特許 7188775 シングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ

(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】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】シングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20221206BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20221206BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20221206BHJP

   H01L 43/10 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 L

G01R33/09

H01L43/08 Z

H01L43/10

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019546016

(86)(22)【出願日】2018-02-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-04-09

(86)【国際出願番号】 CN2018076783

(87)【国際公開番号】W WO2018153335

(87)【国際公開日】2018-08-30

【審査請求日】2020-11-16

(31)【優先権主張番号】201710099463.1

(32)【優先日】2017-02-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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．

【住所又は居所原語表記】Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｄ ＆ Ｅ， Ｎｏ．２ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｒｏａｄ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ Ｆｒｅｅ Ｔｒａｄｅ Ｚｏｎｅ，Ｚｈａｎｇｊｉａｇａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２１５６３４ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】特許業務法人 ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ディーク、ジェイムズ ゲーザ

(72)【発明者】

【氏名】チョウ、チーミン

【審査官】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０６３２４５３４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００９－０８５９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０７３０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４７７６７９４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２００３－５２６０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０２７４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３７３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０２６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３１２７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１１０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５３４１９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／００－３３／２６

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

Ｈ０１Ｌ ４３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサであって、
Ｘ－Ｙ平面内の基板と、プッシュ・プルＸ軸に沿って位置合わせされた磁気抵抗角度センサと、プッシュ・プルＹ軸に沿って位置合わせされた磁気抵抗角度センサとを備え、両方は該基板上に位置し、
プッシュ・プルＸ軸における該磁気抵抗角度センサは、Ｘプッシュ・アームおよびＸプル・アームを備え、
プッシュ・プルＹ軸における該磁気抵抗角度センサは、Ｙプッシュ・アームおよびＹプル・アームを備え、
該Ｘプッシュ・アーム、該Ｘプル・アーム、該Ｙプッシュ・アーム、および該Ｙプル・アームの各々は、少なくとも１つの磁気抵抗角度感知ユニット・アレイを備え、該Ｘプッシュ・アーム、該Ｘプル・アーム、該Ｙプッシュ・アーム、および該Ｙプル・アームの該磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの磁場感受方向は、それぞれ＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ、および－Ｙ方向に沿っており、
該Ｘ軸磁気抵抗角度センサおよび該Ｙ軸磁気抵抗角度センサは、共通の幾何学的中心を有し、
前記磁気抵抗角度感知ユニット・アレイは、相互接続電線によって接続され、該相互接続電線は、直線区間と曲がりくねった区間とをそれぞれ備え、該直線区間の一端は、前記磁気抵抗感知ユニットに接続され、該直線区間の他端は、該曲がりくねった区間に接続され、
各該磁気抵抗角度感知ユニット・アレイは、複数の磁気抵抗角度感知ユニットを備え、該磁気抵抗角度感知ユニットは、ＴＭＲまたはＧＭＲスピン・バルブ・ユニットであり、全ての該磁気抵抗角度感知ユニットは、同じ磁性多層膜構造を有し、該磁性多層膜構造は、下から上へシード層、反強磁性層、ピンニング層、Ｒｕ層、参照層、非磁性中間層、自由層、および不活性化層を備え、または下から上へシード層、反強磁性層、参照層、非磁性中間層、自由層、および不活性化層を備え、
該磁気抵抗角度感知ユニットがＴＭＲであるとき、該非磁性中間層はＡｌ_２Ｏ_３またはＭｇＯであり、該磁気抵抗角度感知ユニットがＧＭＲスピン・バルブであるとき、該非磁性中間層はＡｕまたはＣｕであり、
該反強磁性層の磁化方向は、レーザ・プログラム制御加熱磁気アニーリングによって得られ、同じ該磁化方向を有する磁気抵抗ブリッジ・アームは、互いに隣接して位置し、断熱ギャップは、異なる磁場感受方向を有する隣接した磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ間で与えられ、
磁場減衰層は、高磁場角度センサを形成するように前記磁気抵抗角度感知ユニットの表面上に電気メッキをされ、該磁場減衰層の材料は、Ｆｅ元素、Ｃｏ元素，およびＮｉ元素のうちの１つまたは複数を含む高透磁率軟磁性合金であり、絶縁材料層は、前記磁気抵抗角度感知ユニットと該磁場減衰層との間に設けられ、該磁場減衰層は、円形構造であり、前記磁気抵抗角度感知ユニットは、楕円形構造または円形構造である、シングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項2】

