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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich allgemein
auf magnetoresistive Sensoren, einen Prozess zum Erzeugen eines
Widerstands in Abhängigkeit von einem extern angelegten
Magnetfeld sowie auf ein damit zusammenhängendes Verfahren.
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Um
die Position, Geschwindigkeit oder Orientierung eines physischen
Objekts zu erfassen, stützt sich ein elektrischer Sensor
häufig auf eine Änderung eines Magnetfelds, die
anhand einer Vielzahl von Techniken erfasst werden kann. Eine Technik verwendet
einen Hall-Effekt-Sensor, der sich auf eine auf gegenüberliegenden
Seiten eines elektrischen Leiters erzeugte Potentialdifferenz stützt.
Die Potentialdifferenz wird durch ein extern angelegtes Magnetfeld,
das zu einem Stromfluss innerhalb des Sensors senkrecht ist, erzeugt.
Eine weitere verwendet eine Drahtschleife und stützt sich
dabei auf das Faradaysche Gesetz, um eine Spannung zu erzeugen, die
zu einer Änderungsrate eines durch den Bereich der Schleife
eingeschlossenen Magnetfeldes proportional ist. Eine dritte Technik
stützt sich auf den magnetoresistiven Effekt, der die Eigenschaft
eines Materials ist, seinen elektrischen Widerstand in Gegenwart
eines extern angelegten Magnetfeldes zu verändern. Obwohl
diese Techniken bisher in einer Bandbreite von Anwendungen eingesetzt
werden, bilden und bildeten ihre geringe Empfindlichkeit für
ein extern angelegtes Magnetfeld oder Probleme bezüglich einer
kostengünstigen Herstellung einen Anreiz für fortdauernde
Forschungsarbeit, um verbesserte Felderfassungsverfahren zu identifizieren.
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Verschiedene
Forschungsbemühungen konzentrieren sich bisher auf Vorrichtungen,
die einen magnetoresistiven Effekt aufweisen. Der „anisotrope magnetoresistive
Effekt" (AMR – ani sotropic magnetoresistive effect), der
im Jahre 1856 von William Thomson entdeckt wurde, führt
zu einer geringen Änderung des elektrischen Widerstandes
bestimmter Leiter in Gegenwart eines extern angelegten Magnetfeldes.
Kürzlich entdeckte Abwandlungen dieses Effekts führen
zu einer größeren relativen Änderung des
elektrischen Widerstandes. Ein solcher den Widerstand verändernder
Effekt wird als „magnetoresistiver Giant-Effekt" (GMR – giant
magnetoresistive effect) bezeichnet, der ein quantenmechanisches
Phänomen ist, das bei Dünnfilmen, die aus sich
abwechselnden ferromagnetischen und unmagnetischen Metallschichten
gebildet sind, beobachtet wird. Ein weiterer ist der „kolossale
magnetoresistive Effekt" (CMR – colossal magnetoresistive
effect), der eine magnetische Eigenschaft mancher Materialien wie
z. B. von Perowskit-Oxiden auf Manganbasis ist. Ein dritter ist
der „magnetoresistive Tunneleffekt" (TMR – tunnel
magnetoresistive effect), der auftritt, wenn zwei Ferromagnete durch
einen sehr dünnen Isolator (~ 1 nm) getrennt sind. Kollektiv
können diese magnetoresistiven Effekte als xMR bezeichnet
werden.
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Magnetischer
Widerstand ist eine allgemeine Eigenschaft eines Materials, durch
die sein elektrischer Widerstand von dem Winkel zwischen der Richtung
eines elektrischen Stromflusses in dem Material und der Richtung
eines extern angelegten Magnetfeldes abhängig ist. Der
resultierende elektrische Widerstand ist allgemein ein Maximum,
wenn der Stromfluss und das extern angelegte Magnetfeld parallel
sind. Um einen elektrischen Widerstand mit einer linearen Abhängigkeit
von einer Änderung der Richtung des extern angelegten Magnetfeldes
zu erzeugen, werden auf der Oberfläche eines Dünnfilms eines
geeigneten magnetoresistiven Materials, beispielsweise Permalloy,
leitfähige Streifen, üblicherweise Aluminium oder
Gold, in einem Winkel aufgebracht, der zu einer leitfähigen
Achse der Vorrichtung um etwa 45° geneigt ist. Eine derartige
Struktur wird oft als „Magnetowiderstandskopf" („engl.
barber pole") bezeichnet.
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Die
Stromverteilung in einem Streifen eines xMR-Materials ist über
seine Breite hinweg ungefähr einheitlich, was bei bestimmten
Sensoranwendungen üblicherweise nicht die optimale Anordnung
ist. Um eine effiziente Sensorleistungsfähigkeit zu erhalten,
wird ein xMR-Streifen allgemein mit einer sehr breiten lateralen
Abmessung bezüglich des Stromflusses (z. B. für
Winkelerfassungsanwendungen) oder mit einer sehr schmalen lateralen
Abmessung (z. B. für Drehgeschwindigkeitserfassungsanwendungen)
gebildet, was bezüglich der Sensorempfindlichkeit, -größe
und der Steuerbarkeit des Herstellungsprozesses nachteilig ist.
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Somit
besteht eine Herausforderung beim Entwerfen eines Sensors unter
Verwendung eines Streifens eines xMR-Materials dahin gehend, eine Position,
Geschwindigkeit oder einen Winkel eines physischen Objekts zu erfassen,
darin, eine zuverlässige Änderung des Widerstands
des Sensors mit ausreichender Wiederholbarkeit, mit ausreichendem Betrag
und mit ausreichender Genauigkeit für die Anwendung und
zu niedrigen Kosten zu bewirken.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, magnetoresistive
Vorrichtungen sowie ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch magnetoresistive Vorrichtungen gemäß den
Ansprüchen 1, 13 oder 18 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch
7 gelöst.
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Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind eine
magnetoresistive Vorrichtung und ein damit zusammenhängendes
Verfahren vorgesehen. Die magnetoresistive Vorrichtung umfasst ferner
ein Substrat, eine über das Substrat gebildete metallische
Schicht, eine über die metallische Struktur gebildete isolierende
Schicht, einen über die isolierende Schicht gebildeten
magnetoresistiven Streifen und eine Mehrzahl von leitfähigen Durchkontaktierungen,
die die metallische Schicht mit dem magnetoresistiven Streifen koppeln.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der magnetoresistive
Streifen dahin gehend gebildet, einen magnetoresistiven Giant-Effekt
zu erzeugen. Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist der magnetoresistive Streifen dahin gehend gebildet, einen anisotropen
magnetoresistiven Effekt, einen kolossalen magnetoresistiven Effekt
oder einen magnetoresistiven Tunneleffekt zu erzeugen.
