磁阻器件的制作方法
【技术领域】
[0001]在本文中描述的实施例涉及磁阻器件并且特别地涉及使用自旋阀类型的磁阻感测元件的磁传感器。
【背景技术】
[0002]磁传感器被用在许多应用中，例如用于速度感测。速度传感器包含下述传感器:该传感器感测元件绕轴的旋转并且能够输出指示传感器旋转速度的信号。磁速度传感器使用由元件的旋转引起的磁场变化来感测旋转速度。磁速度传感器能够在许多应用中比如被用来感测轮、凸轮轴、曲轴、变速器的旋转速度。典型地，磁编码器诸如极轮或铁磁齿轮被安装在旋转轴上以基于轴的旋转来生成磁场变化。对于一些应用而言，可以接近传感器来提供偏置磁铁以提供偏置磁场。
【发明内容】
[0003]依据实施例，磁速度传感器包括自旋阀类型的多个磁阻感测元件，其中磁阻感测元件被电连接以形成感测布置。多个磁阻感测元件中的每个至少具有自由层和参考系统，其中每个磁阻感测元件的自由层具有圆形的和连续的凸面形状以及等于或大于2的长宽比。
[0004]依据进一步实施例，磁速度传感器包括电连接以形成感测布置的自旋阀类型的至少一百个磁阻感测元件，其中多个磁阻感测元件中的每个包括自由层和参考层。
[0005]依据进一步实施例，磁速度传感器包含电连接以形成感测布置的多个磁阻感测元件，多个磁阻感测元件中的每个包含自由层和参考系统，其中多个磁阻感测元件包含100个或更多个磁阻感测元件。
[0006]依据进一步实施例，方法包括利用磁速度传感器来感测绕轴旋转。磁速度传感器包括形成感测布置的自旋阀类型的多个磁阻感测元件。多个磁阻感测元件中的每个包括自由层和参考层。感测布置包括电桥电路，其中电桥电路的每个电阻器包括至少多于100个磁阻感测元件。
[0007]依据进一步实施例，磁阻器件包括多个磁阻感测元件和用于电连接多个磁阻元件中的分别磁阻元件的连接结构。连接结构包括垂直延伸部分，其中分别垂直延伸部分沿界面平面接触分别磁阻元件，其中垂直延伸部分沿界面平面在横向方向上延伸超过磁阻元件。
【附图说明】
[0008]图1A示出依据实施例的电路；
图1B示出包含旋转元件的旋转感测系统的示意视图；
图2A示出磁阻感测元件的布置的示意顶视图；
图2B示出磁阻感测元件的示意横截面视图； 图2C和2D示出不同自由层形状的顶视图；
图2E和2F示出图解取决于磁阻感测元件的数目的跳动的图；
图3A和3B示出示例结构的顶视图和横截面视图；
图4A和4B示出示例结构的顶视图和横截面视图；
图5A和5B示出示例结构的顶视图和横截面视图；
图6A和6B示出示例结构的顶视图和横截面视图；
图7A和7B示出示例结构的顶视图和横截面视图；
图8示出示例结构的横截面视图；
图9A到9D示出示例结构的顶视图。
【具体实施方式】
[0009]下面详细描述解释本发明的示范性实施例。不以限制意思来理解描述而仅出于图解发明的实施例的一般性原理进行描述同时保护范围仅由所附权利要求来确定。
[0010]要理解在本文中描述的各种示范性实施例的特征可以彼此组合，除非另外特定指出。
[0011]在各种附图中，等同或类似实体、模块、器件等可以具有指派的相同参考数字。现在参考附图将更完全描述示例实施例。然而，实施例可以以许多不同形式来体现并且不应该被解释为被限制到在本文中阐明的实施例。相反，提供这些示例实施例从而该公开内容将是彻底和完整的，并且将像本领域技术人员完全传达范围。在附图中，为了清楚起见扩大层和区的厚度。
[0012]在描述的实施例中，为了实施例的更好理解示出和描述元件、器件、特征等的各种特定视图或示意视图。要理解这样的视图可以不按比例绘制。此外，这样的实施例可以不以相同比例示出含在一个或多个附图中的所有特征、元件等，即可以过大示出一些特征、元件等使得在相同附图中一些特征、元件等与其它特征、元件等相比较以增加或减小的比例示出。
[0013]将理解当元件被称为“在另一个组件上”、“在另一个组件之间”、“连接到另一个组件”、“电连接到另一个组件”、或“耦合到另一个组件”时，它可以直接在另一个组件上、在另一个组件之间、连接到另一个组件、电连接到另一个组件、或耦合到另一个组件，或可以存在居间组件。与之对比，当组件被称为“直接在另一个组件上”、“直接连接到另一个组件”、“直接电连接到另一个组件”、或“直接耦合到另一个组件”时，不存在居间组件。如在本文中使用的，术语“和/或”包含相关联列出项中的一个或多个的任何和所有组合。
