具有減小的不連續性的xMR傳感器的制造方法
【專利說明】具有減小的不連續性的xMR傳感器
[0001]本申請為分案申請，其母案的發明名稱為“具有減小的不連續性的xMR傳感器”，申請日為2011年10月20日，申請號為201110320318.4。
技術領域
[0002]本發明一般涉及集成電路(1C)傳感器，并且更具體地涉及用于旋轉速度感測應用的磁阻1C傳感器。
【背景技術】
[0003]磁場傳感器可以包括巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)、各向異性磁阻(AMR)以及其它技術，這些被統稱為xMR技術。XMR技術可以用在旋轉速度傳感器中，所述旋轉速度傳感器傳統地包括與垂直于傳感器平面的反偏磁場結合的極輪(pole wheel)換能器輪或鐵輪。位于這些傳感器中的輪附近的xMR結構通常是具有例如小于2微米(μπι)的均勻寬度(以便通過形狀各向異性而提供定義的靈敏度)和例如大約300 μπι的長度的窄條。
[0004]換能器極輪僅具有有限的厚度或軸向寬度，以使得磁信號場在整個xMR條長度內不均勻。隨著離極輪中心的軸向距離增加，By分量增加并且在極輪的下半部和上半部之間被相移了 180度。結合相對于各個By分量被相移了 +/-90度的Bx分量，結果是在關于極輪的居中調整中對于極輪的下半部和上半部在相反的旋轉方向(sense of rotat1n)上的磁場向量的旋轉以及結果對于xMR條的下半部和上半部在相反的旋轉方向上的磁場向量的旋轉。取決于根據軸向位置的Bx/By分量的比率/幅值和極輪寬度，相對旋轉的磁場還可能引起傳感器層的相對旋轉的磁化，從而產生臨時的疇壁。疇壁的產生和煙滅導致輸出信號的不連續性或抖動，這可能干擾對信號的解讀。
[0005]xMR條的形狀各向異性還可能導致在條寬度內的不同磁化行為。中心的域可能非常容易地跟隨外部磁場，而邊緣處的磁化區域更加穩定得多。條中心與邊緣之間可能發生疇壁，并且當場角或場強超過特定值時，邊緣區域中的磁化方向可能沿外部場而突然轉向。該切換過程反映在電阻特性的不連續性上。對于給定的傳感器材料(例如，自由層厚度材料等)發生切換時的場角取決于旋轉場向量的場條件(By/Bx比率)和形狀各向異性以及因此取決于條寬度。輸出信號的不連續性可以經由抖動、脈沖損失等而影響對信號的解讀。
[0006]解決這些問題的傳統途徑包括在xMR傳感器的后側安裝反偏磁體，以建立偏置磁場用以穩定自由層磁化的方向，這可以防止自由層旋轉但是需要重大努力并且可能導致傳感器靈敏度的減小。因此，期望新的解決方案以最小化xMR速度傳感器的輸出信號的不連續性。

【發明內容】

[0007]在實施例中，磁阻傳感器元件包括具有多個串聯段的磁阻條，這些段中的相鄰段具有不同的傾斜角。
[0008]在另一實施例中，磁阻傳感器元件包括具有至少兩個串聯耦合的段的磁阻條，第一段具有負彎曲而第二段具有正彎曲。
[0009]在另一實施例中，磁阻傳感器元件包括具有多個串聯耦合的段的磁阻條，所述多個串聯耦合的段中的相鄰段具有不同的寬度。
[0010]在另一實施例中，一種方法包括:形成具有第一端和第二端的磁阻條；以及相對于磁阻條的中心的寬度調整第一端和第二端的寬度以補償不想要的磁場分量。
【附圖說明】
[0011]考慮到關于附圖的本發明的各個實施例的以下詳細描述，可以更完整地理解本發明，其中:
圖1描繪了根據實施例的xMR條傾斜角。
[0012]圖2描繪了根據實施例的針對各個傾斜角的仿真結果。
[0013]圖3描繪了根據實施例的針對平均傾斜角的仿真結果。
[0014]圖4描繪了根據實施例的xMR條。
[0015]圖5描繪了根據實施例的xMR條。
[0016]圖6A描繪了根據實施例的xMR條。
[0017]圖6B描繪了根據實施例的xMR條。
[0018]圖6C描繪了根據實施例的xMR條。
[0019]圖6D描繪了根據實施例的xMR條。
[0020]圖6E描繪了根據實施例的xMR條。
[0021 ] 圖7描繪了根據實施例的xMR條。
[0022]圖8描繪了根據實施例的xMR條。
[0023]圖9描繪了根據實施例的針對各個寬度的仿真結果。
[0024]圖10描繪了根據實施例的xMR條。
[0025]圖11描繪了根據實施例的xMR條。
[0026]盡管本發明適合于(amenable to)各種修改和替選形式，但是在附圖中作為示例示出了其細節并且將詳細描述這些細節。然而，應理解，意圖不是將本發明限于所描述的特定實施例。相反，意圖是覆蓋落入所附權利要求限定的本發明的精神和范圍內的所有修改、等同方案以及替選方案。
