发明名称 磁感测器、磁感测器之制程以及适合该制程的磁阵列
摘要 本发明揭示一种磁感测器,其具有一磁阻效应元件,该元件能稳定地保持一自由层之一磁域内的一磁化方向。该磁感测器包括一磁阻效应元件,该元件具有窄带部分11a.....11a,该部分包括一钉住层及一自由层。置放在该自由层之两端下的系偏磁膜11b.....11b,该膜由一永久磁体组成,其以一预定方向施加一偏磁场于该自由层,及一初始化线圈31,其系置放在该自由层附近,并藉向在一预定状况下通电而施加一磁场至该自由层,该磁场方向与该偏磁场方向相同。此外,磁化该等偏磁膜并固定该钉住层之磁化方向,其系藉由一磁阵列所形成的一磁场而实行,该磁阵列系配置以便复数个永久磁体系配置在一四方晶格之一晶格点上,而且每个永久磁体的一磁极之一极性不同于由最短路线隔开的另一邻近磁极之一极性。
申请公布号 TWI244785 申请公布日期 2005.12.01
申请号 TW092129429 申请日期 2003.10.23
申请人 山叶股份有限公司 发明人 大桥俊幸;涌井幸夫
分类号 H01L43/12 主分类号 H01L43/12
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 1.一种磁感测器,其包括一磁阻效应元件,该元件包括一钉住层及一自由层,该磁感测器包括:一偏磁膜,其由一永久磁体组成,该偏磁膜系用以在该自由层中在一预定方向产生一偏磁场;及一初始化线圈,其系提供在该自由层附近,并在与藉由在一预定状况下通电而产生的偏磁场之方向相同的方向施加一磁场至该自由层。2.一种磁感测器之制程,其中该感测器包括在一基板上的一钉住层、一自由层及一偏磁膜,该偏磁膜为一永久磁体,该磁体施加一偏磁场至该自由层以形成一磁阻效应元件,该元件之一电阻数値依据由该钉住层之一磁化方向与该自由层之一磁化方向所形成之一相对角度而改变,该制程包括:制备一磁阵列之一步骤,该磁阵列系配置以便复数个永久磁体系配置在一四方晶格之一晶格点上,而且每个永久磁体之一磁极的一极性不同于由最短路线隔开的另一邻近磁极之一极性;制造一晶圆之一步骤,其包括该等基板,在该等基板上散布有复数个岛状元件膜,每个元件膜包括成为该钉住层之一膜、成为该自由层之一膜及成为该偏磁膜之一膜;及置放该晶圆于该磁阵列附近之一步骤,以便建立该晶圆与该磁阵列之间的一预定相对位置关系,因此成为该等复数个元件膜之该偏磁膜的该膜系藉由利用一磁场而磁化,该磁场系形成于该磁阵列之该等磁极的一磁极与该磁阵列之该等磁极的另一磁极之间,该另一磁极系邻近于由最短线路隔开的该一磁极。3.如申请专利范围第2项之磁感测器之制程,其中制造该晶圆之该步骤包括形成该等复数个元件膜之成为该自由层之每个膜之步骤,其系采用此方法以便具有一形状,该形状具有一长轴及一短轴,并且采用此方法以便成为该等复数个元件膜的该等自由层之该等膜的长轴之至少一个,系垂直于成为该等复数个元件膜的该等自由层之另一膜的长轴,以及形成在成为该自由层的每个膜之两端在该长轴之方向成为该偏磁膜的该膜之一步骤,及其中在磁化成为该偏磁膜的该膜之该步骤中的该预定相对位置关系为该晶圆与该磁阵列之间的一相对位置关系,该关系将成为该偏磁膜的该膜之该磁化方向,与成为具有该偏磁膜的该自由层之该膜的该长轴之该方向匹配,该偏磁膜系藉由该磁阵列形成的一磁场而提供在该自由层两端。4.