プッシュ・プルＸ軸における前記磁気抵抗角度センサおよびプッシュ・プルＹ軸における前記磁気抵抗角度センサは、半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジ構造である、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項3】

前記磁気抵抗角度感知ユニット・アレイは、
＋Ｘ、－Ｙ、＋Ｙ、－Ｘ、
または＋Ｘ、＋Ｙ、－Ｙ、－Ｘ、
または－Ｘ、－Ｙ、＋Ｙ、＋Ｘ、
または＋Ｘ、－Ｙ、＋Ｙ、－Ｘ、として配列される、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項4】

前記磁気抵抗角度感知ユニットは、楕円形構造である場合、該磁場減衰層の直径は、前記磁気抵抗角度感知ユニットの主軸距離よりも大きい、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項5】

前記磁場減衰層は、円形構造である場合、前記磁気抵抗角度感知ユニットは、円形構造であり、前記磁気抵抗角度感知ユニットの直径は、１０マイクロメートルよりも大きく、前記磁場減衰層の直径は、前記磁気抵抗角度感知ユニットの直径よりも大きい、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項6】

前記Ｘプッシュ・アーム、前記Ｘプル・アーム、前記Ｙプッシュ・アーム、および前記Ｙプル・アームは、同じ抵抗を有する同じ個数の磁気抵抗角度感知ユニットを備え、前記磁気抵抗角度感知ユニットは、直列接続、並列接続、または直接並列ハイブリッド接続によって２ポート構造を形成する、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項7】

該曲がりくねった区間から前記磁気抵抗角度感知ユニット・アレイまでの距離は、１５マイクロメートルよりも大きい、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項8】

共通電源端子に接続する相互接続電線は、共通接地端子に接続する相互接続電線と同じ相互接続抵抗を有し、前記共通電源端子に接続する前記相互接続電線は、共通信号出力端子に接続する相互接続電線と同じ相互接続抵抗を有し、前記相互接続電線は、前記直線区間および前記曲がりくねった区間を通じて同じ相互接続抵抗を得る、請求項７記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項9】

前記磁気抵抗角度感知ユニットの前記磁場感受方向と前記ピンニング層の磁化方向との間の挟角は、８５°から９５°の範囲である、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項10】

前記不活性化層は、ＢＣＢ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＡｌＦ_３、ＧｄＦ_３、ＬａＦ_３、ＭｇＦ_２、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、またはＳｉＯ_２である紫外線レーザ透過材料である、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項11】

前記不活性化層は、ダイヤモンドライク・カーボン膜、ＭｇＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＦ_３、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｈＦ_４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_７、Ｓｉ、またはＧｅである赤外線レーザ透過材料である、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項12】

前記磁性多層膜構造は、前記不活性化層の表面を覆う反射防止コーティングをさらに備える、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【請求項13】

前記Ｘ軸磁気抵抗角度センサおよび前記Ｙ軸磁気抵抗角度センサの電源ピン、接地ピン、および出力ピンは、センサ・チップの縁部に沿って配列される、請求項１記載のシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気センサの分野に関し、詳細には、シングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサに関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ方向およびＹ方向などの２つの直交方向における外部磁場角度情報を測定するための二軸角度センサは、磁気ホイール速度測定またはエンコーダ角度測定に使用することができ、様々な用途によく使用される。