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In
den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen allgemein dieselben
oder im Wesentlichen identische Komponententeile in den verschiedenen
Ansichten. In der nachstehenden Beschreibung werden verschiedene
exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittszeichnung einer magnetoresistiven Vorrichtung, die gemäß den
Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist;
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2 eine
Querschnittszeichnung einer magnetoresistiven Vorrichtung, die als
magnetoresistiver Streifen mit einer Durchkontaktierung gebildet
ist, um einen lokalen lateralen Kurzschluss zu erzeugen, und die
gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist;
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3 einen
Graphen, der das Verhältnis der Gesamtleitfähigkeit
einer magnetoresistiven Struktur, die Lokaler-Lateraler-Kurzschluss-Regionen
enthält und gemäß den Prinzipien der
Erfindung aufgebaut ist, zu der Gesamtleitfähigkeit einer
GMR-Struktur ohne Lokaler-Lateraler-Kurzschluss-Regionen zeigt;
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4 eine
Grundrisszeichnung einer magnetoresistiven Struktur, die gemäß den
Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist, zum Erfassen einer Winkelorientierung
eines extern angelegten Magnetfeldes;
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5 die
Stromverteilung entlang einer repräsentativen Linie der
Vorrichtung, wie sie anhand einer Simulation der in 4 veranschaulichten
Vorrichtung bestimmt wird;
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6 eine
graphische Grundrissdarstellung einer Sensorschichtmagnetisierung
eines ohne Lokaler-Kurzschluss-Strukturen gebildeten magnetoresistiven
Sensors;
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7 einen
Graphen, der das simulierte Verhalten eines Anisotropiefehlers und
des damit zusammenhängenden normierten magnetischen Widerstands
zeigt;
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8 einen
Graphen, der das simulierte Verhalten eines Anisotropiefehlers und
des damit zusammenhängenden normierten magnetischen Widerstands
in Abhängigkeit von einem Abstand einer Lokaler-Kurzschluss-Struktur
bei einer feststehenden Länge der Lokaler-Kurzschluss-Struktur
zeigt;
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9 eine
Grundrisszeichnung einer magnetoresistiven Struktur, die gemäß den
Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist und die zur Drehgeschwindigkeitserfassung
vorteilhaft eingesetzt werden kann;
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10 die
Stromverteilung der in 9 veranschaulichten Vorrichtung
entlang einer repräsentativen Linie der Vorrichtung, wie
sie durch eine Simulation bestimmt wird;
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11A–11D Grundrisszeichnungen von
exemplarischen Aufbauten von lokalen Kurschlussstrukturen, die gemäß den
Prinzipien der Erfindung aufgebaut sind;
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12A eine Grundrisszeichnung einer anisotropen
magnetoresistiven Vorrichtung, die gemäß den Prinzipien
der Erfindung aufgebaut ist, wobei der drei Magnetowiderstandskopf-Streifen
in einem Winkel von 45° bezüglich der Vorrichtungslängenachse orientiert
sind;
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12B eine Grundrisszeichnung, die die resultierende
Stromrichtungsverteilung zeigt, die anhand einer zweidimensionalen
Simulation der in 12A veranschaulichten Vorrichtung
erhalten wird;
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13A eine schematische Grundrisszeichnung eines
xMR-Streifens mit Einschnürung, der gemäß den
Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist;
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13B eine schematische Grundrisszeichnung von in
Reihe geschalteten xMR-Elementen mit begrenzten Kontaktflächen,
die gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgebaut
sind; und
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14 schematisch
eine Stromverteilung bei einem xMR-Element, das mit einem geringen
Verhältnis von Kontakt-Zu-Kontakt-Abstand zu Strukturbreite
aufgebaut ist.
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Aktuelle
Entwürfe von xMR-Sensorstrukturen sind allgemein mit einem
großen Länge-Zu-Breite-Verhältnis gebildet,
um eine CIP-Schaltungskonfiguration (CIP = current-in-plane, Strom-in-Ebene)
mit einem ausreichend hohen elektrischen Widerstand zu erhalten,
so dass sie ohne weiteres zur Signalverarbeitung verwendet werden
kann, ohne dass ein hoher Verstärkungsspannungserfassungsstrom
erforderlich ist. Bei einer typischen xMR-Sensoranwendung wird ein
Signal erfasst, indem ein bekannter Strom an eine xMR-Vorrichtung
angelegt wird und indem die über die xMR-Vorrichtung hinweg
erzeugte Spannung mit einem Operationsverstärker erfasst wird.
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Die
Stromverteilung über die strukturelle Breite einer xMR-Vorrichtung
ist allgemein einheitlich, d. h. alle Regionen der Struktur tragen
ungefähr gleichermaßen zu ihrem magnetischen Widerstand bei.
Aus einer Perspektive der Magnetfelderfassung wäre es vorteilhaft,
die Stromdichte in bestimmten Regionen der xMR-Struktur unterzugewichten und/oder überzugewichten.
Beispielsweise weisen Randregionen einer streifenförmigen
xMR-Struktur für Winkelerfassungsanwendungen eine hohe
Form anisotropie auf, was zu einem Winkelerfassungsfehler führt.
Falls ein Stromfluss in den Randregionen verringert würde
und/oder ein Stromfluss in der mittleren Region des xMR-Streifens
erhöht würde, würde die Winkelfelderfassungsgenauigkeit
verbessert. Selbstverständlich würde eine weitere
Erhöhung der Strukturbreite auch zu einem Übergewichten
des Stromflusses in der zentralen Region der Vorrichtung im Vergleich
zu den Randbereichen führen, was zu einem reduzierten Winkelfelderfassungsfehler
führen würde. Die Zunahme eines xMR-aktiven Bereichs
ist für viele Anwendungen vom Kostenstandpunkt aus betrachtet
nicht akzeptabel. Für Drehgeschwindigkeitserfassungsanwendungen
ist eine hohe Anisotropie einer freien Schichtmagnetisierung erforderlich. Da
die minimale Breite der xMR-Struktur durch den Ätzvorgang
begrenzt ist, würde eine Verschiebung des Hauptstroms hin
zu den Randregionen zu einer besseren Sensorleistungsfähigkeit
führen, ohne dass man sich dabei an eine Ätzgrenze
eines Herstellungsprozesses annähert.
