KR101849516B1 - ３ 축선 자기장 센서 - Google Patents

Abstract

3개의 브리지 회로들(101, 111, 121)로서, 각각은 단일 핀 물질 피착 및 벌크 웨이퍼 세팅 절차에서 설정되는 직교하는 방향들(110, 120, 130)에 자기장(160)을 감지하기 위해 휘트스톤 브리지(100)로서 결합되는 자기저항 센서들을 포함한다. 3개의 브리지 회로들(121) 중 하나는 핀 층(126) 상에 배치되고 제 1 및 제 2 에지들과 제 1 및 제 2 면들을 갖는 제 1 감지 소자(122), 및 기판의 제 1 면에 평행하지 않게 배치되고 제 1 감지 소자(122)의 제 1 에지 및 제 1 면에 근접한 단부를 갖는 제 1 자속 가이드(132)를 포함하는 제 1 자기저항 센서(141)를 포함한다. 선택적 제 2 자속 가이드(136)는 기판의 제 1 면에 평행하지 않게 배치되고 제 1 감지 소자(122)의 제 2 에지 및 제 2 면에 근접한 단부를 가질 수 있다.

Description

３ 축선 자기장 센서{THREE AXIS MAGNETIC FIELD SENSOR}

본 발명은 일반적으로 자기전자 디바이스들의 자기장에 관한 것으로, 특히 3개의 직교하는 방향들의 자기장들을 감지하기 위해 이용되는 CMOS-호환 자기전자 자기장 센서들에 관한 것이다.

센서들은 위치, 운동, 힘, 가속도, 온도, 압력, 등과 같은 물리적 파라미터들을 측정 혹은 검출하기 위해 최근의 시스템들에서 널리 이용된다. 이들 및 다른 파라미터들을 측정하기 위한 다양한 서로 다른 센서 유형들이 존재하나, 이들 모두는 다양한 한계들이 있다. 예를 들면, 전자 컴퍼스 및 그외 유사한 자기 감지 응용들에서 이용되는 것들과 같은 저가의 저 자기장 센서들은 일반적으로 비등방성 자기저항(AMR) 기반의 디바이스들로 구성된다. CMOS에 잘 맞는 요구되는 감도 및 적정한 저항들에 도달하기 위해서, 이러한 센서들의 감지 유닛들은 일반적으로 크기가 제곱 밀리미터 정도이다. 모바일 애플리케이션들에 있어서 이러한 AMR 센서 구성들은 비용, 회로 면적, 및 파워 소비 면에서 너무 비용이 든다.

소형 프로파일 센서들을 제공하기 위해서 홀 효과 센서들, 자기 터널 접합(MTJ) 센서들 및 거대 자기저항(GMR) 센서들과 같은 다른 유형들의 센서들이 이용되었지만, 이러한 센서들은 부적당한 감도 및 온도 변화들에 의해 영향을 받는 것 등, 이들 자신의 결점들이 있다. 이들 결점들을 해결하기 위해서, 감도를 증가시키고 온도 종속적 저항 변화들을 제거하기 위해 휘트스톤 브리지 구조에 MTJ 센서들 및 GMR 센서들이 채용되었다. 많은 자기 감지 기술들은 본질적으로 직교하는 축선들은 제외하고, 한 방위로 인가된 자기장에 응답한다. 실제로, 각각의 감지 축선에 대해 휘트스톤 브리지 구조를 이용함으로써 지구의 자기장 방향을 검출하기 위해 전자 콤파스 응용들용으로 2-축선 자기장 센서들이 개발되었다.

예를 들면, 홀 센서들은 일반적으로 기판 표면에 직교한 평면 밖 자기장 성분들에 반응하나, 자기-저항 센서들은 평면 내 인가된 자기장들에 반응한다. 이들 응답하는 축선들을 이용하여, 소형의 3 축선 감지 해결책의 개발은 전형적으로 서로에 대해 직교하는 각도들로 배치된 하나 이상의 칩들을 가진 복수 칩 모듈을 포함한다. 자기저항 센서들에 대해서, 직교하는 평면내 성분들은 주의깊은 센서 설계에 의해 달성될 수 있지만, 평면 밖 응답은 일반적으로 수직으로 장착되어야 하는 2차 칩에 접촉하게 수직 본딩 또는 납땜 리플로를 통해 얻어진다. 수직으로 본딩된 칩의 크기는 일반적으로 취급 제약들로부터 결정되는 패드 피치에 의해 정해지기 때문에, 이러한 기술은 완성된 패키지의 수직 크기가 커지게 하고, 두꺼운 다이 및 많은 조립 비용들을 초래하고 칩 비아들을 통해 탑재해야 하므로 칩 규모로 패키징하는 것을 어렵게 하고 비용이 들게 한다.

따라서, 3차원으로 인가된 자기장에 응답하는 단일 칩 자기 센서를 형성하기 위한 개선된 설계 및 제조 공정에 대한 필요성이 존재한다. 또한, 모바일 응용들에서 이용하기 위한 집적회로 구조로서 효율적이고 저렴하게 구성될 수 있는 3-축선 센서에 대한 필요성도 있다. 또한, 위에 개괄한 바와 같이 이 기술에서 문제들을 극복하기 위해 개선된 자기장 센서 및 제조에 대한 필요성도 있다. 또한, 본 발명의 그외 바람직한 특징들 및 특성들은 동반된 도면들 및 본 발명의 이 배경기술 설명에 관련하여 취해진, 발명의 다음 상세한 설명 및 첨부된 청구항들로부터 명백하게 될 것이다.

강자성 박막 기반 자기장 센서는 평면을 갖는 기판, 및 기판의 평면에 평행하게 놓인 제 1 면과, 제 1 면에 대향한 제 2 면을 가지며 서로 대향한 제 1 에지 및 제 2 에지를 갖는 제 1 감지 소자를 포함하는 제 1 자기저항 센서; 및 기판의 제 1 면에 평행하지 않게 배치되고 제 1 감지 소자의 제 1 에지 및 제 1 면에 근접한 단부를 가진 제 1 자속 가이드를 포함한다. 선택적 제 2 자속 가이드는 기판의 제 1 면에 평행하지 않게 배치되고 제 1 감지 소자의 제 2 에지 및 제 2 면에 근접한 단부를 가질 수 있다.

또 다른 실시예에서, 강자성 박막 기반 자기장 센서는 제 1, 제 2, 및 제 3 자기저항 센서들을 포함한다. 제 1 자기 터널 접합 센서는 제 1 핀 층 및 제 1 핀 층 상에 형성된 제 1 감지 소자를 포함하고, 제 2 자기 터널 접합 센서는 제 2 핀 층 및 제 2 핀 층 상에 형성되고 제 1 감지 소자에 직교한 제 2 감지 소자를 포함하고, 제 3 자기 터널 접합 센서는 제 3 핀 층 및 제 3 핀 층 상에 형성된 제 3 감지 소자를 포함하고, 제 3 핀 층은 제 1 및 제 2 핀 층들 각각에 관하여 약 45 도로 배치되고, 제 3 감지 소자는 제 1 및 제 2 에지들과 제 1 및 제 2 면들을 갖는다. 자속 가이드는 기판의 평면에 평행하지 않게 배치되고 제 3 감지 소자의 제 1 에지 및 제 1 면에 근접한 단부를 갖는다.

