TW579611B - Magnetic sensor and method of producing the same - Google Patents

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TW579611B
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TW
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magnetic
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fixed
magnetic field
magnetization
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TW091101062A
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Hideki Sato
Toshiyuki Oohashi
Yukio Wakui
Susumu Yoshida
Kokichi Aiso
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Yamaha Corp
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Description

579611 A7 -— ____ B7 五、發明説明（彳） 發明背景 1. 發明領域 本發明係關於一種使用一内含一固定層和一自由層之磁 阻效應（磁阻性效應）元件的磁性感測器，且更尤甚者係指 一種具有兩個或更多個形成於一單晶片上之磁阻效應元件 的磁性感測器，其中孩等磁阻效應元件之固定層之磁化方 向彼此交錯，本發明亦關於一種用來產生該磁性感測器的 方法。 2. 背景技藝說明 到目前為止，談到可用於磁性感測器中之元件，已知有 一種巨型磁阻兀件（GMR元件）、一種磁穿隧效應元件（TMR 兀件、穿隧型GMR)、以及其它種元件。這些磁阻效應元 件皆具有一磁化方向係依一預定方向予以針釘（固定）之固 足層及一磁化方向隨著一外部磁場而變之自由層，因而顯 現出一和固定層之磁化方向與自由層之磁化方向之間的相 對關係一致之電阻值。 然而，於1g等磁阻效應元件之固定層之磁化方向彼此交 錯的情況下，難以在一單一微晶片上形成兩個或更多個磁 阻效應元件。此種單晶片尚未提出，且因而出現一個問 題，該問題使得一使用一磁阻效應元件之單晶片所製成的 磁性感測器因強加於固定層之磁化方向上的限制性而無法 有較廣泛的應用。 發明概述 本發明之特有特徵在於一磁性感測器包含一内各一固 -7- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱) A7 _________ B7 五、發明說ίΤΤΊ ---- 層和—自由層之磁阻效應元件，該磁阻效應元件有一 m ^ m ^ τ ^ 疋層之磁化方向與自由層之磁化方向所形成（或之 間！^^相詞"夾角而變的電阻值，該磁性感測器係以一種在 °°日曰片（一個且相同的基底）上提供許多該等磁阻效應元 Π1 "7Γ 、万式予以形成，且至少有兩個該等許多磁阻效應元件 之固走層具有彼此交錯的磁化方向。 一绝使得由於内部固定層之磁化方向彼此交錯的磁阻效應 凡件係形成在一個且相同的基底上，故提供一種具有小尺 寸且應用範圍廣泛的磁性感測器。 勺2發明另一特有特徵在於一種製造一磁性感測器的方法 — 内έ 固足層及一自由層的磁阻效應元件，該磁阻 ^應凡件具有一隨著固定層之磁化方向與自由層之磁化方 =所形成之相對夾角而變的電阻值，該方法包含如下步 、形成一含有一將在一基底上以一種預定架構變成該固 疋層（例如一反強磁性層和一強磁性層）之磁性層的層；形 成磁％施加性磁性層以將一磁場施加至含有將變為該固定 層之磁性層的層；磁化該磁場施加性磁性層；以及以該等 磁％施加性磁性層之殘餘磁化作用固定將變為該固定層之 磁性層之磁化方向。 根據上述方法，違等用來將一磁場施加至内含將變為固 疋層之磁性層之層的磁場施加性磁性層係藉由例如電鍍或 相稱方法予以形成，之後磁化這些磁場施加性磁性層。由 該等前述之磁場施加性磁性層之殘餘磁化作用所產生的磁 場接著固定將變為前述固定層之磁性層之磁化方向。在此 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐) 579611
實例中’形成該等磁場施加性磁性層的步驟係有利地為_ 種形成該等磁場施如性磁性層以便失擠内含將在—平面圖 中變為該固定層之磁蚀靥夕爲AA 、、 f生滑足層的步騾，且孩等磁場施加性 磁性層之磁化方向係有刹从 丄、、β μ W令利地不冋於一由孩殘餘磁化作用所 產生之磁場之方向。 由該等前述之磁場施加性磁性層之殘餘磁化作用所產生 之兹野之方向係取决於該等磁場施加性磁性層之末端表面 之形狀。因此，藉由製作一具有合適形狀之末端表面或藉 由適宜地放置内含將變為與末端表面有關之固定層之磁^ 層之層，1S内含將變為固定層之磁性層之層可得到一具有 任意万向的磁化作用。這使得兩-個或更多個具有磁化作用 係彼此固定於不同方向之固定層的磁阻效應元件可予以輕 易地製造在一個且相同的基底上。 本發明又一特有特徵在於一種製造一磁性感測器的方 法，1¾磁性感測器包含一内含一固定層和一自由層的磁阻 效應元件，該磁阻效應元件具有一隨著固定層之·磁化方向 和自由層之磁化方向所形成之相對夾角而變的電阻值，該 方法包含如下步騾，準備一種架構為許多永久性磁鐵係列 置於一方形晶格之格點的磁鐵陣列，其中每一個永久性磁 鐵之磁極之極性皆與其它與其毗鄰且以最短距離相間隔之 磁極的極性不同；於該磁鐵7陣列上配置一晶圓，該晶圓中 已形成一内含至少將變為該固定層之磁性層之層；以及藉 由使用一形成於一該等磁極與和其毗鄰且以最短距離相間 隔之另一該等磁極之間的磁場固定將變為該固定層之磁性 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐)
裝
