[發(fā)明專利]具有基本上正交的釘扎方向的雙軸磁場(chǎng)傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410164552.6
• 申請(qǐng)日: 2010-04-16
• 公開（公告）號(hào): CN103901364B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·馬瑟;J·斯勞特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 艾沃思賓技術(shù)公司
• 主分類號(hào): G01R33/09
• 分類號(hào): G01R33/09
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所11038
• 代理人: 陳華成

本申請(qǐng)是于2010年4月16日提交的、PCT申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2010/031378、2011年12月13日進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段的、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01080026087.X、發(fā)明名稱為“具有基本上正交的釘扎方向的雙軸磁場(chǎng)傳感器”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求于2009年4月30日提交的申請(qǐng)?zhí)?2/433,679的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及磁電設(shè)備領(lǐng)域，并且，更具體地涉及用于感測(cè)磁場(chǎng)的、與CMOS兼容的磁電場(chǎng)傳感器。

背景技術(shù)

傳感器在現(xiàn)代系統(tǒng)中廣泛地用于測(cè)量或者檢測(cè)物理參數(shù)，例如位置、運(yùn)動(dòng)、力、加速度、溫度、壓力，等等。盡管存在多種不同的傳感器類型來測(cè)量這些及其它參數(shù)，但是它們都受到了各種限制。例如，廉價(jià)的低磁場(chǎng)傳感器，例如用在電子羅盤和其它類似磁感測(cè)應(yīng)用中的那些傳感器，通常包括基于各向異性磁致電阻(AMR)的設(shè)備。為了達(dá)到與CMOS良好配合所需的靈敏度和合理的電阻，這種傳感器的感測(cè)單元的尺寸通常處于平方毫米的量級(jí)。對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用，就其花費(fèi)、電路面積與功耗而言，這種AMR傳感器配置是昂貴的。

其它類型的傳感器，例如磁性隧道結(jié)(MTJ)傳感器和巨磁致電阻(GMR)傳感器，已經(jīng)用于提供較小尺寸的傳感器，但是這種傳感器有其自己的問題，例如靈敏度不足和受溫度變化的影響。為了解決這些問題，MTJ傳感器和GMR傳感器已經(jīng)在惠斯通電橋結(jié)構(gòu)中采用，以便增加靈敏度并消除與溫度相關(guān)的電阻變化。實(shí)際上，已經(jīng)為電子羅盤應(yīng)用開發(fā)出了雙軸磁場(chǎng)傳感器，通過對(duì)每個(gè)感測(cè)軸使用惠斯通電橋結(jié)構(gòu)來檢測(cè)地球的磁場(chǎng)方向。但是，對(duì)于每個(gè)感測(cè)軸，這種磁場(chǎng)傳感器一般包括兩個(gè)相對(duì)的釘扎方向，導(dǎo)致有四個(gè)不同的釘扎方向，對(duì)于利用磁體陣列的每個(gè)電路，這些方向必須用復(fù)雜和難以操作的磁化技術(shù)單獨(dú)設(shè)置，或者采用厚NiFe屏蔽/通量集中層來引導(dǎo)中下部場(chǎng)的局部方向，這要求附加的處理復(fù)雜性。獲得不同的參考層磁化方向的另一種方法是利用不同的阻礙溫度(blocking?temperature)淀積兩個(gè)不同的反鐵磁層并且應(yīng)用復(fù)雜的設(shè)置過程和很難的處理流來設(shè)置兩個(gè)不同的釘扎方向并使得與兩個(gè)不同的傳感器朝向接觸。

因此，存在對(duì)利用基本正交的磁化方向形成參考層的改進(jìn)的傳感器設(shè)計(jì)與制造處理的需要。還存在對(duì)可以高效且廉價(jià)地作為移動(dòng)應(yīng)用中所使用的集成電路結(jié)構(gòu)構(gòu)造的雙軸傳感器的需要。還存在對(duì)克服本領(lǐng)域中例如以上所述問題的改進(jìn)的磁場(chǎng)傳感器和制造的需要。此外，從隨后的具體描述和所附的權(quán)利要求，并且聯(lián)系附圖和該背景技術(shù)，本發(fā)明的其它期望特征和特點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

下文將聯(lián)系以下附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，附圖中相同的標(biāo)號(hào)指示相同的元件，并且

圖1示出了電子羅盤結(jié)構(gòu)，該電子羅盤結(jié)構(gòu)使用由具有未屏蔽MTJ傳感器的兩個(gè)電橋結(jié)構(gòu)形成的差分傳感器；

圖2提供了示例場(chǎng)傳感器的簡(jiǎn)化示意性透視圖，其中該示例場(chǎng)傳感器是通過連接惠斯通電橋電路中的四個(gè)MTJ傳感器形成的；

圖3繪出了用于形成釘扎參考層的不平衡SAF堆疊(stack)；

圖4是根據(jù)第一種示例實(shí)施方式制造MTJ場(chǎng)傳感器的方法的流程圖；

圖5是由不平衡的合成反鐵磁體(SAF)形成的兩個(gè)參考層及其實(shí)際與期望的磁化的頂部示意圖；

圖6是圖5的兩個(gè)參考層、根據(jù)示例實(shí)施方式旋轉(zhuǎn)的頂部示意圖；

圖7是根據(jù)示例實(shí)施方式由不平衡的SAF形成的兩個(gè)參考層及其施加了補(bǔ)償場(chǎng)的實(shí)際磁化的頂部示意圖；

圖8是根據(jù)第二種示例實(shí)施方式制造MTJ場(chǎng)傳感器的方法的流程圖；

圖9是集成電路的部分橫截面視圖，其中MTJ傳感器層堆疊已經(jīng)在襯底之上形成；

圖10示出了在MTJ傳感器層堆疊已經(jīng)在襯底之上選擇性地蝕刻成預(yù)定形狀之后圖9之后的處理；

圖11示出了顯示由選擇性蝕刻處理形成的MTJ傳感器層堆疊中參考層的預(yù)定形狀的頂視圖；

圖12示出了在存在為了最終形成的參考層而在期望的磁化方向之間對(duì)準(zhǔn)的定向場(chǎng)的情況下當(dāng)蝕刻后的參考層被加熱時(shí)圖11之后的處理；

圖13示出了在除去定向場(chǎng)而且蝕刻后的MTJ傳感器堆疊冷卻之后圖12之后的處理，由此使得蝕刻后的參考層的磁化沿長(zhǎng)軸釘扎；