TWI452319B - 磁阻感測元件 - Google Patents

Description

磁阻感測元件

本發明是有關於一種磁感測元件，且特別是有關於一種藉由半導體製程所建構的磁阻式磁感測元件。

由於消費電子產品如手機、電子羅盤的出現，再加上馬達、制動器等傳統產品，使磁阻式磁感測裝置(簡稱磁阻感測裝置)的需求日益增加。尤其是三維磁阻感測裝置，可感測出互為正交之X、Y、Z三軸之磁場變化，而電子羅盤便是利用三維磁阻感測裝置，精準的量測出地球磁場。

目前以半導體製程製作二維式平面磁阻感測器的技術已相當成熟。然而，習知技術並無法在單一半導體基材中提供一種可量測垂直基材水平面的Z軸方向之磁場變化的磁阻感測裝置，而是必須採用兩個分別具有不同基材的平面磁阻感測晶片來進行垂直組立封裝，方可達到量測垂直基材水平面之Z軸方向磁場變化的目的。抑或者是採用磁通量集中器(flux concentrator)，將垂直基材水平面的Z軸方向之磁力線導引轉向至平行基材水平面的X-Y軸方向，再以X-Y軸方向的磁阻感測裝置加以量測。

但是上述作法，不僅結構較為複雜，製程步驟煩瑣、耗時，製程成本高，且必須額外考量晶片組立封裝的製程變異，對於製程良率有負面影響。

有鑑於此，有需要提供一種先進的磁阻感測器及其製造方法，可藉由一次半導體製程來製備可量測Z軸方向磁場變化的 磁阻感測器。

本發明的目的之一，是提供一種磁阻感測元件，包含基材、磁性層、第一電極以及第二電極。基材具有一個基準平面。第一電極和第二電極皆位於基準平面上。磁性層位於基準平面上，並與基準平面夾一個非平角，且磁性層具有一個磁化方向，以及一個導通第一電極與第二電極的電流導通路徑，其中電流導通路徑與第一磁化方向夾一個第一角度。使磁阻感測元件可量測垂直基準平面之Z軸方向之磁場變化。根據本發明的實施例，本發明所揭露的磁阻感測元件，是提供一個與基材的基準平面夾有一個非平角的磁性層，形成一個可量測垂直基準平面之Z軸方向之磁場變化的磁阻感測單元。搭配量測平行基準平面之X-Y軸方向磁場變化的磁阻感測單元，進而將偵測三維磁場變化的磁阻感測單元整合於單一半導體基材之中。由於，不需額外採用磁通量集中器設計，結構相對單純，因此可進一步簡化製程，大幅降低製作成本，提高製程良率，達到上述發明的目的。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。因此為了方便說明起見，相同的元件將使用相同的元件符號。

本發明的目的，是藉由半導體製程來提供一種磁阻感測元件，可用來量測垂直基準平面上的Z軸方向之磁場變化。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉數個異向性磁阻(Anisotropic Magnetic Resistance，AMR)感測元件，作為實施例，並配合所附圖式，其詳細說明如下：

請參照圖1，圖1係根據本發明的一實施例所繪示的磁阻感測單元100的結構立體透視圖。

其中，異向性磁阻感測單元100包含基板101、磁性層102、電極103以及電極104。其中，基板101可為表層覆蓋絕緣材料之矽基板，或是具有前段邏輯電晶體元件之矽晶片。基板101具有一個基準平面101a。電極103以及電極104，位於基板101的基準平面101a上方。

在本發明的一些實施例之中，電極103以及電極104彼此分離，並且包埋在位於基準平面101a上方之介電層(未繪示)中。在本發明的一些實施例中，電極103和電極104係由兩個不共面的圖案化金屬層105和106，以及連接圖案化金屬層105和106的介層插塞107a和107b所構成。

在本實施例之中，電極103和電極104的上部103a和104a，分別為圖案化金屬層105的一部分；而電極103和電極104的下部103b和104b，則分別為圖案化金屬層106的一部分。電極103的上部103a，藉由介層插塞107a與其下部103b連結；且電極104的上部103a，藉由介層插塞107b與其下部104b連結。

