专利名称：磁性传感器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及使用磁致电阻元件的磁性传感器和该磁性传感器的制作方法。
背景技术：
在相关技术中，存在各种类型的具有磁致电阻元件的传感器，且这种传感器包括使用》兹致电阻(magneto resistance )效应元件(MR元件)、石兹致阻 4元(magneto impedance )元4牛(MI元叶牛)、》兹通门4专感器(fluxgate sensor )、 半导体霍尔效应传感器等的传感器。例如，考虑MI传感器，由于使用MI元件(磁致电阻元件)，因此容易 使MI传感器薄且小，且正在进一步改善。对于MR元件，当高频电流在MR元件内流通时，MR元件的高频阻抗 随着磁场改变，且通过利用由磁场导致的高频阻抗的改变，可以探测该磁场 的磁场强度。巨磁致电阻(Giant Magneto-Resistive, GMR )元件和隧穿磁致电阻 (Tunnel Magneto-Resistive, TMR)元件是4吏用石兹致电阻(MR)效应元件的 公知的磁性传感器。GMR元件包括交替堆叠的铁磁层和非铁^^层，并通过利用变化的电阻 来探测磁场的磁场强度，其中当两层相邻磁性层之间的磁化方向根据外部磁 场的强度而在平行状态和反平行状态之间改变时发生该电阻变化。TMR元件包括其间堆叠有绝缘膜的多层磁性薄膜。在TMR元件中，对传导有贡献的电子通过隧穿现象穿过绝缘膜而维持其自旋；由此，隧穿系数 在该过程中随磁化状态而改变。TMR元件通过利用变化的隧穿系数来探测 该磁场的^f兹场强度。这种磁致电阻效应元件(MR元件)包含钉扎层(固定层)，其中磁 化方向固定在特定方向；以及自由层，其中磁化方向随外部磁场方向改变。 通过利用电阻随着随外部磁场方向而改变的自由层的磁化方向与在探测外部磁场过程中固定的钉扎层的磁化方向之间的相对关系而变化，该磁性传感 器探测外部》兹场的方向。近年来，使用GPS (全球定位系统)的装置例如汽车导航装置和移动电 话已经广泛普及。在这些装置中，在来自GPS卫星的电磁波被屏蔽的区域 用于确认当前位置的应用中，需要非常小的磁性传感器。为此，形成于硅晶 片上且能够与IC(集成电路)一起集成的磁性传感器非常适合。此外，在二 维平面或三维空间内的方向探测也需要该磁性传感器。例如，特许第3498737号公报(下文中称为"参考文献1")披露了能够 在二维平面内进行方向探测的磁性传感器。能够在三维空间内进行方向探测的磁性传感器披露于例如特开 2003-008101 (下文中称为"参考文献2")、特开2006-010591 (下文中称为 "参考文献3")和特开2006-308573 (下文中称为"参考文献4")。在参考文献1中，磁致电阻效应元件在基4反平面内布置成相互垂直，从 而探测沿两个相互垂直方向(例如X方向、Y方向)的磁场的变化。此外， 在每个该两个方向，多个^兹致电阻效应元件连接形成惠斯通电桥电路 (Wheatstone Bridge circuit )。参考文献2披露了一种利用TMR元件的技术。在参考文献2中，单轴 TMR元件的每一个能够探测沿一条轴的磁场变化，这些单轴TMR元件通过 利用安装技术相互独立地安装成沿着相互垂直的三条轴以形成三轴方向探 测器。在参考文献3中，由MR元件形成的双轴磁场探测器和单轴磁场探测器 形成于挠性基板上，且通过使用电连接到该双轴磁场探测器和单轴磁场探测 器的薄膜导电件来弯折该挠性基板而得到三轴方向传感器。在参考文献4中，磁致电阻效应元件在基板平面内布置成相互垂直，从 而探测沿两个垂直方向(例如X方向、Y方向)的磁场变化；再者，磁致电 阻效应元件布置在形成于基板上的倾斜表面上，从而探测沿Z方向的磁场的 变化。此外，在三个方向的每一个中，多个^i致电阻效应元件连接形成惠斯 通电4乔电^各。如上所述，存在多种三轴磁性传感器，例如参考文献2所披露的三轴磁 性传感器，其是通过沿相互垂直的三条轴的方向安装单轴磁性元件来形成 的，以及参考文献3所披露的三轴磁性传感器，其是通过将双轴磁场探测器和单轴磁场探测器布置在挠性基板上并弯折该挠性基板而形成的。然而，在参考文献2所披露的三轴方向传感器中，难以改善三条轴的垂 直的精度，电气布线的互连复杂，且该三轴方向传感器较大。在参考文献3所披露的三轴方向传感器中，双轴磁场探测器的磁化方向， 具体而言沿着轴的钉扎层(固定层)的磁化方向的相对位置关系的精度可以 非常高。另一方面，双轴磁场探测器相对于单轴磁场探测器的相对位置关系 的精度是通过弯折挠性基板来确定的，且因此，双轴磁场探测器和单轴磁场 探测器的磁化方向的相对位置关系的精度低于双轴磁场探测器的磁化方向 的相对位置关系的精度。此外，为了弯折和固定挠性基板，需要特定的交叠 宽度，且这导致厚且大的基板构件用于固定该挠性基板。三条轴之间相对位置的精度的不确定性导致从外部磁场测量输出获得 的位置精度的倾斜。此外，将三轴方向传感器安装在移动电话或其它装置内时，需要小且薄的磁性传感器。然而，参考文献2和参考文献3中披露的三轴方向传感器在这方面存在限制。参考文献4中披露的方向传感器旨在解决在参考文献2、 3中披露的方向传感器中存在的问题。如上所述，使用磁致电阻效应元件(MR元件)的磁性传感器具有磁化 方向固定在特定方向的钉扎层(固定层)和磁化方向随外部磁场方向改变的 自由层。通过利用电阻随着随外部^兹场方向而改变的自由层的石兹化方向与在 探测外部磁场过程中固定的钉扎层的磁化方向之间的相对关系而变化，该磁 性传感器探测外部磁场的方向。因此，钉扎层的磁化方向(固定方向)不同 于多轴方向中的最优方向。钉扎层的磁化方向是由在给定温度下在磁场中的 热处理决定的。为此，在位于同一基板上的双轴或多轴传感器中，对于每条 轴，磁化方向被改变以磁化该钉扎层(固定层)，如参考文献1和参考文献4 所披露。发明内容本发明可以解决相关技术中的一个或多个问题。本发明的优选实施例提供了一种布置在基板上的三轴磁性传感器，其能 够改善该三轴磁性传感器的三个轴的相对位置关系的精度。本发明的优选实施例提供了 一种磁性传感器的制作方法，其使得参考电 阻器可以连接形成将形成于同一基板上的电桥电路，并可以通过在具有预定 方向的磁场中的热处理来同时磁化所有轴的钉扎层。本发明的优选实施例提供了 一种同时具有多个轴的磁性传感器，以及能 够通过少量的步骤来制作该磁性传感器的制作方法。根据本发明的第一方面，提供了一种磁性传感器，包括基板；以及多个传感器电桥电路，该多个传感器电桥电路的每一个包括布置在该基 板上的磁场探测器对和固定电阻器对，该磁场探测器对和该固定电阻器对连 接以形成电桥电路，该磁场探测器的每一个是由磁致电阻效应元件形成，该 磁场探测器的磁化方向按三维方式彼此相交，其中该基板具有多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三维方式彼此 相交，以及该传感器电桥电路的每一个中的该磁场探测器对布置在同一倾斜表面上。优选地，该基板是由(100)单晶硅晶片形成，并具有法线方向按三维方式彼此相交的多个倾斜表面，该倾斜表面的每一个为与该基板的表面形成55。角的(111 )取向晶面，以及该传感器电桥电路的每一个中的该磁场探测器对布置在同一倾斜表面上。根据本发明的第二方面，提供了一种磁性传感器，包括 基板；以及第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路，该 第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路的每一个 包括布置在该基板上并连接形成电桥电路的磁场探测器对和参考电阻器对， 该磁场探测器的每一个是由磁致电阻效应元件形成，该参考电阻器的每一个 具有不受外部^f兹场影响的固定电阻值，该》兹场探测器的f兹化方向按三维方式^皮it匕牙目《，其中该基板具有多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三维方式彼此 相交，以及该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路的每一个中的该磁场探测器布置在法线方向按三维方式彼此相交的该倾斜表 面上，以及该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路的 同 一个中的该磁场探测器对布置在具有相同法线方向的该倾斜表面上。