洛倫茲磁致電阻傳感器及製造方法

2023-12-02 00:08:56 2

專利名稱：洛倫茲磁致電阻傳感器及製造方法
技術領域：
本發明總體上涉及利用洛倫茲力的磁阻傳感器(magnetoresistive sensor), 這種磁阻傳感器因而會表現出苛賓諾效應(Corbino effect)、霍爾效應(Hall effect)或兩者的組合(通稱為洛倫茲磁致電阻器)，且尤其涉及用於增大磁記 錄系統的數據存儲密度和數據率的異常磁阻(EMR)傳感器。
背景技術：
計算機長期存儲器的核心是被稱為磁碟驅動器的組件。該磁碟驅動器包
括旋轉的磁碟、通過鄰近旋轉磁碟表面的懸臂懸掛的讀寫磁頭、轉動懸臂以 將讀和寫頭置於旋轉;茲盤上選定圓形磁軌上方的致動器。該讀和寫頭直接位
於具有氣墊面(ABS)的滑塊上。當磁碟不旋轉時，懸臂將滑塊偏置成與磁 盤表面接觸，當磁碟旋轉時，旋轉的磁碟使空氣旋動。當滑塊浮在氣墊(air bearing)上時，採用讀和寫頭向旋轉盤寫入磁印及從旋轉盤讀取磁印 (magnetic impression)。讀和寫頭連接到處理電路，處理電路根據電腦程式 工作以實現寫和讀功能。
寫磁頭包括嵌入在第一、第二和第三絕緣層(絕緣堆疊)中的線圏層， 絕緣堆疊夾在第一和第二極片(pole piece)層之間。在第一和第二極片層之間 由寫磁頭氣墊面(ABS)處的間隙層形成間隙，極片層在後間隙處相連。傳 導到線圈層的電流在極片中感應磁通，使得磁場在ABS的寫間隙處彌散出 來，以在移動介質上的磁軌中寫入前述磁印，例如在前述旋轉盤上的圓形磁 道中。
在最近的讀磁頭設計中，已經使用自旋閥傳感器(也稱為巨磁致電阻 (GMR)傳感器)來感測來自旋轉磁碟的磁場。該傳感器包括夾在第一和第 二鐵磁層(以下筒稱被釘扎層和自由層)之間的非磁性導電層(以下簡稱間 隔層)。第一和第二引線連接到自旋閥傳感器，以通過其傳導感測電流。被 釘扎層的^f茲化方向通常垂直於氣墊面(ABS)，自由層的^f茲矩取向通常平行 於ABS但可以響應於外部;茲場自由旋轉。被釘扎層的磁化通常通過與反鐵
磁層的交換耦合而被釘扎。
間隔層的厚度被選擇成小於通過傳感器的傳導電子的平均自由程。利用 這種布置，傳導電子的一部分被間隔層與被釘扎層和自由層每者的界面散 射。當被釘扎層和自由層的磁化彼此平行時，散射最小，當被釘扎層和自由
層的;茲化反平行時，散射最大。散射的變化與cose成比例地改變自旋閥傳 感器的電阻，其中e為被釘扎層和自由層磁化之間的角度。在讀取模式中， 自旋閥傳感器的電阻與來自旋轉的盤的磁場的幅度成比例地改變。當通過自 旋閥傳感器傳導感測電流時，電阻變化導致電勢變化，其被檢測並處理為回 讀信號。
然而，對持續增大數據率和數據容量的驅動力已經使研究人員尋找能夠 在減小的磁軌寬度上具有更大靈敏度的新型磁阻傳感器。被稱為洛倫茲磁致 電阻器的一類重要的電勢磁阻傳感器、 磁記錄傳感器和掃描傳感器依賴於磁 場中帶電載體運動導致的洛倫茲力。 一種這樣的裝置被稱為霍爾傳感器。另
一種是被稱為異常磁致電阻傳感器(EMR)的傳感器。這些傳感器的優點在 於，傳感器的有源區是由非磁性半導體材料構成的，不受巨磁致電阻傳感器 (GMR)和隧道閥中存在的磁噪聲問題影響，後兩者在它們的有源區中都使 用了磁性膜。
EMR傳感器包括與有源區 一側接觸的 一對電壓引線和一對電流引線以 及與有源區另一側接觸的導電旁路(shunt)。在未施加磁場的情況下，經過電 流引線的感測電流進入半導體有源區中並通過旁路被分流。當存在外加磁場 時，電流被從旁路偏離，並主要通過半導體有源區。跨越電壓引線檢測因外 加磁場導致的電阻變化。EMR在T.Zhou等人的"Extraordinary magnetoresistance in externally shunted van der Pauw plates" ( Appl. Phys. Lett.， Vol.78， No. 5, 2001年1月29日，667-669頁) 一文中有介紹。
