(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン要素の蛇行形状の構造を備える磁界検知コンポーネントであって、
前記蛇行形状の構造は、
ライン要素のアレイであって、各ライン要素が磁界検知構造であり、各ライン要素が第１の端部及び第１の端部を有し、各第１の端部は他の第１の端部に隣接し、各第２の端部は他の第２の端部に隣接し、前記ライン要素のアレイが前記蛇行形状の構造の一部である、ライン要素のアレイと、
第１の接続要素であって、各第１の接続要素が２つの隣接するライン要素の第１の端部を接続するように位置付けられ、前記第１の接続要素が前記蛇行形状の構造の一部である、第１の接続要素と、
第２の接続要素であって、各第２の接続要素が前記２つの隣接するライン要素の反対側の端部を各対向して隣接するライン要素に接続するように位置付けられ、前記第２の接続要素が前記蛇行形状の構造の一部である、第２の接続要素と、
磁束集中構造のアレイであって、前記磁束集中構造のアレイからの各１つの磁束集中構造が前記蛇行形状の構造内の前記ライン要素のアレイからの２つのライン要素間に配置され、前記各１つの磁束集中構造が前記２つのライン要素の各々から離隔して配置された、磁束集中構造のアレイと、を備え、
前記各１つの磁束集中構造は、前記蛇行形状の構造の上又は下に配置されておらず、
前記磁束集中構造のアレイからの幾つかの前記磁束集中構造は、磁束集中／遮蔽構造の一部分に動作可能に接続されており、
前記磁束集中構造のアレイからの他の幾つかの前記磁束集中構造は、前記磁束集中／遮蔽構造の他の部分に動作可能に接続されている、磁界検知コンポーネント。
【請求項２】
前記磁界検知構造が巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）構造である、請求項１に記載の磁界検知コンポーネント。
【請求項３】
前記磁界検知構造がスピンバルブ構造である、請求項１に記載の磁界検知コンポーネント。
【請求項４】
前記磁界検知構造が磁気トンネル接合（ＭＪＴ）構造である、請求項１に記載の磁界検知コンポーネント。
【請求項５】
各磁束集中構造の幅が前記磁界検知コンポーネントの感度を実質的に最適化するように選択される、請求項１に記載の磁界検知コンポーネント。
【請求項６】
各磁束集中構造の厚さが前記磁界検知コンポーネントの感度を実質的に最適化するように選択される、請求項１に記載の磁界検知コンポーネント。
【請求項７】
各１つの磁束集中構造と前記１つの磁束集中構造に隣接する前記２つのライン要素の各１つとの間の間隔が、前記磁界検知コンポーネントの感度を実質的に最適化するように選択される、請求項１に記載の磁界検知コンポーネント。
【請求項８】
各１つの磁束集中構造が、前記１つの磁束集中構造に隣接する前記２つのライン要素の各１つからずれている、請求項１に記載の磁界検知コンポーネント。
【請求項９】
磁界検知コンポーネントを製造するための方法であって、
多数の磁界検知構造をライン要素として磁界検知構造のアレイに堆積することと、
隣接するライン要素の第１及び第２の端部を接続するように接続要素をパターニングして堆積することであって、前記接続要素が実質的に蛇行形状の構造を形成するために前記隣接するライン要素の前記第１及び第２の端部を接続し、前記ライン要素及び前記接続要素が前記実質的に蛇行形状の構造の一部であることと、
前記磁界検知構造間の分離を与えるように誘電層を堆積することと、
前記誘電層に堆積バイアをパターニングしエッチングすることと、
多数の磁束集中器構造をパターニングし堆積することであって、前記多数の磁束集中器構造からの１つの磁束集中器構造が各２つの隣接するライン要素間に堆積されていることと、を備え、
各１つの磁束集中器構造は、前記蛇行形状の構造の上又は下に配置されておらず、
前記各１つの磁束集中器構造は、前記２つの隣接するライン要素の各々から離隔して配置されている、方法。
【請求項１０】
カプセル化層を堆積することと、
前記カプセル化層にバイアをパターニングしエッチングすることと、
前記磁界検知構造に対する外部接続を可能とするためにボンドパッドを堆積することと、
を更に備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
静電放電保護バイアをパターニングしエッチングすることと、
前記静電放電保護バイアに動作可能に接続された少なくとも１つの分路抵抗器をパターニングしエッチングすることと、
