 하는 것을 피하기 위해 모든 장치 특징 또는 형상을 포함하지는 않는 단순화된 단면도들을 참조로 도시되어 있다. 또한, 이러한 상세한 설명 전반에 걸쳐 자기 센서 디자인 및 동작, 자기저항 임의 접근 메모리(MRAM) 디자인, MRAM 동작, 반도체 장치 제조 및 집적 회로 장치들의 다른 양태들에 관한 종래의 기술들 및 특징들은 본 명세서에 상세히 설명되지 않을 수 있으며, 그 이유는 이런 세부사항들이 잘 알려져 있으며 본 발명의 실시 또는 사용 방식을 본 기술 분야의 숙련자들에게 교시하는데 필수적인 것으로 고려되지 않기 때문이다. 또한, 본 명세서에 포함된 다양한 도면들에 도시된 회로/구성요소 레이아웃들 및 구성들은 본 발명의 예시적 실시예들을 보여주기 위한 목적을 갖는다. 다수의 대안적 또는 추가적 회로/구성요소 레이아웃들은 실제 실시예에 존재할 수 있다는 것을 주의하여야 한다.

도 1은 제 1 축(120)(예를 들어, y-축 방향) 및 제 2 축(110)(예를 들어, x-축 방향) 각각을 따라 인가된 자장의 구성요소 방향들을 검출하기 위해 제 1 및 제 2 서로 다른 센서들(101, 111)로 형성된 자기장 센서(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 각 센서(101, 111)는 브리지 구성에 연결되어 있는 비차폐 감지 요소들을 갖도록 형성된다. 따라서, 제 1 센서(101)는 대응하는 복수의 피닝층들(106-109)에 걸친 브리지 구성 내의 복수의 감지 요소들(102-105)의 연결부로부터 형성되며, 여기서 피닝층들(106-109) 각각은 y-축 방향으로 자화된다. 유사한 형태로, 제 2 센서(111)는 피닝층들(106-109)의 자화 방향에 수직인 x-축 방향으로 각각 자화되는 대응하는 복수의 피닝층들(106-119)에 걸친 브리지 구성 내의 복수의 감지 요소들(112-115)의 연결부로부터 형성된다. 도시된 브리지 구성(101)에서, 감지 요소들(102, 104)은 제 1 자화 용이축 방향(easy axis magnetization direction)을 갖도록 형성되며, 감지 요소들(103, 105)은 제 2 자화 용이축 방향을 갖도록 형성되며, 여기서, 제 1 및 제 2 자화 용이축 방향들은 서로에 관해 직교하며, 피닝층들(106-109)의 자화 방향으로부터 균등하게 다르도록 배향된다. 제 2 브리지 구성(111)에 대하여, 제 1 및 제 2 자화 용이축 방향들이 피닝층들(116-119)의 자화 방향으로부터 균등하게 다르게 배향되도록 감지 요소들(112, 114)은 감지 요소들(113, 115)을 위한 제 2 자화 용이축 방향에 직교하는 제 1 자화 용이축 방향을 갖는다. 도시된 센서들(101, 111)에서, 감지 요소들을 위해 어떠한 차폐부도 필요하지 않으며, 어떠한 특수한 기준 요소들도 필요하지 않다. 예시적 실시예에서, 90도만큼 서로 편향되도록 기준 감지 요소들의 자화 용이축들이 형성되도록 형상 이방성 기술들을 사용하여 다른 능동적 감지 요소(예를 들어, 103, 105)로 각 능동적 감지 요소(예를 들어, 102, 104)를 참조함으로써 달성된다. 도 1에 도시된 구성은 이중축 피닝 기술의 이득들을 얻는 것을 필요로 하지 않으며, 단지 예로서 주어진 것이다. 예로서, 얇은 차폐부들은 또한 다양한 응답을 달성하기 위해 네 개의 동일한 센서 요소들 중 두 개의 센서 응답을 억제하기 위해 사용될 수도 있다.

각 센서 내에서 서로 직교하면서 센서의 피닝 방향으로부터 균등하게 편향되는 센서 요소 배향들을 각각 갖는 상태로, 제 1 및 제 2 센서들(101, 111)을 직교 정렬되도록 배치함으로써, 센서들은 제 1 및 제 2 축들을 따라 인가된 필드의 구성요소 방향들을 검출할 수 있다.

상술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이, 자기장 센서는 인가된 자기장의 존재 및 방향을 검출하기 위해 각각의 피닝층들(106, 116)에 걸쳐 브리지 구성으로 연결된 비차폐 감지 요소들(102-105, 112-115)을 사용하는 서로 다른 센서들(101, 111)로부터 형성될 수 있다. 이 구성에 의해, 자기장 센서는 양호한 감도를 제공하고, 또한, 브리지 구성의 온도 보상 특성들을 제공한다.

예시적 실시예들의 자기장 센서의 형성 및 구조에 대한 추가적 고찰을 제공하기 위해, 도 2는 휘트스톤 브리지 회로 내에서 네 개의 MTJ 감지 요소들(201, 211, 221, 231)을 연결함으로써 형성된 예시적 자장 센서(200)의 단순화된 개략 사시도를 제공한다. 브리지 회로는 다양한 센서 층들의 자기 배향을 제어하기 위해 단지 미소한 조정들로 기존 MRAM 또는 박막 센서 제조 처리의 일부로서 제조될 수 있다. 특히, 도시된 MTJ 센서들(201, 211, 221, 231)은 각각 단일 피닝 방향으로 자기적으로 정렬되어 있는 피닝된 기준 층들(204, 214, 224, 234) 및 피닝층들(204, 214, 224, 234)의 자화 방향으로부터 서로 다른 자화 방향들을 갖도록 정렬되는 감지 층들(202, 212, 222, 232)을 갖도록 형성된다. 형성된 상태에서, 각 MTJ 센서(예를 들어, 201)는 하나 이상의 저 강자성층들을 갖도록 형성된 피닝된 전극(204), 절연 터널링 유전층(203) 및 하나 이상의 상부 강자성층들을 갖도록 형성된 감지 전극(202)을 포함한다. 피닝된, 감지 전극들은 바람직하게는 그 자화 방향이 정렬될 수 있는 자성 재료들이다. 자기 저항 임의 접근 메모리(MRAM) 장치들 및 다른 MTJ 센서 장치들의 전극들을 위해 일반적으로 사용되는 구조들 내의 적절한 전극 재료들 및 재료들의 배열들은 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 예로서, 하부층(204, 214, 224, 234)은 10 내지 1000 Å의 범위, 선택된 실시예들에서는, 200 내지 300 Å 범위의 조합된 두께로 강자성 및 반강자성 재료들의 하나 이상의 층들을 갖도록 형성될 수 있다. 예시적 실시예에서, 피닝층들(예를 들어, 204, 214, 224, 234) 각각은 단일 강자성층 및 하위 반강자성 피닝층을 갖도록 형성된다. 다른 예시적 구현예에서, 각 피닝층(예를 들어, 204)은 20 내지 80 Å 두께인 강자성 스택 구성요소[예를 들어, CFB(코발트 Fe 붕소), 루테늄(Ru) 및 CFB의 스택] 및 대략 200 Å 두께인 하위 반강자성 피닝층을 포함한다. 비록 적절한 온도들에서 쉽게 재설정되지 않는 PtMn 같은 다른 재료들이 사용될 수 있지만, 하부 반강자성 피닝 재료들은 IrMn 같은 재설정가능한 재료들일 수 있다. 형성된 상태에서, 그 자화의 방향이 정상 작동 조건들 동안 변하지 않는 하나의 방향으로 피닝될 때, 피닝된 기준 층들은 고정된 또는 피닝된 자기 층으로서 기능한다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 기준 층들(204, 214, 224, 234)을 피닝하기 위해 사용된 재료들의 가열 품질들은 이들 층들을 형성하기 위해 사용되는 제조 시퀀스를 변화시킬 수 있다.