【0003】

二軸磁気抵抗角度センサは、２つの単軸磁気抵抗角度センサ、すなわち、Ｘ軸磁気抵抗角度センサおよびＹ軸磁気抵抗角度センサで構成される。各単軸ＸまたはＹ磁気抵抗角度センサは、一般に、磁気抵抗角度センサの信号出力を強化するためにプッシュ・プル・ブリッジ構造を採用する。プッシュ・プル・ブリッジは、プッシュ磁気抵抗角度感知ユニットと、プル磁気抵抗角度感知ユニットとからなり、これらは反対の磁場感受方向を有する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＴＭＲまたはＧＭＲ型二軸磁気抵抗角度センサについては、Ｘ軸などの単一の磁場感受方向を有する磁気抵抗感知ユニット・チップは、通常、それぞれ９０度、１８０度、および２７０度で対称配置され（ｆｌｉｐｐｅｄ）、このようにしてＹ軸プッシュ磁気抵抗感知ユニット・チップ、およびＹ軸プル磁気抵抗感知ユニット・チップ、ならびにＸ軸プッシュ磁気抵抗センサ・ユニット・チップ、およびＸ軸プル磁気抵抗感知ユニット・チップを得る。したがって、チップ対称配置法（ｆｌｉｐｐｅｄ ｃｈｉｐ ｍｅｔｈｏｄ）が二軸磁気抵抗センサに採用されるとき、少なくとも４つのチップが必要とされる。利点は、プレパレーション法（ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）は単純であり、たった１つのチップが必要とされ、強磁性参照層構造に対応することである。欠点は、ポジショニングのために４つのチップが同じ平面内で動作させられる必要があることであり、このため、操作誤差によって引き起こされるセンサ測定精度の損失の可能性を増大させる。

【0005】

反対の強磁性参照層を有するプッシュ磁気抵抗感知ユニットおよびプル磁気抵抗感知ユニットは、反強磁性層および金属スペーサ層と相互結合された強磁性層で構成された多層膜構造を有する強磁性参照層を利用することによって製造することができる。直交する強磁性参照層の向きは、２回の磁場熱アニーリングの後に２つの異なる反強磁性層ＡＦ１およびＡＦ２を用いて制御することができ、これの欠点は、多層膜を堆積させるために少なくとも４つの多層膜構造と２回の磁場アニーリングが必要とされるので、微細加工プロセスの複雑さが増すことである。

【0006】

中国特許出願ＣＮ２０１６１０８２１６１０．７は、磁気抵抗感知ユニットのレーザ・プログラム磁場アニーリングを走査する方法を開示しており、これは、ブロッキング温度を上回るまで反強磁性層を急速に加熱し、一方、冷却プロセス中に磁場は任意の所望の方向に印加され、これによってシングル・チップにおける磁気抵抗感知ユニットの磁場感知方向の確立（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）を可能にする。この方法の場合、シングル・チップ上の二軸磁気抵抗感知ユニットのための４つの直交するように向けられた磁気抵抗感知ユニットおよびそのアレイが製造でき、それによって対称配置されたチップの正確なポジショニングの問題、および様々な磁性多層膜構造を堆積させるための微細加工プロセスの複雑さを克服し、シングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサは、大量生産することができる。一方、中国特許公開ＣＮ１０４７７６７９４Ａは、シングル・パッケージ高強度磁場磁気抵抗角度センサを開示しており、これは、磁気抵抗角度感知ユニットの表面上に磁場減衰層を追加することによって磁気抵抗角度感知ユニットの磁場測定範囲を増大させる。磁気抵抗角度センサは、チップ対称配置法をさらに（ｓｔｉｌｌ）使用して磁気抵抗感知ユニットの磁場感受方向を変える。したがって、レーザ支援加熱磁場アニーリング法が、磁気抵抗感知ユニットの磁場感受方向の書き込み動作を実現するために使用される場合、シングル・チップ二軸高磁場強度磁気抵抗角度センサを得ることができる。

