Xmr傳感器設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及XMR傳感器設備和對應方法。
【背景技術】
[0002] 在許多應用中使用磁場傳感器。例如，針對速度或移動檢測，例如可在所謂的極輪 上提供磁體，因此在極輪旋轉時生成已調(diào)制磁場。然后該場的調(diào)制可被磁場傳感器檢測。由 此檢測的磁場及其調(diào)制然后指示例如極輪的旋轉速度。作為極輪的替代，例如還可使用在 移動時生成已調(diào)制磁場的齒輪或線性磁性元件。并且其它應用使用磁場傳感器，例如比如 硬盤的磁性存儲設備。
[0003] 磁場傳感器包括霍爾傳感器和基于磁阻（MR)效應的傳感器(也稱為XMR傳感器)。 在許多情況下，XMR傳感器展現(xiàn)比霍爾傳感器更低的抖動（jitter)，其對于某些應用而言 可能是重要的，例如汽車應用中的速度檢測和/或間接胎壓監(jiān)視系統(tǒng)。然而，XMR傳感器對 與感測方向正交的磁場敏感。歸因于此，例如XMR傳感器相對于極輪或其它可移動磁性設 備的不精確定位可引起抖動增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)實施例，提供了如在權利要求1中定義的設備。根據(jù)另一實施例，提供了如在 權利要求15中定義的方法。從屬權利要求定義了另外的實施例。
【附圖說明】
[0005] 圖1是圖示出根據(jù)實施例的傳感器設備的示意性截面圖。
[0006] 圖2是圖示出根據(jù)實施例的傳感器設備中的電接觸的示意圖。
[0007] 圖3是圖示出根據(jù)另一實施例的傳感器設備中的電接觸的示意圖。
[0008] 圖4是圖示出根據(jù)實施例的設備的層結構的圖。
[0009] 圖5是圖示出根據(jù)另一實施例的設備的層結構的圖。
[0010] 圖6是圖示出根據(jù)實施例的方法的流程圖。
[0011] 圖7是圖示出根據(jù)實施例的設備的應用示例的圖。
【具體實施方式】
[0012] 在下文中，將參考附圖來詳細地描述各種實施例。應注意的是這些實施例僅僅用 于說明性目的且不應解釋為是限制性的。例如，雖然可將實施例描述為包括多個不同細節(jié)、 特征或元件，但是在其它實施例中，這些細節(jié)、特征或元件中的某些可被省略，可以以與所 示出的不同的方式實現(xiàn)，和/或可用替換細節(jié)、特征或元件來替換。另外地或替換地，在其 它實施例中，可提供并未在這里明確地描述或在圖中示出的附加細節(jié)、特征或元件。
[0013] 某些實施例涉及磁場傳感器設備。磁場傳感器設備可例如包括XMR傳感器。如在 這里使用的術語XMR傳感器可指的是基于一個或多個磁阻（MR)效應的傳感器。用于磁阻 效應的非限制性示例包括GMS (巨磁阻)、CMR (超大磁阻)、AMR (各向異性磁阻）或TMR (隧 道磁阻)。
[0014] 在某些實施例中，磁場傳感器設備可包括第一 XMR傳感器堆和在第一 XMR傳感器 堆的頂部上的第二XMR傳感器堆。如這里所使用的術語"堆"可指的是相互上下地放置的 多個層以形成XMR傳感器堆。第一 XMR傳感器堆和第二XMR傳感器堆中的每個可包括也稱 為傳感器層的自由層和/或參考層。第一和第二XMR傳感器堆在其對外部磁場的響應方面 可本質上相互獨立。在某些實施例中，第一和第二XMR傳感器堆的自由層之間的距離可為 15 nm或更多，例如20 nm或更多。
[0015] 在某些實施例中，第一 XMR傳感器堆和第二XMR傳感器堆可共享一個或多個層，例 如反鐵磁層。
[0016] 在某些實施例中，可將第一 XMR傳感器堆和第二XMR傳感器堆電耦合以作為單一 XMR傳感器元件是可操作的。在某些實施例中，這可減少抖動。