피닝된 기준층(예를 들어, 204, 214, 224, 234)은 패턴화된 기준층(들)의 장축을 따라 정렬되는 자화 방향(화살표로 표시됨)을 갖는 단일 패턴화된 강자성층을 갖도록 형성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 피닝된 기준층은 패턴화된 기준층(들)의 단축을 따라 피닝된 기준층의 자화를 정렬하기 위해 사용되는 합성 반강자성(SAF) 층으로 구현될 수 있다. 인지할 수 있는 바와 같이, 비록, 충분히 강한 자화를 제공하는 적절한 형상 및 재료들을 갖는 SAF 구조들에서 하위 반강자성 피닝층이 불필요할 수 있으며, 그에 의해, 비용 절약을 갖는 더 간단한 제조 처리를 제공하지만, SAF 층은 하위 반강자성 피닝층과 조합하여 구현될 수 있다. 예로서, 도 3은 루테늄 스페이서 층(302)에 의해 분리된 두 개의 서로 다른 강자성층들(301, 303)을 갖는 불균형 합성 반강자성체(SAF)로부터 형성된 피닝된 기준층(300)을 도시하며, 여기서, 루테늄 층(302) 위(301) 및 아래(303)의 강자성층들은 서로 다른 자성 모멘트들을 갖는다. 강자성층들 중 어느 하나 또는 양자 모두는 CFB(코발트 Fe 붕소) 또는 임의의 원하는 강자성 합금으로 형성될 수 있다. 예로서, CoFe는 하부 층을 위해 사용될 수 있으며, CFB는 예시적 실시예에서 상부 층을 위해 사용될 수 있다. 루테늄 스페이서 층(302)의 특정 주기적 두께들에서, 두 개의 강자성체 층들(301, 303)은 반평행 상태가 낮은 에너지 상태가 되도록 교환 커플링될 것이다. 결과적으로, 순수 자성 모멘트는 최소화되고, 외부 자장 응답에 대한 면역성이 강화된다. 불균형 SAF 스택(300)의 예시적 구현예 및 마이크로자기 시뮬레이션이 도 3에 도시되어 있으며, 여기서, 불균형 SAF(300)는 약 20 Å의 두께의 CFB로 형성된 고정층(301)과, 약 10 Å의 두께의 루테늄으로 형성된 스페이서 층(302) 및 약 30 Å 두께의 CFB로 형성된 피닝층(303)을 포함한다. 이 예시적 SAF 구조에서, 도 3에 도시된 바와 같이 외부적으로 인가된 자기장(H)(304)에 응답하는 순수 모멘트가 생성된다. 미크론 규모 치수들(예를 들어, 단축을 따라 약 2um보다 큰)을 갖는 SAF로 형성된 기준층에 대하여, 자화는 장축을 따르는 대신 단축을 따라 반평행 정렬되는 경향이 있으며, 따라서, 단축은 피닝 방향으로 설정된다. 이는 최저 에너지 상태가 두 개의 층들에 대하여 패턴화된 형상의 단축을 따라 그 자속을 폐쇄한다는 사실로부터 초래된다. 잔류자기(예를 들어, 설정 자장이 제거된 이후)에서, 최대 모멘트 층[예를 들어, 본 실시예에서 하부 피닝층(303)]의 자성 모멘트가 설정 자장 각도 상으로(본 예에서, 우측으로) 포지티브 투영을 갖는 방향으로 SAF의 단축을 따르도록 정렬된다. 반대로, 더 작은 모멘트층[예를 들어, 본 실시예에서, 상부 고정 또는 기준층(301)]의 자성 모멘트는 도 3에 도시된 바와 같이 피닝층(303)으로부터 대향 방향으로 정렬된다.

도 2를 다시 참조하면, 상부 또는 감지 층들(202, 212, 222, 232)은 10 내지 5000 Å 범위의 두께, 선택된 실시예들에서, 10 내지 60 Å 범위의 두께로 하나 이상의 강자성 재료들의 층을 갖도록 형성될 수 있다. 상부 강자성 재료들은 NiFe, CoFe, Fe, CFB 등 같은 자성적으로 연성인 재료들일 수 있다. 각 MTJ 센서에서, 상부 강자성층들(202, 212, 222, 232)은 감지층 또는 자유 자기층으로서 기능하며, 그 이유는 그 자화 방향이 지자장 같은 외부 인가 자장의 존재에 의해 편향될 수 있기 때문이다. 최종적으로 형성되었을 때, 상부 또는 감지층들(202, 212, 222, 232)은 패턴화된 형상들(202, 212, 222, 232)의 장축을 따라 정렬되는 자화 방향(화살표들로 표시됨)을 갖는 단일 강자성층으로 형성될 수 있다.

피닝된, 감지 전극들은 서로 다른 자기 특성들을 갖도록 형성될 수 있다. 예로서, 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)은 그 자화 방향이 하나의 방향으로 피닝되고 따라서, 외부적으로 인가된 자기장에 의해 실질적으로 영향을 받지 않도록 높은 강제력 및 오프셋 히스테리시스 곡선들을 갖는 층들을 형성하도록 강자성 필름에 커플링된 반강자성 필름 교환층으로 형성된다. 대조적으로, 감지 전극들(202, 212, 222, 234)은 감지 전극의 자화 방향이 외부적으로 인가된 자기장에 의해 변경될 수 있도록 비교적 낮은 이방성 및 강제력을 갖는 서로 다른 자화 방향들을 제공하도록 자기적 연성 재료로 형성될 수 있다. 비록, 그 조성을 변화시키도록 잘 알려진 기술들을 사용하여 전극들의 각각의 자기 특성들을 조절함으로써 서로 다른 비율들이 사용될 수 있지만, 선택된 실시예들에서, 피닝 자장의 강도는 감지 전극들의 이방성 자장보다 약 두 배 큰 크기이다.

도 2에 도시된 바와 같이, MTJ 센서들의 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)은 피닝된 전극 층들(204, 214, 224, 234)의 평면에서 제 1 예시적 자화 방향을 갖도록 형성된다(도 2의 도면의 상단을 향해 지향된 벡터 화살표들로 표시됨). 본 명세서에 설명된 바와 같이, 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)을 위한 자화 방향은 피닝된 전극들의 형상 이방성을 사용하여 얻어질 수 있으며, 이 경우, 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)의 형상들은 "상향" 벡터 화살표의 방향으로 각각 더 길 수 있다. 특히, 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)을 위한 자화 방향은 인가된 배향 자장이 기준층들(204, 214, 224, 234)을 위한 목표 피닝 방향의 방향으로 자장 성분을 포함하도록 성형된 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)을 위한 가장 긴 배향의 축에 비직교 배향되는 배향 자기장의 존재시 성형된 기준층들(204, 214, 224, 234)을 먼저 가열함으로써 얻어질 수 있다. 기준층들의 자화 방향들은 적어도 일시적으로 사전결정된 방향으로 정렬된다. 그러나, 이 처리 동안 기준층들을 적절히 가열하고 열을 감소시키지 않고 배향 자장을 제거함으로써, 기준층들의 자화는 성형된 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)을 위한 목표 배향 축을 따라 이완된다. 자화가 이완되고 나면, 기준층들은 피닝된 전극 층들의 자기장 방향이 성형된 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)을 위한 목표 방향으로 설정되도록 기준층들이 어닐링 및/또는 냉각될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예들에 따라, 진정한 직교 설정은 이하 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다. 1) 필름 증착 및 설정 절차 동안 서로 다른 고유 이방성 방향들을 도입하기 위해 서로 다른 자장 방향들을 인가함으로써 기준층 재료의 고유 이방성을 맞춤화, 2) 적절한 보상을 위해 자기 어닐링의 피닝 부분 동안 작은 자장을 인가, 3) 비직교 축을 갖는 기준층들을 형성, 최종 유도 자화들은 진정하게 직교함. 이 접근법에서, 피닝된 전극들(204, 214, 224, 234)을 위한 자화 방향의 형성은 별개의 자화 방향(들)을 갖는 다른 피닝 전극들을 형성하기 위해 사용되는 제조 단계들과 쉽게 조화될 수 있다.