を更に備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
２つの基準抵抗器要素と、
２つの磁気抵抗器要素であって、各々の磁気抵抗器要素が、
ライン要素のアレイであって、各ライン要素が磁界検知構造である、ライン要素のアレイと、
第１の接続要素であって、各第１の接続要素が２つの隣接するライン要素の第１の端部を接続するように位置付けられた、第１の接続要素と、
第２の接続要素であって、各第２の接続要素が前記２つの隣接するライン要素の反対側の端部を各対向して隣接するライン要素に接続するように位置付けられた、第２の接続要素と、
磁束集中構造のアレイであって、各１つの磁束集中構造が２つのライン要素間に配置された、磁束集中構造のアレイと、
を有する、磁気抵抗器要素と、
磁束集中／遮蔽構造と、を備え、
前記磁束集中／遮蔽構造が、外部磁界から前記２つの基準抵抗器要素を実質的に遮蔽するために前記２つの基準抵抗器要素の上に配置され、前記２つの磁気抵抗器要素が、前記磁束集中／遮蔽構造の一部分と前記磁束集中／遮蔽構造の別の部分との間に配置され、各磁気抵抗器要素における前記磁束集中構造のアレイからの前記磁束集中構造のいくつかが前記磁束集中／遮蔽構造の前記一部分に動作可能に接続され、各磁気抵抗器要素における前記磁束集中構造のアレイからの前記磁束集中構造の他のいくつかが前記磁束集中／遮蔽構造の前記別の部分に動作可能に接続されている、
センサ。
【請求項１３】
前記２つの基準抵抗器要素及び前記２つの磁気抵抗器要素が接続されたホイートストンブリッジ構成を形成し、前記ホイートストンブリッジのアームの各々が１つの基準抵抗器及び１つの磁気抵抗器要素を備え、前記ホイートストンブリッジの出力が、前記ホイートストンブリッジの各アームにおける前記基準抵抗器要素及び前記磁気抵抗器要素の接続点間における電圧によって与えられる、請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記２つの基準抵抗器要素が２つの他の磁気抵抗器要素である、請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記磁束集中／遮蔽構造が複数の開口を有し、前記複数の開口からのいずれの開口の位置も、下に前記２つの基準抵抗器要素の一方が配置されている前記磁束集中／遮蔽構造の領域内の位置ではない、請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記磁束集中／遮蔽構造が２つのセクションを備え、第１のセクションが第１の基準抵抗器の上に配置され、第２のセクションが第２の基準抵抗器の上に配置され、前記２つの磁気抵抗器要素が前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に配置されている、請求項１２に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記ライン要素に実質的に垂直なラインに実質的に平行な方向における前記磁束集中／遮蔽構造の寸法が幅と称され、前記磁気抵抗器要素に近い前記第１のセクションの幅が前記磁気抵抗器要素から遠い前記第１のセクションの幅よりも小さく、前記磁気抵抗器要素に近い前記第２のセクションの幅が前記磁気抵抗器要素から遠い前記第２のセクションの幅よりも小さい、請求項１６に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記磁束集中／遮蔽構造が６個のセクションを備え、第１のセクションが第１の基準抵抗器の上に配置され、第２のセクションと第３のセクションとの間に第１の磁気抵抗器要素が配置され、第４のセクションが第２の基準抵抗器の上に配置され、第５のセクションと第６のセクションとの間に第２の磁気抵抗器要素が配置されている、請求項１２に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
これらの教示は、一般に磁界検知に関し、更に特定すれば指向性磁界検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界検知は、直線運動及び回転運動の検知、磁気スイッチ、電流センサ、及び方向指示（compassing）を含む幅広い末端の用途において利用されている。これらのセンサは、自動車、工業、医療、及び消費者用の末端のマーケットにおいて用途がある。
【０００３】