본 발명의 실시예들은 이하 동일 요소에 동일 참조부호를 이용한 다음 도면들에 관련하여 기술될 것이다.

도 1은 실시예에 따른 MTJ 센서들을 구비한 3개의 브리지 구조들로부터 형성된 차동 센서들을 이용하는 전자 콤파스 구조를 도시한 도면.
도 2는 실시예에 따른 도 1의 Z 축선 브리지 구조의 부분 단면도.
도 3은 도 2의 4개의 자기 터널 접합 센서들 중 2개의 유한 요소 시뮬레이션에 의해 계산된 자속 라인들을 도시한 도면.
도 4는 또 다른 실시예에 따라 도 1의 Z 축선 브리지 구조의 부분 단면도.
도 5는 또 다른 실시예에 따라 도 1의 Z 축선 브리지 구조의 부분 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 자속 가이드의 또 다른 형상을 도시한 도면.
도 7은 도 5에 도시된 자속 가이드의 또 다른 형상을 도시한 도면.
도 8은 도 5에 도시된 자속 가이드의 또 다른 형상을 도시한 도면.
도 9는 센서 각격에 대한 피복물의 함수로서 단일(차동적으로 결선되지 않은) MTJ 감지 소자에 대한 X 감도의 퍼센티지로서 나타낸 Z 감도를 도시한 그래프.

도시를 간단하게 하고 명료하게 하기 위해서 도면들에 도시된 소자들은 반드시 축척에 맞게 도시된 것은 아님을 알 것이다. 예를 들면, 소자들 중 일부의 치수들은 명확성 및 이해를 고취하고 개선할 목적으로 다른 소자들에 비해 과장되어 있을 수 있다. 또한, 적합한 것으로 간주되는 경우, 동일 구성요소들에 동일 참조부호를 이용한다.

발명의 다음 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며 발명 또는 발명의 적용 및 용도들을 제한시키려는 것이 아니다. 또한, 발명의 전술한 배경기술에서 설명된 임의의 이론 혹은 발명의 다음 상세한 설명로 국한되게 하려는 것이 아니다.

고 투자율 물질, 예를 들면, 말단들이 자기 감지 소자의 서로 대향한 에지들 및 서로 대향한 면들에 근접하여 종단을 이루는 니켈철(NiFe)로 된 고 어스펙트비의 수직한 바들(bar)(자속 가이드들)의 일체화를 통해서, Z 축선 자기장의 일부를 xy 평면 내로 가져갈 수 있다. 이들 자속 가이드들은 Z 방향의 방위로 놓인 인가되는 자기장으로부터의 자속을 캡처하는데, 이와 같이 행함에 있어, 자속 가이드들의 단부들 근처에서 실질적으로 수평하게 자기장 라인들이 휘어지게 작용한다. 자속 가이드들을 비대칭으로 배치함으로써, 예를 들면, 휘트스톤 브리지의 4개의 레그들 중 2개의 레그들에 감지 소자들의 좌측 에지 위에 자속 가이드 세그먼트, 및 다른 2개의 레그들에 감지 소자들의 우측 에지 위에 자속 가이드를 배치하여, 수평 성분들은 두 쌍들의 레그들에 대해 서로 반대되는 방향들로 작용하여 강한 차분 신호를 야기할 수 있다. X 또는 Y 방향으로 인가된 자기장은 브리지의 모든 4개의 레그들에 똑같이 나아가 이에 따라 서로 감하여져 최종 센서 신호에 기여하지 않을 것이다. 별도의 브리지들이 자기 신호의 X 성분 및 Y 성분을 결정하기 우해 자기 센서 칩 상에 다른 어떤 곳에 포함되며, 이렇게 하여, 모든 3개의 공간적 방위들에 성분들을 가진 자기장은 예를 들면, 자기 터널 접합(MTJ) 감지 소자들에 기초하여, 단일 칩 자기저항 감지 모듈에 의해 정확하게 판정될 수 있다. 유한 요소 방법(FEM) 시뮬레이션들은 예를 들면, 25 nm x 500 nm이고 제 3 방향으로 몇 마이크론 확장한 한쌍의 고 어스펙트비의 자속 가이드들은 최적으로 위치되었을 때 동일 강도의 평면내(x 축선) 자기장으로부터 측정된 신호의 약 80%인 신호를 개개의 소자 상에 제공할 것임을 보였다. 자속 가이드를 센서에 더 근접하게 하고 자속 가이드 높이를 증가시키고 가이드 기하구조를 더욱 형상화함으로써 추가의 신호가 얻어질 수 있다. 일예는 감지 소자의 에지들 위로 확장하는 감지 소자에 평행한 수평 세그먼트들을 추가하는 것이다. 다른 예들은 안쪽 수평 세그먼트가 감지 소자의 바깥 에지에 정렬시켜 배치되는 U, 감지 소자의 평면 내에서 부분적으로 자속 가이드를 확장하게 수직 세그먼트의 각이 진 종단, 및 유사하게 놓여진 상자 구조를 형성하는 것이다. 이들 기하구조들은 안내된 자속의 수평성분을 더욱 향상시키고 이를 센서의 더 중앙 영역으로 이동시키게 작용한다. 자속 가이드들로서 이용되는 개개의 25 nm 폭의 수직 바드들을 가진 구조는 오버레이 오차들을 용인하고 단일 자속 안내층과 감지 층 간에 85 nm(3 시그마)의 오정렬에 대해 외견상 2.5 %의 레이트로 x에서 z로의 자기장 변환(차동 결선된 휘트스톤 브리지에 있어서)을 하게 한다.

자속 안내 층은 자기 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 공정 흐름에서 전형적으로 이용된 층들로부터 형성될 수 있고, 이 공정 동안에 여기에서는 자속 가이드라고 하는 고 투자율 자기 물질(전형적인 자기 메모리 디바이스들에서와 같이)이 피복된 비트 및 디지트 라인들은 메모리 저장 소자를 전환시키는데 필요한 전류를 감소시키기 위해 있는 자기장 팩터들을 증가시키기 위해 이용된다. 센서 애플리케이션에서, 트렌치의 바닥 상에 있는 어떠한 피복물이든 제거하기 위해서 디지트 라인의 바닥을 스퍼터링(sputtering out)하는 선택적 추가의 단계에 동일 공정 흐름이 이용될 수 있다. 자속 안내를 위해 이용되는 피복물의 높이와 폭이 위에 기술된 공정에서 이용되는 각각 500 nm 및 25 nm 대신 최적의 값들에 있도록 공정 흐름을 수정할 수도 있다.