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Bei
einer xMR-Sensorstruktur, die gemäß den Prinzipien
der Erfindung aufgebaut ist, wird die Stromverteilung in einem xMR-Sensor
durch „Lokaler-Kurzschluss"-Strukturen (LSC-Strukturen,
LSC = local short-circuit) modifiziert, um eine verbesserte Sensorleistungsfähigkeit
zu erhalten. Ferner wird ein Integrationskonzept vorgestellt, das
sich nach den Prinzipien der Erfindung richtet und das LSC-Strukturen
liefert, die mit einer CMOS-Herstellung vollständig kompatibel
sind und die keine zusätzlichen Verarbeitungsschritte nach
sich ziehen. Die Größe der resultierenden LSC-Strukturen
kann vorteilhafterweise sehr klein sein, und sie sind mit der Erzeugung
der zur xMR-Sensorherstellung verwendeten Technologie skalierbar.
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Eine
weitere Beschreibung eines Prozesses für eine monolithische
Integration von xMR-Strukturen, die mit derzeitigen CMOS-Massenproduktionsprozessen
vollständig kompatibel sind, wird von Kolb et al. in der
US-Patentanmeldung 11/360,538, Veröffentlichungsnummer
US 2006/0202291 A1 mit
dem Titel „Magnetoresistive Sensor Module and Method for
Manufacturing the Same", die durch Bezugnahme in das vorliegende
Dokument aufgenommen ist, geliefert.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist eine Querschnittszeichnung
einer magnetoresistiven xMR-Vorrichtung 100 veranschaulicht,
die gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgebaut
ist. Die magnetoresistive Vorrichtung umfasst leitfähige
Durchkontaktierungen zu einer darunter liegenden leitfähigen
Schicht, um einen Stromfluss in der magnetoresistive Vorrichtung
zu verändern, um ihre Positions- oder Winkelerfassungscharakteristika
zu verbessern. Die magnetoresistive xMR-Struktur ist auf einem Substrat 101 gebildet,
das ein Silizium- oder Verbundhalbleitersubstrat sein kann, wie
es üblicherweise zum Bilden einer integrierten Schaltung
verwendet wird, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein,
und kann aktive und/oder passive integrierte Schaltungskomponenten
umfassen. über dem Substrat ist eine isolierende Schicht 102 wie
z. B. eine Siliziumdioxidschicht aufgebracht. Eine strukturierte,
leitfähige Schicht, die Zwischenverbindungsstrukturen wie
z. B. eine leitfähige Struktur 103 bildet, ist über
der isolierenden Schicht 102 gebildet. Eine weitere isolierende Schicht 104 ist über
der strukturierten, leitfähigen Schicht aufgebracht. Eine
magnetoresistive Vorrichtung 105, z. B. eine magnetoresistive
GMR-Vorrichtung, ist über der isolierenden Schicht 104 gebildet. Leitfähige
Durchkontaktierungsstrukturen sind in der isolierenden Schicht 104 gebildet,
um Zwischenverbindungen zwischen der magnetoresistiven Vorrichtung 105 und
der strukturierten, leitfähigen Schicht, die darunter gebildet
wurde, zu liefern. Die leitfähigen Durchkontaktierungsstrukturen
umfassen ein leitfähiges Material 108 wie z. B.
Wolfram, das in Aperturen der isolierenden Schicht 104 eingebracht
ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in den Aperturen
optional ein leitfähiger Film 106 aufgebracht,
um eine Auskleidung zu bilden, bevor eine Auffüllung mit
dem leitfähigen Material erfolgt. Eine Passivierungsschicht 107 für
die Struktur, z. B. eine Oxid-, Nitrid- oder Polyimidschicht, ist über
der magnetoresistiven Vorrichtung 105 gebildet. Techniken zum
Bilden und Strukturieren derartiger Schichten und Strukturen, wie
sie oben beschrieben wurden, sind in der Technik hinreichend bekannt
und werden der Kürze halber nicht näher beschrieben.
Wie in 1 veranschaulicht ist, wird somit ein Kontaktkonzept
zur Verwirklichung von Lokaler-Lateraler-Kurzschluss-Strukturen
(LSC-Strukturen) eingeführt, um eine Stromverteilung bei
einer magnetoresistiven Vorrichtung zu verändern.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist eine Querschnittszeichnung
eines Abschnitts einer magnetoresistiven Vorrichtung veranschaulicht,
die als GMR-Streifen mit einer Durchkontaktierungsstruktur einer
Breite dVIA unterhalb einer Region des Streifens gebildet
ist, um einen lokalen lateralen Kurzschluss zu erzeugen, und die
gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.
Die Durchkontaktierung ist mit einem Durchkontaktierungsfüllmaterial
(z. B. Wolfram, „W"), das in einem optionalen Durchkontaktierungsfilm
eingebracht ist, und mit einer leitfähigen Metallstruktur
(z. B. Aluminium, „Al"), unter derselben gebildet. Der
Flächenwiderstand der xMR-Schicht wird dadurch in der Region
um die Durchkontaktierung herum für In-Ebene-Ströme
durch die hohe Leitfähigkeit der darunter gebildeten metallischen
Durchkontaktierungsstrukturen beträchtlich verringert.
Elemente in 2, wie auch in anderen Figuren,
mit denselben Bezugszeichen, die in einer früheren Figur
verwendet werden, werden der Kürze halber nicht erneut
beschrieben.
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Um
die Zunahme der Leitfähigkeit in einer solchen Region,
die durch darunter liegende Durchkontaktierungen, die mit einer
Metallstruktur gekoppelt sind, erzeugt wird, zu bewerten, wurden
zweidimensionale elektrische Simulationen für Strukturen, wie
sie beispielsweise in 2 veranschaulicht sind, durchgeführt.
Das Wolfram für die Durchkontaktierungsfüllung
wies eine Dicke von 400 nm auf, und Aluminium in dem darunter liegenden
Metall wies eine Dicke von 500 nm auf, was typische Dickenwerte
für verschiedene Anwendungen sind. Man nahm an, dass die
Leitfähigkeit des Wolfram 14 Mal höher war
als die GMR-Leitfähigkeit, und man nahm an, dass die Leitfähigkeit
des Aluminiums 30 Mal höher war. Die Durchkontaktierungsbreite,
dVIA, wurde bei 0,25 μm angenommen.
Die Simulation zeigte, dass ein Großteil des Stroms durch
den GMR, durch die mit Wolfram gefüllten Durchkontaktierungen
und durch das darunter liegende Aluminiummetall fließt. Lediglich
einige wenige Träger erreichen die zuunterst liegende Aluminiumschicht,
da die Durchkontaktierungsbreite zu gering ist, als dass sie ermöglichen würde,
dass sich das elektrische Feld im Wesentlichen über die
gesamte LSC-Struktur erstreckt. Folglich weist der LSC eine viermal
höhere Leitfähigkeit auf als die GMR-Schicht,
was als moderate Zunahme der Leitfähigkeit beurteilt wird.
