一种制造处理和装置从两种差分传感器配置(502、512)提供了高性能的磁场传感器(200)，只需要由蚀刻成高纵横比形状的单个参考层形成的两个不同的钉扎轴，其长轴(506、516)关于不同的朝向延伸，使得所述高纵横比构图提供迫使每个构图形状的磁化沿其各自期望的轴松弛的形状各向异性。当加热和冷却时，铁磁膜通过以下中的一个被钉扎到不同的期望方向：1)在淀积步骤过程中修改参考层固有的各向异性，2)当蚀刻时，以与另一个构图形状的长轴的非正交角度形成一个构图形状的长轴，或者3)当钉扎参考层时施加补偿场。
【技术实现步骤摘要】
具有基本上正交的钉扎方向的双轴磁场传感器本申请是于2010年4月16日提交的、PCT申请号为PCT/US2010/031378、2011年12月13日进入中国国家阶段的、国家申请号为201080026087.X、专利技术名称为“具有基本上正交的钉扎方向的双轴磁场传感器”的申请的分案申请。对相关申请的交叉引用本申请要求于2009年4月30日提交的申请号12/433,679的优先权。
本专利技术总体上涉及磁电设备领域，并且，更具体地涉及用于感测磁场的、与CMOS兼容的磁电场传感器。
技术介绍
传感器在现代系统中广泛地用于测量或者检测物理参数，例如位置、运动、力、加速度、温度、压力，等等。尽管存在多种不同的传感器类型来测量这些及其它参数，但是它们都受到了各种限制。例如，廉价的低磁场传感器，例如用在电子罗盘和其它类似磁感测应用中的那些传感器，通常包括基于各向异性磁致电阻(AMR)的设备。为了达到与CMOS良好配合所需的灵敏度和合理的电阻，这种传感器的感测单元的尺寸通常处于平方毫米的量级。对于移动应用，就其花费、电路面积与功耗而言，这种AMR传感器配置是昂贵的。其它类型的传感器，例如磁性隧道结(MTJ)传感器和巨磁致电阻(GMR)传感器，已经用于提供较小尺寸的传感器，但是这种传感器有其自己的问题，例如灵敏度不足和受温度变化的影响。为了解决这些问题，MTJ传感器和GMR传感器已经在惠斯通电桥结构中采用，以便增加灵敏度并消除与温度相关的电阻变化。实际上，已经为电子罗盘应用开发出了双轴磁场传感器，通过对每个感测轴使用惠斯通电桥结构来检测地球的磁场方向。但是，对于每个感测轴，这种磁场传感器一般包括两个相对的钉扎方向，导致有四个不同的钉扎方向，对于利用磁体阵列的每个电路，这些方向必须用复杂和难以操作的磁化技术单独设置，或者采用厚NiFe屏蔽/通量集中层来引导中下部场的局部方向，这要求附加的处理复杂性。获得不同的参考层磁化方向的另一种方法是利用不同的阻碍温度(blockingtemperature)淀积两个不同的反铁磁层并且应用复杂的设置过程和很难的处理流来设置两个不同的钉扎方向并使得与两个不同的传感器朝向接触。因此，存在对利用基本正交的磁化方向形成参考层的改进的传感器设计与制造处理的需要。还存在对可以高效且廉价地作为移动应用中所使用的集成电路结构构造的双轴传感器的需要。还存在对克服本领域中例如以上所述问题的改进的磁场传感器和制造的需要。此外，从随后的具体描述和所附的权利要求，并且联系附图和该
技术介绍
，本专利技术的其它期望特征和特点将变得显而易见。附图说明下文将联系以下附图描述本专利技术的实施方式，附图中相同的标号指示相同的元件，并且图1示出了电子罗盘结构，该电子罗盘结构使用由具有未屏蔽MTJ传感器的两个电桥结构形成的差分传感器；图2提供了示例场传感器的简化示意性透视图，其中该示例场传感器是通过连接惠斯通电桥电路中的四个MTJ传感器形成的；图3绘出了用于形成钉扎参考层的不平衡SAF堆叠(stack)；图4是根据第一种示例实施方式制造MTJ场传感器的方法的流程图；图5是由不平衡的合成反铁磁体(SAF)形成的两个参考层及其实际与期望的磁化的顶部示意图；图6是图5的两个参考层、根据示例实施方式旋转的顶部示意图；图7是根据示例实施方式由不平衡的SAF形成的两个参考层及其施加了补偿场的实际磁化的顶部示意图；图8是根据第二种示例实施方式制造MTJ场传感器的方法的流程图；图9是集成电路的部分横截面视图，其中MTJ传感器层堆叠已经在衬底之上形成；图10示出了在MTJ传感器层堆叠已经在衬底之上选择性地蚀刻成预定形状之后图9之后的处理；图11示出了显示由选择性蚀刻处理形成的MTJ传感器层堆叠中参考层的预定形状的顶视图；图12示出了在存在为了最终形成的参考层而在期望的磁化方向之间对准的定向场的情况下当蚀刻后的参考层被加热时图11之后的处理；图13示出了在除去定向场而且蚀刻后的MTJ传感器堆叠冷却之后图12之后的处理，由此使得蚀刻后的参考层的磁化沿长轴钉扎；图14示出了在除去定向场并且蚀刻后的MTJ传感器堆叠冷却之后利用不平衡的SAF堆叠形成的钉扎和参考层的处理，由此使得蚀刻后的参考层的磁化沿短轴钉扎；以及图15是MTJ传感器层堆叠的部分横截面视图，示出了最终形成的参考层中的钉扎的磁化方向。应当认识到，为了示出的简化与清晰，附图中所示出的要素不一定按比例绘制。例如，为了提升和改善清晰度与理解，有些要素的尺寸相对于其它要素夸大了。另外，在认为适当的地方，在附图之间标号重复，以表示对应或者类似的要素。具体实施方式以下具体描述从本质上讲仅仅是示例性的，而不是要限制本专利技术或者本专利技术的应用和使用。此外，不希望受前面