然而，即使這種EMR裝置具有優點，對於提高可以存儲在裝置中以及 從裝置讀取的磁性信息的數據率和數據密度而言，仍然有不斷緊迫的需求。 隨著這些EMR器件和其他洛倫茲磁致電阻器不斷變小，製作必需的極小引 線和極小引 線間隔的能力受到當前光刻4支術分辨極限的限制。
因此，非常需要這樣一種傳感器設計和製造方法，其允許以超出當前可 用光刻工藝分辨極限的非常小的尺寸來構造這種傳感器。這種結構和/或方法 會優選允許以極小的引線間隔來製造這種器件的引線，以便能讀取非常短的
磁位。

發明內容
本發明提供了 一種具有極小引線寬度和引線間隔的洛倫茲磁致電阻
(LMR )傳感器(本領域的技術人員還稱為異常磁致電阻傳感器或(EMR))。 該傳感器可以通過新型製造方法製造，該方法允許以如下方式澱積引線，即 引線寬度和引線間的間隔由引線層和引線之間的電絕緣間隔層的澱積厚度 決定，而不是由光刻決定。因為引線厚度和引線間隔不是由光刻決定的，所 以引線厚度和引線間隔不受光刻分辨極限的限制。
因此，引線可以被形成為在與要感測的》茲場的方向(例如平行於ABS 平面)垂直的方向上澱積的層，使得引線層是沿著垂直於ABS的平面形成 的。類似地，引線之間的電絕緣間隔層也可以被形成為在與要感測的磁場的 方向垂直的平面中澱積的層，使得絕緣層沿著也垂直於ABS平面的平面形 成。
在本發明一個可能實施例中，傳感器的磁有源部分可以被構造成一層諸 如Si的半導體。本發明的實施例便於沿平行於ABS的方向澱積EMR傳感 器的磁有源部分，由此便於沿該相同方向澱積引線和間隔層。
在根據本發明實施例製造傳感器的一種可能方法中，可以在非磁性電絕 緣邱於底材料中形成溝槽。然後可以向溝槽中澱積一系列引線和間隔層。然後， 可以去除那些引線和間隔層的一部分，並可以澱積i者如半導體的材料，以形 成與引線和間隔層相鄰的磁有源結構。可以執行另 一材料去除和再填充過程 以形成與》茲有源結構相鄰並與引線和間隔層相對的旁路結構。
在本發明的另 一可能實施例中，可以通過一 系列連續的填充和蝕刻步驟 形成引線和》茲有源部分，使得一部分》茲有源結構是在澱積一個或多個引線和 絕緣層中的每個之後澱積的。
在本發明的第三可能實施例中，首先向襯底上澱積引線和絕緣層。隨後 是蝕刻工藝，以去除引線和間隔層的一部分，並可以澱積諸如半導體的材料， 以形成與引線和間隔層相鄰的》茲有源結構。然後可以4丸行另 一材料去除和再
通過結合附圖閱讀優選實施例的以下詳細描述將明了本發明的這些和 其他特徵和優點，在所有附圖中，類似的附圖標記表示類似的元件。


為了更完整地理解本發明的本質和優點以及優選的使用模式，應當結合 附圖閱讀以下詳細說明，附圖不是按比例繪製的。
圖l是其中可以實施本發明的磁碟驅動系統的示意圖； 圖2為示出了滑塊上的磁頭位置的滑塊的ABS視圖； 圖3是根據現有技術的EMR器件的示意性等距視圖； 圖4是從圖3的線4-4截取的截面圖； 圖5為根據本發明實施例的EMR器件的示意性等距視圖； 圖6-13為示出了4艮據本發明實施例的製造EMR傳感器的方法的截面 圖；以及
圖14-28為示出了根據本發明實施例的製造EMR傳感器的方法的截面圖。
具體實施例方式
以下描述是為了實施本發明而當前構思的最佳實施例。給出該描述是為 了例示本發明的一般原理，並不是要限制在此主張的發明構思。
現在參考圖1，圖1示出了可以實現本發明的,茲盤驅動器100。如圖1 所示，至少一個可旋轉磁碟112被支撐在主軸114上並由磁碟驅動器馬達118 旋轉。每個盤上的磁記錄是磁碟112上的同心數據磁軌(未示出)的環形圖 案的形式。
