(57)【要約】  少なくとも１個の基板またはウエハ（１０）、とくに少なくとも１個のシリコンウエハと、ならびに少なくとも１個の感知素子（３０）、とくに少なくとも１個のＡＭＲ（異方性磁気抵抗）感知素子、および／または少なくとも１個のＧＭＲ（巨大磁気抵抗）感知素子、例えば少なくとも１個のマルチレイヤＧＭＲ（巨大磁気抵抗）感知素子、とを有し、感知素子（３０）を基板またはウエハ（１０）の上部および／または下部に配置するものとした磁気抵抗センサデバイス（１００；１００′；１００″）、さらにこのような磁気抵抗センサデバイス（１００；１００′；１００″）を製造するのに対応する製造方法であって、感知素子（３０）および／または磁気抵抗センサデバイス（１００；１００′；１００″）をプリセットするための外部または追加バイアス磁界を不要にすることができる該磁気抵抗センサデバイスおよび製造方法を改良するため、少なくとも１個の磁気層（２０ｔ，２０ｂ）を、基板またはウエハ（１０）の上面（２０ｔ）および／または下面（２０ｂ）に、また感知素子（３０）の上面の少なくとも一部（２０ｔ）および／または下面の少なくとも一部（２０ｂ）に、配置し、この磁気層（２０ｔ，２０ｂ）により少なくとも１個のバイアス磁界を生ずるようにすることを提案する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
・少なくとも１個の基板またはウエハ、とくに少なくとも１個のシリコンウエハと、および
・少なくとも１個の感知素子であって、とくに、・・少なくとも１個のＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive／異方性磁気抵抗）感知素子、および／または
・・少なくとも１個のＧＭＲ（Giant Magneto Resistive／巨大磁気抵抗）感知素子、例えば少なくとも１個のマルチレイヤＧＭＲ感知素子とし、
前記基板またはウエハの上側および／または下側に配置した、該感知素子と
を備えた磁気抵抗センサデバイスにおいて、
少なくとも１個の磁気層を、
・前記基板またはウエハの上側および／または下側、ならびに
・前記感知素子の上側の少なくとも一部および／または下側の少なくとも一部
に配置し、
前記磁気層により、少なくとも１個のバイアス磁界を生ずるよう構成した
ことを特徴とする、磁気抵抗センサデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気抵抗センサデバイスにおいて、前記磁気層は、
・少なくとも１個の磁気的等方性および／または磁化可能なペーストによって形成し、また
・永久磁界特性を有する
ものとした
ことを特徴とする、磁気抵抗センサデバイス。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気抵抗センサデバイスにおいて、前記ペーストは、磁化可能粉末、とくにフェライトおよび／または少なくとも１個の希土類化合物、をベースとすることを特徴とする、磁気抵抗センサデバイス。
【請求項４】
請求項２または３に記載の磁気抵抗センサデバイスにおいて、前記ペーストは、少なくとも部分的および／または少なくとも区域的に、基板レベル上またはウエハレベル上、とくに前記基板およびウエハの頂面側または背面側上に、プリント、とくにスクリーン印刷、することを特徴とする、磁気抵抗センサデバイス。
【請求項５】
測定すべき磁場の強度を測定するための、とくに測定すべき磁場の時間勾配を測定するためのグラジオメータ、磁力計またはセンサにおいて、請求項１〜４のうちの少なくとも一項に記載の、少なくとも１個の磁気抵抗センサデバイスを備えたこと特徴とする、グラジオメータ、磁力計またはセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のグラジオメータ、磁力計またはセンサにおいて、
・少なくとも１個の汎用グラジオメータ、磁力計またはセンサであって、
・・とくにピン止め層を用いない、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive／異方性磁気抵抗）技術、または
・・とくにピン止め層を用いない、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive／巨大磁気抵抗）技術、例えばマルチレイヤＧＭＲ技術、
をベースとする該少なくとも１個の汎用グラジオメータ、磁力計またはセンサ、
・少なくとも１個の線形変位センサ、および／または
・少なくとも１個の回転速度センサ、
として実装したことを特徴とするグラジオメータ、磁力計またはセンサ。
【請求項７】
・少なくとも１個の基板またはウエハ、とくに少なくとも１個のシリコンウエハと、および
・少なくとも１個の感知素子であって、とくに、
・・少なくとも１個のＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resitive／異方性磁気抵抗）感知素子および／または
・・少なくとも１個のＧＭＲ（Giant Magneto Resistive／巨大磁気抵抗）感知素子、例えば少なくとも１個のマルチレイヤＧＭＲ感知素子とし、
前記基板またはウエハの上側および／または下側に配置した、該感知素子と
を備えた磁気抵抗センサデバイスを製造する方法において、
少なくとも１個の磁気層を、
・前記基板またはウエハの上側および／または下側、ならびに
・前記感知素子の上側の少なくとも一部および／または下側の少なくとも一部に
配置し、
前記磁気層により、少なくとも１個のバイアス磁界を生ぜしめるステップを有することを特徴とする、磁気抵抗センサデバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
・磁化可能粉末、例えばフェライト粉末および／または希土類化合物粉末を、適切なポリマーまたははんだガラスに混合してペースト、とくにスクリーン印刷可能なペーストにし、
・前記ペーストを、少なくとも部分的におよび／または少なくとも区域的に、基板レベル上またはウエハレベル上、とくに前記基板またはウエハの頂面上および／または背面上に、プリント、とくにスクリーン印刷して、特別に前記磁気層を形成し、