3개의 서로 다른 핀 방향들 중 두개는 단일 핀 물질 피착 및 벌크 웨이퍼 세팅 절차에서 실질적으로 직교하게 설정된 것으로, 이들 3개의 방향들을 갖는 서로 다른 기준 층들과 일체화된 회로 센서를 형성하기 위해 이용될 수 있는 벌크 웨이퍼 상에 복수-축선 피닝(pinning)을 제공하기 위한 방법 및 장치가 다음에 상세히 기술된다. 예비 단계로서, 하나 이상의 강자성 및 반강자성 물질층들의 적층은 고 어스펙트비를 가진 2차원 형상을 가진 형상화된 기준 층들로 에칭되고, 여기에서 형상은 각각의 기준 층에 대해 요망되는 자화 방향에 대한 구별을 제공한다. 이용되는 물질들 및 기술들에 따라, 최종의 자화 방향은 형상화된 층의 단 축선 또는 장 축선을 따른 방위로 놓여질 수 있다. 예를 들면, 핀 층이 마이크론-규모의 치수들로 패터닝된 약간 불균형 합성 반강자성체(SAF)로 형성된다면, 자화는 단 축선을 따른 방향을 가질 것이다. 당업자가 알게 되는 바와 같이, SAF 실시예는 자기전자 디바이스들에서 핀(pinned)-SAT 기준 층들의 이용에 관계된 다수의 잇점들을 제공한다. 다른 실시예들에서, 핀 및 고정 층들의 두께들 및 패터닝된 구조의 평면내 공간적 확장을 제어함으로써, 최종의 자화는 장 축선을 따른 방향일 수 있다. 형태 비등방성을 이용하여, 기준 층들에 대해 요망되는 자화 방향들 간에 정렬되는 방위설정 자기장의 존재하에 가열함으로써 기준 층들에 서로 다른 자화 방향들이 유기된다. 선택된 실시예들에서, 기준 층들은 비등방성의 물질 성분을 감소시키고 형상 및 외부 자기장이 자화 방향을 정할 수 있게 하기 위해 충분히 가열된다. 이렇게 하여, 일단 방위설정 자기장이 제거되면, 형태 비등방성은 요망되는 방향으로 자화가 향하게 한다. 방위설정 자기장을 제거하였을 때, 기준 층들의 자화들은 형상화된 기준 층의 요망되는 축선을 따라 정렬되는 자화를 유기하기 위해서 기준 층들의 형상을 추종하게 릴랙스된다. 직교성을 야기하는데 돕기 위해 선택적 보상 자기장이 인가될 수 있고, 반강자성 핀 층들의 상전이 온도 이상으로 기준 층들이 가연된다. 예를 들면, 서로 수직한 더 긴 치수들을 갖게 2개의 기준 층들이 형상화된다면, 2개의 기준 층들에 대해 야기된 자화들은 서로 수직하게 되게 닫혀질 것이다.

본 발명의 여러 예시적 실시예들이 동반된 도면들에 관련하여 이제 상세히 기술될 것이다. 여러 상세들이 다음 설명에서 개시되나, 본 발명은 이들 특정의 상세없이 실시될 수 있고, 이를테면 구현마다 다를 수 있는 공정 기술 또는 설계에 관계된 제약들을 준수하는 등의 디바이스 설계자의 특정한 목적들을 달성하기 위해 여기에 기술된 발명에 대해 구현하는데 특정한 많은 판단들이 행해질 수 있음을 알 것이다. 이러한 개발 노력이 복잡하고 시간 소모적일 수도 있으나, 그럼에도불구하고 이 개시된 바의 잇점을 아는 당업자들에겐 의례적으로 행하는 것이 될 것이다. 또한, 본 발명을 한정하거나 모호하게 하지 않기 위해서 모든 디바이스 특징 또는 기하학적 구조를 포함하지 않는 간단하게 한 단면도에 관련하여 선택된 특징들이 도시되었다. 또한, 이 상세한 설명에서 자기 센서 설계 및 동작, 자기저항 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 설계, MRAM 동작, 반도체 디바이스 제조, 및 그외 집적회로 디바이스들의 다른 면들에 관련된 통상적인 기술들 및 특징들은 여기에서는 상세히 기술되지 않을 수 있음에 유의한다. 기존의 MRAM 제조공정의 부분으로서 집적적 회로 센서들을 제조하기 위해 어떤 물질들이 형성되고 제거될 것이지만, 이러한 물질들을 형성 혹은 제거하기 위한 특정한 절차들은 이러한 상세들이 공지되어 있고 본 발명의 제작 또는 이용하는 방법에 대해 당업자에게 알려주는데 필요한 것으로 여겨지지 않기 때문에 상세히 하지 않았다. 또한, 여기에 포함된 여러 도면들에 도시된 회로/성분 레이아웃들 및 구성들은 발명의 실시예들을 나타내는 것이다. 많은 대안적 또는 추가의 회로/성분 레이아웃들이 실제 실시예에서 제시될 수 있음에 유의한다.