579611 A7 層之磁化方向。 曰上述磁鐵陣列之架構使得許多永久性磁鐵係配置於方形 曰曰格又格點，其中每一個永久性磁鐵之一磁極之一極性係 不同於其它與其毗鄰且以最短距離相間隔之磁極之一極 性。因此，於該磁鐵陣列上，在一磁鐵陣列之平面圖中， 自一 Ν極朝置於該Ν極右侧上之s極形成一朝右之磁場，自 N極朝置於該N極上方之5極形成一朝上的磁場，自n極朝 置於該N極之左侧形成一朝左的磁場，自N極朝置於該N極 又下方形成一朝下之磁場（參閱圖兄及”）。類似地，對於 S極，自置於該S極右侧極形成一朝左的磁場，自置於 該S極上方之Ν極形成一朝下之磁場，自置於該5極左側之 Ν極形成一朝右之磁場，以及自置於該3極下方的ν極形成 :朝上的磁場。上述方法藉由使用這些磁場較將變為固 足層'層之磁化方肖，一此等固定層之磁化方向彼此交錯 (於此貫W中彼此呈垂直）之磁性感測器可予以^易地 於一單晶片上。 圖示簡述 本發明之這些及其它目的、特徵、 底下本發明之詳細說明並配合附屬圖 其中， 觀點、和優點將藉由 式而變得更加明顯，
裝 訂
圖1為一概念平面圖，其挺繪一 和具體實施例2之磁性感測器； 依據本發明具體實施例1 圖2為一示於圖1之磁穿隧效應元件（群組）之放大圖； 圖3為一示於圖2並沿著剖線^之平1 ^ ι心十面予以剖切之磁 -10-
579611 A7 B7 發明説明（ r隧效應元件（群組）之剖面圖； 圖4為，示於圖3之磁穿隧效應元件之概要平面圖，其描 繪該元件之一反強磁性薄膜和一強磁性薄膜（固定層）； 圖5為依據具體實施例1之磁性感測器於一製造期間階段 之概要剖面圖； 圖6為依據具體實施例1之磁性感測器於一製造期間階段 之概要剖面圖； 圖7為依據具體實施例1之磁性感測器於一製造期間階段 之概要剖面圖； 圖8為依據具體實施例1之磁性感測器於一製造期間階段 之概要剖面圖； 圖9為依據具體實施例1之磁性感測器於一製造期間卩比^ 之概要剖面圖； 製造期間階 製造期間階 製造期間階 製造期間階
間階 圖10為依據具體實施例1之磁性感測器於一 段之概要剖面圖； 圖11為依據具體實施例1之磁性感測器幹一 段之概要剖面圖； 圖12為依據具體實施例1之磁性感測器於一 段之概要剖面圖； 圖13為依據具體實施例1之磁性感測器於一 段之概要剖面圖； 圖14為依據具體實施例1之磁性感測器於一 段之概要剖面圖， 圖15為依據具體實施m之磁性感測器於-製造期間階 -11- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 579611 五、發明説明（6 A7 B7
段之概要剖面圖； 圖16為依據具體實施例1之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖17為依據具體實施例1之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖18圖繪一示於圖1之磁穿隧效應元件（群組）於一強度 依該兀件縱向（X軸方向）變化之外部磁場施加至該元件時 之MR比率變化； 圖19圖繪一示於圖1之磁穿隧效應元件（群組）於一強度 依垂直於該元件縱向之方向（Y軸方向）變化之外部磁場施 加至該元件時之MR比率變化；… 圖20圖繪另一示於圖1之磁穿隧效應元件（群組）於—強 度依垂直於該元件縱向之方向（X軸方向）變化之外部磁場 施加至該元件時之MR比率變化； 圖2 1圖繪另一示於圖1之磁穿隧效應元件（群組）於— 度依該元件縱向（Y軸方向）變化之外部磁場施加至該元件 時之MR比率變化； 圖22為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖23為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 一 圖24為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖25為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 -12- 本紙張尺度適用中國國家棵準'(CNS) A4規格(210X297公爱)
裝
A7 B7 579611 — " 五、發明説明（7 ) 段之概要刹面圖； 圖2 6為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剎面圖； 圖2 7為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要刹面圖， 圖28為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剔面圖； 圖29為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖30為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要副面圖， 圖3 1為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖32為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖33為依據具體實施例2之磁性感測器衿一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖34為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； 圖35為依據具體實施例2之磁性感測器於一製造期間階 段之概要剖面圖； — 圖36圖繪一依據具體實施例2之磁穿隧效應元件（群組） 於一強度依該元件縱向（圖1中的X軸方向）變化之外部磁場 施加至該元件時之MR比率變化；