제 1 예시적 실시예가 도 4를 참조로 예시되어 있으며, 이는 단일 기준층으로부터 성형된 기준 전극들을 형성하기 위해 벌크 웨이퍼 설정 절차를 사용하여 직교 기준층들을 갖는 MTJ 자장 센서들을 제조하는 예시적 방법을 도시하는 플로우차트를 도시한다. 단계 401에서, 기판 구조는 공지된 반도체 처리 기술들을 사용하여 제공된다. 인지할 수 있는 바와 같이, 기판 구조는 베이스 절연체 층에 의해 덮여지는 기판을 포함하며, 스마트 파워 또는 아날로그 집적 회로들 같은 하나 이상의 액티브 회로 요소들이 기판 상에 또는 기판 내에 형성된다. 기판 및 액티브 회로(들)는 프론트-엔드 반도체 제조 처리의 일부로서 형성될 수 있다.

다음에, 단계 402에서, MTJ 코어 구조들은 다중 단계 제조 처리를 사용하여 베이스 절연체 층 위에 센서 층들(201, 211, 221, 231)을 증착함으로써 형성된다. 이 시점에서, 센서 층들은 프론트-엔드 반도체 제조 처리 이후에 이루어지는 백-엔드 자기 제조 처리의 일부로서 형성될 수 있다. 단계 402에서, 센서층들 중 첫 번째 센서 층은 적어도 제 1 반강자성 전극층[예를 들어, 이리듐 망간(IrMn) 등]과 강자성층 또는 합성 반강자성체[예로서, 코발트 철, 코발트 철 붕소, 루테늄, 니켈, 니켈 철 등 또는 그 임의의 조합으로 형성된 기준층(204, 214, 224, 234)]를 기판 구조 위에 증착함으로써 형성된다. 비록, 도시되어 있지는 않지만, 제 1 강자성 전극층(들)이 하위 전도성 접촉층과 전기적으로 접촉하여 증착될 수 있다. 피닝층 및 제 1 강자성 전극층을 형성하도록 선택된 재료들은 사전결정된 배향으로 제 1 강자성 전극층의 자화 방향을 피닝하기 위해 사용되는 경우 어닐링 온도들(예를 들어, 200 내지 350℃)을 견디도록 충분한 내화성을 가져야 한다. 터널링 유전체층(들)(203, 213, 223, 233) 및 감지 전극층(들)(202, 212, 222, 232) 같은 추가적 센서 층들이 또한 이 시기에 잘 알려진 기술들을 사용하여 증착될 수 있다. 제 1 실시예에 따른 기준층(204, 214, 224, 234)의 고유 이방성(원자 레벨 쌍 정렬)은 피닝된 자화들 사이에서 진정한 직교 방향 차이를 얻기 위해 증착 동안 맞춤화될 수 있다. 여기서 필요한 낮은 작은 레벨의 보상을 위해, 쌍-정렬 이방성(pair-ordering anisotropy)의 방향은 증착 동안 인가된 자기장에 의해 설정된다. 형상 및 고유 이방성보다 더 강한 이방성을 유도하는 방법들은 선호 결정 배향을 갖는 자기 재료를 성장시키는 것과 특정 이방성 필름 성장 방법에 의한 유도(예로서, 성장하는 클러스터들 또는 결정들의 형상 이방성으로부터)를 포함한다.

단계 403에서, 증착된 제 1 강자성 전극층(들)은 또한 서로 다른 배향들로 그려진 장축들을 갖는 세장형 형상들로 패턴화 및 선택적으로 에칭된다. 에칭의 결과로서, 각 성형된 기준층은 목표 피닝된 자화 방향의 방향으로 선호 형상 이방성 방향을 갖는다. 그러나, 고유 이방성에 기인하여, 실제 피닝은 원하는 것과는 다를 수 있다. 예로서, 도 5는 장축(506)에 직교하는 목표 피닝[방향(504)]을 갖는 제 1 기준층(502)을 도시한다. 그러나, 실제 피닝은 목표 피닝[방향(504)]과는 다르다. 제 2 기준층(512)은 장축(516)에 직교하는 목표 피닝[방향(514)]을 갖는다. 그러나, 실제 피닝[방향(518)]은 목표 피닝[방향(514)]과는 다르다. 실제 피닝된 자화들의 진정한 직교 각도를 획득하기 위해, 장축들에 관하여 피닝된 자화들의 경험적으로 미리 얻어진 결과들로부터 판정이 이루어짐으로써 진정한 직교 각도를 제공하도록 서로에 대한 방향으로 패턴화된 세장형 형상들의 위치설정을 가능하게 한다. 도 6에 도시된 기준층들(602, 612)의 패턴화(단계 33)는 원하는 바와 같은(방향들 604, 614)) 직교하는 실제 피닝(방향들 608, 618)을 초래하는 장축들(606, 616) 사이의 각도를 변형시킴으로써 조절될 수 있다.

단계 404에서, 온도가 그 변환 온도를 가로지를 때 위상 전이가 이루어지는 PtMn 같은 재료들에 대해, 에칭된 기준층들은 서로 다른 기준층들을 위한 서로 다른 목표 피닝된 자화 방향들 사이에 있는 방향으로 인가되는 배향 자장의 존재시 피닝 전이 온도 미만으로 가열 또는 어닐링된다. 예로서, 두 개의 직교 배향된 피닝층들이 형성되는 경우, 인가된 배향 자장은 직교 피닝층들의 목표 배향들 사이에서 절반 배향될 수 있다. 더욱 일반적으로 말하면, 인가된 배향 자장은 기준층들을 위한 목표 피닝 방향들 각각의 방향으로 자장 성분을 포함하도록 배향되어야 한다. 기준층을 형성하도록 사용되는 재료들의 특성들은 열이 인가되는 방식을 제어한다. 가열 단계는 성형된 기준층들의 자화들이 자유롭게 외부 자기장을 따르도록 제어되어야 한다.

단계 405에서, 배향 자기장이 제거되고, 단계 406에서, 피닝 전이 온도 이상의 어닐링 온도가 사전결정된 기간 동안 유지된다(예를 들어, 두 시간). 인가된 자장의 부재시, 고 형상비 패턴들은 성형된 기준층들의 인가된 자화가 성형된 기준층들의 각각의 이방성 축들을 따라 이완되게 하는 형상 이방성을 제공한다. 이 인가된 자화의 방향은 보상 자장을 인가함으로써 미세 조율될 수 있다(진정한 직교 자화 방향들을 제공하도록). 도 7은 제 1 및 제 2 기준층들(702, 704)을 예시하며, 이들 각각은 이완 선호도(방향들)(706, 708)을 각각 갖는다. 보상 자장(710)의 인가는 서로 직교하며 원하는 방향들로 지향된 실제 피닝(712, 174)을 초래하는 고유 이방성 및 자석 잔류 자장의 조합에 의해 제공되는 영향을 극복한다.