도 1은 각각 제 1 축선(120)(예를 들면, y-축선 방향), 제 2 축선(110)(예를 들면, x-축선 방향), 및 제 3 축선(130)(예를 들면, z-축선 방향)을 따라 인가된 자기장의 성분 방향들을 검출하기 위한 제 1, 제 2, 및 제 3 차동 센서들(101, 111, 121)로 형성된 자기장 센서(100)를 도시한 것이다. z-축선 방향은 도 1이 놓여진 도면용지 안으로 또는 밖으로 가는 것으로서 점 및 십자선으로서 나타내었다. 제 1 및 제 2 센서들(101, 111)의 실시예들은 미국특허출원 12/433,679에 상세히 기술되어 있다. 여기에 나타낸 바와 같이, 각각의 센서(101, 111, 121)는 브리지 구성으로 연결되는 비차폐 감지 소자들로 형성된다. 이에 따라, 제 1 센서(101)는 대응하는 복수의 핀 층들(106 ~ 109) 상에 브리지 구성으로 복수의 감지 소자들(102 ~ 105)의 연결로부터 형성되며, 핀 층들(106 ~ 109) 각각은 x-축선 방향으로 자화되어 있다. 유사한 방식으로, 제 2 센서(111)는 핀 층들(106 ~ 109)의 자화 방향에 수직한 y-축선 방향으로 각각 자화된 대응하는 복수의 핀 층들(116 ~ 119) 상에 브리지 구성으로 복수의 감지 소자들(112 ~ 115)의 연결로부터 형성된다. 또한, 제 1 및 제 2 센서들(101, 111)와 동일한 평면 내에 제 3 센서(121)는 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119)의 자화 방향에 대해 45도인 xy-축선 방향으로 각각 자화된 대응하는 복수의 핀 층들(126 ~ 129) 상에 브리지 구성으로 복수의 감지 소자들(122 ~ 125)의 연결로부터 형성된다. 도시된 브리지 구성(101)에서, 감지 소자들(102, 104)은 용이 축선 자화 방향을 갖게 형성되고, 감지 소자들(103, 105)은 제 2 용이 축선 자화 방향을 갖게 형성되며, 제 1 및 제 2 용이 축선 자화 방향들은 서로에 관하여 직교하고 핀 층들(106 ~ 109)의 자화 방향으로부터 똑같이 다른 방위로 놓여진다. 제 2 브리지 구성(111)에 관하여, 감지 소자들(112, 114)은 제 1 및 제 2 용이 축선 자화 방향들이 핀 층들(116 ~ 119)의 자화 방향으로부터 똑같이 다른 방위로 놓여지도록 감지 소자들(113, 115)을 위한 제 2 용이 축선 자화 방향에 수직한 제 1 용이 축선 자화 방향을 갖는다. 제 3 브리지 구성(121)에서, 감지 소자들(122, 123, 124, 125) 모두는 핀 층들(126, 127, 128, 129)의 핀 자화 방향에 직교한 용이 축선 자화 방향을 갖는다. 제 3 브리지 구성(121)은 각각 감지 소자들(122 ~ 125)의 우측 에지에 인접하여 위치된 자속 가이드들(132 ~ 135), 및 감지 소자들(122 ~ 125)의 좌측 에지에 인접하여 위치된 자속 가이드들(136 ~ 139)을 추가로 포함한다. 자속 가이드들(132, 137, 134, 139)은 감지 소자들(122 ~ 125) 위에 위치되고, 자속 가이드들(136, 133, 138, 135)은 감지 소자들(122 ~ 125) 밑에 위치된다. 이들 자속 가이드들(132 ~ 139)의 배치는 이하 도 2에서 더 상세히 기술된다. 도시된 센서들(101, 111, 121)에는 감지 소자들을 위해 요구되는 어떠한 차폐도 없고 요구되는 어떠한 특별한 기준 소자들도 없다. 실시예에서, 이것은 참조된 감지 소자들의 용이 자기 축선들을 x 센서 및 y 센서에 대해 90도만큼 서로로부터 편향되게 하기 위해 형태 비등방성 기술들을 이용하여 능동 감지 소자(예를 들면, 102, 104)을 또 다른 능동 감지 소자(예를 들면, 103, 105)과 함께 참조하고, Z 센서에 대해 Z 방향으로 인가된 자기장에 대해 서로 반대되게 응답하는 감지소자를 참조함으로써 달성된다. Z 센서 참조를 이하 상세히 기술한다. 도 1에 도시된 구성은 도 2에 상세히 기술된 제 3 센서(121) 구조의 잇점들 활용하기 위해 필요한 것은 아니며 단지 예로서 주어진 것이다.

센서의 핀 방향으로부터 똑같이 편향되고 각 센서에서 서로 직교하는 방위로 놓인 감지 소자를 각각 구비한 제 1 및 제 2 센서들(101, 111)을 직교하여 정렬되게 배치함으로써, 센서들은 제 1 및 제 2 축선들을 따라 인가된 자기장의 성분 방향들을 검출할 수 있다. 자속 가이드들(132 ~ 139)은 레그들(141, 143)과 레그들(142, 144) 간에 비대칭으로 소자들(122 ~ 125)의 서로 대향한 에지들 위 및 아래에 센서(121) 내에 위치된다. 자속 가이드들(132, 134)이 감지 소자들(122, 124) 위에 놓여져 있으므로, Z 자기장으로부터 자속은 우측을 따라 xy 평면 내로 자속 가이드들(132, 134)에 의해 안내되어 감지 소자들(122, 124)의 자화를 더 높은 저항을 향한 제 1 방향으로 회전하게 할 수 있다. 유사하게, 자속 가이드들(133, 135)이 감지 소자들(123, 125) 밑에 위치하여 있으므로, Z 자기장으로부터 자속은 감지 소자의 우측을 따라 xy 평면 내로 자속 가이드들(133, 135)에 의해 안내되어 감지 소자들(123, 125)의 자화를 더 낮은 저항을 향해 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 회전하게 할 수 있다. 이에 따라, 센서(121)는 제 3 축선을 따라 인가된 자기장의 성분 방향들을 검출할 수 있다. 바람직한 실시예에서 자속 가이드들이 자기장 센서의 평면에 수직한 평면에 있을지라도, 자속 가이드들은 센서와의 각도가 정확히 90도가 아니어도 여전히 기능할 것이다. 다른 실시예들에서, 자속 가이드와 자기장 센서 간에 각도는 45 도 내지 135 도의 범위에 있을 수도 있을 것이며, 정확한 각도는 이를테면 제조의 용이와 같은 다른 요인들에 따라 선택된다.

전술한 바로부터 알 수 있듯이, 자기장 센서는 인가된 자기장의 존재 및 방향을 검출하기 위해서 각각의 핀, 또는 기준 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129) 상에 브리지 구성으로 연결된 비차폐 감지 소자들(102 ~ 105, 112 ~ 115) 및 자속이 안내되는 감지 소자들(122 ~ 125)을 이용하는 차동 센서들(101, 111, 121)로부터 형성될 수 있다. 이러한 구성으로, 자기장 센서는 양도한 감도를 제공하고, 브리지 구성의 온도 보상 특성들을 제공한다.

브리지 회로들(101, 111, 121)은 여러 센서 층들의 자기 방위와 자속 안내 구조들의 단면을 제어하기 위해 기존의 MRAM 또는 박막 센서 제조 공정을 약간만 수정하여 이의 일부로서 제조될 수 있다. 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129) 각각은 하나 이상의 하측 강자성 층들로 형성될 수 있고, 감지 소자들(102 ~ 105, 112 ~ 125, 122 ~ 125) 각각은 하나 이상 상측 강자성 층들로 형성될 수 있다. 절연 터널링 유전층(도시되지 않음)은 감지 소자들(102 ~ 105, 112 ~ 125, 122 ~ 125)과 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129) 간에 배치될 수 있다. 핀 전극 및 감지 전극은 바람직하게는 자화 방향이 정렬될 수 있는 자기 물질들이다. 자기저항 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 디바이스들 및 그외 자기 터널 접합(MTJ) 센서 디바이스들의 전극들용으로 공통적으로 이용되는 적합한 전극 물질들 및 구조들에의 물질들의 배열들은 이 기술에 공지되어 있다. 예를 들면, 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)은 10 내지 1000 Å의 범위 및 선택된 실시예들에선 250 내지 350 Å 범위의 결합된 두께로 하나 이상의 강자성 및 반강자성 물질들의 층들로 형성될 수 있다. 구현에서, 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129) 각각은 단일의 강자성 층 및 하지의 반-강자성 핀 층으로 형성된다. 또 다른 구현에서, 각각의 핀 층(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)은 20 내지 80 Å 두께인 합성 반-강자성 스택 성분(예를 들면, CF(코발트 철), 루테늄(Ru) 및 CFB의 적층), 및 대략 200 Å 두께인 하지의 반강자성 핀 층을 포함한다. 적절한 온도들에서 쉽게 재설정되지 않는 PtMn과 같은 다른 물질들이 이용될 수 있을지라도, IrMn과 같은 하측 반강자성 핀 물질들은 재설정가능한 물질들일 수 있다. 형성되었을 때, 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)은 정규 동작 상태들 동안 변하지 않는 한 방향으로 이의 자화의 방향이 핀 될 때, 고정 혹은 핀 자기 층으로서 작용한다. 여기에 개시된 바와 같이, 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)을 핀 하기 위해 이용되는 물질들의 가열 특성들은 이들 층들을 형성하기 위해 이용되는 제조 순서를 바꿀 수 있다.