【0007】

さらに、実際のレーザ加熱磁気アニーリング・プロセスでは、加工中に、磁気抵抗角度感知ユニットの円形形状からの可能性ある逸脱、異方性分散、応力、および他の要因によって、ピンニング層の実際の磁化方向が設定の＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ、および－Ｙ方向から逸脱させられる可能性がある。したがって、磁気抵抗角度感知ユニットの効率的な動作を確実にするために、＋Ｘ、－Ｘ軸の各磁気抵抗角度感知ユニットおよび＋Ｙ、－Ｙ軸の各磁気抵抗角度感知ユニットのピンニング層の磁化方向間の挟角の範囲を設定することも必要とされる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の問題を解決するために、本発明に提案されるシングル・チップ磁気抵抗角度センサは、Ｘ－Ｙ平面内の基板と、共に基板上に設置されたプッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサおよびプッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサとを備える。プッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサは、Ｘプッシュ・アームおよびＸプル・アームを備え、プッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサは、Ｙプッシュ・アームおよびＹプル・アームを備え、Ｘプッシュ・アーム、Ｘプル・アーム、Ｙプッシュ・アーム、およびＹプル・アームの各々は、少なくとも１つの磁気抵抗角度感知ユニット・アレイを備える。Ｘプッシュ・アーム、Ｘプル・アーム、Ｙプッシュ・アーム、およびＹプル・アームの磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの磁場感受方向は、それぞれ＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ、および－Ｙ方向に沿っている。Ｘ軸磁気抵抗角度センサおよびＹ軸磁気抵抗角度センサは、共通の幾何学的中心を有し、各磁気抵抗角度感知ユニット・アレイは、複数の磁気抵抗角度感知ユニットを備える。磁気抵抗角度感知ユニットは、ＴＭＲまたはＧＭＲスピン・バルブ・ユニットであり、全ての磁気抵抗角度感知ユニットは、同じ磁性多層膜構造を有する。磁性多層膜構造は、上から下へシード層、反強磁性層、ピンニング層、Ｒｕ層、参照層、非磁性中間層、自由層、および不活性化層を備え、または上から下へシード層、反強磁性層、参照層、非磁性中間層、自由層、および不活性化層を備える。磁気抵抗角度感知ユニットがＴＭＲであるとき、非磁性中間層は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＭｇＯであり、磁気抵抗角度感知ユニットがＧＭＲスピン・バルブであるとき、非磁性中間層は、ＡｕまたはＣｕである。

【0009】

反強磁性層の磁化方向は、レーザ加熱磁気アニーリングによって得られる。同じ磁化方向を有する磁気抵抗ブリッジ・アームは、互いに隣接して位置し、断熱ギャップは、異なる磁場感受方向を有する隣接した磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ間で与えられる。

【0010】

さらに、プッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサおよびプッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサは、半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジ構造である。

【0011】

さらに、磁気抵抗角度感知ユニット・アレイは、
＋Ｘ、－Ｙ、＋Ｙ、－Ｘ、
または、＋Ｘ、＋Ｙ、－Ｙ、－Ｘ、
または－Ｘ、－Ｙ、＋Ｙ、＋Ｘ、
または＋Ｘ、－Ｙ、＋Ｙ、－Ｘ、
として配列される。

【0012】

さらに、磁場減衰層は、高磁場角度センサを形成するように磁気抵抗角度感知ユニットの表面上に電気メッキをされる。磁場減衰層の材料は、Ｆｅ元素、Ｃｏ元素，およびＮｉ元素のうちの１つまたは複数を含む高透磁率軟磁性合金である。絶縁材料層は、磁気抵抗角度感知ユニットと磁場減衰層との間に設けられ、磁場減衰層は、円形構造であり、磁気抵抗角度感知ユニットは、楕円形構造であり、磁場減衰層の直径は、磁気抵抗角度感知ユニットの主軸距離よりも大きい。

【0013】

さらに、高磁場角度センサは、磁気抵抗角度感知ユニットの表面上に形成され、磁場減衰層は、円形構造であり、磁気抵抗角度感知ユニットは、円形構造であり、磁気抵抗角度感知ユニットの直径は、１０ミクロンよりも大きく、磁場減衰層の直径は、磁気抵抗角度感知ユニットの直径よりも大きい。

【0014】

さらに、Ｘプッシュ・アーム、Ｘプル・アーム、Ｙプッシュ・アーム、およびＹプル・アームは、同じ抵抗を有する同じ個数の磁気抵抗角度感知ユニットを備え、磁気抵抗角度感知ユニットは、直列接続、並列接続、または直接並列ハイブリッド接続によって２ポート構造を形成する。

【0015】

さらに、磁気抵抗角度感知ユニット・アレイは、相互接続電線によって接続され、相互接続電線は、直線区間と曲がりくねった区間とを備える。直線区間の一端は、磁気抵抗感知ユニットに接続され、直線区間の他端は、曲がりくねった区間に接続され、曲がりくねった区間から磁気抵抗角度感知ユニット・アレイまでの距離は、１５ミクロンよりも大きい。

【0016】

さらに、共通電源端子に接続する相互接続電線は、共通接地端子に接続する相互接続電線と同じ相互接続抵抗を有し、共通電源端子に接続する相互接続電線は、共通信号出力端子に接続する相互接続電線と同じ相互接続抵抗を有し、相互接続電線は、直線区間および曲がりくねった区間を通じて同じ相互接続抵抗を得る。