磁界センサは、局在磁場又は地球磁場と強磁性又は半導体磁気センサ材料との間の誘導結合又は直接磁界結合によって動作することができる。これらのセンサは、とりわけ、ホール効果、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、又はトンネル磁気抵抗効果を含む様々な検知方法を利用することができる。
【０００４】
センサは、単一の方位又は多数の方位で磁界に結合するように設計することができる。センサは、強磁性磁束集中器（flux concentrator）を利用して、センサに対する外部磁界の結合を向上させることができる。これによって、センサに注入される磁界を増大し、センサ応答を増強する。
【０００５】
水平及び垂直の半導体ホール効果磁気センサに外部磁化を注入するために単一の平面磁束集中器を用いることは、リング状又はディスク状の平面磁束集中器を用いることと同様に、以前から記載されている。また、センサに対する磁束集中器の位置的結合を変更し、磁束結合を調整するために、平面磁束集中器及びＭＥＭＳ静電アクチュエータを用いることも、以前から記載されている。ホイートストンブリッジセンサ構成において磁束集中器／磁束遮蔽の組み合わせを用いることは以前から記載されており、この場合、２つのブリッジ抵抗器要素が遮蔽された基準磁気抵抗器であり、２つのブリッジ抵抗器要素が磁気抵抗器を検知している。（多層ＧＭＲ）要素は、正味の信号出力を得るために差動的に処理される。磁気抵抗器要素の端部に近接した磁束集中器が信号利得を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの各磁束集中器設計の１つの欠点は、これらが与える一般化された磁界集中（magnetic field concentration）において特定のベクトルの選択性がほとんどないことである。丸い又はディスク状の磁束集中器は、多数の又は全てのベクトル方位から磁化を集める。これによって信号を増強するが、多くの磁気検知用途に不可欠な特定ベクトル方位信号の増強は行われない。
【０００７】
更に、従来の磁束集中器設計の一般化された近接性は、充分に近接した設計によって可能となり得る最大の磁束結合を提供しない。このため、従来技術の設計では、最大の信号利得又は感度の向上が得られない。
【０００８】
指向性及び感度が向上した磁界センサのために望ましい指向性向上及び近接結合の双方を提供する設計が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下で、指向性及び感度の向上のために望ましい指向性向上及び近接結合の双方を提供する磁界センサ設計、並びにそれらを製造するための方法の実施形態について開示する。
【００１０】
一実施形態において、これらの教示の磁気検知コンポーネントは、ライン要素のアレイであって、各ライン要素が磁気検知構造である、ライン要素のアレイと、第１の接続要素であって、各第１の接続要素が２つの隣接するライン要素の第１の端部を接続するように位置付けられた、第１の接続要素と、第２の接続要素であって、各第２の接続要素が２つの隣接するライン要素の反対側の端部を各対向して隣接するライン要素に接続するように位置付けられた、第２の接続要素と、磁束集中構造のアレイであって、各１つの磁束集中構造が２つのライン要素間に配置された、磁束集中構造のアレイと、を含む。
【００１１】
磁気検知コンポーネントを製造するための方法の一実施形態は、多数の磁気検知構造をライン要素として磁気検知構造のアレイに堆積することと、隣接するライン要素の第１及び第２の端部を接続するようにコンダクタ要素をパターニングして堆積することであって、この接続する要素が実質的に蛇行形状の構造を形成するために隣接するライン要素の第１及び第２の端部を接続する、ことと、磁気検知構造間の分離を与えるように誘電層を堆積することと、誘電層に堆積バイアをパターニングしエッチングすることと、多数の磁束集中器構造をパターニングし堆積することであって、１つの磁束集中器構造が各２つの隣接するライン要素間に堆積されている、ことと、含む。
【００１２】
