RU2506666C1 - Способ изготовления высокочувствительного сенсора "магниторезистивная головка-градиометр" - Google Patents
Способ изготовления высокочувствительного сенсора "магниторезистивная головка-градиометр" Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506666C1 RU2506666C1 RU2012143473/28A RU2012143473A RU2506666C1 RU 2506666 C1 RU2506666 C1 RU 2506666C1 RU 2012143473/28 A RU2012143473/28 A RU 2012143473/28A RU 2012143473 A RU2012143473 A RU 2012143473A RU 2506666 C1 RU2506666 C1 RU 2506666C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetoresistive
- bridge circuit
- strips
- forming
- formation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области магнитных датчиков на основе многослойных наноструктур с магниторезистивным эффектом. Способ согласно изобретению включает окисление кремниевой подложки 1, формирование диэлектрического слоя 2, формирование магниторезистивной структуры, содержащей верхний 3 и нижний 4 защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка 5, формирование из трех рядов параллельных магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы и полоски рабочего плеча мостовой схемы путем жидкостного травления, причем ширина магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы в N раз меньше ширины полоски рабочего плеча, а длины магниторезистивных полосок балластных и рабочего плеча мостовой схемы равны, нанесение первого изолирующего слоя 6, вскрытие в нем контактных окон к полоскам, формирование перемычек между рядами магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы путем напыления слоя алюминия 7 и последующего плазмохимического травления, формирование второго изолирующего слоя 8, вскрытие в нем переходных окон к перемычкам, формирование планарного проводника, проходящего над рабочем плечом мостовой схемы, путем напыления слоя алюминия 9 последующего плазмохимического травления и пассивацию с образованием верхнего защитного слоя 10. Изобретение обеспечивает возможность уменьшения размеров датчика, увеличения чувствительности датчика, увеличения процента выхода годных изделий. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области магнитных датчиков на основе многослойных наноструктур с магниторезистивным эффектом и может быть использовано в датчиках магнитного поля и тока, головках считывания с магнитных дисков и лент, устройствах диагностики печатных плат и микросхем, биообъектов (бактерий, вирусов, токсинов и ДНК), идентификации информации, записанной на магнитные ленты, считывания информации, записанной магнитными чернилами.
Известны способы изготовления магниторезистивных датчиков (патенты на изобретение РФ №2366038, МПК H01L 43/08, опубл. 27.08.2009 г.; патент РФ №2453949, МПК H01L 43/08, опубл. 20.06.2012 г.), включающие напыление на диэлектрический слой, сформированный на подложке, магниторезистивной наноструктуры, формирование магниточувствительных элементов мостовой схемы магниторезистивного датчика, их изолирующих и проводниковых слоев.
Известен способ изготовления магниторезистивного датчика по патенту на изобретение РФ №2391747 (МПК H01L 43/08, В81В 7/00, опубл. 10.06.2010 г.). Способ изготовления магниторезистивного датчика, включающий формирование диэлектрического слоя, формирование магниторезистивной структуры, содержащей верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка, формирование из магниторезистивной структуры нескольких магниторезистивных полосок различной длины и ширины, нанесение изолирующего слоя, формирование перемычек между магниторезистивными полосками, формирование проводника управления с рабочими частями и формирование верхнего защитного слоя.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков (прототипом) является способ изготовления магниторезистивного датчика по патенту на изобретение РФ №2406352 (МПК H01L 43/08, В81В 37/00 опубл. 10.11.2010 г.). Способ изготовления магниторезистивного датчика, включающий формирование диэлектрического слоя, формирование магниторезистивной структуры, содержащей верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка, формирование из магниторезистивной структуры четырех рядов магниторезистивных полосок, нанесение первого изолирующего слоя, формирование перемычек между рядами магниторезистивных полосок, формирование проводника управления, формирование второго изолирующего слоя, формирование планарной катушки и формирование верхнего защитного слоя.
С существенными признаками заявляемого изобретения совпадают следующие признаки аналога: формирование диэлектрического слоя, формирование магниторезистивной структуры, содержащей верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка, формирование из магниторезистивной структуры магниторезистивных полосок, нанесение первого изолирующего слоя, формирование перемычек между рядами магниторезистивных полосок, формирование второго изолирующего слоя, формирование планарного проводника и пассивация (формирование верхнего защитного слоя).
