特許 6649372 シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジおよび製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6649372

(24)【登録日】2020年1月20日

(45)【発行日】2020年2月19日

(54)【発明の名称】シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジおよび製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/09 20060101AFI20200210BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20200210BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20200210BHJP

   H01L 43/12 20060101ALI20200210BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/09

   G01R33/02 V

   H01L43/08 Z

   H01L43/12

【請求項の数】15

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-516713(P2017-516713)

(86)(22)【出願日】2015年9月25日

(65)【公表番号】特表2017-534855(P2017-534855A)

(43)【公表日】2017年11月24日

(86)【国際出願番号】CN2015090721

(87)【国際公開番号】WO2016045614

(87)【国際公開日】20160331

【審査請求日】2018年9月3日

(31)【優先権主張番号】201410508055.3

(32)【優先日】2014年9月28日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】514116947

【氏名又は名称】江▲蘇▼多▲維▼科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＭＵＬＴＩＤＩＭＥＮＳＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002103

【氏名又は名称】特許業務法人にじいろ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ディーク、ジェイムズ ゲザ

(72)【発明者】

【氏名】ゾウ、ジミン

【審査官】 青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０８９９７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５２２６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０６１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５１６０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６３４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６３２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９０３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３０９８２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５２４７２７８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

Ｈ０１Ｌ ４３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ−Ｙ平面上の基板と、
Ｘ軸およびＹ軸に平行な側面を有する複数の軟磁性フラックスコンセントレータを有する軟磁性フラックスコンセントレータアレイと、前記軟磁性フラックスコンセントレータの４つの隅を左上の位置から時計回りに順番にＡ、Ｂ、ＣおよびＤと称する、
前記軟磁性フラックスコンセントレータの複数の間隙それぞれに配置される複数の磁気抵抗センシングユニットを有する、前記基板上の磁気抵抗センシングユニットアレイとを具備し、
前記磁気抵抗センシングユニットのうち、前記軟磁性フラックスコンセントレータの隅Ａおよび隅Ｃに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットであり、
前記磁気抵抗センシングユニットのうち、前記軟磁性フラックスコンセントレータの隅Ｂおよび隅Ｄに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プル型磁気抵抗センシングユニットであり、
前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの全ては、１以上のプッシュアームに電気的に相互接続され、
前記プル型磁気抵抗センシングユニットの全ては、１以上のプルアームに電気的に相互接続され、
前記１以上のプッシュアームと前記１以上のプルアームとは電気的に相互接続され、プッシュプルセンサブリッジを構成し、
前記磁気抵抗センシングユニットアレイの各列および各行はそれぞれ前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットと前記プル型磁気抵抗センシングユニットとが交互に配列されて構成される、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項2】

Ｘ−Ｙ平面上の基板と、
Ｘ軸およびＹ軸に平行な側面を有する複数の軟磁性フラックスコンセントレータを有する軟磁性フラックスコンセントレータアレイと、前記軟磁性フラックスコンセントレータの４つの隅を左上の位置から時計回りに順番にＡ、Ｂ、ＣおよびＤと称する、
前記軟磁性フラックスコンセントレータの複数の間隙それぞれに配置される複数の磁気抵抗センシングユニットを有する、前記基板上の磁気抵抗センシングユニットアレイとを具備し、
前記磁気抵抗センシングユニットのうち、前記軟磁性フラックスコンセントレータの隅Ａおよび隅Ｃに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットであり、
前記磁気抵抗センシングユニットのうち、前記軟磁性フラックスコンセントレータの隅Ｂおよび隅Ｄに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プル型磁気抵抗センシングユニットであり、
前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの全ては、１以上のプッシュアームに電気的に相互接続され、
前記プル型磁気抵抗センシングユニットの全ては、１以上のプルアームに電気的に相互接続され、
前記１以上のプッシュアームと前記１以上のプルアームとは電気的に相互接続され、プッシュプルセンサブリッジを構成し、
前記磁気抵抗センシングユニットアレイの各列は、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットと前記プル型磁気抵抗センシングユニットとが交互に配列されて構成され、且つ、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットだけで構成された行と、前記プル型磁気抵抗センシングユニットだけで構成された行とが交互に配列される、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項3】

Ｘ−Ｙ平面上の基板と、
Ｘ軸およびＹ軸に平行な側面を有する複数の軟磁性フラックスコンセントレータを有する軟磁性フラックスコンセントレータアレイと、前記軟磁性フラックスコンセントレータの４つの隅を左上の位置から時計回りに順番にＡ、Ｂ、ＣおよびＤと称する、
前記軟磁性フラックスコンセントレータの複数の間隙それぞれに配置される複数の磁気抵抗センシングユニットを有する、前記基板上の磁気抵抗センシングユニットアレイとを具備し、
前記磁気抵抗センシングユニットのうち、前記軟磁性フラックスコンセントレータの隅Ａおよび隅Ｃに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットであり、
前記磁気抵抗センシングユニットのうち、前記軟磁性フラックスコンセントレータの隅Ｂおよび隅Ｄに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プル型磁気抵抗センシングユニットであり、
前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの全ては、１以上のプッシュアームに電気的に相互接続され、
前記プル型磁気抵抗センシングユニットの全ては、１以上のプルアームに電気的に相互接続され、
前記１以上のプッシュアームと前記１以上のプルアームとは電気的に相互接続され、プッシュプルセンサブリッジを構成し、
前記磁気抵抗センシングユニットアレイの各行は、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットと前記プル型磁気抵抗センシングユニットとが交互に配列されて構成され、且つ、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットだけで構成された列と、前記プル型磁気抵抗センシングユニットだけで構成された列とが交互に配列される、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項4】

前記磁気抵抗センシングユニットは、ＧＭＲスピンバルブまたはＴＭＲセンシングユニットであり、
外部磁界が存在しない場合、前記全ての磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の磁化方向はＹ軸方向に平行であり、前記全ての磁気抵抗センシングユニットの自由層の磁化方向はＸ軸方向に平行である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項5】