단계 407에서, 웨이퍼는 기준 층들의 형상 유도 자화들이 피닝됨으로써 기준층의 다수의 배향들을 제공하도록 0(또는 보상) 자장으로 냉각된다. 형상 유도 자화들이 0 또는 작은 보상 자장에서 얻어진 이후 피닝 온도 미만으로 기준층들을 냉각시킴으로써, 기준층들의 자화들은 피닝되며, 적어도 통상적으로 인가된 자장 강도에 대하여 그 각각의 방향들로 견고히 피닝되어 남아 있는다.

요약하면, 원하는 직교 방향들로 피닝된 자화들은 증착 동안 고유 이방성의 맞춤화, 패터닝 동안 서로에 관한 장축들의 위치설정 및 피닝 어닐링 동안의 보상 자장의 인가 중 하나 이상을 적용함으로써 미세 조율될 수 있다.

제 2 예시적 실시예는 도 8에 예시되어 있다. 단계들(801, 802, 803, 805, 806, 807)은 도 4의 단계들(401, 402, 403, 405, 406, 407)과 유사하다. 그러나, 단계 804는 제 1 및 제 2 배향들 사이의 방향으로 인가된 배향 자장의 존재시 반강자성층의 블로킹 온도를 초과한 어닐링을 설명한다. 이 처리는 IrMn 같은 위상 전이를 갖지만 피닝의 개시를 관장하는 블로킹 온도를 갖는 재료들을 적용한다. 어닐링 단계 806은 블로킹 온도를 초과하여 달성될 수 있다.

본 명세서에 개시된 기술들을 사용하여, 제 1 및 제 2 서로 다른 센서들[예를 들어, 도 1에 도시된 센서들(101, 111)]은 제 1 피닝 방향을 갖는 제 1 기준층들(106-109)을 형성하고, 동시에, 제 1 피닝 방향에 직교하는 제 2 피닝 방향을 갖는 제 2 기준층들(116-119)을 동시에 형성함으로써 모놀리식 집적 회로 상에 함께 제조될 수 있다. 이들 기술들은 MTJ 센서 층들(960, 970, 980)이 기판(940) 및 베이스 절연체 층(950) 위에 형성되어 있는 다중 센서 구조의 부분 단면도를 도시하는 도 9에서 시작하여, 예시적 처리 흐름의 설명을 추가로 예시한다. 센서들이 반도체 회로와 집적될 때, 본 기술 분야의 숙련자들에게 알려진 방법들에 의해 제조된 절연체 층(950)을 통한 전도성 비아들은 기판(940) 내의 하위 회로에 센서들의 전도성 부분들을 연결한다. 제조되는 트랜지스터 장치의 유형에 따라서, 기판(940)은 벌크 실리콘 기판, 단결정 실리콘(도핑 또는 비도핑) 또는 예로서, Si, SiC, SiGe, SiGeC, Ge, GaAs, InAs, InP를 포함하는 임의의 반도체 재료 및 다른 III-IV족 화합물 반도체들 또는 그 조합으로서 구현될 수 있으며, 벌크 취급 웨이퍼로서 선택적으로 형성될 수 있다. 추가로, 기판(940)은 반도체-온-절연체(SOI) 구조의 사단 반도체 층으로서 구현될 수 있다. 비록, 도시되어 있지는 않지만, 하나 이상의 회로 요소들은 기판(940) 상에 또는 그 내부에 형성될 수 있다. 추가로, 베이스 절연체 층(950)은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 보강 화학 기상 증착(PECVD), 물리 기상 증착(PVD), 원자 층 증착(ALD), 이온 비임 증착(IBD), 열산화 또는 상술한 바의 조합들을 사용하여 반도체 기판(940) 위에 유전체(예를 들어, 실리콘 디옥사이드, 옥시니트라이드, 금속-산화물, 니트라이드 등)를 증착 또는 성장시킴으로써 형성된다.

베이스 절연체 층(950) 위에서, 센서 층들의 스택은 에칭 이후, 전도성 라인, 하나 이상의 하부 강자성층(960)으로서 기능(에칭 이후, 하부 기준 강자성층으로서 기능), 하나 이상의 유전체 층들(970)로서 기능(에칭 이후, 터널 배리어 층으로서 기능), 하나 이상의 상부 강자성층들(980)로서 기능(에칭 이후, 상부 감지 강자성층으로서 기능)하도록 제 1 전도성 층(미도시), 그리고, 에칭 이후 전도성 라인으로서 기능하도록 제 2 전도성 층(미도시)을 증착함으로써 순차적으로 형성된다. 층들 각각은 CVD, PECVD, PVD, ALD, IBD 또는 그 조합들 같은 공지된 기술들을 사용하여 사전결정된 두께로 블랭킷 증착될 수 있다. 이 방식으로, 스택은 제 1 유형의 센서(예를 들어, x-축 센서들)가 형성되는 "센서 1" 영역에 형성되고 또한 제 2 유형의 센서(예를 들어, y-축 센서들)가 형성되는 "센서 2" 영역 내에 형성되도록 센서 층들의 스택이 전체 웨이퍼를 덮는다. 추가로, 센서 스택은 임의의 목표 배향을 갖는 센서가 형성되는 "다른" 영역들에 형성될 수 있다.

도 10은 MTJ 센서 층들(960, 970, 980)의 스택이 선택적으로 에칭됨으로써 센서 영역들 각각 내에서 기판(940) 위에 잔여 센서 층들을 위한 사전결정된 형상들을 형성한 이후, 도 9에 후속하는 센서 장치 구조들의 처리를 예시한다. 임의의 목표 패턴 및 에칭 처리들이 상부 강자성층(들)(980) 위에 실리콘 니트라이드(미도시) 같은 하드마커 층의 증착, 하드마커 층을 패턴화하기 위한 포토레지스트 층(미도시)의 증착 및 패턴화, 그리고, 그후, 개구들(984, 985)을 형성하기 위해 포토레지스트 층(미도시)을 사용하여 노출된 센서 층들의 선택적 에칭(예를 들어, 반응성 이온 에칭 처리)을 포함하는 패턴화된 센서 층들의 형성을 위해 사용될 수 있다. 선택적 에칭 처리가 MTJ 센서 층들의 스택으로부터 서로 다른 사전결정된 형상들을 생성하는 방식을 더욱 명료히 나타내기 위해, 도 10에 도시된 센서 장치 구조들의 단순화된 상면도를 제공하는 도 11을 참조한다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 센서 층 스택(960, 970, 980)에서 개구들(984, 985)은 최종 형성된 기준층(962)을 위한 목표 피닝 방향으로 용이축을 가지도록 배향되는 제 1 형상을 갖도록 제 1 센서 영역에 센서 층들(962, 973, 983)의 형상을 형성한다. 유사한 형태로, 개구들(984, 985)은 최종 형성된 기준층(963)을 위한 목표 피닝 방향으로 용이축을 갖도록 제 2 센서 영역에 센서층들(963, 973, 983)의 형상을 형성한다. 개구들(984, 985)이 직교 배향 형상들(962, 963)을 형성하기 위해 사용될 수 있지만, 임의의 목표 배향은 적절한 패턴화 및 에칭 처리의 제어에 의해 달성될 수 있다. 예로서, "다른" 센서 영역 내의 센서 층들(961, 971, 981)은 최종 형성된 기준층(961)을 위한 목표 피닝 방향으로 용이축을 갖도록 배향되는 다른 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 길고 좁은 형상들로 형성되는 것에 추가로, 추가적 성형은 피닝된 기준층들 각각이 더욱 유사한 단일 자기 도메인을 수행하도록 제공될 수 있다. 도 11에서, 추가적 성형이 테이퍼진 첨단형 단부들을 갖도록 성형된 기준층들(961, 962, 963)에 도시되어 있다.