-13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 579611 A7 B7 五、發明説明（8 ) 圖37圖繪一依據具體實施例2之磁穿隧效應元件（群組） 於一強度依垂直於該元件縱向之方向（圖1中的Y軸方向）變 化之外部磁場施加至該元件時之MR比率變化； 圖38圖繪另一依據具體實施例2之磁穿隧效應元件（群組） 於一強度依垂直於該元件縱向之方向（圖1中的X軸方向）變 化之外部磁場施加至該元件時之MR比率變化； 圖39圖繪另一依據具體實施例2之磁穿隧效應元件（群組） 於一強度依該元件縱向（圖1中的Y軸方向）變化之外部磁場 施加至該元件時之MR比率變化； 圖40圖繪一強度於垂直於固定層磁化方向之方向内變化 之磁場施加至一根據具體實施例1和2之磁穿隧效應元件群 組時，一固定層和一自由層的磁化曲線； 圖41為另一依據本發明基底之平面圖，其上方形成一架 構不同的電鍍性薄膜； 圖42為一根據本發明具體實施例3之磁性感測器之概要 平面圖； . 圖43為一示於圖42之第一 X軸GMR元件之概要放大平面 圖； ’ 圖44為一示於圖43並沿著圖43之剖線2-2之平面予以剖 切之第一 X軸GMR元件之概要剖面圖； 圖45為一圖示，其描繪一示於圖43之第一 X軸GMR元件 之旋轉閥薄膜之架構； 圖46圖繪示於圖43之第一 X軸GMR元件之電阻值相對於 依X軸方向變化之磁場的變化（實線）以及該元件之電阻值 -14- __ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）
裝 訂
相對於一依γ軸方向變化之磁場的變化（虛線” 2 47為-包含於示於圖42之磁性感測器中之χ軸磁性感 >則益的等效電路圖； 心、 圖，繪示於圖47u轴磁性感測器之輸出電壓相對於 輔方向變化之磁場的變化(實線)以及該感測器之輸出 弘壓相對於依γ軸方向變化之磁場的變化（虛線）； 圖二圖繪包含於於圖42所示之磁性感測器中之γ轴磁性 ^測器之輸出電壓相對於依χ軸方向變化之磁場的變化（實 線）以及該感測器之輸出電壓相對於依γ軸方向變化之磁 的變化（虛線）； 制圖50為一石英玻璃的平面圖，-其中一旋轉閥薄膜已於一 衣造圖42所示之磁性感測器期間階段形成於該石英 上； 圖51為一金屬平板的平面圖，該金屬平板係用來準備一 磁鐵陣列使其用於製造示於圖42之磁性感測器； 圖52為一示於圖51並沿著圖51之剖線3_3之平面予以剖 切之永久性條狀磁鐵及金屬平板的剖面圖； 圖為一平板的平面圖，該平板係用來形成一磁鐵陣列 使其用於製造示於圖42之磁性感測器； 圖54為一磁鐵陣列的剖面圖，該磁鐵陣列係用於製造示 於圖42之磁性感測器； — 圖55為一剖面圖，其表示一製造示於圖42之磁性感測器 時的步驟； 圖5 6為一互體圖，其描緣一些取自示於圖54之磁鐵陣列 _ -15- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)
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之磁鐵； 個示於圖42 器與方位角 囷為概么圖，其描述一種用於固定每一 之磁性感測器之GMR元件之喊層的磁化方向 圖58為圖示，其描述示於圖42之磁性咸測 之間的關係；以及 心 位角之輸出電 圖59圖繪示於圖42之磁性感測器相對於方 壓。 詳細發明說明 由此開始’根據本發明之磁性感測器之具體實施例將引 用附屬圖式予以說明。根據第—具體實施例之磁性感測器 包含-由例如二氧化石夕/石夕、玻镇、或石英所製成之—般 万形基底10、兩個磁穿隧效應元件（群組）11、21、一用於 偏磁場的線圈30、以及許多電極腳墊4〇a至4〇f，如圖 平面Η所示磁牙隨效應元件（群組）1 1、2 1及用於偏磁場 的線圈30係分別連接至電極腳墊4(^、4〇b、4〇c、4〇d、以 及40e、40f。由於磁穿隧效應元件（群組與磁穿隧效應 兀件（群組）21的架構完全相同，磁穿隧效應元件（群組y ^ 將由此起作為一代表性實施例予以說明，且將省略對磁穿 隧效應元件（群組）2 1的說明。 磁穿隧效應元件（群組）丨丨係由許多（此實施例中為二十個） 串聯的磁穿隧效應元件予以製成，如圖2之放大平面圖所 示。每一個磁穿隧效應元件皆包含許多在基底丨〇上於平面 圖中呈矩形的下部電極12，如圖3所示為一沿著圖2之 平面之部分剖面圖。下部電極丨2係呈一列予以列置並以一 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ----— 11 五、發明説明（ 予:疋距離彼此王平行互相間隔。下部電極12係由導 磁性金屬材料之如r + α 庄非 ’’（疋可為鉻或鈦）所製成且其厚度约為 二二 =為3°奈米之PtMn所製成並形成與下部電 ;千面形狀相同疋反強磁性薄膜13係分別於每一個 电極12上予以製成薄片。 # =由厚度約為20奈米之鐵化鎳(NiFe)所製成的強磁性 ’吴、14係於每—個反強磁性薄膜13上以一間距予以製 =片。這些強磁性薄膜14、14於一平面圖上呈麵= 列置為較長邊彼此平行而對。強磁性薄膜i4、i4建構_固 疋層’其中磁化方向係藉由反強磁性薄膜听以固定 磁=膜…係依圖4之部分放大平面圖中之箭號心 (即朝右之方向）予以诚 )丁磁化。在此，反強磁性薄膜13和強 =薄膜（固定層）14、14建構一固定之磁化層，其中強磁 專14、14的磁化方向係實質固定（亦即具 磁化軸）。 〈 :具有與強磁性薄膜14平面形狀相同之絕緣層15係形成 二母-個強磁性薄膜14上。絕緣層15係由屬於絕緣材料的 =化銘（Ai-OHAO3)予以製成，並形成大約丨奈米的厚 一具有與絕緣層之平面形狀相同且厚度約為8〇奈米之鐵 化鎳（聊em製成的強磁性薄膜16係$成於絕緣層15上。 此強磁性薄膜16建構-磁化方向隨著外部磁場方向變化之 ^由層（自由磁化層），並連同前述絕緣層15和前述強磁性 薄膜14所製成之固足層建構一磁性穿隨接面架構。換句話 五、發明説明（12 ) 說，反強磁性薄膜13、強磁生薄膜14、絕緣層15、及強磁 性涛膜16建構—磁穿暖效應元件(不包含電極及其它物)。 -具有與每—個強磁性薄膜16之平面形狀相同的多餘薄 膜17係分別形成於每-個強磁性薄膜16上。此多餘薄膜17 係以-厚度約相奈米之叙薄膜所製成之導電非磁性 材料予以建構。 -用於絕緣隔離許多下部電極12和反強磁性薄膜^並用 於個別絕緣隔離自£置於每_個反強磁性薄膜13上之強磁性 薄膜對14、絕緣層對15、強磁性薄膜㈣、及多餘薄膜對 1 7的中間層絕緣層i 8係形成於一覆蓋基底i 〇、下部電極 12、反強磁性薄膜13、強磁性薄_膜14、絕緣層u、強磁性 薄膜16、1多餘薄膜17之區域中。中間層絕緣㈣是由 Si〇2所製成，其具有大約25()llm之厚度。 經由此中間層絕緣層18，一接觸孔18a係分別形成於每 一個多餘薄膜17上。由例如厚度約為3〇〇奈米之鋁所製成 之^部電極19、19係予以各自形成以便填充接觸孔18&並 電氣連接每一對配置於不同之下部電極12(以及反強磁性 薄膜13)上之多餘薄膜17、17。