專利名稱：薄膜磁傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜磁傳感器及其制造方法，尤其是適于探測(cè)汽車車軸，旋轉(zhuǎn)編碼器和工業(yè)傳動(dòng)裝置等旋轉(zhuǎn)方面的信息，適于探測(cè)液壓缸或氣缸的沖程位置，和車床滑動(dòng)的位置和速度等方面的信息，適于探測(cè)工業(yè)焊接自動(dòng)裝置的電弧電流方面的信息，和適用于地磁方向傳感器等的薄膜磁傳感器，和制造特定薄膜磁傳感器的方法。
背景技術(shù)：
磁傳感器是一種電子器件，用于把探測(cè)到的電磁力值如電流，電壓，電功率，磁場(chǎng)或磁通量等，探測(cè)到的動(dòng)態(tài)量值如位置，速度，加速度，位移，距離，張力，壓力，力矩，溫度或濕度等和探測(cè)到的生物化學(xué)量值等通過(guò)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換為電壓。磁傳感器按照磁場(chǎng)探測(cè)方法可分為如，空子傳感器，各向異性磁阻(AMR)傳感器和巨磁阻(GMR)傳感器。
在上面提到的磁傳感器中間，GMR傳感器在下列方面是有利的(1)GMR傳感器在電阻率變化速率方面具有最大值，即下面給出的MR比明顯地大于任何空子傳感器和AMR傳感器的MR比MR比＝Δρ/ρ0，其中Δρ＝ρH-ρ0，而ρH是指在外磁場(chǎng)H條件下的電阻率和ρ0是指在外磁場(chǎng)為零的條件下的電阻率。
(2)GMR傳感器的電阻值隨著溫度而變化，但其變化小于空子傳感器的變化。
(3)因?yàn)楫a(chǎn)生巨磁阻效應(yīng)的材料是薄膜材料，故GMR傳感器適于磁傳感器的微小型化。
在這種情況下，人們預(yù)期此GMR傳感器可作為高靈敏度微型磁傳感器用于計(jì)算機(jī)，功率發(fā)生器，汽車，家用電器和便攜式裝置中。
現(xiàn)已知的呈現(xiàn)GMR效應(yīng)的材料包括在如，(1)一種金屬的人工晶格，它是一種多層薄膜，此多層薄膜包括鐵磁層如，坡莫合金層和非磁性層如，Cu，Ag或Au層，或該多層薄膜具有4層結(jié)構(gòu)，作為自旋閥，該自旋閥包括反鐵磁性層，鐵磁性層(鎖住層)，非磁性層，鐵磁層(自由層)，(2)金屬一金屬系統(tǒng)納米晶粒材料擁有由鐵磁金屬如坡莫合金形成的納米尺寸的粒子和由非磁性金屬如Cu，Ag或Au組成的粒界相，(3)隧道結(jié)薄膜，它可通過(guò)自旋相關(guān)的隧道效應(yīng)來(lái)展示MR效應(yīng)，和(4)金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料擁有由鐵磁金屬合金形成的納米尺寸的粒子和由非磁性和絕緣材料組成的粒界相。
在上面指出的產(chǎn)生GMR效應(yīng)的材料中間，由自旋閥所代表的多層薄膜具有的特點(diǎn)是在低磁場(chǎng)條件下具有它的高靈敏度。然而，在制備多層薄膜時(shí)，有必要以高精度來(lái)層壓由各種材料組成的薄膜，這樣會(huì)導(dǎo)致此多層薄膜穩(wěn)定性差和生產(chǎn)量低。在這種情況下，要減少生產(chǎn)費(fèi)用是有限的。在此條件下，這種多層薄膜是專門(mén)用于高附加值的裝置中如，用于硬盤(pán)的磁頭。在磁傳感器中使用特定的多層薄膜較為困難，因?yàn)樗仨氃趦r(jià)格上與如具有低的單位價(jià)格的AMR傳感器或空子傳感器相競(jìng)爭(zhēng)。還應(yīng)注意到在形成多層薄膜的各層中間易于產(chǎn)生擴(kuò)散，而GMR效應(yīng)易于消失，其結(jié)果是多層薄膜在其熱阻方面較差。
另一方面，納米晶粒材料容易生產(chǎn)且一般具有高再生性。因此，當(dāng)使用納米晶粒材料來(lái)制造磁傳感器時(shí)，磁傳感器的制造費(fèi)用可以降低。特別是，金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料在下述情況中是有利的(1)如果制備成份已是最佳化，則可使金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶位材料在室溫情況下展示超過(guò)10％的高M(jìn)R比，(2)因?yàn)榇私饘僖唤^緣體系統(tǒng)納米晶粒材料展現(xiàn)非常高的電阻率，故有可能使磁傳感器顯著地小型化的電阻率，故有可能使磁傳感器顯著地小型化和節(jié)省此磁傳感器的功耗，和(3)此金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料甚至于在高溫環(huán)境下可使用，這就不象由非鐵磁薄膜組成的自旋閥薄膜，該薄膜在熱阻下性能很差。然而，此金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料也有毛病即，在低磁場(chǎng)情況下，其對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度非常低。
一種克服上面提出的問(wèn)題的解決措施揭示于日本專利公報(bào)No.11-087804。特別是，它揭示了在巨磁阻效應(yīng)薄膜的兩側(cè)配置軟性磁薄膜，可提高巨磁阻效應(yīng)薄膜對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度。在上面提及的專利文獻(xiàn)中還揭示一種制造薄膜磁傳感器的方法，包含在襯底上形成厚度為2μm的坡莫合金薄膜(軟磁薄膜)，使用離子束蝕刻裝置在坡莫合金薄膜中形成煤寬度為約9μm的空隙和在空隙部分形成具有分為Co38.6Y14.0O47.4的納米晶粒GMR薄膜等步驟。
日本專利公報(bào)No.11-274599也針對(duì)薄膜磁阻元件，在此元件中，軟磁薄膜配置在巨磁阻薄膜兩側(cè)。告訴人們，為了進(jìn)一步提高此磁阻元件對(duì)磁場(chǎng)靈敏度，此巨磁阻薄膜做得要比此軟磁薄膜為薄些。
一種具有大的飽和磁化強(qiáng)度和高的導(dǎo)磁率的軟磁材料具有對(duì)磁場(chǎng)有非常高的靈敏度和在較差的外磁場(chǎng)件條件下仍可展示非常大的磁化強(qiáng)度。因此，當(dāng)允許外磁場(chǎng)作用于所構(gòu)造的薄膜磁傳感器是這樣的即，具有高電阻率和產(chǎn)生巨磁阻效應(yīng)的薄膜(GMR薄膜)配置在由軟磁材料形成的薄膜磁軛之間形成的小空隙，此GMR薄膜電氣上連接至此薄膜磁軛，此薄膜磁軛由弱的外磁場(chǎng)加以磁化，和具有強(qiáng)度比外磁場(chǎng)高約100至10000倍的磁場(chǎng)強(qiáng)度加壓GMR薄膜上。結(jié)果，有可能顯著地提高GMR薄膜對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度。附帶地講，眾所周知，目前金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒薄膜已作為GMR薄膜。
圖1是示意性平面圖，示出一般薄膜磁傳感器10的結(jié)構(gòu)，和圖2是示于圖1的沿著II-II線的模截面圖。如圖1和圖2所示，一般薄膜磁傳感器10包含由絕緣材料和非磁性材料組成的絕緣襯底12，一對(duì)薄膜磁軛14，各自由軟磁材料形成，此薄膜磁軛14要設(shè)置為相互面對(duì)面排列，在它們中間有一空隙14a，GMR薄膜16在此隙14a內(nèi)形成，電極18形成在薄膜磁軛14的邊緣部分，和用于保護(hù)薄膜磁軛14和GMR薄膜16的保護(hù)膜19。
上述結(jié)構(gòu)的一般薄膜磁傳感器10是通過(guò)含有下列步驟的方法來(lái)形成的形成一對(duì)薄膜磁軛14，排列為面對(duì)面，通過(guò)除去在絕緣襯底12的表面上所形成的軟磁薄膜的不必要部分，在薄膜磁軛中間介入，空隙14a(凹槽)，并用掩模形成沉積的GMR薄膜16來(lái)覆蓋此絕緣襯底12，空隙14a附近的區(qū)域除外。
然而，由上述方法制造的薄膜傳感器10引發(fā)此問(wèn)題即，傳感器10的電氣特性和磁特性變化很大。由此情況帶來(lái)的困難是，在上述一般的制造方法中，薄膜磁軛14和GMR薄膜16之間的電氣接觸尚嫌不足，或者GMR薄膜16的厚度在空隙14a中做得不均勻，結(jié)果是，使得此法制造的傳感器10不穩(wěn)定。
圖3示出使用一般方法制造磁傳感器方法所伴隨而來(lái)的困難。具體地說(shuō)，如果GMR薄膜16沉積在此薄膜磁軛14上面，此致對(duì)磁軛的排列是面對(duì)面的，在它們中間介入一個(gè)小的空隙14a，GMR薄膜16的側(cè)壁部分156c的厚度(此側(cè)壁部分是在具有大的高度的薄膜磁軛14的側(cè)壁上形成的)是根據(jù)沉積在薄膜磁軛14的GMR薄膜16上表面的厚度而漸漸增加，如圖3所示。結(jié)果，空隙14a底部的角部分由沉積在薄膜磁軛14的側(cè)壁上的GMR薄膜16的側(cè)壁部分16c所遮蔽。接下來(lái)，GMR薄膜的沉積在GMR薄膜16的底部16b的角部分上受到阻礙，此薄膜沉積在空隙14a底部表面。在這種情況下，GMR薄膜16的底部16b在其橫截面形狀該是三角形或不規(guī)則四邊形，這樣就引起GMR薄膜16的底部部分16b和薄膜磁軛14之間的接觸電阻變化很大。尤其是，此不理想的現(xiàn)象在高功能型薄膜傳感器中更為突出，因?yàn)樵诖藗鞲衅髦?，薄膜磁軛有大的高度，而成?duì)薄膜磁軛之間的空隙是小的。在最壞情況下，電阻變得無(wú)限地高，這樣在將薄膜磁傳感器置于實(shí)際使用中，會(huì)引起許多嚴(yán)重的必須要加以消除的障礙。