[0017] 現(xiàn)在轉到附圖，在圖1中，圖示出根據(jù)實施例的XMR傳感器設備10的示意性截面 圖。XMR傳感器設備10包括襯底11。襯底11可例如是半導體襯底，例如包括硅晶片的襯 底，但是不限于此。除下面更詳細地討論的元件之外，還可在襯底11上形成電子設備或電 路。
[0018] 在襯底11上，提供第一 XMR傳感器堆11。在第一 XMR傳感器堆12的頂部上提供 第二XMR傳感器堆13。如由點14所指示的，在第二XMR傳感器堆13的頂部上，在某些實施 例中可提供一個或多個另外的XMR傳感器堆。第一 XMR傳感器堆11和第二XMR傳感器堆 13每個可包括多個層。在某些實施例中，第一 XMR傳感器堆12和第二XMR傳感器堆13還 可共享一個或多個層，例如反鐵磁層，如稍后將更詳細地描述的。
[0019] 在圖1的示例中，xy平面可對應于襯底11的平面(例如，襯底11的表面可在xy 方向上延伸）。z方向可對應于與之垂直的方向，例如垂直于襯底11的表面。在此類坐標系 中，在z方向上的第一 XMR傳感器堆12上提供(例如堆疊）第二XMR傳感器堆13。
[0020] 應注意的是圖中的表示僅僅是示意性的且不一定按比例，而是為了表示方便而被 選擇的。例如，在某些實施例中，在X和/或y方向上的第一和第二XMR傳感器堆12、13的 寬度可比在z方向上的高度更高，例如更高至少一個數(shù)量級。例如，寬度可為約10 或更 多，而該高度可為約30-40nm，僅給出示例。這還可應用于下面參考圖2- 5進一步解釋的 XMR傳感器堆。
[0021] 在某些實施例中，第一 XMR傳感器堆12和第二XMR傳感器堆13每個可包括自由 層(也稱為傳感器層）和參考層。另外，第一 XMR傳感器堆12和第二XMR傳感器堆13中的 每一個可包括其中磁化方向被反鐵磁層釘扎的釘扎層。還可使用其它配置。在某些實施例 中，第一 XMR傳感器堆12的自由層對第一 XMR傳感器堆12的自由層處的磁場的響應可本 質上獨立于第二XMR傳感器堆13的自由層對第二XMR傳感器堆13的自由層處的磁場的響 應。在某些應用中，第一 XMR傳感器堆12的自由層處的磁場可本質上與第二XMR傳感器堆 13的自由層處的磁場相同。在實施例中，第一和第二XMR傳感器堆12、13的自由層處的磁 場可包括要感測的外部磁場。
[0022] 在某些實施例中，第一XMR傳感器堆12和第二XMR傳感器堆13的敏感方向可以是 X方向。在這方面的敏感方向可指的是其中將被測量的磁場的方向。在某些實施例中，提供 兩個XMR傳感器堆12、13可減少與X方向正交的y方向上的磁場所引起的抖動。在某些實 施例中，可將抖動減少至·η是所提供的XMR傳感器堆的數(shù)目。此減少基本上是統(tǒng)計 減少，假設堆的自由層本質上相互獨立。在某些實施例中，類似于圖1的第一和第二XMR傳 感器堆12、13的XMR傳感器堆對y方向上的此類磁場的響應可至少在一定程度上逐個XMR 傳感器堆地不同。因此，y方向上的磁場的影響可在一起使用XMR傳感器堆時至少部分地 相互抵消。
[0023] 在某些實施例中，第一 XMR傳感器堆12和第二XMR傳感器堆13可相互電耦合以 本質上作為單一 XMR元件可操作。這將參考圖2和3來解釋。
[0024] 一般地，用于將XMR傳感器堆用于磁場測量的技術是通過(多個）XMR堆提供測量 電流并測量電壓降。換言之，測量層的電阻。此電阻可取決于要感測的外部磁場。
[0025] 在以下解釋中，將出于說明性目的而使用具有第一 XMR傳感器堆和第二XMR傳感 器堆的XMR設備。然而，應理解的是，如已經(jīng)相對于圖1所指示的，在其它實施例中，可提供 超過兩個XMR傳感器堆。在這方面，應將類似于"包括第一 XMR傳感器堆和第二XMR傳感器 堆"的術語解釋為也涵蓋其中提供了除第一和第二XMR傳感器堆之外的一個或多個另外的 XMR傳感器堆的情況。