优选地，该基板是由(100)单晶硅晶片形成，并具有法线方向按三维 方式彼此相交的多个倾斜表面，该倾斜表面的每一个为与该基板的表面形成55°角的(111 )取向晶面，该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路的 每一个中的该磁场探测器布置在法线方向按三维方式彼此相交的该倾斜表 面上，以及该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路的 同 一个中的该磁场探测器对布置在具有相同法线方向的该倾斜表面上。优选地，该固定电阻器的每一个包括由与该磁场探测器相同的层配置形 成的磁致电阻效应元件，且被磁性屏蔽件覆盖，电绝缘的绝缘件介于该固定电阻器和^i性屏蔽件之间。优选地，该固定电阻器布置在形成于该基板上的该倾斜表面上。 优选地，该/磁致电阻效应元件包括隧穿；兹致电阻效应元件。根据本发明的第三方面，提供了一种磁性传感器的制作方法，包括步骤 准备基板；在该基板上形成多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三维方式彼此 相交；将多个传感器电桥电路的每一个中的磁场探测器对布置在同一倾斜表 面内，该传感器电桥电路的每一个包括布置在该基板上的磁场探测器对和固 定电阻器对，该磁场探测器对和固定电阻器对连接形成电桥电路，该磁场探测器的每一个是由》兹致电阻效应元件形成；以及通过沿与该基板的表面垂直的方向施加磁场同时加热该基板，磁化该磁 场探测器的每一个的钉扎层。优选地，该方法还包括步骤使用磁性屏蔽件覆盖该固定电阻器的每一 个，电绝缘的绝缘件介于该磁性屏蔽件和固定电阻器之间，其中该固定电阻器的每一个包括由与该^磁场探测器相同的层配置形成 的》兹I丈电阻效应元件。根据本发明的上述实施例，由于传感器电桥电路内的磁场探测器布置在 法线方向按三维方式彼此相交的倾斜表面上，且同一传感器电桥电路内的磁 场探测器对布置在同 一倾斜表面内，通过沿单个方向施加石兹场同时在磁场内 仅加热该基板一次，则可以沿单个方向磁化该》兹场探测器内的钉扎层，且可 以实现沿三个磁化方向的磁化，其中在不同坐标系中钉扎层的磁化方向按三 维方式彼此相交。因此，可以减小制作步骤的数目，并改善制作良率。此外， 由于在基板上的整合安装变得可能，磁性传感器可以制成小且薄，且大量磁 性传感器可以被制作；也就是说，生产率提高。本发明的这些和其它目的、特征和优点，通过参考附图的对优选实施例 的下述详细描述将变得更加显而易见。
图1为示意性示出根据第一实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其中;兹致电阻效应元件连4妻形成电桥电^各；图2为沿图i中n-n线的剖面图，用于示意性示出布置在倾斜表面上的石兹至丈电阻效应元件；图3为示出电桥电路的电路图；图4A为示出磁致电阻效应元件的配置的俯视图；图4B为沿图1的mb-nib线的剖面图，用于示出磁致电阻效应元件的 配置；图5为示意性示出根据本实施例的三轴磁性传感器的配置的俯视图，该 三轴磁性传感器包括三组单轴磁性传感器；图6为示意性示出根据第二实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其中 磁致电阻效应元件连接形成电桥电路；图7为沿图6的XV-XV线的剖面图，用于示意性示出布置在倾斜表面 上的磁场探测器302A;图8为示意性示出根据第三实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其中 》兹致电阻效应元件连接形成电桥电路；图9为沿图8的XVII-XVII线的剖面图；图10为示意性示出根据第四实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其 中磁致电阻效应元件连接形成电桥电路；图ii为沿图io的vn-vn线的剖面图，用于示意性示出布置在倾斜表 面上的石兹致电阻效应元件；图12为示出电桥电路的电路图；图13为示意性示出根据本实施例的三轴磁性传感器的配置的俯视图， 其中该三轴磁性传感器包括三组单轴磁性传感器；图14为示意性示出根据第五实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其 中磁性屏蔽膜被设置用于固定电阻器；图15为沿图14的XI-XI线的剖面图，用于示出》兹致电阻效应元件的配 置，具体而言，本实施例的TMR元件以固定电阻器203A作为示例；图16为示出本实施例的磁性传感器201的制作方法的流程图；以及图17为从图16的流程图继续的流程图，示出本实施例的磁性传感器201 的制作方法。
具体实施方式
下面，参考附图解释本发明的优选实施例。本发明的磁性传感器可包括基板；以及多个传感器电桥电路，该多个传 感器电桥电路的每一个包括布置在该基板上的磁场探测器对和固定电阻器 对，该磁场探测器对和该固定电阻器对连接以形成电桥电路，该磁场探测器 的每一个是由磁致电阻效应元件形成，该磁场探测器的磁化方向按三维方式 彼此相交。该基板具有多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三维方式彼 此相交，以及该传感器电桥电路的每一个中的该磁场探测器对布置在同一倾 斜表面上。根据上述配置，该基板具有多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三 维方式彼此相交，且该传感器电桥电路的每一个中的该y磁场探测器对布置在 同一倾斜表面上。结果，通过沿单个方向施加》兹场同时在i兹场内仅加热该基^反一 次，则可 以沿单个方向磁化该磁场探测器内的钉扎层，且可以实现沿三个磁化方向的 磁化，其中在不同坐标系中钉扎层的磁化方向按三维方式彼此相交。因此， 可以减小制作步骤的数目，并改善制作良率。此外，由于在基板上的整合安 装变得可能，磁性传感器可以制成小且薄，且大量磁性传感器可以被制作； 也就是说，生产率提高。ii优选地，该基板可由(100)单晶硅晶片形成，并具有法线方向按三维 方式彼此相交的多个倾斜表面，该倾斜表面的每一个为与该基板的表面形成 55°角的(lll)取向晶面，以及该传感器电桥电路的每一个中的该磁场探测 器对布置在同一倾斜表面上。根据上述配置，该基板是由(100)单晶硅晶片形成，并具有法线方向按三维方式彼此相交的多个倾斜表面，该倾斜表面的每一个为与该基板的表面形成55。角的(lll)取向晶面，以及该传感器电桥电路的每一个中的该磁 场探测器对布置在同一倾斜表面上。结果，通过沿单个方向施加磁场同时在石兹场内仅加热该基板一次，则可 以沿单个方向磁化该磁场探测器内的钉扎层，且可以实现沿三个磁化方向的 磁化，其中在不同坐标系中钉扎层的磁化方向按三维方式彼此相交。因此， 可以减小制作步骤的数目，并改善制作良率。此外，由于在基板上的整合安 装变得可能，磁性传感器可以制成小且薄，且大量磁性传感器可以被制作； 也就是说，生产率提高。此外，由于其上布置该磁性传感器的该倾斜表面是由晶面定义，沿不同 轴向的磁性传感器的位置精度非常高，且三个轴方向的位置关系由晶面的位 置关系唯一地定义；因此，可以制作波动很小的磁性传感器。备选地，本发明的磁性传感器包括基板；以及第一传感器电桥电路、第 二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路，该第一传感器电桥电路、第二传 感器电桥电路和第三传感器电桥电路的每一个包括布置在该基板上并连接 形成电桥电路的磁场探测器对和参考电阻器对，该磁场探测器的每一个是由 磁致电阻效应元件形成，该参考电阻器的每一个具有不受外部磁场影响的固 定电阻值，该磁场探测器的磁化方向按三维方式彼此相交，其中该基板具有 多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三维方式彼此相交，以及该第一传 感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路的每一个中的该 ;兹场探测器布置在法线方向按三维方式彼此相交的该倾斜表面上，以及该第 一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路的同一个中 的该磁场探测器对布置在具有相同法线方向的该倾斜表面内。