磁性層102位於基準平面101a上方，並與基板101的基準平面101a夾一個非平角Φ1，且電極103和電極104二者，係藉由磁性層102來加以導通。構成磁性層102的材料，可為鐵磁材料、反鐵磁材料、非鐵磁性金屬材料、穿隧氧化物材料之一或其組合(但不以此為限)。當外加磁場為零時，磁性層102受形狀異向性(shape anisotropy)的作用，具有平行其磁性層 膜面的磁化方向M1。

在本發明的一些實施例中，磁性層102，可以是一種立設於基準平面101a上方的單層磁性材料結構，或多層磁性材料堆疊結構；且磁性層102的膜面與基板101的基準平面101a夾有一個非平角Φ1，例如90°角。在本實施例中，磁性層102分別與電極103的上部103a和電極104的下部104b直接接觸，進而使電極103和電極104二者電性連接。當電極103和電極104導通時，流經磁性層102的電流，會在磁性層102之中，決定出一條電阻最小的電流導通路徑I1，並且與磁化方向M1夾一個特定角度θ1，在外加磁場為零的情況下，角度θ1較佳為45°。

但在另一些實施例之中，為了增加磁性層102與電極103和104的接觸面積降低接觸電阻。可以採用平行基準平面101a的其他磁性層或金屬線，來使磁性層102與電極103和104間接接觸。例如，請參照圖2，圖2係根據本發明的另一實施例所繪示的磁阻感測單元200的結構立體透視圖。

其中，磁阻感測單元100和磁阻感測單元200的結構大致相同，差別僅在於，磁阻感測單元200採用平行基準平面101a的磁性層201，使磁性層102與電極103的上部103a電性連結。也就是說，導入電極103的電流，可經過磁性層201先導通至磁性層102，再導通至電極104。其中構成磁性層201的材質，可以與磁性層102的材料相同或不同。當磁性層201的材質與磁性層102相同時，可為同一製程所製備的一體成型結構。在本發明的一些實施例之中，磁性層201也可以由金屬導線層來加以取代。

同理，為了增加磁性層102與電極104的接觸面積降低接 觸電阻，在本發明的另外一些實施例之中，亦可採用其他的磁性層(未繪示)，使磁性層102與電極104的下部104b電性連結。由於該磁性層的功能與結構大致與磁性層201相同，故不在此贅述。

請再參照圖1，當磁阻感測單元100受到實質上平行磁性層102的外加磁場作用時，隨著外加磁場強度改變，磁化方向M1將受到帶動產生相對變化。若電流導通方向固定，則角度θ1的數值也會跟著改變，進而造成磁阻值亦隨之上升或下降。由於磁化方向M1是在磁性層102的膜面上產生變化，加上磁性層102與基板101的基準平面101a夾有一個非平角Φ1。因此，磁阻感測單元100，可用來感測垂直介電層水平面的Z軸方向之磁場變化。

值得注意的是，雖然在上述的實施例之中，磁阻感測單元100和200皆係由單一層磁性層(即磁性層102)所構成的異向性磁阻感測結構。但在本發明的一些實施例之中，磁阻感測單元100也可以是由多層不同磁性層彼此堆疊所構成的巨磁阻(Giant Magnetoresistance,GMR)結構、穿隧式磁阻(Tunneling Magnetoresistance,TMR)結構或龐磁阻(Colossal Magnetoresistance，CMR)結構。

另外，為了增進磁阻感測元件的感測能力，可將複數個磁阻感測單元加以整合，進而形成感測訊號較強的磁阻感測元件。例如，圖3係根據本發明的再一實施例，所繪示的一種磁阻感測元件30的結構立體透視圖。磁阻感測元件30，除了包含圖2所繪示的磁阻感測單元200外，更包括另一個電極303，以及用來連接電極104和電極303的磁性層301和302。藉由，電極104和303以及磁性層301和302，可組成另一個磁阻感 測單元300。

其中，磁性層302的膜面方向，與基板101的基準平面101a夾一非平角Φ3；磁性層301跨接於磁性層302與電極104的上部104a之間，使二者電性連結。當電極104和電極303導通時，電流會在磁性層302之中，決定出一條電流導通路徑I3，而與磁化方向M3夾一個特定角度θ3，在外加磁場為零的情況下，角度θ3較佳為45°。

