[发明专利]具有基本上正交的钉扎方向的双轴磁场传感器

说明书

本申请是于2010年4月16日提交的、PCT申请号为PCT/US2010/031378、2011年12月13日进入中国国家阶段的、国家申请号为201080026087.X、发明名称为“具有基本上正交的钉扎方向的双轴磁场传感器”的申请的分案申请。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年4月30日提交的申请号12/433,679的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及磁电设备领域，并且，更具体地涉及用于感测磁场的、与CMOS兼容的磁电场传感器。

背景技术

传感器在现代系统中广泛地用于测量或者检测物理参数，例如位置、运动、力、加速度、温度、压力，等等。尽管存在多种不同的传感器类型来测量这些及其它参数，但是它们都受到了各种限制。例如，廉价的低磁场传感器，例如用在电子罗盘和其它类似磁感测应用中的那些传感器，通常包括基于各向异性磁致电阻(AMR)的设备。为了达到与CMOS良好配合所需的灵敏度和合理的电阻，这种传感器的感测单元的尺寸通常处于平方毫米的量级。对于移动应用，就其花费、电路面积与功耗而言，这种AMR传感器配置是昂贵的。

其它类型的传感器，例如磁性隧道结(MTJ)传感器和巨磁致电阻(GMR)传感器，已经用于提供较小尺寸的传感器，但是这种传感器有其自己的问题，例如灵敏度不足和受温度变化的影响。为了解决这些问题，MTJ传感器和GMR传感器已经在惠斯通电桥结构中采用，以便增加灵敏度并消除与温度相关的电阻变化。实际上，已经为电子罗盘应用开发出了双轴磁场传感器，通过对每个感测轴使用惠斯通电桥结构来检测地球的磁场方向。但是，对于每个感测轴，这种磁场传感器一般包括两个相对的钉扎方向，导致有四个不同的钉扎方向，对于利用磁体阵列的每个电路，这些方向必须用复杂和难以操作的磁化技术单独设置，或者采用厚NiFe屏蔽/通量集中层来引导中下部场的局部方向，这要求附加的处理复杂性。获得不同的参考层磁化方向的另一种方法是利用不同的阻碍温度(blocking temperature)淀积两个不同的反铁磁层并且应用复杂的设置过程和很难的处理流来设置两个不同的钉扎方向并使得与两个不同的传感器朝向接触。

因此，存在对利用基本正交的磁化方向形成参考层的改进的传感器设计与制造处理的需要。还存在对可以高效且廉价地作为移动应用中所使用的集成电路结构构造的双轴传感器的需要。还存在对克服本领域中例如以上所述问题的改进的磁场传感器和制造的需要。此外，从随后的具体描述和所附的权利要求，并且联系附图和该背景技术，本发明的其它期望特征和特点将变得显而易见。

附图说明

下文将联系以下附图描述本发明的实施方式，附图中相同的标号指示相同的元件，并且

图1示出了电子罗盘结构，该电子罗盘结构使用由具有未屏蔽MTJ传感器的两个电桥结构形成的差分传感器；

图2提供了示例场传感器的简化示意性透视图，其中该示例场传感器是通过连接惠斯通电桥电路中的四个MTJ传感器形成的；

图3绘出了用于形成钉扎参考层的不平衡SAF堆叠(stack)；

图4是根据第一种示例实施方式制造MTJ场传感器的方法的流程图；

图5是由不平衡的合成反铁磁体(SAF)形成的两个参考层及其实际与期望的磁化的顶部示意图；

图6是图5的两个参考层、根据示例实施方式旋转的顶部示意图；

图7是根据示例实施方式由不平衡的SAF形成的两个参考层及其施加了补偿场的实际磁化的顶部示意图；

图8是根据第二种示例实施方式制造MTJ场传感器的方法的流程图；

图9是集成电路的部分横截面视图，其中MTJ传感器层堆叠已经在衬底之上形成；

图10示出了在MTJ传感器层堆叠已经在衬底之上选择性地蚀刻成预定形状之后图9之后的处理；

图11示出了显示由选择性蚀刻处理形成的MTJ传感器层堆叠中参考层的预定形状的顶视图；

图12示出了在存在为了最终形成的参考层而在期望的磁化方向之间对准的定向场的情况下当蚀刻后的参考层被加热时图11之后的处理；

图13示出了在除去定向场而且蚀刻后的MTJ传感器堆叠冷却之后图12之后的处理，由此使得蚀刻后的参考层的磁化沿长轴钉扎；