성형된 기준층들(961, 962, 963)이 형성된 이후, 기준층들을 위한 목표 피닝 방향은 기준층들(961, 962, 963)의 배향들 사이에서 배향된 배향 필드의 존재시 웨이퍼를 최초 가열 또는 어닐링하고 그후 고온을 유지하면서 자장을 제거함으로써 유도될 수 있다. 기준층들을 가열 및 배향한 결과가 도 12에 도시되어 있으며, 도 12는 에칭된 기준층들(961, 962, 963)이 배향 자장의 존재하에 가열될 때 도 11에 후속하여 센서 장치 구조들의 처리를 예시한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 배향 자장은 최종 형성된 기준층들을 위한 원하는 자화 방향들 사이에 있는 방향(990)으로 정렬된다. 그러나, 처리의 이 스테이지에서, 충분히 가열되었을 때 기준층들(961, 962, 963)[각각 자화 벡터들(964, 965, 966)로 도시된 바와 같이]의 자화들이 외부 자기장(990)을 따른다.

도 13은 배향 자장(990)이 제거되고 MTJ 센서 층들의 에칭된 스택이 냉각된 이후 도 12에 후속한 센서 장치 구조들 내의 기준층들의 자화 배향들을 예시한다. 0 또는 작은 보상 자장 내에서 웨이퍼를 냉각시킴으로써, 기준층들(961, 962, 963)의 각각의 형상들은 각 기준층의 자화가 목표 방향을 따라 이완되게 하는 형상 이방성을 제공한다. 따라서, 제 1 기준층(962)의 자화(968)는 성형된 기준층(962)의 목표 치수(예를 들어, y-축의 방향으로)와 정렬되도록 그 형상을 따르며, 그에 의해, 최종 형성된 기준층(962)을 위한 목표 피닝 방향을 형성한다. 유사한 형태로, 제 2 기준층(963)의 자화(969)가 그 형상 이방성(예를 들어, x-축 방향으로)을 따를 때 최종 형성된 기준층(963)을 위한 목표 피닝 방향이 유도된다. 물론, 임의의 원하는 피닝 방향은 자화(967)가 기준층(961)의 형상 이방성(예를들어, y-축으로부터 45도)을 따르는 기준층(961)으로 도시된 바와 같은 기준층을 적절히 성형함으로써 유도될 수 있다.

도 14는 불균형 SAF 스택들(1410, 1420, 1430)을 에칭하고, 기준층들의 단축 배향들 사이에서 배향되는 배향 자장의 존재하에 층(1400)을 어닐링하고, 그후, 배향 자장(1490)을 제거하고(점선 자장 화살표로 표시된 바와 같이), MTJ 센서들의 에칭된 스택을 냉각시키고, 그에 의해, 에칭된 기준층들(1410, 1420, 1430)의 자화가 그 각각의 단축들을 따라 피닝되게 함으로써 형성되는 피닝된, 기준층들(1400)의 처리를 예시한다. 예시된 바와 같이, 에칭된 기준층들(1410, 1420, 1430)의 자화 배향들은 에칭된 기준층들의 단축을 따라 피닝된다. 따라서, 불균형 SAF 스택(1410)에서, 기준층 자화(1411) 및 피닝층 자화(1412)는 에칭된 기준층(1410)의 장축에 직교하면서 서로 실질적으로 반평행하다. 유사하게, 불균형 SAF 스택(1420) 내의 기준층 자화(1421) 및 피닝층 자화(1422)는 실질적으로 서로 반평행하며, 에칭된 기준층(1420)의 장축에 직교하며, 에칭된 기준층(1430)에 대해서도 마찬가지이다. 도 14에 도시된 불균형 SAF 스택 실시예에서, 기준층(1410)의 장축은 기준층들(1420, 1430)의 직교 방향들 사이의 중간에 있는 최종 기준 방향을 제공하도록 도 13에 도시된 단일 기준층(961)을 위해 사용되는 방향으로 직교 패턴화된다.

서로 다른, 최종 형성된 기준층들의 다중 배향들의 결과적 형상을 추가로 예시하기 위해, 도 13에 도시된 MTJ 센서 층들의 에칭된 스택의 단면도를 제공하는 도 15를 이제 참조한다. 도 13 및 도 15에 도시된 바와 같이, 제 1 센서 영역 내의 에칭된 센서 층 스택(962, 972, 982)은 제 1 피닝 방향으로(예를 들어, 도 15의 도면의 평면 "내로") 피닝된 기준층을 가지며, 제 2 센서 영역의 에칭된 센서 층 스택(963, 973, 983)은 제 2 피닝 방향으로(예로서, 도 15의 도면의 평면에서 "우측"으로) 피닝된 기준층을 가지며, 다른 센서 영역의 에칭된 센서 층 스택(961, 971, 981)은 또 다른 피닝 방향으로(예를 들어, 도 15의 도면의 평면으로부터 45도) 피닝된 기준층을 갖는다.

제조 처리의 이 지점에서, 상부 강자체 또는 층(들)(981, 982, 983)[그리고, 터널 배리어 층(들)] 각각은 하위 기준층과 동일한 형상으로 선택적으로 에칭되어 있다. 그러나, 감지 층들의 최종 형상이 하위 피닝층들보다 작은 경우에, 제 2 에칭 시퀀스는 상부 강자성층(들)(981, 982, 983)의 잔여 부분들로부터 다른 감지 층들의 최종 형상을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 제 2 에칭 시퀀스는 마스킹되지 않은 상부 강자성층(들)을 포함하는 모든 마스킹되지 않은 층들을 깍아 제거하고 하위 성형된 피닝층들을 온전한 상태로 남기기 위해 패턴화된 마스크 및 에칭 처리(예를 들어, 반응성 이온 에칭)를 사용함으로써 감지 층들을 위한 고 형상비 형상들을 형성한다. 센서 층들을 위한 규정된 고 형상비 형상들은 각 감지 층이 형상 이방성 축을 갖도록 배향된다. 달리 말하면, 각 감지 층을 위한 장축은 목표 자화 용이축 방향을 생성하도록 그려져 있다.

추가적 처리 단계들은 MTJ 센서 구조들을 제조하기 위해 사용된다는 것을 알 수 있을 것이다. 예로서, 하나 이상의 유전, 강자성 및/또는 전도성 층들이 통상적으로 원하는 기능성을 달성하기 위해 원하는 방식으로 센서 구조들을 연결하기 위해 사용되는 상호접속부의 다수의 레벨들의 형성을 포함하는, 종래의 백엔드 처리(미도시)와 함께, 잘 알려진 기술들을 사용하여 증착, 패턴화 및 에칭될 수 있다. 따라서, 센서 구조들의 제조를 완료하기 위해 사용되는 특정 단계들의 시퀀스는 처리 및/또는 디자인 요건들에 따라 변할 수 있다.