因此，藉由使一對毗鄰之 磁穿隧接面架構之每一個反強磁性薄膜丨3、丨3及每一個強 磁性薄膜16、16(每一個多餘薄膜17、17)與下部電極12、 反強磁性薄膜13、及上部電極19交替且連續地呈電氣連 接’形成一磁穿隧效應元件（群組）U，其中許多固定層具 相同磁化方向的磁穿隧接面架構係呈串聯。在此，一由 SiO和SiN所製成之保護薄膜（省略圖示）係形成於上部電極 -18- 五、發明説明（13 19 、 19上。 線圈30係用於將一交流電之偏磁場送予上述之磁穿隧效 應元件（群組）U、21，並予以埋至基底1〇之上部以便依— 平行於該等磁穿隧效應元件（群組）u、21之固定層之磁化 方向之方向於該等磁穿隧效應元件（群組）u、21下方延伸。 ，次，一製造上述磁穿隧效應元件之方法將引用圖5至 1口7予以說明。在此，於圖5至12和圖丨4至17中，一由四個 王串聯足磁穿隧效應元件所製成之磁穿隧效應元件係為了 說明起見而表示。另外，在這些圖中，省略了對線圈川的 描述 。 一首先，如圖5所示，一由建構下部電極12之姮所製成的 薄膜係藉由在一基底1 〇上濺鍍而形成約3 〇奈米的厚度（於 此階段係一基底薄片，許多磁性感測器將藉由之後的切割 製私仔自琢基底薄片）。接著，用於建構固定磁化層之強 磁性薄膜（固定層）丨4和反強磁性薄膜13之一由沁以所製成 之薄膜和一由PtMn所製成之薄膜係藉由濺鍍分別予以形成 約30奈米和20奈米的厚度。在此說明中，下部電極η、將 成為反強磁性薄膜13之PtMn薄膜、和將成為強磁性薄膜^ 之FeW薄膜係視為一種下部磁性層SJ。 之後，將鋁作成僅i奈米的薄片、並藉由氧氣予以氧化 以形成一要變為絕緣層15乏八丨2〇3 (A1-〇）薄膜。接著，將 建構自由層之強磁性薄膜16之NlFe所製成的薄膜舉例藉由 濺鍍作成80奈米的厚度、並於其上形成厚度4〇奈米建構多 餘薄膜17之妲所製成的薄膜。在此，強磁性薄膜16和多餘 -19- 本紙張尺度適财g S家標準(CNS) A4規格(210X297公董) 579611
薄膜17係視為一種上部磁性層uj。立次 々，人，猎由離子碾磨或 相碾磨’上部磁性層则予以作分離處理，如圖續 P且下邵磁性層SJ亦予以作分離處理，如圖7所示。因 此，形成具有一預定架構之層。再來，如圖8所示，一建 構中間層絕緣層18之二氧切所製成之薄膜係藉由滅鍵予 以形成而使元件上薄膜的厚度成為250奈米，並藉由濺鍍 於該中間層絕緣層18之上方形成厚度分別為1〇〇奈米及5〇 奈米 < 由鉻製成之薄膜和由NiFe所製成的薄膜作成一電鍍 性底層薄膜。然後，如圖9所示施加一阻質5丨。該阻質5 j 係製圖成一預定形狀而不致覆蓋將於以後實行電鍍的部 分。 … " 其次’如圖10所示’晶圓係以NiCo予以電鍍成一磁場施 加性磁性層。NiCo的厚度係予以設為例如1〇微米。接著， 如圖11所示移除阻質之後，碾磨（氬碾磨）整個表面以移除 作成電鍍性底層薄膜之NiFe，如圖12所示。 圖13係晶圓在此狀態下的平面圖。在此，於圖13中，每 一個藉由以後之切割製程彼此分離的基底為了方便起見係 以引用編號予以標示。引用圖13，藉由先前之阻質製圖， 每一個磁場施加性磁性層（NiCo)皆以位於四個之後彼此分 離之田比鄰基底10之中心為中心予以作成一般方形，並予以 配置成不包含依縱向及橫向直接置於磁穿隧效應元件（群 組）11、21上之部分（亦即夾劑具有預定架構將成為磁穿隧 效應元件（群組）11、21之層，其中包含將成為固定層之磁 性層之下部磁性層SJ係形成於平面圖中）。在此狀態下， -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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線 579611 五、發明説明（15 二 (0e)的磁場係平行於每一個磁場施加㈣ 形的對角線，以便依圖13中箭號a所示 的方向磁化磁％施加性磁性層。 然後’移除先前的磁場。料，磁場施加性 殘 餘磁化作用產生一方而伤士> y ^ 万向係由母一個磁場施加性磁性層上方 朝向她鄰磁場施加性磁性層下方之磁場及— 個磁場施加性磁性層右側朝& . . ^ σ ·、 層右側朝向一毗鄰磁場施加性磁性層左 側之磁場’如圖13中之箭號Β所示。基於此，》了將變為 磁穿随效應元件（群組）η、21之部分，施加_平行於 部分縱向之磁場。其次’為了將咖所製成之反強磁性薄
Mb作成有條理的合金並給予一交換輕合磁通量^，故 實行-高溫退火製程以將晶圓放入一高溫環境中。因此， 形成於-個和相同基底1〇上的磁穿隧效應元件(群组)"、 21將具有彼此依不同方向（此實例中係彼此垂直之方向）磁 化（固定）的固定層。換句話說，磁穿隧效應元件（群 組）Π、21皆將依圖1箭號所示的方向具有—固定之磁化 軸。 線 其後，如圖14所示，屬於電鍍性薄膜之Nic〇和濺鍍之 Nfe(其屬於電鍍性底層薄膜）係藉由酸予以移除，且鉻係 藉由碾磨予以移除，如圖15所示。之後，如圖16所示，一 接觸孔18a係經由中間層絕緣薄膜18予以形成；一鋁薄膜 係如圖17所示藉由濺鍍予以作成3〇〇奈米的厚度；且鋁薄 膜係於一導線圖樣中予以處理以形成一上部電極19。 接耆，圖1所示之電極腳墊4〇3至4〇f係形成於基底1〇 -21 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公發) A7 A7
上，且電極腳墊40a至40f係分別予以連接至磁穿隧效應元 件（=組）Π、21及線圈30。最後，一厚度為15〇奈米之Si〇 斤製成之薄膜（未示）和一厚度為1000奈米之siN所製成之薄 膜（未π )係以CVD予以作成一保護薄膜（鈍態薄膜）。其 後，一部分保護薄膜係藉由使用一阻質光罩碾磨、RIE、 或姓刻予以開啟以曝光電極腳墊40&至4〇f。然後，對基底 作背部研磨（藉由研磨使其變薄）；基底係藉由切割使其分 成個別的磁性感測器；且最後實行封裝。 從而將強度分別沿著圖1所示之X軸方向和垂直於父軸之 Y轴方向而變的外部磁場施加至磁穿隧效應元件（群 組）1 1，以便於施加磁場時量測比·值MR (MR比）改變之電阻 值。此等結果係示於圖18和19。由圖18和19清楚可知，磁 穿隧效應元件（群組）11之MR比對依X軸方向變化之外部磁 場之反應比對依Y軸方向變化之外部磁場之反應還要大。 此確認了在磁穿隨效應元件（群組）1 1中，該元件之固定層 之磁化方向係平行於X軸。 