JP2004536453A

JP2004536453A - 磁歪センサ用のバーバー・ポール構造

Info

Publication number: JP2004536453A
Application number: JP2003514274A
Authority: JP
Inventors: ウィトクラフト，ウィリアム・エフ; イェー，トム; ング，メー・ダブリュー; バーグ，ロニー
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-12-02
Also published as: US20030016011A1; WO2003008987A1; US6850057B2; EP1407282A1

Abstract

磁歪センサを作る方法は、基板の上に磁歪ストリップを堆積するステップと、磁歪ストリップの上に絶縁層を堆積するステップと、絶縁層にバーバー・ポール・ウィンドウをエッチングするステップと、絶縁層の上及びバーバー・ポール・ウィンドウ内に電導性材料を堆積するステップと、バーバー・ポール・ウィンドウ間の電導性材料をエッチングで取り去り、バーバー・ポールを形成するステップと、を含む方法。この手法において、バーバー・ポールの形成は、絶縁層内に形成されたウィンドウによって、コントロールされる。

Description

【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
米国特許出願のシリアル番号（Ｂ１０−１７３０５）は、ここに記載の主題と同様の主題を開示する。
【０００２】
（発明の技術分野）
本発明は、一般に、磁場センサに関連し、より詳細には、磁歪センサに関連する。
【背景技術】
【０００３】
磁歪センサは、典型的に小さく、一般に、０．００１ガウスから１００ガウスまでの大きさの磁場を測定することができる。また、磁歪センサは、メガヘルツのまでの周波数及びそれを超える周波数の場とともに、ＤＣ場を測定することができる。従って、磁歪センサは、例えば電流検知、接近検知などの様々な用途に使用される。
【０００４】
磁歪センサを作るために使用される磁歪材料は、磁場の存在で抵抗が変化する金属である。パーマロイ（商標）（ニッケル／鉄合金）は、そのような金属であり、しばしば、磁歪センサ内で使用されるフィルムとして提供される。フィルムの抵抗は、磁化の方向と電流の方向との間の角度のコサインの二乗に従って変化する。
【０００５】
磁歪材料の応答は、ΔＲ／Ｒ_Ｎとして測定され、ここで、ΔＲは、磁歪材料の抵抗の変化であり、Ｒ_Ｎは、磁歪材料の公称抵抗である。磁化の方向が電流の方向に平行であるポイントと磁化の方向が電流の方向に垂直であるポイントとの間のパーマロイ（商標）の抵抗の変化ΔＲは、材料の公称抵抗の２％程度である。
【０００６】
また、ΔＲ／Ｒ_Ｎに対する、磁化の方向と電流の方向との間の角度のプロットは、ベル形状である。この曲線の線形部分で磁歪材料を動作させるために、バイアス場が、しばしば、磁歪センサに加えられる。例えば、磁歪センサ・パッケージの周りを取り囲むソレノイド、又は、磁歪センサの端における薄いフィルム状の複数の永久磁石の何れか一方が、通常、この線形部分で磁歪材料にバイアスをかけるために用いられる。
【０００７】
或いは、磁歪センサにバイアス場を加える代わりに、電導性のバーバー・ポール（ｂａｒｂｅｒｐｏｌｅ）を備える磁歪センサを用いることが知られている。電流の方向に対して磁化の方向を回転させるバイアス場と異なり、バーバー・ポールはその代わりに、磁化の方向に対して電流の方向を回転させる。
【０００８】
磁歪センサは、しばしば、ホイートストン・ブリッジ内で使用される。従って、ホイートストン・ブリッジの４つの枝部分のそれぞれは、磁歪センサを含む。図１は、具体的な例の既知のホイートストン・ブリッジ１０の上面図である。ホイートストン・ブリッジ１０は、４つの磁歪センサ１２、１４、１６及び１８を含む。磁歪センサ１２は、パーマロイ（商標）フィルム２０から形成され、バイアス用に１組のバーバー・ポール２２を有する。磁歪センサ１４は、パーマロイ（商標）フィルム２４から形成され、バイアス用に１組のバーバー・ポール２６を有する。磁歪センサ１６は、パーマロイ（商標）フィルム２８から形成され、バイアス用に１組のバーバー・ポール３０を有する。磁歪センサ１８は、パーマロイ（商標）フィルム３２から形成され、バイアス用に１組のバーバー・ポール３４を有する。