根据上述配置，该基板具有多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三 维方式彼此相交，该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感 器电桥电路的每一个中的该磁场探测器布置在法线方向按三维方式彼此相交的该倾斜表面上，以及该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第 三传感器电桥电路的同一个中的该磁场探测器对布置在具有相同法线方向 的该倾4斗表面内。结果，通过沿单个方向施加磁场同时在磁场内仅加热该基板一次，则可 以沿单个方向磁化该磁场探测器内的钉扎层，且可以实现沿三个磁化方向的 磁化，其中在不同坐标系中钉扎层的磁化方向按三维方式彼此相交。因此， 可以减小制作步骤的数目，并改善制作良率。此外，由于在基板上的整合安 装变得可能，磁性传感器可以制成小且薄，且大量磁性传感器可以被制作； 也就是说，生产率提高。优选地，该基板可由(100)单晶硅晶片形成，并具有法线方向按三维方式彼此相交的多个倾斜表面，该倾斜表面的每一个为与该基板的表面形成55°角的(lll)取向晶面，该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和 第三传感器电桥电路的每一个中的该磁场探测器布置在法线方向按三维方 式彼此相交的该倾斜表面内，以及该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥 电路和第三传感器电桥电路的同一个中的该磁场探测器对布置在具有相同 法线方向的该倾斜表面内。根据上述配置，该基板是由(100)单晶硅晶片形成，并具有法线方向 按三维方式彼此相交的多个倾斜表面，该倾斜表面的每一个为与该基板的表 面形成55。角的(111)取向晶面，该第一传感器电桥电路、第二传感器电桥 电路和第三传感器电桥电路的每一个中的该磁场探测器布置在法线方向按 三維方式彼此相交的该倾斜表面内，以及该第一传感器电桥电路、第二传感 器电桥电路和第三传感器电桥电路的同一个中的该磁场探测器对布置在具 有相同法线方向的该倾斜表面内。结果，通过沿单个方向施加i兹场同时在^兹场内仅加热该基板一次，则可 以沿单个方向磁化该磁场探测器内的钉扎层，且可以实现沿三个磁化方向的 磁化，其中在不同坐标系中钉扎层的磁化方向按三维方式彼此相交。因此， 可以减小制作步骤的数目，并改善制作良率。此外，由于在基板上的整合安 装变得可能，磁性传感器可以制成小且薄，且大量磁性传感器可以被制作； 也就是说，生产率提高。此外，由于其上布置该磁性传感器的该倾斜表面是由晶面定义，沿不同 轴向的磁性传感器的位置精度非常高，且三个轴方向的位置关系由晶面的位置关系唯一地定义；因此，可以制作波动很小的磁性传感器。优选地，该固定电阻器的每一个可包括由与该磁场:探测器相同的层配置 形成的;兹致电阻效应元件，且被磁性屏蔽件覆盖，电绝缘的绝缘件介于该固 定电阻器和石兹性屏蔽件之间。此外，由于固定电阻器的每一个被磁性屏蔽件覆盖，电绝缘的绝缘件位 于该固定电阻器和磁性屏蔽件之间，因此该固定电阻器具有固定电阻而不受 外部^f兹场影响，即使当；兹性传感器对石兹致电阻效应元件的外部石兹场敏感。此 外，由于该固定电阻器的每一个包括由与该^1场探测器相同的层配置形成的 磁致电阻效应元件，该磁性传感器具有一致的温度特性，并因此具有稳定的 性能。优选地，该固定电阻器可布置在形成于该基板上的该倾斜表面上。 根据上述配置，可以减小该磁性传感器占据的面积，可以从硅晶片切割出大量芯片，且这减小了制作成本。优选地，该/磁致电阻效应元件可包括隧穿》兹致电阻效应元件。 根据上述配置，由于磁致电阻效应元件包括隧穿石兹致电阻效应元件，因此可以减小》兹性探测中的功耗。根据本发明的磁性传感器的制作方法可包括步骤准备基板；在该基板 上形成多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三维方式彼此相交；将多个 传感器电桥电路的每一个中的磁场探测器对布置在同一倾斜表面内，该传感 器电桥电路的每一个包括布置在该基板上的磁场探测器对和固定电阻器对， 该磁场探测器对和固定电阻器对连接形成电桥电路，该磁场探测器的每一个 是由；兹致电阻效应元件形成；以及通过沿与该基板的表面垂直的方向施加》兹 场同时加热该基板，磁化该磁场探测器的每一个的钉扎层。根据上述配置，由于通过沿与基板表面垂直的方向施加,兹场同时加热该 基板来执行对由磁致电阻效应元件形成的磁场探测器的钉扎层的磁化(即， 固定磁化方向)，因此可以通过单个磁化步骤来完成该磁场探测器的磁化。优选地，该方法还包括步骤使用磁性屏蔽件覆盖该固定电阻器的每一 个，电绝缘的绝缘件介于该磁性屏蔽件和固定电阻器之间，其中该固定电阻 器的每一个包括由与该一磁场探测器相同的层配置形成的》兹致电阻效应元件。根据上述配置，由于该固定电阻器的每一个被磁性屏蔽件覆盖，电绝缘 的绝缘件位于该固定电阻器和磁性屏蔽件之间，因此该固定电阻器具有固定电阻而不受外部磁场影响，即使当磁性传感器对磁致电阻效应元件的外部磁 场敏感。此外，由于该固定电阻器的每一个包括由与该》兹场探测器相同的层 配置形成的;兹致电阻效应元件，该石兹性传感器具有一致的温度特性，并因此 具有稳定的性能。优选地，该磁致电阻效应元件可包括隧穿石兹致电阻效应元件。根据上述配置，可以减小磁性探测中的功耗。下面结合附图解释本发明的优选实施例。第一实施例在本实施例中，磁场探测器布置在具有特定角度的同一倾斜表面内。 图1为示意性示出根据第一实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其中 /磁致电阻效应元件连4^形成电桥电^各。如图1所示，本实施例的磁性传感器1包括基板4;布置在基板4上的 磁场探测器2A、磁场探测器2B、固定电阻器3A、固定电阻器3B;槽5A 和5B(在需要时统称为"槽5");连接布线6;以及结合垫7。例如，磁场探测器2A和2B及固定电阻器3A和3B为隧穿磁致电阻 (TMR)元件。此外，磁场探测器2A和2B及固定电阻器3A和3B具有相 同的层配置。在每个该固定电阻器3A和3B中，设置磁性屏蔽膜以减小对 外部磁场的敏感度。该磁性屏蔽膜在下文中详细描述。在本实施例中，磁性传感器1的基板4是由(100)单晶硅晶片形成。 例如通过使用氮化硅蚀刻掩模和KOH (氢氧化钾)蚀刻液体或TMAH (Tetramethylammonium hydroxide,四曱基氢氧化4妄)蚀刻液体进4亍蚀刻， 深度均为100pm的两个槽5A和5B形成于(100)硅晶片4内。每个该槽 5A和5B是由四个倾斜表面形成，该四个倾斜表面相对于基板4的表面均具 有55°角。图2为沿图1中II-II线的剖面图，用于示意性示出布置在倾斜表面上的 》兹至丈电阻效应元件。如图2和图1所示，磁场探测器2A和2B及固定电阻器3A和3B布置 在基板4内的槽5A和5B的倾斜表面上，不兹化取向位于该倾斜平面内；此 夕卜，磁化方向按照下述方式来确定，即，磁化检测方向是沿倾斜表面的深度 方向，并与》兹致电阻效应元件(/磁场一笨测器2A和2B及固定电阻器3A和3B)的纟从向方向相交。在本实施例中，如图2所示，槽5A和5B的底表面是平坦的，也就是 说，近似平行于基板4的表面，不过槽5A和5B的底表面可以具有其它形 状。例如，槽5A和5B的底表面可以是没有平坦部的V形。这种情况下， 槽5A和5B占据的面积减少了该平坦底表面的尺寸，且可以将磁性传感器1 制成小的。如图1所示，磁致电阻效应元件(磁场探测器2A和2B及固定电阻器 3A和3B )布置在槽5A和5B的彼此相对的倾斜表面上，且占据槽5A和5B 的倾斜表面的大部分宽度。由于这种布置，可以实现接近V形槽的配置，且 可以将磁性传感器1制成小的。如图1所示，》兹场探测器2A和2B及固定电阻器3A和3B通过连接布 线6连接而构成电桥电路(参考图3),并连接到结合垫7，该结合垫7用作 输入和输出端子。