在本實施例之中，磁性層302與磁性層102可為共平面；磁性層301也可與磁性層201共平面且平行基準平面101a。因此，磁性層302膜面方向與基準平面101a所夾的非平角Φ3，以及磁性層102膜面方向與基準平面101a所夾的非平角Φ1，二者皆可為90°；磁性層302的磁化方向M3可和磁性層102的磁化方向M1相同；且磁性層302的電流導通路徑I3，可與磁性層102的電流導通路徑I1平行。在外加磁場為零的情況下，角度θ1與θ3，較佳皆為45°。藉由串連磁阻感測單元200和300，可使磁阻感測元件30量測到較強的感測訊號。

請參照圖4，圖4係根據本發明的又一實施例所繪示的磁阻感測元件40的結構立體透視圖。其中磁阻感測元件40的結構，大致與磁阻感測元件30相同。差別在於，磁阻感測元件40相鄰的兩個磁阻感測單元200和300，共用同一個磁性層402。

對比於圖3磁阻感測元件30，磁性層402係由相同材質以同一製程所製備的一體成型結構，與基板101的基準平面101a夾一非平角Φ4較佳為90°。磁性層402具有單一的磁化方向M4，且同時與電極103、104和303接觸，可用來導通電極103、104和303，並在磁性層402中定義出導通電極104 與電極103之間的電流導通路徑I1，和導通電極104與電極303之間的電流導通路徑I3。在本發實施例之中，電流導通路徑I1和I3分別與磁化方向M4夾一個角度θ4，在外加磁場為零的情況下，角度θ4較佳皆為45°。

由於磁性層402係直接跨接於電極103、104和303之間。因此假若電極103、104和303之間的直線距離過短，則可能會因為跨接於電極103、104和303之間的平面跨接電阻Re過小，使大部份的電流直接穿過磁性層402的跨接部份，而不流經電流導通路徑I1和I3，進而導致磁阻感測單元400失效。因此，以電流導通路徑I1為例，若要使由電極103所導入的電流，流經電流導通路徑I1，則介於磁性層201與磁性層301之間的磁性層402平面跨接電阻R，必須遠大於由導通路徑I1(電阻值為Ra)、電極104之下部104b(電阻值為Rb)、金屬介層插塞107b(電阻值為Rc)、電極104之上部104a(電阻值為Rd)以及磁性層301(電阻值為Re)所組成之路徑的電阻值總和。

數學式如下：Ra+Rb+Rc+Rd+Re<<R。

由於共用磁性層402，相較於彼此分離的磁性層(例如圖3的磁性層102和302)具有較長的尺寸，可以降低改變磁化方向M4的翻轉場，因此對於外在磁場變化，敏感度較高，具有較佳的感測能力。請參照圖5，圖5係根據本發明的又另一實施例所繪示之磁阻感測單元500的結構立體透視圖。

其中，磁阻感測元件500包含至少一個基材101、電極503、電極504、磁性層502、505以及506。磁性層502、505和506、電極503、504，都位於基材101基準平面101a上方。電極503和504分別為兩層不共平面的圖案化金屬層。磁性層 502位於基準平面101a上方，並與基準平面101a夾一個實值介於80°至90°非平角Φ5。

意即，磁性層502近乎垂直地豎立於基材基準平面101a上。且磁性層502與電極503和504電性接觸。在本實施例之中，磁性層502，分別係藉由磁性層505和506，來與電極503和504電性接觸。其中磁性層505位於電極503的上方，且與磁性層502和電極503接觸；磁性層506位於電極504的上方，且與磁性層502和電極504接觸。

由電極503導入磁性層502的電流，會選擇電阻最低的路徑通過磁性層502，而在磁性層502中決定出一條電流導通路徑I5，藉以導通磁性層505和磁性層506，再流入電極504。根據磁性層502的形狀異向性，當外加磁場為零時，磁性層502具有一個實質平行其磁性層膜面長軸的磁化方向M5。並且與電流導通路徑I5夾一個夾角θ5，夾角θ5較佳為45°。

隨著垂直基準平面101a外加磁場強度改變，磁化方向M5將受到帶動產生相對變化。若電流導通方向固定，則夾角θ5的數值也會跟著改變，進而造成磁阻值亦隨之上升或下降。由於磁化方向M5在磁性層502平面上產生變化，又與基準平面101a夾有一個非平角Φ5。因此，磁阻感測單元500可用來感測垂直基準平面101a的Z軸方向之磁場變化。

