JP4970033B2 - 統合型セット/リセットドライバーと磁気抵抗センサー - Google Patents
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Description
図1は、或る実施形態による、1つ又は複数の半導体装置構成要素の1つ又は複数の磁気抵抗感知要素との統合を示す単純化したブロック図である。一般に、「統合」又は「統合された」という用語は、1つ又は複数のサブシステムが、より大きなシステムの中に含まれていることを意味している。他方、「一体化された」とは、そのサブシステム、構造及び機能が、より大きなシステムの別の部分と混合されていることを示している。特に指定しない限り、本説明では、「一体化された」及び「統合された」という用語は、どちらか又は両方の定義による複合アッセンブリを述べるのに互換可能に用いている。
代表的製作技法
図2は、装置200の代表的な断面を示しており、セット/リセットドライバー回路と共に使用される半導体構成要素ような1つ又は複数の半導体構成要素が、MRセンサーと共に実装されている。この例では、CMOS/バイポーラ半導体技術を想定している。半導体装置構成要素(MRセンサー部分に関連するセット及び/又はオフセットストラップ用のあらゆる信号調整回路とドライバーを含む)は、主にCMOS/バイポーラ下層内に製作され、MRセンサーは、接点ガラス層208の上方の層202−206内に製作されている。更に、図2には、様々な接点V1−V3及び金属被覆M1−M3と、NiFeパーマロイ構造(第1絶縁体層206を参照)が示されている。下層210、接点ガラス層208及び第1絶縁体層206に加えて、第2絶縁体層204と、不活性化層202も図示されている。
代表的磁気抵抗設計
MRセンサーの設計に関して更に良く分かるように、以下のHoneywellの特許及び/又は特許出願を参照してゆくが、その全体を、参考文献としてここに援用する。
(1)Bohlingerらへの米国特許第6,529,114号「磁界感知装置」
この装置は、水晶の異方性磁界方向を有するMR材料で形成されている2つのセンサーユニットを含む、磁界を測定するための2軸統合装置を含んでいる。2つのセンサーユニットの内の第1センサーの要素は、第1方向に全異方性磁界を有している。2つのセンサーユニットの内の第2センサーの要素は、第1方向に垂直な第2方向に全異方性磁界を有している。第1及び第2センサーユニットの要素内の磁化の方向を設定するための手段が提供されている。第1センサーユニットの出力は、第1方向に垂直な磁界成分を表し、第2センサーの出力は、第2方向に垂直な磁界の成分を表す。
(2)Pantらへの米国特許第6,232,776号(「Pantらの特許」)「センサー面で入射磁界を等方的に感知するための磁界センサー」
Pantらの特許は、入射磁界を等方的に感知する磁界センサーを提供している。これは、入射磁界を感知するための1つ又は複数の円形のMRセンサー要素を有する磁界センサー装置を備えることによって実現するのが望ましい。使用されるMR材料は、等方性であるのが望ましく、並外れた磁気抵抗(CMR)材料か、又は或る形態の巨大な磁気抵抗(GMR)材料である。センサー要素は円形なので、形状異方性は最小となる。従って、出来上がった磁界センサー装置は、センサー面での入射磁界の方向には比較的依存しない出力を提供する。
(3)Wanへの米国特許第5,952,825号(「Wanの特許」)「磁界を作るための一体化されたコイルを有する磁界感知装置」
Wanの特許は、設定/再設定特性と、固有のコイル配置を使用して磁気感知要素に既知の磁界を作る独立した特性の両方を提供している。これらの両方の特性が磁界センサーに存在していると、センサーの機能性が、2つの特性を有する個々の機能の総計を遥かに超えて増大する。
(4)Witcraftらへの米国特許第5,820,924号「磁気抵抗センサーを製作する方法」
Witcraftらの特許は、(i)シリコン基板を提供する段階を含む磁界センサーを製作する段階と、(ii)前記基板上に絶縁層を形成し、第1磁界を新しいラインとして生成する段階と、(iii)前記絶縁層上の前記MR材料の第1磁界が存在する中に層を形成する段階と、(iv)異方性磁界の第1値を求める段階と、(v)所望の異方性磁界を提供するように選択された温度でアニーリングする段階と、を含む方法を提供している。
(5)Pantらへの米国特許第5,247,278号(「Pantらの特許II」)「磁界感知装置」
Pantらの特許IIは、設定/再設定特性と、磁気感知要素に既知の磁界を作り出す独立した機能とを提供している。これらの両方の特性が磁界センサーに存在していると、センサーの機能性が、2つの特性を有する個々の機能の総計を遥かに超えて増大する。
(6)Witcraftらの米国特許出願第09/947,733号(「Witcraftらの特許II」)「磁気センサー上のセット及びオフセットストラップの効率を改良するための方法及びシステム」
Witcraftらの特許IIは、キーパー材料を磁界感知構造に近接して提供する段階を含む、磁界センサーを製造するための方法を提供している。センサーは、基板、電流ストラップ及び磁界感知構造を含んでいる。