前記軟磁性フラックスコンセントレータアレイは、複数の第１の軟磁性フラックスコンセントレータと複数の第２の軟磁性フラックスコンセントレータとを有し、
前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータおよび前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータは、Ｙ軸方向に平行な列とＸ軸方向に平行な行とに配列され、
前記軟磁性フラックスコンセントレータのＹ軸方向の長さをＬｙ、Ｘ軸方向の長さをＬｘと表記し、前記第１、第２の軟磁性フラックスコンセントレータの前記Ｙ軸方向に関する間隙はｙｇａｐと表記し、前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータの列が前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータの列に対して前記Ｙ軸方向に沿って（Ｌｙ＋ｙｇａｐ）／２の距離だけずれている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項6】

前記磁気抵抗センシングユニットアレイの行方向は前記Ｘ軸方向に平行であり、前記磁気抵抗センシングユニットアレイの列方向は前記Ｙ軸方向に平行であり、前記磁気抵抗センシングユニットアレイの列は前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータの列と前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータの列の間隙の中心に配置され、
前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットは前記第１、第２の軟磁性フラックスコンセントレータの隅の位置Ａ、Ｃに対応し、前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータは前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータに対して正のＹ軸方向にずれており、前記プル型磁気抵抗センシングユニットは前記第１、第２の軟磁性フラックスコンセントレータの隅の位置Ｂ、Ｄに同時に対応し、前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータは、前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータに対して負のＹ軸方向にずれている、請求項５に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項7】

プッシュプル磁界センサブリッジのバイアス電圧、接地および信号出力端は、前記基板の上部のボンディングパッドに電気的に相互接続され、又はＴＳＶにより前記基板の底部のボンディングパッドに接続される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項8】

外部磁界が存在しない場合、前記磁気抵抗センシングユニットは、永久磁石バイアス、二重交換相互作用および形状異方性のうちの少なくとも１つにより、前記磁気抵抗センシングユニットの磁気自由層の磁化方向を、前記磁気抵抗センシングユニットの磁気ピンニング層の磁化方向に対して垂直にさせる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項9】

前記プッシュアーム上の磁気抵抗センシングユニットの数と、前記プルアーム上の磁気抵抗センシングユニットの数は同一である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項10】

前記プッシュアーム上の磁気抵抗センシングユニットおよび前記プルアーム上の磁気抵抗センシングユニットの自由層の、それぞれのピンニング層の磁化方向に対する回転角度は、振幅が同じであり、方向が反対である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項11】

前記プッシュアームおよび前記プルアームはフルブリッジ、ハーフブリッジまたは擬似ブリッジを構成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項12】

前記基板は、ガラスまたはシリコンウエハからなり、前記基板は、ＡＳＩＣチップを有し、又は前記基板は別のＡＳＩＣチップに接続される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項13】

前記軟磁性フラックスコンセントレータは、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）およびコバルト（Ｃｏ）の元素のうちの１以上を有する合金軟磁性材料である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項14】

テストコイルをさらに備え、前記テストコイルは、前記磁気抵抗センシングユニットの直上または直下にそれぞれ配置され、前記テストコイルの電流の方向は前記Ｙ軸方向に平行であり、検査中は前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよび前記プル型磁気抵抗センシングユニットにそれぞれ対応する前記テストコイルを流れる電流は、方向が反対であり、絶対値は同じである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【請求項15】

リセットコイルをさらに備え、前記リセットコイルは、前記磁気抵抗センシングユニットの直上または直下に配置され、前記リセットコイルの電流の方向は前記Ｘ軸方向に平行であり、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよび前記プル型磁気抵抗センシングユニットにそれぞれ対応する前記リセットコイルを流れる電流は絶対値が同じであり、方向も同じである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサの分野、特に、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

２軸および３軸の磁気コンパスチップを設計する過程で、Ｘ軸の磁気センサとＹ軸の磁気センサを同時に利用する必要がある。通常、磁気抵抗センシングユニットは、単一の磁界感度軸を有し、例えば、Ｘ軸方向に磁気感度軸を有する。Ｙ軸方向に磁気感度軸を設けるためには、Ｘ軸方向の磁界センシングユニットを９０度回転させ、それによりＹ軸方向の磁界センシングユニットを得ることが一般的である。次に、Ｘ軸およびＹ軸の磁気抵抗センサの磁界感度を改善するために、概して、プッシュプルブリッジが用いられるが、プッシュアームとプルアームは別々の方法で、すなわち、プッシュアームおよびプルアームのうちの一方を、もう一方に対して１８０度回転させることで、製造される。このように、プッシュアームとプルアームのピンニング層の磁化方向は反対方向である一方、自由層の磁化方向は同じである。例えば、図２Ａは、プッシュアームチップとプルアームチップがワイヤボンドを利用して接続されているような、ワイヤボンディングタイプのピンニング層を有する磁気抵抗センシングユニットの磁化状態の概略図である。

【0003】

先に提示したＹ軸の磁気抵抗センサは、主に以下の問題を有する。

【0004】

１） Ｘ軸およびＹ軸の磁気抵抗センサが同一平面に同時に製造されるとき、Ｘ軸およびＹ軸の磁気抵抗センサは双方ともディスクリート素子であるため、集積製造することは不可能である。これにより、製造過程の複雑性が増すことで、２軸または３軸のセンサの測定精度に影響を与える。

【0005】

２） プッシュアームおよびプルアームは、同一チップに集積できないため、過程の複雑性が増し、センサの測定精度に影響を与えるディスクリートチップをワイヤボンドを利用して接続させる必要がある。