又，為了提高GMR薄膜16對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度，有必要抑止磁通量從薄膜磁軛14淺漏至空氣中的擴(kuò)散，且要使淺漏的磁通量在GMR薄膜16上起到有效的作用。這樣看來(lái)，空隙14a盡可能短較為理想。然而，薄膜磁傳感器的一般制造方法引起這問(wèn)題即，空隙14a內(nèi)的GMR薄膜16的沉積隨著空隙長(zhǎng)度的縮短而大大地受到阻礙，因而在空隙14a內(nèi)形成令人滿意的GMR薄膜是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種具有非常小的空隙長(zhǎng)度和對(duì)磁場(chǎng)具有高靈敏度的薄膜磁傳感器和制造薄膜磁傳感器的方法，此方法可使生產(chǎn)的特定的薄膜磁傳感器具有高再生性和低費(fèi)用。
本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種薄膜磁傳感器，它含有GMR薄膜和由輪磁材料組成的薄膜磁軛，此磁軛配置在GMR薄膜的兩側(cè)，并能抑止GMR薄膜和薄膜磁軛之間電氣接觸狀態(tài)的非一致性，從而可穩(wěn)定磁特性，和一種制造特定的薄膜磁傳感器的方法。
按照本發(fā)明第一方面，提供一種薄膜磁傳感器包含一對(duì)各自由軟磁材料形成的第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛，第一和第二薄膜磁軛處于面對(duì)面位置，在它們中間介入一空隙；具有電阻率比軟磁材料的為高的GMR薄膜和在空隙在形成，從而與第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛進(jìn)行電氣連接；和一種由絕緣的非磁性材料組成的和作用是支持第一薄膜磁軛，第二薄膜磁軛和GMR薄膜的絕緣襯底；其中GMR薄膜是在位于面對(duì)第二薄膜磁軛的第一薄膜磁軛的前表面上形成的，此空隙長(zhǎng)度由位于面第二薄膜磁軛的第一薄膜磁軛的前表面的GMR薄膜的厚度來(lái)限定的。
按照本發(fā)明第二方面，提供一種薄膜磁傳感器，包含一對(duì)各自由軟磁材料形成的第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛，第一和第二薄膜磁軛設(shè)置為相互面對(duì)面，在它們中間介入一空隙；具有電阻率比軟磁材料電阻率高的且在空隙中形成的GMR薄膜，以便與第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛進(jìn)行電氣連接，和由絕緣的非磁性材料組成的和作用是支持第一薄膜磁軛，第二薄膜磁軛和GMR薄膜的絕緣襯底；此薄膜磁傳感器由下列步驟取得(a)在絕緣的襯底表面上形成由軟磁材料組成的第一薄膜磁軛和包括位于面對(duì)第二薄膜磁軛的前表面；(b)在第一薄膜磁軛的前表面上沉積GMR薄膜，其方式是允許GMR薄膜電氣上連接至第一薄膜磁軛；和(c)在絕緣的襯底表面上形成由軟磁材料組成的第二薄膜磁軛，其方式是允許此第二薄膜磁軛電氣連接至GMR薄膜表面上的GMR薄膜。
按照本發(fā)明第三方面，提供一種制造薄膜磁傳感器的方法，包含下列步驟在由絕緣的非磁性材料組成的絕緣的襯底表面上形成由軟磁材料組成的第一薄膜磁軛，且具有前表面位于對(duì)著以后要形成的第二薄膜磁軛；在第一薄膜磁軛的前表面上沉積一種電阻率高于軟磁材料電阻率的GMR薄膜，其方式是允許GMR薄膜電氣連接至第一薄膜磁軛；和由軟磁材料組成的第二薄膜磁軛在絕緣的襯底上形成，其方式是允許第二薄膜磁軛電氣連接至GMR表面上的薄膜GMR薄膜。
按照本發(fā)明，GMR薄膜是在位于面對(duì)第二薄膜磁軛的第一薄膜磁軛的前表面上形成的，和此空隙長(zhǎng)度由沉積在第一薄膜磁軛前表面上的GMR薄膜厚度來(lái)限定的。接下來(lái)，因?yàn)榭障堕L(zhǎng)度基本上相等于GMR薄膜厚度，就有可能使空隙長(zhǎng)度做得非常小，以便顯著地提高對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度。因?yàn)镚MR薄膜是在位于面對(duì)第二薄膜磁軛的第一磁軛的前表面上形成，而第二薄膜磁軛形成后，就可與GMR薄膜進(jìn)行電氣連接，這樣有可能形成優(yōu)異的GMR薄膜。此外，在GMR薄膜和第一薄膜磁軛之間和GMR薄膜和第二磁軛之間可獲得端面接觸，不會(huì)失敗，所以保證了令人滿意的電氣接觸。接下來(lái)，此薄膜磁傳感器的電特性和磁特性都能加以穩(wěn)定。
又，在本發(fā)明所限定的薄膜磁傳感器制造方法中，第一薄膜磁軛首先在絕緣的襯底上形成，接著沉積GMR薄膜，再接下來(lái)在GMR薄膜上沉積第二薄膜磁軛。接下來(lái)，GMR薄膜形成的區(qū)域不在具有大的高度的磁軛壁之間，這樣，在形成的薄膜磁傳感器中可取得優(yōu)異的電氣連接部分和良好的電氣連接。此外，本發(fā)明制造方法允許制造一種薄膜磁傳感器，它對(duì)磁場(chǎng)具有高靈敏度和展示穩(wěn)定的磁特性以及高再生力和低的制造費(fèi)用。


圖1是平面圖，示意地示出一般薄膜磁傳感器的結(jié)構(gòu)；圖2是沿著示于圖1的II-II線的橫截面圖；圖3是橫截面圖，以放大形式示出包括在一般薄膜磁場(chǎng)傳感器中的空隙周圍的區(qū)域；圖4是平面圖，示意地示出按照本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜磁傳感器的結(jié)構(gòu)；圖5是沿著示于圖4的V-V線的橫截面圖；圖6是橫截面圖，以放大形式示出按照本發(fā)明第一實(shí)例的包括在薄膜磁傳感器中的空隙周圍的區(qū)域；圖7A-圖7V是組合性橫截面圖，示出按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器的制造過(guò)程；圖8是平面圖，示意地示出按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器的結(jié)構(gòu)；圖9是沿著圖8所示的IX-IX線的橫截面圖；圖10是橫截面圖，以放大形式示出按照本發(fā)明第二實(shí)例的包括在薄膜磁傳感器中的氣隙周圍的區(qū)域；圖11A-圖11O是橫截面圖，組合地示出按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器的制造過(guò)程；圖12是平面圖，示意地示出按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器的結(jié)構(gòu)；圖13是沿著圖12所示的XIII-XIII線的橫截面圖；圖14是橫截面圖，以放在形式示出按照本發(fā)明第三實(shí)例的在薄膜磁傳感器中的空隙周圍的區(qū)域；和圖15A-圖15O是橫截面圖，組合地示出按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器的制造過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一些實(shí)例將參照附圖詳述。
第一實(shí)例首先將陳述本發(fā)明第一實(shí)例。
圖4是平面圖，示意地示出按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器20的結(jié)構(gòu)。
圖5是沿著示于圖4的V-V線的橫截面圖，和圖6是橫截面圖，以放大形式示按照本發(fā)明第一實(shí)例的在薄膜磁傳感器中的空隙周圍的區(qū)域。
如圖所示，薄膜磁傳感器20包含一塊絕緣所襯底22，一對(duì)第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c和GMR薄膜26。這對(duì)第一和第二薄膜磁軛24b和24c形成在絕緣薄膜22上，并置于面對(duì)面位置，在它們中間介入空隙24a。又，GMR薄膜26在隙24a中形成，因而允許第一薄膜磁軛24b電氣連接至第二薄膜磁軛24c。第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c的邊緣部分分別連接至電極28b和28c。又，絕緣襯底22的頂部表面由第二保護(hù)膜32加以覆蓋。
用作支持第一和第二薄膜磁軛24b，24c和GMR薄膜26的絕緣襯底22是由絕緣的非磁性材料形成。說(shuō)得更清楚些，此絕緣的襯底22是由高剛性材料形成，如，玻璃，氧化鋁，由熱氧化膜覆蓋的硅，和具有由絕緣薄膜予以平整表面的氧化鋁·碳化鈦。
絕緣的襯底22的其他部分的形狀沒(méi)有特殊限制。有可能按照薄膜磁傳感器20的應(yīng)用和所需的性能而選擇最佳形狀。已，只有一個(gè)單元包含第一薄膜磁軛24b，第二薄膜磁軛24c和GMR薄膜，此單元形成在絕緣的襯底22上，各自示于圖4至圖6。然而，這些附圖只是簡(jiǎn)單地例舉薄膜磁傳感器的結(jié)構(gòu)20。在大量生產(chǎn)薄膜磁傳感器20的情況下，多個(gè)單元同時(shí)在一塊絕緣時(shí)襯底22上形成。
