專利名稱：磁傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁傳感器，其中巨磁致電阻元件形成在單個(gè)基底上，以便檢 測(cè)沿兩個(gè)軸向和三個(gè)軸向的磁場(chǎng)的強(qiáng)度。本發(fā)明還涉及磁傳感器的制造方 法。本申請(qǐng)要求日本專利申請(qǐng)No.2007-156378的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容在此 引入作為參考。
背景技術(shù)：
通常，已殺口巨石茲至丈電阻元4牛(giant magnetoresistive element : GMR元 4牛)和P逸道》茲致電阻元4牛(tunnel magnetoresistive element : TMR元4牛)凈皮 作為用在磁傳感器中的元件。這些磁致電阻元件中每一個(gè)都包括磁化方向固 定(或被4丁扎)的釘扎層(pin layer)和;磁化方向可響應(yīng)外部^茲場(chǎng)而改變的 自由層，其中它基于釘扎層的磁化方向(magnetization direction)和自由層 的磁化方向之間的相關(guān)性而產(chǎn)生電阻。使用磁致電阻元件的磁傳感器在諸如 專利文獻(xiàn)1這樣的大量文件中公開。專利文獻(xiàn)1:日本未審查專利申請(qǐng)No.2006-261400。專利文獻(xiàn)1提出了一種磁傳感器，其中磁致電阻元件形成在單個(gè)基底上 的平坦表面和斜面(或向平坦表面傾斜的斜坡)上，由此檢測(cè)沿兩個(gè)軸向和 三個(gè)軸向的》茲場(chǎng)的強(qiáng)度。為了改善釘扎層的鐵磁性電阻(ferromagnetism resistance )，近來(lái)已經(jīng)使 用巨磁致電阻元件開發(fā)出磁傳感器，該巨磁致電阻元件具有合成反鐵磁 (synthetic antiferromagnetic: SAF )結(jié)構(gòu)，其中Ru層(其中Ru指釕)被結(jié) 合到釘扎層的磁性層中。前述巨磁致電阻元件形成多個(gè)帶狀巨磁致電阻膜(成為GMR條)，其中 用于釘扎層和自由層的特定材料在其周邊上暴露。由于這個(gè)原因，為了確保 防水、耐熱和電絕緣，包括氧化膜和氮化膜的保護(hù)膜(或鈍化膜(passivation film))通過(guò)等離子化學(xué)氣相沉積(即等離子CVD)形成。在通過(guò)等離子CVD形成用于保護(hù)巨磁致電阻元件的氧化膜的過(guò)程中，巨磁致電阻元件可以吸收存在于腔室(chamber )內(nèi)的活性氧。當(dāng)巨磁致電 阻元件吸收活性氧時(shí)，其可被局部地氧化。這個(gè)缺點(diǎn)還發(fā)生在通過(guò)等離子 CVD形成用于涂覆隧道磁致電阻元件的保護(hù)膜的過(guò)程中。當(dāng)用于包括巨磁致電阻元件的GMR條的自由層的材料被氧化時(shí)，自由 層的弱》茲特性(weak magnetic characteristic)退化；這4吏得它難以基于自由 層的磁化方向精確地產(chǎn)生電阻。這還增大了磁滯回線，由此使磁傳感器的磁 滯特性退化。該缺點(diǎn)的發(fā)生與形成在平坦表面和斜面上的巨》茲致電阻元件有 關(guān)；特別地，它顯著地與形成于斜面上的巨》茲致電阻元件有關(guān)地發(fā)生。使用巨磁致電阻元件通過(guò)離子銑削(ionmilling)形成GMR條，其中在 GMR條暴露的周邊部分，其沿縱向的側(cè)部向基底傾斜(或半錐形)。在包括 形成在斜面上的巨磁致電阻元件的GMR條中，向上的GMR條(形成在向 上的斜面上)和向下的GMR條(形成在向下的斜面上)的傾度(或傾斜形 狀)相互不同。與向上的GMR條相比，向下的GMR條傾度降低；即向下 的GMR條厚度減少，從而其暴露區(qū)域增加；因此它們?nèi)菀资艿窖趸挠绊憽０l(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有優(yōu)秀磁滯特性的磁傳感器。本發(fā)明的另 一 目的是提供一種磁傳感器的制造方法。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，磁傳感器包括基底；氧化硅膜，形成在基底上， 以便形成平坦表面和斜面；多個(gè)》茲致電阻元件，每個(gè)磁致電阻元件都通過(guò)在 基底上層疊自由層、導(dǎo)電層和釘扎層而形成；多個(gè)引線膜，形成為串行連接 多個(gè)磁致電阻元件；CVD氧化膜，用于覆蓋多個(gè)磁致電阻元件；和非磁性 膜，形成在磁致電阻元件和CVD氧化膜之間，以便相對(duì)于每個(gè)磁致電阻元 件覆蓋自由層的周邊。此處，磁致電阻元件獨(dú)立地形成在基底的平坦表面和 斜面上。在本發(fā)明的第二方面中，通過(guò)安裝表面形成步驟、磁致電阻元件形成步 驟、CVD氧化膜形成步驟、非磁性膜形成步驟以及構(gòu)圖步驟形成磁傳感器。 在安裝表面形成步驟中，使用氧化硅膜將平坦表面和斜面形成在基底上。在 磁致電阻元件形成步驟中，每個(gè)磁致電阻元件都通過(guò)在基底上層疊自由層、 導(dǎo)電層和釘扎層來(lái)形成。引線膜被形成為串行連接磁致電阻元件。在CVD氧化膜形成步驟中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)形成CVD氧化膜，以覆蓋磁致電阻元件。在非磁性膜形成步驟中，非磁性膜被形成并插入到磁致電阻元件和CVD氧化膜之間。在構(gòu)圖步驟中，對(duì)非磁性膜構(gòu)圖，由此相關(guān)于每 個(gè)磁致電阻元件覆蓋自由層的周邊。此處，非磁性膜通過(guò)賊射形成。在上文中，執(zhí)行磁化熱處理，以便磁化》茲致電阻元件的釘扎層。本發(fā)明提供了以下的各種效果(1 ) 由于在CVD氧化膜形成步驟之前，非磁性膜被形成為相關(guān)于 每一個(gè)》茲致電阻元件覆蓋自由層的周邊，所以可以用非;茲性 膜保護(hù);茲致電阻元件。這防止了 ^茲致電阻元件吸收在化學(xué)氣 相沉積中被激活的氧，由此避免/f茲致電阻元件的氧化。(2) 由于》茲致電阻元件形成在平坦表面和凍+面上，可以^:測(cè)兩軸 方向和三軸方向的；茲場(chǎng)。(3) 可以防止磁致電阻元件的自由層在弱磁特性方面的退化；因 此，可以精確地;險(xiǎn)測(cè)兩軸方向和三軸方向的；茲力。(4) 由于賊射，可以通過(guò)使用具有惰性氣體而沒(méi)有氧氣的腔室形 成非磁性膜。這防止了磁致電阻元件在CVD氧化膜形成過(guò)程 中吸收氧。(5 ) 由于在CVD氧化膜形成步驟之前，形成用于覆蓋磁致電阻元 件的自由層周邊的非磁性膜，所以可以可靠地保護(hù)帶有非磁 性膜的磁致電阻元件。這防止磁致電阻元件吸收在它的表面 上的活性氧(由于化學(xué)氣相沉積)而被氧化。由此可以生產(chǎn) 包括具有優(yōu)秀磁滯特性的磁致電阻元件的磁傳感器。