【発明の概要】

【0006】

先に挙げた既存の問題を解決するために、本発明は、負のＸ軸方向およびＸ軸方向の磁界成分を得るため、Ｙ磁界の方向を歪めるフラックスコンセントレータを利用した、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジおよびその製造方法を提示する。このように、全ての磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の磁化方向は同じであり、プッシュアームおよびプルアームは、反対方向への自由層の偏向により実現される。図２Ａは、このような差動自由層タイプの磁気抵抗ユニットの磁化状態の概略図である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジは、
Ｘ−Ｙ平面上の基板と、
スタガード状に配列される、Ｘ軸およびＹ軸に平行な側面を有する複数の軟磁性フラックスコンセントレータを有するスタガード型軟磁性フラックスコンセントレータアレイと、前記軟磁性フラックスコンセントレータの４つの隅を左上の位置から時計回りに順番にＡ、Ｂ、ＣおよびＤと称する、
前記軟磁性フラックスコンセントレータの複数の間隙それぞれに配置される複数の磁気抵抗センシングユニットを有する、前記基板上の磁気抵抗センシングユニットアレイとを具備し、
前記磁気抵抗センシングユニットのうち、前記軟磁性フラックスコンセントレータの隅Ａおよび隅Ｃに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットであり、
前記磁気抵抗センシングユニットのうち、前記軟磁性フラックスコンセントレータの隅Ｂおよび隅Ｄに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プル型磁気抵抗センシングユニットであり、
前記全てのプッシュ型磁気抵抗センシングユニットは、１以上のプッシュアームに電気的に相互接続され、
前記全てのプル型磁気抵抗センシングユニットは、１以上のプルアームに電気的に相互接続され、
前記全てのプッシュアームと前記全てのプルアームは電気的に相互接続され、プッシュプルセンサブリッジを構成する。

【0008】

好ましくは、前記磁気抵抗センシングユニットは、ＧＭＲスピンバルブまたはＴＭＲセンシングユニットであり、
外部磁界が存在しない場合、前記全ての磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の磁化方向はＹ軸方向に平行であり、前記全ての磁気抵抗センシングユニットの自由層の磁化方向はＸ軸方向に平行である。

【0009】

好ましくは、前記スタガード型軟磁性フラックスコンセントレータアレイは、第１の軟磁性フラックスコンセントレータと第２の軟磁性フラックスコンセントレータとを有し、
前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータおよび前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータは、Ｙ軸方向に平行な列とＸ軸方向に平行な行とに配列され、
前記軟磁性フラックスコンセントレータのＹ軸方向の長さをＬｙ、Ｘ軸方向の長さをＬｘと表記し、前記第１、第２の軟磁性フラックスコンセントレータの前記Ｙ軸方向に関する間隙はｙｇａｐと表記し、前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータの列が前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータの列に対して前記Ｙ軸方向に沿って（Ｌｙ＋ｙｇａｐ）／２の距離だけずれている。

【0010】

好ましくは、前記磁気抵抗センシングユニットアレイの行方向は前記Ｘ軸方向に平行であり、前記磁気抵抗センシングユニットアレイの列方向は前記Ｙ軸方向に平行であり、前記磁気抵抗センシングユニットアレイの列は前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータの列と前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータの列の間隙の中心に配置され、
前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットは前記第１、第２の軟磁性フラックスコンセントレータの隅の位置Ａ、Ｃに対応し、前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータは前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータに対して正のＹ軸方向にずれており、前記プル型磁気抵抗センシングユニットは前記第１、第２の軟磁性フラックスコンセントレータの隅の位置Ｂ、Ｄに同時に対応し、前記第２の軟磁性フラックスコンセントレータは、前記第１の軟磁性フラックスコンセントレータに対して負のＹ軸方向にずれている。

【0011】

好ましくは、前記磁気センシングユニットアレイの各列および各行はそれぞれ前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットと前記プル型磁気抵抗センシングユニットの交互配列により形成される。

【0012】

好ましくは、前記磁気抵抗センシングユニットアレイの各列は、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットと前記プル型磁気抵抗センシングユニットとの交互配列を有し、
前記磁気抵抗センシングユニットアレイは、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの行と前記プル型磁気抵抗センシングユニットの行との交互配列を有し、
前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの行は、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットにより形成され、
前記プル型磁気抵抗センシングユニットの行は、前記プル型磁気抵抗センシングユニットにより形成される。

【0013】

好ましくは、前記磁気抵抗センシングユニットアレイの各行は、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットと前記プル型磁気抵抗センシングユニットとの交互配列を有し、
前記磁気抵抗センシングユニットアレイの列は、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの列と前記プル型磁気抵抗センシングユニットの列との交互配列を有し、
前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの列は、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットにより形成され、
前記プル型磁気抵抗センシングユニットの列は、前記プル型磁気抵抗センシングユニットにより形成される。

【0014】

好ましくは、プッシュプル磁界センサブリッジのバイアス電圧、接地および信号出力端は、前記基板の上部のボンディングパッドに電気的に相互接続され、又はＴＳＶにより前記基板の底部のボンディングパッドに接続される。

【0015】

好ましくは、外部磁界が存在しない場合、前記磁気抵抗センシングユニットは、永久磁石バイアス、二重交換相互作用および形状異方性のうちの少なくとも１つにより、前記磁気抵抗センシングユニットの磁気自由層の磁化方向を、前記磁気抵抗センシングユニットの磁気ピンニング層の磁化方向に対して垂直にさせる。

【0016】

好ましくは、前記プッシュアーム上の磁気抵抗センシングユニットの数と、前記プルアーム上の磁気抵抗センシングユニットの数は同一である。

【0017】

好ましくは、前記プッシュアーム上の磁気抵抗センシングユニットおよび前記プルアーム上の磁気抵抗センシングユニットの自由層の、それぞれのピンニング層の磁化方向に対する回転角度は、振幅が同じであり、方向が反対である。

【0018】

好ましくは、前記プッシュプル磁界センサブリッジは、ハーフブリッジ、フルブリッジまたは擬似ブリッジである。

【0019】

好ましくは、前記基板は、ガラスまたはシリコンウエハからなり、前記基板は、ＡＳＩＣチップを有し、又は前記基板は別のＡＳＩＣチップに接続される。

【0020】

好ましくは、前記軟磁性フラックスコンセントレータは、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）およびコバルト（Ｃｏ）の元素のうちの１以上を有する合金軟磁性材料である。