개시된 제조 처리는 단일 재료 및 어닐링 단계에 의해 형성되는 단지 두 개의 별개의 피닝 축들을 필요로 하는 두 개의 서로 다른 센서 구성들로부터 자기장 센서를 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 각각의 서로 다른 센서는 브리지 구조들로부터 형성된다. 적절히 정렬된 배향 자장의 존재하에 기준층들을 가열하기 위한 신중히 선택된 처리와 조합하여 서로 다르게 성형된 피닝층들의 형상 이방성을 사용하여 별개의 피닝 축들이 얻어질 수 있다.

이제, 둘 이상의 기준층 방향들을 갖는 강자성 박막 기반 자기장 센서 및 이를 제조하기 위한 방법이 제공되어 있다는 것을 인지하여야 한다. 개시된 바와 같이, 반도체 기판 및 제 1 절연층이 제공되며, 센서 층 스택이 제 1 절연층 위에 형성되고, 센서 층 스택은 반강자성 재료(예를 들어, IrMn 또는 PtMn)로 형성된 최적의 피닝층과, 피닝층 및 제 1 절연층 위에 형성된 기준층, 기준층 위에 형성된 비자기 중간층 및 비자기 중간층 상에 형성된 제 2 강자성층을 포함한다. 피닝된 자화가 직교하는 것을 보증하기 위해, 고유 이방성은 사전결정된 방식으로 맞춤화될 수 있다. 센서 층 스택은 제 1 및 제 2 에칭된 전극 스택을 형성하기 위해 선택적으로 에칭되며, 제 1 전극 스택은 제 1 기준방향을 설정하기 위한 제 1 형상 이방성을 가지며, 제 2 전극 스택은 제 2 기준 방향을 설정하기 위한 제 2 형상 이방성을 갖는다. 피닝된 자화가 직교하는 것을 보증하기 위해, 장축은 비직교 각도로 형성될 수 있다. 전극 스택들의 에칭 이후, 배향 자장은 제 1 및 제 2 전극 스택들의 각 기준층이 사전결정된 방향으로 정렬되는 자화를 가질 때까지 제 1 및 제 2 기준 방향들 사이에 배향되고 기판에 실질적으로 평행하게 인가된다. 배향 자장을 제거함으로써, 제 1 형상 이방성은 제 1 전극 스택의 기준층의 자화를 설정하고, 제 2 형상 이방성은 제 2 전극 스택의 기준층의 자화를 설정한다. 예로서, 제 1 및 제 2 전극 스택들의 기준층들 각각의 자화 방향은 각각 제 1 및 제 2 전극 스택들의 더 긴(또는 더 짧은) 축 치수를 따라 설정될 수 있다. 제 1 기준 방향(그리고, 제 1 형상 이방성)이 제 2 기준 방향(그리고, 제 2 형상 이방성)에 직교하는 경우, 배향 자장은 제 1 기준 방향 및 제 2 기준 방향 양자 모두로부터 45도 오프셋되는 각도로 기판에 실질적으로 평행하게 인가될 수 있다. 제 1 기준 방향(그리고, 제 1 형상 이방성)이 제 2 기준 방향(그리고, 제 2 형상 이방성)으로부터 180도 적은 다른 실시예들에서, 배향 자장은 제 1 기준 방향 및 제 2 기준 방향 양자 모두로부터 균등하게 오프셋된 각도로 기판에 실질적으로 평행하게 인가될 수 있다. 더 일반적으로 말하면, 배향 자장은 둘 이상의 기준 층 방향들 각각을 따른 자장 성분을 갖는 각도로 기판에 실질적으로 평행하게 인가될 수 있다. 배향 자장의 인가는 가열 처리가 동반될 수 있으며, 이에 의해, 제 1 및 제 2 전극 스택들은 상승된 온도에서 가열된다. 피닝된 자화가 직교하는 것을 보증하기 위해, 보상 자장은 이 어닐링 동안 선택적으로 인가된다. 배향 자장을 제거한 이후의 냉각 프로세스는 제 1 형상 규정 축을 따라 제 1 전극 스택 내의 기준층의 자화를 설정하고, 제 2 형상 규정 축을 따라 제 2 전극 스택 내의 기준층의 자화를 설정한다. 예로서, 가열 단계는 선택된 실시예들에서 각각 제 1 및 제 2 전극 스택들 내에 형성된 제 1 및 제 2 반강자성 피닝 층들의 블로킹 온도를 초과한 상승된 온도에서 배향 자장 내에서 제 1 및 제 2 전극 스택들을 가열함으로써 구현될 수 있으며, 이 경우, 배향 자장의 제거는 제 1 형상 이방성이 제 1 전극 스택 내의 피닝층의 자화를 설정할 수 있게 하며, 제 2 형상 이방성이 제 2 전극 스택 내의 피닝층의 자화를 설정할 수 있게 한다. 추가로 또는 대안적으로, 각각 제 1 및 제 2 전극 스택들 내에 형성된 제 1 및 제 2 반강자성층들의 반강자성 결정 위상 형성 온도 이상에서 배향 자장을 제거한 이후 제 1 및 제 2 전극 스택들이 가열될 수 있다. 제 1 및 제 2 전극 스택들을 순차적으로 냉각함으로써, 제 1 전극 스택 내의 피닝층의 자화는 제 1 형상 규정 축을 따라 피닝되고, 제 2 전극 스택 내의 피닝층의 자화는 제 2 다른 형상 규정 축을 따라 피닝된다.