至少一個滑塊113位於磁碟112附近，每個滑塊113支撐一個或多個磁 頭組件121。在i茲盤旋轉時，滑塊113沿徑向在盤面122上進出移動，使得 磁頭組件121可以訪問寫有所需數據的磁碟的不同磁軌。每個滑塊113都通 過懸臂115附著於致動器臂119上。懸臂115提供輕微的彈力，將滑塊113 偏置向盤面122。每個致動器臂119都附著於致動器裝置127。如圖1所示 的致動器裝置127可以是音圏電機(VCM)。 VCM包括可以在固定磁場中 活動的線圈，線圏運動的方向和速度受到由控制單元129提供的電機電流信 號控制。
在》茲盤存儲系統工作期間，；茲盤112的轉動在滑塊113和盤面122之間 產生氣墊，其對滑塊施加向上的力或升力。於是在正常運行期間，氣墊平衡
懸臂115的輕微彈性力並支撐滑塊113離開盤面，稍微位於盤面上方一小的 基本恆定的間距。
在運行期間，由控制單元129產生的控制信號，例如存取控制信號和內 部時鐘信號，來控制^茲盤存儲系統的各組件。典型地，控制單元129包括邏 輯控制電路、存儲裝置和微處理器。控制單元129產生控制信號以控制各種 系統運行，例如線路123上的驅動馬達控制信號和線路128上的磁頭定位和 尋道控制信號。線路128上的控制信號提供期望的電流曲線，以最佳方式移 動滑塊113並將其定位到盤112上的所需數據^磁軌。通過記錄通道125向和 從讀和寫頭121傳送寫和讀信號。
參考圖2，可以更詳細地看出滑塊113中磁頭121的取向。圖2為滑塊 113的ABS^見圖，可以看出，包括感應寫磁頭和讀傳感器的》茲頭位於滑塊的 後緣上。以上對典型磁碟存儲系統的描述和所附的圖l僅僅是為了說明的目 的。顯然，f茲盤存儲系統可以包含大量的磁碟和致動器，且每個致動器可以 支撐若干滑塊。
現在參考圖3,其示出了用在磁頭121 (圖2)中的現有技術的異常磁致 電阻傳感器(EMR) 300。 EMR傳感器300可以包括結構302,該結構是形 成於諸如GaAs的半導體襯底304上的III-V族異質結構。然而，本發明所 述的EMR傳感器不限於m-V族半導體材料。例如，其也可以基於矽或鍺而 形成。此外，本發明不限於III-V族異質結構，其也可以由III-V族半導體薄 膜形成。異質結構302包括具有第一帶隙的半導體材料構成的第一層306、 形成於第一層306上且具有小於第一層306的帶隙的笫二帶隙的半導體材料 構成的第二層308以及形成於第二層308頂上且具有大於第二帶隙的第三帶 隙的半導體材料構成的第三半導電層310。第一和第三層306、 310中的材料 可以相似或相同。由於不同材料的不同帶隙，第一、第二和第三半導體材料 生成了能量勢阱(量子阱)。於是，可以將載流子約束在層308之內，在傳 感器300中將層308視為EMR有源膜。也將這稱為量子阱或二維電子氣 (2DEG)層。
第一層306通常形成於可以是一層或多層的緩衝層312頂上。緩衝層312 包括若干周期的超晶格結構，用於防止襯底中的雜質遷移到功能層306、 308、 310中。此外，選擇緩沖層312以調和襯底304和異質結構302的功能層的 一般不同的晶格常數，從而充當襯底和功能層之間的應力釋放層。
將一個或多個摻雜層併入第一層306、第三層310或兩層306和310中 的半導體材料中，並與第二和第三半導體材料的邊界間隔開。摻雜層向量子
阱提供電子(如果是n摻雜的)或空穴(如果是p摻雜的)。電子或空穴分 別以二維電子氣或空穴氣的形式集中在量子阱中。對於AlSb/InAs/AlSb異質 結構而言，摻雜層不是必需的，其中電子源於AlSb層中的深施主以及AlSb 和InAs量子阱之間界面處的狀態。
層306、 308 、 310可以是生長在半絕緣GaAs襯底304上的 Alo.o9lno,wSb/InSb/Alo.o9lno.wSb異質結，其間有緩沖層312。層306、 308、 310 也可以是AlSb/InAs/AlSb。 InSb、 GaAs和InAs是窄帶隙的半導體。窄帶隙 半導體通常具有高電子遷移率，因為有效電子質量得到很大降低。例如，InSb 和InAs的室溫電子遷移率分別為70000cm2/Vs和35000cm2/Vs。