【0021】

好ましくは、テストコイルをさらに備え、前記テストコイルは、前記磁気抵抗センシングユニットの直上または直下にそれぞれ配置され、前記テストコイルの電流の方向は前記Ｙ軸方向に平行であり、検査中は前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよび前記プル型磁気抵抗センシングユニットにそれぞれ対応する前記テストコイルを流れる電流は、方向が反対であり、絶対値は同じである。

【0022】

好ましくは、リセットコイルをさらに備え、前記リセットコイルは、前記磁気抵抗センサの直上または直下に配置され、前記リセットコイルの電流の方向は前記Ｘ軸方向に平行であり、前記プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよび前記プル型磁気抵抗センシングユニットにそれぞれ対応する前記リセットコイルを流れる電流は絶対値が同じであり、方向も同じである。

【0023】

本発明に係るシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジの製造方法において、前記方法は、
１） ウエハ表面に磁気抵抗センシングユニットの薄膜材料の積層を堆積し、前記薄膜材料のピンニング層の磁化方向を設定するステップと、
２） 底部電極を確立し、第１の関連過程の利用により前記磁気抵抗センシングユニットの薄膜材料に前記磁気抵抗センシングユニットをパターニングするステップと、
３） 前記磁気抵抗センシングユニットの上方に第２の絶縁層を堆積し、第２の関連過程を利用することにより、前記磁気抵抗センシングユニットを電気的に相互接続するためのスルーホールを構成するステップと、
４） 前記スルーホールの上方に上部メタル層を堆積し、前記第１の関連過程により上部電極を形成し、前記磁気抵抗センシングユニット間をワイヤ配線するステップと、
５） 前記上部メタル層の上方に第３の絶縁層を堆積するステップと、
６） 前記第３の絶縁層の上方に軟磁性フラックスコンセントレータをパターニングするステップと、
７） 前記軟磁性フラックスコンセントレータの上方に保護層を堆積し、前記底部電極および前記上部電極に対応する位置の上方の保護層をエッチングし、前記スルーホールを形成し、前記基板の上部に外部接続用のボンディングパッドを形成するステップとを有する。

【0024】

好ましくは、前記ステップ１）の前に、前記ウエハの表面にリセットコイルコンダクタをパターニングし、前記リセットコイルコンダクタの表面に第１の絶縁層を堆積するステップをさらに有し、
前記ステップ１）は、前記第１の絶縁層の表面に前記磁気抵抗センシングユニットの薄膜材料の積層を堆積し、前記磁気抵抗センシングユニットの薄膜材料のピンニング層の磁化方向を設定するステップである。

【0025】

好ましくは、前記ステップ５）の前に、前記第３の絶縁層の上方にテストコイルコンダクタをパターニングするステップをさらに有し、
前記ステップ７）は、前記軟磁性フラックスコンセントレータの上方に前記保護層を堆積し、その後、前記底部電極および前記上部電極とともにリセットコイル電極およびテストコイル電極に対応する位置の上の前記保護層をエッチングし、前記スルーホールを形成し、前記外部接続用のボンディングパッドを構成するステップである。

【0026】

本発明に係るシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジの製造方法において、前記方法は、
１） ＤＲＩＥ過程により基板にディープＴＳＶホールを形成するステップと、
２） 前記ディープホールにＴＳＶ Ｃｕピラーを電気めっきするステップと、
３） 前記基板の表面より高い、前記電気めっきされたＴＳＶ Ｃｕピラーを平坦化するステップと、
４） 電極の位置がエッチングされた窓の前記ＴＳＶ Ｃｕピラーに接続されるように、前記基板に磁気抵抗薄膜材料の積層を堆積し、前記磁気抵抗薄膜材料のピンニング層の磁化方向を設定するステップと、
５） 底部電極を確立し、第１の関連過程の利用により前記磁気抵抗薄膜材料に磁気抵抗センシングユニットのパターンを確立するステップと、
６） 前記磁気抵抗センシングユニットの上方に第２の絶縁層を堆積し、第２の関連過程により前記磁気抵抗センシングユニットを電気的に相互接続するためのスルーホールを形成するステップと、
７） 前記スルーホールの上方に上部メタル層を堆積し、前記第１の関連過程により上部電極を形成し、前記磁気抵抗センシングユニット間を配線するステップと、
８） 前記上部メタル層の上方に第３の絶縁層を堆積するステップと、
９） 前記第３の絶縁層の上方に軟磁性フラックスコンセントレータを形成するステップと、
１０） 前記軟磁性フラックスコンセントレータの上方に保護層を堆積するステップと、
１１） 前記基板の背部を薄くし、前記ＴＳＶ Ｃｕピラーを露出させるステップと、
１２） 前記基板の底部にＴＳＶボンディングパッドを形成し、前記ＴＳＶ Ｃｕピラーに前記ＴＳＶボンディングパッドを接続するステップとを有する。

【0027】

好ましくは、前記ステップ３）と前記ステップ４）の間に、前記基板に前記リセットコイルコンダクタをパターニングして前記リセットコイルコンダクタの電極の出力端と入力端とを前記ＴＳＶ Ｃｕピラーに接続し、前記リセットコイルコンダクタの表面に第１の絶縁層を堆積するステップをさらに有し、
前記ステップ４）は、
前記第１の絶縁層の窓をエッチングし、前記エッチングされた窓の前記ＴＳＶ Ｃｕピラーに電極の位置が接続されるように前記第１の絶縁層の表面における基板に前記磁気抵抗薄膜材料の積層を堆積し、前記磁気抵抗薄膜材料のピンニング層の磁化方向を設定するステップである。

【0028】

好ましくは、前記ステップ８）は、前記上部メタル層の上に前記第３の絶縁層を堆積し、前記第３の絶縁層の窓を開け、前記テストコイルコンダクタの入力電極および出力電極が前記ＴＳＶ Ｃｕピラーに接続されるように前記第３の絶縁層の上にテストコイルコンダクタを形成し、パターニングするステップである。

【0029】

好ましくは、前記絶縁層は、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、ポリイミドまたはフォトレジストである。