【具體實施方式】
[0027]實施例涉及xMR傳感器以及xMR傳感器內的xMR條的配置，該xMR傳感器包括巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)或各向異性磁阻(AMR)。GMR和TMR結構在實施例中可以具有所謂的自旋閥類型。自旋閥基本上包括兩個功能磁層:第一鐵磁層(例如，CoFe、NiFe等)，磁性地釘扎(pin)于自然反鐵磁體(例如，PtMn、IrMn等)，形成固定參考磁化；以及鄰近的第二鐵磁層，由非磁性中間層(例如，Cu等)磁性地解耦并且形成可以理想地跟隨外部平面內磁場的方向的所謂自由層。通常，單個釘扎層被人造反鐵磁體所取代，該人造反鐵磁體具有耦合到自然反鐵磁體的釘扎層以及通過RKKY交換而反鐵磁性地耦合到釘扎層的所謂參考層。該構造相對于高磁場強度更加穩定。
[0028]在實施例中，xMR條包括多個不同大小的和/或不同取向的串聯連接的部分。在另一實施例中，xMR條包括變化的寬度或其它特性。這樣的配置可以解決與傳統xMR傳感器相關聯的不連續性并且提高了 xMR傳感器性能。
[0029]在xMR傳感器中，發生邊緣磁化切換時的磁場角可以取決于結構取向(形狀各向異性軸)和外部磁場之間的角。對于GMR和TMR結構，參考磁化的取向確定了不連續性發生在哪個信號電平。在實施例中，相對于參考磁化具有不同取向(即，傾斜角)的多個串聯連接的元件形成xMR條。在旋轉場中，不連續性對于變化的條元件取向將以不同的場角發生，并且通過對多個經相移的不連續性進行平均來減小傳統傳感器的更顯著的不連續性。
[0030]圖1描繪了 xMR條100的正傾斜角和負傾斜角。xMR條100以相對于外部場角的負傾斜角和正傾斜角□進行描繪。釘扎層磁化的取向是恒定的。
[0031]圖2是對于五個不同的傾斜角□ (0度，+/-20度和+/-45度)的仿真輸出信號的曲線圖。為了便于圖示，每個角的不連續性被圈出。如可以看出的，各個傾斜角的不連續性發生于不同的磁場角。例如，-20度的傾斜角的不連續性發生于大約35度的磁場角，而+20度的傾斜角的不連續性發生于大約75度的磁場角。
[0032]然而，如果根據實施例對圖2中描繪的信號進行平均，則可以獲得顯著更平滑的特性。這在圖3中示出，圖3還包括如圖2中描繪的對于0度的仿真以進行比較。如在圖3中可以看出的，在平均信號中不再存在大的不連續性，而是僅少量被圈出的波動。在實施例中，這些波動可以通過對平均信號的進一步離散化來移除。0度時信號的不連續性仍可以在圖3中看出。
[0033]對圖3的結果進行擴展，實施例因此形成了相對于參考磁化軸具有變化的傾斜角和配置的多個串聯連接的xMR部分、段或元件的xMR條。在實施例中，這些變化的傾斜角可以提供具有減小的或消除的不連續性的“平均”輸出信號。
[0034]在圖4中描繪了 xMR條200的實施例。XMR條200包括多個xMR段200a_200n。xMR段200a-200n的數量在實施例中可以變化。在圖4的實施例中，xMR段200a_200n中的相鄰xMR段具有相反的傾斜角；xMR段200a具有負傾斜角，而xMR段200b具有正傾斜角。如在xMR段200a與xMR段200e之間進行比較時可以看出的，傾斜角的度數也變化。在該實施例中，中心xMR段200 j具有0度的傾斜角。除了具有變化的傾斜角之外，xMR段200a_200n可以具有變化的長度；例如，再次將段200a與段200e進行比較。通過改變特定元件的長度，可以定義其在平均函數中的權重。條200的特定配置僅例證了一個實施例，并且在其它實施例中設想具有不同變化的傾斜角和長度的其它配置。
[0035]在圖5中描繪了 xMR條300的另一實施例。xMR條300包括連續增加和降低的傾斜角S形。xMR條300的配置可以認為具有三段:負彎曲段300、0度段300b以及正彎曲段300c。由于段300a和300c的類似的但相反的取向，因此如在上述其它實施例中的，xMR條300提供了正傾斜取向和負傾斜取向的相等部分以提供有效的平均。如在圖4中的，條300的特定配置僅例證了一個實施例，并且在其它實施例中設想具有不同彎曲段、長度和/或取向的其它配置。
[0036]在圖6A和6B中描繪了其它xMR條實施例。在圖6A和6B中，通過利用適當的金屬或其它連接器408將條400劃分成多個串聯(圖6A)或并聯(圖6B)耦合的相鄰子條402、404和406，與其它實施例相比，xMR條40