【0017】

さらに、磁気抵抗角度感知ユニットの磁場感受方向とピンニング層の磁化方向との間の挟角は、８５°から９５°の範囲である。

【0018】

さらに、不活性化層は、ＢＣＢ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＡｌＦ_３、ＧｄＦ_３、ＬａＦ_３、ＭｇＦ_２、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、またはＳｉＯ_２である紫外線レーザ透過材料である。

【0019】

さらに、不活性化層は、ダイヤモンドライク・カーボン膜、ＭｇＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＦ_３、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｈＦ_４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_７、Ｓｉ、またはＧｅである赤外線レーザ透過材料である。

【0020】

さらに、磁性多層膜構造は、不活性化層の表面を覆う反射防止コーティングをさらに備える。

【0021】

さらに、Ｘ軸磁気抵抗角度センサおよびＹ軸磁気抵抗角度センサの電源ピン、接地ピン、および出力ピンは、センサ・チップの縁部に沿って配列される。

【0022】

先行技術と比較して、本発明は、以下の技術的効果を有する。本発明は、シングル・チップ構造を採用し、同一のチップ上に２つの角度センサを集積しており、これらの２つの角度センサの磁気抵抗角度感知ユニットは、同じ磁性多層膜構造を有する。本発明は、コンパクトな構造、高精度、小型サイズ、および大きい磁場動作範囲を実現する能力という利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明によるシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサの概略図である。

【図2(a)】磁気抵抗角度感知ユニットの磁性多層膜構造である。

【図2(b)】図２（ａ）の１００の拡大構造図である。

【図2(c)】磁気抵抗角度感知ユニットの別の磁性多層膜構造である。

【図2(d)】図２（ｃ）の２００の拡大構造図である。

【図3(a)】本発明による反強磁性層の磁化方向がＸ方向にある磁気抵抗角度感知ユニットの平面図である。

【図3(b)】本発明による反強磁性層の磁化方向がＹ方向にある磁気抵抗角度感知ユニットの平面図である。

【図4(a)】本発明によるピンニング層の磁化方向がＸ方向にある高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの平面図である。

【図4(b)】本発明によるピンニング層の磁化方向がＹ方向にある高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの平面図である。

【図5(a)】本発明によるピンニング層の磁化方向がＸ方向にある高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの側面図である。

【図5(b)】本発明によるピンニング層の磁化方向がＹ方向にある高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの側面図である。

【図6(a)】本発明によるプッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサの構造図である。

【図6(b)】本発明によるプッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサの構造図である。

【図7】本発明によるプッシュ・プル磁気抵抗角度センサ相互接続抵抗の配電図である。

【図8(a)】本発明による磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの分布構造図である。

【図8(b)】本発明による磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの別の分布構造図である。

【図8(c)】本発明による磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの別の分布構造図である。

【図8(d)】本発明による磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの別の分布構造図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の実施形態の目的、技術的課題、および利点をよりずっと明確にさせるために、本発明の実施形態における技術的解決策は、以下、本発明の実施形態における添付図面を参照して明確かつ完全に説明される。説明される実施形態は、本発明の全ての実施形態とはいくらか異なることが明らかである。

【0025】

以下、添付図面を参照して、実施形態を組わせて本発明を詳細に説明する。

【実施例1】

【0026】

図１は、シングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサの概略図であり、このシングル・チップ二軸磁気抵抗角度センサは、Ｘ－Ｙ平面上の基板１と、プッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサ２と、プッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサ３とを備え、両方は基板１上に位置する。Ｘ軸磁気抵抗角度センサ２およびＹ軸磁気抵抗角度センサ３は、共通の幾何学的中心を有し、基板１上で測定されるＸ軸磁気抵抗センサの磁場領域とＹ軸磁気抵抗センサの磁場領域とが、同じ平均値を有するようになっている。プッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサは、Ｘプッシュ・アームおよびＸプル・アームを備え、プッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサは、Ｙプッシュ・アームおよびＹプル・アームを備える。Ｘプッシュ・アームは、磁場感受方向が＋Ｘ方向にある少なくとも１つの磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ４および５を備え、Ｘプル・アームは、磁場感受方向が－Ｘ方向にある少なくとも１つの磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ６および７を備える。Ｙプッシュ・アームは、磁場感受方向が＋Ｙ方向にある少なくとも１つの磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ８および９を備え、Ｙプッシュ・アームは、磁場感受方向が－Ｙ方向にある少なくとも１つの磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ１０および１１を備える。