【0030】

好ましくは、前記保護層は、ダイアモンドライクカーボン、窒化ケイ素、酸化アルミニウムまたは金からなる。

【0031】

好ましくは、前記磁気抵抗薄膜材料のピンニング層の磁化方向は、磁界において高温焼鈍により設定される。

【0032】

好ましくは、前記第１の関連過程は、フォトエッチング、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、ウェットエッチング、ストリッピングまたはハードマスキングを有する。

【0033】

好ましくは、前記第２の関連過程は、フォトエッチング、イオンエッチング、反応性イオンエッチングまたはウェットエッチングを有する。

【0034】

好ましくは、前記スルーホールは、自己整合されたコンタクトホールであり、前記自己整合されたコンタクトホールは、前記磁気抵抗薄膜材料のストリッピングにより形成され、イオンエッチング過程を利用することにより、または、ハードマスキングおよび化学的機械研磨過程を利用することにより、形成される。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】プッシュプル型磁気抵抗センサブリッジの構造図である。

【図2A】差動自由層のプッシュプル型磁気抵抗センサの磁化状態の図である。

【図2B】フリッピングされたピンニング層のプッシュプル型磁気抵抗センサの磁化状態の図である。

【図3】軟磁性フラックスコンセントレータのＹ軸方向の磁界の分布の特徴および磁気抵抗センシングユニットの相対的な位置の図である。

【図4】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサのＹ軸方向の磁界測定の図である。

【図5】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサのＸ軸方向の磁界測定の図である。

【図6】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造の図である。

【図7】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第２の構造の図である。

【図8】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造のＹ軸方向の磁界測定の図である。

【図9】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造のＸ軸方向の磁界測定の図である。

【図10】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造のセンサの位置のＹ軸方向の磁界分布の図である。

【図11】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造のセンサの位置のＸ軸方向の磁界分布の図である。

【図12】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造のブリッジ接続の図である。

【図13】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造のテストコイルの配列図である。

【図14】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造のリセットコイルの配列図である。

【図15】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの各層の構造図である。

【図16】テストコイルおよびリセットコイルを有するシングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの各層の構造図である。

【図17】ＴＳＶシングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの各層の構造図である。

【図18】テストコイルおよびリセットコイルを有するＴＳＶシングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの各層の構造図である。

【図19】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサのマクロ製造過程の図である。

【図20】シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサのマイクロ製造過程の図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

本発明について、添付の図面を参照し、実施形態を組み合わせて、以下に詳細に説明する。

【0037】

実施形態１
図１は、４つのブリッジアームＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を備える、プッシュプル型磁気抵抗センサのフルブリッジ構造図であり、Ｒ１およびＲ４はプッシュアーム、Ｒ２およびＲ３はプルアームである。磁気抵抗センサに対して、プッシュアームおよびプルアームは、外部磁界の作用下では、反対方向の磁界変化を特徴とし、ＧＭＲスピンバルブおよびＴＭＲ型の磁気抵抗センシングユニットに対しては、自由層の磁化方向とピンニング層の磁化方向との間の刃先角は、それぞれ増加（減少）および減少（増加）し、同じような振幅で変化する。

【0038】

図２Ａおよび図２Ｂは、ＧＭＲスピンバルブまたはＴＭＲ型のプッシュプル型磁気抵抗センサにおける磁化状態の２つの可能性ある状況を示す。図２Ｂは、プッシュアーム磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の磁化方向と、プルアーム磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の磁化方向とが反対方向である一方、自由層の磁化方向は同じである、フリッピングされたピンニング層の状況を示す。このように、外部磁界が作用する際、プルアーム磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の自由層の磁化方向は同じように変化するが、ピンニング層の磁化方向は反対向きであるため、ピンニング層に対する刃先角の変化は、反対になる。図２Ｂ中のフリッピングされたピンニング層は、最も一般的なプッシュプル型磁気抵抗センサ構造であり、その実現方法は、プッシュアームを有するチップを１８０度フリッピングさせて、プルアームのチップを得て、ワイヤボンドによりチップを接続し、同じチップに共にパッケージ化することである。

【0039】

図２Ａは、プッシュアームの磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の磁化方向と、プルアームの磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の磁化方向が同じである、本発明で提示した差動自由層の状況を示す。しかしながら、同一の外部磁界の作用下では、磁気回路の効果により、プッシュアームおよびプルアームの自由層の磁界方向は反対向きとなり、そのため、同一の外部磁界の作用下では、自由層の磁化方向とピンニング層の磁化方向との間の刃先角も、逆向きに変化する。プッシュアームの磁気抵抗センシングユニットおよびプルアームの磁気抵抗センシングユニットにおけるピンニング層の磁化状態と自由層の磁化状態は同一であることから、プッシュアームの磁気抵抗センシングユニットおよびプルアームの磁気抵抗センシングユニットは同一チップに集積できる。

【0040】

実施形態２
図３は、本発明で提示した軟磁性フラックスコンセントレータを利用することにより、同じＹ軸方向の測定の外部磁界Ｈから変換された２つの反対方向のＸ成分を有する磁界の磁界分布および対応するプッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットの位置の図である。軟磁性フラックスコンセントレータ１は、Ｘ軸およびＹ軸に平行な側面を有し、左上の位置から時計回りにＡ、Ｂ、ＣおよびＤと順番にラベル付けされた４つの隅を有する。Ｙ軸方向の外部磁界Ｈが、フラックスコンセントレータ１を通過する際、フラックスコンセントレータ１近傍で歪み、Ｙ軸磁界成分に加えて、Ｘ軸磁界成分も存在する。ここで、隅の位置Ｄおよび隅の位置Ｂ近傍の磁界は正のＸ軸磁界成分を有し、隅の位置Ａおよび隅の位置Ｃ近傍の磁界は、負のＸ軸磁界成分を有するため、隅Ａおよび隅Ｃに近傍の磁気抵抗センシングユニット３１、３３は、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットとして機能し、隅Ｂおよび隅Ｄに近傍の磁気抵抗センシングユニット３２、３４は、プル型磁気抵抗センシングユニットとして機能する。４つの磁気抵抗センシングユニット３１、３２、３３および３４のピンニング層の方向はＸ軸方向であり、自由層の磁化方向はＹ軸方向である。本実施形態は、以下のものを備えるシングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジを開示する。