參考附圖對(duì)本發(fā)明的這些和其它目的、方面和實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描 述，其中圖1A是示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的包括多個(gè)GMR組件的三軸磁 傳感器構(gòu)造的平面圖；圖1B是沿圖1A的A-A線取的截面圖；個(gè)GMR條經(jīng)由引線膜串聯(lián)連接；圖2B是沿圖2A的B-B線取的截面圖； 圖3是沿圖2A的O-O線取的截面圖；圖4A是示出了相關(guān)于釘扎方向和敏感方向的三軸磁傳感器構(gòu)造的平面圖；圖4B是示出了圖4A中的D部分的放大透^L圖； 圖4C是示出了圖4A中的E部分的放大透視圖； 圖5是示出了圖1B中的J部分的放大透視圖；圖6A示意地示出了用于三軸磁傳感器的巨磁致電阻元件的層疊結(jié)構(gòu)； 圖6B示意地示出了在圖6A所示的釘扎層中包括的各層的磁化方向； 圖7A示出了包括在三軸磁傳感器中的四個(gè)X軸GMR組件橋接的等效 電路；圖7B示出了包括在三軸磁傳感器中的四個(gè)Yl軸GMR組件橋接的等效 電路；圖7C示出了包括在三軸磁傳感器中的四個(gè)Y2軸GMR組件橋接的等效 電路；圖8A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第一步的截面圖； 圖8B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第一步的截面圖； 圖8C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第一步的截面圖；圖9A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第二步的截面圖； 圖9B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第二步的截面圖； 圖9C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第二步的截面圖；圖10A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第三步的截面圖； 圖IOB是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第三步的截面圖； 圖10C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸》茲傳感器制造方法的第三步的截面圖；圖IIA是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第四步的截面圖； 圖IIB是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第四步的截面圖； 圖11C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第四步的截面圖；6圖12A是說(shuō)明與通if各有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第五步的截面圖； 圖12B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第五步的截面圖； 圖12C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸石茲傳感器制造方法的第五步的截面圖；圖13A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第六步的截面圖； 圖13B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第六步的截面圖； 圖13C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸^茲傳感器制造方法的第六步的截面圖；圖14A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第七步的截面圖； 圖14B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第七步的截面圖； 圖14C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸萬(wàn)茲傳感器制造方法的第七步的截面圖；圖15A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第八步的截面圖； 圖15B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第八步的截面圖； 圖15C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸i茲傳感器制造方法的第八步的截面圖；圖16A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第九步的截面圖； 圖16B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第九步的截面圖； 圖16C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸》茲傳感器制造方法的第九步的截面圖；圖17A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第十步的截面圖； 圖17B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第十步的截面圖； 圖17C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸^磁傳感器制造方法的第十步的截面圖；圖18A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第十一步的截面圖；圖18B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸》茲傳感器制造方法的第十一步的截面圖；圖18C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸》茲傳感器制造方 法的第十一步的截面圖；圖19A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第十二步的截面圖；圖19B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第十二步的截面圖；圖19C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸》茲傳感器制造方 法的第十二步的截面圖；圖20A是說(shuō)明與通路有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第十三步的截面圖；圖20B是說(shuō)明與墊片有關(guān)的三軸磁傳感器制造方法的第十三步的截面圖；圖20C是說(shuō)明與Yl軸和Y2軸GMR組件有關(guān)的三軸磁傳感器制造方 法的第十三步的截面圖；圖21是示出了具有5個(gè)條狀永磁體的磁體陣列的平面圖； 圖22是沿圖21的G-G線取的截面圖；圖23是示出了根據(jù)本發(fā)明的關(guān)于磁滯的GMR組件百分比的圖表； 圖24是示出了根據(jù)公知技術(shù)的關(guān)于磁滯的GMR組件百分比的圖表；具體實(shí)施方式