감지 소자들(102 ~ 105, 112 ~ 125, 122 ~ 125) 각각 중 하나와 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129) 각각 중 하나는 자기 터널 접합(MTJ) 센서를 형성한다. 예를 들면, 브리지 회로(121)에 있어서, 감지 소자(122) 및 핀 층(126)은 MTJ 센서(141)을 형성한다. 마찬자기로, 감지 소자(123) 및 핀 층(127)은 MTJ 센서(142)를 형성하고, 감지 소자(124) 및 핀 층(128)은 MTJ 센서(143)을 형성하고, 감지 소자(125) 및 핀 층(129)은 MTJ 센서(144)을 형성한다.

핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)은 패터닝된 기준 층(들)의 장-축선을 따라 정렬하는 자화 방향(화살표로 나타낸)을 갖는 단일의 패터닝된 강자성 층으로 구성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 핀 기준 층은 패터닝된 기준 층(들)의 단 축선을 따라 핀 기준 층의 자화를 정렬하기 위해 이용되는 합성 반강자성(SAF)층으로 구현될 수 있다. 알게 되는 바와 같이, SAF 층은 충분히 강한 자화를 제공하는 적합한 기하구조 및 물질들을 가진 SAF 구조들에서는 하지의 반-강자성 핀 층이 요구되지 않아 비용을 절감하는 더 간단해진 제조공정을 제공할 수 있을지라도, 하지의 반-강자성 핀 층과 조합하에 구현될 수 있다.

감지 소자들(102 ~ 105, 112-125, 122 ~ 125)은 10 내지 5000 Å 범위, 선택된 실시예들에선 10 내지 60 Å 범위의 두께로 하나 이상의 강자성 물질층들으로 형성될 수 있다. 상측 강자성 물질들은 NiFe, CoFe, Fe, CFB 등과 같은 자기적으로 연성의 물질들일 수 있다. 각각의 MTJ 센서에서, 감지 소자들(102 ~ 105, 112 ~ 125, 122 ~ 125)은 이들의 자화 방향이 지구의 자기장과 같은 외부에서 인가된 자기장의 존재에 의해 편향될 수 있기 때문에 감지 층 또는 자유 자기 층으로서 기능한다. 최종으로 형성되었을 때, 감지 소자들(102 ~ 105, 112 ~ 125, 122 ~ 125)은 패터닝된 형상들의 장-축선을 따라 정렬하는 자화 방향(화살표로 나타낸)을 갖는 단일 강자성 층으로 형성될 수 있다.

핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129) 및 감지 소자들(102 ~ 105, 112 ~ 125, 122 ~ 125)은 서로 다른 자기 특성들을 갖게 형성될 수 있다. 예를 들면, 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)은 이들의 자화 방향이 한 방향으로 핀되고 외부에서 인가된 자기장에 의해 실질적으로 영향을 받지 않도록 고 항자력 및 오프셋 히스테리시스 곡선들을 갖는 층들을 형성하기 위해 강자성막에 결합된 반-강자성막 교환 층으로 형성될 수 있다. 대조적으로, 감지 소자들(102 ~ 105, 112 ~ 125, 122 ~ 125)은 감지 전극들의 자화 방향이 외부에서 인가된 자기장에 의해 변경될 수 있게 비교적 낮은 비등방성 및 항자력을 갖는 서로 다른 자화 방향들을 제공하기 위해 자기적으로 연성의 물질로 형성될 수 있다. 선택된 실시예들에서, 핀 자기장의 강도는 감지 전극들의 조성을 변화시키기 위한 공지된 기술들을 이용하여 전극들의 각각의 자기 특성들을 조절함으로써 서로 다른 비들이 이용될 수 있을지라도, 감지 전극들의 비등방성 자기장보다는 약 2자리 수 크기로 더 크다.

MTJ 센서들에서 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)은 형태에 의해 결정되는 자화 방향을 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)(도 1에 "핀 방향"이라고 표기한 각각의 센서 브리지에 대해 벡터 화살표들로 나타낸)의 평면 내에 갖게 형성된다. 여기에 기술된 바와 같이, 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)에 대한 자화 방향은 핀 전극들의 형태 비등방성을 이용하여 얻어질 수 있고, 이 경우에 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)의 형상들은 단일 핀 층에 대한 핀 방향으로 각각이 더 길 수 있다. 대안적으로, 핀 SAF 구조에 있어서 기준 및 핀 층들은 핀 방향을 따라 더 짧을 수 있다. 특히, 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)에 대한 자화 방향은 인가된 방위설정 자기장이 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)에 대한 요망되는 핀 방향의 방향으로 자기장 성분을 포함하게, 형상화된 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)에 대해 가장 긴 방위의 축선에 비-직교적인 방위로 놓이는 방위설정 자기장의 존재하에, 먼저, 형상화된 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)을 가열함으로써 얻어질 수 있다. 핀 층들의 자화 방향들은 적어도 일시적으로, 소정의 방향으로 정렬된다. 그러나, 이러한 처리 동안 핀 층들을 적합하게 가열하고 열을 감소시킴이 없이 방위설정 자기장을 제거함으로써, 핀 층들의 자화는 형상화된 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)에 대한 방위의 요망되는 축선을 따라 릴랙스된다. 일단 자화가 릴랙스되면, 핀 층들은 핀 전극 층들의 자기장 방향이 형상화된 핀 층들(106 ~ 109, 116 ~ 119, 126 ~ 129)에 대한 요망되는 방향으로 설정되도록 어닐링 및/또는 냉각될 수 있다.

