[發明專利]具有多個釘扎方向的雙軸磁場傳感器及其生產方法

有效

• 申請號: 200980121423.6
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN102057487A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: B·恩格爾;P·馬瑟;J·斯勞特
• 申請（專利權）人: 艾沃思賓技術公司
• 主分類號: H01L27/22
• 分類號: H01L27/22;H01L43/08;H01L43/12;G01R33/09;H01F41/30;H01F41/34;H01F10/32
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 劉倜

技術領域

本發明通常涉及磁電子器件的領域。在一個方面，本發明涉及用于感測磁場的CMOS兼容的磁電子場傳感器。

背景技術

在現代系統中廣泛地使用傳感器來測量或檢測諸如位置、運動、力、加速度、溫度、壓力等物理參數。盡管存在用于測量這些和其他參數的多種不同的傳感器類型，但是它們均受到各種限制。例如，諸如在電子羅盤和其他相似的磁感測應用中使用的廉價的低場傳感器通常包括基于各向異性磁阻(AMR)的器件。為了達到所需的靈敏度和與CMOS良好配合的合理的電阻，這些傳感器的感測單元通常具有幾個平方毫米的尺寸。對于移動應用，這些AMR傳感器配置在費用、電路面積和功耗方面是成本過高的。

諸如磁隧道結(MTJ)傳感器和巨磁阻(GMR)傳感器的其他類型的傳感器已被用于提供外形更小的傳感器，但是這些傳感器具有它們自身的顧慮，諸如不足的靈敏度以及受溫度變化的影響。為了解決這些顧慮，以惠斯通電橋結構的形式使用MTJ傳感器和GMR傳感器來提高靈敏度并且消除依賴于溫度的電阻變化。實際上，雙軸磁場傳感器已被部署用于電子羅盤應用，用于通過針對每個感測軸使用惠斯通電橋結構來檢測地球磁場方向。然而，對于每個感測軸，這些場傳感器典型地包括兩個相反的釘扎(pinning)方向，導致四個不同的釘扎方向，對于利用具有復雜的和不便的磁化技術的磁體陣列的每個電路，必須單獨地設置這些釘扎方向，或者使用厚的NiFe屏蔽/通量集中層以對較低中間場的局部方向進行指向，這需要另外的處理復雜性。

因此，需要一種用于形成具有不同的磁化方向的參考電極的改進的傳感器設計和制造工藝。還需要一種雙軸傳感器，其能夠被高效地和廉價地構造為用于移動應用的集成電路結構。還需要一種改進的磁場傳感器和制造方法，用于克服諸如上文概述的現有技術中的問題。在參照下面的附圖以及詳細描述閱讀本申請的以下部分之后，常規的傳感器技術的另外的限制和缺點對于本領域的技術人員將是明顯的。

附圖說明

當結合附圖考慮下面的詳細描述時，可以理解本發明及其眾多的目的、特征和所獲得的優點，在附圖中：

圖1圖示了使用由兩個具有未屏蔽的MTJ傳感器的電橋結構形成的差分傳感器的電子羅盤結構；

圖2提供了通過將四個MTJ傳感器以惠斯通電橋電路連接而形成的示例性場傳感器的簡化的示意性透視圖；

圖3是示出通過使用均勻磁場設置制程和從單個參考層構圖而來的成形的參考電極來在同一晶片上制造MTJ場傳感器的第一示例性方法的流程圖，這些MTJ場傳感器具有不同磁化方向的參考電極；

圖4是示出使用體晶片(bulk?wafer)設置制程和從單個參考層構圖而來的成形的參考電極來制造MTJ場傳感器的第二示例性方法的流程圖，這些MTJ場傳感器具有正交的參考層；

圖5是其中已經在襯底上形成MTJ傳感器層的堆疊的集成電路的部分橫截面圖；

圖6圖示了在襯底上將MTJ傳感器層的堆疊選擇性刻蝕為預定形狀之后的接續圖5的處理；

圖7圖示了用于示出通過選擇性刻蝕工藝形成的MTJ傳感器層的堆疊中的參考層的預定形狀的頂視圖；

圖8圖示了當在存在飽和場的情況下對刻蝕的參考層加熱時的接續圖7的處理，該飽和場在最終形成的參考層的所期望的磁化方向之間對準；

圖9圖示了在移除飽和場并且使經刻蝕的MTJ傳感器堆冷卻由此使經刻蝕的參考層的磁化沿長軸釘扎之后的接續圖8的處理；

圖10是示出最終形成的參考層中的釘扎磁化方向的MTJ傳感器層堆疊的部分橫截面圖；

圖11示出了用于形成釘扎的參考層的不平衡SAF堆疊；以及

圖12圖示了在移除飽和場并且使經刻蝕的MTJ傳感器堆疊冷卻由此使經刻蝕的參考層的磁化沿短軸釘扎之后的通過不平衡SAF堆疊形成的釘扎和參考層的處理。

將意識到，為了使說明簡單和清楚，圖中示出的元件并不必然依比例繪制。例如，出于促進和改進清晰度和理解的目的，一些元件的尺寸相對于其他元件被放大。此外，在被認為適當的情況中，在附圖中重復附圖標記以表示對應的或者類似的元件。

具體實施方式