參考附圖通過(guò)示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。 1、磁傳感器參考圖1A, 1B, 2A, 2B， 3, 4A， 4B， 4C， 5, 6A， 6B， 7A， 7B和 7 C描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的三軸磁傳感器10 。如圖1A所示，使用基底11生產(chǎn)三軸》茲傳感器10，該基底ll在平面圖 (由相互垂直交叉的X軸和Y軸限定)中為方形且具有指定的厚度(由垂 直于X軸和Y軸的Z軸限定)，其中基底11包括石英和硅?？傮w來(lái)說(shuō)，每 一個(gè)都包括四個(gè)GMR條(由圖1A中的線段和虛線段標(biāo)出)的十二個(gè)GMR 組件形成在基底ll上。具體地說(shuō)，設(shè)置了 X軸GMR組件12a到12d (見(jiàn)沿 Y軸畫的線段)，Yl軸GMR組件12e到12h (見(jiàn)沿X軸畫的線段)，以及 Y2軸GMR組件12i到121(見(jiàn)沿X軸畫的虛線段)。此外，墊片、通路(via) 和電線(都沒(méi)有示出)也被制造在基底11中。墊片用于從電線輸出信號(hào)， 通路被形成為建立巨磁致電阻元件和電線之間的連接且在制造的最終階段 并不暴露。此外，LSI (大規(guī)模集成)組件和布線層被制造在基底11中。具有LSI組件的基底被用于能產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)的磁傳感器；而具有布線層的基底僅僅用于能產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)的磁傳感器。在圖1A中，方形基底11的左端被設(shè)定為X軸上的參考點(diǎn)，其中從該 參考點(diǎn)向右方被稱為正X軸方向；而左方將^皮稱為負(fù)X軸方向；而它們之 間的中央?yún)^(qū)域?qū)⒈环Q為X軸中央?yún)^(qū)域。方形基底11的下端被設(shè)定為Y軸上 的參考點(diǎn)，其中參考點(diǎn)的上方將被稱為正Y軸方向；而下方將被稱為負(fù)Y 軸方向；而它們之間的中央?yún)^(qū)域?qū)⒈环Q為Y軸中央?yún)^(qū)域。在基底ll的右側(cè) 附近，第一X軸GMR組件12a布置在Y軸中央?yún)^(qū)域上方，第二X軸GMR 組件12b布置在Y軸中央?yún)^(qū)域下方。在基底11的左側(cè)附近，第三X軸GMR 組件12c布置在Y軸中央?yún)^(qū)域上方，第四X軸GMR組件12d布置在Y軸 中央?yún)^(qū)域下方。在基底11的上端附近，第一 Yl軸GMR組件12e布置在X軸中央?yún)^(qū)域 的左方，而第二 Yl軸GMR組件12f布置在X軸中央?yún)^(qū)域的右方。在基底 ll的下端附近，第三Y1軸GMR組件12g布置在X軸中央?yún)^(qū)域的左方，而 第四Yl軸GMR組件12h布置在X軸中央?yún)^(qū)域的右方。在基底11的下端附近，第一 Y2軸GMR組件12i布置在X軸中央?yún)^(qū)域 的左方，而第二Y2軸GMR組件12j布置在X軸中央?yún)^(qū)域的右方。在基底 ll的上端附近，第三Y2軸GMR組件12k布置在X軸中央?yún)^(qū)域的左方，而 第四Y2軸GMR組件121布置在X軸中央?yún)^(qū)域的右方。每一個(gè)GMR組件12a到121都包括多個(gè)帶狀GMR條(或磁致電阻膜)， 其毗連在一起并經(jīng)由形成其端子的引線膜串聯(lián)連接，其中優(yōu)選的是每一個(gè)X 軸GMR組件12a到12d包括偶數(shù)個(gè)GMR條。圖2A示出了第一X軸GMR 組件12a(其類似于其他GMR組件12b-121)的構(gòu)造，其中四個(gè)GMR條12a-l, 12a-2, 12a-3和12a-4經(jīng)由引線膜12a-6, 12a-7和12a-8串聯(lián)連接，且其中 引線膜12a-5和12a-9連接到GMR條12a-l到12a-4的串行連接結(jié)構(gòu)的兩端。 GMR條12a-l到12a-4形成在平行于基底11的總表面(overall surface)的 平坦表面上，其中GMR條的縱向方向平行于Y軸(垂直于X軸)。GMR條 12a-l, 12a-2， 12a-3和12a-4用非磁性膜llr-1, llr-2, llr-3和llr-4覆蓋。X軸GMR組件12a到12d形成在垂直于基底11的厚度方向的平坦表面 上。每一個(gè)X軸GMR組件12a到12d形成在基底11上的包括Si02的上氧 化膜(即，氧化硅膜)lli上，如圖3所示。在圖3中，側(cè)表面22a和22b——二者沿著形成X軸GMR組件12a的 GMR條12a-2的縱向——向著上部氧化膜lli相反地傾斜且每一個(gè)都形成為 半錐形的形狀。此處，自旋閥(spin-valve)膜SV包括自由層F和釘扎層P 以及間隔層S和封蓋層C (后兩者沒(méi)有在圖3中示出)。包括非磁性物質(zhì)的非磁性層llr-2形成在GMR條12a-2上。為了避免巨 磁致電阻元件的氧化，優(yōu)選使用特殊的金屬作為非磁性物質(zhì)，由此使得非磁 性層llr-2自身被氧化但是避免巨磁致電阻元件遭受侵蝕，例如，可以使用 諸如Ti, V, Cr, Nb, Mo， Hf, Ta, W， Re和Zn這才羊的才才沖十。也可以使 用表面上形成有鈍化膜或氧化膜的其它金屬?？紤]到》茲傳感器的特性，優(yōu)選 使用具有高電阻(resistance)的材料?？紤]到與半導(dǎo)體制造工藝的匹配，優(yōu) 選使用諸如鉭(Ta),鉻(Cr)和鈦(Ti)這樣的非磁性材料。這些形成在 非磁性層11r-2上的金屬可以與CVD氧化膜llo具有良好的附著性且在環(huán)境 因素方面也是優(yōu)選的。如圖2A所示，覆蓋相應(yīng)GMR條的周邊部分的每一個(gè)非磁性膜都經(jīng)歷 構(gòu)圖，使得它的周邊不會(huì)與與之毗連的其它非磁性膜、其它GMR條和除了 連接到相應(yīng)GMR條兩端的引線膜之外的其它引線膜相接觸。例如，覆蓋 GMR條12a-2周邊部分的非磁性膜llr-2被形成為與引線膜12a-6和12a-7 接觸，但是經(jīng)歷構(gòu)圖，以使得其周邊不會(huì)與其它GMR條12a-l、 12a-3和12a-4、 其它引線膜12a-5、 12a-8和12a-9以及其它非磁性膜llr-l、 11r-3和llr畫4接 觸。這使得可以使用具有高電阻和傳導(dǎo)性的非磁性金屬。此外，非磁性膜1 lr-l 到llr-4的周邊覆蓋上氧化膜lli的表面。由此，可以防止上氧化膜lli的活 性氧經(jīng)由GMR條12a-l到12a-4的周邊部分而被引入GMR條12a-l到12a-4。優(yōu)選的是，非磁性膜llr-2的厚度在50A到IOOA之間。當(dāng)厚度減少低 于50A時(shí)，非磁性膜llr-2不能被形成為完全覆蓋GMR條12a-2;這使得難 以防止活性氧被引入GMR條12a-2中。當(dāng)厚度增加高于IOOA時(shí)，非磁性膜 llr-2會(huì)對(duì)GMR條12a-2產(chǎn)生負(fù)面影響；因此并不期望增加厚度到高于100A。 就此而言，術(shù)語(yǔ)"非磁性"(或非磁)是指非磁性膜在沒(méi)有外部磁場(chǎng)的情況下 不被磁化，且它們難以對(duì)GMR條產(chǎn)生磁性的影響，由此用作磁傳感器，其 中非磁性材料指除了鐵磁材料和反鐵磁材料之外的材料。即，抗磁性 (diamagnetic )材:扦和順；茲性(paramagnetic)材津?？