形成於緩衝層312上的底部Ala9Ino.91Sb層306厚度在大約1-3微米的 範圍內，頂部Al0.09Ina91Sb層310厚度在大約10到lOOOnm的範圍內，典型 的為50nm。併入層306、 310中的摻雜層具有從單個分子層(5摻雜層)直 到lOnm的厚度。摻雜層與第一和第二或第二和第三半導體材料的 InSb/Al,Ino,wSb邊界間隔10-300埃的距離。優選n摻雜，因為電子通常比 空穴具有更高的遷移率。典型的n型摻雜劑為濃度在l到1019/0113範圍內的 矽。對於AlSb/InAs/AlSb量子阱而言，也能夠用5摻雜提高InAs量子阱中 的電子密度。通常通過在AlSb層之內插入少許Te單分子層來實現這點。異 質結構302的澱積工藝優選為分子束外延，不過也可以使用其他外延生長方 法。
在異質結構302上形成帽蓋層314以保護器件不受腐蝕。帽蓋層314由 絕緣材料形成，例如鋁或矽的氧化物或氮化物(例如八1203、 Si3N4)或非腐 蝕性半絕緣半導體。層312、 306、 308、 310、 314—起形成可稱為臺式(mesa) 結構315的結構。
在EMR結構302的一側上構圖兩個電流引線316、318和兩個電壓引線 320、 322，使它們與量子阱電接觸。在EMR結構302的與電流引線和電壓 引線相反的一側上構圖金屬旁路324，使其與量子阱電接觸。外加磁場H(圖 4)，即要感測的磁場通常與EMR結構302中的層的平面垂直地取向。引線 通常包括擴散到器件中的金屬接觸，例如Au、 AuGe或Ge。對於基於Si的 EMR器件而言，引線和旁路材料優選為Si的金屬合金(例如TiSi2)或高度
n型摻雜的區域。通常在澱積帽蓋層314之後形成引線，有時在去除一些帽 蓋層材料之後形成引線。
圖4為通過有源膜308的截面的EMR傳感器3G0的頂視圖，將示出傳 感器的基本操作。在未施加磁場的情況下，經過電流引線316、 318的感測 電流進入半導體有源膜308中並通過線402所示的旁路324被分流。如圖4 中尾部進入紙面內的箭頭所示，當存在具有垂直於EMR結構302中的層的 平面的分量的外加磁場H時，電流被從旁路324偏離，並主要通過半導體有 源膜308，如線404所示。跨越電壓引線320、 322檢測到因外加磁場導致的 電阻變化。
現在參考圖5，其示出了根據本發明實施例的EMR傳感器500。圖5為 EMR傳感器500的切開透視圖，如圖所示，氣墊面(ABS)位於結構的頂 表面。通過定義平面AAAA和BBBB可以更好地理解傳感器500。平面AAAA 被顯示在圖5中的前面，並由字母"A"表示的角部代表。平面BBBB具有 字母"B"，圖5中僅示出了三個字母B。平面AAAA和BBBB相互平行， 且垂直於氣墊面ABS。
EMR傳感器500可以包括》茲有源層502，其優選由諸如Si的半導體材 料構成。EMR傳感器還包括導電旁路結構504，其可以由諸如TiSb的材料 或一些其他非磁性導電材料構成。EMR傳感器500嵌入於諸如氧化物或氮 化物層的非磁性襯底材料506中。
儘管現有技術的EMR傳感器一直使用如上文參考圖3所述的半導體多 層結構來形成量子阱，但可以利用形成為半導體材料(例如Si)層的磁有源 區502來實現本發明，而不需要諸如上文所述的多層結構。其他適當的半導 體材料為m-V族薄膜，例如GaAs、 InSb和InAs。應當指出，可以利用諸 如參考圖3所述的EMR異質結構來實現本發明。然而，參考圖5所述的EMR 結構便於製造下文描述的新穎引線結構，而且在用於空間解析度很小的傳感 器中時提供了某些性能優勢。