【0027】

図１に見られるように、異なる磁場感受方向を有する２つの隣接した磁気抵抗感知ユニット・アレイ、例えば、４、５および８、９；８、９ および１０、１１；１０、１１および６、７は、それぞれ断熱ギャップ１２－１、１２－２、１２－３によって分離されている。具体的には、断熱ギャップ１２－１は、＋Ｘ方向における磁気抵抗角度感知ユニット・アレイと＋Ｙ方向における磁気抵抗角度感知ユニット・アレイとの間に設けられ、すなわち、断熱ギャップ１２－１は、磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ４と磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ８の間、かつ磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ５と磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ８の間に設けられる。これに応じて、断熱ギャップ１２－２は、＋Ｙ方向における磁気抵抗角度感知ユニット・アレイと－Ｙ方向における磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの間に設けられ、すなわち、断熱ギャップ１２－２は、磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ８と磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ１０の間、かつ磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ９と磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ１１の間に設けられる。また、断熱ギャップ１２－３は、－Ｙ方向における磁気抵抗角度感知ユニット・アレイと－Ｘ方向における磁気抵抗角度感知ユニット・アレイとの間に設けられ、すなわち、断熱ギャップ１２－３は、磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ１０と磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ６の間、かつ磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ１１と磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ７の間に設けられる。断熱ギャップ１２は、異なる磁場感受方向を有する隣接した磁気抵抗感知ユニット・アレイに対してのレーザ加熱による影響を隔絶することを目指している。

【0028】

さらに、＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ、および－Ｙの磁場の向きにおける磁気抵抗角度感知ユニット・アレイは、同じ磁気抵抗角度感知ユニット１５で全て構成される。Ｘプッシュ・アーム、Ｘプル・アーム、Ｙプッシュ・アーム、およびＹプル・アームは、＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ、および－Ｙの磁場感知方向に同じ個数の磁気抵抗角度感知ユニットをそれぞれ含み、それらは、直列接続、並列接続、または直接並列ハイブリッド接続によって２ポート構造の中に接続され、同じ抵抗を有する。

【0029】

磁気抵抗角度感知ユニット・アレイは、相互接続電線１３によって接続されている。磁気抵抗角度感知ユニット・アレイ内で磁気抵抗角度感知ユニットに接続されていない相互接続電線１３は、磁気抵抗感知ユニット・アレイまでの距離１４が１５μｍよりも大きい範囲内に位置する。特に、相互接続電線は、直線区間と曲がりくねった区間とを備え、直線区間の一端は、磁気抵抗感知ユニットに接続され、直線区間の他端は、曲がりくねった区間に接続されている。曲がりくねった区間から磁気抵抗角度感知ユニット・アレイまでの距離は、１５ミクロンよりも大きい。さらに、相互接続電線の曲がりくねった区間１６は、相互接続電線の全長を増加させることによって相互接続電線抵抗を増大させることを目指している。

【0030】

図２は、磁気抵抗角度感知ユニットの磁性多層膜構造の図である。磁気抵抗角度感知ユニット２０は、磁気トンネル接合ＭＴＪまたはＧＭＲスピン・バルブであり、２つの角度センサの磁気抵抗角度感知ユニットは、同じ磁性多層膜構造を有する。図２（ａ）は、磁気抵抗角度感知ユニットの磁性多層膜構造を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の１００の拡大構造図である。磁性多層膜構造は、上から下へシード層２３と、反強磁性層２４と、ピンニング層２５と、Ｒｕ２６と、参照層２７と、非磁性中間層２８と、自由層２９と、不活性化層３０とを備える。あるいは、図２（ｃ）は、磁気抵抗角度感知ユニットの別の磁性多層膜構造を示し、図２（ｄ）は、図２（ｃ）の２００の拡大構造図である。磁性多層膜構造は、上から下へシード層２３と、反強磁性層２４と、参照層２７と、非磁性中間層２８と、自由層２９と、不活性化層３０とを備える。ＭＴＪの場合、非磁性中間層は、Ａｌ_２Ｏ_３またはＭｇＯ膜であり、ＧＭＲスピン・バルブの場合、非磁性中間層は、ＣｕおよびＡｕ膜などの金属伝導層である。いずれの場合も、反強磁性層２４の磁化方向は、＋Ｘおよび－Ｘ方向３１にあり、または＋Ｙおよび；－Ｙ方向３２にある。

