Xmr传感器设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及XMR传感器设备和对应方法。
【背景技术】
[0002] 在许多应用中使用磁场传感器。例如，针对速度或移动检测，例如可在所谓的极轮 上提供磁体，因此在极轮旋转时生成已调制磁场。然后该场的调制可被磁场传感器检测。由 此检测的磁场及其调制然后指示例如极轮的旋转速度。作为极轮的替代，例如还可使用在 移动时生成已调制磁场的齿轮或线性磁性元件。并且其它应用使用磁场传感器，例如比如 硬盘的磁性存储设备。
[0003] 磁场传感器包括霍尔传感器和基于磁阻（MR)效应的传感器(也称为XMR传感器)。 在许多情况下，XMR传感器展现比霍尔传感器更低的抖动（jitter)，其对于某些应用而言 可能是重要的，例如汽车应用中的速度检测和/或间接胎压监视系统。然而，XMR传感器对 与感测方向正交的磁场敏感。归因于此，例如XMR传感器相对于极轮或其它可移动磁性设 备的不精确定位可引起抖动增加。
【发明内容】
[0004] 根据实施例，提供了如在权利要求1中定义的设备。根据另一实施例，提供了如在 权利要求15中定义的方法。从属权利要求定义了另外的实施例。
【附图说明】
[0005] 图1是图示出根据实施例的传感器设备的示意性截面图。
[0006] 图2是图示出根据实施例的传感器设备中的电接触的示意图。
[0007] 图3是图示出根据另一实施例的传感器设备中的电接触的示意图。
[0008] 图4是图示出根据实施例的设备的层结构的图。
[0009] 图5是图示出根据另一实施例的设备的层结构的图。
[0010] 图6是图示出根据实施例的方法的流程图。
[0011] 图7是图示出根据实施例的设备的应用示例的图。
【具体实施方式】
[0012] 在下文中，将参考附图来详细地描述各种实施例。应注意的是这些实施例仅仅用 于说明性目的且不应解释为是限制性的。例如，虽然可将实施例描述为包括多个不同细节、 特征或元件，但是在其它实施例中，这些细节、特征或元件中的某些可被省略，可以以与所 示出的不同的方式实现，和/或可用替换细节、特征或元件来替换。另外地或替换地，在其 它实施例中，可提供并未在这里明确地描述或在图中示出的附加细节、特征或元件。
[0013] 某些实施例涉及磁场传感器设备。磁场传感器设备可例如包括XMR传感器。如在 这里使用的术语XMR传感器可指的是基于一个或多个磁阻（MR)效应的传感器。用于磁阻 效应的非限制性示例包括GMS (巨磁阻)、CMR (超大磁阻)、AMR (各向异性磁阻）或TMR (隧 道磁阻)。
[0014] 在某些实施例中，磁场传感器设备可包括第一 XMR传感器堆和在第一 XMR传感器 堆的顶部上的第二XMR传感器堆。如这里所使用的术语"堆"可指的是相互上下地放置的 多个层以形成XMR传感器堆。第一 XMR传感器堆和第二XMR传感器堆中的每个可包括也称 为传感器层的自由层和/或参考层。第一和第二XMR传感器堆在其对外部磁场的响应方面 可本质上相互独立。在某些实施例中，第一和第二XMR传感器堆的自由层之间的距离可为 15 nm或更多，例如20 nm或更多。
[0015] 在某些实施例中，第一 XMR传感器堆和第二XMR传感器堆可共享一个或多个层，例 如反铁磁层。
[0016] 在某些实施例中，可将第一 XMR传感器堆和第二XMR传感器堆电耦合以作为单一 XMR传感器元件是可操作的。在某些实施例中，这可减少抖动。