另外，為了增進磁阻感測元件的密集度可將多個磁阻感測單元，利用串接的佈線方式，配合製程的空間安排，形成具有蜿蜒結構(serpentine structure)的磁阻感測元件。請參照圖6A，圖6A係根據本發明的再另一實施例所繪示，具有蜿蜒結構之磁阻感測元件60的部份結構上視圖。具有蜿蜒結構的磁阻感測元件60包含其複數個如圖5所繪示的磁阻感測元件(由切 線A1-A1’所定義)，例如磁阻感測單元500a、500b和500c。

而為了兼顧製程方便性，在本發明的一些實施例之中，磁阻感測單元500a、500b和500c三者藉由一連續磁性層圖形串聯在一起。請參照圖6B，圖6B係沿著圖6A切線B1-B1’，所繪示的磁阻感測元件60部份結構側視圖。以磁阻感測單元500a和500b為例，磁阻感測單元500a係由電極504和503、磁性層502、505和506所構成；磁阻感測單元500b係由電極504和507、磁性層506、508和509所構成。

磁阻感測單元500a和500b的磁性層502和508分別具有磁化方向M5a和M5b，且分別與基準平面101a夾有一個非平角Φ5a和Φ5b。根據磁性層502和508的形狀異向性，當外加磁場為零時，磁性層502和508的磁化方向M5a和M5b，會分別與形成在磁性層502和508中的電流導通路徑I5a和I5b夾一個夾角θ5(如圖5所繪示)。

其中，磁性層層502、505、506、508和509係由單一磁性材料結構所組成。例如在本發明的一些實施例之中，磁性層層502、505、506、508和509，屬於藉由同一半導體製程步驟，所形成的同一圖案化磁性層。

進一步增進磁阻感測器感測訊號的方式，是將四個上述之磁阻感測單元或元件，進一步組成一個惠氏登電橋迴路(Wheatstone bridge circuit)。例如，請參照圖7A，係根據本發明的又再一實施例，所繪示之磁阻感測元件50的佈線示意圖。

其中，異向性磁阻感測元件70係由四個如圖1所示的磁阻感測單元：第一磁阻感測單元100a、第二磁阻感測單元100b、第三磁阻感測單元100c和第四磁阻感測單元100d組成 的惠氏登電橋迴路。在結構上四個磁阻感測單元100a、100b、100c和100d均採用相同的基準平面。若上述四磁阻感測單元之磁矩化方向相同時，第一磁阻感測單元100a之電極103的上部103a，位於磁阻層102的左上方；第一磁阻感測單元100a之電極104的下部104b，位於磁阻層102之右下方，且此二電極103和104均與磁阻層102電性相連。磁阻感測單元100b的電極103之上部103a，則位於磁阻層102之右上方，而磁阻感測單元100b的電極104之下部104b，則位於磁阻層102之左下方。且第一磁阻感測單元100a的結構，與第三磁阻感測單元100c的結構一致；而第二磁阻感測單元100b的結構，與第四磁阻感測單元100d的結構一致；第一磁阻感測單元100a和第三磁阻感測單元100c二者之電極分佈，剛好成一鏡面反射之分布；且第二磁阻感測單元100b和第四磁阻感測單元100d二者之電極分佈，剛好成一鏡面反射之分布。

當將此四磁阻感測單元100a、100b、100c和100d，如圖7A之方式串連成一惠氏登電橋後，外加磁場作用下，磁阻感測單元100a與100c具有一相同的磁阻變化量；而磁阻感測單元100b與100d具有另一相同的磁阻變化量。磁阻感測單元100a、100b的磁化方向與磁阻感測單元100c、100d的磁化方向可經由外加電路(未繪示)設定為彼此平行且同向(以M1表示)。在此情況下，流經磁阻感測單元100a和100c的電流二者需同向(如箭頭所示)，電流導通路徑I1a和I1c與磁化方向M1所形成的銳夾角皆為θ1；且流經磁阻感測單元100b和100d的電流二者亦需同向(如箭頭所示)，電流導通路徑I1b和I1d與磁化方向M1所形成的銳夾角亦皆為θ1。