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Anschließend
wurde für die Stromverteilung in der GMR-Schicht mit einer
Durchkontaktierungsbreite von 5 μm eine zweidimensionale
Simulation durchgeführt. Die Wolframdicke betrug 400 nm
und die Aluminiumdicke betrug 500 nm. Es wurde beobachtet, dass
ein Erhöhen der Breite der Durchkontaktierung zu einer
Erstreckung des elektrischen Feldes im Wesentlichen durch die gesamte
LSC-Struktur führt, was einen beträchtlichen Beitrag
seitens des Aluminiumabschnitts der Struktur zu deren Leitfähigkeit
zur Folge hat. In diesem Fall beträgt die Leitfähigkeit
der LSC-Region dann, wenn die Breite der Durchkontaktierungsstruktur
dVIA 5 μm beträgt, etwa das
35fache der GMR-Leitfähigkeit, was als beträchtlicher
Anstieg gewertet wird.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist das Verhältnis σVIA/σGMR der
Gesamtleitfähigkeit σVIA einer GMR-Struktur,
die Lokaler-Lateraler-Kurzschluss-Regionen enthält, zu
der Gesamtleitfähigkeit σGMR einer
GMR-Schicht ohne Lokaler-Lateraler-Kurzschluss-Regionen veranschaulicht.
Gegenüber der Durchkontaktierungsbreite mit einer logarithmischen
Skala auf der horizontalen Achse ist dieses Verhältnis
auf der vertikalen Achse der Figur aufgetragen. Das Leitfähigkeitsverhältnis
ist ein Maß der Kurzschlusseffizienz der LSC-Struktur. 3 veranschaulicht
eine Korrelation zwischen der LSC-Breite und der Kurzschlusseffizienz
einer LSC-Struktur für den Fall einer 400 nm dicken Wolfram-Durchkontaktierung
und eines darunter liegenden 500 nm dicken Aluminiummetalls. Für
Durchkontaktierungsgrößen von mehr als 0,7 μm
kann vorteilhafterweise eine 10 Mal höhere lokale Leitfähigkeit
erzielt werden. Eine Verwendung anderer Durchkontaktierungsfüllmaterialien
mit einer höheren Leitfähigkeit (z. B. Cu) kann die
Leitfähigkeitseffizienz der LSC-Struktur weiter erhöhen.
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Die
Implementierung von LSC-Strukturen dahin gehend, die Stromverteilung
in einer magnetoresistiven Struktur zu modifizieren, wird anhand
mehrerer Beispiele beschrieben.
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Bei
einem ersten Beispiel wird der Einfluss von LSC-Strukturen für
Winkelerfassungsvorrichtungen beschrieben. Unter Bezugnahme auf 4 ist eine
Grundrisszeichnung einer xMR-Struktur zum Erfassen einer Winkelorientierung
eines extern angelegten Magnetfeldes veranschaulicht. Der xMR-Sensorstreifen 401 weist
eine Breite von 10 μm und eine Länge von 30 μm
auf, ist aber nicht hierauf beschränkt. Die kleinen schwarzen
Regionen 402 und 403 an dem oberen bzw. dem unteren
Rand des xMR-Sensorstreifens stellen Kontaktflächen mit
geringem Widerstand dar, die eine Strominjektion hauptsächlich
in der Mittelregion des Streifens gewährleisten. Die LSC-Strukturen,
z. B. die LSC-Struktur 404, sind in der Mitte des Sensorstreifens
gebildet und weisen eine Länge lLSC und
einen Trennungsabstand dLSC auf.
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Die
Simulation der Stromverteilung für die in 4 veranschaulichte
Struktur demonstrierte, dass eine im Wesentlichen vorliegende Uneinheitlichkeit eines
Stromflusses aus der Kombination einer lokalen Strominjektion in
der Mittelregion der xMR-Struktur und der Mittelregion-Implementierung
von stark leitfähigen LSC-Strukturen resultiert. Für
den Fall, dass lLSC = 1,1 μm und
dLSC = 2,2 μm, wurden exemplarische
Simulationen durchgeführt, und die LSC-Leitfähigkeit
wurde als das 100fache des xMR-Materials angenommen. Die Breite
der xMR-Struktur betrug 10 μm, und ihre Länge
betrug 30 μm. Infolge eines Einschlusses lokaler LSC-Strukturen
ist die Stromdichte zwischen den LSC-Strukturen in dem Mittelregionbereich
im Vergleich zu der Stromdichte in den Randregionen erhöht.
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5 veranschaulicht
die Stromverteilung, die durch eine Simulation der in 4 veranschaulichten
Vorrichtung an der Stelle der gestrichelten Linie 405 für
die in dem vorhergehenden Absatz beschriebenen exemplarischen Bedingungen
bestimmt wird. Bei diesem Simulationsbeispiel ist die Stromdichte
in der Mittelregion der Struktur etwa 27% höher als an
Randregionen der Struktur. Somit werden vorteilhafterweise Lokaler-LSC-Strukturen,
die gemäß den Prinzipien der Erfindung aufgebaut
sind, dazu verwendet, die Leistungsfähigkeit einer xMR-Positionserfassungsvorrichtung
zu erhöhen.
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Unter
Bezugnahme auf 6 ist eine schematische Grundrissdarstellung
einer Sensorschichtmagnetisierung eines xMR-Sensors gemäß mikromagnetischen
Simulationen veranschaulicht. In 6 kann man
erkennen, dass magnetische Domänen an den Rändern
des Streifens nicht gut mit der Richtung des extern angelegten Magnetfeldes
ausgerichtet sind. Die magnetischen Domänen in der Mittelregion
der Struktur sind besser ausgerichtet. Der Grund für die
Fehlausrichtung an den Rändern ist eine Formanisotropie,
die an den Rändern einer Struktur üblicherweise
am stärksten ist. Falls die Stromdichte über die
Streifenbreite hinweg einheitlich ist, tragen alle magnetischen
Domänen präzise zu dem xMR-Signal bei. Infolge
einer Uneinheitlichkeit erzeugen die Regionen an dem Rand der Struktur
eine Abweichung des erfassten Winkels des extern angelegten Magnetfeldes,
d. h. es wird ein Fehler erzeugt, der als „Anisotropiewinkelfehler"
bezeichnet wird. Ferner kann ein zusätzlicher, auf eine
Hysterese zurückzuführender Fehler auftreten.