여기에 기술된 실시예들은 다음과 같이 공지된 리소그래픽 공정들을 이용하여 제조될 수 있다. 집적회로들, 마이크로전자 디바이스들, 마이크로 전기기계 디바이스들, 미세유체 디바이스들, 및 포토닉 디바이스들의 제조는 어떤 방식으로 상호작용하는 몇개의 물질층들의 생성을 수반한다. 이들 층들 중 하나 이상은 층의 여러 영역들이 서로 다른 전기적 또는 다른 특징들을 갖게 패터닝될 수 있고, 이것은 전기적 성분들 및 회로들을 생성하기 위해 층 내에 혹은 다른 층들에 상호연결된다. 이들 영역들은 다양한 물질들을 선택적으로 도입하거나 제거함으로써 생성될 수 있다. 이러한 영역들을 정의하는 패턴들은 흔히 리소그래픽 공정들에 의해 생성된다. 예를 들면, 포토레지스트 물질층은 웨이퍼 기판 위에 놓이는 층 상에 적용된다. 포토마스크(투명영역과 불투명 영역을 가진)는 자외광, 전자들, 혹은 x-선들과 같은 방사선 형태에 의해 이 포토레지스트 물질을 선택적으로 노출시키기 위해 이용된다. 방사선에 노출된 포토레지스트 물질, 혹은 방사선에 노출되지 않은 물질은 현상액의 적용에 의해 제거된다. 이어서 잔류한 레지스트에 의해 보호된 층에 에치가 적용될 수 있고, 레지스트가 제거되었을 때, 기판 위에 놓이는 층은 패터닝된다. 대안적으로, 예를 들면, 템플레이트로서 포토레지스트를 이용하는 구조를 형성하는 추가의 공정이 이용될 수도 있을 것이다.

도 2를 참조하여, 및 본 발명의 실시예에 관련하여, 제 3 브리지 회로(121)의 MTJ 디바이스들(141 ~ 144)의 구조는 핀 층들(126 ~ 129), 감지 소자들(122 ~ 125), 및 자속 가이드들(132 ~ 139)을 포함하고, 이들 모두는 유전물질(140) 내에 형성된다. 자속 가이드(136)는 라인(145)에 인접하게 위치되고 센서 소자(122)의 에지 밑에 위치된 단부를 갖는다. 자속 가이드들(133, 138)은 라인(146)의 서로 대향한 양측 상에 위치되고, 각각 센서 소자들(123, 124)의 에지들 밑에 위치된 단부들을 갖는다. 자속 가이드(135)는 라인(147)에 인접하여 위치되고 센서 소자(125)의 에지 밑에 위치된 단부를 갖는다. 자속 가이드들(132, 137)은 상측 라인(148)에 의해 이격되어 있고 각각 센서 소자들(122, 123)의 에지들 위에 위치된 단부들을 가지며, 자속 가이드들(134, 139)은 상측 라인(149)에 의해 이격되어 있고 각각 센서 소자들(134, 139)의 에지들 위에 위치된 단부들을 갖는다. 라인들(145 ~ 149)은 바람직하게는 구리이며, 그러나 일부 실시예들에서는 유전체일 수 있다. 금속 안정화 라인(150)은 감지 소자들에 안정화 자기장을 제공하기 위해 MTJ 디바이스들(141 ~ 144) 위에 위치된다. 자속 가이드들의 단부들은 센서 소자들에 가능한 한 가깝게, 둘 간에 250 nm 이상의 바람직한 간격을 갖고 놓여질 수 있다. 감지 소자들은 가장 조밀한 밀도 어레이를 위해 바람직하게는 2.5 um 미만으로 이격되게 가능한 한 가깝게 놓여진다.

도 3은 z 방향으로 자기장을 감지 소자들(122 ~ 123)에 가하여 도 2의 MTJ 디바이스들(141, 142)의 유한 요소 시뮬레이션에 의해 계산된 자속 라인들을 도시한 것이다. FEM 모델링은 결과적인 자속 라인들(160)을 나타내고 센서의 평면 내 성분을 보여준다. MTJ 디바이스(141)는 감지 소자(122)의 서로 대향한 단부들 상에 자속 가이드들(132, 136)에 의해 나타나 있다. MTJ 디바이스(142)는 감지 소자(123)의 서로 대향한 단부들 상에 자속 가이드들(133, 137)에 의해 나타나 있다. 환원하여, 감지 소자(122)는 자속 가이드들(132, 136)로부터 확장하고, 감지 소자(123)는 자속 가이드들(133, 137)로부터 확장한다. Z-축선(130)에 자기장(160)은 화살표(170)로 나타낸 바와 같이 X-축선(120)을 따라 감지 소자들(122, 123)에서 비대칭 응답을 야기한다. 그러므로, 도면용지의 아래쪽으로 향한 Z 방향(130)의 자기장(160)에 대해서, 감지 소자(122)의 자회는 핀 층(126)의 핀 방향에서 멀어지게(및 더 높은 저항으로) 회전하고 감지 소자(123)의 자화는 핀 층(127)의 핀 방향을 향하여(및 더 낮은 저항으로) 회전한다. X 방향(120)에 자기장에 대해서, 소자들(122, 123) 둘 다는 동일한 방향으로 야기된 자화를 나타낸다(더 높은 혹은 더 낮은 저항쪽으로). 그러므로, 차동 측정을 위해 휘트스톤 브리지로 MTJ 소자들(141, 142)을 결선하고 MTJ 디바이스들(141, 142)의 저항들을 감함으로써, X 자기장 응답은 제거되고, Z 자기장 응답의 2배가 측정된다.

다시 도 2를 참조하면, 자속 가이드들(132 ~ 139) 내 자화 교란들 및 도메인 구조를 야기할 수 있는 큰 자기장에 노출된 경우에, 자속 가이드 도메인 구조를 재설정하기 위해서 금속 라인들(145 ~ 149)을 따라 큰 전류 펄스가 도입될 수 있다.

또 다른 실시예(도 4에 도시된)에서, 피복된 라인들(145 ~ 149) 각각은 2개의 독립된 금속 라인들로 분할되고, 추가의 비-자속 안내 피복물(161 ~ 168, 191 ~ 198)이 안쪽 에지들에서 이들 2개의 금속 라인들 사이에 놓여진다. 센서(141)에 있어서, 좌측 금속 라인(148)의 좌측 에지 상에 자속 가이드(161)는 Z 자기장 자속을 좌측에 감지 소자(122) 안으로 안내하고, 우측 금속 라인(145)의 맨 우측에 에지 상에 자속 가이드(192)는 Z 자기장 자속을 우측에 감지 소자(122) 내로 안내한다. 센서들(142 ~ 144)도 유사하게, 각 감지 소자에 이웃한 금속 라인의 피복된 에지는 능동적 자속 안내 기능을 한다. 이들 라인들은 분리되어 있기 때문에, 전류는 도면용지 안쪽으로 피복된 라인들(145, 146, 182, 183)을 통과하게 되고, 도면용지 밖으로 181, 147, 148, 및 149을 통과하게 되어 Z 성분이 일관된 방향(이 예에선 아래쪽)을 지향하게 피복된 라인 에지들을 따라 자기장을 생성한다. 이들 전류 방위들은 Z 방향으로 강한 성분을 가진 자기장을 생성하게 할 수 있고, 이 자기장은 기하학적 구조에 대한 캘리브레이션을 통해서 Z 축선 응답의 기능성 및 감도에 대한 자기 테스트로서 이용할 수 있다.