【0031】

図３は、磁気抵抗角度感知ユニット２０の形状図である。図３（ａ）は、反強磁性層の磁化方向がＸ方向にある磁気抵抗角度感知ユニットの平面図であり、図３（ｂ）は、反強磁性層の磁化方向がＹ方向にある磁気抵抗角度感知ユニットの平面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）に見られるように、両方は、円形構造であり、反強磁性層の磁化方向は、それぞれ＋Ｘ、－Ｘ方向および＋Ｙ、－Ｙ方向に沿っている。二軸磁気抵抗角度センサの正常な動作を確実にするために、磁気抵抗角度感知ユニットの円形形状からの可能性ある逸脱、熱応力、および異方性の分散が＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ、および－Ｙ方向からのピンニング層の実際の磁化方向の逸脱を引き起こし得ることを検討し、Ｘ軸およびＹ軸感知方向を有する磁気抵抗感知ユニットの磁場感受方向とピンニング層の磁化方向との角度範囲が８５°と９５°の間にあることがさらに必要とされる。

【0032】

図４は、高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの平面図である。具体的には、図４（ａ）は、ピンニング層の磁化方向がＸ方向にある高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの平面図である。図４（ｂ）は、ピンニング層の磁化方向がＹ方向にある高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの平面図である。図４に対応して、図５は、高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの側面図である。具体的には、図５（ａ）は、ピンニング層の磁化方向がＸ方向にある高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの側面図である。図５（ｂ）は、ピンニング層の磁化方向がＹ方向にある高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットの側面図である。図４および図５に見られるように、高磁界強度磁気抵抗角度感知ユニットは、磁気抵抗角度感知ユニット２０と、磁気抵抗角度感知ユニットの上面または下面に位置する磁気減衰層３３とを備え、絶縁層３４が、磁気減衰層３３と磁気抵抗角度感知ユニット２０との間に位置する。磁気減衰層３３は、Ｆｅ元素、Ｃｏ元素，およびＮｉ元素のうちの１つまたは複数を含む高透磁率軟磁性合金材料で作製される。全ての磁気抵抗角度感知ユニット２０のレーザ・プログラム制御加熱磁気アニーリングが完了した後にのみ、高磁界強度磁気抵抗角度センサを得るために、磁気減衰材料層３３は、磁気抵抗角度感知ユニットの表面上に電気メッキをされ得る。

【0033】

具体的には、磁場減衰層３３は、高磁場角度センサを形成するように磁気抵抗角度感知ユニット２０の表面上に電気メッキをされる。磁場減衰層３３は、円形構造であり、磁気抵抗角度感知ユニット２０は、楕円構造または円形構造である。磁気抵抗角度感知ユニット２０が楕円である場合、磁場減衰層３３の直径は、磁気抵抗角度感知ユニット２０の主軸距離よりも大きい。磁気抵抗角度感知ユニット２０が円形構造である場合、磁場減衰層３３の直径は、磁気抵抗角度感知ユニット２０の直径よりも大きく、この時、磁気抵抗角度感知ユニット２０は、１０ミクロンよりも大きい直径を有する。

【0034】

不活性化層は、ＢＣＢ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＡｌＦ_３、ＧｄＦ_３、ＬａＦ_３、ＭｇＦ_２、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、またはＳｉＯ_２を含む紫外線レーザ透過材料で作製される。

【0035】

不活性化層は、ダイヤモンドライク・カーボン膜、ＭｇＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＦ_３、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｈＦ_４、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_７、Ｓｉ、またはＧｅを含む赤外線レーザ透過材料で作製される。