Hysterese beschreibt den Effekt einer von der Vor geschichte abhängigen
internen Magnetisierung einer ferromagnetischen Schicht auf ein
externes Magnetfeld, d. h. die interne Magnetisierung hängt
von der Art und Weise ab, wie eine bestimmte Magnetfeldrichtung angelegt
wird. Eine Verringerung des Beitrags der Randregionen zu dem xMR-Signal
würde somit die durch Anisotropie und durch Hysterese bewirkten Komponenten
des Winkelfehlers verringern. Eine verschobene Stromverteilung kann
somit die Leistungsfähigkeit einer xMR-Winkelerfassungsvorrichtung
verbessern.
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Unter
Bezugnahme auf 7 ist ein Graph veranschaulicht,
der das simulierte Verhalten eines Anisotropiefehlers (auf der linken
vertikalen Achse des Graphen) und des damit zusammenhängenden normierten
xMR-Widerstands („xMR-Signal in r. E., relativen Einheiten” auf
der rechten vertikalen Achse des Graphen) zeigt. Der Graph ist als
Funktion der LSC-Struktur-Länge für den exemplarischen
Fall, dass der Abstand zwischen Durchkontaktierungen konstant bei
dLSC = 3,36 μm gehalten wird, aufgebaut. Die
Leitfähigkeit der LSC-Struktur in Abhängigkeit von
der Länge wurde gemäß den in 4 veranschaulichten
numerischen Feststellungen gewählt. Ohne jegliche LSC-Strukturen
(d. h. lLSC = 0 μm) und ohne einheitliche
Strominjektion über die gesamte Breite des Streifens hinweg
wird ein maximaler Anisotropiefehler von 0,7° beobachtet.
Das Vorliegen von LSC-Strukturen mit einer Länge, die bis
auf 14 μm erhöht ist, führt zu einer
kontinuierlichen Abnahme des Winkelfehlers bis auf 0,52° für
eine LSC-Länge von 13,4 μm. Gleichzeitig nimmt
der xMR-Widerstand um etwa 35 (auf einer relativen Basis) ab, da die
Regionen, in denen sich die LSC-Strukturen befinden, nicht zu dem
xMR-Signal beitragen. Abschnitte des xMR-Streifens werden durch
die LSC-Strukturen effektiv kurzgeschlossen. Jedoch ist in den meisten
Fällen die Zunahme an Sensorleistungsfähigkeit wichtiger
als die Verringerung des Widerstandes der xMR-Vorrichtung. Eine
weitere Stapelverbesserung kann vorgenommen werden, um die Reduktion
des Widerstandes der xMR-Vorrichtung auf Grund der LSC-Strukturen
zu kompensieren. Eine weitere Möglichkeit, den Verlust
an Widerstand der xMR-Vorrichtung zu kompensieren, besteht darin,
die xMR-Struktur länger zu gestalten.
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Unter
Bezugnahme auf 8 ist ein Graph veranschaulicht,
der das simulierte Verhalten eines Anisotropiefehlers und des damit
zusammenhängenden normierten xMR-Widerstandes („Signal”)
in Abhängigkeit von dem LSC-Struktur-Abstand bei einer feststehenden
Länge der LSC-Struktur von dLSC =
2,8 μm zeigt. Bezüglich eines erhöhten
LSC-Struktur-Abstands bei einer feststehenden LSC-Struktur-Länge ist
der Anisotropiefehler bei einem minimalen Abstand auf einem Minimum
und nimmt bei größeren Abständen zu.
Wenn der Abstand zwischen den LSC-Strukturen zunimmt, erstrecken
sich die Ladungsträger bis zu den äußeren
Rändern der Struktur. Dies führt zu einem wachsenden
elektrischen Einfluss der Randregionen auf den Widerstand der Vorrichtung.
Demgemäß nimmt das xMR-Signal zu.
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Neben
Winkelsensoren können auch Drehgeschwindigkeitssensoren
aus einer uneinheitlichen Stromverteilung Nutzen ziehen. Zur Drehgeschwindigkeitserfassung
kann eine hohe Formanisotropie verwendet werden, um eine breite
Linearer-Übergang-Region aus einem Zustand eines niedrigen
Widerstands zu einem Zustand eines hohen Widerstands zu erzeugen.
Ein Verschmälern des xMR-Streifens führt zu einer
Zunahme der Formanisotropie, aus der Sicht der Herstellung ist es
jedoch schwieriger, einen Ätzvorgang für geringe
Strukturgrößen bei geeignet niedrigen Kosten und
mit Reproduzierbarkeit zu verwenden.
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Unter
Bezugnahme auf 9 ist eine Grundrisszeichnung
einer xMR-Struktur, die gemäß den Prinzipien der
Erfindung aufgebaut ist und die zur Drehgeschwindigkeitserfassung
vorteilhaft eingesetzt werden kann, veranschaulicht. Die xMR-Struktur
umfasst einen xMR-Streifen 901, Kontaktflächen 902 und 903 mit
geringem Widerstand sowie eine LSC-Struktur 904. Bei einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel beträgt die
Streifenbreite der xMR-Vorrichtung 2 μm, und die Länge
beträgt 30 μm. Eine Implementierung von LSC-Strukturen
entlang Seitenwänden der xMR-Vorrichtung liefert eine lokale Strominjektion,
um die Felderfassungsgenauigkeit zu verbessern.
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Die
Implementierung einer LSC-Struktur, wie sie in 9 veranschaulicht
ist, führt zu einer uneinheitlichen Stromverteilung, wobei
sich der Großteil der Träger an den Rändern
der Vorrichtung befindet. Es wurde eine Simulation einer exemplarischen xMR-Struktur
mit lLSC = 1,1 μm und dLSC = 1,1 μm durchgeführt,
und die LSC-Leitfähigkeit wurde 100 Mal höher
angenommen als die des xMR-Materials. Die Breite der xMR-Struktur
betrug 2 μm, und ihre Länge betrug 30 μm.
Eine Untersuchung des Stromflusses an der gestrichelten Linie 905 in 9 zeigt, dass
der Strom an den Rändern des xMR-Streifens bei diesem Beispiel
ungefähr 35% höher ist als an der Mittelregion
des Streifens. Folglich ist der elektrische Beitrag der Mittelregion
der Vorrichtung, die einen geringeren Formanisotropieeffekt aufweist,
zu dem xMR-Widerstand verringert, was zu einer Vergrößerung
des Linearer-Übergang-Bereich bei dieser exemplarischen
Struktur um etwa 7% führt. Gleichzeitig wird der xMR-Widerstand
um etwa 27% verringert.
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Unter
Bezugnahme auf 10 ist die Stromverteilung der 9 entlang
der gestrichelten Linie 905 veranschaulicht. In den Randregionen
des Streifens ist der Strom etwa 35% höher als in der Mittelregion
des Streifens.