梢孕纬煞?茲性材泮牛。如圖3所示，CVD氧化膜llo形成在非i茲性膜llr-2上。CVD氧化膜。氮化膜lis包括具有5000A厚 度的諸如SiNx (例如Si3N4)膜這樣的硬質(zhì)材料。包括聚酰亞胺的聚合物膜 llp形成在氮化膜lls上。非磁性膜llr-2、 CVD氧化膜llo、氮化膜lis以及聚酰亞胺膜lip形成 用于GMR條12a-2的保護(hù)膜(或鈍化膜)。由于保護(hù)膜的存在，可以確保對(duì) 于GMR條12a-2的防水、耐熱和電絕緣。上述描述是關(guān)于GMR條12a-2給 出，而GMR條12a-2的構(gòu)造也可以用于其它GMR條12a-l ， 12a-3和12a-4 以及其它X軸GMR組件12b到12d，且保護(hù)膜的構(gòu)造也可以應(yīng)用到它們的 保護(hù)膜；因此，省略詳細(xì)的描述。參考圖IB和圖4B描述Yl軸GMR組件12e和Y2軸GMR組件12k 之間的關(guān)系。使用具有梯形截面形狀的凸起(或凸臺(tái))15而形成這些組件， 該凸起15使用上氧化膜lli來(lái)形成，其中每一個(gè)凸起15具有第一斜面15a 和第二斜面15b。具體地說(shuō)，Yl軸GMR組件12e的GMR條12e-l到12e-4 形成在凸起15的第一斜面15a上，而Y2軸GMR組件12k的GMR條12k-l 到12k-4形成在凸起15的第二斜面15b上。GMR條12e-l到12e-4和GMR 條12k-l到12k-4被布置為使得它們的縱向方向與凸起15的脊線平行。第一 斜面15a和第二斜面15b都具有相同的傾斜角e,該傾斜角相對(duì)于基底11的 平坦表面設(shè)定為20?！秂《60。范圍。此外，Yl軸GMR組件12e的每一個(gè)GMR條12e-l到12e-4都設(shè)置為 關(guān)于每一個(gè)凸起15與Y2軸GMR組件12k的每一個(gè)GMR條12k-l到12k-4 相對(duì)。而且，Yl軸GMR組件12e到12h的GMR條和Y2軸GMR組件12i 到121的GMR條被布置為使得它們的縱向方向平行于X軸(垂直于Y軸)。 非磁性膜也被形成為覆蓋Yl軸GMR組件12e的GMR條12e-l到12e-4和 Y2軸GMR組件12k的GMR條12k-l到12k-4。例如，圖5示出了形成在 GMR條12e-l上的非磁性膜llR-l。如圖5所示，用于設(shè)置Yl軸GMR組件12e到12h的第一斜面15a和 用于設(shè)置Y2軸GMR組件12i到121的第二斜面15b都是使用包括Si02膜 的上氧化膜lli形成的，該上氧化膜lli形成在基底11的平坦表面上。由此 Yl軸GMR組件12e到12h和Y2軸GMR組件12i到121形成在上氧化膜 lli上。圖5示出了形成在第一斜面15a上的GMR條12a-l,其中它的側(cè)表面 23a和23b向著上氧化膜lli傾斜，以便相對(duì)于上氧化膜lli形成半錐形形狀。 下側(cè)表面23b——其定位在第一斜面15a的下部區(qū)域中——與定位在第一斜 面15a的上部區(qū)域中的上側(cè)表面23a相比具有較小的傾斜度和較大的周邊。 在圖5中，自旋閥膜SV僅包括釘扎層P和自由層F,而不包括封蓋層C和 間隔層S。非磁性膜11R-1 (與非磁性膜11r-2相似，見(jiàn)圖3)形成在GMR條12e-l 上，其中CVD氧化膜llo、氮化膜lis和聚酰亞胺膜lip (用作保護(hù)膜)形 成在非磁性膜11R-1上。上述描述是關(guān)于Yl軸GMR組件12e的GMR條 12e-l給出，而GMR條12e-l的構(gòu)造也可以用于Yl軸GMR組件12e到12h 和Y2軸GMR組件12i到121的GMR條的其它GMR條，且保護(hù)膜的構(gòu)造 也可以應(yīng)用到覆蓋它們的其它保護(hù)膜；因此，省略詳細(xì)的描述。將參考圖2B和6對(duì)X軸GMR組件12a的GMR條12a-2進(jìn)行描述。 GMR條12a-2的構(gòu)造可以應(yīng)用到其它GMR條12a-l, 12a-3和12a-4;因此， 省略詳細(xì)的描述。此外，它還可以應(yīng)用到包括在其它X軸GMR組件12b到 12d, Yl軸GMR組件12e到12h以及Y2軸GMR組件12i到121中的其它 GMR條；因此，詳細(xì)的描述將被省略。如圖2B所示，X軸GMR組件12a的GMR條12a-2使用自旋閥膜SV 形成，該自旋閥膜SV的縱向方向垂直于X軸，換句話說(shuō)，其縱向方向平行 于Y軸。自旋閥膜SV連接到引線膜12a-6和12a-7,該引線膜12a-6和12a-7 形成在自旋閥膜SV的兩側(cè)且在下方。引線膜12a-6和12a-7每一個(gè)都包括 非磁性金屬膜(例如Cr),其厚度被設(shè)定為例如130nm(或1300A)。如圖6A所示，通過(guò)在基底11上依次層疊自由層(即自由磁性層)F、 包括Cu且厚度為2.8nm (28A)的導(dǎo)電間隔層(即導(dǎo)電層)、釘扎層(即固 定層或固定磁性層)P以及包括鉭(Ta)或鈦(Ti)且厚度為2.5nm ( 25A ) 的封蓋層C,從而形成自旋閥膜SV。自由層F的磁化方向基于外部磁場(chǎng)的方向變化，且包括8nm ( 80A )厚 的CoZrNb非晶磁性層12a-21,(其形成在基底11上)、3.3nm ( 33 A )厚的 NiFe磁性層12a-22 (其形成在CoZrNb非晶磁性層12a-21上)以及1.2nm (12A)厚的CoFe層12a-23 (其形成在NiFe磁性層12a-22上)。CoZrNb非晶磁性層12a-21、 NiFe磁性層12a-22以及CoFe層12a-23形成軟鐵》茲性薄膜。CoFe層12a-23避免NiFe層12a-22的Ni擴(kuò)散和形成間隔 層S的Cu層12a-24的Cu擴(kuò)散。釘扎層P包括3.211111 (32A)厚的第一 CoFe磁性層12a-25 (其形成在 Cu層12a-24上)、0.5nm ( 5A )厚的Ru層12a-26 (其形成在第一 CoFe磁 性層12a-25 )、 2.2nm ( 22A)厚的第二 CoFe磁性層12a-27 (其形成在Ru層 12a-26上)以及24nm ( 240A )厚的反鐵磁性層(其形成在第二 CoFe磁性 層12a-27上)，該反鐵磁性層包括Pt含量在45mol %到55mol %的PtMn合 金。有關(guān)自由層F和釘扎層P的各層的厚度、間隔層S的厚度以及封蓋層C 的厚度的上述值是相關(guān)于X軸GMR組件12a到12d而確定的。應(yīng)用到Y(jié)l 軸GMR組件12e到12h和Y2軸GMR組件12i到121的上述層的厚度降低 到X軸GMR組件12a到12d的上述層的厚度的70 %到80 % 。在圖2B中， 自旋閥層僅包括自由層F和釘扎層P而不包括間隔層S和封蓋層C。如圖6B所示，第二 CoFe磁性層12a-27以交換連接(switched connection ) 的方式村有反鐵磁性層12a-28，其中第二CoFe磁性層12a-27的磁化方向(磁 向量)沿負(fù)X軸方向固定(或釘扎)。第一CoFe磁性層12a-25與第二CoFe 磁性層12a-27以反鐵磁方式連接，其中第一 CoFe磁性層12a-25的磁化方向 是沿正X軸方向固定(或釘扎)的。即，釘扎層P的總磁化方向是由第一 CoFe磁性層12a-25和第二 CoFe磁性層12a-27決定的。如圖2A, 4A和6B所示，第一 X軸GMR組件12a的敏感方向(用于 感應(yīng)磁場(chǎng))平行于基底11的平坦表面且垂直于自由層F的磁化方向；即它 垂直于GMR條的縱向方向，且沿正X軸方向(在圖4A中由"al"代表)。