傳感器500包括第一和第二電流引線508、 510以及第一和第二電壓引 線512、 514。傳感器500與上文參考圖3所述的傳感器300類似地工作，在 沒有磁場的時候，從第一電流引線508流到第二電流引線510的電流通過旁 路504。在存在取向垂直於ABS的》茲場時，更多電流偏移進入到半導體中， 即傳感器500的磁有源部分502中，這增大了跨電壓引線512和514測量的
電阻。
繼續參考圖5， EMR傳感器500包括新穎的引線結構，該結構允許以極 窄的引線間隔構造引線，使得EMR傳感器能夠讀取極小的數據位。現有技 術的引線結構一直由光刻構圖限定引線寬度以及引線間的間隔。因此，引線 間隔受到當前可用的光刻技術的分辨極限的限制。通過這種方式構圖非常窄 的引線間隔的能力進一步受到EMR結構自身的高形貌的限制，這使得高分 辨率光刻更加困難。
然而，本發明的引線結構根本不同，允許以極窄的引線寬度和引線間隔 來構造引線。如圖5所示，引線508、 510、 512、 514被電絕緣間隔層516、 518、 520、 522、 524分開。引線層508-514以及絕緣間隔層516-524在垂直 於AAAA和BBBB平面且平行於ABS的平面中澱積，從而獲得沿平行於 AAAA和BBBB平面且垂直於ABS的平面形成的引線層508、 510、 512、 514。可以從AAAA平面或BBBB平面的方向澱積。這與現有技術的器件根 本不同，在現有技術的器件中，引線是沿垂直於ABS (平行於AAAA和 BBBB)的方向澱積的，且引線寬度和間隔由光刻工藝決定。
因此，對於本發明而言，垂直於AAAA和BBBB平面的方向上的每個 引線層508-514的寬度Wl以及每個間隔層516-524的寬度W2由層508-524 的每層厚度決定。由於能夠仔細地將每層的厚度控制在非常小的尺寸，這使 得引線寬度和引線間隔能夠極小。如圖5所示，傳感器500優選具有IVIV 引線配置，其中， 一條電流引線510被夾在兩條電壓引線512、 514之間(並 與其電絕緣)。已經發現這相對於參考圖3上述的IWI結構提供了性能優點。 由於在兩根電壓引線512、 514之間設置電流引線510必需要進一步分開電 壓引線，因此，該IVIV結構還帶來對非常小的引線寬度和引線間隔的更大 需求。
如上所述，可以將引線層508-514和間隔層516-524的每層描述為是沿 著平行於圖5的AAAA和BBBB平面取向且還優選垂直於ABS平面的平面 (或具有界定平面的表面)形成的。例如，可通過首先澱積多晶矽(在後續 階段與Si結合形成TiSi2)來形成導電引線508-514,並且，例如可以由氧化 物或氮化物來形成每個間隔層。引線層508-514的每層可以具有2-10nm或 大約5nm的寬度Wl。 VIV區域中的間隔層520-522的每層可以具有l-5nm 或大約2nm的寬度W2，由層508-514、 520和522的澱積厚度界定寬度Wl
和W2 (如上所述)。
現在參考圖6-13,介紹根據本發明實施例製造EMR傳感器(例如圖5 的傳感器500)的一種可能方法。特別參考圖6，提供襯底602。襯底例如可 以是Si或一些其他半導體材料。在襯底上形成掩模604。掩模604可以由諸 如光致抗蝕劑的材料構成，且形成有開口，該開口設置為界定將要介紹的溝 槽。然後參考圖7，進行諸如反應離子蝕刻(RIE)或溼法蝕刻的材料去除 工藝以在襯底602中形成溝槽。
然後參考圖8，向襯底602中形成的溝槽中澱積一系列引線和絕緣層。 首先可以澱積絕緣層804。然後可以澱積第一引線層806，隨後是絕緣層808。 然後可以澱積第二引線層810，隨後是絕緣層812。然後可以澱積第三引線 814，隨後是另一較厚絕緣層816。最後可以澱積第四引線818，隨後是絕緣 層820。