在垂直基準平面(介電層水平表面)的Z軸方向之外加磁場 為零的狀態下(圖7A)，銳夾角θ1較佳的條件為45°。請參照圖7B，當外加磁場不為零時，例如施加一向上方向的磁場H，磁阻感測單元100a、100b、100c、100d的磁化方向M1會隨著外加磁場而上揚，此時磁阻感測單元100a、100c的夾角會產生正向的角度變化量，變成(θ1+△θ)，對應到磁阻值的下降；而磁阻感測單元100b、100d的夾角會產生負向的角度變化量，變成(θ1-△θ)，對應到磁阻值的上升。透過惠氏登電橋迴路的佈線，可以放大磁阻訊號，更靈敏地感測磁場強度的改變。

值得注意的是，在本發明的實施例中，每一個磁阻感測單元100a、100b、100c和100d的磁化方向可設定為彼此平行且同向，亦可設定為彼此平行且反向。而流經每一個磁性層的電流導通路徑I1a、I1b、I1c和I1d，則係由被導通的兩電極二者之間的相對位置，以及磁性層和兩電極的電阻大小，來加以決定。因此，可藉由調控每一個磁阻感測單元100a、100b、100c和100d各個磁性層102的磁化方向以及電流導通路徑I1a、I1b、I1c和I1d，使得惠氏登電橋迴路的構成方式，產生多種不同的排列組合。如圖7C所示，當第三磁阻感測單元100c’、第四磁阻感測元件100d’之磁化方向M1’與第一磁阻感測元件100a’、第二磁阻感測元件100b’之磁化方向M1相反時，可經由調整磁阻感測單元100a’、100b’、100c’和100d’電極103的上部103a、電極104的下部104b與磁性層102的相對位置，而改變其電流路徑，使得第一磁阻感測元件100a’與第三磁阻感測元件100c'受到磁場H’之感應時，其電流路徑I1a’、I1c’分別與磁化方向M1、M1’所夾之銳角同為θ1’+△θ’；而第二磁阻感測元件與第四磁阻感測元件，其電流路徑I1b’、I1d’分別 與磁化方向M1、M1’所夾之銳角同為θ1’-△θ’。

綜合以上之說明該惠氏登電橋之該四個磁阻感測單元100a、100b、100c和100d(或100a’、100b’、100c’和100d’)，當感應到一相同之垂直磁場變化時，若四個磁阻感測單元100a、100b、100c和100d其中之一者(例如磁阻感測單元100a)的磁化方向與電流路徑所夾之銳角，由原本之θ變成θ+△θ時，則與該磁阻感測單元100a相鄰的兩個磁阻感測單元100b和100c，其磁化方向與電流路徑所夾之銳角將由原本之θ變感θ-△θ。

若將上述之任一種感測Z軸方向磁場變化的磁阻感測元件(30、40、70)與量測平行基準平面之X-Y軸方向之磁場變化的磁阻感測元件加以整合，即可在單一基材上製作出能同時量測X、Y和Z軸方向之磁場變化的三維磁阻感測元件。

請參照圖8，圖8係根據本發明的一實施例，所繪示的一種三維磁阻感測元件80的結構俯視圖。

其中三維磁阻感測元件80包含有一個感測垂直基材101基準平面101a之Z軸方向磁場變化的磁阻感測元件(以磁阻感測元件60為例，如圖6A所繪示)，以及兩個分別感測平行基準平面101a之Y軸方向以及X軸方向磁場變化的磁阻感測元件81和82。

該磁阻感測元件81和82可採用習知的barber pole結構設計。其中磁阻感測元件60及磁阻感測元件81和82係形成於同一半導體晶片(基材101)上。Z軸方向之磁阻感測元件60的結構與操作方式，已詳述如前，此處不再贅述。

Y軸方向之磁阻感測元件81，包含一個與如圖6A所繪示之磁阻感測元件60的磁性層502、505、506、508和509同時 (但不在此限)形成的磁性層812，以及與如圖6A所繪示之磁阻感測元件60的電極503或504同時(但不在此限)形成的電極811a、811b、811c和811d(電極數量不以此為限)。其中，磁性層812之長軸方向垂直基材101基準平面101a的Y軸方向，且與電極811a、811b、811c和811d接觸，並導通電極811a和811d，使導通電流分別在磁性層812，不與電極811a、811b、811c和811d接觸的部份中，定義出複數條電流導通路徑I81。