為了防止由溫度引起的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)的波動(dòng)，薄膜磁傳感器一般包含二個(gè)串聯(lián)的單元，外磁場(chǎng)通過(guò)測(cè)量中點(diǎn)電勢(shì)來(lái)加以探測(cè)。又，薄膜磁傳感器可分為垂直型，在此型中，二個(gè)單元如此排列即，此二個(gè)單元的敏感軸心相互垂直，和平行型，在此型中，二個(gè)單元如此排列即，此二個(gè)單元的敏感軸心相互平行。為了使輸出加信，在有些情況下采用4個(gè)單元來(lái)形成橋接電路。在此情況下，在絕緣的襯底22上只形成一個(gè)單元和通過(guò)將各自在單個(gè)絕緣的襯底22上形成的多個(gè)單元加以組合來(lái)制備磁傳感器。另種方法是，也有可能在單個(gè)絕緣的襯底22上形成多個(gè)單元，并且這些多個(gè)單元在電氣上相互連接。
為了想提高GMR薄膜對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度，第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c各自都由軟磁材料形成。為了在弱的磁場(chǎng)條件下取得對(duì)磁場(chǎng)的高靈敏度，最好使用具有高磁導(dǎo)率n和/或高飽和磁化MS的材料形成第一和第二薄膜磁軛24b和24c。為了更清楚些，用于磁軛形成的材料希望具有磁導(dǎo)率n不低于100，最好不低于1000。也希望此磁軛形成材料具有的飽和磁化MS不低于5千高斯，最好不低于10千高斯。
軟佳地用于形成第一和第二薄膜磁軛24b和24c的特定材料包括如，坡莫合金(40-90％Ni-Fe合金)，鐵硅鋁磁合金(Fe74Si9Al17)，硬質(zhì)坡莫合金(Fe12Ni82Nb6)，Co88Nb6Zr6非晶合金，(CO94Fe6)70Si15B15非晶合金，F(xiàn)inemet(Fe75.6Si13.2B8.5Nb1.9Cu0.8)，Nanomax(Fe83HF6C11)，F(xiàn)e85Zr10B5合金，F(xiàn)e93Si3N4合金，F(xiàn)e71B11N18合金，F(xiàn)e71.3Nd9.6O19.1納米(nano)晶粒合金，Co70Al10O20納米晶粒合金和Co65Fe5Al10O20合金。
為了形成第一薄膜磁軛24b，由軟磁材料組成的第一薄膜沉積在絕緣的襯底22的表面上，通過(guò)蝕刻第一薄膜從而在第一薄膜的頂端形成面對(duì)第二薄膜磁軛24c的前表面。
在本發(fā)明第一實(shí)例中，位于面對(duì)第二薄膜磁軛24c的第一薄膜磁軛24b的前表面是形成在第一薄膜磁軛24b的一邊表面上。必須指出，角θ(以后叫作傾斜角θ)位于第一薄膜磁軛24b和絕緣的襯底22的主要表面之間要大于0°和小于90°，為了取得對(duì)磁場(chǎng)的高靈敏度，此傾斜角θ較理想為接近90°。又，為了抑止磁通量從第一和第二薄膜磁軛24b和24c淺漏至大氣中的擴(kuò)散，希望在第一薄膜磁軛24b的中心線與第二薄膜磁軛24c的中心線之間的縱向距離要短些。
換言之，在本發(fā)明第一實(shí)例中，在具有從氣隙24a側(cè)至電極28b側(cè)的方向上且平行于第一薄膜磁軛24b表面的矢量和具有從第二薄膜磁軛24c側(cè)第一薄膜磁軛24b側(cè)的方向且垂直于前面表的矢量之間作出一個(gè)流入角Φ(Φ＝90°-θ)，見(jiàn)圖6。上述提及的流入角θ大于0°和小于90°。為了對(duì)磁場(chǎng)取得高靈敏度，希望流入角θ接近0°。然而，通過(guò)本文以后所述的制造條件的最佳化，有可能最佳地改變此傾斜角θ(或流入角θ)的大小。
另一方面，通過(guò)以一定厚度在第一薄膜磁軛前表面上沉積GMR薄膜26而形成第二薄膜磁場(chǎng)24c，接著，將由軟磁材料組成的第二薄膜沉積在絕緣的襯底22上，這樣，就可將沉積在第一薄膜磁軛24b的前表面上的GMR26的表面電氣連接至第二薄膜磁軛24c。還應(yīng)注意，第一薄膜磁軛24b的前表面和第二薄膜磁軛24c的前表面之間的距離即，空隙24a的空隙長(zhǎng)度基本上相等于GMR薄膜26的厚度。按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器在這方面是與一般薄膜磁傳感器不同的。
第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c的其它部分的形狀在本發(fā)明中沒(méi)有特定限止。然而，為了提高GMR薄膜26對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度，希望第一和第二薄膜磁軛24b和24c的形狀能滿足下面所述的條件。
首先，希望在空隙24a側(cè)的第一薄膜磁軛24b的各個(gè)橫截面要小于電極28b和28c各側(cè)的橫截面，此兩電極各自起到外磁場(chǎng)流入邊緣和流出邊緣的作用。如果薄膜磁軛的橫截面在空隙24a側(cè)做得較小，則在空隙24a的頂端的磁通量密度就增加，這樣，允許較強(qiáng)磁場(chǎng)作用于GMR薄膜26。
還應(yīng)注意的是，希望第一和第二薄膜磁軛24b和24c各自具有適當(dāng)?shù)拇蟮腖/W比，即，空隙長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L對(duì)電極側(cè)的寬度W之比。因?yàn)榭障堕L(zhǎng)度方向上產(chǎn)生的退磁場(chǎng)會(huì)減弱，由于第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c各個(gè)的長(zhǎng)度在空隙長(zhǎng)度方向上是相對(duì)地增加，所以就有可能使電極28b和28c側(cè)的薄膜磁軛24b和24c的前表面起到如外磁場(chǎng)的流入邊沿和流出這沿的作用。
又，對(duì)空隙24a，第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c其形狀應(yīng)對(duì)稱。不希望第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c的形狀不對(duì)稱，因?yàn)楸∧ご艂鞲衅鞯奶匦允怯杀∧ご跑椝刂频?，如薄膜磁軛具有差的磁特性，則此傳感器性能也差。
附帶地說(shuō)，第一和第二薄膜磁軛24b和24c各自的厚度沒(méi)有特定限止。有可能根據(jù)如，第一和第二薄膜磁軛24b，24c的各自材料和用于薄膜磁傳感器20所需的特性來(lái)決定此薄膜磁軛的合適長(zhǎng)度。又，在圖4所示的例子中，第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛24b，24c各自在其頂端的把平面狀加工成錐狀。然而，也可能在第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛24b，24c各自在頂端部分形成平行部分，這就可能抑止第一和第二薄膜磁軛24b，24c各自在頂端上的磁通量擴(kuò)散，從而可使較強(qiáng)磁場(chǎng)作用于GMR薄膜26。
現(xiàn)說(shuō)明GMR薄膜26。GMR薄膜26敏感于由電阻變化而引起的外磁場(chǎng)變化，因而，以電壓變化來(lái)探測(cè)外磁場(chǎng)變化，GMR薄膜26是由展現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)的材料而形成。為了允許GMR薄膜可探測(cè)外磁場(chǎng)變化，且具有高靈敏度，希望GMR薄膜26在外磁場(chǎng)H不高于數(shù)萬(wàn)奧斯物(Oe)條件下，具有MR比的絕對(duì)值不小于5％，最好不小于10％。
又，在本發(fā)明中，GMR薄膜26電氣上直接連接至第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛4c。因此，使用一種電阻率高于第一薄膜磁軛的和第二薄膜磁軛的電阻率的材料來(lái)形成GMR薄膜26。不希望使用電阻率特別低的材料來(lái)形成GMR薄膜26。因?yàn)樵谶@種情況下，一般在第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c之間會(huì)形成短路。另一方面，在使用具有電阻率過(guò)高的材料來(lái)形成GMR薄膜26時(shí)，噪聲就會(huì)增加，因而就很難以電壓變化來(lái)探測(cè)外磁場(chǎng)變化。希望GMR薄膜26具有電阻率103μΩ和1012μΩcm之間，最好在104μΩ和1011μΩcm之間。
現(xiàn)由多種材料可滿足上述條件。特別是，金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料可適宜地用于形成GMR薄膜26。此金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料具有高的MR比和高電阻率。如成份有較小變化，MR比也不會(huì)變化很大。接著，金屬絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料其優(yōu)點(diǎn)在于，有可能制造具有穩(wěn)定磁特性的薄膜，再生率高，費(fèi)用又低。
產(chǎn)生巨磁阻效應(yīng)的和用于形成GMR薄膜26的金屬一絕緣物系統(tǒng)納米晶粒材料包括如，Co-Y2O3系統(tǒng)納米晶粒合金，Co-Al2O3系統(tǒng)納米晶粒合金，Co-Sm2O3系統(tǒng)納米晶粒合金，CoDY2O3系統(tǒng)納米晶粒合金，F(xiàn)eCo-Y2O3系統(tǒng)納米晶粒合金，和氟化物系統(tǒng)納米晶粒合金如，F(xiàn)e-MgF2，F(xiàn)eCo-MgF2和Fe-CaF2。