如申请专利范围第3项之磁感测器之制程,进一步包括:配置该晶圆在该磁阵列附近之一步骤,以便建立该晶圆与该磁阵列之间的一相对位置关系,该关系不同于该预定相对位置关系,因此成为该等复数个元件膜之该钉住层的该膜之该磁化方向系藉由利用该磁阵列所形成的该磁场而钉住。5.一种磁阵列,其包括复数个永久磁体,每个磁体具有一接近矩形平行六面体形状而且具有一断面形状,该断面形状垂直于该矩形平行六面体之一中心轴,其接近于正方形,并且每个磁体具有形成于两个边缘表面之磁极,该等边缘表面之一具有垂直于该矩形平行六面体之该中心轴之该接近正方形形状;其中该等复数个永久磁体系以此方法配置,以便具有该接近正方形形状的该等边缘表面之每个重心系与一四方晶格之一晶格点匹配,形成置放于该四方晶格之某列的该等复数个永久磁体之该等边缘表面之一的侧面之某侧,与形成置放于该四方晶格之相同列的其他复数个永久磁体之该等边缘表面之一的侧面之某侧系在一相同直线上,具有该等永久磁体之该等正方形形状的所有边缘表面系放置于一接近相同的单一平面上,而且相邻置放并由最短线路隔开的该等永久磁体之该等磁极的该筝极性之任何二个系互不相同的。6.一种磁阵列,其包括复数个永久磁体,每个磁体具有一接近矩形平行六面体形状而且具有一断面形状,该断面形状垂直于该矩形平行六面体之一中心轴,其系接近于正方形,并且每个磁体具有形成于两个边缘表面之磁极,该等边缘表面之一具有垂直于该矩形平行六面体之该中心轴之该接近正方形形状,以及一薄板状轭,该轭系由一磁材料形成;其中该等复数个永久磁体系以此方法配置以便具有该接近正方形形状的该等边缘表面之每个重心系与一四方晶格之一晶格点匹配,形成置放于该四方晶格之某列的该等复数个永久磁体之该等边缘表面之一的侧面之某侧,与形成置放于该四方晶格之相同列的其他复数个永久磁体之该等边缘表面之一的侧面之某侧系在一相同直线上,具有该等永久磁体之该等正方形形状的所有该边缘表面系放置于一接近相同的单一平面上,而且相邻置放并由最短线路隔开的该等永久磁体之该等磁极的该等极性之任何二个系互不相同的;以及该轭包括复数个通孔,该等通孔之每个具有一与接近正方形的该断面形状接近相同的形状,而且该等通孔系配置在该等永久磁体所置放的该等位置,并且该轭系以此方法配置以便当该等永久磁体系插入该等通孔时,放置于相同单一平面的该等永久磁体之所有边缘表面都系置放于该轭之一上表面与该轭之一下表面之间。7.如申请专利范围第6项之磁阵列;其中该轭具有通口作为形成于该等通孔之间的气隙,该等通孔系相互邻近而且向一最短线路隔开。8.如申请专利范围第7项之磁阵列;其中该轭在区域中具有开口,该等区域之每个系围绕由连接一平面图中的该四方晶格之该等晶格点的线条所画的一正方形之一重心。9.如申请专利范围第6至8项中任一项之磁阵列;其中该轭之该等通孔之每个具有一正方形部分,该部分具有一正方形形状,该形状与一平面图中的该永久磁体之该断面正方形形状之该形状接近相同,以及一边界部分,该部分从该正方形部分之各该等拐角的该直角向外增大。图式简单说明:图1为依据本发明之具体实施例的磁感测器之平面图;图2为图1所示的第一X轴GMR元件之示意放大图;图3为图2所示的由沿图2之1-1线条的一平面所切割之第一X轴GMR元件之示意断面图;图4显示图2所示的第一X轴GMR元件之旋转阀膜的结构;图5为一曲线图,藉由一实线显示图1所示的第一X轴GMR元件之电阻变化,用于在X轴方向改变的磁场,并藉由一虚线显示其电阻变化,用于在Y轴方向改变的磁场;图6A为包括在图1所示的磁感测器中之一X轴磁感测器之等效电路图;图6B为对于在X轴磁感测器之X轴方向改变的磁场显示输出之变化之曲线图;图7A为包括在图1所示