X軸方向之磁阻感測元件82亦包含一個與如圖6A所繪示之磁阻感測元件60的磁性層502、505、506、508和509同時(但不在此限)形成的磁性層822，以及與如圖6A所繪示之磁阻感測元件60的電極503或504同時(但不在此限)形成的電極821a、821b、821c和821d(電極數量不以此為限)。磁性層822，其長軸方向垂直基材101基準平面101a的X軸方向，且與電極821a、821b、821c和821d接觸，並導通電極821a和821d，使導通電流在磁性層802b，不與電極821a、821b、821c和821d接觸的部份中，定義出複數條電流導通路徑I82。

由於，磁性層812的圖形長軸方向與基材101或基準平面101a的Y軸方向垂直，受到形狀異向性的作用，磁性層812的磁化方向M81在無外加磁場的情況下將垂直於基材101基準平面101a的Y軸方向，且與電流導通路徑I81夾一個角度θ81，較佳為45°。由電極811a、811b、811c和811d及磁性層802a所構成的磁阻感測元件81，可用以感測平行基材101基準平面101a之Y軸方向的磁場變化。

同樣地，磁性層822的圖形長軸方向與基材101基準平面101a的X軸方向垂直，受到形狀異向性的作用，磁性層822的磁化方向M82在無外加磁場的情況下將垂直於基材101基 準平面101a的X軸方向，且與電流導通路徑I82夾一個角度θ82，較佳為45°。由電極821a、821b、821c和821d及磁性層822所構成的磁阻感測元件82，可用以感測平行基材101基準平面101a之X軸方向的磁場變化。

根據本發明的實施例，本發明所揭露的磁阻感測元件，可藉由提供一個與基材的基準平面夾有一個非平角的磁性層，來導通兩相鄰電極。利用磁性層的形狀異向性，搭配電極與磁性層的空間配置，使磁性層的磁化方向，與流經磁性層的電流導通路徑夾一個角度，藉以形成一個可量測垂直基準平面Z軸方向之磁場變化的磁阻感測單元。更可於同一半導體晶片中，提供量測X-Y軸基準平面之磁場變化的磁阻感測單元，進而將三維磁阻感測器整合於單一半導體晶片之中。由於，不需額外採用磁通量集中器設計，結構相對單純，因此可進一步簡化製程，大幅降低製作成本，提高製程良率，達到上述發明的目的。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

