具有包括两个自由层的一个TMR叠堆的磁传感器阵列制造技术

本公开整体涉及包括TMR传感器的惠斯通电桥阵列及其制造方法。在该惠斯通电桥阵列中，存在四个不同的TMR传感器。这些TMR传感器全部同时制造，以产生具有合成反铁磁自由层作为顶层的四个相同的TMR传感器。这些合成反铁磁自由层包括第一磁性层、间隔层和第二磁性层。在形成该四个相同的TMR传感器之后，从两个TMR传感器移除该间隔层和该第二磁性层。在移除该间隔层和该第二磁性层之后，在现在暴露的该第一磁性层上形成新的磁性层，使得该新的磁性层具有与该间隔层和该第二磁性层的组合基本上相同的厚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有包括两个自由层的一个TMR叠堆的磁传感器阵列相关申请的交叉引用本申请要求2019年12月30日提交的美国申请16/730,746的优先权，该申请要求2019年8月23日提交的美国临时专利申请序列号62/891,153的优先权和权益，这两个专利申请据此以引用方式并入本文。
技术介绍

本公开的实施方案整体涉及惠斯通电桥阵列及其制造方法。相关领域的描述惠斯通电桥是用于通过平衡电桥电路的两个支路来测量未知电阻的电路，其中一个支路包含未知部件。与简单的分压器相比，惠斯通电路提供了极其准确的测量结果。惠斯通电桥包括多个电阻器，尤其是最近包括磁性材料诸如磁传感器。磁传感器可包括霍尔效应磁传感器、各向异性磁阻传感器(AMR)、巨磁阻(GMR)传感器和隧道磁阻(TMR)传感器。与其他磁传感器相比，TMR传感器具有非常高的灵敏度。TMR传感器的可靠性和性能确定了磁阻响应。各种因素影响TMR传感器的可靠性和性能，这些因素诸如TMR传感器的材料，并且更重要的是，制造TMR传感器的方法。例如，虽然可使用完全相同的材料制造两个不同的TMR传感器，但是由于不同的制造工艺，TMR传感器将具有不同的可靠性和性能。因此，本领域需要实现良好可靠性和性能的TMR传感器及其制造方法。
技术实现思路
本公开整体涉及包括TMR传感器的惠斯通电桥阵列及其制造方法。在该惠斯通电桥阵列中，存在四个不同的TMR传感器。这些TMR传感器全部同时制造，以产生具有合成反铁磁自由层作为顶层的四个相同的TMR传感器。这些合成反铁磁自由层包括第一磁性层、间隔层和第二磁性层。在形成该四个相同的TMR传感器之后，从两个TMR传感器移除该间隔层和该第二磁性层。在移除该间隔层和该第二磁性层之后，在现在暴露的该第一磁性层上形成新的磁性层，使得该新的磁性层具有与该间隔层和该第二磁性层的组合基本上相同的厚度。在一个实施方案中，TMR传感器装置包括：第一TMR传感器；和第二TMR传感器，其中该第二TMR传感器包括被设置成彼此接触的两个不同的磁性层。在另一个实施方案中，TMR传感器装置包括：第一TMR传感器，其中该第一TMR传感器包括自由层；和第二TMR传感器，其中该第二TMR传感器包括与第一TMR传感器自由层不同的自由层。在另一个实施方案中，制造TMR传感器装置的方法包括：制造第一TMR传感器和第二TMR传感器；从第二TMR传感器移除第一层；从第二TMR传感器移除第二层以暴露自由磁性层；在暴露的自由磁性层上沉积磁性层。附图说明因此，通过参考实施方案，可以获得详细理解本公开的上述特征的方式、本公开的更具体描述、上述简要概述，所述实施方案中的一些在附图中示出。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方案并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同等有效的实施方案。图1是惠斯通电桥阵列设计的示意图。图2A至图2K是处于各个制造阶段的两个TMR传感器的示意图。图3为示出图2A至图2K制造TMR传感器的方法的流程图。图4是示出图2K的TMR传感器的模拟结果的曲线图。为了有助于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来表示附图中共有的相同元件。可以设想是，在一个实施方案中公开的元件可以有利地用于其他实施方案而无需具体叙述。具体实施方式在下文中，参考本公开的实施方案。然而，应当理解的是，本公开不限于具体描述的实施方案。相反，思考以下特征和元件的任何组合(无论是否与不同实施方案相关)以实现和实践本公开。此外，尽管本公开的实施方案可以实现优于其他可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是否通过给定实施方案来实现特定优点不是对本公开的限制。因此，以下方面、特征、实施方案和优点仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。同样地，对“本公开”的引用不应当被解释为本文公开的任何专利技术主题的概括，并且不应当被认为是所附权利要求书的要素或限制，除非在权利要求书中明确地叙述。本公开整体涉及包括TMR传感器的惠斯通电桥阵列及其制造方法。在该惠斯通电桥阵列中，存在四个不同的TMR传感器。这些TMR传感器全部同时制造，以产生具有合成反铁磁自由层作为顶层的四个相同的TMR传感器。这些合成反铁磁自由层包括第一磁性层、间隔层和第二磁性层。在形成该四个相同的TMR传感器之后，从两个TMR传感器移除该间隔层和该第二磁性层。在移除该间隔层和该第二磁性层之后，在现在暴露的该第一磁性层上形成新的磁性层，使得该新的磁性层具有与该间隔层和该第二磁性层的组合基本上相同的厚度。图1是惠斯通电桥阵列100设计的示意图。阵列100包括偏置源102、第一电阻器104、第二电阻器106、第三电阻器108、第四电阻器110、第一传感器输出焊盘112、第二传感器输出焊盘114和接地连接件116。从偏置源102到接地连接件116跨阵列施加偏置电压。第一传感器输出焊盘112和第二传感器输出焊盘114感测所施加电压的输出。来自电阻器104、106、108、110的任何温度变化均可被抵消。如本文所讨论，电阻器104、106、108、110各自包括TMR传感器。在一个实施方案中，TMR传感器各自是独特且不同的，使得电阻器104、106、108、110具有不同电阻。在另一个实施方案中，TMR传感器相同，但是电阻器104、106、108、110不同。在又一个实施方案中，电阻器104、110彼此相同(因为包括电阻器104、110的TMR传感器彼此相同)，并且电阻器106、108彼此相同(因为包括电阻器106、108的TMR传感器彼此相同)但与电阻器104、110不同。对于阵列100中的TMR传感器，阵列100的RA为约100欧姆/平方微米。典型的磁场传感器在惠斯通电桥电路中使用MR(磁阻)装置。该传感器需要MR装置在电桥中不同地变化。如本文所讨论，制造磁场传感器的新方法是在同一层中制造两个不同的TMR膜。TMR膜的可靠性和性能确定磁阻响应。这样，结合不同TMR膜特征，可制造用于磁场传感器的完美惠斯通电桥设计。关于图1，如果包括电阻器104、106、108、110的TMR传感器的自由层具有与钉扎层磁化方向成+45°或-45°的长轴，则由于形状各向异性，自由层易磁化轴被限制为沿着长轴，并且磁化方向可以如简图所示通过来自设置线电流的安培场设置，尤其是在于自由层顶部上存在正交于自由层长轴的设置线的情形下。当沿着Y轴施加磁场时，电阻器110和104随场增大而增大，而电阻器106、108随场增大而减小。这种不同的响应实现惠斯通电桥，并且传感器灵敏度与输出电压成比例，该输出电压与电阻器110(或电阻器104)和电阻器106(或电阻器108)之间的差值成比例。然而，在使用中，由于45°自由层或钉扎层初始状态，仅一半的磁阻变化被使用。如果自由层到钉扎层初始状态可为90°并且仍然具有两种不同的磁阻变化，则传感器灵敏度可增加两倍。如果自由层和钉扎本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道磁阻(TMR)传感器装置，包括：/n第一TMR传感器；和/n第二TMR传感器，其中所述第二TMR传感器包括被设置成彼此接触的两个不同的磁性层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190823 US 62/891,153;20191230 US 16/730,7461.一种隧道磁阻(TMR)传感器装置，包括：
第一TMR传感器；和
第二TMR传感器，其中所述第二TMR传感器包括被设置成彼此接触的两个不同的磁性层。