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Unter
Bezugnahme auf 11A–11D sind jeweils Grundrisszeichnungen exemplarischer Aufbauten
von Lokaler-Kurzschluss-Strukturen veranschaulicht. In den 11A–11D stellt 1101 einen
Abschnitt eines xMR-Streifens dar. Eine Durchkontaktierung ist durch
das Bezugszeichen 1108 dargestellt, und eine darunter liegende
leitfähige Metallstruktur ist durch das Bezugszeichen 1103 dargestellt. 11A veranschaulicht eine Durchkontaktierung mit
einer lateral erweiterten Breite. 11B veranschaulicht
eine Mehrzahl von quadratischen Durchkontaktierungen, um einen Kurzschlussstreifen mit
schmäleren Durchkontaktierungsbreiten zu bilden. 11C veranschau licht eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen
mit einer lateral erweiterten Breite. Und 11D veranschaulicht
eine Mehrzahl von quadratischen Durchkontaktierungen, um einen Kurzschlussstreifen
mit einer Breite zu bilden, die unabhängig von der Durchkontaktierungsgröße
ist. Diese Beispiele demonstrieren verschiedene mögliche LSC-Aufbauten,
sind aber nicht auf diese beschränkt. Falls die Breite
einer Durchkontaktierung zu einem Kurzschluss führt, der
für die Anwendung hoch genug ist, so kann die Länge
der LSC-Struktur anhand einer langen Durchkontaktierung, wie sie
in 11A veranschaulicht ist, oder anhand einer Mehrzahl
von quadratischen Durchkontaktierungen, wie sie in 11B veranschaulicht sind, bestimmt werden. Für
den Fall, dass eine hohe Kurzschlusseffizienz erforderlich ist,
kann eine Mehrzahl von LSC-Elementen, die durch eine darunter liegende Metallschicht
verbunden sind, verwendet werden, wie in 11B und 11D veranschaulicht ist. Jenseits der linearen
Konfigurationen von LSCs, die in diesen Figuren veranschaulicht
sind, sind innerhalb des breiten Schutzumfangs der Erfindung weitere Formen
und Orientierungen möglich.
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Eine
weitere Anwendung von LSC-Strukturen, die gemäß den
Prinzipien der Erfindung aufgebaut sind, beinhaltet so genannte „Magnetowiderstandskopf"-Strukturen,
die für anisotrope magnetoresistive Sensoren (AMR-Sensoren)
hinreichend bekannt sind. Die „Magnetowiderstandskopf"-Strukturen
beziehen sich auf die Verwendung von Streifen eines stark leitfähigen
Materials, die sich in einem bestimmten Winkel bezüglich
der AMR-Längenachse befinden, und sind herkömmlicherweise
auf einer äußeren Oberfläche eines AMR-Sensors
aufgebracht. Durch das Vorliegen eines stark leitfähigen
Materials in einem Winkel bezüglich der AMR-Längenachse kann
die Stromrichtung in der Region zwischen zwei Magnetowiderstandskopf-Strukturen
unabhängig von der Richtung einer extern angelegten Spannung bestimmt
werden. Die Verwendung von Magnetowiderstandskopf-Streifen kann
zum Bauen von AMR-Sensoren nützlich sein, da der AMR-Effekt
von dem Winkel zwischen der Strom- und der Magnetisierungsrichtung
abhängt. Bei manchen Sensoranwendungen ist es vorzuziehen,
in der xMR-Vorrichtung eine Stromrichtung zu liefern, die nicht
senkrecht zu dem Gradienten eines extern angelegten elektrischen
Potentials ist. In der derzeitigen Praxis werden die Magnetowiderstandskopf-Strukturen
anhand zusätzlicher Verarbeitungsschritte, die mit derzeitigen Massenproduktionsprozessen
des neuesten Standes der Technik nicht vollständig vereinbar
sind, auf der AMR-Schicht der Struktur platziert. Magnetowiderstandskopf-Strukturen,
die aus LSC-Strukturen gebaut sind, welche mit Durchkontaktierungen
gebildet sind, die mit einer darunter liegenden metallischen Schicht
gekoppelt sind, die gemäß den Prinzipien der Erfindung
aufgebaut sind, weisen diese Nachteile nicht auf.
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Unter
Bezugnahme auf 12A ist eine Grundrisszeichnung
einer AMR-Struktur, die gemäß den Prinzipien der
Erfindung aufgebaut ist, mit drei Magnetowiderstandskopf-Streifen
veranschaulicht, die bezüglich der AMR-Längenachse
in einem Winkel von 45° orientiert sind. Selbstverständlich
kann auch eine andere Anzahl von Magnetowiderstandskopf-Streifen
verwendet werden. Die AMR-Struktur umfasst einen Streifen 1201 eines
geeigneten magnetoresistiven Materials. Ein magnetisches Material, das
manchmal für den Aufbau einer AMR-Struktur verwendet wird,
ist Permalloy. Elektrisch leitfähige Magnetowiderstandskopf-Streifen,
z. B. ein Magnetowiderstandskopf-Streifen 1208, sind unterhalb
der Oberfläche des magnetoresistiven Materials ungefähr
in einem 45°-Winkel bezüglich der Längenachse der
AMR-Struktur gebildet. Die eingebetteten leitfähigen Magnetowiderstandskopf-Streifen
sind anhand von Durchkontaktierungsstrukturen (nicht gezeigt), die
gemäß der vorherigen obigen Beschreibung aufgebaut
sind, mit dem darüber liegenden magnetoresistiven Material
gekoppelt. Ein oberer bzw. ein unterer elektrisch leitfähiger
Kontakt 1202 bzw. 1203 liefern Kontakte zum Anlegen
einer Potentialdifferenz V1–V2 so dass ein durch die Struktur
fließender Strom erfasst werden kann. Alternativ wird ein
bekannter Strom durch die Kontakte 1202 und 1203 geliefert,
und die resultierende Potentialdifferenz wird erfasst. Die elektrische
Leitfähigkeit des eingebetteten Magnetowiderstandskopf-Materials
wird als das 20fache der AMR-Leitfähigkeit angenommen,
ohne hierauf beschränkt zu sein. Eine exemplarische AMR-Streifenbreite
beträgt 10 μm.