引線層806、 810、 814和818的每層可以由諸如TiSi2的導電材料或n 型高摻雜多晶矽構成，電絕緣層804、 808、 812、 816和820的每層可以由 諸如氧化物或氮化物的電絕緣材料構成。對於多晶矽而言，為了使引線層 806、 810、 814和818導電性高，與多晶矽一起澱積Ti，然後進行退火步驟 以形成期望的TiSi2導電引線。層806對應於圖5中的引線層514。類似地， 層810對應於引線510、層814對應於引線512，層818對應於引線508。因 此，可以將層806、 810、 814、 818的每層澱積至2-10nm或大約5nm的厚 度，由此界定先前參考圖5所述的引線寬度W1。
層804對應於圖5中的絕緣層524。類似地，層808對應於層522，層 812對應於層520，層816對應於層518，且層818對應於層508。因此，層 808和812的每個都可以具有l-5nm或大約2nm的厚度，由此界定以上參考 圖5所述的寬度W2。
現在參考圖9,形成具有邊緣904的掩模902，例如光致抗蝕掩才莫，將 其配置成不覆蓋下方層804-820的期望部分。然後，執行諸如蝕刻的材料去 除工藝以去除未被掩才莫902覆蓋的層804-820的部分。如圖10所示，這在 層804-820中形成溝槽。然後，參考圖11,向以上形成的溝槽中澱積諸如矽 1102的材料。該矽層然後形成了以上參考圖5所述的石茲有源層502。
然後參考圖12，去除掩模902，由諸如光致抗蝕劑的材料形成新的掩模 1202。掩模1202具有與i茲有源層1102的邊緣相鄰的開口。如將所示，將掩
模1202的開口構造成界定先前參考圖5所述的旁路504。然後參考圖13， 執行諸如蝕刻的另一材料去除工藝以去除未被掩模1202保護的襯底材料 602的部分，由此在襯底602中形成與石茲有源層1102相鄰、與引線和絕緣層 804-820相反的溝槽，並向溝槽中澱積諸如TiSi2或其他導電材料的導電材料 1302。
可以在所有層上方澱積堅硬的非磁性電絕緣材料(例如氧化鋁)的保護 層1304,以保護剛剛形成的EMR傳感器免受損傷。為了形成在磁性數據記 錄裝置中使用的EMR傳感器，將會對剛剛形成的結構切片和拋光，從而暴 露出如圖13所示的結構，以形成的氣墊面(ABS)，如上文參考圖5所述的 ABS。
現在參考圖14-28，介紹根據本發明實施例製造EMR傳感器的另 一種可 能方法。參考圖14-28描述的方法利用了一系列多個較溫和的蝕刻步驟。由 於蝕刻步驟比前面描述的實施例更溫和，因此它們不大可能對傳感器的層造 成損傷，在閱讀以下描述之後將更好地理解這點。
特別參考圖14，提供襯底1402。襯底1402例如可以由Si、 GaAs、 InSb 或InAs構成。在襯底1402上形成掩模1404，該掩模具有開口，以界定將要 在其中形成EMR傳感器的溝槽。執行諸如蝕刻的材料去除工藝以去除未被 掩模1404保護的襯底1402的部分，由此在襯底1402中形成溝槽。
可以澱積第一絕緣層1406，隨後是第一引線層1408。第一絕緣層例如 可以是氮化物或氧化物材料，導電層例如可以是Au、 TiSi2、 AuGe。然後參 考圖15，可以形成另一掩模1502，不覆蓋引線1408和絕緣層1406的一部 分。可以執行諸如蝕刻的另一材料去除工藝，以去除未被掩模1502覆蓋的 引線和絕緣層1408、 1406的部分。然後參考圖16，澱積諸如Si、 InAs、 GaAs 或InSb的半導體材料層1602,以形成第一層磁有源層，諸如上文參考圖5 所述的層502。
然後參考圖17，形成結構類似於參考圖14所述的掩模1404的另一掩模 1702，並澱積絕緣層1704和引線層1706。同樣，引線層1706可以是多晶矽、 Au、 TiSi2、 AuGe，絕緣層1704可以是氮化物或氧化物。然後參考圖18， 形成類似於參考圖15所述的掩模1502的另一掩模1802，然後可以執行溫和 的刻蝕過程以去除未被掩模1802覆蓋的層1704、 1706的部分，獲得如圖19 所示的結構。然後參考圖20,可以澱積諸如Si、 InAs、 GaAs或InSb的另一