连接布线6布置在槽5A和5B之间的空间内。在本实施例中，描述了槽5A和5B雕刻在基板4内，不过槽5A和5B 可以被基板4上的凸起(projection)所替代，该凸起通过使用倒转蚀刻掩模 (inverted etching mask)和KOH (氩氧化钾)蚀刻液体或TMAH (四曱基 氢氧化铵)蚀刻液体的蚀刻来形成。然而，由于连接布线6和结合垫7布置在蚀刻后的表面上，要求该蚀刻 后的表面应是平坦的。此外，除了 ( 100)单晶硅晶片之外，磁性传感器1的基板4也可以由 (110)硅晶片、除了硅以外的半导体、玻璃材料、陶瓷材料、非磁性金属 等形成。此外，在本实施例中，描述了槽5A和5B具有通过切割四棱锥的 顶部而得到的倒梯形形状，不过槽5A和5B也可以由三棱锥、或者具有任 意边的其它角锥、或者圓锥形成。当(100)硅晶片用于基板4时，由于相对于基板4的表面倾斜55。角的 (111 )晶面通过使用KOH或其它蚀刻液体的各向异性湿法蚀刻可以稳定地 形成，磁场探测器2A和2B的位置关系固定；因此制作可再现性良好，且 制作良率高。因此，在本实施例中，优选使用(100)硅晶片用于基板4。下面，参考图3描述由磁场探测器2A和2B及固定电阻器3A和3B构 成的电桥电路。图3为示出电桥电路的电路图。在本实施例中，如图1所示，石兹场探测器2A和2B布置在同一倾斜表面上，而固定电阻器3A和3B分别布置在两个倾斜表面上，这两个倾斜表 面相互平行且不同于其上布置有磁场探测器2A和2B的倾斜表面。磁场探 测器2A和2B及固定电阻器3A和3B构成图3所示的电桥电路的电阻Rl 、 R2、 R3、既在图3中，Rl对应于磁场探测器2B， R2对应于固定电阻器3A， R3对 应于固定电阻器3B，以及R4对应于》兹场探测器2A。由于本实施例的磁性传感器1形成电桥电路，因此可以通过零位法(null method)来高精度地探测磁场，其中该零位法不依赖于电源电压的变动、探 测器的输入阻抗、或者非线性。接着，以固定电阻器3A为示例描述在本实施例中使用的^t致电阻效应 元件，具体而言TMR元件。图4A为示出磁致电阻效应元件的配置的俯视图。图4B为沿图1的IIIb-IIIb线的剖面图，用于示出》兹致电阻效应元件的 配置。如图4B所示，固定电阻器3A包括自由层21、钉扎层22、绝缘层23、 钉扎层22侧上的电极24、以及帽层25。此外，固定电阻器3A被钝化膜27 覆盖，并被保证与基板4绝缘的绝缘层26覆盖。如图4A所示，钉扎层侧接触孔31和自由层侧接触孔32形成于钝化膜 27内，用于将电极24和帽层25与布线电极结合，且用于电连接的布线(未 示出)布置穿过接触孔31和接触孔32。自由层21具有响应于外部磁场的方向而改变的》兹化方向，而钉扎层22 具有固定的磁化方向，该固定的磁化方向不随外部磁场的方向而改变。绝缘层23被自由层21和钉扎层22所层夹，并作为隧穿层。在为TMR元件的固定电阻器3A中，沉积在基板4上的钉扎层22可以 由诸如Fe-Ni的反铁电层22a和诸如Co-Fe的磁性层22b形成。绝缘层23 沉积在钉扎层22上，且自由层21进一步沉积在绝缘层23上。例如，绝缘层23可以由诸如Si02的绝缘材料或者诸如Al2〇3或MgO的 非磁性的金属氧化物形成，且自由层21可以由Co-Fe或Fe-Ni形成。注意，在本实施例中，》兹致电阻效应元件不限于TMR元件，例如可以 为GMR元件。图5为示意性示出根据本实施例的三轴磁性传感器的配置的俯视图，该 三轴磁性传感器包括三组单轴磁性传感器。如图5所示，本实施例的三轴磁性传感器1A包括基板4; 6个石兹场探测 器2A、 2B、 2C、 2D、 2E、 2F (在需要时统称为"磁场探测器2" ); 6个固 定电阻器3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F (在需要时统称为"固定电阻器3"); 5个槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E (在需要时统称为"槽5" ); 12个结合垫7; 以及用于不兹场探测器2A、 2B、 2C、 2D、 2E、 2F和固定电阻器3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F之间的电连接的连接布线6。磁场探测器2A、 2B、 2C、 2D、 2E、 2F和固定电阻器3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F为隧穿磁致电阻(TMR)元件，且具有相同的层配置。三轴磁性传感器1A的基板4是由(100)硅晶片形成。5个槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E深度均为lOOpm,例如通过使用氮化硅蚀刻掩模和KOH (氪氧 化钾)蚀刻液体或TMAH(四曱基氬氧化铵)蚀刻液体的蚀刻，形成于(100 ) 硅晶片4内。每个槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E是由相对于基板4的表面分别 具有55。角的四个倾斜表面形成。磁场探测器2A、 2B、 2C、 2D、 2E、 2F和固定电阻器3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F布置在基板4内的槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E的倾斜表面上，磁化取 向位于该倾斜表面内；此外，磁化方向按照下述方式来确定，即，磁化检测 方向是沿倾斜表面的深度方向，并与石兹致电阻效应元件(磁场探测器2A、 2B、 2C、 2D、 2E、 2F和固定电阻器3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F)的纵向方 向相交。在本实施例中，槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E的底表面是平坦的，也就是 说，近似平行于基板4的表面，不过槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E的底表面可 以具有其它形状。例如，槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E的底表面可以是V形而 非平坦的。这种情况下，槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E占据的面积减少了该平 坦底表面的尺寸，且可以将三轴磁性传感器1A制成小的。磁致电阻效应元件(磁场探测器2A、 2B、 2C、 2D、 2E、 2F和固定电 阻器3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F)布置在槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E的彼此 相对的倾斜表面上，且占据槽5A、 5B、 5C、 5D、 5E的倾斜表面的大部分 宽度。由于这种布置，可以实现接近V形槽的配置，且可以将三轴磁性传感 器1A制成小的。18在图5所示的三轴磁性传感器1A中，磁场探测器2A和2B作为单轴磁 性传感器调适到第一轴方向，且与固定电阻器3A和3B组合形成第一电桥 电路。磁场探测器2C和2D作为单轴磁性传感器调适到第二轴方向，且与固 定电阻器3C和3D组合形成第二电桥电路。磁场探测器2E和2F作为单轴磁性传感器调适到第三轴方向，且与固定 电阻器3E和3F组合形成第三电桥电路。在分别由第一电桥电^各、第二电桥电路和第三电桥电路形成的三个单轴 石兹性传感器中，磁场探测器2A、 2B、 2C、 2D、 2E、 2F中钉扎层22的磁化 方向互不相同。具体而言，沿X轴和Z轴的钉扎层22的磁化方向在纸内相 互垂直，且沿X轴和Y轴的钉扎层22的磁化方向在纸内相互垂直。也就是 说，沿X轴、Y轴和Z轴的钉扎层22的磁化方向在空间上沿与基板表面成 55。角的三个方向放射。