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Unter
Bezugnahme auf 12B ist eine Grundrisszeichnung
veranschaulicht, die die resultierende Stromrichtungsverteilung
zeigt, die anhand einer zweidimensionalen elektrischen numerischen
Simulation erhalten wird. Ohne Magnetowiderstandskopf-Streifen wäre
die Stromrichtung von oben nach unten, senkrecht zu der Potentialdifferenz
V1–V2, orientiert. Mit Magnetowiderstandskopf-Streifen
wird die Richtung des internen Stromflusses dahin gehend neu ausgerichtet,
allgemein senkrecht zu den Magnetowiderstandskopf-Streifenachsen
zu sein. Folglich fungieren die Magnetowiderstandskopf-Streifen
als Lokaler-Kurzschluss-Strukturen und zwingen den Strom dazu, in
einem Winkel von 45° bezüglich der Längenachse
der AMR-Struktur zwischen den Magnetowiderstandskopf-Streifen zu
fließen.
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Unter
Bezugnahme auf 13A ist eine schematische Grundrisszeichnung
eines xMR-Streifens 1301 mit einer Einschnürungsregion 1302 veranschaulicht,
was zu einem einzigen, unterteilten xMR-Element führt,
das mittels xMR-Materials verbunden ist. Der xMR-Streifen 1301 umfasst
Durchkontaktierungen wie z. B. eine Durchkontaktierung 1308 sowie
Metallkontakte wie z. B. einen Metallkontakt 1303. Unterhalb
der Einschnürung ist eine Lokaler-Kurzschluss-Struktur
platziert, die sich in die xMR-Struktur hinein erstreckt. Eine nicht-homogene Stromverteilung
kann durch eine Wahl der Form der xMR-Struktur in Kombination mit
der Konfiguration der LSC-Struktur bewirkt werden. Wenn der Abstand zwischen
LSC-Strukturen geringer ist als die Breite der xMR-Struktur, ergibt
sich in der gesamten xMR-Struktur eine nicht-homogene Stromverteilung. Eine
typische vorteilhafte Konfiguration wä re, ist jedoch nicht
beschränkt auf, ein weniger als drei betragendes Verhältnis
zwischen dem Abstand zwischen LSC-Strukturen und der Breite der
xMR-Struktur. Die Form der unterteilten xMR-Elemente kann quadratisch,
rechteckig, rautenförmig, kreisförmig oder elliptisch
sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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Unter
Bezugnahme auf 13B ist eine schematische Grundrisszeichnung
von in Reihe geschalteten xMR-Elementen mit begrenzten Kontaktflächen
veranschaulicht. Jedes xMR-Element, z. B. ein xMR-Element 1311,
umfasst Durchkontaktierungen wie z. B. eine Durchkontaktierung 1318 sowie Metallkontakte
wie z. B. einen Metallkontakt 1313. Eine nicht-homogene
Stromverteilung kann durch Auswahl der Form der xMR-Struktur in
Kombination mit der Kontaktkonfiguration bewirkt werden. Wenn der
Kontakt-Zu-Kontakt-Abstand D geringer ist als die Breite W der Struktur,
ergibt sich in der gesamten Struktur eine nicht-homogene Stromverteilung.
Eine typische Konfiguration eines xMR-Elements wäre ein weniger
als drei betragendes Verhältnis des Kontakt-Zu-Kontakt-Abstands
zur Strukturbreite, ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
Dann könnte ein einzelnes Sensorelement vorteilhafterweise
als in Reihe geschaltete Anordnung derartiger einzelner xMR-Elemente
aufgebaut sein. Die Form der einzelnen xMR-Elemente kann quadratisch,
rechteckig, rautenförmig, kreisförmig oder elliptisch
sein, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Unter
Bezugnahme auf 14 ist eine Zeichnung veranschaulicht,
die schematisch eine Stromverteilung bei einem xMR-Element veranschaulicht,
das mit einem kleinen Verhältnis des Kontakt-Zu-Kontakt-Abstands
zur Strukturbreite aufgebaut ist. Die Dicke der Pfeile in der Zeichnung
ist ein Maß der Stromdichte, das die fehlende Homogenität des
Stromflusses angibt, die anhand der Form der xMR-Struktur in Kombination
mit der Kontaktkonfiguration bewirkt werden kann.
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Somit
wurde eine magnetoresistive Vorrichtung beschrieben, die dazu verwendet
werden kann, ein extern angelegtes Magnetfeld zu erfassen. Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst
die magnetoresistive Vorrichtung einen magnetoresistiven Streifen
mit Durchkontaktierungen, die lokale Kurzschlüsse zwischen
dem magnetoresistiven Streifen und einer darunter liegenden metallischen
Schicht bilden. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist eine elektrisch leitfähige, strukturierte metallische
Schicht dahin gehend gebildet, elektrisch isolierte leitfähige
Regionen über ein Substrat hinweg zu erzeugen, und eine
isolierende Schicht ist über die strukturierte metallische
Schicht gebildet oder aufgebracht. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
umfasst die metallische Schicht Aluminium. Bei einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel umfasst das Substrat Silizium oder
ein Verbundhalbleitermaterial wie z. B. Galliumarsenid, ist jedoch nicht
hierauf beschränkt. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
umfasst die isolierende Schicht Siliziumdioxid, ohne hierauf beschränkt
zu sein. Der magnetoresistive Streifen ist über die isolierende Schicht
gebildet oder aufgebracht, und eine Mehrzahl von leitfähigen
Durchkontaktierungen koppeln elektrisch isolierte leitfähige
Regionen der metallischen Schicht mit dem magnetoresistiven Streifen. Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst der magnetoresistive
Streifen Permalloy. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist der magnetoresistive Streifen dahin gehend gebildet oder konfiguriert,
einen magnetoresistiven Giant-Effekt zu erzeugen. Bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel ist der magnetoresistive Streifen dahin
gehend gebildet oder konfiguriert, einen anisotropen magnetoresistiven
Effekt, einen kolossalen magnetoresistiven Effekt oder einen magnetoresistiven
Tunneleffekt zu erzeugen. Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
bildet eine Mehrzahl leitfähiger Durchkontaktierungen lokale
Kurzschlüsse zwischen dem magnetoresistiven Streifen und
einer elektrisch isolierten Region der metallischen Schicht. Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfassen die Durchkontaktierungen
Wolfram, es können jedoch auch andere elektrisch leitfähige
Materialien verwendet werden. Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
sind elektrisch leitfähige Kontakte an gegenüberliegenden
Enden des magnetoresistiven Streifens gebildet oder angeordnet,
um zu ermöglichen, dass eine elektrische Potentialdifferenz
an den magnetoresistiven Streifen angelegt wird. Bei einem weiteren
vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die metallische Schicht
als elektrisch leitfähige Streifen gebildet, die bezüglich
einer Achse des magnetoresistiven Streifens in einem Winkel von
ungefähr 45° orientiert sind. Selbstverständlich
können für eine bestimmte Anwendung auch andere
Orientierungswinkel von in der metallischen Schicht gebildeten Streifen
verwendet werden.