これらの教示のセンサの一実施形態は、２つの基準抵抗器要素と、２つの磁気抵抗器要素とを含み、各磁気抵抗器要素が、ライン要素のアレイであって、各ライン要素が磁気検知構造である、ライン要素のアレイと、第１の接続要素であって、各第１の接続要素が２つの隣接するライン要素の第１の端部を接続するように位置付けられた、第１の接続要素と、第２の接続要素であって、各第２の接続要素が２つの隣接するライン要素の反対側の端部を各対向して隣接するライン要素に接続するように位置付けられた、第２の接続要素と、磁束集中構造のアレイであって、各１つの磁束集中構造が２つのライン要素間に配置された、磁束集中構造のアレイと、を備える。また、センサの上述の実施形態は磁気集中／遮蔽構造を含み、この磁気集中／遮蔽構造は、外部磁界から２つの基準抵抗器要素を実質的に遮蔽するために２つの基準抵抗器要素の上に配置され、２つの磁気抵抗器要素は、磁束集中／遮蔽構造の一部分と磁束集中／遮蔽構造の別の部分との間に配置され、各磁気抵抗器要素における磁束集中構造のアレイからの磁気集中構造のいくつかは磁気集中／遮蔽構造の一部分に動作可能に接続され、各磁気抵抗器要素における磁束集中構造のアレイからの磁気集中構造の他のいくつかは磁気集中／遮蔽構造の別の部分に動作可能に接続されている。２つの基準抵抗器要素及び２つの磁気抵抗器要素はホイートストンブリッジ構成を形成するように接続され、ホイートストンブリッジのアームの各々が１つの基準抵抗器及び１つの磁気抵抗器要素を備える。ホイートストンブリッジの出力は、ホイートストンブリッジの各アームにおける基準抵抗器要素及び磁気抵抗器要素の接続点間における電圧によって与えられる。
【００１３】
多数の他の実施形態も開示される。
【００１４】
本教示を、その他の目的及び更に別の目的と共により良く理解するため、添付図面及び詳細な説明を参照し、その範囲は添付の特許請求の範囲に示すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】これらの教示のシステムの一実施形態を示す。
【図２ａ】これらの教示のシステムの実施形態のホイートストンブリッジ構成の概略回路図を示す。
【図２ｂ】これらの教示のシステムの実施形態のホイートストンブリッジ構成の概略回路図を示す。
【図２ｃ】これらの教示のシステムの実施形態のホイートストンブリッジ構成の概略回路図を示す。
【図３】これらの教示において用いられるような蛇行形状の磁気抵抗要素を示す。
【図４】図１の実施形態の拡大図を示す。
【図５】これらの教示の蛇行形状の磁気抵抗検知要素に指向性磁束集中器要素が交互配置され近接している磁束集中器／磁束遮蔽の組み合わせの拡大図を示す。
【図６】これらの教示のシステムの別の実施形態を示す。
【図７】図６に示す実施形態の拡大図を示す。
【図８】これらの教示において用いられるような静電放電保護分路抵抗器を有する基板にバイアを備えた蛇行形状の磁気抵抗要素を示す。
【図９】これらの教示のシステムの実施形態において用いられる磁束集中器構造の一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下の詳細な説明は、これらの教示を実行するために現在考えられる最良の形態のものである。この説明は、限定の意味でなく、これらの教示の一般的な原理を例示する目的のみで行う。これらの教示の範囲は添付の特許請求の範囲によって最良に規定されるからである。これらの教示を様々な実施形態に関連付けて説明するが、これらの教示は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内にある多種多様な更に別の実施形態及び他の実施形態も可能であることは認められよう。
【００１７】
本明細書において用いる場合、単数形「ａ（１つの）」、「ａｎ（１つの）」、及び「ｔｈｅ（その）」は、文脈によって明らかに他の場合が示されない限り、複数も含む。
【００１８】
「磁気抵抗器要素」は、本明細書において用いる場合、磁界が存在していることによってその電圧−電流特性が変化する要素である。
【００１９】
「蛇行形状の」構成又は構造とは、本明細書において用いる場合、要素のアレイを有する構造であって、要素から要素へと進む際に曲がりくねった経路をたどるように接続されたものを指す。かかる蛇行した構造は、要素のアレイと、ある要素から次の要素への接続要素と、を含む。
【００２０】
他の場合が示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲において用いる成分の量、反応条件等を表す全ての数字は、全ての例において「約」という言葉で修飾されるものと理解されよう。
【００２１】