如前所述，GMR薄膜形成在第一薄膜磁軛24b的頂端的前表面上。因此，希望按照如，GMR薄膜26的材料和用于薄膜磁傳感器20所需的特性來(lái)決定合適的GMR薄膜的厚度，從而可取得所需的空隙長(zhǎng)度。為了獲得對(duì)磁場(chǎng)的高靈敏度，希望GMR薄膜26盡可能薄些，這些，GMR薄膜26的物理性能不會(huì)變化，并且在第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c之間也不會(huì)產(chǎn)生電氣短路。
附帶地講，有可能在第一薄膜磁軛24b形成后所形成的GMR薄膜26的圖型的橫向?qū)挾却笥谠诳障?4a側(cè)的第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c各自頂端上的橫向?qū)挾取Ｔ贕26具有大的橫向?qū)挾鹊牡胤?，GMR薄膜26可使第一薄膜磁軛24b在電氣上與第二薄膜磁軛24c相隔離。此外，GMR薄膜26起到保護(hù)膜的作用用于防止在形成第二薄膜磁軛24c時(shí)損壞第一薄膜磁軛24b。接著，GMR薄膜26的大的橫向?qū)挾绕鋬?yōu)點(diǎn)在于，在制造過(guò)程中可提供自由度。還應(yīng)注意，與空隙寬度相比，如果GMR薄膜26的橫向?qū)挾却?，敏感于薄膜磁軛的橫向方向中弱的磁通量漏淺的GMR薄膜區(qū)域就擴(kuò)大，這樣有時(shí)會(huì)降低對(duì)磁場(chǎng)靈敏度。在此情況下，同時(shí)蝕刻GMR薄膜26和第一薄膜磁軛24b的頂端部分是有效的，這兩部分都位于第二薄膜磁軛24c的下面，在制成第二薄膜磁軛24c的圖型的步驟后，利用第二薄膜磁軛24c作為GMR薄膜26和第一薄膜磁軛24b的掩模。通過(guò)這種特定的蝕刻，有可能除去突出在第二薄膜磁軛24c的頂端部分上橫向?qū)挾确较蛏系腉MR薄膜26的多余部分。
另一方面，有可能在電氣上與第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c兩者都連接的GMR薄膜該部分的橫向?qū)挾刃∮诖丝障秱?cè)上薄膜磁軛頂端部分的橫向?qū)挾?。在此情況下，有必要在GMR薄膜26的那個(gè)部分形成由絕緣的非磁性材料組成的附加薄膜，此薄膜并不與第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c進(jìn)行電氣接觸，以便將第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c在電氣上予以隔離。這樣引致下列缺陷即，制造步驟培加些了。然而，在下列情況下即，縮小GMR薄膜26與第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c兩者進(jìn)行電氣連接的那個(gè)部分的橫向?qū)挾葧r(shí)，來(lái)自第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c兩者進(jìn)行電氣連接的那個(gè)部分的橫向?qū)挾葧r(shí)，來(lái)自第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c的磁通量淺漏就不易在橫向?qū)挾壬蠑U(kuò)散，就可產(chǎn)生此優(yōu)點(diǎn)那，提高了對(duì)磁場(chǎng)靈敏度。
起到取出輸出作用的電極28b和28c各個(gè)由導(dǎo)體材料形成。更清楚地說(shuō)，希望使用如，Cu，Ag或Au來(lái)形成電極28b和28c。電極28b和28c的形狀沒(méi)有特殊限止。有可能根據(jù)如，薄膜磁傳感器20的尺寸和第一和第二薄膜磁軛24b和24c的形狀來(lái)決定合適的電極28b和28c的形狀。
第二保護(hù)膜32的作用是遮蔽暴露于絕緣的襯底22的表面的GMR薄膜26和保護(hù)第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c防止外界空氣，從而保護(hù)薄膜磁傳感器20的這些膜片。更清楚地說(shuō)，希望使用如在漸度不低于200度C條件下經(jīng)過(guò)硬性烘焙的Al2O3，SiO2，Si3N4或光刻膠來(lái)形成第二保護(hù)膜32。
現(xiàn)在描述按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器20的制造方法。圖7A至7V是橫截面圖，組合地示出按照本發(fā)明的第一實(shí)例的薄膜磁傳感器的制造過(guò)程。按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器20的制造過(guò)程包含下列步驟形成第一薄膜磁軛，形成GMR薄膜，形成第二薄膜磁軛，形成電極和形成表面保護(hù)膜等。
首先現(xiàn)在描述形成第一薄膜磁軛的步驟。在形成第一薄膜磁軛的步驟中，由軟磁材料組成的第一薄膜24d(以后稱為第一軟磁薄膜)沉積在由絕緣的非磁性材料組成的絕緣的襯底22上，接著，表成由軟磁材料組成的第一薄膜磁軛24b，和包括面對(duì)第二薄膜磁軛24c的前表面。
更清楚地說(shuō)，希望形成第一薄膜磁軛的步驟如下進(jìn)行。在第一步中，軟磁薄膜24d形成在絕緣的襯底22的整個(gè)表面上，如圖7A所示。然后，此第一軟磁薄膜24d涂復(fù)以光刻膠材料37，接著，放置沒(méi)有規(guī)定的開(kāi)口部分的掩膜36在絕緣的襯底22上面，用于曝光處理，如圖7b所示。進(jìn)一步，通過(guò)顯影將敏感部分除去，從而在待形成第一薄膜磁軛24b的地方形成光刻膠薄膜38，如圖7c所示。
在此情況下，希望在光刻膠薄膜形成后，對(duì)光放慢膠薄膜進(jìn)行后焙烘，溫度為80°-120℃，時(shí)間為0.05小時(shí)至1.0小時(shí)。在進(jìn)行后焙烘的情況下，溶劑從光刻膠薄膜中蒸發(fā)，因此，光刻膠薄膜38收縮一定程度，因而就有可能對(duì)光刻膠薄膜38的側(cè)表面賦予一個(gè)坡度。在該地方此光刻膠薄膜38的側(cè)表面有些傾斜，故在蝕刻步驟中不易產(chǎn)生暗影，這樣引出此優(yōu)點(diǎn)即，第一軟磁薄膜24d可以有效地加以蝕刻。
在其次步驟中，在旋轉(zhuǎn)絕緣的襯底22同時(shí)，進(jìn)行Ar離子束蝕刻，如圖7d所示。如果在此步驟中，輻射條件如絕緣的襯底22的旋轉(zhuǎn)速度和Ar離子束的輻射角度是最佳化的話，就有可能對(duì)沿著光放慢膠薄膜38的邊線對(duì)第一軟磁薄膜24b進(jìn)行傾斜的蝕刻，這樣，經(jīng)蝕刻的第一軟磁薄膜24d的邊緣表面就有一個(gè)規(guī)定的傾斜角θ，如圖7D所示。
這樣，Ar離子束蝕刻經(jīng)繼續(xù)進(jìn)行，直到此第一軟磁薄膜24d的不需要部分全部除去之后，留在第一軟磁薄膜24d上的光刻膠薄膜38也就除去(剝離)，這樣就取得第一薄膜磁軛24b包括具有規(guī)定的傾角θ的前表面，如圖7E所示。
現(xiàn)講述GMR薄膜成形步驟。在GMR薄膜成形步驟中，GMR薄膜26形成在第一薄膜磁軛24b的前表面上。
更具體地說(shuō)，希望GMR薄膜成形步驟按下述來(lái)進(jìn)行。在第一步，具有規(guī)定成份的GMR薄膜26按規(guī)定的厚度沉積在具有第一薄膜磁軛24b形成在其上面的絕緣的襯底22的整個(gè)表面上，這樣，MGR薄膜26電氣上連接至第一薄膜磁軛24b，如圖7F所示。然后，在待留下的未除去的GMR薄膜26的地方形成光刻膠薄膜38，如圖7G所示，其方法類似與前述方法，結(jié)合第一薄膜磁軛形成的步驟。
進(jìn)一步，在旋轉(zhuǎn)絕緣的襯底22的同時(shí)，Ar離子束蝕刻在規(guī)定的條件下進(jìn)行，為了除去GMR薄膜26的不需要部分，如圖7H所示。在完成蝕刻后，殘剩的光刻膠薄膜38被除去(剝離)，從而在第一薄膜磁軛24b的前表面上和上面提及的前表面附近的表面上形成GMR薄膜26，如圖7I所示。在這種情況下進(jìn)行的蝕刻不限于Ar離子束蝕刻。也有可能使用濕式蝕刻或一種相對(duì)于其他薄膜具有良好的蝕刻選擇性比的反應(yīng)的離子蝕刻(RIE)。在另一方面，也有可能采用一種剝離法，采用此法時(shí)，在GMR薄膜待留下的不要除去的地方形成一個(gè)開(kāi)口，光刻膠薄膜38在此留下的部分上形成，接著，沉積GMR薄膜26和接下來(lái)將光刻膠薄膜38和GMR薄膜26的多余分一起除去。
附帶說(shuō)說(shuō)，在GMR薄膜26的橫向?qū)挾却笥诘谝槐∧ご跑?4b的前表面的橫向?qū)挾鹊牡胤?，GMR薄膜26可阻止第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c之間的直接連接。因此，在此情況下，制造程序進(jìn)行至下一步驟，從而第二薄膜磁軛24c直接在GMR薄膜26上形成。