Получению требуемого технического результата препятствует способ формирования магниторезистивных полосок. Датчик, полученный указанным способом, имеет одинаковую чувствительность к магнитному полю, рабочей и трех балластных магниторезистивных полосок, что требует их значительного удаления друг от друга для получения высокого ослабления влияния локального магнитного поля на датчик и не позволяет создавать компактные устройства.
Задачей изобретения является создание способа изготовления компактного магниторезистивного датчика на основе металлической ферромагнитной наноструктуры с планарным протеканием сенсорного тока.
Технический результат выражается в уменьшении размеров датчика, получении датчика с увеличенной чувствительностью, увеличении процента выхода годных изделий.
Для достижения вышеуказанного технического результата способ изготовления магниторезистивного датчика включает окисление кремниевой подложки, формирование диэлектрического слоя, формирование магниторезистивной структуры, содержащей верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка, формирование из магниторезистивной структуры трех рядов параллельных магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы и магниторезистивной полоски рабочего плеча мостовой схемы путем жидкостного травления магниторезистивной структуры через маску фоторезиста, причем ширина магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы в N раз меньше ширины магниторезистивной полоски рабочего плеча мостовой схемы, а длины магниторезистивных полосок балластных и рабочего плеча мостовой схемы равны, нанесение первого изолирующего слоя низкотемпературным осаждением оксида кремния, вскрытие в нем контактных окон к магниторезистивным полоскам, формирование перемычек между рядами магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы путем напыления слоя алюминия и последующего плазмохимического травления через маску фоторезиста, формирование второго изолирующего слоя низкотемпературным осаждением оксида кремния, вскрытие во втором изолирующем слое переходных окон к перемычкам путем фотолитографии и плазмохимического травления, формирование планарного проводника, проходящего над магниторезистивной полоской рабочего плеча мостовой схемы, путем напыления слоя алюминия и последующего плазмохимического травления через маску фоторезиста и пассивацию.
В частных случаях выполнения изобретения диэлектрический слой формируют из нитрида кремния толщиной 0,18 мкм.
В частных случаях выполнения верхний и нижний защитные слои магниторезистивной структуры выполнены из титана, а ферромагнитная пленка из сплава железо-никель-кобальт.
От прототипа указанный способ отличается тем, что способ изготовления магниторезистивного датчика включает первоначальное окисление кремниевой подложки; формирование из магниторезистивной структуры трех рядов параллельных магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы и магниторезистивной полоски рабочего плеча мостовой схемы путем жидкостного травления магниторезистивной структуры через маску фоторезиста, причем ширина магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы в N раз меньше ширины магниторезистивной полоски рабочего плеча мостовой схемы, а длины магниторезистивных полосок балластных и рабочего плеча мостовой схемы равны; после нанесения первого изолирующего слоя низкотемпературным осаждением оксида кремния вскрытие в нем контактных окон к магниторезистивным полоскам; формирование перемычек между рядами магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы путем напыления слоя алюминия и последующего плазмохимического травления через маску фоторезиста; после формирования второго изолирующего слоя низкотемпературным осаждением оксида кремния вскрытие в нем переходных окон к перемычкам путем фотолитографии и плазмохимического травления; формирование планарного проводника, проходящего над магниторезистивной полоской рабочего плеча мостовой схемы, путем напыления слоя алюминия и последующего плазмохимического травления через маску фоторезиста; формирование верхнего защитного слоя пассивацией.
В изготовленном в соответствии с настоящим изобретением датчике тонкопленочная магниторезистивная полоска с уменьшенной в N раз шириной имеет приблизительно в N раз меньшую чувствительность к магнитному полю из-за возрастания размагничивающего магнитного поля. Таким образом, не нужно удалять балластные тонкопленочные магниторезистивные полоски от рабочих тонкопленочных магниторезистивных полосок на значительное расстояние для ослабления величины измеряемого приповерхностного магнитного поля, следовательно, можно создавать более компактные датчики. Одновременно, такое решение увеличивает чувствительность магниторезистивного датчика из-за увеличения ослабления локального магнитного поля, действующего на магниторезистивную головку-градиометр.