的磁感测器中之一Y轴磁感测器之等效电路图;图7B为对于在Y轴磁感测器之Y轴方向改变的磁场显示输出之变化之曲线图;图8A为包括在图1所示的磁感测器中之一X轴磁感测器之另一等效电路图;图8B为对于在X轴磁感测器之X轴方向改变的磁场显示输出之变化之曲线图;图9A为包括在图1所示的磁感测器中之一Y轴磁感测器之另一等效电路图;图9B为对于在Y轴磁感测器之Y轴方向改变的磁场显示输出之变化之曲线图;图10为一石英玻璃之平面图,其系在用以制造图1所示的磁感测器之一程序期间,该石英玻璃具有形成于其上的旋转阀膜;图11为显示用以制备一磁阵列之一金属板之平面图,该磁阵列系用以制造图1所示的磁感测器,并显示插入该金属板之一永久磁棒;图12为用以制造图1所示的磁感测器的磁阵列之断面图;图13为取图12所示的磁阵列之一磁体的一部分之透视图;图14为显示用以制造图1所示的磁感测器的程序之一之平面图;图15为显示磁化图1所示的磁感测器之每个GMR元件的一偏磁膜之一方法之概念图;图16为显示钉住图1所示的磁感测器之每个GMR元件的钉住层之磁化方向之一方法之概念图;图17A、17B、17C及17D为平面图,每个图显示自由层及GMR元件之偏磁膜之磁化状态,其中图17A显示在磁化偏磁膜之前的状态,图17B显示在磁化偏磁膜后的状态,图17C显示施加外部磁场的状态,及图17D显示消除该外部磁场后的状态;图18A为显示在磁化偏磁膜之前的状态中,GMR元件之外部磁场的电阻变化之曲线图;图18B为显示在磁化偏磁膜之后的状态中,GMR元件之外部磁场的电阻变化之曲线图;图19A、19B及19C为平面图,每个图显示自由层及GMR元件之偏磁膜之磁化状态,其中图19A显示在磁化偏磁膜之前而且没有施加外部磁场的状态,图19B显示施加外部强磁场的状态,以及图19C显示消除该外部强磁场后的状态;图20为依据本发明之另一具体实施例的一磁感测器之一第一X轴GMR元件的一示意放大平面图;图21为依据本发明之另一项具体实施例的一磁感测器(N型)之一平面图;图22为依据本发明之另一项具体实施例的一磁感测器(S型)之一平面图;图23为依据本发明之磁阵列MB的上述轭之一片段平面图;图24为图23所示的该轭之一片段放大平面图;图25为图24所示的由沿图24之2-2线条的一平面所切割之该轭的一断面图;图26为图23所示的该轭之一通孔之一平面图;图27为依据本发明之磁阵列MB的一基板之一断面图;图28为图27所示的阵列基板之一片段平面图;图29为将成为图27所示的阵列基板之一薄板的一断面图;图30为显示用以制造磁阵列MB的程序之一之平面图;图31为显示用以制造磁阵列MB的程序之一之平面图;图32为显示用以制造磁阵列MB的程序之一之平面图;图33为显示用以制造磁阵列MB的程序之一之平面图;图34为取磁阵列MB及轭之磁体一部分之透视图;图35为磁阵列MB之一片段断面图;图36为磁阵列MB之一概念平面图,用以解释由磁阵列MB产生的一磁场;图37为磁阵列MA之一概念平面图,用以解释由磁阵列MA产生的一磁场;图38为显示钉住图21及22所示的磁感测器之每个GMR元件的钉住层之磁化方向之一方法之概念图;图39为显示当磁化图21及22所示的磁感测器之每个GMR元件的偏磁场时一基板与磁阵列MB之间的一相对位置关系之断面图;及图40为显示磁化图21及22所示的磁感测器之每个GMR元件的一偏磁膜之一方法之概念图。
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