半導體層2002。
將該過程再重複幾次。參考圖21,形成類似於掩模1702 (圖17)的另 一掩模2101，並澱積絕緣層和引線層2102、 2104。同樣，絕緣層可以是氮 化物或氧化物，引線層可以是諸如多晶矽、Au、 TiSi2、 AuGe的材料。然後， 參考圖22，如上所述，執行另一掩蔽、蝕刻和澱積步驟，以澱積如圖22所 示的另一半導體層2202。然後，參考圖23,形成另一掩模2302並澱積諸如 氮化物或氧化物的絕緣材料2304的較厚層，並參考圖24,執行另一掩蔽、 蝕刻和澱積過程，以澱積與絕緣層2304相鄰的另一較厚半導體層2402。然 後參考圖25，形成另一掩模2502,並澱積另一諸如多晶矽、Au、 TiSi2、 AuGe 的引線層2504。然後，參考圖26，執行另一掩蔽、蝕刻和澱積過程以澱積 與引線層2504相鄰的另 一半導體層。
然後參考圖27，形成另一掩模2702，並澱積另一最後絕緣材料層2704， 且如圖28所示，執行另一掩蔽、蝕刻和澱積步驟，以形成與絕緣層2704相 鄰的另 一最後半導體材料層2802。可以澱積非磁性電絕緣材料的保護層2804 以保護剛剛製作的傳感器結構不受損傷。所澱積的半導體層1602、 2002、 2202、 2402、 2602、 2802 —起形成對應於上文參考圖5所述的結構502的磁 有源半導體結構。
上述澱積和蝕刻步驟系列利用 一系列溫和的蝕刻步驟，而不是單個劇烈 的蝕刻步驟，允許澱積與引線和絕緣層1406、 1408、 1704、 1706、 2102、 2104、 2304、 2504、 2704相鄰的半導體層1602、 2002、 2202、 2402、 2602、 2802， 從而避免了可能會因為單個劇烈蝕刻步驟對各層帶來的損傷。在形成如上所 述的結構之後，可以對其上已形成整個結構的晶片切片並拋光，從而暴露出 圖28所示的表面並形成氣墊面(ABS)。
儘管上文已經描述了各個實施例，但應當理解僅僅是通過舉例而非限制 的方式給出的它們。落在本發明範圍內的其他實施例也可能對於本領域的技 術人員是明顯的。於是，本發明的範圍寬度不應受到任何上述示範性實施例 的限制，而應當僅根據以下權利要求及其等價要件來加以界定。
權利要求
1. 一種洛倫茲磁致電阻傳感器，包括具有第一和第二側並具有氣墊面的磁有源結構；與所述磁有源結構的第二側電連接的多根導電引線，每根所述導電引線包括沿垂直於所述氣墊面取向的平面形成的導電材料層。
2. —種洛倫茲磁致電阻傳感器，包括具有第 一和第二側並具有延伸於所述第 一和第二側之間的氣墊面的,茲 有源結構；與所述i茲有源層的第 一側電連接的導電旁路結構；以及 與所述磁有源結構的第二側電連接的多根導電引線，每根所述導電引線 包括沿垂直於所述氣墊面取向的平面形成的導電材料層。
3. —種霍爾磁致電阻傳感器，包括具有第一和第二側並具有延伸於所述第一和第二側之間的氣墊面的》茲 有源結構；與所述;茲有源結構的第二側電連接的多根導電引線，每根所述導電引線 包括沿垂直於所述氣墊面取向的平面形成的導電材料層。
4. 根據權利要求1所述的傳感器，具有與所述多個導電引線層的每個 相鄰形成的電絕緣層，所述電絕緣層沿著垂直於所述氣墊面的平面形成。
5. 根據權利要求1所述的傳感器，其中每根所述導電引線包括從多晶 矽、Au、 TiSi2和AuGe構成的組中選擇的材料。
6. 根據權利要求4所述的傳感器，其中所述電絕緣層包括氧化物。
7. 根據權利要求4所述的傳感器，其中所述電絕緣層包括氮化物。
8. 根據權利要求1所述的傳感器，其中所述》茲有源層包括半導體。