应注意，磁场探测器2A、 2B、 2C、 2D、 2E、 2F和固定电阻器3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F的布置不限于上述实施例，只要沿X轴、Y轴和Z轴的钉 扎层的磁化方向互不相同即可。第二实施例与第一实施例相似，在本实施例中，磁场探测器布置在具有特定角度的 相同倾斜表面内。图6为示意性示出根据第二实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其中 磁致电阻效应元件连接形成电桥电路。如图6所示，本实施例的》兹性传感器301包括基板304;布置在基板304 上的磁场探测器302A、磁场探测器302B、固定电阻器303A、固定电阻器 303B;槽305;连接布线306;以及结合垫307。在磁性传感器301中，固定电阻器303A和固定电阻器303B布置在其 上形成结合垫307的同一表面上。这里，例如，磁场^笨测器302A和302B及固定电阻器303A和303B为 隧穿磁致电阻(TMR)元件，且具有相同的层配置。在每个该固定电阻器 303A和303B中，设置磁性屏蔽膜以减小对外部磁场的敏感度。该磁性屏蔽 膜在下文中详细描述。在本实施例中，磁性传感器301的基板304是由(100)单晶硅晶片形 成。例如通过使用氮化硅蚀刻掩模和KOH (氬氧化钾)蚀刻液体或TMAH (四曱基氢氧化铵)蚀刻液体进行蚀刻，深度为200jim的槽305形成于(100) 硅晶片304内。槽305是由四个倾在+表面形成，该四个倾斜表面相对于基板 304的表面均具有55。角。图7为沿图6的XV-XV线的剖面图，用于示意性示出布置在倾斜表面 上的磁场探测器302A。如图7和图6所示，磁场探测器302A和302B布置在基板304内的槽 305的倾斜表面上，磁化取向位于该倾斜平面内；此外，石兹化方向按照下述 方式来确定，即，磁化检测方向是沿倾斜表面的深度方向，并与磁致电阻效 应元件(》兹场探测器302A和302B )的纵向方向相交。在本实施例中，如图7所示，槽305的底表面是平坦的，也就是说，近 似平行于基板304的表面，不过槽305的底表面可以具有其它形状。例如， 槽305的底表面可以是具有平坦部的V形。这种情况下，槽305占据的面积 减少了该平坦底表面的尺寸，且可以将磁性传感器301制成小的。如图6所示，石兹场探测器302A和302B及固定电阻器303A和303B通 过连接布线306连接而构成电桥电路(参考图3 ),并连接到结合垫307,该 结合垫307用作输入和输出端子。除了( 100)单晶硅晶片之外，磁性传感器301的基板304也可以由(110) 硅晶片、除了硅以外的半导体、玻璃材料、陶瓷材料、非磁性金属等形成。 然而，当(100)硅晶片用于基板304时，由于相对于基板304的表面倾斜 55。角的(111)晶面通过使用KOH或其它蚀刻液体的各向异性湿法蚀刻可 以稳定地形成，磁场探测器302A和302B的位置关系固定；因此制作可再 现性良好，且制作良率高；且因此，在本实施例中，优选使用(100)硅晶 片用于基板304。下面，仍参考图3描述由磁场:深测器302A和302B及固定电阻器303A 和303B构成的电桥电路。在本实施例中，如图6所示，石兹场探测器302A和302B布置在基板304 的同一倾斜表面上，而固定电阻器303A和303B布置在基板304的平坦表 面上。i兹场:探测器302A和302B及固定电阻器303A和303B构成图3所示 的电桥电路的电阻R1、 R2、 R3、 R4。在图3中，Rl对应于》兹场4笨测器302B， R2对应于固定电阻器303A， R3对应于固定电阻器303B,以及R4对应于》兹场探测器302A。由于本实施例的磁性传感器301形成电桥电路，因此可以通过零位法来 高精度地探测磁场，其中该零位法不依赖于电源电压的变动、探测器的输入 阻抗、或者非线性。 磁致电阻效应元件(》兹场:探测器302A和302B及固定电阻器303A和 303B)的结构与第一实施例所述相同，且重复的描述予以省略。此外，图6所示的磁性传感器301可以用作单轴磁性传感器，且三组这 种单轴磁性传感器可以组合并恰当地布置以形成三轴磁性传感器，如第 一实 施例所述。与第一实施例类似，本实施例的磁致电阻效应元件(磁场探测器302A 和302B及固定电阻器303A和303B)不限于TMR元件，例如可以是GMR 元件。根据本实施例，由于石兹场:探测器302A和302B布置在基板304的槽305 的倾斜表面上，而固定电阻器303A和303B布置在其上形成结合垫307的 基板304的同一平坦表面上，磁性传感器301所占据的面积小，可以由硅晶 片切割得到大量芯片，且这减小了制作成本。第三实施例在本实施例中，磁场探测器和固定电阻器布置在同一槽的倾斜表面内。 图8为示意性示出根据第三实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其中 石兹致电阻效应元件连接形成电桥电路。图9为沿图8的xvn-xvn线的剖面图。如图8所示，本实施例的磁性传感器401包括基板404;布置在基板404 上的磁场探测器402A、磁场探测器402B、固定电阻器403A、固定电阻器 403B;槽405;连接布线406;以及结合垫407。在磁性传感器401中，磁场探测器402A、磁场探测器402B、固定电阻 器403A和固定电阻器403B布置在同 一槽405的倾斜表面内。这里，例如，磁场探测器402A和402B及固定电阻器403A和403B为 隧穿磁致电阻(TMR)元件，且具有相同的层配置。在每个该固定电阻器 403A和403B中，设置磁性屏蔽膜以减小对外部磁场的敏感度。该磁性屏蔽膜在下文中详细描述。在本实施例中，磁性传感器401的基板404是由(100)单晶硅晶片形 成。例如通过使用氮化硅蚀刻掩模和KOH (氢氧化钾)蚀刻液体或TMAH (四曱基氬氧化铵)蚀刻液体进行蚀刻，深度为200(im的槽405形成于(100 ) 硅晶片404内。槽405是由四个倾斜表面形成，该四个倾斜表面相对于基板 404的表面均具有55°角。如图9所示，槽405的底表面是平坦的，也就是说，近似平行于基板404 的表面，不过槽405的底表面可以具有其它形状。例如，槽405的底表面可 以是具有平坦部的V形。》兹场4笨测器402A和402B及固定电阻器403A和403B通过连4妻布线406 连接而形成电桥电路(参考图3)，并连接到结合垫407，该结合垫407用作專命入和llr出端子。绝缘薄膜408设置于基板404和结合垫407之间用于电绝缘。例如，绝 缘薄膜408可以通过等离子体CVD由硅氧化物形成。特定地，绝缘薄膜408 可以由能够用于层间绝缘的任意绝缘材料并通过任意方法形成。在本示例 中，由于基板404是由硅晶片制成，通过基板404的热氧化形成的硅氧化物 膜可以用做该绝缘薄膜408。两条连接布线406布置成彼此相交。为了使两条连接布线406不直接相 互接触，如图9所示，形成层间绝缘层409以保证两条连接布线406之间的 绝缘。例如，使用等离子体CVD装置形成的硅氧化物膜可以用作层间绝缘 层409。应注意，只要层间绝缘层409能够保证两条连接布线406之间的绝 缘，该层间绝缘层409不限于硅氧化物膜，且层间绝缘层409的制作方法不 限于等离子体CVD。钝化膜(绝缘薄膜)410设置为覆盖连接布线406、结合垫407、以及磁 场探测器402A、磁场探测器402B、固定电阻器403A和固定电阻器403B， 用以防止湿气和灰尘。例如，4M匕膜410可以通过等离子体CVD由氧化硅 形成。特定地，钝化膜410可以由能够用于层间绝缘的任意绝缘材料并通过 任意方法形成。除了( 100)单晶硅晶片之外，磁性传感器401的基板404也可以由(110) 硅晶片、除了硅以外的半导体、玻璃材料、陶瓷材料、非磁性金属等形成。 然而，当(100 )硅晶片用于基板404时，由于相对于基板404的表面倾斜55°角的(111)晶面通过使用KOH或其它蚀刻液体的各向异性湿法蚀刻可 以稳定地形成，f兹场4果测器402A和402B的位置关系固定；因此制作可再 现性良好，且制作良率高；且因此，在本实施例中，优选使用(100)硅晶 片用于基板404。下面，仍参考图3描述由磁场探测器402A和402B及固定电阻器403A 和403B构成的电桥电^各。