【０００９】
４つの枝部分の公称抵抗は、理想的には同一であり、それにより、ホイートストン・ブリッジ１０は、平衡を保ち、磁場の不存在において出力を有さない。ホイートストン・ブリッジ１０内の磁歪センサ１２、１４、１６及び１８を形成する磁歪材料を磁化／電流曲線の整形部分で動作させるためのバイアス場の使用は、この平衡を乱さない。なぜならば、４つのセンサの抵抗は、バイアス場に応じて同じ量だけ変化するからである。
【００１０】
しかしながら、バーバー・ポールの使用は、例えばバーバー・ポールが４つのセンサの磁歪材料の上に均一に形成されていないときに、この平衡を乱すことができる。上述のように、非平衡の影響により、ブリッジは、磁場が存在していないときでさえ出力を有する。この出力は、通常、オフセットと呼ばれる。従って、レーザ・トリミングの使用によって、このオフセットを減少させることが知られている。しかしながら、レーザ・トリミングは、例えば磁歪センサを使用するホイートストン・ブリッジのようなデバイスのコストを上昇させる。
【００１１】
本発明は、少なくとも１実施形態において、バーバー・ポールの配置によってオフセットのより厳しいコントロールを可能にし、それにより、レーザ・トリミングの必要性を減少させることに向けられる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の概要）
本発明の１実施形態に従って、磁歪センサを作る方法は、以下のステップを備える：磁歪材料の上に誘電体を形成するステップ；誘電体にバーバー・ポール・ウィンドウを形成するステップ；及び；バーバー・ポール・ウィンドウにバーバー・ポールを形成するステップ。
【００１３】
本発明のもう１つの実施形態に従って、磁歪センサを作る方法は、以下のステップを備える：基板の上に磁歪ストリップを堆積するステップ；磁歪ストリップの上に絶縁層を堆積するステップ；絶縁層にバーバー・ポール・ウィンドウをエッチングするステップ；絶縁層の上及びバーバー・ポール・ウィンドウ内に電導性材料を堆積するステップ；バーバー・ポール・ウィンドウ間の電導性材料をエッチングで取り去り、バーバー・ポールを形成するステップ。
【００１４】
本発明の更なるもう１つの実施形態に従って、磁歪センサは、基板と、基板上の磁歪ストリップと、磁歪ストリップ上の電導性のバーバー・ポールと、隣接したバーバー・ポール間の誘電体と、を備える。
【００１５】
なお、こらら及び他の特徴及び利点は、図面とともに得られるとき、本発明の詳細な考慮から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２に示す磁歪センサ４０は、シリコン基板４４上に熱酸化物層４２を堆積することによって作製される。（図２の視線は、１つの磁歪センサの側面図である。）熱酸化物４２は、シリコン基板４４と磁歪センサ４０の残部とを電気的に絶縁するために用いられる誘電体層であり、例えば、４０００Åの厚さを有する。窒化物層４６は、熱酸化物４３の上にスパッタリングされる。窒化物層４６の厚さは、例えば、３００Åである。窒化物の上には、パーマロイ（商標）層４８が、例えば１７５Åの厚さまで、蓄積され、また、タンタル窒化物層５０が、パーマロイ（商標）層４８の上に、例えば６００Åの厚さまで、蓄積される。
【００１７】
窒化物層４６は、パーマロイ（商標）層４８のために、原子的に滑らかな表面を提供し、熱酸化物４２とパーマロイ（商標）層４８との間でバリアを生成する。タンタル窒化物層５０は、優れたハード・エッチ・マスクと優れたバリアを提供し、タンタル窒化物層５０を流れる電流の量は、少ない量だけであり、磁歪センサ４０の上部の電導層をほとんどの電流が流れる。
【００１８】