【0041】

シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサブリッジは、Ｘ−Ｙ平面上の基板と、Ｘ軸およびＹ軸に平行な側面を有する複数の軟磁性フラックスコンセントレータがスタガード状（ジグザグ状）に配列されてなるスタガード型軟磁性フラックスコンセントレータアレイと、基板上の軟磁性フラックスコンセントレータの間隙に配置された磁気抵抗センシングユニットを有する磁気抵抗センシングユニットアレイとを備える。軟磁性フラックスコンセントレータの４つの隅を。左上から時計回りに順番にＡ、Ｂ、ＣおよびＣと称するものとする。軟磁性フラックスコンセントレータの隅の位置ＡおよびＣに近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットであり、軟磁性フラックスコンセントレータの隅の位置ＢおよびＤ近傍の磁気抵抗センシングユニットは、プル型磁気抵抗センシングユニットであり、全てのプッシュ型磁気抵抗センシングユニットは、１以上のプッシュアームに電気的に相互接続され、全てのプル型磁気抵抗センシングユニットは、１以上のプルアームに電気的に相互接続され、全てのプッシュアームおよび全てのプルアームは電気的に相互接続され、プッシュプルセンサブリッジを構成する。

【0042】

スタガード型軟磁性フラックスコンセントレータアレイは、２つの軟磁性フラックスコンセントレータアレイからなり、２つの軟磁性フラックスコンセントレータアレイの軟磁性フラックスコンセントレータは、２つの軟磁性フラックスコンセントレータアレイの軟磁性フラックスコンセントレータ間に磁気フラックスループを形成できるように、スタガード状に配列されている。複数の特定の構造を以下に示す。

【0043】

実施形態３
図４は、本発明で提示したシングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの構造図であり、図５は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向での外部磁界の測定原理の図であり、Ｘ−Ｙ平面上の基板と、軟磁性フラックスコンセントレータ１がスタガード状に配列されてなる第１、第２の軟磁性フラックスコンセントレータアレイ１１、１２と、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットにより形成される磁気抵抗センサアレイ３５とを備える。軟磁性フラックスコンセントレータアレイの行の方向はＸ軸に平行であり、軟磁性フラックスコンセントレータアレイの列の方向はＹ軸に平行であり、軟磁性フラックスコンセントレータ１のＹ軸方向の間隙はｙｇａｐであり、Ｘ軸方向の間隙はｘｇａｐおよびｒｇａｐであり、すなわち、正のＸ軸方向に沿っており、第１の軟磁性フラックスコンセントレータの第１の列と、第１の軟磁性フラックスコンセントレータに隣接する第２の軟磁性フラックスコンセントレータの第１の列との間のＸ軸方向の間隙は、ｘｇａｐである一方、第２の軟磁性フラックスコンセントレータの第１の列と、第１の軟磁性フラックスコンセントレータの第２の列との間のＸ軸方向の間隙はｒｇａｐである。本実施形態では、ｘｇａｐおよびｒｇａｐに同じ値を与える。軟磁性フラックスコンセントレータのＹ軸方向の長さはＬｙであり、Ｘ軸方向の長さはＬｘであり、軟磁性フラックスコンセントレータの列１１，１２は、正または負の（Ｌｙ＋ｙｇａｐ）／２の距離だけＹ軸方向に沿って相対的にずれている。磁気抵抗センサアレイ３５は、軟磁性フラックスコンセントレータの列１１と軟磁性フラックスコンセントレータの列１２との間隙に配置され、磁気抵抗センサアレイ３５の行の方向はＸ軸方向に平行であり、列の方向はＹ軸方向に平行であり、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットは、隅Ａおよび隅Ｃ近傍に同時に配置され、プル型磁気抵抗センシングユニットは、隅Ｂおよび隅Ｄ近傍に同時に配置される。プッシュ型磁気抵抗センシングユニットは、１以上のプッシュアームに電気的に相互接続され、プル型磁気抵抗センシングユニットは、１以上のプルアームに電気的に相互接続され、プッシュアームおよびプルアームは電気的に相互接続され、プッシュプル電気抵抗センサブリッジを構成する。先の構造では、第１の列および第１の行における軟磁性フラックスコンセントレータのＢおよびＣと、第２の列ならびに第１および第２の行における軟磁性フラックスコンセントレータのＤおよびＡは、連続的な磁気フラックスパスを構成する。

【0044】

図４はまた、Ｙ軸方向の磁界の作用下での、磁気抵抗センサの位置における、感度方向での磁界成分の方向を示す。図２Ａに従い、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットの自由層の方向は、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の方向に対して、反対方向の磁界方向を有し、Ｙ軸方向の磁界で効果測定を実行できることを示す。

【0045】

図５は、Ｘ軸方向の磁界の作用下での、磁気抵抗センサの位置における、磁界感度軸での磁界成分の方向を示す。図２Ａに従い、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットの自由層の方向は、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットのピンニング層の方向に対して、同じ磁界方向を有することが理解できる。この時点で、プッシュアームおよびプルアームは、抵抗の変化が同じであるため、プッシュプル型磁気抵抗センサブリッジの出力は０である。従って、図４および図５は、シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの磁界感度方向がＹ軸方向であり、シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサは、Ｙ軸磁界センサである。

【0046】

実施形態４
図６は、シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第１の構造図であり、図６は、実際には、図４および図５における特殊な例であり、Ｙ軸方向の磁気抵抗センサの各列は、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよび交互に配列されるプル型磁気抵抗センシングユニットから構成される一方、Ｘ軸方向の各行は、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットまたはプル型磁気抵抗センシングユニットから完全に構成され、プッシュ型磁気抵抗行センシングユニット３５およびプル型磁気抵抗行センシングユニット３６は交互に配列されることを特徴とする。この時点で、ｘｇａｐおよびｒｇａｐは異なっていてもよい。本実施形態では、磁気抵抗センシングユニットが配置されるｘｇａｐに磁界が可能な限り集中することを確実にするために、ｘｇａｐはｒｇａｐより少ない。