다른 형태에서, 둘 이상의 기준 방향들을 갖는 강자성 박막 기반 자기장 센서 및 이를 제조하는 방법이 제공되어 있다. 개시된 바와 같이, 기준층 구조는 기판 위에 형성되며 기판으로부터 절연되고, 기준 층 구조는 서로 다른 자성 모멘트들을 가지면서 스페이서 층에 의해 분리된 제 1 및 제 2 강자성체 층들에 의해 형성된 불균형 합성 반강자성체를 포함한다. 피닝된 자화가 직교하는 것을 보증하기 위해, 고유 이방성은 선택적으로 사전결정된 방식으로 맞춤화될 수 있다. 또한, 반강자성 재료(예를 들어, IrMn 또는 PtMn)로 불균형 SAF 아래에 형성된 피닝층일 수도 있다. 기준층 구조는 제 1 및 제 2 에칭된 전극 스택들을 형성하기 위해 선택적으로 에칭되며, 제 1 전극 스택은 제 1 기준 방향을 설정하기 위한 제 1 형상 이방성을 가지며, 제 2 전극 스택은 제 2 기준 방향을 설정하기 위한 제 2 형상 이방성을 갖는다. 피닝된 자화가 직교하는 것을 보증하기 위해, 장축은 비직교 각도로 형성될 수 있다. 전극 스택들을 에칭한 이후, 배향 자장은 제 1 및 제 2 전극 스택들(예를 들어, 각 스택 내의 SAF) 각각이 사전결정된 방향으로 정렬되는 자화를 가질 때까지 제 1 및 제 2 기준 방향들 사이에 배향되며 기판에 실질적으로 평행하게 인가된다. 배향 자장을 제거함으로써, 제 1 형상 이방성은 제 1 전극 스택의 제 1 및 제 2 강자성층들의 자화를 설정하고, 제 2 형상 이방성은 제 2 전극 스택의 제 1 및 제 2 강자성층들의 자화를 설정한다. 예로서, 제 1 및 제 2 전극 스택들 내의 제 1 및 제 2 강자성층들 각각의 자화 방향은 각각 제 1 및 제 2 전극 스택들의 더 긴(또는 더 짧은) 축 치수를 따라 설정될 수 있다. 이를 위해, 제 1 전극 스택은 제 1 더 긴(또는 더 짧은) 축 치수가 제 1 기준 방향으로 정렬되는 제 1 형상 이방성을 가지며, 제 2 전극 스택은 제 2 더 긴(또는 더 짧은) 축 치수가 제 2 기준 방향과 정렬되는 제 2 형상 이방성을 갖는다. 더욱 일반적으로 말하면, 배향 자장은 둘 이상의 기준 방향들 각각을 따라 자장 성분을 갖는 각도로 기판에 실질적으로 평행하게 인가될 수 있다. 배향 자장의 인가에는 제 1 및 제 2 스택들이 상승된 온도에서 가열되는 가열 처리 및 배향 자장의 제거 이후의 냉각 처리가 동반될 수 있으며, 냉각 처리는 제 1 형상 규정 축을 따라 제 1 전극 스택 내의 불균형 합성 반강자성체의 자화를 설정하고, 제 2 다른 형상 규정 축을 따라 제 2 전극 스택 내의 불균형 합성 반강자성체의 자화를 설정하기 위한 것이다. 예로서, 가열 단계는 선택된 실시예들에서 각각 제 1 및 제 2 전극 스택들 내에 형성된 제 1 및 제 2 반강자성 피닝 층의 블로킹 온도를 초과한 상승된 온도에서 배향 자장 내에서 제 1 및 제 2 전극 스택들을 가열함으로써 이행될 수 있고, 이 경우, 배향 자장의 제거는 제 1 형상 이방성이 제 1 전극 스택 내의 피닝층의 자화를 설정할 수 있게 하며, 제 2 형상 이방성이 제 2 전극 스택 내의 피닝층의 자화를 설정할 수 있게 한다. 추가로 또는 대안적으로, 제 1 및 제 2 전극 스택들은 각각 제 1 및 제 2 전극 내에 형성된 제 1 및 제 2 반강자성층들의 반강자성 결정 위상 형성 온도 이상에서 배향 자장을 제거한 이후에 가열될 수 있다. 피닝된 자화가 직교하는 것을 보증하기 위해, 이 어닐링 동안 보상 자장이 선택적으로 인가된다. 후속하여 제 1 및 제 2 전극 스택들을 냉각시킴으로써, 제 1 전극 스택 내의 피닝층의 자화는 제 1 형상 규정 축을 따라 피닝되고, 제 2 전극 스택 내의 피닝층의 자화는 제 2 다른 형상 규정 축을 따라 피닝된다.

또 다른 형태에서, 둘 이상의 기준층 자화 방향들을 갖는 강자성 박막 기반 자기장 센서 및 관련 제조 방법이 제공되어 있다. 개시된 바와 같이, 센서는 기판 위에 형성되고 기판으로부터 절연된 제 1 및 제 2 센서 층 스택들을 포함한다. 제 1 및 제 2 센서 층 스택들 각각은 제 1 절연층 위에 형성되어 있는 기준층을 포함하며, 또한, 각각의 기준층들에 인접한 반강자성층을 또한 각각 포함할 수 있다. 선택된 실시예들에서, 제 1 및 제 2 기준층들 각각은 스페이서 층에 의해 분리된 제 1 및 제 2 강자성체 층들로 형성된 불균형 합성 반강자성체로서 구현되며, 제 1 및 제 2 강자성층들은 서로 다른 자성 모멘트들을 갖는다. 추가적으로, 제 1 및 제 2 강자성층들은 각각 제 1 및 제 2 기준층들의 짧은(또는 긴) 축을 따라 정렬되는 자화를 각각 가질 수 있다. 형성된 상태에서, 제 1 전극 스택은 제 1 기준층을 위한 제 1 기준 방향을 형성하는 제 1 형상 이방성을 가지고, 제 2 전극 스택은 제 1 기준 방향과는 다른 제 2 기준층을 위한 제 2 기준 방향을 형성하는 제 2 형상 이방성을 갖는다. 피닝된 자화가 직교하는 것을 보증하기 위해, 고유 이방성 중 적어도 하나는 사전결정된 방식으로 맞춤화되고, 장축은 비직교 각도로 형성된다.

비록, 본 명세서에 개시된 설명된 예시적 실시예들이 다양한 센서 구조들 및 그 제조 방법들에 관한 것이지만, 본 발명은 매우 다양한 반도체 처리들 및/또는 장치들에 적용할 수 있는 본 발명의 발명된 양태들을 예시하는 예시적 실시예들에 반드시 한정되는 것은 아니다. 따라서, 앞서 개시된 특정 실시예들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명에 대한 제한으로서 받아들여지지 않아야 하며, 그 이유는 본 발명이 본 명세서의 교지들의 이득을 갖는 본 기술 분야의 숙련자들에게 명백한, 다른, 그러나, 대등한 방식들로 변형 및 실시될 수 있기 때문이다. 예로서, 센서 구조의 감지 및 피닝 층들의 상대적 위치들은 피닝 층이 상부에 존재하고 감지 층이 아래에 존재하도록 반대가 될 수 있다. 또한, 감지 층들 및 피닝 층들은 개시된 것들과는 다른 재료로 형성될 수 있다. 또한, 설명된 층들의 두께는 개시된 두께값들과 다를 수 있다. 따라서, 상술한 설명은 설명된 특정 형태에 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않으며, 반대로, 이런 대안들, 변형들 및 균등물들을 포괄하는 것을 의도하며, 그 이유는 그 가장 넓은 형태에서 본 발명의 개념 및 범주로부터 벗어나지 않고 이들이 다양한 변화들, 치환체들 및 대안들을 수행할 수 있다는 것을 본 기술 분야의 숙련자들이 이해하도록 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 개념 및 범주 내에 포함될 수 있기 때문이다.

문제들에 대한 이득들, 다른 장점들 및 해법들은 특정 실시예들에 관하여 상술되어 있다. 그러나, 임의의 이득, 장점 또는 해법이 이루어지거나 더욱 두드러지게 할 수 있는 이득들, 장점들, 문제점들에 대한 해법들 및 임의의 요소(들)은 임의의 청구항 또는 모든 청구항의 임계적, 필수적 또는 본질적 특징 또는 요소로서 해석되지 않아야 한다. 본 명세서에 사용될 때, 용어들 "포함하다", "포함하는" 또는 그 임의의 다른 변형은 비배제적 포함을 포괄하는 것을 목적으로 하며, 그래서, 요소들의 목록을 포함하는 처리, 방법, 물 또는 장치는 단지 이들 요소들만을 포함하는 것이 아니며, 이런 처리, 방법, 물 또는 장치에 고유하거나 명시적으로 나열되어 있지 않은 다른 요소들을 포함할 수 있다.