Использование процесса низкотемпературного осаждения оксида кремния при формировании первого и второго изолирующих слоев позволяет избежать в процессе формирования превышения температуры, которое может привести к необратимому увеличению значений коэрцитивной силы и падению величин поля магнитной анизотропии, что существенно повышает процент выхода годных изделий.
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлена схема последовательности формирования слоев,
на фиг.2 представлена схема датчика.
Способ изготовления магниторезистивного датчика включает окисление кремниевой подложки 1, формирование диэлектрического слоя 2, формирование магниторезистивной структуры, содержащей верхний 3 и нижний 4 защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка 5, формирование из магниторезистивной структуры трех рядов параллельных магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы и магниторезистивной полоски рабочего плеча мостовой схемы путем жидкостного травления магниторезистивной структуры через маску фоторезиста, причем ширина магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы в N раз меньше ширины магниторезистивной полоски рабочего плеча мостовой схемы, а длины магниторезистивных полосок балластных и рабочего плеча мостовой схемы равны, нанесение первого изолирующего слоя 6 низкотемпературным осаждением оксида кремния, вскрытие в нем контактных окон к магниторезистивным полоскам, формирование перемычек между рядами магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы путем напыления слоя алюминия 7 и последующего плазмохимического травления через маску фоторезиста, формирование второго изолирующего слоя 8 низкотемпературным осаждением оксида кремния, вскрытие во втором изолирующем слое переходных окон к перемычкам путем фотолитографии и плазмохимического травления, формирование планарного проводника, проходящего над магниторезистивной полоской рабочего плеча мостовой схемы, путем напыления слоя алюминия 9, последующего плазмохимического травления через маску фоторезиста и пассивацию с образованием верхнего защитного слоя 10.
Подложку выполняют из кремния. Диэлектрический слой 2 может быть сформирован из нитрида кремния толщиной 0,18 мкм. Верхний 3 и нижний 4 защитные слои магниторезистивной структуры выполнены из титана толщиной 5 нм, а ферромагнитная пленка 5 из сплава толщиной 15 нм. Размер магниторезистивной полоски может быть, например 20×120 мкм. Первый изолирующий слой 6 выполняют толщиной 0,3 мкм. Второй изолирующий слой 8 выполняют толщиной 0,3 мкм.
Финишными операциями являются пассивация (осаждение низкотемпературного оксида кремния толщиной 1 мкм и формирование в слое определенного рисунка) и выходной контроль качества.
В результате использования указанного способа может быть создан магниторезистивный датчик, схема которого представлена на фиг.2
Магниторезистивный датчик содержит подложку 1 с диэлектрическим слоем 2, тонкопленочные магниторезистивные полоски 11-14, содержащие нижний 4 и верхний 3 защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка 5. Мостовая схема датчика образована из трех рядов 12-14 параллельных магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы и магниторезистивной полоски 11 рабочего плеча мостовой схемы. Ширина магниторезистивиых полосок в рядах 12-14 балластных плеч мостовой схемы в N раз меньше ширины магниторезистивной полоски 11 рабочего плеча мостовой схемы, а длины магниторезистивных полосок в рядах 12-14 балластных и магниторезистивной полоски рабочего плеча 11 мостовой схемы равны. Рабочее плечо 11 находится около края магниторезистивной головки-градиометра, а три балластных плеча 12-14 удалены от рабочего плеча 11. Рабочее плечо 11 содержит одну тонкопленочную полоску, а балластные плечи 12-14 содержат соединенные перемычками 15 ряды, состоящие из четырех параллельных тонкопленочных магниторезистивных полосок, причем ширина каждой полоски в четыре раза меньше ширины рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски. Поверх тонкопленочных магниторезистивных полосок расположен первый изолирующий слой 6, на котором сформированы немагнитные низкорезистивные перемычки 15, соединяющие ряды магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы 12-14. Выше расположены второй изолирующий слой 8 и планарный проводник 16, проходящий над рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоской 11.