2.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，其中所述第一TMR传感器具有磁性材料顶层和与所述顶层接触的层，其中所述第二TMR传感器包括磁性材料顶层，所述磁性材料顶层的厚度基本上等于所述第一TMR传感器的所述磁性材料顶层和与所述第一TMR传感器的所述磁性材料顶层接触的所述层的厚度。


3.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，其中所述第一TMR传感器具有第一自由磁性层、设置在所述第一自由磁性层上的间隔层和设置在所述间隔层上的第二自由磁性层，其中所述第一自由磁性层和所述第二自由磁性层反平行地磁性耦合。


4.根据权利要求3所述的TMR传感器装置，其中所述第二TMR传感器包括第一自由磁性层和设置在所述第一自由磁性层上的第二自由磁性层，其中所述第一自由磁性层和所述第二自由磁性层平行地磁性耦合。


5.根据权利要求4所述的TMR传感器装置，其中所述第二TMR传感器的所述第二自由磁性层比所述第二TMR传感器的所述第一自由磁性层厚。


6.根据权利要求1所述的TMR传感器装置，还包括：
第三TMR传感器；和
第四TMR传感器，其中所述第一TMR传感器和所述第三TMR传感器基本上相同。


7.根据权利要求6所述的TMR传感器装置，其中所述第四TMR传感器和所述第二TMR传感器基本上相同。


8.一种TMR传感器装置，包括：
第一隧道磁阻(TMR)传感器，其中所述第一TMR传感器包括自由层；和
第二TMR传感器，其中所述第二TMR传感器包括与...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑元凯，C·凯撒，刁治涛，胡志清，钱震中，王勇鸿，毛明，姜明，
申请(专利权)人：西部数据技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US