図３に示すように、タンタル窒化物層５０は、選択的にエッチングされ、その結果、パーマロイ（商標）層４８の両端上のタンタル窒化物層５０の一部が、取り除かれる。図４に示すように、パーマロイ（商標）層４８の露呈する部分は、エッチングで取り除かれ、その結果、パーマロイ（商標）層４８は、タンタル窒化物層５０と実質的に同大になり、また、窒化物層４６の露呈部分は、部分的にエッチングされる。その後、誘電体層５２（例えば、二酸化シリコン又はシリコン窒化物）が、タンタル窒化物層５０と、窒化物層４６の露呈部分であって部分的にエッチングされた部分との上にスパッタリングされる。誘電体層５２の厚さは、例えば、８００Åである。
【００１９】
図５に示すように、誘電体層５２は、選択的にエッチングされ、ウィンドウ５３が、タンタル窒化物層５０まで形成される。残部の誘電体層５２によって形成されるウィンドウ５３のパターン形状は、後続のプロセスによって形成されるバーバー・ポールを規定する。図６に示すように、後続のプロセスは、誘電体層５２上の電導層５４と、誘電体層５２内のウィンドウ５３からタンタル窒化物層５０までの導層５４との蓄積を含み、電導層５４は、例えば、アルミニウム銅（ＡｌＣｕ）である。電導層５４の厚さは、例えば、５０００Åである。
【００２０】
最後に、図７に示すように、ウィンドウ間の電導層５４は、選択的にエッチングされ、バーバー・ポール５６が形成される。バーバー・ポール５６のそれぞれは、誘電体層５２の対応する部分によって、隣り合うバーバー・ポールから絶縁される。バーバー・ポール５６は、図８に示される既知のバーバー・ポール５８と比較することができる。
【００２１】
誘電体層５２内に形成されるウィンドウ５３の使用によってバーバー・ポール５６を規定するプロセスにより、バーバー・ポール５６の形状及び大きさは、図８に示される磁歪センサの場合のようにバーバー・ポール金属それ自身をエッチングしてバーバー・ポールの形状及び大きさをコントロールする場合と比較して、より良くコントロールすることが可能となる。従って、本発明は、ブリッジ・オフセットのより厳しいコントロールと、レーザ・トリミングのより低い信頼性とを導く。さらに、本発明は、より良いセンサ・ブリッジ抵抗コントロールを生じさせる。なぜならば、誘電体層は、バーバー・ポール金属とパーマロイ（商標）との接触面積のより良い規定を可能とし、さらに、滑らかなバーバー・ポール・エッジを可能とするからである。
【００２２】
本発明の幾つかの変形は、本発明の技術分野に属する当業者によって行われるであろう。例えば、磁歪センサ４０は、層４２、４４、４６、４８、５０、５２及び５４のそれぞれで示される。しかしながら、それらの層の１以上の層は、省略することができ、又は、他の層によって置換され、及び／又は、追加の層を提供することができる。
【００２３】
従って、本発明の記述は、説明としてのみ解釈され、また、本発明を実施するベスト・モードを当業者に教授するための目的である。詳細な説明は、本発明の精神から離れることなく実質的に変形することができ、また、添付の特許請求の範囲内のすべての変形の排他的な使用が、保持される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】パーマロイ（商標）（ＮｉＦｅ）フィルムとバーバー・ポールとからなる磁歪センサを有する既知のホイートストン・ブリッジを示す。
【図２】本発明の実施形態に従った磁歪センサの形成における準備ステップから生じるパーマロイ（商標）層及びタンタル窒化物（ＴａＮ）層を示す。
【図３】本発明の１実施形態に従ったル窒化物エッチに従う磁歪センサを示す。
【図４】本発明の１実施形態に従ったパーマロイ（商標）エッチ及びスパッタ窒化物堆積物に従う磁歪センサを示す。
【図５】本発明の１実施形態に従った窒化物エッチに従う磁歪センサを示す。
【図６】本発明の１実施形態に従った電導層の蓄積物に従う磁歪センサを示す。
【図７】本発明の１実施形態に従った電導層の選択的なエッチングに従う磁歪センサのバーバー・ポールを示す。
【図８】従来のプロセスから生じた磁歪センサのバーバー・ポールを示す。