另一方面，在GMR薄膜26的橫向?qū)挾茸龅帽鹊谝槐∧ご跑?4b的前表面時(shí)橫向?qū)挾葹樾〉牡胤?，由絕緣的非磁性材料組成的薄膜沉積在GMR薄膜26的兩側(cè)，并在第二薄膜磁軛24c形成之前采用如，剝離法形成成規(guī)定的形狀，從而可阻止第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c之間的直接接觸。也有可能把具有橫向?qū)挾却笥谠诘谝槐∧ご跑?4b的前表面上的第一薄膜磁軛24b的前表面的橫向?qū)挾鹊腉MR薄膜沉積在第一薄膜磁軛24b前表面上，接著采用由絕緣的非磁性材料組成的薄膜覆蓋GMR薄膜26的一部分，這樣可縮小與第二薄膜磁軛24c接觸的GMR薄膜的那一部分的橫向?qū)挾取?br> 現(xiàn)描述第二薄膜磁軛形成的步驟。在形成第二薄膜磁軛的步驟中，一種軟磁材料的第二薄膜24e(以后叫作第二軟磁薄膜)沉積在絕緣的襯底22上，這樣GMR薄膜26可電氣上連接至沉積在第一薄膜磁軛24b的前表面上的GMR薄膜26的表面上的第二薄膜磁軛24c，這樣，形成軟磁材料的第二薄膜磁軛24c。更清楚些，希望形成第二薄膜磁軛24c的步驟按下列進(jìn)行。
在第一步中，光刻膠薄膜38形成在除了形成第二薄膜磁軛24c的地方的絕緣的襯底22的表面上，如圖7J所示。光刻膠薄膜38采用相似于前述的方法，結(jié)合第一薄膜磁軛形成的步驟來(lái)形成。在此情況下，為了待形成的光放慢膠38，此最近沉積的第二軟磁薄膜24e也可沉積在已形成在絕緣襯底22上的第一薄膜磁軛24b上。
在下一步中，第二軟磁薄膜24e按規(guī)定厚度沉積在絕緣的襯底22的整個(gè)表面上，如圖7K所示。又，除去光刻膠薄膜38(剝離)，從而取得第二軟磁薄膜24b，此薄膜電氣連接至形成在第一薄膜磁軛24b前表面上的第一薄膜磁軛24b和GMR薄膜26兩者，如圖7L所示。通過(guò)在圖7I所示的狀態(tài)的條件下將第二軟磁薄膜24e沉積在整個(gè)表面上也有可能取得相似的結(jié)構(gòu)。接著，通過(guò)形成用于第二薄膜磁軛形狀的光刻膠掩模的形成和接著下來(lái)通過(guò)Ar離子蝕刻除去第二軟磁薄膜24e的不需要說(shuō)分。
然后，除去與第一薄膜磁軛24b直接接觸的第二軟磁薄膜24e的不需要部分，從而形成第二薄膜磁軛24c。希望第二輪磁薄膜24e的不需要部分按下述步驟去除。
在第一步中，絕緣的非磁性材料的第一保護(hù)膜按規(guī)定的厚度沉積在絕緣的襯底22的整個(gè)表面上，如圖7M所示。此第一保護(hù)膜30企圖用于在除去第二軟磁薄膜24e時(shí)保護(hù)第一薄膜磁軛24b和第二輪磁薄膜24e，和使打底的結(jié)構(gòu)予以平面化。又，按照除去第二輪磁薄膜24e的不需要部分的方法來(lái)選擇合適的材料來(lái)形成第一保護(hù)膜30。
第二軟磁薄膜24e的不需要部分要加以除去，直至第二軟磁薄膜24e不會(huì)直接接觸第一薄膜磁軛24b為止。除去受到第一保護(hù)膜30保護(hù)的第二軟磁薄膜24e的不必要部分的方法沒(méi)有特殊地限止，各種方法都可用來(lái)除去此不需要的部分。更清楚地說(shuō)，希望使用下述方法。
第一種方法是機(jī)械拋光法，在此法過(guò)程中，在第一保護(hù)膜30在絕緣的襯底22整個(gè)表面上形成后，對(duì)此絕緣的襯底22的表面進(jìn)行機(jī)械拋光，直至沉積在第一薄膜磁軛24b上的第二輪磁薄膜24e全部去為止。在這情況下，希望此待形成的第一保護(hù)膜30由如，Al2O3薄膜，SiO2薄膜來(lái)形成，一種后烘焙的光刻膠薄膜或一種在溫度不低于200℃的條件下硬性焙烘的光刻膠薄膜。
第二種方法是回蝕刻法，在此法中，在第一保護(hù)膜30在絕緣的襯底22的整個(gè)表面上形成后，采用離子束對(duì)此絕緣的襯底22表面進(jìn)行蝕刻。在此情況下，希望由在溫度不高于90°條件下，時(shí)間為1小時(shí)的經(jīng)過(guò)前焙烘的或在溫度90°-120℃的條年下，時(shí)間為1小時(shí)的經(jīng)過(guò)后焙烘的光刻膠薄膜來(lái)形成的第一保護(hù)膜30。
如果在光刻膠薄膜(第一保護(hù)膜30)在絕緣的襯底22表面上形成后進(jìn)行蝕刻，如圖7M所示，光刻膠薄膜首先單獨(dú)進(jìn)行蝕刻。隨著蝕刻的進(jìn)展，引致第二軟磁薄膜24e的TU的部分曝露于光刻膠薄膜的表面。這樣，光刻膠薄膜和第二軟磁薄膜24e的TU出部分同時(shí)進(jìn)行蝕刻。
一般，光刻膠薄膜的表面不會(huì)變得完全平坦的。此外，在第二軟磁薄膜24e和光刻膠薄膜之間的腐蝕率也不同。在這種情況下，通過(guò)簡(jiǎn)單蝕刻操作很難全部地除去第二軟磁薄膜24e的不需要部分。在此條件下，在光刻膠薄膜全部除去之前，蝕刻要停止一次，如圖7N所示，接著，除去(剝離)光刻膠薄膜，如圖7D所示。此操作包括(1)形成光刻膠薄膜，接著是光刻膠的前焙烘或后焙烘，(2)蝕刻，和(3)按規(guī)定的次數(shù)重復(fù)地除去(剝離)光刻膠薄膜，直至沉積在第一薄膜磁軛24b的第二軟磁薄膜24e全部除去為止。
附帶地講，建議在以下情況進(jìn)行蝕刻要透徹些，即，當(dāng)GMR薄膜26形成在第一薄膜磁軛24b的前表面上時(shí)，在GMR薄膜26的橫向?qū)挾却笥谠诳障秱?cè)上第一薄膜磁軛24b的末端部分的橫向?qū)挾鹊牡胤?。如果在這種情況下，蝕刻進(jìn)行得透徹些，就有可能除去突出在第二薄膜磁軛24c的末端部分上橫向?qū)挾壬隙嘤郍MR薄膜26，這時(shí)利用第二薄膜磁軛24c作為掩模。
如果通過(guò)如機(jī)械拋光法或回蝕刻法將直接與第一薄膜磁軛24b接觸的第二軟磁薄膜24e的不需要部分全部除去，則就有可能取得第一薄膜磁軛24b，包括具有規(guī)定傾斜角θ的前表面，沉積在第一薄膜磁軛24b的前表面的GMR薄膜26，和在GMR薄膜26的表面上單獨(dú)與GMR薄膜26電氣連接的第二薄膜磁軛24c，示于圖7p。
現(xiàn)在描述形成電極的步驟。在形成電極的步驟中，電極28b和28c分別形成在第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c的邊緣部分。更詳細(xì)地說(shuō)，此光刻膠薄膜38新近形成在此絕緣的襯底22上，但待形成電極28b，28c的區(qū)域除外，如圖7Q所示，此光刻膠薄膜38是采用類似于前述的方法并與形成第一薄膜磁軛的步驟連同一起而形成的。然后，一種具有規(guī)定厚度的由導(dǎo)電材料組成的薄膜28a沉積在光刻膠薄膜38上面，如圖7R所示。接著，除去此光刻膠膜38(剝離)。其結(jié)果是，有可能在第一薄膜磁軛24b的和第二薄膜磁軛24c的邊緣部分分別形成電極28b和28c，如圖7s所示。
現(xiàn)在陳述形成表面保護(hù)膜的步驟。第二保護(hù)膜32作用是保護(hù)第一薄膜磁軛24b，第二薄膜磁軛24c和GMR薄膜26，它是在形成表面保護(hù)膜步驟中在絕緣的襯底22最高表面上形成。更清楚地說(shuō)，光刻膠薄膜38是在除了待形成的第二保護(hù)膜32除外的區(qū)域的絕緣的襯底22上新近形成的，如圖7T所示。采用前述方法與形成第一薄膜磁軛的步驟一起來(lái)形成光刻膠薄膜38。在此情況下，建議在形成光刻膠薄膜38時(shí)，電極28部分地由第二保護(hù)膜32所覆蓋。然后，第二保護(hù)薄膜32按預(yù)定厚度沉積在光刻膠薄膜38上面，如圖7U所示，接著除去(剝離)光刻膠薄膜38。其結(jié)果是可取得按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器20，如圖7V所示。
現(xiàn)在申述一下按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器20的功能和作用。
如前所述，制造薄膜磁傳感器的一般方法包含沉積軟磁薄膜在絕緣的襯底表面上，在這樣形成的軟磁薄膜中形成具有小的寬度的凹槽(空隙)，以致可獲得放置于面對(duì)面的二個(gè)薄膜磁軛，并在它們中間介入小的空隙，和沉積GMR薄膜的包括空隙的二個(gè)薄膜磁軛上。
在上述的一般方法中，在空隙中形成的GMR薄膜底部的橫截面形狀變成三角形或不平行四邊形。其結(jié)果是，在GMR薄膜側(cè)壁部分和GMR薄膜底部之間的接觸面積變得顯著地小于GMR薄膜厚度方向中的平均橫截面面積。在極端情況下，GMR薄膜的側(cè)壁部分和底部作成線性接觸。隨后，由于制造條件的為變化就使薄膜磁軛和GMR薄膜之間的接觸電阻產(chǎn)生顯著地變化。之外，薄膜磁傳感器的磁特性變得不穩(wěn)定。
又，磁特性較為優(yōu)異的金屬一絕緣物系統(tǒng)納米晶粒材料是脆的，因此，當(dāng)沉積在空隙中以形成薄膜時(shí)，此薄膜易于沿著在從平面的底部生長(zhǎng)的薄膜部分和從空隙側(cè)壁生長(zhǎng)的薄膜部分之間邊界線而斷裂。接著，在使用金屬絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料作為薄膜磁傳感器的GMR薄膜，且將此材料沉積在空隙內(nèi)，此薄膜磁傳感器在電氣上和機(jī)械上兩方面都易于變得非常不穩(wěn)定。
另一方面，在按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器中，在形成第一薄膜磁軛24b和第二傳膜磁軛24c中，首先是單獨(dú)沉積第一薄膜磁軛24b，此兩磁軛是設(shè)置為面對(duì)面的。接著，GMR薄膜26所沉積的區(qū)域不在薄膜磁軛的高側(cè)壁之間。
在這種情況下，有可能在第一薄膜磁軛24b的前表面上形成優(yōu)良的GMR薄膜26，不會(huì)斷裂。應(yīng)該注意，在GMR薄膜26與第一薄膜磁軛24b之間，和在GMR薄膜26和在GMR薄膜26的表面上的第二薄膜磁軛24e之間可實(shí)現(xiàn)面接觸，而不會(huì)失敗，這樣，提高了薄膜磁傳感器20的磁特性。