在本实施例中，如图8所示，磁场探测器402A和402B布置在槽405 的同一倾斜表面上，且固定电阻器403A和403B布置在槽405的同一倾斜 表面上，该倾斜表面与其上布置有磁场探测器402A和磁场探测器402B的 倾在+表面相对。石兹场:探测器402A和402B及固定电阻器403A和403B构成 图3所示的电冲乔电^各的电阻R1、 R2、 R3、 R4。在图3中，Rl对应于磁场探测器402B, R2对应于固定电阻器403A， R3对应于固定电阻器403B，以及R4对应于石兹场4果测器402A。由于本实施例的磁性传感器401形成电桥电路，因此可以通过零位法来 高精度地探测磁场，其中该零位法不依赖于电源电压的变动、探测器的输入 阻抗、或者非线性。/磁致电阻效应元件(》兹场^t笨测器402A和402B及固定电阻器403A和 403B)的结构与第一实施例所述相同，且重复的描述予以省略。此外，图8所示的磁性传感器401可以用作单轴磁性传感器，且三组这 种单轴磁性传感器可以组合并恰当地布置以形成三轴磁性传感器，如第 一实 施例所述。与第一实施例类似，本实施例的磁致电阻效应元件(磁场探测器402A 和402B及固定电阻器403A和403B )不限于TMR元件，例如可以是GMR元件。根据本实施例，由于;兹场:探测器402A和402B及固定电阻器403A和 403B仅布置在一个槽405内，^F兹性传感器401所占据的面积小，可以由硅 晶片切割得到大量芯片，且这减小了制作成本。此外，由于固定电阻器403A和403B也布置在槽405的倾斜表面上， 固定电阻器403A和403B的温度特性可以控制成与磁场探测器402A和402B 的温度特性相似，且这使得容易高精度地探测磁场。第四实施例在本实施例中，两个磁场探测器布置在相互平行的两个倾斜表面上。 图10为示意性示出根据第四实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其 中磁致电阻效应元件连接形成电桥电路。如图10所示，本实施例的磁性传感器101包括基板104;布置在基板 104上的磁场探测器102A、磁场探测器102B、固定电阻器103A、固定电阻 器103B;槽105A、 105B (在需要时统称为"槽105");连接布线106;以 及结合垫107。与第一实施例相比，磁场探测器102A和固定电阻器103A的位置不同 于磁场探测器2A和固定电阻器3A，且结果，磁场探测器102A和磁场探测 器102B布置在槽105A的两个不同倾斜表面内。这里，例如，石兹场:探测器102A和102B及固定电阻器103A和103B为 隧穿磁致电阻(TMR)元件。此外，磁场探测器102A和102B及固定电阻 器103A和103B具有相同的层配置。在每个该固定电阻器103A和103B中， 设置磁性屏蔽膜以减小对外部磁场的敏感度。该磁性屏蔽膜在下文中详细描 述。在本实施例中，磁性传感器101的基板104是由(100)单晶硅晶片形 成。例如通过使用氮化硅蚀刻掩^^莫和KOH (氢氧化钾)蚀刻液体或TMAH (四甲基氢氧化铵)蚀刻液体进行蚀刻，深度为200[im的两个槽105A和 105B形成于(100)硅晶片104内。槽105A和105B均由四个倾斜表面形 成，该四个倾斜表面相对于基板104的表面均具有55°角。图ll为沿图10的VII-VII线的剖面图，用于示意性示出布置在倾斜表 面上的石兹致电阻效应元件。如图11所示，》兹场探测器102A和102B及固定电阻器103A和103B布 置在槽105A和105B的倾斜表面上，磁化取向位于该倾斜表面内；此外， 磁化方向按照下述方式来确定，即，磁化检测方向是沿倾斜表面的深度方向， 并与石兹致电阻效应元件"兹场^l测器102A和102B及固定电阻器103A和 103B)的纟从向方向相交。在本实施例中，如图ll所示，槽105A和105B为V形，没有近似平行 于基板104的表面的平坦底部。特定地，槽105A和105B的底表面可以具 有其它形状。24如图10所示，石兹场^果测器102A和102B及固定电阻器103A和103B 通过连接布线106连接而构成电桥电路，并连接到结合垫107,该结合垫107 用作输入和输出端子。连接布线106布置在槽150A和105B之间的空间。此外，除了 (100)单晶硅晶片之外，磁性传感器101的基板104也可 以由(IIO)硅晶片、除了硅以外的半导体、玻璃材料、陶瓷材料、非磁性 金属等形成。当(100)硅晶片用于基板104时，由于相对于基板104的表面倾斜55° 角的(111 )晶面通过使用KOH或其它蚀刻液体的各向异性湿法蚀刻可以稳 定地形成，相互平行的两个倾斜表面上的》兹场纟冢测器102A和102B的位置 关系固定；因此制作可再现性良好，且制作良率高。因此，在本实施例中， 优选使用(100 )硅晶片用于基板104。下面，参考图12描述由^兹场探测器102A和102B及固定电阻器103A 和103B构成的电桥电路。图12为示出电桥电路的电路图。在本实施例中，如图IO所示，石兹场:探测器102A和102B布置在相互平 行的不同倾斜表面上，而固定电阻器103A和103B布置在两个倾斜表面上， 该两个倾斜表面不同于其上布置有磁场探测器102A和102B的倾斜表面。 磁场探测器102A和102B及固定电阻器103A和103B构成图12所示的电桥 电路的电阻R1、 R2、 R3、 R4。在图12中，Rl对应于磁场探测器102B， R2对应于固定电阻器103A, R3对应于固定电阻器103B，以及R4对应于磁场探测器102A。由于本实施例的;兹性传感器101形成电桥电路，因此可以通过零位法来 高精度地探测磁场，其中该零位法不依赖于电源电压的变动、探测器的输入 阻抗、或者非线性。磁致电阻效应元件"兹场探测器102A和102B及固定电阻器103A和 103B)的结构与第一实施例所述相同，且重复的描述予以省略。注意，在本实施例中，；兹致电阻效应元件不限于TMR元件，例如可以 是GMR元件。图13为示意性示出根据本实施例的三轴磁性传感器的配置的俯视图， 其中该三轴磁性传感器包括三组单轴磁性传感器。如图13所示，本实施例的三轴》兹性传感器101A包括基板104; 6个磁场探测器102A、 102B、 102C、 102D、 102E、 102F(在需要时统称为"磁场 探测器102"); 6个固定电阻器103A、 103B、 103C、 103D、 103E、 103F(在 需要时统称为"固定电阻器103" ); 5个槽105A、 105B、 105C、 105D、 105E; 12个结合垫107;以及用于磁场探测器102A、 102B、 102C、 102D、 102E、 102F和固定电阻器103A、 103B、 103C、 103D、 103E、 103F之间的电连接 的连4妻布线106。,兹场:探测器102A、 102B、 102C、 102D、 102E、 102F和固定电阻器103A、 103B、 103C、 103D、 103E、 103F为隧穿磁致电阻(TMR)元件，且具有相 同的层配置。三轴^f兹性传感器101A的基板104是由(IOO)硅晶片形成。5个槽105A、 105B、 105C、 105D、 105E深度均为200(im,例如通过使用氮化硅蚀刻掩模 和KOH (氬氧化钾)蚀刻液体或TMAH (四曱基氢氧化铵)蚀刻液体的蚀 刻，形成于(IOO)硅晶片104内。每个槽105A、 105B、 105C、 105D、 105E 是由相对于基板104的表面分别具有55。角的四个倾斜表面形成。磁场探测器102A、 102B、 102C、 102D、 102E、 102F和固定电阻器103A、 103B、 103C、 103D、 103E、 103F布置在基板104内的槽105A、 105B、 105C、 105D、 105E的倾斜表面上，^磁化取向位于该倾斜表面内；此外，^兹化方向 按照下述方式来确定，即，磁化才全测方向是沿倾斜表面的深度方向，并与磁 致电阻效应元件(磁场探测器102A、 102B、 102C、 102D、 102E、 102F和 固定电阻器103A、 103B、 103C、 103D、 103E、 103F)的纵向方向相交。在本实施例中，槽105A、 105B、 105C、 105D、 105E的底表面为V形， 没有近似平行于基板104的表面的平坦底部。