【0047】

実施形態５
図７は、シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの第２の構造図であり、図７は、実際には、図４および図５における別の特殊な例でもあり、Ｘ軸方向の磁気抵抗センサの各行は、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよび交互に配列されるプル型磁気抵抗センシングユニットから構成される一方、Ｙ軸方向の各列は、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットまたはプル型磁気抵抗センシングユニットから完全に構成され、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの列３７およびプル型磁気抵抗センシングユニットの列３８は交互に配列されることを特徴とする。この時点で、磁気抵抗センサの行が確実に同じ磁界強度を有するように、ｘｇａｐはｒｇａｐに等しい。

【0048】

実施形態６
図８および図１０は、ｎ１〜ｎ８が各行の８つの磁気抵抗センシングユニットにそれぞれ対応し、４つのプッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよび４つのプル型磁気抵抗センシングユニットを有する、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサがＹ磁界を検査するときの、Ｙ軸方向に沿った磁気抵抗センサアレイの列Ｎｏ．１から列Ｎｏ．５までのＸ軸方向の磁界成分分布図である。反対方向のＸ軸方向の磁界方向が、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットが配置される位置にあり、加えて、振幅がほぼ同じであることから、プッシュプルブリッジが形成されることが、図１０から理解できる。

【0049】

図９および図１１は、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサがＸ磁界を検査するときの、Ｙ軸方向に沿った磁気抵抗センサアレイの行Ｎｏ．１から行Ｎｏ．５までのＸ軸方向の磁界成分分布図である。各行における対応する磁気抵抗センシングユニットｍ１〜ｍ８は、Ｘ軸方向の同じ磁界方向を有することが図１１から理解でき、本構造のブリッジがＸ軸方向の磁界に応答しなくてもよいことが示される。
実施形態７
図１２は、第１の構造に対応するシングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサの電気的接続の図であり、図１２から、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットはプッシュアームおよびプルアームに電気的に相互接続され、プッシュアームおよびプルアームは、コンダクタメタル４１を通じてフルブリッジ構造のプッシュプル型磁気抵抗センサブリッジを構成するように電気的に相互接続され、バイアス電極８、接地電極７ならびに出力電極５および出力電極６にそれぞれ接続されることが理解できる。フルブリッジに加えて、プッシュプルブリッジも、ハーフブリッジまたは擬似ブリッジの一種であってもよい。
実施形態８
図１３は、テストコイルが、２つのセグメント９１および９２を有し、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットにそれぞれ配置される、シングルチップ型差動自由層プッシュプル型磁気抵抗センサがテストコイルを備える状況でのチップ上のテストコイルの分布図であり、電流の流れる方向はＹ軸方向であり、反対方向である。プッシュ型磁気抵抗センシングユニットの上を流れるテストコイルセグメントが確実に平行であり、プル型磁気抵抗センシングユニットの上を流れるテストコイルセグメントも互いに確実に平行であるように、テストコイルはジグザグ状の幾何学形に並ぶ。電流がテストコイルを通るとき、セグメント９における電流およびセグメント９２における電流は大きさが同じであり、方向が反対であることから、セグメント９１はプッシュ型磁気抵抗センシングユニットにおいてＸ軸方向の磁界Ｈ１を生成させ、セグメント９２はプル型磁気抵抗センシングユニットにおいてＸ軸方向の磁界Ｈ１を生成させ、これらは同じ大きさであり、磁界の絶対値は磁界を流れる電流Ｉに直接比例する。このように、外部磁界がＹ軸方向に沿っている状況では、テストコイルを流れる電流Ｉを用いることで、軟磁性フラックスコンセントレータを通してプッシュ電気抵抗センシングユニットおよびプル電気抵抗センシングユニットにおいて外部磁界により生成される磁界を刺激できる。このように、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサは、テストコイルにより、すなわち、一定の電流により較正できる。このケースでは、チップの出力端における信号の変化を直接測定し、出力電圧が一定の範囲内にある場合には、チップは正常に利用可能なチップであり、出力電圧が範囲内にない場合には、チップは欠陥チップである。

【0050】

実施形態９
図１４は、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサがリセットコイル９３を備える状況でのチップ上のリセットコイル９３の分布図であり、図１４から、リセットコイル９３はジグザグ状に並び、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットにより形成される列の上をそれぞれ通る直線のセグメントを備え、直線のセグメントはＸ軸方向に平行であり、同じ電流の方向を有することが理解できる。リセットコイル９３の目的は以下の通りである。シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサが強磁界に位置付けられるときに、自由層に含まれる磁区の、磁化過程で生じる、不可逆的な磁壁運動過程が理由で、自由層は、外部磁界の作用下で巨大な磁気ヒステリシスを有し、当初の標準テスト曲線から外れる。このケースでは、リセットコイル９３により作られる電流の磁界方向により、プッシュ型磁気抵抗センシングユニットおよびプル型磁気抵抗センシングユニットにおいて生成される磁界はＹ軸方向である。この時点では、ピンニング層の磁化方向はＸ軸方向であり、自由層の磁化方向はＹ軸方向であるため、リセットコイル中の電流の周期的な変化および生成されるＹ磁界の周期的な変化を調整することにより、自由層の磁化方向および磁化状態は適切な状態に調整され、これにより、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサは正常な動作を再開する。