與 第一 X軸GMR組件類似，第二 X軸GMR組件12b的^:感方向沿正X軸方 向(在圖4A中由"bl"指出)。因此，當(dāng)磁場(chǎng)沿al和b 1方向施加到三軸磁傳感器10時(shí)，第一 X軸GMR 組件12a和第二 X軸GMR組件12b的電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地降低。當(dāng)磁 場(chǎng)沿與al和bl方向相反的方向施加時(shí)，第一X軸GMR組件12a和第二X 軸GMR組件12b的電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地升高。如圖4A所示，第三X軸GMR組件12c和第四X軸GMR組件12d的 敏感方向垂直于GMR條的縱向方向；即，它們與第一X軸GMR組件12a 和第二 X軸GMR組件12b的敏感方向相反180。。即，第三X軸GMR組件12c和第四X軸GMR組件12d的磁化方向(或磁向量)沿負(fù)X軸方向(在 圖4A中由"cr，和"dl，，代表)；因此，第三X軸GMR組件12c和第四X軸 GMR組件12d的4丁扎層P的》茲化方向與第一 X軸GMR組件12a和第二 X 軸GMR組件12b的釘扎層P的磁化方向相反180°。因此，當(dāng)磁場(chǎng)沿cl和dl方向施加到三軸》茲傳感器10時(shí)，第三X軸GMR 組件12c和第四X軸GMR組件12d的電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地降低。當(dāng)磁 場(chǎng)沿與cl和dl方向相反的方向施加時(shí)，第三X軸GMR組件12c和第四X 軸GMR組件12d的電阻與^f茲場(chǎng)強(qiáng)度成比例地升高。如圖4B所示，Yl軸GMR組件12e和12f的敏感方向(由el和fl代 表，見(jiàn)圖4A)垂直于GMR條12e-l到12e-4和12f-l到12f-4的縱向方向并 沿凸起15的第一斜面15a (具有傾斜角e)位于負(fù)Z軸方向和正Y軸方向。因此，當(dāng)萬(wàn)茲場(chǎng)沿el和fl方向施加到三軸,茲傳感器10時(shí)，Yl軸GMR 組件12e和12f的電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地降低。當(dāng)磁場(chǎng)沿與e 1和f 1方向 相反的方向施加時(shí)，Y1軸GMR組件12e和12f的電阻響應(yīng)/f茲場(chǎng)強(qiáng)度而升高。如圖4C所示，Yl軸GMR組件12g和12h的每文感方向(由gl和hi代 表，見(jiàn)圖4A)垂直于GMR條12g-l到12g-4和12h-l到12h-4的縱向方向 并沿凸起15的第一斜面15a位于負(fù)Z軸方向和負(fù)Y軸方向。即，Y1軸GMR 組件12g和12h的敏感方向與Yl軸GMR組件12e和12f的敏感方向相反 180。。因此，當(dāng)磁場(chǎng)沿gl和hi方向施加到三軸磁傳感器10時(shí)，Yl軸GMR 組件12g和12g的電阻響應(yīng)》茲場(chǎng)強(qiáng)度而降^^。當(dāng)^茲場(chǎng)沿與gl和hl方向相反 的方向施加時(shí)，Yl軸GMR組件12g和12h的電阻響應(yīng)石茲場(chǎng)強(qiáng)度而升高。如圖4C所示，Y2軸GMR組件12i和12j的敏感方向(由il和jl代表) 垂直于GMR條12i-l到12i-4和12j-l到12j-4的縱向方向并沿凸起15的第 二斜面(具有傾斜角9)位于正Z軸方向和負(fù)Y軸方向。因此，當(dāng)石茲場(chǎng)沿il和jl方向施加到三軸f茲傳感器10時(shí)，Y2軸GMR 組件12i和12j的電阻與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地降低。當(dāng)石茲場(chǎng)沿與il和jl方向相 反的方向施加時(shí)，Y2軸GMR組件12i和12j的電阻與i茲場(chǎng)強(qiáng)度成比例地升 高■>如圖4B所示，Y2軸GMR組件12k和121的敏感方向(由kl和11代 表)垂直于GMR條12k-l到12k誦4和121-1到121-4的縱向方向并沿凸起1514的第二斜面15b位于正Z軸方向和正Y軸方向。即，Y2軸GMR組件12k 和121的敏感方向與Y2軸GMR組件12i和12j的敏感方向相反180。。因此，當(dāng)石茲場(chǎng)沿kl和11方向施加到三軸》茲傳感器10時(shí)，Y2軸GMR 組件12k和121的電阻與》茲場(chǎng)強(qiáng)度成比例地降低。當(dāng)》茲場(chǎng)沿與kl和11方向 相反的方向施加時(shí)，Y2軸GMR組件12k和121的電阻與；茲場(chǎng)強(qiáng)度成比例地 升高。接下來(lái)，參考圖7A到7C描述三軸磁傳感器10的操作，在這些圖中示 出了三個(gè)等效電路，包括三組以使用墊片的橋接形式連接的四個(gè)GMR組件。 此處，箭頭示出了 GMR組件12a和121的磁化方向，其中向上的箭頭示出 了相應(yīng)GMR組件的^T扎層P沿負(fù)Y軸方向4丁扎的石茲化方向。圖7A示出了 X軸GMR組件12a到12d (具有^:感方向al到dl)的等 效電路，所述電路使用墊片13a到13d以橋接形式相連。墊片13a和13b連 接到恒壓源14的正極和負(fù)極，并被施加電位Vxin+ (例如3V)和VxirT (例 如0V),由此墊片13c和13d產(chǎn)生電位Vxout+和Vxout—。由此，圖7A的等 效電路產(chǎn)生相應(yīng)于(Vxout+ - Vxout—)的電位差的傳感器輸出Vxout。圖7B示出了使用墊片13e到13h以橋接形式相連的Yl軸GMR組件 12e到12h (具有敏感方向el到hl )的等效電路。墊片13e和13f連接到恒 壓源14的正才及和負(fù)才及，并^皮施力口電^f立VylirT (例3口 3V)禾口 Vylin一 (例如 0V),由此墊片13g和13h產(chǎn)生電位Vylout+和Vylour。由此，圖7B的等 效電路產(chǎn)生相應(yīng)于(Vylouf - Vylout-)的電位差的傳感器輸出Vylout。圖7C示出了使用墊片13i到131以橋接形式相連的Y2軸GMR組件12i 到121 (具有敏感方向il到11)的等效電路。墊片13i和13j連接到恒壓源 14的正極和負(fù)極，并被施加電位Vy2in+ (例如3V )和Vy2irT (例如0V), 由此墊片13k和131產(chǎn)生電位Vy2out+和Vy2out-。由此，圖7C的等效電路 產(chǎn)生相應(yīng)于(Vy2out+ - Vy2our )的電位差的傳感器輸出Vy2out。施加到三軸磁傳感器10的磁場(chǎng)包括X軸分量Hx、 Y軸分量Hy和Z軸 分量Hz,這些分量是基于傳感器輸出Vxout、 Vylout、 Vy2out按照公式(1 )， (2)和(3)計(jì)算的。計(jì)算通過(guò)預(yù)制在基底11中的LSI電路或通過(guò)獨(dú)立連 接到三軸磁傳感器10的LSI芯片來(lái)執(zhí)行。