此外，在這樣制造的薄膜磁傳感器20中，空隙長(zhǎng)度由GMR薄膜26的厚度來(lái)決定的，其結(jié)果是由第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c所產(chǎn)生的磁通量可有效地作用于GMR薄膜26，從而抑止磁通量漏淺至大氣中。在這種情況下，此種薄膜磁傳感器20與一般薄膜磁傳感器相比較，前者對(duì)磁場(chǎng)展示非常高的理想的靈敏度。
第二實(shí)例現(xiàn)將陳按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器。圖8是平面圖，示意地示出按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器40的結(jié)構(gòu)，圖9是示于圖8的沿著IX-IX線的橫截面圖和圖10是按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器內(nèi)氣隙周圍的區(qū)域的放大形狀的橫截面圖。
如圖所示，此薄膜磁傳感器40包含絕緣襯底42，一對(duì)置于面對(duì)面地的第一薄膜磁軛44b和第二薄膜磁軛44c，在它們中間介入一空隙44a和在空隙44a中形成的GMR薄膜46，以便電氣連接互第一薄膜磁軛44b和第二薄膜磁軛44c。電極48b和48c分別連接至第一薄膜磁軛44b和第二薄膜磁軛44c的邊緣部分，和絕緣襯底42的上表面復(fù)蓋第二保護(hù)膜52。
按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器40具有下述特點(diǎn)，第一薄膜磁軛44b的前表面即，面對(duì)第二薄膜磁軛44c的邊緣表面是與絕緣襯底42相平行的。換言之，前表面是在第一薄膜磁軛44b的上表面?zhèn)壬闲纬傻?。又，第一薄膜磁?4b前表面的傾斜角為O°，即，流入角Φ為90°。
附帶地講，此絕緣襯底42，第一薄膜磁軛44b，第二簿膜磁軛44c，GMR薄膜46，電極48b和48c，第二保護(hù)膜52和其他薄膜與本發(fā)明第一實(shí)例中薄膜磁傳感器中絕緣襯底22，第一薄膜磁軛24b，第二薄膜磁軛24c，GMR薄膜26，電極28b和28c，第二保護(hù)膜32和其他薄膜是相等的，因此絕緣襯底42等等的描述就省去。
現(xiàn)敘述按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器40的制造方法。
圖11A至圖11O是橫截面圖，組合地示出按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器的制造過(guò)程。按照本發(fā)明第二實(shí)例的制造過(guò)程包含下列步驟形成第一薄膜磁軛，形成GMR薄膜，形成第二薄膜磁軛，形成電極和形成表面保護(hù)膜等步驟。
首先，現(xiàn)將敘述形成第一薄膜磁軛的步驟。在形成第一薄膜磁軛的步驟中，第一軟磁薄膜44d沉積在絕緣襯底42的表面上，接著，形成第一薄膜磁軛44b，包括位于面對(duì)第二薄膜磁軛的前表面。更清楚地說(shuō)，第一薄膜磁軛44b具有前表面，其傾斜角θ為O，此傾斜角可由下述步驟形成。
在第一步，在絕緣襯底42的表面上形成抗反射薄膜34，如圖11A所示。此抗反射薄膜34可適合于在往后的光刻膠成型步驟中提高成型精度，此待以后再述。一般，抗反射薄膜34由如，Cr薄膜或Ti薄膜來(lái)形成。
在下一步中，光刻膠薄膜38不在第一薄膜磁軛44b形成的區(qū)域中形成，如圖11B所示。在這種情況下，希望在光刻膠薄膠38形成后應(yīng)用后烘焙，如前述的第一實(shí)例那樣。如果后烘焙工藝施加至光刻膠膜38，則在光刻膠膜38的側(cè)壁表面上形成稍微有些傾斜，這樣，暗影就不易在往后蝕刻階段中產(chǎn)生。又，如果蝕刻是在最佳條件下進(jìn)行，就有可能沿著此光刻膠薄膜38的邊界線基本上以垂直于絕緣襯底42的方向來(lái)蝕刻絕緣襯底42。
在下一步，在旋轉(zhuǎn)此絕緣襯底42同時(shí)，進(jìn)行離子束蝕刻，如圖11C所示。在此情況下，如果離子束輻射條件如絕緣襯底42的旋轉(zhuǎn)速度和此離子束輻度角都是最佳化時(shí)，則就有可能沿著光刻膠薄膜38的邊界線基本上以垂直于絕緣襯底42的方向來(lái)蝕刻絕緣襯底42。
在完成蝕刻處理后，除去留在絕緣襯底42表面上的光刻膠薄膜38(剝離)。其結(jié)果是，在絕緣襯底22的表面區(qū)域上形成一個(gè)凹槽，如圖11D所示。應(yīng)該注意，限定凹槽的側(cè)壁基本上垂直于絕緣襯底42的表面。
在下一步，第一軟磁薄膜44d沉積在絕緣襯底42的整個(gè)表面上，如圖11E所示。然后，第一保護(hù)膜30在第一軟磁薄膜44d上形成，如圖11F所示，接著，使用如機(jī)械拋光法或回蝕刻法除去第一軟磁薄膜44d的不需要部分，但沉積在凹槽內(nèi)和位于絕緣襯底42的表面下面的部分除外。結(jié)果是可取得前表面傾斜角θ基本上為O°的第一薄膜磁軛44b，如圖11G所示。附帶地講，有可能此第一保護(hù)膜30要全部除去或在除去第一軟磁薄膜44d的不需要部分時(shí)要留下部分，不予去除。
現(xiàn)在說(shuō)明形成GMR薄膜的步驟。在形成GMR薄膜的步驟中，GMR薄膜46是在第一薄膜磁軛44b的前表面上形成的。應(yīng)該注意，形成GMR薄膜46的方法基本上相等于如前所述的按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器20內(nèi)的形成GMR薄膜26的方法。
在第一步驟中，具有規(guī)定成份的GMR薄膜46按規(guī)定厚度沉積在具有第一薄膜磁軛44b形成在上面的絕緣膜42的整個(gè)表面上，如圖11H所示。然后，光刻膠薄膜38形成在第一薄膜磁軛44b的前表面和上述提及的前表面周圍表面上，如圖11I所示。又，在規(guī)定的條件下進(jìn)行離子束蝕刻，以便除去GMR薄膜46的不需要部分，如圖11J所示。在完成蝕刻后，除去殘存的光刻膠薄膜38(剝離)，以便在第一薄膜磁軛44b的前表面和上述提及的前表面周圍的表面上形成GMR薄膜46，如圖11K所示。
附帶地說(shuō)，在GMR薄膜46的橫向?qū)挾缺鹊谝槐∧ご跑?4b的前表面的橫向?qū)挾葹樾〉牡胤?，或在?shí)現(xiàn)與第一薄膜磁軛44b和第二薄膜磁軛44C兩者接觸的GMR薄膜那個(gè)部分寬度減少的地方，就有必要在GMR薄膜46兩側(cè)形成由絕緣非磁性材料組成的薄膜，或以一種覆蓋部分GMR薄膜46的表面的方式來(lái)形成此薄膜，如以前所述的本發(fā)明第一實(shí)例中那樣。
現(xiàn)敘述一下形成第二薄膜磁軛的步驟，在形成第二薄膜磁軛的步驟中，第二軟磁薄膜44e沉積在絕緣襯底22的表面上，實(shí)現(xiàn)了GMR薄膜與沉積在第一薄膜磁軛44b前表面上GMR薄膜表面上的第二薄膜磁軛46c進(jìn)行電氣接觸，這樣形成由軟磁材料組成的第二薄膜磁軛44C。為了更清楚起見(jiàn)，希望形成第二薄膜磁軛的步驟按下列進(jìn)行。
在第一步，第二軟磁薄膜44e沉積在絕緣襯底42的整個(gè)表面上，如圖11L所示。然后，一種抗蝕劑薄膜38形成在尚待不除去的第二磁性薄膜44e的那個(gè)區(qū)域，如圖11M所示。在此情況下，希望待形成的抗蝕劑薄膜38延伸至基本上達(dá)到第一薄膜磁軛44b的前表面的中央。在此情況下，GMR薄膜46的電阻的由離開(kāi)第一薄膜磁軛44b邊緣的距離來(lái)限定。
在下一步驟中，在旋轉(zhuǎn)絕緣襯底22同時(shí)，在規(guī)定條件下進(jìn)行Ar離子束蝕刻，如圖11N所示。此蝕刻一直進(jìn)行到至少第一薄膜磁軛44b與第二薄膜磁軛44c直接接觸的地方該部分除去為止。如果在這階段，蝕刻條件取得最佳化，則沿著光刻膠薄膜38邊界線對(duì)第二軟磁薄膜44e進(jìn)行斜的蝕刻，以便全部除去與第一薄膜磁軛44b直接接觸的第二軟磁薄膜44e的那部分。又，如果蝕刻條件達(dá)到最佳化，則有可能取得此圖型即，GMR薄膜46的形狀基本上相等于第二薄膜磁軛44c的頂端部分的形狀，甚至于在此情況即，當(dāng)形成的GMR薄膜46的橫向?qū)挾却笥诘诙∧ご跑?4c的頂端部分的橫向?qū)挾葧r(shí)也是如此。在完成蝕刻后，殘存的光刻膠薄膜38加以除去(剝離)，就可獲得第一薄膜磁軛44b，包括具有規(guī)定傾斜角θ的前表面，沉積有上述提及的前表面上的GMR薄膜46，和實(shí)現(xiàn)與在GMR薄膜46的表面上GMR薄膜46的電氣連接的第二薄膜磁軛44c，如圖11O所示。
又，電極48b和48c分別形成在第一薄膜磁軛44b和第二薄膜磁軛44c的邊緣部分上，接著將第二保護(hù)膜52按照相似于本發(fā)明第一實(shí)例的程序形成在絕緣襯底42的整個(gè)表面上，以致獲得按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器40。
現(xiàn)描述按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器的功能和作用。如果在絕緣襯底42的表面區(qū)域中形成一個(gè)凹槽，則有可能獲得包括其前表面與絕緣襯底42的表面相平行的第一薄膜磁軛44b，接著，將第一軟磁薄膜44d沉積在整個(gè)表面上，往后再選擇地除去此第一軟磁薄膜44d，除了于形成在絕緣襯底42中的凹槽內(nèi)的部分之外。
在下一步，GMR薄膜46沉積在第一薄膜磁軛44b的前表面上，接著，在GMR薄膜46上形成第二薄膜磁軛44c。結(jié)果是，可實(shí)現(xiàn)第二薄膜磁軛44c與在GMR薄膜46表面上的GMR薄膜46電氣接觸。