또 다른 실시예(도 5 참조)는 자속 가이드들(132 ~ 139)에 일체로 형성된 확장부들(152 ~ 159)을 포함한다. 확장부들(152 ~ 159)은 센서 소자들(122 ~ 125)과 동일한 축선을 따라 확장하고, 자속 가이드의 수평성분을 강화하고 수평 성분을 적합한 감지 소자(122 ~ 125)의 중심쪽으로 더 이동시킨다.

도 2의 수직 소자들(132 ~ 139), 및 도 5의 확장부들(152 ~ 159)을 포함한 "L" 형상의 자속 가이드들을 포함한, 자속 가이드들에 대한 다양한 실시예들이 보여졌으나, 상측 및 하측 자속 가이들 둘 다에 대해 상자 형상 또는 "U" 형상의 자속 가이드들과 같은 다른 실시예들이 이용될 수 있다. "U" 형상 구조(도 6)에서, 수평 NiFe 세그먼트(171)은 하부 금속 라인을 따라 2개의 수직 세그먼트들(161, 162)을 연결하고, 상자 형상 구조(도 7)에서 수평 세그먼트(172)도 금속 라인 위에 2개의 수직 세그먼트들을 연결한다. 수평 세그먼트는 2개의 수직 세그먼트들의 자기 구조를 결합할 수 있게 하므로, 2개의 분리된 수직 자속 가이드들에 비해 자기장 변환율을 10 ~ 20% 만큼 증가시킨다. 상자 형상 구조의 2개의 수평 세그먼트들은 더 나은 결합을 제공하여 단순 수직 자속 가이드에 비해 20 내지 40 퍼센트만큼 자기장 변환율을 증가시킨다. 또한, 도 6의 "U" 형상 구조의 수직 세그먼트들은 나팔모양일 수 있어(173, 174)(도 8) 감지 소자 에지 근처에 영역은 수평 성분을 갖는다. L 형상 가이드들과 유사하게, 나팔모양 세그먼트들은 자기 센서의 평면에 직접적으로 자기장 변환율을 더 증폭시키는 성분이 존재하게 자속을 안내한다. 그러나, 오버레이가 너무 크기 않도록 또는 자속이 센서로부터 차폐되지 않게 주의해야 한다.

도 9는 감지 소자 위 및 아래에 배치되는 25 nm 폭, 500 nm 높이의 수직 세그먼트들에 대해서 피복물/센서 간격에 대한 Z/X 감도 비를 보인 그래프이다. Z/X 감도는 피복물을 25 나노미터 거리까지 가져갔을 때 약 75 퍼센트까지 증가한다. 이를테면 위에 강조된 것들과 같이 단면적 변화들을 통해서, 혹은 자속 가이드에 어스펙트 비 개선들을 통해서 추가의 팩터들이 얻어질 수 있는데, 예를 들면, 가이드의 높이를 더 크게 하고 어스펙트 비를 증가시키는 것은 Z/X 감도 비를 선형으로 증가시킬 것이다. 그러므로, 자속 가이드를 감지 소자에 가능한 한 가깝게 놓이게 하고 자기 마이크로구조에 악영향을 미침이 없이 가능한 한 어스펙트 비를 증가시키는 것이 중요하다.

여기에 개시된 기술된 실시예들이 다양한 센서 구조들 및 이를 제조하는 방법을에 대한 것일지라도, 본 발명은 반드시 매우 다양한 반도체 공정들 및/또는 디바이스들에 적용할 수 있는 본 발명의 발명적인 양태들을 예시하는 실시예들로 제한되는 것은 아니다. 이에 따라, 위에 개시된 특정한 실시예들은 발명이 여기 개시된 바의 혜택을 아는 당업자들에게 명백한 다르지만 같은 방법들로 수정 및 실시될 수 있으므로, 단지 예시하는 것이며 본 발명에 제한으로서 취해지 않아야 한다. 예를 들면, 센서 구조에서 감지 층 및 핀 층의 상대적 위치들은 핀 층이 위에 있고 감지 층이 아래에 있게 반대로 될 수도 있다. 또한 감지 층들 및 핀 층들은 개시된 것들과는 다른 물질들로 형성될 수 있다. 또한, 기술된 층들의 두께는 개시된 두께의 값들과는 다를 수도 있다. 따라서, 전술한 설명은 개시된 특정 형태로 발명을 한정하려는 것이 아니라, 반대로 발명의 정신 및 범위 내에서 가장 넓은 형태로 당업자들이 다양한 변경들, 대치들, 및 변형들을 행할 수 있음을 알 수 있게 첨부된 청구항들에 의해 정의된 발명의 정신 및 범위 내에 포함될 수 있는 이러한 대안들, 수정들 및 등가물들을 포함하는 것이다.

이익들, 그외 잇점들 및 문제점들에 대한 해결책들은 특정 실시예들에 관련하여 위에 기술되었다. 그러나, 이익들, 잇점들 및 문제점들에 대한 해결책들, 및 임의의 이익, 잇점 또는 해결책이 얻어지게 하거나 더욱 두드러지게 할 수 있는 임의의 요소(들)은 임의의 한 혹은 모든 청구항들의 결정적인, 필요한, 혹은 필수적 특징 혹은 요소로서 해석되지 않아야 한다. 여기에서 이용되는 "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)", 또는 그의 임의의 다른 변형은 나열된 소자들을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치가 이들 소자들만을 포함하지 않고 분명하게 열거되지 않은 혹은 이러한 공정, 방법, 물품, 혹은 장치에 내재하는 다른 소자들을 포함할 수 있게 비배타적 포함을 포함한다.

적어도 일 실시예가 발명의 전술한 상세한 설명에 제시되었지만 상당수의 변형예들이 존재함을 알 것이다. 실시예 또는 실시예들은 단지 예이며 어떠한 식으로든 발명의 범위, 적용성 또는 구성을 한정하려는 것이 아님을 알 것이다. 그보다는 전술한 상세한 설명은 당업자들에게 발명의 실시예를 구현하기 위한 편리한 로드맵을 제공할 것이며, 첨부된 청구항들에 개시된 발명의 범위 내에서 실시예에 기술된 요소들의 기능 및 배열에 다양한 변경들이 행해질 수 있음을 알 것이다.