これらの教示のセンサの一実施形態は、２つの基準抵抗器要素と、２つの磁気抵抗器要素とを含み、各磁気抵抗器要素が、ライン要素のアレイであって、各ライン要素が磁気検知構造である、ライン要素のアレイと、第１の接続要素であって、各第１の接続要素が２つの隣接するライン要素の第１の端部を接続するように位置付けられた、第１の接続要素と、第２の接続要素であって、各第２の接続要素が２つの隣接するライン要素の反対側の端部を各対向して隣接するライン要素に接続するように位置付けられた、第２の接続要素と、磁束集中構造のアレイであって、各１つの磁束集中構造が２つのライン要素間に配置された、磁束集中構造のアレイと、を備える。また、センサの上述の実施形態は磁気集中／遮蔽構造を含み、この磁気集中／遮蔽構造は、外部磁界から２つの基準抵抗器要素を実質的に遮蔽するために２つの基準抵抗器要素の上に配置され、２つの磁気抵抗器要素は、磁束集中／遮蔽構造の一部分と磁束集中／遮蔽構造の別の部分との間に配置され、各磁気抵抗器要素における磁束集中構造のアレイからの磁気集中構造のいくつかは磁気集中／遮蔽構造の一部分に動作可能に接続され、各磁気抵抗器要素における磁束集中構造のアレイからの磁気集中構造の他のいくつかは磁気集中／遮蔽構造の別の部分に動作可能に接続されている。２つの基準抵抗器要素及び２つの磁気抵抗器要素はホイートストンブリッジ構成を形成するように接続され、ホイートストンブリッジのアームの各々が１つの基準抵抗器及び１つの磁気抵抗器要素を備える。ホイートストンブリッジの出力は、ホイートストンブリッジの各アームにおける基準抵抗器要素及び磁気抵抗器要素の接続点間における電圧によって与えられる。
【００２２】
磁気抵抗器要素は、限定ではないが、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ（例えば米国特許第６，９６１，２２５号又はXiao等（Phys. Rev. Letters、Vol. 68、No. 25、３７４９〜３７５２ページ、１９９２年６月２２日）を参照のこと。これらは双方ともあらゆる目的のために全体が引用により本願にも含まれるものとする）、ＧＭＲ−スピンバルブセンサ（ピン層を有する、例えば米国特許第５，９２０，４４６号、米国特許第５，５８３，７２５号、D. E. Heim、Design and Operation of Spin Valve Sensors（IEEE Transactions On Magnetics、Vol. 30、No. 2、１９９４年３月、３１６〜３２１ページ、あらゆる目的のために全体が引用により本願にも含まれるものとする））、又は磁気トンネル接合（ＭＪＴ）センサ（例えば米国特許第５，６５０，９５８号、あらゆる目的のために全体が引用により本願にも含まれるものとする）とすることができる。
【００２３】
一例においては、磁束集中構造のアレイからの各磁束集中構造の幅を、磁界検知コンポーネントの感度を実質的に最適化するように選択する（感度＝Δ出力／ΔＨ、ここでＨは磁界強度である）。本発明で以下に開示する例示的な実施形態では、磁束集中構造の幅は分析される範囲内、４〜８μｍにあると考えられない。幅が狭いと、磁束集中構造において形状消磁界効果が増大し、これによって磁束集中構造への磁束伝達についてドメイン関連の制約が生じる。２μｍ以下の細さの磁束集中構造では、何らかの強力な形状消磁効果が生じ、特に低い外部磁界において（方向指示センサにおける地球磁場等）、これらの磁束集中構造の有効性が著しく低下する。ロータ端部に永久磁石を取り付けたモータエンコーダ等の高い磁界では、磁束集中構造の有用な幅の小さい方の範囲をわずかに拡大することができる。
【００２４】
別の例においては、各磁束集中構造の厚さを、磁界検知コンポーネントの感度を実質的に最適化するように選択する。更に別の例では、各１つの磁束集中構造と前記１つの磁束集中構造に隣接する２つのライン要素の各１つとの間の間隔を、磁界検知コンポーネントの感度を実質的に最適化するように選択する。磁束集中の大きさは、磁束集中器の厚さと共に増大する（磁束集中は、外部磁化を捕獲するための材料の面積及び体積と共に増大する）。本明細書で以下に開示する例示的な実施形態では、Ｘ及びＹ軸デバイスの好適な値は５μｍ厚さ範囲である。Ｚ軸デバイスでは、好適な値は５〜１０μｍ範囲であり、ｚ軸磁界を捕獲し、これをセンサ要素へと向かわせる（ストーブパイプ式）。
【００２５】
別の実施形態においては、各１つの磁束集中構造は、前記１つの磁束集中構造に隣接する２つのライン要素の各１つからずれている。ずれが小さくなると、磁束集中器と検知要素との間の結合が良好になる。これは、磁界強度がずれの距離と共に指数的に低下するからである。
【００２６】