在這樣形成的薄膜磁傳感器40中，第一薄膜磁軛44b和第二薄膜磁軛44c相互置于面對(duì)面位置，在它們中間介入一空隙，通過(guò)GMR薄膜46的表面此兩磁軛相互間實(shí)現(xiàn)面接觸，不會(huì)失敗，從而穩(wěn)定此薄膜磁傳感器40的磁特性。此外，因?yàn)榭障堕L(zhǎng)度是由GMR薄膜46來(lái)限定的，可以有可能抑止從第一薄膜磁軛44b和第二薄膜磁軛44c淺漏的磁通量擴(kuò)散至大氣中。接著，此薄膜磁傳感器40對(duì)磁場(chǎng)顯示高靈敏度。
應(yīng)該注意，按照本發(fā)明第二實(shí)例的薄膜磁傳感器40中，第一薄膜磁軛44b的前表面平行于絕緣襯底42的表面，所以第一薄膜磁軛44b的前表面可以容易地形成。也有可能很方便地將GMR薄膜46形成在第一薄膜磁軛44b的前表面上。接著，就可制造具有穩(wěn)定的磁特性的薄膜磁傳感器，其費(fèi)用低，再生力高。
第三實(shí)例現(xiàn)將描述按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器。圖12的平面圖，示意性地示出按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器60的結(jié)構(gòu)。圖13是沿著圖12所示的XIII-XIII線的橫截面圖，和圖14是按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器中氣隙附近的區(qū)域以放大形式的橫截面圖。
如圖所示，薄膜磁傳感器60含有絕緣襯底60，一對(duì)第一薄膜磁軛64b和第二薄膜磁軛64c，它們位于面對(duì)面，在它們中間介入一空隙64a，形成在此空隙64a中的GMR薄膜66，可電氣連接至第一薄膜磁軛64b和第二薄膜磁軛64c。電極68b和68c分別連接到第一薄膜磁軛64b和第二薄膜磁軛64c的邊緣部分，和絕緣襯底62的最上表面覆蓋以第二保護(hù)膜72。
按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器的特點(diǎn)是，第一薄膜磁軛64b的前表面基本上垂直于絕緣襯底62的表面。換言之，此前表面形成在第一薄膜磁軛64b的垂直邊緣表面上。又，第一薄膜磁軛64b的前表面的傾斜角θ是90°即，流入角Φ是O°。
附帶地說(shuō)，絕緣襯底62，第一薄膜磁軛64b，第二薄膜磁軛64c，GMR薄膜66，電極68b和68c，第二保護(hù)膜和其他薄膜是相等于按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器20中所包括的絕緣襯底22，第一薄膜磁軛24b，第二薄膜磁軛24c，GMR薄膜26，電極28b和28c，第二保護(hù)膜32和其他薄膜，這樣，絕緣襯底62等等的描述就省略了。
現(xiàn)描述按本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器60的制造過(guò)程。
圖15A至15O是橫截面圖，組合地示出按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器的制造過(guò)程。此實(shí)例的制造過(guò)程包含第一薄膜磁軛形成步驟，GMR薄膜形成步驟，第二薄膜磁軛形成步驟，電極形成步驟和表面保護(hù)膜形成步驟等。
按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器具有特征是，第一薄膜磁軛64b的前表面的傾斜角θ是90°。此特定的薄膜磁傳感器60可以簡(jiǎn)單地通過(guò)在由以蝕刻除去沉積的絕緣襯底62上的第一軟磁薄膜64d的步驟中的蝕刻條件而加以制造。此薄膜磁傳感器60的其他方面的制造方法相等于按照本發(fā)明第一實(shí)例的薄膜磁傳感器20的制造方法。
在制造薄膜磁傳感器60中，第一步，第一軟磁薄膜64d沉積在絕緣襯底62的整個(gè)表面上，如圖15A所示。然后，在待形成第一薄膜磁軛64b原區(qū)域中形成光刻膠薄膜38，如圖15B所示。在此情況下，希望對(duì)光刻膠薄38施加后焙烘，如前述的第一實(shí)例中那樣。
在下一步，在旋轉(zhuǎn)絕緣襯底62同時(shí)，在規(guī)定的條件下進(jìn)行Ar離子束蝕刻。如果在此步驟中蝕刻條件是最佳的，則有可能沿著光刻膠膜38的邊界線對(duì)第一軟磁薄膜64d以基本上垂直于絕緣襯底62的表面的方向進(jìn)行蝕刻，如圖15C所示。在完成蝕刻后，除去殘存的光刻膠膜38(剝離)，就可得到傾斜角為90°的第一薄膜磁軛64b，如圖15D所示。
在下一步驟中，GMR薄膜沉積在絕緣襯底62的整個(gè)表面上，如圖15E所示，接著，在第一薄膜磁軛64b的前表面上即，對(duì)著以后要形成的第二薄膜磁軛的邊緣表面和上述提及的前表面附近的表面上新近形成光刻膠薄膜38，如圖15F所示。又，采用離子束蝕刻除去GMR薄膜66的不需要部分，如圖15G所示，接著，除去(剝離)殘存在光刻膠薄膜38，如圖15H所示。其結(jié)果是，在具有傾斜角90°的前表面上形成GMR薄膜66。
在下一步，光刻膠薄膜38新近形成的絕緣襯底62的表面上，除了要形成第二薄膜磁軛64c的地方以外，如圖15I所示。在這情況下，希望以此方式來(lái)形成光刻膠薄膜38，即允許第二軟磁薄膜64e在往后的步驟中也沉積在第一薄膜磁軛64b上，如前述第一實(shí)例中那樣。然后，第二軟磁薄膜64e以規(guī)定厚度沉積在絕緣襯底62的整個(gè)表面上，如圖15J所示，接著，剝離光刻膠薄膠38，如圖15K所示。
在下一步驟中，第一保護(hù)膜30沉積在絕緣襯底62的整個(gè)表面上，如圖15L所示。然后，用機(jī)械拋光法或回蝕刻法即重復(fù)形成第一保護(hù)膜30的規(guī)定次數(shù)的操作來(lái)除去第二軟磁薄膜64e的不需要部分，如圖15L所示，蝕刻第一保護(hù)膜30，如圖15M所示，除去(剝離)殘存的第一保護(hù)膜30，如圖15N所示。結(jié)果是，取得與在GMR薄膜66表面上的GMR薄膜進(jìn)行電氣連接的第二薄膜磁軛64c。
進(jìn)一步，電極68b和68c分別形成在第一薄膜磁軛64b第二薄膜磁軛64c的邊緣部分(電極形成步驟)，接著，按照相等于前述的本發(fā)明第一實(shí)例中使用的程序?qū)⒌诙Ｗo(hù)膜72形成在絕緣襯底62(表面保護(hù)膜形成步驟)的整個(gè)表面上，從而取得按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器60。
現(xiàn)在描述一下按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器的功能和作用。
如果第一軟磁薄膜64d沉積在絕緣襯底62的表面上，有可能取得其前表面的傾斜角為90°的第一薄膜磁軛64b，接著，在規(guī)定的條件下除去第一軟磁薄膜64d的不需要部分。在第一薄膜磁軛64b形成后，GMR薄膜66沉積在第一薄膜磁軛64b的前表面上，接著，進(jìn)一步沉積第二薄膜磁軛64c。其結(jié)果是，第二薄膜磁軛64c電氣連接至GMR薄膜66表面上GMR薄膜66。
在這樣形成的薄膜磁傳感器60中，在第一薄膜磁軛64b和第二薄膜磁軛64c之間可取得面接觸，而不會(huì)失敗，此二個(gè)磁軛位置是面對(duì)面的，在它們中間介入一空隙64a。更清楚地說(shuō)，上述提及的面接觸是通過(guò)GMR薄膜66的表面而取得的。作為結(jié)果，薄膜磁傳感器60的磁特性可得到穩(wěn)定。此外，因空隙長(zhǎng)度是由GMR薄膜66的厚度來(lái)限定的，就有可能抑止從第一薄膜磁軛64b和第二薄膜磁軛64c的磁通量淺漏到大氣的擴(kuò)散。接著，薄膜磁傳感器60對(duì)磁場(chǎng)具有高靈敏度。還應(yīng)注意的是，因?yàn)镚MR薄膜66在垂直于硫通量流動(dòng)方向的方向中延伸，所以就可能有效地抑止從第一薄膜磁軛64b和第二薄膜磁軛64c的磁通量淺漏至大氣的擴(kuò)散，從而使薄膜磁傳感器60對(duì)磁場(chǎng)具有較高靈敏度。
例子(例子1)按照本發(fā)明第1實(shí)例的薄膜磁傳感器20，其結(jié)構(gòu)如圖4至6所示，并通過(guò)示于圖7A至圖7V的制造過(guò)程來(lái)制造的。附帶地講，使用一種無(wú)堿玻璃基片作為絕緣襯底22。具有成份為FeCo-MgF2的金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料用于形成GMR薄膜26。又，一種CoFeSiB非晶材料用于形成各個(gè)第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c。第一薄膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c各自具有厚度為1.0μm，在第一膜磁軛24b和第二薄膜磁軛24c之間的氣隙長(zhǎng)度即，GMR薄膜26的厚度是0.2μm。附帶說(shuō)說(shuō)，為薄膜磁傳感器20制備5個(gè)試樣即，試樣NO.1至NO.5。
(例子2)按照本發(fā)明第2實(shí)例的薄膜磁傳感器40，其結(jié)構(gòu)如圖8-10所示，并由示于圖11A-11O的制造過(guò)程所制造。附帶地講，例子2的條件相等于例子1的條件，除了氣隙長(zhǎng)度設(shè)定為0.25μm除外，為了薄膜磁傳感器40制備2個(gè)試樣，試樣No.6和No.7。