類似地，將強度分別沿著X軸方向和γ軸方向而變的外 邵磁場施加至圖1所示之磁穿隧效應元件（群組）2 1，以便 量測施加該等磁場時改變比值MR (MR比）的電阻值。此等 結果係示於圖20及21。由圖20及21清楚可知，磁穿隨效應 元件（群組）2 1的MR比對依Y-轴方向變化之外部磁場之反應 比對依X軸方向變化之外部磁場之反應還要大。此確認在 磁穿隧效應元件（群組）2 1中，固定層之磁化方向是平行 於Y -轴。換句話說’已確認在一個且相同的基底1 〇上， -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 579611 A7 B7 五、發明説明（π ) 此磁性感測器有兩個具受到固定之固定層之磁穿隧效應元 件（磁阻效應元件），致使該等元件之磁化方向彼此不同（亦 即致使該等元件之磁化方向彼此交錯）。 接著將說明一根據第二具體實施例之磁性感測器。第二 具fa只施例與第一具體實施例的不同點僅在於，第一具體 實施例的固定磁化層係以PtMn和NiFe予以建構，第二具體 實施例的固定磁化層卻是以一厚度為30奈米之MnRh所製 成之薄膜和一厚度為40奈米之NiFe所製成之薄膜（固定層） 予以建構。換句話說，由於固定磁化層所用的材料不同， 製造第二具體實施例的方法與製造第一具體實施例的方法 有一點不同，底下將予以說明。… 也就是說，在第二具體實施例中，如圖22所示，一厚度 30奈米之妲所製成之薄膜、一厚度為3〇奈米<MnRh所製 成的薄膜、和一厚度為40奈米之NiFe所製成的薄膜係藉由 濺鍍形成於一基底1 〇上以便形成一下部磁性層SJ。接著， 形成並氧化一 1奈米的鋁薄膜以形成一絕緣層丨5。其上形 成一厚度為40奈米之NiFe所製成的薄膜和一厚度為4〇奈米 之备所製成的薄膜以便形成一上部磁性層UJ。 之後’上邵磁性層UJ係如圖23所示予以作分離處理，且 下部磁性層SJ亦如圖24所示予以作分離處理。其次，如圖 2：)所示，二氧化矽係經由藏鍍以形成一厚度為25〇奈米之 薄膜以便形成一中間層絕緣層18，且依次經由該中間層絕 緣層18形成一接觸孔18a，如圖26所示。然後，如圖”所 不’鋁係經由濺鍍以形成一厚度為3〇〇奈米的薄膜並於— 導線圖樣中予以處理以形成一上部電極19。而後，如圖Μ -23-
579611 A7 B7 然後，如圖31所示，以NiCo將 五、發明説明（18 所示，一由Si〇和SiN所製成之保護薄膜20係藉由CVD予以 形成。 其次，如圖29所示，一由鉻所製成之薄膜和一由沁以所 製成之薄膜像藉由濺鍍予以分別作成1〇〇奈米和5〇奈米的 厚度成為一電鍍性底層薄膜，並接著如圖3〇所示塗敷一阻 質5 1。阻質5 1之圖樣係作成一預定形狀而不致覆蓋以後將 要實行電鍵的部分。 一…、 ^ ^ ^ Ί 磁性層。NiCo之厚度係舉例設成10微米。接著，在如圖3 所示移除該阻質之後，將整個表面進行碾磨（氬碾磨）以今 移除作成電鍍性底層薄膜之NlFe，如圖33所示。於此户 段，晶圓係處於圖13所示的狀態。在此狀態下，一強度名 為1000 (Oe)的磁場係依順平行於每一個磁場施加性磁二^ 形成之正方形之對角線的方向，以便依圖13中箭號A所5 的方向磁化磁場施加性磁性層。之後，移除該磁場。 此時，對於稍後將變為磁穿隧效應元件（群组）u,、Μ 的部分’一平行於該等部分之縱向之磁場係藉由Νι_ 餘磁化作用予以施加至該等部分。接著，實行_高溫退义 製程將晶圓放入一高溫環境中。因此’形成於一個且相声 4基底10’上的磁穿隨效應元件（群組）1Γ、21，將具有磁处 (固足）方向彼此不同（此實- ^ v貝例為彼此垂直的方向）的固定 . °釆又後，電鍍性薄膜WCo和電鍍拉 底層薄膜NiFe係如圖34所千茲山# 7 ,.. 所不精由酸予以移除，且電鍍性底 層涛膜。係如圖35所示藉由碾磨予以移除。之後，實行二 -24- 纸張尺度適财g @家料(CNS) A4規藏
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類似於第一具體實施例的製程。 對於從而產生並示於圖丨中的磁穿隧效應元件 組）11’，強度分別沿著X軸方向及γ軸方向而變的外部磁= 係予以施加，以便於施加該等磁場時量測改變比值= (MR比）的電阻值。結果係示於圖36及37。由圖36及〕7、、奮^ 可知，磁穿隧效應元件（群組）U，之MR比對依χ軸方=== 之外部磁場之反應比對依γ軸方向之外部磁場之反應^要 大。這已確認了在磁穿隧效應元件（群組）丨丨，中，該元件之 固定層之磁化方向係平行於X軸。 類似地，對於圖1所示的磁穿效應元件（群組）21，，強度 分別沿著X軸方向和γ軸方向變-化的外部磁場係予以施 加，以便於施加該等磁場時量測改變比值MR(MR比）之電 阻值。結果係示於圖38及39。由圖38及39清楚可知，磁穿 隧效應元件（群組）21之MR比對依γ軸方向變化之外部磁場 的反應比對依X軸方向變化之外部磁場的反應還要大。此 確認了在磁穿隧效應元件（群組）2 1，中，該元件之固定層的 磁化方向係平行於Y軸。換句話說，這已確認了在一個且 相同的基底10’上，此根據第二具體實施例之磁性感測器 有兩個具有受到固定之固定層之磁穿隧效應元件（磁阻效 應元件）而使得該等元件之磁化方向彼此交錯（亦即彼此不 同）。 ~ 如上所述’根據第一和第二具體實施例之磁性感測器在 一個且相同之基底上（一單晶片上）具有固定層之磁化方向 彼此交錯（亦即至少有兩個固定層之磁化方向形成一非0。 -25-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公酱) )/9611
發明説明（2〇 亦非180的夹角）之磁穿隧效應元件。基於此，這些磁性 感’則為可作為偵測方向不同之磁場所用的小型磁性感測器 ^列^地磁感測器或相稱之感測器）。同樣地，根據上述具 月豆貫施例之方法，這些感測器可輕易地予以製造。 、在此’於第一具體實施例中，由於PtMn係用於固定之 磁化層’故磁化層中固定層之磁化方向必須在將晶圓引至 问’皿之？刀予以固定。因此，在第一具體實施例中，晶圓係 於同，皿製程之前的階段藉由形成保護薄膜所實行的CVD 或相％方法施以一高溫退火處理。相對地，在第二具體實 訑例中，MnRh係用於固定之磁化層中。若在高溫退火製 牙之處兵行另一咼溫處理將會破壞MnRll薄膜的材質。因 此丄在第二具體實施例中，高溫退火製程係於高溫處理之 後藉由CVD或相稱方法予以實行以形成保護薄膜。 另外，根據上述製造第一和第二具體實施例的方法， 得使作用均勻的特性呈現至一所要偵測之外部磁場 磁牙隧效應元件（群組）。換句話說，在將一強度於垂直 固疋層之磁化方向之方向内變化之磁場施加至磁穿隧效 元件群組"、21、n，、21，時，固定層之磁化作用係如 4〇之曲線LP所示平滑變動。換句話說，這些元件之自由 因形狀非等向性而對前述外部磁場的方向反應敏感，且 由層之磁化作用在外部磁場的強度達到，，〇，，附近時呈階 式變化，如圖40之曲線LF所示。因此，固定層之磁化二1 與”自由層之磁化方向之間所形成的相對夾角在外部磁場 ”0”時達到最大值（約90。）且，相對夹角隨著外部磁場| -26-