30‧‧‧磁阻感測元件

40‧‧‧磁阻感測元件

50‧‧‧磁阻感測元件

70‧‧‧磁阻感測元件

70’‧‧‧磁阻感測元件

80‧‧‧三維磁阻感測元件

100‧‧‧磁阻感測單元

100a‧‧‧磁阻感測單元

100b‧‧‧磁阻感測單元

100c‧‧‧磁阻感測單元

100d‧‧‧磁阻感測單元

100a’‧‧‧磁阻感測單元

100b’‧‧‧磁阻感測單元

100c’‧‧‧磁阻感測單元

100d‧‧‧磁阻感測單元

101‧‧‧基板

101a‧‧‧基板的基準平面

102‧‧‧磁性層

103‧‧‧電極

103a‧‧‧電極的上部

103b‧‧‧電極的下部

104‧‧‧電極

104a‧‧‧電極的上部

104b‧‧‧電極的下部

105‧‧‧圖案化金屬層

106‧‧‧圖案化金屬層

107a‧‧‧接觸插塞

107b‧‧‧接觸插塞

200‧‧‧磁阻感測單元

201‧‧‧磁性層

300‧‧‧磁阻感測單元

303‧‧‧電極

301‧‧‧磁性層

302‧‧‧磁性層

402‧‧‧磁性層

500‧‧‧磁阻感測單元

500a‧‧‧磁阻感測單元

500b‧‧‧磁阻感測單元

500c‧‧‧磁阻感測單元

502‧‧‧磁性層

503‧‧‧電極

504‧‧‧電極

505‧‧‧磁性層

506‧‧‧磁性層

507‧‧‧電極

508‧‧‧磁性層

509‧‧‧磁性層

81‧‧‧磁阻感測元件

82‧‧‧磁阻感測元件

811a‧‧‧電極

811b‧‧‧電極

811c‧‧‧電極

811d‧‧‧電極

812‧‧‧磁性層

821a‧‧‧電極

821b‧‧‧電極

821c‧‧‧電極

821d‧‧‧電極

822‧‧‧磁性層

A1-A1’‧‧‧切線

B1-B1’‧‧‧切線

I1‧‧‧電流導通路徑

I1a‧‧‧電流導通路徑

I1b‧‧‧電流導通路徑

I1a’‧‧‧電流導通路徑

I1b’‧‧‧電流導通路徑

I1c‧‧‧電流導通路徑

I1d‧‧‧電流導通路徑

I1c’‧‧‧電流導通路徑

I1d’‧‧‧電流導通路徑

I3‧‧‧電流導通路徑

I5‧‧‧電流導通路徑

I5a‧‧‧電流導通路徑

I5b‧‧‧電流導通路徑

I81‧‧‧電流導通路徑

I82‧‧‧電流導通路徑

Φ1‧‧‧非平角

Φ3‧‧‧非平角

Φ4‧‧‧非平角

Φ5‧‧‧非平角

Φ5a‧‧‧非平角

Φ5b‧‧‧非平角

M1‧‧‧磁化方向

M1’‧‧‧磁化方向

M3‧‧‧磁化方向

M4‧‧‧磁化方向

M5‧‧‧磁化方向

M81‧‧‧磁化方向

M82‧‧‧磁化方向

θ1‧‧‧角度

θ3‧‧‧角度

θ4‧‧‧角度

θ5‧‧‧角度

θ81‧‧‧角度

θ82‧‧‧角度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，特舉數個實施例，並配合所附圖式，來加以描述。其中，相同的元件，將採用相同的元件符號來加以標示。圖式簡單說明如下：

圖1係根據本發明的一實施例，所繪示的磁阻感測單元的結構立體透視圖。

圖2係根據本發明的另一實施例，所繪示的磁阻感測單元的結構立體透視圖。

圖3係根據本發明的再一實施例，所繪示的一種磁阻感測元件的結構立體透視圖。

圖4係根據本發明的又一實施例，所繪示的磁阻感測元件的結構立體透視圖。

圖5係根據本發明的又另一實施例，所繪示之磁阻感測單元的結構立體透視圖。

圖6A係根據本發明的再另一實施例所繪示，具有蜿蜒結構之磁阻感測元件的部份結構上視圖。

圖6B係沿著圖6A切線B1-B1’，所繪示的磁阻感測元件部份結構側視圖。

圖7A係根據本發明的又再一實施例，所繪示之磁阻感測元件的佈線示意圖(外加磁場為零)。

圖7B係根據本發明的又再一實施例，所繪示之磁阻感測元件的佈線示意圖(外加磁場不為零)。

圖7C係根據本發明的又再一實施例，所繪示之磁阻感測元件的佈線示意圖(外加磁場不為零)。

圖8係根據本發明的一實施例，所繪示的一種三維磁阻感測元件的結構俯視圖。

100‧‧‧磁阻感測單元

101‧‧‧基板

101a‧‧‧基板的基準平面

102‧‧‧磁性層

103‧‧‧電極

103a‧‧‧電極的上部

103b‧‧‧電極的下部

104‧‧‧電極

104a‧‧‧電極的上部

104b‧‧‧電極的下部

105‧‧‧圖案化金屬層

106‧‧‧圖案化金屬層

107a‧‧‧接觸插塞

107b‧‧‧接觸插塞

I1‧‧‧電流導通路徑

M1‧‧‧磁化方向

θ1‧‧‧角度

Φ1‧‧‧非平角

Claims (20)