[0026] 在圖2中，圖示出第一 XMR傳感器堆20和在第一 XMR傳感器堆20的頂部上的第 二XMR傳感器堆21之間的電耦合。圖2的實施例中的第一和第二XMR傳感器堆20、21可 例如是GMR堆，但不限于此。在GMR傳感器元件中，在許多應用中測量由傳感器堆的層限定 的平面中的電阻(例如，在自由層的表面或界面處)。然而，應注意的是在其它實施例中，也 在GMR傳感器堆中，可施加垂直于此平面的電流，如稍后參考圖3所解釋的。為了測量平面 中的上述電阻，在圖2的實施例中，用示意性地圖示出的電連接22將第一 XMR傳感器堆20 和第二XMR傳感器堆21并聯(lián)地耦合。在圖2的情況下，如已經(jīng)相對于圖1所述，XMR傳感 器堆20、21的寬度可比XMR傳感器堆20、21的高度更高例如一個數(shù)量級或更多。在某些實 施例中，在如圖2中所示的電連接22的情況下，因此，感測電流因此本質上在位于第 一 XMR傳感器堆20和第二XMR傳感器堆21的層的平面中的方向上流過例如第一 XMR傳感 器堆和第二XMR傳感器堆?？捎酶鞣N技術來提供電連接22,例如按照慣例用于電接觸部件 或層的在半導體處理中使用的技術。例如，可通過類似于圖1的襯底11之類的襯底上的金 屬沉積和結構化來提供第一 XMR傳感器堆20和第二XMR傳感器堆21之間的電耦合。應認 為圖2中所示的電連接22僅僅是示意性的，并且第一和第二XMR傳感器堆20、21的接觸可 與所示的不同，例如在第一 XMR傳感器堆20的底部處或者在XMR傳感器堆20和/或21的 側面處，只要感測電流主要在平面內(nèi)方向上流過XMR傳感器堆20、21即可。
[0027] 為了測量磁場，例如，可在圖2中測量由感測電流Isotm引起的電壓降。在其它實 施例中，可施加固定電壓，并且可測量電流/感測。
[0028] 在圖2中，通過將第一 XMR傳感器堆20和第二XMR傳感器堆21并聯(lián)地耦合，可降 低總電阻。在某些實施例中，這可增加感測電流Isotm。在其它實施例中，可以是例如 由已調(diào)節(jié)電流源生成的固定電流。
[0029] 在圖3中，圖不出根據(jù)另一實施例的傳感器設備。圖3的實施例包括第一 XMR傳 感器堆30和第二XMR傳感器堆31。在圖3的實施例中，第一 XMR傳感器堆30和第二XMR 傳感器堆31可以是TMR堆，然而其不限于此。在TMR堆中，通常將隧道勢皇(例如MgO隧道 勢皇)提供為第一 XMR傳感器堆30和第二XMR傳感器堆31兩者中的層中的一個。許多TMR 應用中的感測電流垂直于層表面流動。然而，在其它實施例中，感測電流也可以是如參考圖 2所解釋的平面內(nèi)感測電流。在使用垂直于層表面的感測電流的實施例中，如由電連接33 所示，可將第一 XMR傳感器堆30和第二XMR傳感器堆31串聯(lián)地耦合，使得例如感測電流連 續(xù)地流過第一 XMR傳感器堆30的隧道勢皇和第二XMR傳感器堆31的隧道勢皇?？赏ㄟ^調(diào) 整隧道勢皇的厚度來調(diào)整電阻。并且在這個情況下，可例如用按照慣例在半導體處理中采 用的任何技術來形成電連接33，并且可以以與所示的不同的方式來提供。
[0030] 接下來，參考圖4和5,將詳細地解釋用于XMR傳感器堆的示例。
[0031] 在圖4中，圖示出包括第一XMR傳感器堆和第二XMR傳感器堆的組合堆42的示例。 堆42本質上是所謂的底部自旋閥40和頂部自旋閥41的組合。自旋閥40、41可以是例如 GMR 堆。
[0032] 底部自旋閥40包括在籽層（seed layer)411的頂部上的反鐵磁層412。籽層411 可包括允許在其頂部上沉積反鐵磁層412的任何適當材料。