Работа магниторезистивного датчика происходит следующим образом. В тонкопленочные магниторезистивные полоски 11 - 14 магниторезистивной головки-градиометра подается постоянный сенсорный ток для считывания сигнала. В планарный проводник 16 подается постоянный ток нужной полярности, позволяющий достигнуть максимальной чувствительности магниторезистивного датчика благодаря отклонению вектора намагниченности рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски на оптимальный угол в 45° относительно ее длины. Перед началом измерения векторы намагниченности ферромагнитной пленки 5 в тонкопленочных магниторезистивных полосках плеч 11-14 должны быть направлены вдоль ее оси легкого намагничивания, развернутой приблизительно на 45° от оси длины тонкопленочной магниторезистивной полоски. Но из-за действия на них размагничивающего магнитного поля, создаваемого составляющей векторов намагниченности ферромагнитной пленки 5, перпендикулярной длине тонкопленочной магниторезистивной полоски, угол отклонения векторов намагниченности будет всегда меньше. При этом из-за того, что размагничивающее магнитное поле обратно пропорционально ширине тонкопленочной магниторезистивной полоски, отклонение векторов намагниченности рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски и, следовательно, ее чувствительность, будут больше, чем эти величины для узких балластных тонкопленочных полосок плеч 12-14.
Для установки оптимального угла направления вектора намагниченности в рабочей тонкопленочной полоске в планарный проводник 16 подается ток нужной полярности, создающий постоянное магнитное поле, доворачивающее вектор намагниченности ферромагнитной пленки 5 до угла 45°, что обеспечивает максимальную чувствительность и линейный диапазон магниторезистивного датчика. При этом чувствительность балластных полосок в плечах 12-14 в четыре раза меньше чувствительности рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски 11 при условии, что их вектора намагниченности направлены под 45° относительно длины тонкопленочной магниторезистивной полоски. Реально направления векторов намагниченности балластных полосок значительно меньше этого угла, что еще больше уменьшает их чувствительность относительно чувствительности рабочей тонкопленочной магниторезистивной полоски.
Локальное магнитное поле, действующее на рабочее плечо 11 мостовой схемы магниторезистивной головки-градиометра, приводит к изменению направления вектора намагниченности ферромагнитной пленки 5, что изменяет магнитосопротивление тонкопленочной магниторезистивной полоски и приводит к появлению сигнала считывания.
Из-за того, что в магниторезистивном датчике только одно рабочее плечо 11, его чувствительность по сравнению с магниторезистивным датчиком магнитного поля с проводником управления в несколько раз меньше и достигает величины не более 0,1 мВ/(ВхЭ). Реальное ослабление влияния однородного магнитного поля на сигнал составляет величину около 20 раз.
Одним из применений изготовленного согласно указанному способу датчика является измерение приповерхностных магнитных полей, создаваемых работающей печатной платой или микросхемой.
Claims (3)
1. Способ изготовления магниторезистивного датчика, включающий окисление кремниевой подложки, формирование диэлектрического слоя, формирование магниторезистивной структуры, содержащей верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка, формирование из магниторезистивной структуры трех рядов параллельных магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы и магниторезистивной полоски рабочего плеча мостовой схемы путем жидкостного травления магниторезистивной структуры через маску фоторезиста, причем ширина магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы в N раз меньше ширины магниторезистивной полоски рабочего плеча мостовой схемы, а длины магниторезистивных полосок балластных и рабочего плеча мостовой схемы равны, нанесение первого изолирующего слоя низкотемпературным осаждением оксида кремния, вскрытие в нем контактных окон к магниторезистивным полоскам, формирование перемычек между рядами магниторезистивных полосок балластных плеч мостовой схемы путем напыления слоя алюминия и последующего плазмохимического травления через маску фоторезиста, формирование второго изолирующего слоя низкотемпературным осаждением оксида кремния, вскрытие во втором изолирующем слое переходных окон к перемычкам путем фотолитографии и плазмохимического травления, формирование планарного проводника, проходящего над магниторезистивной полоской рабочего плеча мостовой схемы, путем напыления слоя алюминия и последующего плазмохимического травления через маску фоторезиста и пассивацию.