101: 제 1 차동 센서
106, 107, 108, 109, 116, 117, 118, 119, 126, 127, 128, 129: 핀 층
111: 제 2 차동 센서 121: 제 3 차동 센서
141, 142, 143, 144: MTJ 디바이스

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8. 자기장 센서에 있어서:
   제 1 자기저항 센서, 제 2 자기저항 센서, 제 3 자기저항 센서, 및 제 4 자기저항 센서의 평면과 직교하는 제 1 방향에서 자기장을 센싱하기 위해 휘트스톤 브리지로서 연결된 상기 제 1 자기저항 센서, 상기 제 2 자기저항 센서, 상기 제 3 자기저항 센서, 및 상기 제 4 자기저항 센서를 포함하는 제 1 브리지 회로를 포함하고, 상기 제 1 자기저항 센서 및 상기 제 2 자기저항 센서는 직렬로 접속되어 제 1 그룹을 형성하고, 상기 제 3 자기저항 센서 및 상기 제 4 자기저항 센서는 직렬로 접속되어 제 2 그룹을 형성하고, 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹은 병렬로 접속되고,
   상기 제 1 자기저항 센서는:
   제 1 에지 및 상기 제 1 에지에 대향하는 제 2 에지를 갖는 제 1 감지 소자; 및
   고 투자율 자기 물질(high permeability magnetic material)을 포함하는 제 1 자속 가이드를 포함하고, 상기 제 1 자속 가이드는 상기 제 1 에지에 인접하여 배치되고,
   상기 제 2 자기저항 센서는:
   제 1 에지 및 상기 제 1 에지에 대향하는 제 2 에지를 갖는 제 2 감지 소자; 및
   고 투자율 자기 물질을 포함하는 제 2 자속 가이드를 포함하고, 상기 제 2 자속 가이드는 상기 제 2 에지에 인접하여 배치되고,
   상기 제 3 자기저항 센서는:
   제 1 에지 및 상기 제 1 에지에 대향하는 제 2 에지를 갖는 제 3 감지 소자; 및
   고 투자율 자기 물질을 포함하는 제 3 자속 가이드를 포함하고, 상기 제 3 자속 가이드는 상기 제 2 에지에 인접하여 배치되고,
   상기 제 4 자기저항 센서는:
   제 1 에지 및 상기 제 1 에지에 대향하는 제 2 에지를 갖는 제 4 감지 소자; 및
   상기 제 1 에지에 인접하여 배치된 제 4 자속 가이드를 포함하는, 자기장 센서.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1, 제 2, 및 제 3 자속 가이드들 중 적어도 하나의 상기 고 투자율 자기 물질은 연강자성 물질(soft ferromagnetic material)을 포함하는, 자기장 센서.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 고 투자율 자기 물질은 니켈 철(NiFe)을 포함하는, 자기장 센서.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 자속 가이드, 상기 제 2 자속 가이드, 상기 제 3 자속 가이드, 및 상기 제 4 자속 가이드 중 하나 이상은 상기 제 1 감지 소자, 상기 제 2 감지 소자, 상기 제 3 감지 소자, 및 상기 제 4 감지 소자의 아래에 각각 배치되는, 자기장 센서.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 자속 가이드, 상기 제 2 자속 가이드, 상기 제 3 자속 가이드, 및 상기 제 4 자속 가이드 중 하나 이상은 상기 제 1 감지 소자, 상기 제 2 감지 소자, 상기 제 3 감지 소자, 및 상기 제 4 감지 소자의 위에 각각 배치되는, 자기장 센서.
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21. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 자기저항 센서의 각각은 자기 터널 접합 센서(magnetic tunnel junction sensor)이고;
    상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 자기저항 센서의 각각은:
    기준 층,
    중간 층, 및
    감지 소자를 포함하는, 자기장 센서.
22. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향의 자기장을 센싱하기 위해 전기적으로 함께 결합된 복수의 자기저항 센서들을 포함하는 제 2 브리지 회로를 더 포함하고, 상기 제 2 방향은 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 자기 저항 센서들의 상기 평면과 평행하는, 자기장 센서.
23. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향의 자기장을 센싱하기 위해 전기적으로 함께 결합된 제 1 복수의 자기저항 센서들을 포함하는 제 2 브리지 회로, 및
    상기 제 1 및 제 2 방향들과 직교하는 제 3 방향의 자기장을 센싱하기 위해 전기적으로 함께 결합된 제 2 복수의 자기저항 센서들을 포함하는 제 3 브리지 회로를 더 포함하는, 자기장 센서.
24. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 브리지 회로는 전력을 수신하도록 구성된 입력 단자들을 포함하고,
    상기 제 1 브리지 회로는 전압계에 접속하도록 구성된 출력 단자들을 더 포함하는, 자기장 센서.
25. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 자기저항 센서들의 각각은 자기 터널 접합 센서인, 자기장 센서.
26. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 자속 가이드들 중 적어도 하나는 바(bar)로 구성되는, 자기장 센서.
27. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 자기저항 센서들은 동작할 때 상기 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향으로 자기장 응답을 제거하도록 접속되는, 자기장 센서.
28. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 자기저항 센서들은 동작할 때 상기 제 1 방향의 자기장 측정을 2배로 하도록 접속되는, 자기장 센서.
29. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 자기저항 센서는 제 1 기준 층을 더 포함하고, 상기 제 2 자기저항 센서는 제 2 기준 층을 더 포함하고, 상기 제 3 자기저항 센서는 제 3 기준 층을 더 포함하고, 상기 제 4 자기저항 센서는 제 4 기준 층을 더 포함하고,
    상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 기준 층의 각각은 X 성분 및 Y 성분을 갖는 자화 방향을 포함하는, 자기장 센서.
30. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 4 자속 가이드들은 상기 자기장을 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 자기저항 센서들의 상기 평면으로 안내하여 상기 제 1 및 제 4 감지 소자들의 자화를 더 낮은 저항을 향한 제 1 자화 방향으로 회전하게 하도록 배치되고,
    상기 제 2 및 제 3 자속 가이드들은 상기 자기장을 상기 제 1, 제 2, 제 3, 및 제 4 자기저항 센서들의 상기 평면으로 안내하여 상기 제 2 및 제 3 감지 소자들의 자화를 더 높은 저항을 향하고 제 1 자화 방향과 반대인 제 2 자화 방향으로 회전하게 하도록 배치되는, 자기장 센서.
31. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 브리지 회로는 전력을 수신하도록 구성된 제 1 입력 단자 및 제 2 입력 단자를 포함하고,
    상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹은 상기 제 1 및 제 2 입력 단자들 사이에 병렬로 접속되는, 자기장 센서.
32. 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 자기저항 센서들은 상기 제 1 입력 단자에 접속되고,
    상기 제 2 및 제 4 자기저항 센서들은 상기 제 2 입력 단자에 접속되는,자기장 센서.

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