特定地，槽105A、 105B、 105C、 105D、 105E的底表面可以具有其它形状。在图13所示的三轴^兹性传感器101A中，f兹场探测器102A和102B作 为单轴^f兹性传感器调适到第一轴方向，且与固定电阻器103A和103B组合形成第一电桥电路。磁场探测器102C和102D作为单轴磁性传感器调适到第二轴方向，且 与固定电阻器103C和103D组合形成第二电桥电3各。磁场探测器102E和102F作为单轴磁性传感器调适到第三轴方向，且与 固定电阻器103E和103F组合形成第三电桥电^各。在分别由第一电桥电路、第二电桥电路和第三电桥电路形成的三个单轴磁性传感器中，》兹场探测器102A、 102B、 102C、 102D、 102E、 102F中钉 扎层22的^f兹化方向(如图4B所示)互不相同。具体而言，沿X轴和Z轴 的钉扎层的磁化方向在纸内相互垂直，且沿X轴和Y轴的钉扎层的磁化方 向在纸内相互垂直。也就是说，沿X轴、Y轴和Z轴的钉扎层的磁化方向 在空间上沿与基板表面成55。角的三个方向放射。应注意，^t场^罙测器102A、 102B、 102C、 102D、 102E、 102F和固定 电阻器103A、 103B、 103C、 103D、 103E、 103F的布置不限于上述实施例， 只要沿X轴、Y轴和Z轴的钉扎层的磁化方向互不相同即可。第五实施例在本实施例中，主要描述磁性屏蔽膜，其中设置该磁性屏蔽膜以减小固 定电阻器对外部磁场的敏感度。图14为示意性示出根据第五实施例的磁性传感器的配置的俯视图，其 中磁性屏蔽膜被设置用于固定电阻器。注意，除了该磁性屏蔽膜之外，本实施例的磁性传感器的基本结构与第 一实施例相同。此外，本实施例的磁性传感器的基本结构可以使用第二至第 四实施例的磁性传感器来替代。如图14所示，本实施例的磁性传感器201包括基板204;布置在基板 204上的磁场探测器202A、磁场探测器202B、固定电阻器203A、固定电阻 器203B;槽205A和205B (在需要时统称为"槽205");连接布线206;以 及结合垫207。例如，磁场探测器202A和202B及固定电阻器203A和203B为隧穿磁 致电阻(TMR)元件。此夕卜，》兹场:寐测器202A和202B及固定电阻器203A 和203B具有相同的层配置。磁性屏蔽膜形成于每个该固定电阻器203A和 203B上以减小对外部磁场的敏感度。图15为沿图14的XI-XI线的剖面图，用于示出磁致电阻效应元件的配 置，具体而言，本实施例的TMR元件以固定电阻器203A作为示例。图15所示的结构基本上与图4B所示相同，除了磁性屏蔽膜另外形成于 固定电阻器上。如图15所示，固定电阻器203A包括自由层221、 ^h"扎层222、绝缘层 223、钉扎层222侧上的电极224、帽层225、布线电极235、下磁性屏蔽膜241、上^兹性屏蔽膜242、用于保证下磁性屏蔽膜241及上磁性屏蔽膜242 与电极224及235之间绝缘的绝缘薄膜228及229、用于保证与基板204绝 缘的绝缘薄膜226、以及钝化膜227。钉扎层侧接触孔231和自由层侧接触孔232形成于钝化膜227内，用于 将电极224和帽层225与布线电极235结合，且用于电连接的布线(未示出) 布置穿过接触孔231和接触孔232。自由层221具有响应于外部》兹场的方向而改变的》兹化方向，而钉扎层 222具有固定的》兹化方向，该固定的石兹化方向不随外部石兹场的方向而改变。绝缘层223被自由层221和钉扎层222所层夹，并作为隧穿层。由于自由层221被下磁性屏蔽膜241和上磁性屏蔽膜242覆盖，自由层 221对外部》兹场不敏感。在为TMR元件的固定电阻器203A中，沉积在基板204上的钉扎层222 可包括诸如Fe-Ni的反铁电层222a和诸如Co-Fe的磁性层222b。绝缘层223 沉积在钉扎层222上，且自由层221进一步沉积在绝缘层223上。例如，绝缘层223可以由诸如Si02的绝缘材料或者诸如八1203或MgO 的非磁性的金属氧化物形成，且自由层221可以由Co-Fe或Fe-Ni形成。注意，在本实施例中，/磁致电阻效应元件不限于TMR元件，例如可以 为GMR元件。根据本实施例，形成传感器电桥电路的磁场探测器202A、磁场探测器 202B、固定电阻器203A和固定电阻器203B是由相同材料形成且具有相同 层结构，且仅固定电阻器203A和203B被磁性屏蔽膜覆盖，绝缘薄膜位于 该固定电阻器和磁性屏蔽膜之间。因此，磁场探测器202A、磁场探测器202B、 固定电阻器203A和固定电阻器203B具有相同的温度特性，且由温度导致 的特性波动可以减小。下面描述本实施例的磁性传感器201的制作方法，特别是在磁性传感器 201中4吏用的》兹致电阻效应元件的制作方法。图16为示出本实施例的磁性传感器201的制作方法的流程图。下面，假设期望的倾斜表面已经预先形成于基板上。如图16所示，在步骤SIOI，例如由硅氧化物形成的绝缘薄膜形成于具 有倾斜表面的基板上。在步骤S102,例如由Ni-Fe合金膜、Si-Fe合金膜、或者Fe-Ni-Mn-Cu。在步骤S103，对该磁性屏蔽膜执行光刻和蚀刻以除去将布置磁场探测 器的位置附近的部分该磁性屏蔽膜。在步骤S104，由硅氧化物形成另一绝缘薄膜。在步骤S105，顺序地形成构成用于磁性传感器201的磁致电阻效应元 件的层结构的层。在步骤S106，对到目前为止所形成的层执行光刻和蚀刻两次，以形成 双台阶图案。在步骤S107,在图案化的结构上形成绝缘保护层。在步骤S108，对该保护层执行光刻和蚀刻，以形成接触孔。在步骤S109,在基板的整个表面上形成用于互连和结合垫的非磁性金属膜，以覆盖接触孔。在步骤SllO，执行光刻和蚀刻，以形成用于连接接触孔和输入/输出端子之间的互连的结合垫金属。图17为从图16的流程图继续的流程图，示出本实施例的磁性传感器201的制作方法。如图17所示，在步骤Slll，例如由硅氧化物形成另一绝缘薄膜。在步骤S112，在步骤S111中形成于基板表面(形成,兹致电阻效应元件的面)上的该绝缘薄膜上形成磁性屏蔽膜，该磁性屏蔽膜由Ni-Fe合金膜、Si-Fe合金膜或者Fe-Ni-Mn-Cu合金膜形成。在步骤S113，执行光刻和蚀刻以图案化该磁性屏蔽膜，使得部分该磁性屏蔽膜保留以覆盖固定电阻器3A和固定电阻器3B,且该磁性屏蔽膜的其余部分^皮除去。在步骤S114，执行光刻和蚀刻以除去形成于结合垫金属上的绝缘薄膜。在步骤S115 ，在磁场中执行退火以固定钉扎层的方向。在该步骤中，施加磁场的方向设置为垂直于基板的表面。如果磁性传感器201将用作单轴传感器，则施加磁场的方向可以不同于与基板的倾斜表面垂直的方向。在步骤S116，在钉扎层的方向固定之后，在低于步骤S115的温度下， 再次在磁场中执行退火以固定自由层的方向。在该步骤中，施加磁场的方向设置为平行于基板的表面。由于钉扎层的该钉扎层的方向在步骤S116中不改变。如此，沿垂直方向的磁场施加在基板的表面上，同时加热整个基板以磁 化(即，固定磁化方向)由磁致电阻效应元件形成的磁场探测器的钉扎层， 则可以通过单个磁化步骤来完成该磁场探测器的磁化。在上述实施例中，描述了 (100)单晶硅晶片用于形成本发明的磁性传 感器的基板4、 104、 204、 304、 404,槽5、 105、 205、 305、 405是由与基 板表面具有55。角的四个倾斜表面形成，不过本发明不限于此。倾斜表面的 角度可以是除了水平角度以外的任意角度，且替代槽，凸出也可以适用于本 发明。再者，除了 (IOO)硅晶片之外，磁性传感器的基板也可以由(110)硅 晶片、除了硅以外的半导体、玻璃材料、陶瓷材料、非磁性金属等形成。当 使用(IOO)硅晶片时，晶向平面位于54.7。(约55°),且这在本发明中是优 选的。根据上述实施例，基板具有多个倾斜表面，这些倾斜表面的法线方向按 三维方式彼此相交，且每个传感器电桥电路中的磁场探测器对布置在同一倾 在牛表面内。此外，当基板是由(100)硅晶片形成，且具有法线方向按三维方式彼 此相交的多个倾斜表面时，为(111 )取向晶片的每个倾斜表面与基板表面 形成55。角，且每个传感器电桥电路中的磁场探测器对布置在同一倾斜表面 内。