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диэлектрический слой формируют из нитрида кремния толщиной 0,18 мкм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что верхний и нижний защитные слои магниторезистивной структуры выполнены из титана, а ферромагнитная пленка из сплава железо-никель-кобальт.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012143473/28A RU2506666C1 (ru) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | Способ изготовления высокочувствительного сенсора "магниторезистивная головка-градиометр" |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012143473/28A RU2506666C1 (ru) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | Способ изготовления высокочувствительного сенсора "магниторезистивная головка-градиометр" |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2506666C1 true RU2506666C1 (ru) | 2014-02-10 |
Family
ID=50032372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012143473/28A RU2506666C1 (ru) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | Способ изготовления высокочувствительного сенсора "магниторезистивная головка-градиометр" |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2506666C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633010C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2017-10-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Магниторезистивный датчик |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003025604A1 (en) * | 2001-09-15 | 2003-03-27 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Circuit configuration for a gradiometric current sensor and a sensor chip equipped with this circuit configuration |
RU2366038C1 (ru) * | 2008-04-07 | 2009-08-27 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Магниторезистивная головка-градиометр |
RU2403652C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2010-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Магниторезистивная головка-градиометр |
RU2453949C1 (ru) * | 2011-02-28 | 2012-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Магниторезистивный преобразователь-градиометр |
-
2012
- 2012-10-11 RU RU2012143473/28A patent/RU2506666C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003025604A1 (en) * | 2001-09-15 | 2003-03-27 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Circuit configuration for a gradiometric current sensor and a sensor chip equipped with this circuit configuration |
RU2366038C1 (ru) * | 2008-04-07 | 2009-08-27 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Магниторезистивная головка-градиометр |
RU2403652C1 (ru) * | 2009-10-12 | 2010-11-10 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Магниторезистивная головка-градиометр |
RU2453949C1 (ru) * | 2011-02-28 | 2012-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Магниторезистивный преобразователь-градиометр |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633010C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2017-10-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Магниторезистивный датчик |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3124989B1 (en) | A monolithic three-axis magnetic field sensor and manufacturing method therefor | |
US8587300B2 (en) | Magneto-impedance sensor element and method for producing the same | |
KR101093776B1 (ko) | 자기 센서 | |
US8085039B2 (en) | Miniature magnetic core, sensor comprising same and method for manufacturing same | |
JP2008197089A (ja) | 磁気センサ素子及びその製造方法 | |
KR20030018065A (ko) | 제 2 자기 소자에 대해 제 1 자기 소자의 자화축을배향하는 방법, 센서를 획득하기 위한 반제품, 자기장측정용 센서 | |
KR20050009675A (ko) | 자기 센서 및 그 제조 방법 | |
WO2012090631A1 (ja) | 磁気比例式電流センサ | |
JP3341237B2 (ja) | 磁気センサ素子 | |
JP4047955B2 (ja) | 磁気インピーダンスセンサ | |
RU2506666C1 (ru) | Способ изготовления высокочувствительного сенсора "магниторезистивная головка-градиометр" | |
CN112305469B (zh) | 具有集成式退火结构的巨磁阻传感器 | |
RU2403652C1 (ru) | Магниторезистивная головка-градиометр | |
RU2366038C1 (ru) | Магниторезистивная головка-градиометр | |
JP4418986B2 (ja) | 磁界検出素子およびこれを利用した磁界検出方法 | |
CN112305470B (zh) | 由磁化方向不同的巨磁阻结构构建的巨磁阻传感器的退火方法 | |
Panina et al. | Introduction to complex mediums for optics and electromagnetics | |
JP3676579B2 (ja) | 磁気インピーダンス素子 | |
JP2007178319A (ja) | 磁気検出素子及びその製造方法 | |
JP3969002B2 (ja) | 磁気センサ | |
RU2506665C1 (ru) | Магниторезистивная головка-градиометр | |
JP2006208020A (ja) | 2軸検出型磁気センサおよびその製造方法 | |
JP4474835B2 (ja) | 磁気インピーダンス素子 | |
JP2003161770A (ja) | 磁気検出素子 | |
JP4110468B2 (ja) | 磁気インピーダンス素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161012 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170710 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |