[发明专利]集成多层磁阻传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成多层磁阻传感器及其制造方法，更具体涉及一种包括各向异性磁阻元件的磁场传感器。

背景技术

由于AMR(各向异性磁阻)型磁场传感器能够用于检测自然磁场(例如地球磁场)和由电部件(诸如电或电子设备以及有电流流过的电线)产生的磁场，AMR型磁场传感器用于多种应用和系统中，例如，在罗盘中、在用于检测铁磁材料的系统中、在电流检测中以及在范围广泛的其它应用中。

已知的，各向异性磁阻效应现象发生在特定铁磁材料内，当经受外部磁场时，该特定铁磁材料根据所施加磁场的特性而经历电阻率的变化。通常，所述材料成形为薄条带以便形成电阻元件，并且因此所形成的电阻元件电连接在一起以形成电桥结构(通常为惠斯通电桥)。

此外已知的是采用半导体微加工标准技术来得到AMR磁性传感器，例如在文献NO.US4,847,584中所描述的那样。特别地，每个磁阻元件可以由沉积在例如硅的半导体材料的衬底上以形成薄条带磁阻材料的薄膜来形成，诸如透磁合金(包含铁和镍的铁磁合金)。

当电流流过磁阻元件时，所述磁阻元件的磁化方向与电流的流动方向之间的角度θ影响所述磁阻元件的电阻率的有效值，使得，随着角度θ的值变化，电阻的值也变化(详细地，所述变化遵循cos2θ型的规律)。

例如，平行于电流的流动方向的磁化方向导致对于经过磁阻元件的电流通路而言具有最大电阻值，而垂直于电流的流动方向的磁化方向导致对于经过磁阻元件的电流通路而言具有最小电阻值。

AMR磁性传感器此外包括集成在所述传感器中的多个线圈(通常两个线圈)，该多个线圈被称作“置位/复位均压环”和“偏移均压环”并且被设计为当流过适当值的电流时，产生分别在垂直于传感器的检测方向上以及在传感器的检测方向上耦合的磁场；关于这点，例如参照文献NO.US5,247,278。

置位/复位均压环具有通过交替转换而在第一预定方向(所谓“易磁化轴线”或EA)上改变磁阻元件的磁化指向(sense)的功能。使用中，通过经由置位/复位均压环在短时间周期内将适当值的磁场施加至磁阻元件以便任意地强制磁阻元件的磁偶极子的指向在第一预定方向上(置位操作)，并且随后通过将类似于前者但是具有相反指向的第二磁场施加至磁阻元件以便强制磁阻元件的磁偶极子的指向再次在第一预定方向上，但是具有相反指向(复位操作)，由此得到磁化指向的变化。

置位和复位操作具有在操作AMR传感器之前使得AMR传感器的每个磁阻元件进入相应的单磁畴状态的功能，例如以便于执行感测外部磁场的操作。置位和复位操作仅在单磁畴状态下是必需的，在单磁畴状态下磁阻元件的线性度、灵敏度和稳定性的基本属性是受控的并且可重复的。前述的置位和复位操作是已知的并且详细描述在例如文献NO.US5,247,278中。

偏移均压环通常用于对于AMR传感器中存在的偏移(由于对应的电气部件的值的失配)进行补偿的操作、自测试操作和/或校准AMR传感器的操作。特别地，在存在偏移均压环时，在输出处来自AMR传感器的电量的值是待感测的外部磁场以及由于偏移均压环中循环的电流而产生的磁场这两者的函数。由布置在与在其上提供传感器的磁阻元件和置位/复位均压环(在不同金属层中)的衬底相同的衬底上的传导材料(例如金属)交替形成偏移均压环，，并且偏移均压环与所述磁阻元件电绝缘并且设置在其附近。使得由偏移均压环所产生的磁场为部分地强制每个磁阻元件的磁偶极子的定向在正交于第一预定方向的第二预定方向(所谓“难磁化轴线”或HA)上。

图1以顶视平面图显示了例示已知类型并且包括连接在一起以便形成惠斯通电桥的多个磁阻元件的集成磁场传感器1的布局，例如文献NO.US 5,247,278和文献NO.US 5,952,825中所述，并且根据例如文献案号US 4,847,584所述来制造。

更具体地，每个磁阻元件具有Barber极(barber-pole)类型的结构。用于磁阻元件的Barber极结构是已知的。在该情形下，每个磁阻元件通过由磁阻材料制成(通常是NiFe合金)的条带来形成，具有高电导率的传导元件(例如由铝、铜、银、或金制成)以直接电接触而布置在条带上。

所述传导元件在横切于磁阻条带的自发磁化轴线的方向上延伸；具体地，它们相对于磁阻条带的自发磁化轴线以特定角度α(通常α＝45°)而倾斜。