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線 579611 A7 B7 五、發明説明（21 ) 強度（絕對值）遞增而遞減。這可藉由圖19、20、3 7及38予 以證實。 再者，由圖13亦清楚可知，當一建構每一個磁場施加性 磁性層之電鍍性薄膜（NiCo)係依一圖13之箭號A所示之預 定方向予以磁化時，於該等電鍍性薄膜之間藉由電鍍性薄 膜之殘餘磁化作用所產生的磁場方向將與電鍍性薄膜之磁 化方向不同但將如圖13之箭號B所示為垂直於電鍍性薄膜 Μ之末端表面的方向。因此，若電鍍性薄膜Μ之末端表面 形狀係設計成例如圖41所示且電鍍性薄膜係依箭號C的方 向予以磁化，一具有期望方向（箭號D所示的方向）之磁場 可在晶圓上於一合適之位置予以_局部產生。因此，可藉此 在一單一基底上產生具有依期望方向之固定磁化軸的磁穿 隧效應元件TMR1、TMR2(固定層之磁化方向於一單晶片 上彼此交錯之磁穿隧效應元件TMR1、TMR2)。 接著，將說明一根據本發明第三具體實施例之磁性感測 器。儘管上述第一和第二具體實施例之磁性感測器係以 TMR元件予以建構，第三具體實施例之磁性感測器係以 GMR予以建構。另外，此磁性感測器具有一用於偵測一依 X軸方向之磁場的X軸磁性感測器及一用來偵測依垂直於 前述X軸之Y軸方向之磁場的Y軸磁性感測器。 更尤甚者，此磁性感測ΙΪ 60具有如圖42所示.在一平面圖 中沿著X軸與Y軸之側邊彼此垂直之矩形形狀（一般為正方 形），並包含一厚度依垂直於X軸和Y軸之Z軸方向呈小型 之石英玻璃所製成的單晶片（相同基底）60a，總共八個形成 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 579611 A7 B7 五、發明説明（22 ) 於晶片60a上的GMR元件61至64、71至74，總共八個形成 於晶片60a上的腳墊65至68、75至78，以及一連接腳墊與 元件的連接線。 第一 X軸GMR元件61係形成於依負X軸方向之晶片60a之 末端及稍低於依Y軸方向之晶片60a之普遍中央部分的附 近，且固定層之固定之磁化方向係為負的X軸方向，如圖 42之箭號所示。第二X軸GMR元件62係形成於依負的X軸 方向之晶片60a之末端及稍高於依Y軸方向之晶片60a之普 遍中央部分的附近，且固定層之固定之磁化方向係為負的 X軸方向，如圖42之箭號所示。第三X軸GMR元件63係形 成於依正的X軸方向之晶片60a末端及稍高於依Y軸方向之 晶片60a之普遍中央部分的附近，且固定層之固定之磁化 方向係為正X軸之方向，如圖42之箭號所示。第四X軸 GMR元件64係形成於依正的X軸方向之晶片60a之末端及稍 低於依Y轴方向之晶片60a之普遍中央部分的附近，且固定 層之固定之磁化方向係為正的X軸方向，如圖42之箭號所 示。 第一 Y軸GMR元件71係形成於依正的y軸方向之晶片60a 之末端及稍偏於依X軸方向之晶片60a之普遍中央部分之左 方的附近，且固定層之固定之磁化方向係為正的Y軸方 向，如圖42之箭號所示，第二Y軸GMR元件72係形成於依 正的Y軸方向之晶片60a之末端及稍偏於依X軸方向之晶片 60a之普遍中央部分之右方的附近，且固定層之固定之磁 化方向係為正的Y軸方向，如圖42之箭號所示。第三Y軸 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 玎
579611 發明説明（23 隨元件73係形成於依負的Μ方向之晶片_之末端及稍 偏於依X轴万向之晶片60a之普遍中央部分之右方的附近， 且固足層（固；^磁化方向係'為負的丫轴方向，如圖仏之 箭號所示。第四Y轴GMR元件74係形成於依負的丫轴方向 之晶片_之末端及稍偏於依χ轴方向之晶片咖之普遍中 央部分I左万的附近’ 1固定層之固定磁化方向係為負的 Υ軸方向，如圖42之箭號所示。 除了相對於晶片6〇a之固定層之固定之磁化方向及在晶 片60a上之位置不同外’⑽元件“至“、Μ”彼此在 實質上具有相同的架構。因，匕’元件之架構將使用第_χ 軸GMR元件61作為代表性實施例-予以後述。 第-X轴GMR元件61包含許多由—旋轉門閥薄膜sv所製 成並依Y軸方南具有一縱轴方向之狹窄之帶狀部分 61a ...6U，以及由形成於每一個依丫軸方向之狹窄之帶狀 邵分6丨^之兩末端下方如c〇CrPt之硬式強磁性材料所製成 並具有南磁性強制力知；士 .亡Μ , „ 一 烛刀和冋干万千的偏磁鐵薄膜（硬式強磁 性薄膜層）61b...61b，如圖43之平面圖和圖44之概要剖面 圖所不，其中圖44為一示於圖43並沿著圖43之剖線2_2之 平面予以剖切之第一Χ軸GMR元件61之概要剖面圖。每一 個狹+之τ狀部分6ia ..61a皆於每一個偏磁鐵薄膜61b之 上表面上依X軸方向延伸並黏合至一毗鄰之狹窄之帶狀部 分 6 1 a。 如圖45心薄膜架構所示之第一 乂軸GMR元件6丨之旋轉門 閥薄膜sv係由建構一基底之晶片6〇a上相繼製成薄片之一 -29- 本紙張尺&财_家標^^)A4規格(㈣χ挪公憂) 579611 A7 _________B7___ 五、發明説明（24 ) 自由層（自由磁化層）F、一厚度為2.4奈米（24A)之銅所製成 之導電性間隔層S、一固定之磁化層p、以及一厚度為2.5 奈米（25A)之鈦或鈕所製成的帽狀層c予以組成。 自由層F係一種磁化方向隨著一外部磁場方向而變之 層’且係由一直接形成於基底6〇a上厚度為8奈米（80A)之 CoZrNb非結晶磁性層61-1、一形成於CoZrNb非結晶磁性層 61-1上厚度為3.3奈米（33A )之NiFe磁性層61-2、以及一形 成於1^而層61-2上厚度約為1至3奈米（1〇至30人）之(：(^層 61-3予以組成。