１つの例示的な実施形態について、分析するパラメータの概要を以下の表１に与える。
【００２７】
【表１】
0005937227.tif 000002
【００２８】
図１は、これらの教示によるセンサの１つの具体的な実施形態を示す。これは、別個のｙ軸、ｘ軸、及びｚ軸センサを示す３軸磁気方向指示センサであり、各々がホイートストンブリッジ構成である。各センサは２つの基準磁気抵抗器要素３０及び２つの検知磁気抵抗器要素３５を有し、それらはコンダクタ４０によって接続され、外部配線接続のためのボンドパッド４５で終端する。磁束集中器５０、５５は、それらの下に埋め込まれた基準磁気抵抗器に対する磁気遮蔽として機能する。磁束集中器は、（検知磁気抵抗器から遠い）上部で幅広く、検知磁気抵抗器に近い端部で細く、磁束集中を提供する。磁束集中器の細い端部は、検知磁気抵抗器に近接すると共に交互配置されて、外部磁界から検知要素まで最大の指向性結合を提供する。
【００２９】
図２ａから図２ｃはホイートストンブリッジセンサの回路図を示し、ここでＲ１及びＲ３は検知磁気抵抗器であり、Ｒ２及びＲ４は遮蔽された基準磁気抵抗器である。一般化した磁束集中器／磁束遮蔽の組み合わせを、基準磁気抵抗要素及び検知磁気抵抗要素のそれぞれに重ねて又は近接して示す。図２ａを参照すると、磁気抵抗器Ｒ１及びＲ４は、遮蔽／磁束集中コンポーネント１５によって遮蔽されている磁気抵抗器Ｒ４と直列に接続され、磁気抵抗器Ｒ２及びＲ３は、遮蔽／磁束集中コンポーネント２５によって遮蔽されている磁気抵抗器Ｒ２と直列に接続されている。磁気抵抗器Ｒ１及びＲ４の直列接続は、磁気抵抗器Ｒ２及びＲ３の直列抵抗と並列に接続されている。図２ｂは、ホイートストンブリッジ構成の回路図を示す。ホイートストンブリッジの出力は、ホイートストンブリッジの各アームにおける基準遮蔽磁気抵抗器及び検知（遮蔽なし）磁気抵抗器の接続点間における電圧によって与えられる。図２ｃは、磁束集中効果を示す。一例において、集中比は、２つの磁束集中器間の間隙に対する磁束集中器の長さの比によって近似することができる。別の例では、集中比の表現は、磁束集中器の厚さの効果を含む。
【００３０】
一実施形態において、これらの教示の磁界検知コンポーネントは、ライン要素のアレイであって、各ライン要素が磁気検知構造である、ライン要素のアレイと、第１の接続要素であって、各第１の接続要素が２つの隣接するライン要素の第１の端部を接続するように位置付けられた、第１の接続要素と、第２の接続要素であって、各第２の接続要素が２つの隣接するライン要素の反対側の端部を各対向して隣接するライン要素に接続するように位置付けられた、第２の接続要素と、磁束集中構造のアレイであって、各１つの磁束集中構造が２つのライン要素間に配置された、磁束集中構造のアレイと、を含む。
【００３１】
図３は、蛇行形状の磁気抵抗要素の一実施形態を示す。これは、限定ではないが、ＧＭＲ多層又はスピンバルブ抵抗要素とすることができる（米国特許第７，６３９，００５号はＧＭＲ多層蛇行を示し、その全体があらゆる目的のために引用により本願にも含まれるものとする）。この蛇行はｘ又はｙ方位に向けることができる。抵抗値は、低電力消費及び高磁気抵抗、ＤＲ／Ｒ（抵抗変化対印加磁界）を与えるように選択することができる。
【００３２】
図３を参照すると、蛇行形状は、長く細い、かつ薄い検知要素２０２のアレイにより形成される。参照を容易にするため、本明細書において要素２０２をライン又はワイヤ２０２として図示し、それらの断面形状については限定しない。各ライン又はワイヤ２０２は、その上端及び下端において隣接するライン又はワイヤの対向するものに接続されている。例えば、ワイヤ２０２は、下部接続２０４がワイヤ２０２ｂに接続し、上部接続２０６がワイヤ２０２ｃに接続する。最も外側のワイヤ２０２ｄの場合、抵抗器２００の端部２０８は、抵抗器２００が一部を形成する回路（図示せず）に接続する。従来から既知のように、ワイヤ２０２の数、長さ、幅、及び間隔は、所望の抵抗、回路サイズ、及び／又は回路もしくはセンサの製造技法に合わせて適宜、変動する場合がある。
【００３３】
図４は、図１に示した実施形態の磁束集中器／磁束遮蔽の組み合わせ５０、５５の拡大図を示す。蛇行形状の磁気抵抗検知要素２０２には、指向性磁束集中器要素１１０が交互配置され近接している（明確さのため、磁束集中器要素１１０の全てには符号を付していない）。磁束集中器要素１１０は、集中器／磁束遮蔽５０、５５に動作可能に接続されている。
【００３４】