적어도 하나의 예시적 실시예가 상술한 상세한 설명에 제시되어 있지만, 방대한 수의 변형들이 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 예시적 실시예 또는 예시적 실시예들은 단지 예들이며, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범주, 응용성 또는 구성을 제한하는 것을 의도하지는 않는다. 오히려, 상술한 상세한 설명은 본 기술 분야의 숙련자들에게 본 발명의 예시적 실시예를 구현하기 위한 편리한 로드맵을 제공할 것이며, 첨부된 청구항에 기재된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 예시적 실시예에 설명된 요소들의 기능 및 배열에 대한 다양한 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (20)

1. 둘 이상의 기준층 피닝 방향들을 포함하는 강자성 박막 기반 자기장 센서를 제조하기 위한 방법으로서,
   기판을 제공하는 단계;
   상기 기판 위에 제 1 절연층을 형성하는 단계;
   상기 제 1 절연층 위에 센서 층 스택을 증착하는 단계로서, 상기 센서 층 스택은 상기 제 1 절연층 위에 형성된 제 1 강자성층과, 상기 제 1 강자성층 상에 형성된 비자성 중간층과, 상기 비자성 중간층 상에 형성된 제 2 강자성층, 및 상기 제 1 강자성층과 상기 제 1 절연층 사이 또는 상기 제 2 강자성층 위 중 하나에 배치된 반강자성층을 포함하며, 상기 반강자성층에 인접한 상기 제 1 또는 제 2 강자성층은 기준층을 포함하는, 상기 센서 층 스택을 증착하는 단계;
   제 1 전극 스택과 제 2 전극 스택을 형성하기 위해 상기 센서 층 스택을 선택적으로 에칭하는 단계로서, 상기 제 1 전극 스택은 제 1 형상 이방성을 가지며, 상기 제 2 전극 스택은 제 2 형상 이방성을 갖는, 상기 선택적으로 에칭하는 단계;
   사전결정된 방향으로 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들의 각각의 기준층의 자화를 정렬하기 위해 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들의 각각의 기준층의 제 1 및 제 2 기준 방향들 사이에 배향되는 상기 기판에 실질적으로 평행한 배향 자장(orienting field)을 인가하는 단계;
   상기 제 1 형상 이방성이 상기 제 1 전극 스택의 기준층의 자화 방향을 설정할 수 있게 하고, 상기 제 2 형상 이방성이 상기 제 2 전극 스택의 기준층의 자화 방향을 설정할 수 있게 하도록 상기 배향 자장을 제거하는 단계;
   상기 배향 자장의 제거 후에, 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들 내의 상기 반강자성층의 피닝 온도 이상에서 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들을 가열하고, 이어서, 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들을 냉각시킴으로써, 제 1 형상 규정 축을 따라 상기 제 1 전극 스택 내에 상기 기준층의 자화를 피닝하고, 제 2 형상 규정 축을 따라 상기 제 2 전극 스택 내에 상기 기준층의 자화를 피닝하는 단계; 및
   상기 증착하는 단계 동안 상기 기준층의 고유 이방성을 맞춤화하는 것,
   상기 에칭하는 단계 동안 상기 제 2 전극 스택의 장축(longer axis)에 대해 직교하지 않는 각도로 상기 제 1 전극 스택의 장축을 형성하는 것, 및
   상기 가열하는 단계 동안 보상 자장을 인가하는 것 중 적어도 하나에 의해, 제 1 목표 기준 방향으로 상기 제 1 전극 스택 내에 제 1 피닝된 자기 벡터를 제공하고 제 2 목표 기준 방향으로 상기 제 2 전극 스택 내에 제 2 피닝된 자기 벡터를 제공하는 단계;를 포함하는 강자성 박막 기반 자기장 센서 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 층 스택은 불균형 합성 반강자성층을 포함하는 강자성 박막 기반 자기장 센서 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들의 각각의 기준층의 피닝 방향들은 실질적으로 직교하는 강자성 박막 기반 자기장 센서 제조 방법.
4. 둘 이상의 기준층 설정 방향들을 포함하는 강자성 박막 기반 자기장 센서를 제조하는 방법으로서,
   센서 층 스택을 형성하는 단계로서, 상기 센서층 스택은:
   중간층,
   상기 중간층 상에 형성된 감지 강자성층,
   반강자성층, 및
   불균형 합성 반강자성체를 포함하고, 상기 불균형 합성 반강자성체는:
   상기 중간층에 인접하게 형성된 기준 강자성층,
   상기 반강자성층에 인접하게 형성된 피닝된 강자성층, 및
   상기 기준 강자성층과 상기 피닝된 강자성층 사이에 배치된 커플링 층을 포함하며,
   상기 기준 강자성층과 상기 피닝된 강자성층은 서로 다른 자성 모멘트들을 갖는, 상기 센서층 스택을 형성하는 단계;
   제 1 전극 스택과 제 2 전극 스택을 형성하기 위해 상기 센서층 스택을 에칭하는 단계로서, 상기 제 1 전극 스택은 제 1 형상 이방성을 가지며, 상기 제 2 전극 스택은 제 2 형상 이방성을 갖는, 상기 에칭하는 단계;
   사전결정된 방향으로 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들의 각각의 기준층의 자화를 정렬하기 위해 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들의 각각의 기준층의 제 1 및 제 2 기준 방향들 사이에 배향되는 기판에 실질적으로 평행한 배향 자장을 인가하는 단계;
   상기 제 1 형상 이방성이 상기 제 1 전극 스택 내의 상기 기준 강자성층의 자화 방향을 설정할 수 있게 하고, 상기 제 2 형상 이방성이 상기 제 2 전극 스택 내의 상기 기준 강자성층의 자화 방향을 설정하게 하도록 상기 배향 자장을 제거하는 단계;
   상기 배향 자장의 제거 후에, 각각 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들의 상기 반강자성층의 피닝 온도 이상으로 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들을 가열하고, 이어서, 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들을 냉각시킴으로써, 제 1 형상 규정 축을 따라 상기 제 1 전극 스택 내의 기준 강자성층의 자화를 피닝하고, 제 2 형상 규정 축을 따라 상기 제 2 전극 스택 내의 상기 기준 강자성층의 자화를 피닝하는 단계; 및
   상기 센서층 스택을 형성하는 단계 동안 상기 기준 강자성층의 고유 이방성을 맞춤화하는 것,
   상기 에칭하는 단계 동안 상기 제 2 전극 스택의 장축에 대해 직교 하지 않는 각도로 상기 제 1 전극 스택의 장축을 형성하는 것, 및
   상기 가열하는 단계 동안 보상 자장을 인가하는 것 중 적어도 하나에 의해, 각각 제 1 및 제 2 목표 기준 방향으로 상기 제 1 및 제 2 전극 스택들 내에 피닝된 자기 벡터들을 제공하는 단계;를 포함하는 강자성 박막 기반 자기장 센서 제조 방법.
5. 둘 이상의 기준층 자화 방향들을 포함하는 강자성 박막 기반 자기장 센서로서,
   기판;
   상기 기판 위의 제 1 절연층;
   상기 제 1 절연층 위의 제 1 센서 층 스택으로, 제 1 기준층을 포함하는 상기 제 1 센서 층 스택; 및
   상기 제 1 절연층 위의 제 2 센서 층 스택으로, 제 2 기준층을 포함하는 사익 제 2 센서 층 스택;을 포함하고,
   제 1 전극 스택은 상기 제 1 기준층을 위한 제 1 기준 방향을 형성하는 제 1 형상 이방성을 가지며, 제 2 전극 스택은 상기 제 1 기준 방향과는 다른 상기 제 2 기준층을 위한 제 2 기준 방향을 형성하는 제 2 형상 이방성을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 기준층들은 각각 제 1 및 제 2 장축들을 가지고, 상기 제 1 및 제 2 장축들은 상기 제 1 기준 방향 및 상기 제 2 기준 방향이 서로 직교하는 것을 보증하도록 위치되며,
   상기 제 1 및 제 2 기준층들 모두가 맞춤화된 이방성을 갖는 것 및 상기 제 1 및 제 2 장축들은 직교하지 않는 각도들로 위치되는 것 중 적어도 하나인, 강자성 박막 기반 자기장 센서.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 기준층들 각각은 스페이서 층에 의해 분리된 제 1 및 제 2 강자성층들로 형성된 불균형 합성 반강자성체를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 강자성층들은 서로 다른 자성 모멘트들을 갖는, 강자성 박막 기반 자기장 센서.
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