(例子3)按照本發(fā)明第三實(shí)例的薄膜磁傳感器60，其結(jié)構(gòu)示于圖12-14，并由示于圖15A至15O的制造過(guò)程來(lái)制造。附帶地講，例子3的條件相等于例子1的條件，除了氣隙長(zhǎng)度設(shè)定為0.12至0.15μm，為薄膜磁傳感器60制備3個(gè)試樣即，試樣No.8-No.10。
(比較性例1)其結(jié)構(gòu)圖1至圖3所示的薄膜磁傳感器10由下列方法制造。具體地說(shuō)，由CoFeSiB非晶體材料組成的軟磁薄膜以厚度為1.0μm沉積在由無(wú)堿玻璃基片形成的絕緣襯底12上。然后，此軟磁薄膜經(jīng)過(guò)蝕刻，從而形成位置成面對(duì)面的兩個(gè)薄膜磁軛14，在它們中間介入一空隙長(zhǎng)度為2.0μm的空隙(槽)14a。
在下一步驟中，由具有FeCo-MgF2成份的金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料組成的GMR薄膜16(厚度為0.5μm)沉積在氣隙14a的底壁和側(cè)壁上，采用形成的掩模來(lái)覆蓋絕緣襯底12的表面，氣隙14a區(qū)域除外。又，電極18和18形成在薄膜磁軛14的邊緣部分，接著，進(jìn)一步形成保護(hù)膜19，其方式是覆蓋薄膜磁軛14和GMR薄膜16的上表面，從而取得薄膜磁傳感器10。附帶說(shuō)說(shuō)，為比較性例子1的薄膜磁傳感器10制備5個(gè)試樣，試樣No.11-No.15。
就例子1至3和比較性例子1所得到的薄膜磁傳感器，在5Oe條件下來(lái)測(cè)量MR比(％)。
表1示出此結(jié)果。
表1

如表1所示，人們以現(xiàn)比較性例子1的薄膜磁傳感器(試樣號(hào)No.11至15)的MR比具有小的絕對(duì)值，MR比的絕對(duì)值的不一致性是大的(1.0至4.0％)。另一方面，人們發(fā)現(xiàn)本發(fā)明例子1，2和3的薄膜磁傳感器的MR比具有大的絕對(duì)值。更清楚地說(shuō)，例子1，2和3的MR比的絕對(duì)值分別為8.6-9.5％；5.5-6.0％和9.8-11.0％，這要比起比較性例子1的MR比要大得多。此外，并已確認(rèn)，本發(fā)明制造方法允許穩(wěn)定地制造具有大的MR比的薄膜磁傳感器。
本發(fā)明不限于上述所有的實(shí)例，且在本發(fā)明技術(shù)范圍內(nèi)可獲得各種改進(jìn)。
例如，包含GMR薄膜和配置在此GMR薄膜兩側(cè)的薄膜磁軛的器件特別適用為磁傳感器。然而，本發(fā)明的器件的應(yīng)用不限于只作為磁傳感器應(yīng)用。也有可能應(yīng)用本發(fā)明器件作為如，磁存儲(chǔ)器或磁頭。
同時(shí)，為了抑止從薄膜磁軛淺漏的磁通量向大氣中擴(kuò)散，希望流入角Φ不大于90°。然而，流入角Φ有可能大于90°。在此情況下，磁通量至大氣中的擴(kuò)散就增加，這樣，與流入角Φ不大于90°的情況相比，前者對(duì)其磁場(chǎng)的靈敏度就有些降低。然而，因空隙長(zhǎng)度在本發(fā)明中是由GMR薄膜厚度所限定的，這就有可能明顯地減少空隙長(zhǎng)度。接著，與一般薄膜磁傳感器相比，此磁通量可有效地作用于GMR薄膜，因而可能獲得對(duì)磁場(chǎng)的高靈敏度。
還應(yīng)注意到，通過(guò)改變適宜的制造條件如，絕緣襯底的蝕刻條件，沉積在絕緣襯底表面上的軟磁薄膜的厚度和軟磁薄膜的蝕刻條件等，就可得到其流入角Φ超過(guò)90°的第一薄膜磁軛的前表面。
上述實(shí)例企圖簡(jiǎn)單地說(shuō)清楚本發(fā)明的技術(shù)范圍。當(dāng)然，本發(fā)明在解釋本發(fā)明的技術(shù)范圍中不應(yīng)限于這些實(shí)例。在本發(fā)明的精神內(nèi)和有附設(shè)的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明可以各種改進(jìn)的方式作些工作。
權(quán)利要求
1.一種薄膜磁傳感器，包含一對(duì)各自由軟磁材料形成的第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛，此第一和第二薄膜磁軛的放置位置是相互面對(duì)面，在它們中間介入一空隙；具有電阻率高于軟磁材料的電阻率，且在空隙中形成的GMR薄膜，以便電氣連接至第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛；和由絕緣的非磁性材料組成且作用是支持第一薄膜磁軛，第二薄膜磁軛和GMR薄膜的絕緣襯底；其中GMR薄膜形成在位于面對(duì)第二薄膜磁軛的第一薄膜磁軛的前表面上，和空隙長(zhǎng)度由位于面對(duì)第二薄膜磁軛的第一薄膜磁軛的前表面上的GMR薄膜的厚度所限定。
2.按照權(quán)利要求1的薄膜磁傳感器，其特征在于，第一薄膜磁軛的前表面和襯底的表面之間所作的角度處在0°至90°之間的范圍。
3.按照權(quán)利要求1的薄膜磁傳感器，其特征在于，GMR薄膜是由一種金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶位材料組成。
4.一種薄膜磁傳感器，包含一對(duì)分別由軟磁材料組成的第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛，此第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛放置的位置是相互面對(duì)面，在它們中間介入一空隙；其電阻率高于軟磁材料的電阻率的，并在空隙中形成的GMR薄膜，以便可電氣連接至第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛；由絕緣的非磁性材料組成且作用是支持第一薄膜磁軛，第二薄膜磁軛和GMR薄膜的絕緣襯底；此薄膜磁傳感器由下列步驟取得(a)在絕緣襯底表面上形成由軟磁材料組成的第一薄膜磁軛和包括位于面對(duì)第二薄膜磁軛的前表面；(b)在第一薄膜磁軛的前表面上沉積GMR薄膜，其方式是允許GMR薄膜電氣連接至第一薄膜磁軛；和(c)在絕緣襯底的表面上形成由軟磁材料組成的第二薄膜磁軛，其方式是允許第二薄膜磁軛電氣連接至GMR薄膜表面上的GMR薄膜。
5.按照權(quán)利要求4的薄膜磁傳感器，其特征在于，在面對(duì)第二薄膜磁軛的第一薄膜磁軛的前表面和此襯底表面之間所作出的角處在0°和90°的范圍內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求4的薄膜磁傳感器，其特征在于，此GMR薄膜是由一種金屬一絕緣體系統(tǒng)納米晶粒材料所組成。
7.一種制造薄膜磁傳感器的方法，包含下列步驟在由絕緣的非磁性材料組成的絕緣襯底上形成由軟磁材料組成的第一薄膜磁軛，此磁軛具有位于面對(duì)往后要形成的第二薄膜磁軛的前表面；在第一薄膜磁軛的前表面上沉積其電阻率高于軟磁材料電阻率的GMR薄膜，其方式是允許GMR薄膜電氣連接至第一薄膜磁軛；和在絕緣襯底的表面上形成由軟磁材料組成的第二薄膜磁軛，其方式是允許此第二薄膜磁軛電氣連接至GMR薄膜表面上的GMR薄膜。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于，第一薄膜磁軛如此形成的即，面對(duì)第二薄膜磁軛的第一薄膜薄膜磁軛的前表面和絕緣襯底的表面之間所作出的角處于0°和90°之間的范圍。
9.按照權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包含在第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛的邊緣部分形成電極的步驟。
10.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于，第一薄膜磁軛通過(guò)將由軟磁材料組成的第一薄膜沉積在絕緣襯底的表面上而形成，接著形成位于面對(duì)第二薄膜磁軛的前表面。
11.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于，通過(guò)把由軟磁材料組成的第二薄膜磁軛沉積在絕緣襯底的表面上形成第二薄膜磁軛，其方式是允許GMR薄膜和第二薄膜磁軛在沉積在面對(duì)第二薄膜磁軛的第一薄膜磁軛的前表面上的GMR薄膜的表面上相互進(jìn)行電氣連接。
全文摘要
一種薄膜磁傳感器包含一對(duì)各自由輪磁材料組成的第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛，第一和第二薄膜磁軛設(shè)置為相互面對(duì)面，在它們中間介入一空隙；具有電阻率高于軟磁材為電阻率的和形成于空隙中的GMR薄膜，以便電氣連接至第一薄膜磁軛和第二薄膜磁軛；和由絕緣的非磁性材料組成的和作用是支持第一薄膜磁軛，第二薄膜磁軛和GMR薄膜的絕緣襯底。GMR薄膜在位于面對(duì)第二薄膜磁軛的第一薄膜磁軛的前表面上形成，和空隙長(zhǎng)度由位于第一薄膜磁軛前表面上的GMR薄膜厚度所限定。
文檔編號(hào)G01R33/09GK1573349SQ200410047490
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者小林伸圣, 白川究, 金田安司 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人電氣磁氣材料研究所, 大同特殊鋼株式會(huì)社