(7)Wanらの米国特許出願第10/002,454号(「Wanらの特許II」)「360度の回転式位置センサー」
Wanらの特許IIでは、360度回転式位置センサーは、ホールセンサーとMRセンサーを備えている。磁石又は360度回転式位置センサーの一方は、回転軸に取り付けられている。360度回転式位置センサーは、磁石に相当近接して配置されているので、磁石が生成した磁界を検出することができる。ホールセンサーは、磁界の極性を検出する。MRセンサーは、磁界の角度位置を180度まで検出する。ホールセンサーからの出力とMRセンサーからの出力を組み合わせると、磁界の角度位置を360度まで感知できる。
(8)Dettmannらへの米国特許第5/521,501号(「Dettmannらの特許」)「再磁化線と1つ又は複数の磁気抵抗抵抗器で作られている磁界センサー」
Dettmannらの特許は、磁界依存抵抗器の長手方向に垂直に、絶縁様式で配置されている高伝導薄膜導体条片上に1つ又は複数のMR薄膜条片を備えている単一の磁界依存抵抗器を提供している。高伝導薄膜導体条片には、蛇行構造が設けられている。交番磁界方向を有する蛇行条片が互いに隣接して配置され、抵抗が測定対象の磁界の影響の下で全てのサブレンジで等方向に変化しているにもかかわらず、電流の流れの下で抵抗を作り出すために、MR薄膜条片は、条片の長手方向に対して或る角度で反対方向に傾斜している床屋の看板柱様構造を有する領域に分割されている。
代表的な金属−絶縁体−金属コンデンサーの統合
セット/リセットドライバ回路の機能性を持たせるために、図2の装置200は、多数の半導体装置構成要素を含んでいる。更に、第1誘電層206内に示されている金属‐絶縁体‐金属(MIM)コンデンサー350のような1つ又は複数の特殊なコンデンサーが含まれている。図示のように、MIMコンデンサー350は、接点V1と、低抵抗金属被覆M1の上に重なっている窒化物層との間に配置されている。MIMコンデンサー350は、第1誘電層206内に配置されるように図示しているが、替わりに、不活性化層202、第2誘電層204又はCMOS/バイポーラ下層210のような別の場所にあってもよい。統合型MIMコンデンサーは、小型で、多分全体のパッケージが小さくなるため、先行技術のMRセンサーと共に使用される線形コンデンサーを改良したものとなる。
統合型又は一体型セット/リセット回路
図3は、代表的な実施形態による、ダイ上に、又はMRセンサーとモノリシックに実装される代表的なセット/リセット回路360、362を示す概略図である。図3に示す回路設計は、多くの可能な設計の一例であり、本発明を限定するものではない。
代表的な半導体回路の統合
図4は、セット/リセットドライバー回路が、チップ上に、又はMRセンサーとモノリシックに統合されている装置300の1つの実施形態の平面図である。装置300の代表的な部分は、磁気抵抗ブリッジ301、セット/リセットストラップ302、オフセットストラップ304、セット/リセット回路306−308、(ブリッジ301の脚のインピーダンスを整合させるための)レーザートリムサイト310、ESD保護ダイオード312、MIMコンデンサー314、演算増幅器316、接点318及び試験サイト320を含んでいる。更なる情報については、先に援用した特許及び特許出願を参照されたい。
半導体構成要素をMRセンサーと統合するための代表的なプロセス
下記表1は、セット/リセット回路のような1つ又は複数の半導体装置構成要素をMRセンサーと統合するための単純化した代表的なプロセスを示している。過去には、半導体鋳造工場は、そのプロセスが、磁気センサーを製造するのに通常用いられる材料によって汚染されるのを防ぐために相当に苦労したので、そのようなプロセスが独特なものになっていると考えられる。更に、磁気関連事業の会社(例えば、ディスクドライブヘッド製造業者など)は、電子機器会社とは区別されており、その特殊な製造技法は、互いに大きく隔たっている。
以上の詳細な説明では、ここに記載している代表的な実施形態を完全に理解して貰えるように、数多くの特定の詳細事項について説明している。しかしながら、理解頂けるように、これらの実施形態は、特定の詳細事項無しに実施することができる。別の例では、周知の方法、手順、構成要素及び回路については、後続の説明を混乱させないように、詳細に説明していない。
Claims (1)
- 感知装置において、
少なくとも1つの磁気抵抗感知要素と、
前記少なくとも1つの磁気抵抗感知要素を調整するための少なくとも1つの向き変え要素と、
前記少なくとも1つの向き変え要素を制御するためのドライバー回路を有する半導体回路と、を備えており、
前記少なくとも1つの磁気抵抗感知要素と、前記少なくとも1つの向き変え要素と、前記半導体回路は、単一のパッケージ内に配置され、前記半導体回路の少なくとも一部分と前記少なくとも1つの磁気抵抗感知要素は、第1のチップ上にモノリシックに形成され、前記半導体回路の少なくとも一部分は、第2のチップ上にモノリシックに形成されている、ことを特徴とする感知装置。
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