[0017] 现在转到附图，在图1中，图示出根据实施例的XMR传感器设备10的示意性截面 图。XMR传感器设备10包括衬底11。衬底11可例如是半导体衬底，例如包括硅晶片的衬 底，但是不限于此。除下面更详细地讨论的元件之外，还可在衬底11上形成电子设备或电 路。
[0018] 在衬底11上，提供第一 XMR传感器堆11。在第一 XMR传感器堆12的顶部上提供 第二XMR传感器堆13。如由点14所指示的，在第二XMR传感器堆13的顶部上，在某些实施 例中可提供一个或多个另外的XMR传感器堆。第一 XMR传感器堆11和第二XMR传感器堆 13每个可包括多个层。在某些实施例中，第一 XMR传感器堆12和第二XMR传感器堆13还 可共享一个或多个层，例如反铁磁层，如稍后将更详细地描述的。
[0019] 在图1的示例中，xy平面可对应于衬底11的平面(例如，衬底11的表面可在xy 方向上延伸）。z方向可对应于与之垂直的方向，例如垂直于衬底11的表面。在此类坐标系 中，在z方向上的第一 XMR传感器堆12上提供(例如堆叠）第二XMR传感器堆13。
[0020] 应注意的是图中的表示仅仅是示意性的且不一定按比例，而是为了表示方便而被 选择的。例如，在某些实施例中，在X和/或y方向上的第一和第二XMR传感器堆12、13的 宽度可比在z方向上的高度更高，例如更高至少一个数量级。例如，宽度可为约10 或更 多，而该高度可为约30-40nm，仅给出示例。这还可应用于下面参考图2- 5进一步解释的 XMR传感器堆。
[0021] 在某些实施例中，第一 XMR传感器堆12和第二XMR传感器堆13每个可包括自由 层(也称为传感器层）和参考层。另外，第一 XMR传感器堆12和第二XMR传感器堆13中的 每一个可包括其中磁化方向被反铁磁层钉扎的钉扎层。还可使用其它配置。在某些实施例 中，第一 XMR传感器堆12的自由层对第一 XMR传感器堆12的自由层处的磁场的响应可本 质上独立于第二XMR传感器堆13的自由层对第二XMR传感器堆13的自由层处的磁场的响 应。在某些应用中，第一 XMR传感器堆12的自由层处的磁场可本质上与第二XMR传感器堆 13的自由层处的磁场相同。在实施例中，第一和第二XMR传感器堆12、13的自由层处的磁 场可包括要感测的外部磁场。
[0022] 在某些实施例中，第一XMR传感器堆12和第二XMR传感器堆13的敏感方向可以是 X方向。在这方面的敏感方向可指的是其中将被测量的磁场的方向。在某些实施例中，提供 两个XMR传感器堆12、13可减少与X方向正交的y方向上的磁场所引起的抖动。在某些实 施例中，可将抖动减少至·η是所提供的XMR传感器堆的数目。此减少基本上是统计 减少，假设堆的自由层本质上相互独立。在某些实施例中，类似于图1的第一和第二XMR传 感器堆12、13的XMR传感器堆对y方向上的此类磁场的响应可至少在一定程度上逐个XMR 传感器堆地不同。因此，y方向上的磁场的影响可在一起使用XMR传感器堆时至少部分地 相互抵消。
[0023] 在某些实施例中，第一 XMR传感器堆12和第二XMR传感器堆13可相互电耦合以 本质上作为单一 XMR元件可操作。这将参考图2和3来解释。
[0024] 一般地，用于将XMR传感器堆用于磁场测量的技术是通过(多个）XMR堆提供测量 电流并测量电压降。换言之，测量层的电阻。此电阻可取决于要感测的外部磁场。
[0025] 在以下解释中，将出于说明性目的而使用具有第一 XMR传感器堆和第二XMR传感 器堆的XMR设备。然而，应理解的是，如已经相对于图1所指示的，在其它实施例中，可提供 超过两个XMR传感器堆。在这方面，应将类似于"包括第一 XMR传感器堆和第二XMR传感器 堆"的术语解释为也涵盖其中提供了除第一和第二XMR传感器堆之外的一个或多个另外的 XMR传感器堆的情况。