9. 根據權利要求l所述的傳感器，其中所述磁有源層包括從Si、 GaAs、 InAs、 InSb或In、 As和Sb的合金構成的組選擇的材料。
10. 根據權利要求1所述的傳感器，其中所述》茲有源層包括形成為半導 體異質結構的量子阱。
11. 一種洛倫茲/f茲致電阻傳感器，包括石茲有源結構，具有響應於外加》茲場而變化的電阻； 與所述》茲有源結構連接的多個導電引線層；以及 多個電絕緣層，每個所述導電引線層通過所述多個電絕緣層之一與相鄰的導電引線層隔開；且其中所述導電引線之間的間隔由所述電絕緣層的厚度決定。
12. 根據權利要求11所述的洛倫茲磁致電阻傳感器，其中每個所述導 電引線具有由所述導電引線層的厚度界定的引線寬度。
13. 根據權利要求11所述的洛倫茲磁致電阻傳感器，其中每個所述導 電引線層包括沿垂直於所述EMR傳感器的氣墊面的平面形成的導電材料 層。
14. 根據權利要求11所述的洛倫茲磁致電阻傳感器，其中每個所述導 電引線層包括沿垂直於所述EMR傳感器的氣墊面的平面形成的多晶矽層。
15. 根據權利要求11所述的洛倫茲磁致電阻傳感器，其中每個所述電 絕緣層包括沿垂直於所述傳感器的氣墊面的平面形成的電絕緣材料層。
16. 根據權利要求11所述的洛倫茲磁致電阻傳感器，其中每個所述電 絕緣層包括沿垂直於所述傳感器的氣墊面的平面形成的氧化物層。
17. 根據權利要求11所述的洛倫茲磁致電阻傳感器，其中每個所述電 絕緣層包括沿垂直於所述傳感器的氣墊面的平面形成的氮化物層。
18. —種製造洛倫茲磁致電阻傳感器的方法，包括 提供襯底；在所述襯底中形成溝槽； 在所述溝槽中澱積第 一導電引線層； 在所述溝槽中在所述第一引線層上方澱積非磁性間隔層； 在所述溝槽中在所述非磁性間隔層上方澱積第二導電引線層；以及 在所述溝槽中形成磁有源結構，所述磁有源結構與所述第 一和第二導電 引線層的邊緣電接觸。
19. 一種製造洛倫茲磁致電阻傳感器的方法，包括 提供襯底；在所述襯底上形成第一引線層； 在所述第一引線層上形成絕緣層； 在所述絕緣層上形成第二引線層；以及形成磁有源結構，所述》茲有源結構與所述第 一和第二引線層接觸。
20. —種製造洛倫茲磁致電阻傳感器的方法，包括 提供襯底；在所述襯底上形成第 一 引線層； 在所述第一引線層上形成第一絕緣層； 在所述絕緣層上形成第二引線層； 在所述第二 ？ I線層上形成第二絕緣層； 在所述第二絕緣層上形成第三51線層； 在所述第三引線層上形成第三絕緣層； 在所述第三絕緣層上形成第四引線層；以及形成^F茲有源結構，所述i茲有源結構與所述第一、第二、第三和第四引線 層接觸。
21. —種製造洛倫茲磁致電阻傳感器的方法，包括 提供襯底；在所述第一引線層上方澱積非磁性間隔層；澱積第一導電引線層；在所述第 一引線層上方澱積非磁性間隔層；在所述非磁性間隔層上方澱積第二導電引線層；形成通過各層的溝槽；以及在所述溝槽中形成^茲有源結構，所述磁有源結構與所述第 一和第二以及 其他更高的導電引線層的邊緣電接觸。
全文摘要
本發明公開了一種具有極小引線寬度和引線間隔的洛倫茲磁致電阻傳感器及製造方法。該傳感器可以通過新型製造方法製造，該方法允許以如下方式澱積引線，使得引線寬度和引線間的間隔由引線層和引線間電絕緣間隔層的澱積厚度決定，而不是由光刻決定。因為引線厚度和引線間隔不是由光刻決定的，所以引線厚度和引線間隔不受光刻分辨極限的限制。
文檔編號H01L43/12GK101393961SQ20081014948
公開日2009年3月25日 申請日期2008年9月18日 優先權日2007年9月18日
發明者喬爾格·旺德裡克, 安德魯·S·特魯普, 布魯斯·A·格尼, 戴維·A·威廉斯, 歐內斯託·E·馬裡納羅 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司