該(^〇2；1：仙非結晶磁性層61]及犯以磁性層 6 1-2建構一軟式強磁性薄膜層。該CoFe層6 1-3係用來避免 使NiFe層61-2中之鎳和間隔層S中-之銅61·4擴散。在此，上 述偏磁鐵薄膜61b··· 61b使一偏磁場依γ軸方向（如圖43之箭 號所示之朝右和朝左方向）施加至自由層F以維持自由層f 之單軸非等向性。 固足之磁化層P係一種具有厚度為2 2奈米（22人）之c〇Fe 磁性層61-5及厚度為24奈米（240A)且由内含45至55莫耳百 分比錯之PtMn合金所形成之反強磁性薄膜61-6之薄片。該 CoFe磁性層61-5係以一種交換耦接方式與該磁化之反強磁 性薄膜6 1-6連結以便建構一磁化方向（磁化向量）係依負的 X軸方向予以針釘（固定）之固定層。 依此方式建構出的第一父軸GMR元件61呈現.一通常與沿 著X軸自-He至+ He之範圍變化之外部磁場成比例而變的電 阻值，如圖46之實線所示，以及呈現一通常對沿著γ軸變 化之外部磁場呈固定不變之電阻值，如圖46之虛線所示。 -30- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) Α4規格(21〇 X 297公董) 579611 A7 B7 五、發明説明（25 ) X軸磁性感測器係由第一至第四X軸GMR元件61至64之 全橋式連接予以建構，如圖47之等效電路所示。在此，於 圖47中，該等箭號表示GMR元件61至64之固定層之固定之 磁化方向。在此種架構中，腳墊67及腳墊68係分別連接至 一固定電源（未示）的正電極和負電極以便提供一電壓 Vxin+(此實施例為5伏特）及Vxin-(此實施例為0伏特）。接 著，取出腳墊65及腳墊66的電壓作為電壓Vxout+及電壓 Vxout-，並取出其中之電壓差（Vxout+ -Vxout-)作為一感測 器輸出Vxout。從而得到，X軸磁性感測器供出一通常與一 沿著X軸之-He至+ He範圍變化之外部磁場成比例而變的輸 出電壓Vxout，如圖48之實線所杀，並供出對沿著Y軸變化 之外部磁場通常值為之輸出電壓，如圖48的虛線所 示。 Y軸磁性感測器係以如同X軸磁性感測器的方式由第一 至第四Y軸GMR元件71至74之全橋式連接予以建構。另 外，腳墊77和腳墊78係分別連接至一固定電源（未示）的正 電極和負電極以便提供一電壓Vyin+ (此實施例中為5伏特） 和一電壓Vyin-(此實施例中為0伏特）。接著，取出腳墊75 和腳蟄76之間的電壓差作為一感測器輸出Vy out。從而得 到，Y軸磁性感測器供出、一通常與一沿著Y軸之-He至+ He 範圍内變化之外部磁場成比例而變的輸出電壓Vyout，如 圖49之虛線所示，以及供出一對於沿著X軸變化之外部磁 場通常值為之輸出電壓，如圖49之實線所示。 接著，將說明一種依前述方式建構之磁性感測器60的製 -31- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） A7 B7 五、發明説明（26 ) ^方法。首先，許多由前述之旋轉門閥薄膜SV和前述之 偏磁鐵薄膜61b所製成、並能建構單獨GMR元件的薄膜M 係以一種相稱於矩形石英玻璃6〇al上之島狀物的方式予以 形成，如圖50之平面圖所示。該等薄膜“係用一種超高真 二裝置藉由連續薄片予以作出精密厚度。這些作出之薄膜 M使得該等薄膜Μ在石英玻璃60al係藉由之後實行之切割 製程沿著圖50之虛線予以切割並予以分成圖42所示之單獨 晶片60a時將置於圖42所示之GMR元件61至64、71至74的 位置。另外，具有形狀不包含十字形之矩形之對準（定位） 標諸60b係形成於石英玻璃60al之四個轉角。 其次，如圖51之平面圖及沿著圖51之剖線3_3切割之剖 面圖，圖52所示，準備一矩形金屬平板81，其中許多正方 形通孔係予以形成為一正方形晶格結構（亦即，形成側邊 平行於X軸及Y軸之正方形通孔以使其彼此沿著X軸及Y轴 均等隔離）。接著，具有一矩形平行六面體狀且具有約與 该等通孔相同之正方形剖面的永久條狀磁鐵82 82係*** 金屬平板81之通孔中使得形成磁極處之永久性條狀磁鐵 82.·· 82之末端表面能平行於金屬平板81。此時，該等永久 性條狀磁鐵82.·. 82係予以列置使得每一個永久性條狀磁鐵 82之磁極之極性皆不同於其它與其毗鄰之永久性條狀磁鐵 82之磁極之極性並且以最短的距離彼此隔離。在此，所要 用到的永久性條狀磁鐵82... 82具有強度相同的磁荷。 接著’如圖53的平面圖所示，準備一厚度約〇·5釐米且 由約與如述金屬平板8 1呈相同矩形之透明石英玻璃所製成 -32- 579611 A7 B7 五、發明説明（27 ) 的平板83。平板83於四個轉角上具有呈十字狀之對準（定 位）‘德83a，該等標誠係用於與前述石英玻璃6〇al之對準 標誌60b配合定位。另外，於中央部分，對準標誌83b係形 成於對應***前述金屬平板81之永久性條狀磁鐵82 82 之外形的位置。其後，如圖54所示，該等永久性條狀磁鐵 8 2 ·.· 8 2的外表面係藉由一黏著劑予以黏合至平板8 2之下 表面。此時，該等永久性條狀磁鐵82..· 82相對於平板83 的位置係使用違等對準標諸8 3 b予以判定。然後，金屬平 板81係自下側予以移除，於此階段，該等永久性條狀磁鐵 82. .· 82及平板83形成一磁鐵陣列，該磁鐵陣列的架構方 式係將許多具建構磁極之方形末—端表面之永久性磁鐵配置 於方形晶格的格點以及每一個永久性磁鐵之磁極之極性係 不同於其它與其毗鄰之永久性磁鐵之磁極之極性且該等永 久性磁鐵係以最短距離彼此分離。 再者，如圖55所示，定位其上有形成要變為gmr元件 (含有要變為固定層之磁性層之層，亦即含有要變為固定 之磁化層之磁性層之層）之薄膜之石英玻璃6〇al，使得其 上有形成要變為GMR元件之薄膜之表面與平板83之上表面 接觸。石英玻璃60al相對於平板83的位置係由藉由使對準 標誌83a之十字狀與前述對準標誌6〇b中已移除十字狀之部 分一致予以確切判定。 _ 圖56係- ϋ體圖’其描述_種已於前述永久性條狀磁鐵 82· ·. 82中取出其中四個磁鐵的狀態。可由此圖清楚得 知，於該等永久性條狀磁鐵82. 82之上表面的上 卞 乃’磁
裝
-33-