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Ein
weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung
liefert ein Verfahren zum Bilden einer magnetoresistiven Vorrichtung,
die dazu verwendet werden kann, ein extern angelegtes Magnetfeld
zu erfassen. Bei dem Verfahren wird die magnetoresistive Vorrichtung
mit Durchkontaktierungen gebildet, um lokale Kurzschlüsse
zwischen einem magnetoresistiven Streifen und einer darunter liegenden
metallischen Schicht zu erzeugen. Gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren
ein Bilden einer elektrischen leitfähigen, strukturierten
metallischen Schicht über ein Substrat, um elektrisch isolierte
leitfähige Regionen zu erzeugen, und ein Bilden einer isolierenden Schicht über
die strukturierte metallische Schicht. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
des Verfahrens umfasst die metallische Schicht Aluminium. Bei einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens umfasst
das Substrat Silizium oder ein Verbundhalbleitermaterial wie z.
B. Galliumarsenid. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
des Verfahrens umfasst die isolierende Schicht Siliziumdioxid. Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren
ein Bilden des magnetoresistiven Streifens über die isolierende
Schicht und ein Koppeln der Mehrzahl von elektrisch isolierten leitfähigen
Regionen der metallischen Schicht mit dem magnetoresistiven Streifen, wobei
leitfähige Durchkontaktierungen zwischen der metallischen
Schicht und dem magnetoresistiven Streifen gebildet werden. Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens
umfasst der magnetoresistive Streifen Permalloy. Bei einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ein Bilden des
magnetoresistiven Streifens dahin gehend, einen magnetoresistiven
Giant-Effekt zu erzeugen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
umfasst das Verfahren ein Bilden des magnetoresistiven Streifens
dahin gehend, einen anisotropen magnetoresistiven Effekt, einen
kolossalen magnetoresistiven Effekt oder einen magnetoresistiven
Tunneleffekt zu erzeugen. Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
umfasst das Verfahren ein Bilden eines lokalen Kurzschlusses zwischen
dem magnetoresistiven Streifen und einer elektrisch isolierten Region
der metallischen Schicht, indem eine Mehrzahl von leitfähigen
Durchkontaktierungen in der isolierenden Schicht zwischen dem magnetoresistiven
Streifen und der elektrisch isolierten Region der darunter liegenden
metallischen Schicht gebildet wird. Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des
Verfahrens umfassen die Durchkontaktierungen Wolfram, es können
aber auch andere elektrisch leitfähige Materialen verwendet
werden. Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
umfasst das Verfahren ein Bilden elektrisch leitfähiger
Kontakte an gegenüberliegenden Enden des magnetoresistiven
Streifens, um zu ermöglichen, dass eine elektrische Potentialdifferenz
an den magnetoresistiven Streifen angelegt wird. Bei einem weiteren
vorteilhaften Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren
ein Bilden der metallischen Schicht als elektrisch leitfähige
Streifen, die bezüglich einer Achse des magnetoresistiven
Streifens in einem Winkel von etwa 45° orientiert sind.
Selbstverständlich können für eine bestimmte
Anwendung auch andere Orientierungswinkel von in der metallischen
Schicht gebildeten Streifen verwendet werden.
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Ein
weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung
liefert eine auf einer metallischen Schicht gebildete magne toresistive
Vorrichtung. Ein magnetoresistiver Streifen, der xMR-Elemente umfasst,
die durch kleine Einschürungsregionen verbunden sind, ist
auf einer auf der metallischen Schicht aufgebrachten isolierenden
Schicht aufgebracht, und eine Mehrzahl von leitfähigen
Durchkontaktierungen ist in der isolierenden Schicht gebildet, um
die elektrisch isolierten und elektrisch leitfähigen Kontakte,
die in der metallischen Schicht gebildet sind, mit dem magnetoresistiven
Streifen um die Einschnürungsregion herum zu koppeln. Ein
Verhältnis eines Durchmessers des xMR-Elements zu einem Trennungsabstand
zwischen den Durchkontaktierungen beträgt weniger als drei,
um in dem magnetoresistiven Streifen einen im Wesentlichen nicht-homogenen
Stromfluss zu erzeugen. Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist bei dem magnetoresistiven Streifen eine Einschnürungsregion
gebildet, wobei ein lokaler Kurzschluss gebildet wird, der sich
in den magnetoresistiven Streifen hinein erstreckt.
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Ein
weiteres exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung
liefert eine auf einem Substrat gebildete magnetoresistive Vorrichtung.
Eine metallische Schicht ist auf dem Substrat aufgebracht, um elektrisch
isolierte und elektrisch leitfähige Kontakte zu bilden,
und eine isolierende Schicht ist auf der metallischen Schicht aufgebracht.
Ein magnetoresistiver Streifen ist auf der isolierenden Schicht
aufgebracht, und eine Mehrzahl von leitfähigen Durchkontaktierungen
ist in der isolierenden Schicht gebildet, um die in der metallischen
Schicht gebildeten elektrisch isolierten und elektrisch leitfähigen
Kontakte mit dem magnetoresistiven Streifen zu koppeln. Ein Verhältnis
eines Durchmessers des einzelnen xMR-Elements mit einem Trennungsabstand
zwischen den Durchkontaktierungen beträgt weniger als drei,
um einen im Wesentlichen nicht-homogenen Stromfluss in dem magnetoresistiven
Streifen zu erzeugen.
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Obwohl
eine magnetoresistive Vorrichtung für eine Anwendung zum
Erfassen eines extern angelegten Magnetfeldes, um eine Position,
Geschwindigkeit oder Orientierung eines Objekts zu erfassen, beschrieben
wurde, sollte man sich dessen bewusst sein, dass andere Anwendungen
von magnetoresistiven Vorrichtungen innerhalb des breiten Schutzumfangs
der Erfindung in Betracht gezogen werden und nicht darauf beschränkt
sein müssen, eine Position, Geschwindigkeit oder Orientierung
eines Objekts zu erfassen.
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Obwohl
die Erfindung vorwiegend in Verbindung mit spezifischen exemplarischen
Ausführungsbeispielen gezeigt und beschrieben wurde, sollten Fachleute
erkennen, dass diverse Änderungen der Konfiguration und
der Einzelheiten derselben vorgenommen werden können, ohne
von dem Wesen und dem Schutzumfang der Erfindung, wie es bzw. er durch
die nachstehenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen.
Der Schutzumfang der Erfindung wird deshalb durch die angehängten
Patentansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass
alle Änderungen, die innerhalb der Bandbreite der Bedeutung
und der Äquivalenzbandbreite der Patentansprüche
liegen, in den Patentansprüchen enthalten sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0202291
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