【0036】

反射防止コーティングは、不活性化層の表面に加えられる。

【0037】

Ｘ軸磁気抵抗角度センサおよびＹ軸磁気抵抗角度センサの電源ピン、接地ピン、および出力ピンは、長方形チップの一辺に沿って配列される。

【0038】

図６は、半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジ構造であり得るプッシュ・プル二軸磁気抵抗角度センサの構造図である。図６（ａ）は、プッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサのフル・ブリッジ構造図であり、図６（ｂ）は、プッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサのフル・ブリッジ構造図である。

【0039】

図７は、プッシュ・プル磁気抵抗角度センサの相互接続抵抗の配電図である。プッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサまたはプッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサについては、プッシュ・プル フル・ブリッジ回路または半ブリッジ回路に関わらず、共通電源端子Ｖｓならびにプッシュ・アームおよびプル・アームに接続する相互接続電線と、共通接地端子ＧＮＤならびにプッシュ・アームおよびプル・アームに接続する相互接続電線とは、同じ相互接続抵抗Ｒｃ１を有する。共通信号出力端子Ｖ＋、Ｖ－ならびにプッシュ・アームおよびプル・アームに接続する相互接続電線同士は、同じ相互接続抵抗Ｒｃ２を有する。全てのプッシュ・アームおよび プル・アームは、同じ抵抗を有する。したがって、プッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサまたはプッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサは、磁場がゼロであるときにゼロ・ボルト信号を出力することが保証され得る。この目的を実現するために、相互接続電線は、直線区間または曲がりくねった区間によって実現される。図１に示されるように、曲がりくねった区間１６は、同じ相互接続抵抗を得るように抵抗を増加させる。

【0040】

図８は、図１に示された二軸磁気抵抗角度センサの＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ、－Ｙ磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの配電図である。Ｘプッシュ・プル磁気抵抗角度センサおよびＹプッシュ・プル磁気抵抗角度センサの＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ、－Ｙ磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの分散が共通の幾何学的中心を有することを確実にするために、図８（ａ）は、＋Ｙ、＋Ｘ、－Ｘ、－Ｙ分散構造を有する磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの分布構造図であり、図８（ｂ）は、－Ｙ、＋Ｘ、－Ｘ、＋Ｙ分散構造を有する磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの分布構造図であり、図８（ｃ）は、＋Ｙ、－Ｘ、＋Ｘ、－Ｙ構造を有する磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの分布構造図であり、図８（ｄ）は、－Ｙ、－Ｘ、＋Ｘ、＋Ｙ構造を有する磁気抵抗角度感知ユニット・アレイの分布構造図である。レーザ・プログラム制御動作を容易にするために、同じ磁化方向を有する磁気抵抗ブリッジ・アームは、互いに隣接して配列される。

【0041】

要するに、本発明の磁気抵抗角度センサは、プッシュ・プルＸ軸における磁気抵抗角度センサと、プッシュ・プルＹ軸における磁気抵抗角度センサとを備え、この２つの角度センサは、小さい全体寸法およびコンパクトな構造を実現するために同じチップ上に集積される。Ｘ軸磁気抵抗角度センサおよびＹ軸磁気抵抗角度センサは、共通の幾何学的中心を有し、２つの角度センサの磁気抵抗角度感知ユニットは、同じ磁性多層膜構造を有する。したがって、基板上で測定される２つの角度センサの磁場領域は、同じ平均値を有する。したがって、センサは、全体として低消費電力を有する。磁場減衰層は、動作磁場範囲を増加させるために磁気抵抗角度感知ユニットの表面上に堆積されることもできる。さらに、断熱ギャップは、異なる磁場感受方向を有する２つの隣接した磁気抵抗感知ユニット・アレイ間に設けられ、断熱ギャップは、異なる磁場感受方向を有する隣接した磁気抵抗感知ユニット・アレイが互いに影響を受けることを隔絶することができる。要するに、本発明は、コンパクトな構造、高精度、小型サイズ、および大きい磁場動作範囲を実現する能力において有利である。

【0042】

上記説明は、本発明の好ましい実施形態にすぎず、本発明を限定することを意図しておらず、当業者によって本発明の様々な修正および変更がなされてもよい。本発明の要旨および原理の範囲内で任意の修正、均等な置換、改良などが、本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

【図1】

【図2(a)】

【図2(b)】

【図2(c)】

【図2(d)】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図5(a)】

【図5(b)】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図8(c)】

【図8(d)】