図５は、これらの教示の蛇行形状の磁気抵抗検知要素２０２に交互配置されると共に近接した指向性磁束集中器要素１１０に動作可能に接続された磁束集中器／磁束遮蔽の組み合わせ５０の拡大図を示す。また、磁気抵抗検知要素２０２に対する電気的接続を行うコネクタ１２０も図示する。
【００３５】
図６は、これらの教示のセンサの別の実施形態を示す。これは、一体化したｙ軸及びｘ軸センサ並びに別個のｚ軸センサを示す３軸磁気方向指示センサであり、各々がホイートストンブリッジ構成である。各センサは２つの基準磁気抵抗器要素１３０及び２つの検知磁気抵抗要素１４０を有し、それらはコンダクタ１５０によって接続され、外部配線接続のためのボンドパッド１６０で終端する。磁気集中器１７０は、それらの下に埋め込まれた基準磁気抵抗器に対する磁気遮蔽として機能する。磁束集中器は、（検知磁気抵抗器から遠い）上部で幅広く、センサに近い端部で細く、磁束集中を提供する。磁束集中器の細い端部は、検知磁気抵抗器に近接すると共に交互配置されて、外部磁界から検知要素まで最大の指向性結合を提供する。
【００３６】
図６を参照すると、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸センサの各々について、磁気集中／遮蔽構造１７０は６個のセクションを有する。すなわち、第１のセクション１７０ａが第１の基準抵抗器１３０の上に配置され、第２のセクション１７０ｂと第３のセクション１７０ｃとの間に第１の磁気抵抗器要素１４０が配置され、第４のセクション１７０ｄが第２の基準抵抗器１３０の上に配置され、第５のセクション１７０ｅと第６のセクション１７０ｆとの間に第２の磁気抵抗器要素１４０が配置されている。
【００３７】
図７は、図６の磁束集中器／磁束遮蔽の組み合わせ１７０ｄ、１７０ｅの実施形態の拡大図を示し、蛇行形状の磁気抵抗検知要素１４０に指向性磁束集中器要素１８０が交互配置されて近接している。指向性磁束集中器要素１８０は、磁束集中器／磁束遮蔽の組み合わせ１７０ｄ、１７０ｅに動作可能に接続されている。
【００３８】
磁束集中器設計に関して、重要な設計ファクタは、磁束集中器の面積及び厚さ、ネックダウン、材料、織り込まれた磁束集中器フィンガ幅、フィンガ厚さ、センサからのずれ距離、及び側壁プロファイルである。
【００３９】
磁束集中器は、外部磁界に対して受動的に結合し、磁化を集め、それをデバイスのある領域から別の領域へと伝達することによって機能する。磁束は、集中器から検知要素を介し、検知要素の他方側の対称的な磁束集中器を通って伝達される。磁束伝導のための駆動力は外部磁界である。磁気抵抗は、磁束集中器保磁力及び異方性磁界、形状消磁及び磁束集中器と検知要素との間の間隙を含む。
【００４０】
交互配置の磁束集中器／センサ設計によって磁界の指向性が向上し、これは特定された軸の検知には重要である。しかしながら、これに加えて、磁束集中器の主要部分は、検知要素に対する指向性磁界結合及び伝達の向上を容易にするように優先的に形状を決定しセグメント化することができる。一実施形態では、図９に示すように、磁束集中／遮蔽構造５０、５５は複数の開口（スロット）７５を有する。開口（スロット）７５は軟磁性材料を有しない。どの開口（スロット）７５も、下に２つの基準磁気抵抗器要素の一方が配置されている磁束集中／遮蔽構造５０、５５の領域には位置していない。
【００４１】
磁界検知コンポーネントを製造するための方法の一実施形態は、多数の磁気検知構造をライン要素として磁気検知構造のアレイに堆積することと、隣接するライン要素の第１及び第２の端部を接続するようにコンダクタ要素をパターニングして堆積することであって、この接続する要素が実質的に蛇行形状の構造を形成するために隣接するライン要素の第１及び第２の端部を接続する、ことと、磁気検知構造間の分離を与えるように誘電層を堆積することと、誘電層に堆積バイアをパターニングしエッチングすることと、多数の磁束集中器構造をパターニングし堆積することであって、１つの磁束集中器構造が各２つの隣接するライン要素間に堆積されている、ことと、を含む。
【００４２】
一例において、磁界検知コンポーネントを製造するための方法は、カプセル化層を堆積することと、カプセル化層にバイアをパターニングしエッチングすることと、磁界検知構造に対する外部接続を可能とするためにボンドパッドを堆積することと、も含む。
【００４３】