技术介绍
或者以下具体描述中所给出的任何理论约束。描述了用于在主体晶片上提供多轴钉扎的方法与装置，其中该主体晶片可以用于形成具有不同参考层的集成电路传感器，所述不同参考层具有利用单一钉扎材料淀积与主体晶片设置过程设置的基本正交的钉扎方向。作为预备步骤，将一层或多层铁磁和反铁磁材料的堆叠蚀刻成具有高纵横比的两维形状的成形参考层，其中该形状为用于每个参考层的期望磁化方向提供了区别。依赖于所使用的材料和技术，最终的磁化方向可以沿成形层的短轴或者长轴定向。例如，如果钉扎层是利用构图到微米级尺寸的稍不平衡的合成反铁磁体(SAF)形成的，那么磁化将沿短轴指向。如本领域技术人员将认识到的，SAF实施方式提供了与在磁电设备中钉扎的SAF参考层的使用相关的多个好处。在其它实施方式中，通过控制自由和固定层的厚度，最终的磁化可以沿长轴指向。利用形状各向异性，在存在用于参考层的期望磁化方向之间对准的定向场的情况下，通过加热而在参考层中感应出不同的磁化方向。在所选实施方式中，参考层被充分加热，以便减少各向异性的材料组分，并允许形状和外部场支配磁化方向。以这种方式，一旦除去了定向场，形状各向异性就把磁化引向期望的方向。在除去定向场后，参考层的磁化松弛，遵循参考层的形状，从而感应出沿成形参考层的期望轴对准的磁化，并且随后随着退火温度降低而被钉扎。例如，如果两个参考层成形为具有彼此垂直的较长尺寸，那么针对这两个参考层感应出的磁化将接近彼此垂直。但是，除了形状各向异性，还有别的影响参考层磁化并由此确定最终钉扎方向的源。尽管钉扎步骤在高温下发生，由此降低了所淀积的铁磁层固有的各向异性，但是仍然存在具有明确方向的有限的各向异性，这与构图后的参考层的形状各向异性产生竞争。而且，由于随着时间场循环，钉扎退火中所使用的用于磁炉的支撑结构和/或极片可能被磁化，甚至在没有磁化电流的情况下施加小的残余场。这种残余场将与参考层磁化相互作用，而且可能归零或者被克服，产生具有在与这个残余场相反方向施加的场的小补偿场。此外，类似于在任何实际钉扎的铁磁层中所存在的钉扎强度的分布，在钉扎该铁磁层所需的温度中也存在局部分布。这允许在钉扎退火之前发生的高温步骤产生可能在钉扎退火过程中影响磁化方向的低水平局部钉扎点。因此，固有各向异性、形状各向异性、低水平早期钉扎与钉扎退火过程中存在的小残余场之间的竞争妨碍了所感应出的磁化的真正正交设置。由于如果还存在非正交性，那么对软铁效应的任何本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于铁磁薄膜的磁场传感器，其中所述磁场传感器包括两个或更多个参考层磁化方向，所述磁场传感器包括：衬底；在所述衬底之上的第一绝缘层；在所述第一绝缘层之上的第一传感器层堆叠，所述第一传感器层堆叠包括在所述第一绝缘层之上的第一参考层；以及在所述第一绝缘层之上的第二传感器层堆叠，所述第二传感器层堆叠包括在所述第一绝缘层之上的第二参考层；其中所述第一电极堆叠具有定义用于所述第一参考层的第一参考方向的第一形状各向异性，并且所述第二电极堆叠具有定义用于所述第二参考层的第二参考方向的第二形状各向异性，其中所述第二参考方向与所述第一参考方向不同，其中所述第一参考层和所述第二参考层分别具有第一长轴和第二长轴，所述第一长轴和所述第二长轴定位成确保所述第一参考方向和所述第二参考方向是彼此正交的；以及以下中的至少一个：所述第一参考层和所述第二参考层都具有被修改过的各向异性；及所述第一长轴和所述第二长轴是以非正交的角度设置的。
【技术特征摘要】
2009.04.30 US 12/433,6791.一种基于铁磁薄膜的磁场传感器，其中所述磁场传感器包括两个或更多个参考层磁化方向，所述磁场传感器包括：位于衬底之上的第一绝缘层；第一传感器层堆叠，所述第一传感器层堆叠具有定义第一参考方向的第一形状各向异性，所述第一传感器层堆叠包括：第一参考层，所述第一参考层包括：位于所述第一绝缘层之上的第一铁磁层，其中所述第一铁磁层包括第一磁矩；位于所述第一铁磁层之上的第一非磁性中间层；以及位于所述第一非磁性中间层之上的第二铁磁层，其中所述第二铁磁层包括与所述第一磁矩不同的第二磁矩；位于所述第一参考层之上的第二绝缘层；以及位于所述第二绝缘层之上的第一感测层；以及第二传感器层堆叠，所述第二传感器层堆叠具有定义与第一参考方向正交的第二参考方向的第二形状各向异性，所述第二传感器层堆叠包括：第二参考层，所述第二参考层包括：位于所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·马瑟，J·斯劳特，
申请(专利权)人：艾沃思宾技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。