/fx = 2fcx x Fxowf …(1)場(chǎng)一 ^V(f^loirf - &2ow/) (2) cos6>sin 6在公式(1)到(3 )中，0代表凸起15的斜面15a和15b的傾斜角，其 為20。<0<60°。此外，kx、 ky和kz代表常數(shù)，其中如果所有傳感器輸出 Vxout、 Vylout和Vy2out都是在相同靈每文度下產(chǎn)生的，貝'J kx = ky = kz。 2、制造方法接下來(lái)，將參考圖8A-8C, 9A-9C, 10A-10C, 11A-11C， 12A-12C, 13A-13C, 14A-14C， 15A-15C, 16A-16C， 17A-17C, 18A-18C, 19A-19C 和20A-20C對(duì)三軸磁傳感器10的制造方法進(jìn)行描述，其中每一個(gè)具有后綴 A的圖示出了通路(via),每一個(gè)具有后綴B的圖示出了墊片，以及每一個(gè) 具有后綴C的圖示出了 Yl軸GMR組件和Y2軸GMR組件。就此而言，優(yōu) 選的是基底11被制造為預(yù)先并入一些布線層或通過(guò)CMOS工藝預(yù)先并入 LSI電路。在三軸磁傳感器10的制造方法的第一步中，如圖8A到8C所示，層間 絕緣膜(包括旋涂玻璃(Spin On Glass )，即SOG) llb被施加到形成在基底 11上的布線層lla上。在制造方法的第二步中，如圖9A到9C所示，層間絕緣膜lib的一部 分相關(guān)于通路和墊片通過(guò)蝕刻而被移除，由此形成暴露出布線層lla的開口 11c和lld。在制造方法的第三步中，如圖10A到'10C所示，具有1500A厚度的氧 化膜lle(包括SiOx,例如Si02 )和具有5000A厚度的氮化膜lift包括SiNx， 例如Si3N4)通過(guò)等離子CVD形成在基底11的表面上方?？刮g劑被施加到 其上，然后基底11被以指定的構(gòu)圖切割，形成相關(guān)于通路和墊片的開口。在制造方法的第四步中，如圖IIA到IIC所示，在氮化膜llf在通路和 墊片上方的一部分通過(guò)蝕刻移除，然后抗蝕劑被移除，由此形成相關(guān)于通路 和墊片在氮化膜llf中暴露氧化膜lle的開口 llg和llh。在開口 llg和llh 的形成過(guò)程中，氧化膜lle并沒(méi)有被完全蝕刻，從而保留了它的指定部分， 其中開口 llg和llh的寬度(或直徑)小于開口 llc和lld的寬度(或直徑)。 這防止了層間絕緣膜llb經(jīng)由開口 llc和lld暴露，由此防止水進(jìn)入基底ll 的布線層和LSI電路。在制造方法的第五步中，如圖12A到12C所示，具有5pm厚度的上氧 化膜lli (包括SiOx,例如Si02)通過(guò)等離子CVD形成在氧化膜lie和氮 化膜llf上。接下來(lái)，抗蝕劑施加到上氧化膜lli上，以便形成抗蝕膜llj (見(jiàn)圖13A至13C),該抗蝕膜Uj具有5nm厚度并形成在上氧化膜lli上。 這稱為安裝表面形成步驟。在制造方法的第六步中，如圖13A到13C所示，以指定的構(gòu)圖切割抗 蝕膜llj,相關(guān)于通路和和墊片形成開口，且還以指定構(gòu)圖切割抗蝕膜來(lái)形 成凸起15，用于形成Yl軸GMR組件和Y2軸GMR組件。在切割完成之后， 對(duì)基底11進(jìn)行一到十分鐘150。C的熱處理。由此，如圖13A到13C所示， 抗蝕膜llj的每一個(gè)角部都形成為錐形。在制造方法的第七步中，如圖14A到14C所示，對(duì)上氧化膜lli和抗蝕 膜llj以相同的蝕刻速度進(jìn)行干式蝕刻，以使得上氧化膜lli的剩余厚度(蝕 刻后)最大設(shè)置為約0.5|im (或5000A)。就此而言，相關(guān)于通路和墊片， 上氧化膜lli的開口的寬度(或直徑)并不會(huì)變得大于氮化膜llf的開口的 寬度(或直徑)。在干式蝕刻完成之后，如圖14C所示，剩余的抗蝕膜llj被完全移除， 以形成凸起15,該凸起15包括相關(guān)于GMR組件的上氧化膜lli。在制造方法的第八步中，如圖15A到15C所示，抗蝕劑^皮施加到上氧 化膜lli上，然后以指定的構(gòu)圖切割，形成關(guān)于通i 各的開口；隨后，其被蝕 刻。然后，抗蝕劑(不受蝕刻影響仍然存在的)被完全移除，以便形成通路 中的開口 llk,由此如圖15A所示地暴露出布線層lla(即基底11的最上層)。 如圖15B所示，可以執(zhí)行蝕刻，使得氧化膜lle和上氧化模lli而仍然殘留 在與墊片關(guān)聯(lián)的布線層lla上方。替代地，可以以類似于如圖15A所示的通路來(lái)重新形成墊片，使得氧化 膜lle和上氧化膜lli同時(shí)移除，以便暴露與墊片關(guān)聯(lián)的布線層lla。在制造方法的第九步中，如圖16A到16C所示，包括Cr的引線膜llm (形成前述如圖2A所示的引線膜12a-5到12a-9 )通過(guò)諸如濺射(sputtering )、 真空蒸發(fā)(vacuum evaporation)和離子電鍍(ion plating)這樣的物理氣相 沉積(PVD)而形成在上氧化膜lli和布線層lla的一部分(暴露在通路中) 上?？刮g劑被施加到上氧化膜lli和引線膜llm上并以引線膜llm的指定構(gòu) 圖進(jìn)行切割；隨后，對(duì)引線膜llm進(jìn)行蝕刻。就此而言，在凸起15的斜面15a和15b上適當(dāng)?shù)貓?zhí)行蝕刻，然后執(zhí)行 熱處理，以通過(guò)熱處理對(duì)凸起15的截面形狀進(jìn)行再成形，由此形成錐形的 抗蝕劑。在蝕刻完成之后，仍剩余在上氧化膜lli上的抗蝕劑被完全移除。通過(guò)濺射，GMR多層膜lln (形成前述GMR組件12a到121)形成在 上氧化膜lli和引線膜llm的表面上。這被稱為磁致電阻元件形成步驟。在》茲致電阻元件形成步驟中，如圖6A所示，自由層F、厚度為2.8nm (即28A)且包括Cu的導(dǎo)電間隔層S、釘扎層P和厚度為2.5nm (即25A ) 且包括鉭(Ta)或鈦(Ti)的封蓋層C依次形成在基底11上，由此形成GMR 多層膜lln。通過(guò)在基底11上依次形成8nm (即80A)厚的CoZrNb非晶磁性層 12a-21 、 3.3nm ( 33A )厚的NiFe磁性層12a-22以及1.2nm ( 12A )厚的CoFe 層12a-23而形成自由層F。通過(guò)在間隔層S上依次形成3.2nm( 32A )厚的第一 CoFe磁性層12a-25、 0.5nm ( 5A)厚的Ru層12a-26、 2,2nm ( 22A)厚的第二 CoFe磁性層12a-27、 以及24nm ( 240A )厚的反鐵磁性層而形成釘扎層P,其中所述反鐵-茲性層 包括Pt含量在45mol %到55mol %之間的PtMn合金。永^磁體陣列16 (見(jiàn)圖22 )定位為靠近具有GMR多層膜lln的基底11， 以便執(zhí)行磁化熱處理(即釘扎)，由此固定釘扎層P的磁化方向。這被稱為 石茲化熱處理步驟?？刮g劑以適當(dāng)?shù)暮穸取缭诨?1的平坦表面上2pm的厚度—— 施加到GMR多層膜lln的表面；然后，掩模被施加到抗蝕劑的表面，然后 對(duì)其進(jìn)行灼燒(burning)和顯影以便移除不需要的抗蝕劑，由此形成具有與 GMR多層膜lln匹配的構(gòu)圖的抗蝕膜。此時(shí)，蝕刻被適當(dāng)?shù)貓?zhí)行，以便對(duì) 錐形的凸起15的截面形狀再成形。然后，GMR多層膜lln不受抗蝕劑保護(hù) 的指定部分通過(guò)離子銑削去除，由此形成指定形狀的GMR多層膜lln (例 如，如圖2A所示的薄帶狀)。