Claims

磁歪センサを作る方法であって、
磁歪材料の上に誘電体を形成するステップと、
誘電体にバーバー・ポール・ウィンドウを形成するステップと、
バーバー・ポール・ウィンドウにバーバー・ポールを形成するステップと、
を含む方法。
請求項１に記載の方法であって、磁歪材料は、パーマロイ（商標）を備える、方法。
請求項１に記載の方法であって、誘電体の前記形成は、磁歪材料の上に誘電体を堆積するステップを含む、方法。
請求項３に記載の方法であって、誘電体へのバーバー・ポール・ウィンドウの前記形成は、誘電体を選択的にエッチングしてバーバー・ポール・ウィンドウを形成するステップを含む、方法。
請求項４に記載の方法であって、バーバー・ポールの前記形成は、バーバー・ポール・ウィンドウに電導体を堆積するステップを含む、方法。
請求項５に記載の方法であって、バーバー・ポール・ウィンドウへの電導体の前記堆積は、誘電体とバーバー・ポール・ウィンドウとの上に導電性材料を堆積するステップと、バーバー・ポールを分離するために電導性材料をエッチングするステップとを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、誘電体へのバーバー・ポール・ウィンドウの前記形成は、誘電体を選択的にエッチングし、バーバー・ポール・ウィンドウを形成するステップを含む、方法。
請求項７に記載の方法であって、バーバー・ポール・ウィンドウの前記形成は、バーバー・ポール・ウィンドウに電導体を堆積するステップを含む、方法。
請求項８に記載の方法であって、バーバー・ポール・ウィンドウへの電導体の前記堆積は、誘電体の上及びバーバー・ポール・ウィンドウ内に電導材料を堆積するステップと、バーバー・ポールを絶縁するために電導材料をエッチングするステップとを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、バーバー・ポールの前記形成は、バーバー・ポール・ウィンドウに電導体を堆積するステップを含む、方法。
請求項１０に記載の方法であって、バーバー・ポール・ウィンドウへの電導体の前記堆積は、誘電体の上及びバーバー・ポール・ウィンドウ内に電導材料を堆積するステップと、バーバー・ポールを絶縁するために電導材料をエッチングするステップとを含む、方法。
請求項１に記載の方法であって、バーバー・ポールの前記形成は、誘電体の上及びバーバー・ポール・ウィンドウ内に電導材料を堆積するステップと、バーバー・ポールを絶縁するために電導材料をエッチングするステップとを含む、方法。
磁歪センサを作る方法であって、
基板の上に磁歪ストリップを堆積するステップと、
磁歪ストリップの上に絶縁層を堆積するステップと、
絶縁層にバーバー・ポール・ウィンドウをエッチングするステップと、
絶縁層の上及びバーバー・ポール・ウィンドウ内に電導性材料を堆積するステップと、
バーバー・ポール・ウィンドウ間の電導性材料をエッチングで取り去り、バーバー・ポールを形成するステップと、
を含む方法。
請求項１３に記載の方法であって、基板上の磁歪ストリップの前記堆積は、磁歪ストリップの上にタンタル窒化物ストリップを堆積するステップを含み、絶縁体の前記堆積は、タンタル窒化物層の上に絶縁層を堆積するステップを含む、方法。
請求項１４に記載の方法であって、磁歪ストリップは、両端を有し、タンタル・ストリップは、両端を有し、該方法はさらに、磁歪ストリップ及びタンタル窒化物ストリップの両端をエッチングで取り去るステップを含み、絶縁層の前記堆積は、タンタル窒化物ストリップの上とタンタル窒化物ストリップの両端をエッチングで取り去ることによって残された領域内とに絶縁層を堆積するステップを含む、方法。
請求項１５に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に熱酸化物層を堆積するステップを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、熱酸化物層の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
請求項１５に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に窒化物を堆積するステップを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、窒化物の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
請求項１５に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に熱酸化物層を堆積するステップと、熱酸化物層の上に窒化物層を堆積するステップとを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、窒化物層の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
請求項１３に記載の方法であって、磁歪ストリップは、両端を有し、該方法はさらに、磁歪ストリップの両端をエッチングで取り去るステップを含み、絶縁層の前記堆積は、磁歪ストリップの上と磁歪ストリップの両端をエッチングで取り去ることによって残された領域内とに絶縁層を堆積するステップを含む、方法。
請求項１９に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に熱酸化物層を堆積するステップを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、熱酸化物層の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
請求項１９に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に窒化物層を堆積するステップを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、窒化物層の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
請求項１９に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に熱酸化物層を堆積するステップと、熱酸化物層の上に窒化物層を堆積するステップとを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、窒化物層の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
請求項１３に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に熱酸化物層を堆積するステップを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、熱酸化物層の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
請求項１３に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に窒化物層を堆積するステップを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、窒化物層の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
請求項１３に記載の方法であって、該方法はさらに、シリコン基板の上に熱酸化物層を堆積するステップと、熱酸化物層の上に窒化物層を堆積するステップとを含み、磁歪ストリップの前記堆積は、窒化物層の上に磁歪ストリップを堆積するステップを含む、方法。
磁歪センサであって、
基板と、
基板上の磁歪ストリップと、
磁歪ストリップ上の電導性のバーバー・ポールと、
隣接したバーバー・ポール間の誘電体と、
を備える磁歪センサ。
請求項２６に記載のセンサであって、該センサはさらに、磁歪ストリップ上のタンタル窒化物を備え、前記バーバー・ポールは、タンタル窒化物の上にある、センサ。
請求項２７に記載のセンサであって、前記誘電体はまた、タンタル窒化物及び磁歪ストリップの側面の上にある、センサ。
請求項２８に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板と磁歪ストリップとの間の熱酸化物層を備える、センサ。
請求項２８に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板と磁歪ストリップとの間の窒化物層を備える、センサ。
請求項２８に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板上の熱酸化物層と、熱酸化物層と磁歪ストリップとの間の窒化物層とを備える、センサ。
請求項２６に記載のセンサであって、前記誘電体はまた、磁歪ストリップの側面の上にある、センサ。
請求項３２に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板と磁歪ストリップとの間の熱酸化物層を備える、センサ。
請求項３２に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板と磁歪ストリップとの間の窒化物層を備える、センサ。
請求項３２に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板上の熱酸化物層と、熱酸化物層と磁歪ストリップとの間の窒化物層とを備える、センサ。
請求項２６に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板と磁歪ストリップとの間の熱酸化物層を備える、センサ。
請求項２６に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板と磁歪ストリップとの間の窒化物層を備える、センサ。
請求項２６に記載のセンサであって、該センサはさらに、シリコン基板上の熱酸化物層と、熱酸化物層と磁歪ストリップとの間の窒化物層とを備える、センサ。