[0014]空间相对术语诸如“在…下”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”等等可以在本文中被用来简化描述以描述一个组件和/或特征与另一个组件和/或特征或其它(一个或多个)组件和/或(一个或多个)特征的关系，如在附图中图解的。将理解空间相对术语意图涵盖使用或操作中的器件的不同定向，除了在附图中描绘的定向之外。
[0015]以下描述的实施例涉及用于磁阻传感器和磁阻速度传感器的新构思。描述的实施例允许比如旋转的改进跳动磁感测。
[0016]图1A示出带有形成两个交叉耦合半电桥的惠斯通电桥布置的电阻器102的磁速度传感器的传感器布置100。惠斯通电桥在第一结点104处被连接到第一电势Φ I (例如地电势)并且在第二结点106处被连接到第二电势Φ2 (例如正供给电势)。感测信号在布置在形成第一半电桥的两个电阻器之间的信号分接(signal tap)结点108和在形成第二半电桥的两个电阻器之间的信号分接结点110处被分接。两个感测信号可以在信号处理元件的模拟电路中进一步被处理为差分信号或可以被转换到数字信号并且在信号处理元件的数字电路中被处理。电路可以与传感器布置100集成或可以分离。在一些实施例中，可以将感测的信号传送到外部处理器件诸如外部微控制器。
[0017]图1B示出包含传感器布置100的示例系统。系统具有绕轴旋转的旋转部件和固定到旋转部件编码器轮130，以取决于绕轴旋转来提供磁变化。在图1B中示出的系统中，编码器轮包含多个以黑色示出的磁北极元件和以白色示出的磁南极元件。传感器布置100离编码器轮以间隙距离132来布置。
[0018]传感器布置100可以被布置，使得考虑到磁场分量正切于旋转(例如在图1B中示出的X方向上)的变化电阻器102改变电阻。然而，要理解在其它实施例中传感器也可以感测在其它方向上(例如在旋转轴(y轴)的方向上)的一个或多个磁场分量。信号处理元件可以被配置成基于跨过分接信号的阈值来生成脉冲。每个脉冲可以随后基于磁场矢量的旋转来指示角度改变。
[0019]在图1A中示出的电阻器102中的每个包含可以是自旋阀类型的多个电连接的磁阻感测元件。图2示出形成电阻器102中的一个的磁阻感测元件202的示例实施例。图2A示出以感测元件的阵列布置的磁阻感测元件202的顶视图。图2A示出带有行和列的感测元件的线性阵列。在阵列的每行中，邻近磁阻感测元件202通过连接结构204被串联连接。连接结构204由导电材料形成。连接结构204在分别相对端区处接触磁阻感测元件202中的每个以将电流注入到磁阻感测元件202中。磁阻感测元件202的电阻基于感测的磁场来改变。因而，流经磁阻感测元件202中的每个的电流在两个电流注入区之间提供取决于感测的磁场的电压降。在行的端处，提供连接结构206以将行端处的磁阻感测元件连接到邻近行的磁阻感测元件。在一个实施例中，连接结构204和206由金属形成。
[0020]形成分别电阻器102的磁阻感测元件202可以包含自旋阀类型的GMR(巨磁阻)感测元件、自旋阀类型的TMR (隧穿磁阻)感测元件或自旋阀类型的其它磁阻感测元件。图2B示出垂直于自旋阀类型的示例磁阻感测元件的主表面的横截切面。自旋阀类型的磁阻感测元件202至少包含在垂直方向(z轴)上通过非磁层224分离的参考层220和自由层222。
[0021]参考层220可以是可以包含层堆叠的参考系统(在2B中未被示出)的部分。在一些实施例中，参考系统可以包含参考层220、钉扎层和自然反铁磁层。自由层222可以是可以包含层堆叠的自由层系统(在2B中未被示出)的部分。在一些实施例中，自由层系统包含自由层222和帽层。在一些实施例中，自由层系统包含自由层和籽层。磁阻感测元件202可以通过下述来制造:在预处理的晶片上形成层堆叠并且其后将晶片堆叠结构化(例如通过刻蚀工艺)成分离元件以形成多个感测元件。其它实施例可以使用不同制造工艺来制造磁阻感测元件202。依据一些实施例，可以在金属堆叠上形成层堆叠，其中金属堆叠的结构化的金属层和在金属堆叠中提供的金属填充通孔提供用于磁阻感测元件202的互连功能性，如将在稍后描述的。
[0022]在自旋阀类型的GM