579611 A7 B7 五、發明説明（28 場係以最短距離由一 N極朝向四個毗鄰該N極的5極予以形 成，亦即四種彼此相差90。之不同方向。因此，如圖57之 模型圖所示，在石英玻璃6〇al係置於圖55所示之平板38之 上表面上之狀態下’依正的Y軸方向、依正的X軸方向、 依負的Y軸方向、以及依負的X軸方向之磁場係施加至該 等平行於一 N極之方形末端表面之每一個侧邊而置且將變 為該等GMR元件之薄膜。 在此具體貫施例中’藉由該等磁場，實行一熱處理以使 固定之磁化層P之磁化方向（固定之磁化層p之固定層）固 定。亦即，在圖55所示的狀態下，平板83和石英玻璃6〇al 係藉由一錯制CL、於真空中加熱至25〇。〇到280°C、並保持 在這種狀態約四個小時予以彼此固定。 之後，取出該石英玻璃60al ;形成該等圖42所示的腳塾 65至68、75至78,形成一將這些石英玻璃與腳墊連接的導 線’並在取後沿著泫等圖5 0所示的虛線切割該石英玻璃 60al。上述製程結束示於圖42之磁性感測器6〇的製造。 接著，將說明使用前述磁性感測器60量測地磁的結果。 於此量測中，方位角Θ (量測角）係於磁性感測器6〇之γ轴 之正向導向南方時予以界定成〇。，如圖58所示。量測結 果係示於圖59。由圖59可清楚得知。以實線表示之χ軸磁 性感測器輸出Sx如一條正弦曲線般變化，且以虛線表示之 Y軸磁性感測器輸出Sy如一條餘弦曲線般變化。此結果確 實如圖48及49所示之特性所期望的一般。 在此實例中，方位角可在χ軸磁性感測器輸出&與Y轴 -34-
579611 A7 _____B7 __ 五、發明説明（29 ) 磁性感測器輸出Sy皆假定為正值時以0 =arctan(Sx/Sy) 予以判定；在Y軸磁性感測器輸出Sy假定為負值時以（2) $ = 180° +arctan(Sx/Sy)予以判定；以及在X軸磁性感測器輸 出Sx假足為負值且γ軸磁性感測器輸出巧假定為正值時以 0) 0 = 360° +arctan(Sx/Sy)予以判定。因此，磁性感測器 60可舉例用作一可安裝在如可攜式電話之攜帶型電子裝置 上的地磁（方位角）感測器。於此，若方位角落於27〇。至 360°範圍内時容許以9〇。至〇。的範圍予以表現，方位角 在輸出Sy為正時可以$ = arctan(Sx/ Sy)予以判定，並在輸 出Sy為負時以0 = 18〇。+ ai*ctan(Sx/ Sy)予以判定。 如上所述’根據苐二具體實施例，準備之磁鐵陣列之架 構方式為，許多永久磁鐵係配置於一方形晶格之格點以及 每一個永久性磁鐵之磁極之極性皆不同於其它與其毗鄰之 永久性磁鐵之磁極之極性且毗鄰之永久性磁鐵係以最短距 離彼此分離’而且將變為前述固定層之磁性層之磁化方向 係用磁鐵陣列所形成之磁場予以固定。因此，在一單晶片 上，可輕易形成固定層之固定之磁化方向係彼此不同（彼 此垂直）的GMR元件。另外，藉此方法，可一次並大量製 4具有固足層之固定之磁化方向係彼此不同之Gmr元件之 單晶片，從而減低製造該等單晶片的成本。 於此，本發明決不侷限於—該等前述具體實施例，且能在 本發明之範疇内作各種修改。例如，雖然具有大量殘餘磁 化作用之NlC〇係用作前述第一及第二具體實施例中的電鍍 性薄膜，可採用其它具有大量殘餘磁化作用之材料（例如 -35- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 579611 A7 B7 五、發明説明（3〇 ) 鈷）取代NiCo。另外，於第一及第二具體實施例中將固定 之磁化層之磁化方向固定的方法可應用於其它如第三具體 實施例具有固定層（具有固定之磁化軸之層）之磁阻效應元 件。再者，雖然PtMn係於前述三個具體實施例中用作固定 之磁化層P之固定層，仍可用FeMn、IrMn、或相稱合金取 代此PtMn。 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 579611 A BCD 六、申請專利範圍 1· 一種磁性感測器，其包含一内含一固定層和一自由層之 磁阻效應元件，該磁阻效應元件具有一隨著一相對夾角 而變的電阻值，該相對夾角係由該固定層之磁化方向與 該自由層之磁化方向予以形成， 該磁性感測器之形成方式為，許多該等磁阻效應元件 係放置於一單晶片上，且該許多磁阻效應元件中之至少 兩個元件之固定層具有彼此交錯之磁化方向。 2. —種製造一磁性感測器的方法，該磁性感測器包含一内 含一固定層和一自由層之磁阻效應元件，該磁阻效應元 件具有一隨著一相對夾角而變的電阻值，該相對夾角係 由該固定層之磁化方向與該自由層之磁化方向予以形 成，該方法包含下列步驟： 形成一含有一磁性層之層，該磁性層將於一基底上依 一預定架構變為該固定層； 形成磁場施加性磁性層，該等磁場施加性磁性層係用 於將一磁場施加至該含有將變為該固定層之磁性層之 層； 磁化該磁場施加性磁性層；以及 以一由該等磁場施加性磁性層之殘餘磁化作用所產生 的磁場’固定將變為該固定層之磁性層之磁化方向， 3. 如申請專利範圍第2項之製造一磁性感測器之方法，其 中形成該等磁場施加性磁性層之步驟係一種形成該等磁 場施加性磁性層’以便夾擠該含有將在平面圖中變為該 固定層之磁性層之層的步驟。 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A8 B8 ^---------- D8 、申請專；--- 4. 如申請專利範圍第3項之製造一磁性感測器之方法，其 中$等磁場施加性磁性層之磁化方向係與一該殘餘磁化 作用所產生之磁場方向不同。 5. —種製造一磁性感測器之方法，其包含一内含一固定層 和自由層之磁阻效應元件，該磁阻效應元件具有一隨 耆一相對夹角而變之電阻值，該相對夾角係由該固定層 义磁化方向與該自由層之磁化方向予以形成，該方法包 含下列步驟： 準備一架構方式為許多永久性磁鐵係列置於一方形晶 格 < 格點足磁鐵陣列，其中每一個永久性磁鐵之磁極之 極性皆不同於其它與其毗鄰並-以最短距離與其分隔之磁 極之極性； 配置一晶圓於該磁鐵陣列上，其中一含有一至少將變 為遠固定層之磁性層之層係形成於該晶圓中，以及 藉由一形成於一該等磁極與和其毗鄰且以最短距離與 其分隔之另一該等磁極之間的磁場，固定將變為該固定 層之磁性層之磁化方向。 -3 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2l^x 297公爱)
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