【0051】

実施形態１０
図１５は、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサがテストコイルおよびリセットコイルを備えないケースでの、チップの断面図であり、図１６は、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサがテストコイルおよびリセットコイルを備えるケースでの、チップの断面図である。図１５では、チップは、底部から上部まで、順番に、基板４と、シード層および底部の電導電極３１０と、マルチ層の薄膜材料の積層３１１と、マルチ層の薄膜材料の積層３１１が埋め込まれた絶縁層６００および上部の電導電極３１２を有する、基板４に配置される磁気抵抗センサ３と、さらに、上部の電導電極３１２と軟磁性フラックスコンセントレータ１との間に配置される絶縁層４１０と、さらに、上部電極３１２の上および軟磁性フラックスコンセントレータ１の上に配置される保護層５００と、上部電極層３１２の上に配置されるボンディングパッド７００とを備える。

【0052】

図１６は、基板４にリセットコイル９３を配置し、リセットコイル９３および底部電極３１０は、絶縁層９１１を利用することにより絶縁される点で、図１５とは異なる。加えて、テストコイルは、磁気抵抗センシングユニット３の上に配置される９１および９２を有し、反対方向の電流方向をそれぞれ有する。
先のものは、チップの前部ボンディングパッドを利用した形であったが、図１７および図１８に示すように、実際にはシリコン貫通電極（ＴＳＶ）背部のボンディングパッドを利用する状況では、先のものもさらに備えられ、基板４の底部に、ＴＳＶ Ｃｕピラー８００およびボンディングパッド９００が備わっている点で異なっている。

【0053】

実施形態１１
図１９は、以下のステップを有する、ボンディングパッドがチップの上部に配置される状況に対応する、シングルチップ型差動自由層プッシュプル磁界センサの製造過程の図である。
１） ブランクウエハ４を平坦化する。
２） ウエハの表面にリセットコイルコンダクタ９３を形成し、確定させる。
３） リセットコイルコンダクタの表面に第１の絶縁層９１１を堆積する。
４） 第１の絶縁層の表面に、シード層、底部電極３１０および磁気抵抗のマルチ層の薄膜材料の積層３１１を堆積する。
５） 磁気抵抗のマルチ層の薄膜材料のピンニング層の磁化方向を得るために、磁気的焼鈍を行う。
６） 関連過程を利用することにより、底部電極３１０および磁気抵抗センシングユニット３１１のパターンを確立する。
７） 特定の過程を利用することにより、磁気抵抗センシングユニットの上に第２の絶縁層６００を堆積し、第２の絶縁層６００にスルーホールを作り、上部電極に対応する、磁気抵抗のマルチ層の薄膜材料の積層を露出させる。
８） 上部電極３１２を確立し、配線する。
９） 上部電極の上に第３の絶縁層４１０を堆積する。
１０） 第３の絶縁層の上にテストコイルコンダクタ９１および９２を形成し、確立させる。
１１） 第３の絶縁層の上に軟磁性フラックスコンセントレータ１を形成し、確立させる。
１２） 軟磁性フラックスコンセントレータの上に保護層５００を堆積する。
１３） 特定の機械加工過程を利用することにより、ボンディングパッドエリアを形成するために保護層を除去し、ボンディングパッドエリア７００を形成する。

【0054】

ＴＳＶ過程を利用することにより、ボンディングパッドが基板の底部に配置されるとき、図２０に示すような機械加工ステップが用いられる。
１） ＤＲＩＥ過程を利用することにより、基板４にディープＴＳＶホールを形成する。
２） ディープＴＳＶホールにＴＳＶ Ｃｕピラー８００を電気めっきする。
３） 基板の表面より高い、電気めっきされたＣｕピラー８００を平坦化する。
４） リセットコイルコンダクタ９３の電極の出力端および入力端がＴＳＶ Ｃｕピラー８００に接続されるように、リセットコイルコンダクタ９３を形成し、パターニングする（任意選択）。
５） リセットコイルコンダクタ９３の表面に第１の絶縁層９１１を堆積する（任意選択）。
６） 第１の絶縁層９１１の窓をエッチングし、エッチングされた窓のＣｕピラー８００に底部電極３１０の位置が接続されるように、第１の絶縁層９１１の表面に磁気抵抗薄膜材料の積層３１１を形成し、磁気抵抗薄膜材料３１１のピンニング層の磁化方向を設定する。
７） 関連過程を利用することにより、底部電極３１０を確立し、磁気抵抗薄膜材料３１１において磁気抵抗センシングユニットのパターンを確立する。
８） 磁気抵抗センシングユニットの上に第２の絶縁層６００を堆積し、関連過程により磁気抵抗センシングユニット３１１に電気的に相互接続されたスルーホールを形成する
９） スルーホールの上に上部メタル層３１２を形成し、関連過程により上部電極を形成し、磁気抵抗センシングユニット間を配線する。
１０） 上部メタル層３１２の上に第３の絶縁層４１０を堆積し、絶縁層の窓を開け、その後、テストコイルコンダクタ９１および９２の入力電極および出力電極がＣｕピラー８００に接続されるように第３の絶縁層の上にテストコイルコンダクタ９１、９２を形成し、パターニングする（任意選択）。
１１） 第３の絶縁層の上に軟磁性フラックスコンセントレータ１を形成する。
１２） 軟磁性フラックスコンセントレータ１の上に保護層５００を堆積する。
１３） 基板４の背部を薄くし、Ｃｕピラー８００を露出させる。
１４） ＴＳＶボンディングパッド９００を形成し、ＴＳＶ Ｃｕピラー８００にＴＳＶボンディングパッドを接続する。

【0055】

絶縁層を堆積するための絶縁材料は、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素、ポリイミドおよびフォトレジストであってもよい。

【0056】

保護層を構成するための材料は、ＤＣ、窒化ケイ素、酸化アルミニウムおよび金である。

【0057】

磁気抵抗薄膜材料におけるピンニング層の磁化方向は、磁界において高温焼鈍により設定される。

【0058】

ステップ中の関連過程は、フォトエッチング、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、ウェットエッチング、ストリッピングまたはハードマスキングを有する。

【0059】

ステップ中のスルーホールは、自己整合されたコンタクトホールであり、自己整合されたコンタクトホールは、磁気抵抗薄膜材料をストリッピングすることにより堆積され、イオンエッチング過程を利用することにより、または、ハードマスキングおよび化学的機械研磨過程を利用することにより、形成される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】