一実施形態において、磁気センサ製造シーケンスは以下の一般化されたステップから成る。平面ウェハ基板表面上に検知要素材料を堆積する。基板は、熱酸化シリコン又はセラミック材料とすることができる。良好な表面平滑度が必要である。ウェハ表面上に強磁性検知要素スタック（ＡＭＲ、ＧＭＲ等）を堆積し、マイクロリソグラフィによりパターニング及びエッチングして、目的とする抵抗及び磁気抵抗応答（ＤＲ／Ｒ）を有する抵抗要素を形成する。リフトオフ処理により、コンダクタ要素及び終端部（ボンドパッド）をマイクロリソグラフィでパターニングし堆積することによって、抵抗要素間の電気的接続を達成する。次いで誘電ギャップ層を堆積して、検知要素、それらの配線、及び以降の層の間に電気的分離を与える。誘電層の堆積後、マイクロリソグラフィによってバイアをパターニングしエッチングする。強磁性磁束集中器／磁束遮蔽を堆積しパターニングする。これは、用いる磁束集中器材料に応じて、好ましくはマイクロリソグラフィパターニング及びマスク貫通電着によって、又はシート堆積、マイクロリソグラフィパターニング、及びエッチングによって実行することができる。任意選択として、カプセル化層を堆積し、バイアをパターニング及びエッチングし、ボンドパッドを堆積して、センサデバイスに対する外部接続を可能とする。このように、ｘ、ｙ、及びｚ軸センサをバッチ製造することができる。
【００４４】
一例においては、静電放電保護を与えるために、製造中に基板に対する分路抵抗器及びバイア接続を提供する。この例では、製造シーケンスは、静電放電保護バイアをパターニングしエッチングすることと、放電保護バイアに動作可能に接続された少なくとも１つの分路抵抗器をパターニングしエッチングすることと、を含む。図８は、分路抵抗器２２０を有する基板にバイアを備えた蛇行形状の磁気抵抗検知要素２０２を示す。
【００４５】
強磁性検知要素スタックは、Ｔａ、ＮｉＦｅＣｒ、又は他の下層／エピタキシャル及びキャップ層、ＧＭＲ上部又は下部合成スピンバルブ、又は多層、又はＭＴＪスタックを有するＮｉＦｅ  ＡＭＲ材料から成ることができる。
【００４６】
コンダクタは、接着層、及びＣｕ、Ａｕ、Ａｌ、又は他のいずれかの低抵抗コンダクタ材料から成ることができる。
【００４７】
ギャップ層誘電体は、Ａｌ２０３、Ｓｉ３Ｎ４、及びそれらの組み合わせ、又は、適切な誘電率及びデバイス動作条件に耐える降伏電圧を有する他の絶縁性材料とすることができる。
【００４８】
磁束集中器／磁束遮蔽は、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅＣｏ、ＮｉＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＣｏＺｒＴａ等、高透磁率、低保磁力、低異方性磁界の強磁性材料から成ることができる。
【００４９】
カプセル化層は、先にギャップ層で用いたような誘電体から成ることができる。追加のカプセル化層材料は、限定ではないが、ポリイミド（ＰＩ）、又はビス−シクロブテン（ＢＣＢ）、又は硬化フォトレジストフェノール性ポリマー等、硬化ポリマーを含むことができる。
【００５０】
ボンドパッド材料は、Ａｕ、Ｃｕ、又はＡｌを含むことができる。あるいは、ボンドパッドは、フリップチップアセンブリのために隆起させたＣｕ及び共晶はんだ柱とすることができる。
【００５１】
磁束集中器設計に関して、重要な設計ファクタは、磁束集中器の面積及び厚さ、ネックダウン、材料、織り込まれた磁束集中器フィンガ幅、フィンガ厚さ、センサからのずれ距離、及び側壁プロファイルである。
【００５２】
本教示を記載し規定する目的のため、本明細書において「実質的に」という言葉を用いることで、量的な比較、値、測定、又は他の表現に起因し得る固有の不確定性を表すことに留意すべきである。また、本明細書において「実質的に」という言葉を用いて、対象となる主題の基本的な機能を変えることなく、量的な表現が記述した参照から変動し得る程度を表す。
【００５３】
本発明について様々な実施形態に関連付けて記載したが、これらの教示は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内で多種多様な更に別の実施形態及び他の実施形態が可能であることは認められよう。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２ｃ】
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【図９】
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