由于離子銑削，GMR多層膜lln彼此隔絕， 以便形成GMR多層膜lln的暴露表面(形成前述GMR條)，例如，圖3中 所示的側(cè)表面22a和22b,以及圖5中所示的側(cè)表面23a和23b。離子銑削 執(zhí)行為使得GMR多層膜lln和引線膜llm仍然與通路相關(guān)聯(lián)地殘留下來(lái)， 由此防止位于通路邊緣的引線膜11m的指定部分破裂。接下來(lái)，抗蝕膜被移除，以便形成覆蓋氧化膜lle、上氧化膜lli、引線膜llm以及暴露的GMR多層膜lln的保護(hù)膜。在制造方法的第十步中，如圖17A到17C所示，包括諸如鉭(Ta)這 樣的非磁性金屬的非磁性膜llr(形成前述非磁性膜llr-l到11r-4和11R-1 ) 形成在GMR多層膜lln的表面上。這稱為非磁性膜形成步驟。具體地說(shuō)， 它們通過(guò)濺射在充滿惰性氣體(包括氮、氬等等)的腔室中形成，以使得它 們的厚度范圍為50A到100A。然后，執(zhí)行蝕刻，以使得非磁性膜llr獨(dú)立 地覆蓋GMR多層膜lln。這被稱為構(gòu)圖步驟。GMR多層膜lln的各層(例如，特別是自由層F)的材料很容易被氧化。 然而，本實(shí)施例的制造方法設(shè)計(jì)為使得腔室中不填充氧氣，而是充有惰性氣 體，以便通過(guò)濺射形成非磁性膜llr;因此，可以防止GMR多層膜lln的表 面吸收氧并使用非磁性膜llr獨(dú)立地覆蓋GMR多層膜lln。就此而言，除了 真空蒸發(fā)、激光磨削以及濺射之外還可以通過(guò)各種PVD方法形成非磁性膜 llr。在制造方法的第十一步中，如圖18A到18C所示，具有1500A厚度的 CVD氧化膜llo (包括SiOx，例如Si02)通過(guò)等離子CVD形成，以覆蓋非 /磁性膜llr。具體地說(shuō)，基底11被放置在腔室中并在250。C下加熱；然后， 腔室充入活性氣體，以便通過(guò)增加等離子能而激活(activate)材料，由此加 速氣體反應(yīng)。在制造方法的第十二步中，如圖19A到19C所示，具有5000A厚度的 氮化膜lis (包括SiNx，例如Si3N4)通過(guò)等離子CVD形成在CVD氧化膜 llo上。具體地說(shuō)，類似于CVD氧化膜llo的形成，基底ll被放置在腔室 中并在250。C下加熱；然后，腔室充入活性氣體，以便通過(guò)增加等離子能而 激活材料，由此加速氣體反應(yīng)。在制造方法的第十三步中，如圖20A到20C所示，聚酰亞胺膜lip形 成在氮化膜lis上。由此，非磁性膜llr、 CVD氧化膜llo、氮化膜lis以 及聚酰亞胺膜lip依次形成，以便形成覆蓋GMR多層膜lln的保護(hù)膜。聚酰亞胺膜lip的指定部分相關(guān)于墊片被遮蔽；然后，在布線層lla上 的氧化膜lle、 CVD氧化膜llo以及氮化膜lls相關(guān)于墊片通過(guò)蝕刻而被移 除，由此墊片被暴露。由此，相應(yīng)于布線層lla的暴露部分的電極墊片被形 成在基底ll中，然后對(duì)基底ll進(jìn)行切割。由此完成圖IA所示的三軸磁傳 感器10的制造。保護(hù)膜和電極墊的形成不必一定通過(guò)上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)。例如，本實(shí)施例可以如此修改在形成CVD氧化膜llo和氮化膜lis之后，CVD氧化膜llo 和氮化膜lls相關(guān)于墊片通過(guò)蝕刻而被部分地移除，以使得布線層lla相關(guān) 于墊片部分地暴露。接下來(lái)，聚酰亞胺膜llp形成在CVD氧化膜llo、氮化 膜lls和布線層lla上，以便形成保護(hù)膜。最后，聚酰亞胺膜llp被部分地 移除，以便再次相關(guān)于墊片暴露出布線層lla;由此，布線層lla的暴露部 分用作電極墊。接下來(lái)，參考圖21和22對(duì)磁化熱處理(或釘扎)進(jìn)行描述，其中圖21 示出了具有五個(gè)永》茲體條16a到16e的》茲體陣列16。石茲體陣列16布置為靠 近基底11的背側(cè)(其與形成GMR多層膜lln的表面相反)。然后，基底11 和磁體陣列16在真空條件下以在260。C到290。C范圍的指定溫度加熱并持續(xù) 四個(gè)小時(shí)。在上文中，磁體陣列16包括五個(gè)永^磁體條16a到16e,其以格子的方式 以不同的極性布置。在;茲體陣列16中，下端被,茲化為S極的永磁體條16a 定位為大致接近基底11的中心，而永磁體條16b到16e (其下端被磁化為N 極)定位在基底11的周邊區(qū)域。由于上述定位，磁場(chǎng)H (見(jiàn)圖21中的虛線箭頭)被形成為使得以卯。 直角交叉的;茲力線從永磁體條16a(具有N極)指向永磁體條16b到16e (每 一個(gè)都具有S極)。由此，磁場(chǎng)H被形成為使得它的磁力由于永磁體條16a 的N極而4氐達(dá)前述GMR組件(例如，如圖21所示的X軸GMR組件12a 到12d)。使用磁場(chǎng)H，基底11和磁體陣列16在真空條件下以260。C到290。C范 圍的指定溫度加熱并持續(xù)四個(gè)小時(shí)；由此，如圖6B所示，與》茲場(chǎng)H相反的 第二 CoFe磁性層12a-27的磁化方向以與反鐵磁膜28的磁化方向交換連接 的方式排布和固定。由于與第二CoFe磁性層12a-27的反鐵磁性連接，第一 CoFe磁性層12a-25被固定為匹配磁場(chǎng)H的磁化方向。就此而言，在》茲化熱處理中，第一CoFe磁性層12a-25的磁化方向可以 -故固定為與磁場(chǎng)H的》茲化方向匹配。結(jié)果，X軸GMR組件12a和12b中包括的4丁扎層P的；茲化方向每一個(gè) 都沿正X軸方向固定，即圖4A所示的al和M方向，而X軸GMR組件12c 和12d中包括的釘扎層P的磁化方向每一個(gè)都沿負(fù)X軸方向固定，即圖4A所示的Cl和dl方向。Yl軸GMR組件12e和12f中包括的釘扎層P的磁化方向每一個(gè)都沿凸 起15的第一斜面15a被固定在正Y軸方向，即圖4A中所示的方向el和fl, 而Yl軸GMR組件12g和12h中包括的釘扎層P的磁化方向每一個(gè)都沿凸 起15的第一斜面15a被固定在負(fù)Y軸方向，即圖4A中所示的方向gl和hl。Y2軸GMR組件12i和12j中包括的釘扎層P的磁化方向每一個(gè)都沿凸 起15的第二斜面15b被固定在負(fù)Y軸方向，即圖4A中所示的方向il和jl, 而Y2軸GMR組件12k和121中包括的釘扎層P的磁化方向每一個(gè)都沿凸 起15的第二斜面15b被固定在正Y軸方向，即圖4A中所示的方向kl和ll。已經(jīng)進(jìn)行試驗(yàn)以關(guān)于X軸GMR組件、Yl軸GMR組件和Y2軸GMR 組件的磁滯特性對(duì)本實(shí)施例和常規(guī)技術(shù)進(jìn)行比較，在本實(shí)施例中非磁性膜被 形成為在GMR組件和CVD氧化膜之間覆蓋GMR組件，而在常規(guī)4支術(shù)中 CVD氧化膜被直接形成在GMR組件上。此處，通過(guò)濺射形成非磁性膜進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)，其中腔室充有諸如氬(Ar)這樣的惰性氣體而鉭(Ta)被用作標(biāo)靶。圖23和24示出了 GMR組件的磁滯特性，其中水平軸線表示磁滯(pT), 以及垂直軸表示百分比(％),即在與GMR組件有關(guān)的一百個(gè)試樣中的被測(cè) 試樣的數(shù)量。