[0026] 在图2中，图示出第一 XMR传感器堆20和在第一 XMR传感器堆20的顶部上的第 二XMR传感器堆21之间的电耦合。图2的实施例中的第一和第二XMR传感器堆20、21可 例如是GMR堆，但不限于此。在GMR传感器元件中，在许多应用中测量由传感器堆的层限定 的平面中的电阻(例如，在自由层的表面或界面处)。然而，应注意的是在其它实施例中，也 在GMR传感器堆中，可施加垂直于此平面的电流，如稍后参考图3所解释的。为了测量平面 中的上述电阻，在图2的实施例中，用示意性地图示出的电连接22将第一 XMR传感器堆20 和第二XMR传感器堆21并联地耦合。在图2的情况下，如已经相对于图1所述，XMR传感 器堆20、21的宽度可比XMR传感器堆20、21的高度更高例如一个数量级或更多。在某些实 施例中，在如图2中所示的电连接22的情况下，因此，感测电流因此本质上在位于第 一 XMR传感器堆20和第二XMR传感器堆21的层的平面中的方向上流过例如第一 XMR传感 器堆和第二XMR传感器堆。可用各种技术来提供电连接22,例如按照惯例用于电接触部件 或层的在半导体处理中使用的技术。例如，可通过类似于图1的衬底11之类的衬底上的金 属沉积和结构化来提供第一 XMR传感器堆20和第二XMR传感器堆21之间的电耦合。应认 为图2中所示的电连接22仅仅是示意性的，并且第一和第二XMR传感器堆20、21的接触可 与所示的不同，例如在第一 XMR传感器堆20的底部处或者在XMR传感器堆20和/或21的 侧面处，只要感测电流主要在平面内方向上流过XMR传感器堆20、21即可。
[0027] 为了测量磁场，例如，可在图2中测量由感测电流Isotm引起的电压降。在其它实 施例中，可施加固定电压，并且可测量电流/感测。
[0028] 在图2中，通过将第一 XMR传感器堆20和第二XMR传感器堆21并联地耦合，可降 低总电阻。在某些实施例中，这可增加感测电流Isotm。在其它实施例中，可以是例如 由已调节电流源生成的固定电流。
[0029] 在图3中，图不出根据另一实施例的传感器设备。图3的实施例包括第一 XMR传 感器堆30和第二XMR传感器堆31。在图3的实施例中，第一 XMR传感器堆30和第二XMR 传感器堆31可以是TMR堆，然而其不限于此。在TMR堆中，通常将隧道势皇(例如MgO隧道 势皇)提供为第一 XMR传感器堆30和第二XMR传感器堆31两者中的层中的一个。许多TMR 应用中的感测电流垂直于层表面流动。然而，在其它实施例中，感测电流也可以是如参考图 2所解释的平面内感测电流。在使用垂直于层表面的感测电流的实施例中，如由电连接33 所示，可将第一 XMR传感器堆30和第二XMR传感器堆31串联地耦合，使得例如感测电流连 续地流过第一 XMR传感器堆30的隧道势皇和第二XMR传感器堆31的隧道势皇。可通过调 整隧道势皇的厚度来调整电阻。并且在这个情况下，可例如用按照惯例在半导体处理中采 用的任何技术来形成电连接33，并且可以以与所示的不同的方式来提供。
[0030] 接下来，参考图4和5,将详细地解释用于XMR传感器堆的示例。
[0031] 在图4中，图示出包括第一XMR传感器堆和第二XMR传感器堆的组合堆42的示例。 堆42本质上是所谓的底部自旋阀40和顶部自旋阀41的组合。自旋阀40、41可以是例如 GMR 堆。
[0032] 底部自旋阀40包括在籽层（seed layer)411的顶部上的反铁磁层412。籽层411 可包括允许在其顶部上沉积反铁磁层412的任何适当材料。