1. 一種磁阻感測元件，包含：一基材，具有一基準平面；一第一電極，位於該基準平面上方；一第二電極，位於該基準平面上方；以及一第一磁性層，位於該基準平面上方，並與該基準平面夾一第一非平角，且該第一磁性層具有一第一磁化方向以及用來導通該第一電極和該第二電極的一第一電流導通路徑，其中該第一電流導通路徑與該第一磁化方向夾一第一角度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁阻感測元件，其中該基材為表層覆蓋一絕緣材料之一矽基板，或是具有一前段邏輯電晶體元件之一矽晶片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之磁阻感測元件，其中該第一電流導通路徑，導通該第一電極的一上部與該第二電極的一下部。
4. 如申請專利範圍第3項所述之磁阻感測元件，其中該第一電極之該上部和該第二電極的一上部，分別為一第一圖案化金屬層的一部分；且該第一電極之一下部和該第二電極的該下部，分別為一第二圖案化金屬層的一部分。
5. 如申請專利範圍第1項所述之磁阻感測元件，更包括：一第三電極，位於該基準平面上；以及 一第二磁性層，位於該基準平面上方，與該基準平面夾一第二非平角，且該第二磁性層具有一第二磁化方向，以及導通該第三電極和該第二電極的一第二電流導通路徑，其中該第二電流導通路徑，與該第二磁化方向夾一第二角度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之磁阻感測元件，其中該第二電流導通路徑，導通該第二電極的一上部與該第三電極的一下部。
7. 如申請專利範圍第6項所述之磁阻感測元件，其中該第一非平角與該第二非平角，二者實質相等；且該第一磁化方向與該第二磁化方向，實質同向。
8. 如申請專利範圍第7項所述之磁阻感測元件，其中該第一磁性層與該第二磁性層，二者係共平面之一體成型結構，且彼此相連。
9. 如申請專利範圍第8項所述之磁阻感測元件，其中該第一磁性層跨接於該第一電極之該上部和該第二電極的該上部之間，且具有一跨接電阻值；該第一電流導通路徑具有一第一電阻值，該第二電極具有一第二電阻值；且該跨接電阻值實質大於該第一電阻值和該第二電阻值二者的總和。
10. 如申請專利範圍第5項所述之磁阻感測元件，更包括：一第三磁性層，位於該第一電極上方，且電性連接該第一電極與該第一磁性層； 一第四磁性層，位於該第三電極上方，且電性連接該第三電極與該第二磁性層；以及一第五磁性層位於該第二電極上方，電性連接該第一磁性層、該第二電極與該第二磁性層。
11. 如申請專利範圍第10項所述之磁阻感測元件，其中該第一磁性層、該第二磁性層、該第三磁性層、該第四磁性層與該第五磁性層，係一單一磁性材料結構。
12. 一種磁阻感測裝置，包含四個如申請專利範圍第1項所述之磁阻感測元件，其包含一第一磁阻感測元件、一第二磁阻感測元件、一第三磁阻感測元件及一第四磁阻感測元件，彼此電性連結，並組成一惠氏登電橋迴路(Wheatstone bridge circuit)，其中該四個磁阻感測元件的該些基準平面相同，並共用一基材。
13. 如申請專利範圍第12項所述之磁阻感測裝置，其中該第一磁阻感測元件之該第一角度為一第一銳角；該第二磁阻感測元件之該第一角度為實質與該第一銳角相同的一第二銳角；且在相同的一垂直磁場作用下，該第一銳角會產生正向的一角度變化量；而該第二銳角會產生負向的該角度變化量。
14. 如申請專利範圍第13項所述之磁阻感測裝置，其中更包含該第三磁阻感測元件與該第一磁阻感測元件具相同一磁阻變化量；該第四磁阻感測元件與該第二磁阻感測元件具相同之一磁阻變化量。
15. 如申請專利範圍第11項所述之磁阻感測元件，其中四個該磁阻感測元件的各個該基準平面相同。
16. 一種磁阻感測元件，包含：一基材，具有一基準平面；一第一磁性層，位於該基準平面上方，並與該基準平面夾一第一非平角，且該第一磁性層具有一第一磁化方向一第二磁性層，位於該基準平面上方，並與該基準平面平行，且該第二磁性層具有一第二磁化方向；一第三磁性層，位於該基準平面上方，並與該基準平面平行，且該第三磁性層具有一第三磁化方向，該第三磁化方向和該第二磁化方向垂直。
17. 如申請專利範圍第16項之磁阻感測元件，更包含一第一電極與該第一磁性層上方接觸，及一第二電極與該第一磁性層下方接觸。
18. 如申請專利範圍第16項之磁阻感測元件，更包含複數個電極與該第二磁性層電性接觸。
19. 如申請專利範圍第16項之磁阻感測元件，更包含複數個電極與該第三磁性層電性接觸。
20. 如申請專利範圍第16項所述之磁阻感測元件，其中該基材為表層覆蓋一絕緣材料之一矽基板，或是具有一前段邏 輯電晶體元件之一矽晶片。