备选地，当基板具有法线方向按三维方式彼此相交的多个倾斜表面时， 每个第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路中的磁场探测器布置在法线方向按三维方式彼此相交的倾斜表面内，且同一第一 传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路内的磁场探测 器对布置在具有相同法线方向的倾斜表面内。当基板是由(100)单晶硅晶片形成，且具有法线方向按三维方式彼此 相交的多个倾斜表面时，每个该倾斜表面为与基板表面形成55。角的(111) 取向晶面，每个第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路中的磁场探测器布置在法线方向按三维方式彼此相交的倾斜表面内， 且同一第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路内的^f兹场探测器对布置在具有相同法线方向的倾斜表面内。30结果，通过沿单个方向施加磁场同时在磁场内仅加热该基板一次，则可 以沿单个方向磁化该磁场探测器内的钉扎层，且可以实现沿三个磁化方向的 磁化，其中在不同坐标系中钉扎层的磁化方向按三维方式彼此相交。因此， 可以减小制作步骤的数目，并改善制作良率。此外，由于在基板上的整合安 装变得可能，磁性传感器可以制成小且薄，且大量磁性传感器可以被制作； 也就是说，生产率提高。由于其上布置磁性传感器的该倾斜表面可以由晶面定义，沿不同轴向的 磁性传感器的位置精度非常高，三个轴方向的位置关系由晶面的位置关系唯 一地定义；因此，可以制作波动很小的磁性传感器。此外，由于固定电阻器的每一个被磁性屏蔽件覆盖，电绝缘的绝缘件位 于该固定电阻器和磁性屏蔽件之间，因此该固定电阻器具有固定电阻而不受 外部磁场影响，即使当磁性传感器对磁致电阻效应元件的外部磁场敏感。此 外，由于该固定电阻器的每一个包括由与该磁场探测器相同的层配置形成的 磁致电阻效应元件，该磁性传感器具有一致的温度特性，并因此具有稳定的 性能。由于该磁致电阻效应元件包括隧穿磁致电阻效应元件，因此可以减小磁 性探测中的功耗。由于由磁致电阻效应元件形成的磁场探测器的钉扎层的磁化(即，固定 磁化方向)可以通过沿与基板表面垂直的方向施加磁场同时加热该基板来进 行，因此可以在单个磁化步骤中完成磁场探测器的磁化。本发明可以用于使用GPS的装置中，例如汽车导航系统或者移动电话，用于在电磁信号被屏蔽的区域中确认当前位置。尽管已经结合出于说明目的而选择的具体实施例描述了本发明，不过显 而易见的是，本发明不限于这些实施例，相反，本领域技术人员在不背离本 发明的基本概念和范围内可以进行各种调整。本专利申请是基于下述日本优先专利申请，即，2007年6月13日提交 的No. 2007-156423以及2008年4月17日提交的No. 2008-108061,其全部 内容引用结合于此。
权利要求
1.一种磁性传感器，包括基板；以及多个传感器电桥电路，所述多个传感器电桥电路的每一个包括布置在所述基板上的磁场探测器对和固定电阻器对，所述磁场探测器对和所述固定电阻器对连接以形成电桥电路，所述磁场探测器的每一个是由磁致电阻效应元件形成，且所述磁场探测器的磁化方向按三维方式彼此相交，其中所述基板具有多个倾斜表面，且所述倾斜表面的法线方向按三维方式彼此相交，以及所述传感器电桥电路的每一个中的所述磁场探测器对布置在同一倾斜表面上。
2. —种磁性传感器，包括 基板；以及第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路，所 述第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路的每一 个包括布置在所述基板上并连接形成电桥电路的磁场探测器对和参考电阻 器对，所述磁场探测器的每一个是由磁致电阻效应元件形成，所述参考电阻 器的每一个具有不受外部磁场影响的固定电阻值，且所述f兹场探测器的磁化 方向按三维方式彼此相交，其中所述基板具有多个倾斜表面，且所述倾斜表面的法线方向按三维方 式4皮此相交，以及所述第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路 的每一个中的所述磁场探测器布置在法线方向按三维方式彼此相交的所述 倾斜表面上，以及所述第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路 的同 一个中的所述磁场探测器对布置在具有相同法线方向的所述倾斜表面上。
3. 如权利要求1所述的磁性传感器，其中所述基板是由(100)单晶硅晶片形成，并具有法线方向按三维方式彼 此相交的多个倾斜表面，所述倾斜表面的每一个为与所述基板的表面形成55°角的(111 )取向晶面，以及所述传感器电桥电路的每一个中的所述磁场探测器对布置在同一倾斜 表面上。
4. 如权利要求2所述的磁性传感器，其中所述基板是由(100)单晶硅晶片形成，并具有法线方向按三维方式彼 此相交的多个倾斜表面，所述倾斜表面的每一个为与所述基板的表面形成 55°角的(111 )取向晶面，所述第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路 的每一个中的所述磁场探测器布置在法线方向按三维方式彼此相交的所述倾斜表面上，以及所述第一传感器电桥电路、第二传感器电桥电路和第三传感器电桥电路 的同 一个中的所述磁场探测器对布置在具有相同法线方向的所述倾斜表面 上。
5. 如权利要求1所述的磁性传感器，其中所述固定电阻器的每一个包 括由与所述》兹场探测器相同的层配置形成的磁致电阻效应元件，且被磁性屏 蔽件覆盖，电绝缘的绝缘件介于所述固定电阻器和磁性屏蔽件之间。
6. 如权利要求2所述的磁性传感器，其中所述固定电阻器的每一个包 括由与所述^f兹场探测器相同的层配置形成的^t致电阻效应元件，且被磁性屏 蔽件覆盖，电绝缘的绝缘件介于所述固定电阻器和^i性屏蔽件之间。
7. 如权利要求1所述的磁性传感器，其中所述固定电阻器布置在形成 于所述基板上的所述倾斜表面上。
8. 如权利要求2所述的磁性传感器，其中所述固定电阻器布置在形成 于所述基板上的所述倾斜表面上。
9. 如权利要求1所述的》兹性传感器，其中所述,兹致电阻效应元件包括 隧穿石兹致电阻效应元件。
10. 如权利要求2所述的磁性传感器，其中所述磁致电阻效应元件包括 隧穿》兹致电阻效应元件。
11. 一种磁性传感器的制作方法，包括步骤 准备基板；在所述基板上形成多个倾斜表面，所述倾斜表面的法线方向按三维方式 4皮jt匕4目《；将多个传感器电桥电路的每一个中的磁场探测器对布置在同一倾斜表 面内，所述传感器电桥电路的每一个包括布置在所述基板上的磁场探测器对 和固定电阻器对，所述磁场探测器对和固定电阻器对连接形成电桥电路，所述石兹场探测器的每一个是由》兹致电阻效应元件形成；以及通过沿与所述基板的表面垂直的方向施加磁场同时加热所述基板，磁化 所述磁场探测器的每一 个的钉扎层。
12. 如权利要求11所述的方法，还包括步骤使用磁性屏蔽件覆盖所述固定电阻器的每一个，电绝缘的绝缘件介于所 述磁性屏蔽件和固定电阻器之间，其中所述固定电阻器的每一个包括由与所述磁场探测器相同的层配置 形成的石兹致电阻效应元件。
13. 如权利要求11所述的方法，其中所述磁致电阻效应元件包括隧穿 ^兹致电阻,文应元件。
全文摘要
本发明公开了一种磁性传感器及其制作方法。该磁性传感器同时具有多个轴，能够通过少量的步骤来制作。该磁性传感器包括基板；以及多个传感器电桥电路，该多个传感器电桥电路的每一个包括布置在该基板上的磁场探测器对和固定电阻器对，该磁场探测器对和该固定电阻器对连接以形成电桥电路，该磁场探测器的每一个是由磁致电阻效应元件形成，且该磁场探测器的磁化方向按三维方式彼此相交。该基板具有多个倾斜表面，该倾斜表面的法线方向按三维方式彼此相交，且该传感器电桥电路的每一个中的该磁场探测器对布置在同一倾斜表面上。
文档编号H01L27/22GK101325210SQ200810125458
公开日2008年12月17日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月13日
发明者安住纯一, 布施晃广, 高太好 申请人:株式会社理光