此處，磁滯表示在改變外部磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)輸出為零時(shí)，磁滯曲線 上的正極和負(fù)極之間的強(qiáng)度差。圖24示出了磁滯的公知常規(guī)分布，其中關(guān)于X軸GMR組件、Yl軸 GMR組件和Y2軸GMR組件、大致關(guān)聯(lián)于3.5|aT到4.0pT之間范圍的石茲滯 值，試樣的百分比大致在10°/。到11%之間的范圍。這個(gè)分布比較分散 (dispersion),其可以分布在0.5|aT和13)_iT之間的范圍內(nèi)。在公知常規(guī)技術(shù)中，CVD氧化膜直接形成在GMR組件上；因此，在 CVD氧化膜的形成過(guò)程中，GMR組件可能吸收被腔室中的等離子激活的氧， 由此被氧化，由此增大磁滯并使得磁滯分散。圖23示出了根據(jù)本實(shí)施例的磁滯的分布，其中對(duì)于磁滯值0.5^T的與 GMR組件的數(shù)量有關(guān)的百分比集中在70%到85%。此外，磁滯的峰值的范 圍在0.5(aT到4.0taT之間；因此，與公知常規(guī)技術(shù)相比，本實(shí)施例可以產(chǎn)生 相對(duì)較小的分散。因?yàn)楸緦?shí)施例被設(shè)計(jì)為使得覆蓋GMR組件的非磁性膜相關(guān)于CVD氧 化膜形成，它可以防止GMR組件吸收腔室中由于非》茲性膜的形成而#皮激活的氧。如上所述，三軸磁傳感器IO被設(shè)計(jì)為，在保護(hù)GMR組件的保護(hù)膜的形成過(guò)程中，在形成CVD氧化膜之前通過(guò)濺射形成覆蓋GMR組件的非磁性 膜，由此，GMR條可以在充有惰性氣體的腔室中覆敷保護(hù)膜。然后，CVD氧化膜通過(guò)等離子CVD形成在非磁性膜上，其中可以通過(guò) 非磁性膜保護(hù)GMR組件不受在氧被等離子激活的氣氛中形成CVD氧化膜 過(guò)程的影響。由此，特別是可以防止GMR條中的自由層F由于吸收在GMR 組件表面上的活性氧而被氧化。由此可以避免自由層F的弱i茲特性的退化； 因此，可以產(chǎn)生具有優(yōu)良的磁滯特性的三軸磁傳感器10。特別地，GMR條的側(cè)面23b——其沿著凸起15的第一斜面15a (或第 二斜面15b)的縱向方向形成——可能比側(cè)面23a更寬；因此，它們會(huì)容易 地吸收氧。為了解決這個(gè)缺陷，本實(shí)施例設(shè)計(jì)為可以可靠地保護(hù)GMR條不 受氧化。由于在三軸;茲傳感器10中GMR組件被形成在凸起15的斜面15a和15b 以及基底11的平坦表面上，該三軸磁傳感器IO被設(shè)計(jì)為可以檢測(cè)相互交叉 的不同磁分量，所以可以檢測(cè)兩軸方向和三軸方向的磁場(chǎng)。本實(shí)施例被設(shè)計(jì)為可以進(jìn)行構(gòu)圖，其中GMR條覆蓋有非磁性膜，然而 構(gòu)圖可以被執(zhí)行為通過(guò)非磁性膜僅僅保護(hù)自由層F的周邊部分。這防止由于 自由層F被氧化而導(dǎo)致弱磁特性的退化，由此改善了三軸磁傳感器10的特 性。本實(shí)施例被設(shè)計(jì)為使得Yl軸GMR組件和Y2軸GMR組件形成在凸起 15的斜面15a和15b上；但是并不局限于此。本發(fā)明僅僅需要它們形成在沿 不同方向傾斜的斜面上；因此，它們每一個(gè)都可以形成在不同的凸起上。本實(shí)施例針對(duì)三軸》茲傳感器10，其中GMR組件形成在平坦表面以及相 對(duì)于凸起15相異地傾斜的斜面15a和15b上；然而并不局限于此；因此， 它可以應(yīng)用到用于^^測(cè)單軸方向和兩軸方向^f茲場(chǎng)的任意類型的》茲傳感器。在本實(shí)施例中，GMR組件被形成在上氧化膜lli上；但是并不局限于此。 即，可以在上氧化膜lli和GMR組件之間形成包括SiNx(例如Si3N4)的氮 化膜。在本實(shí)施例中，在CVD氧化膜llo (包括Si02膜)以及氮化膜lis (包 括SbN4)形成之后，聚酰亞胺膜llp形成在非磁性膜llr的上方；但是并不22局限于此。例如，可以不形成CVD氧化膜llo以及氮化膜lis而僅〗又形成 聚酰亞胺膜llp。本實(shí)施例針對(duì)SAF結(jié)構(gòu)的GMR組件，其中Ru層被夾在兩個(gè)CoFe磁 性層之間，形成釘扎層P;但是并不局限于此。例如本實(shí)施例可以應(yīng)用于在 一些釘扎層中不包括Ru層的任意類型的GMR組件。此外，還可以應(yīng)用到 使用隧道磁致電阻元件(TMR元件)的任意類型的磁傳感器中。最后，本發(fā)明不必受限于本實(shí)施例，該實(shí)施例可以在所附權(quán)利要求限定 的本發(fā)明的范圍之內(nèi)以大量方式進(jìn)行進(jìn)一步修改。
權(quán)利要求
1、一種磁傳感器，包括基底；氧化硅膜，形成在所述基底上，以便形成平坦表面和斜面；多個(gè)磁致電阻元件，每個(gè)磁致電阻元件都通過(guò)在所述基底上層疊自由層、導(dǎo)電層和釘扎層而形成；多個(gè)引線膜，形成為串行連接所述多個(gè)磁致電阻元件；化學(xué)氣相沉積氧化膜，用于覆蓋所述多個(gè)磁致電阻元件；和非磁性膜，形成在所述磁致電阻元件和所述化學(xué)氣相沉積氧化膜之間，以便相對(duì)于每個(gè)磁致電阻元件覆蓋所述自由層的周邊。
2、 如權(quán)利要求1所述的》茲傳感器，其中，所述;茲致電阻元件形成在所 述基底的平坦表面和斜面上。
3、 一種磁傳感器的制造方法，包括下列步驟 通過(guò)形成在基底上的氧化硅膜形成平坦表面和斜面；形成多個(gè)磁致電阻元件，每個(gè)磁致電阻元件都通過(guò)在所述基底上層疊自由層、導(dǎo)電層和釘扎層而形成；形成多個(gè)引線膜，用于串行連接所述多個(gè)磁致電阻元件；通過(guò)化學(xué)氣相沉積形成覆蓋所述多個(gè)磁致電阻元件的化學(xué)氣相沉積氧化膜；形成定位在所述磁致電阻元件和所述化學(xué)氣相沉積氧化膜之間的非磁 性膜；以及對(duì)非磁性膜構(gòu)圖，以便相對(duì)于每個(gè)磁致電阻元件覆蓋所述自由層的周邊；
4、 如權(quán)利要求3所述的-茲傳感器的制造方法，其中，所述非^磁性膜通 過(guò)濺射形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁傳感器及其制造方法，該磁傳感器用于檢測(cè)兩軸方向或三軸方向磁場(chǎng)，其包括基底；氧化硅膜，形成在基底上，以便形成平坦表面和斜面；多個(gè)磁致電阻元件，每個(gè)磁致電阻元件都通過(guò)在基底上層疊自由層、導(dǎo)電層和釘扎層而形成；多個(gè)引線膜，形成為串行連接多個(gè)磁致電阻元件；CVD氧化膜，用于覆蓋多個(gè)磁致電阻元件；和非磁性膜，形成在磁致電阻元件和CVD氧化膜之間，以便相對(duì)于每個(gè)磁致電阻元件覆蓋自由層的周邊。由此，可以使磁傳感器包括具有優(yōu)秀磁滯特性的磁致電阻元件。
文檔編號(hào)H01L43/08GK101325211SQ200810125930
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者相曾功吉 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社