・前記磁気層および前記感知素子を有する前記基板またはウエハをさらに加工し、とくに角切りし、成形し、および／または磁化し、前記センサデバイスを形成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜４のうちの少なくとも一項に記載の少なくとも１個の磁気抵抗センサデバイス、および／または請求項５または６に記載の少なくとも１個のグラジオメータ、磁力計またはセンサのための請求項７または８に記載の方法、を使用する使用方法において、とくに、
・少なくとも１個の汎用グラジオメータ、磁力計またはセンサであって、
・・とくにピン止め層を用いない、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive／異方性磁気抵抗）技術、または
・・とくにピン止め層を用いない、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive／巨大磁気抵抗）技術、例えばマルチレイヤＧＭＲ技術、
をベースとする該少なくとも１個の汎用グラジオメータ、磁力計またはセンサ、
・少なくとも１個の線形変位センサ、および／または
・少なくとも１個の回転速度センサ、
に使用する使用方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の使用方法において、少なくとも１個のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit／特定用途向け集積回路）、および／または少なくとも１個のバイアス磁場を有する少なくとも１個のＭＲ（Magneto Resistive／磁気抵抗）センサを、標準的なＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）パッケージに統合することを特徴とする、使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気センサデバイスに関するものであり、
・少なくとも１個の基板またはウエハ、とくに少なくとも１個のシリコンウエハと、および
・少なくとも１個の感知素子であって、とくに
・・少なくとも１個のＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive／異方性磁気抵抗）感知素子、および／または
・・少なくとも１個のＧＭＲ（Giant Magneto Resistive／巨大磁気抵抗）感知素子、例えば少なくとも１個のマルチレイヤＧＭＲ感知素子とし、
基板またはウエハのおよび上側／または下側に配置した、該感知素子と
を備えた磁気センサデバイスに関する。
【０００２】
さらに本発明は、測定すべき磁場の強度を測定する、とくに測定すべき磁場の時間勾配を測定するための、グラジオメータ、磁力計またはセンサに関する。
【０００３】
本発明は、さらにこのような磁気抵抗センサデバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
磁気抵抗センサは磁場を測定する手段の一つとして用いられる。通常、異方性磁気抵抗センサの特性は、いわゆるバーバーポール（理髪店ポール）状に線形形状にする。この場合、磁気抵抗センサを安定化させるためにバイアス磁界を必要とする。他方、（マルチレイヤ）ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive／巨大磁気抵抗）効果をベースとするセンサは、線形範囲内で作用ポイントをシフトさせるためにバイアス磁界を必要とする。これを実現するための最も簡単な方法は、外部磁石を磁気抵抗層、通常はパッケージの近傍に、設けることである。
【０００５】
このことは、いくつかの重大な欠点があることを意味する。つまり、磁気抵抗回転速度センサは特殊なパッケージが必要であり、または、標準的なＩＣ（Integrate Circuit：集積回路）パッケージを用いる場合、顧客が磁石の寸法決めをし、また取り付けをする必要がある。
【０００６】
さらに、組み立て中における磁石の配置ミスおよび破損のような、品質上および収率上の問題が知られている。また、外部磁石の体積は所定最小体積以下に縮小できない。
【０００７】
言い換えれば、ＡＭＲ（異方性磁気抵抗）センサおよび（マルチレイヤ）ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサは、センサをプリセットするのに、追加のバイアス磁界を必要とする。通常、このバイス磁界は、外部デバイス、例えば永久磁石または磁界発生器、によって供給する。
【０００８】
原則的に、薄い磁気層の製造は既知である（例えば非特許文献１参照）。
【０００９】
従来技術である特許文献１（特開平０４−１５２６８８号）は、磁気ペーストを用いてチップ取り付けリードフレーム上に堆積させる永久磁石を形成する方法を提案している。
【００１０】
従来技術である特許文献２（米国特許出願公開第２００４／０１３０３２３号）は自由層およびピン止め層を有する、（スピンバルブ）ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサの製造を開示しており、バイアス磁界層を所望の向きに磁化することができる。
【００１１】
しかし、従来技術である特許文献２はマルチレイヤＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサには言及しておらず、使用する材料および磁界層の実際の製造についても言及していない。さらに、従来技術である特許文献２は、ウエハレベル上に様々な磁化配向を設ける磁化プロセス中の特別な磁界配位しか明らかにしていない。
【００１２】
最後に、本発明の技術的背景を考慮すると、追加の参照文献として以下を挙げることができる。
従来技術である特許文献３（米国特許第６，１１８，６２４号）は、追加の硬質磁気層を磁気抵抗素子のＧＭＲ（巨大磁気抵抗）層間に設け、バイアス磁界を得ている。しかし、この磁気層は磁気抵抗センサ上にスクリーン印刷したものではなく、磁気抵抗センサ上に設置した後は磁化することはできない。
従来技術である特許文献４（米国特許第６，４２６，６２０号）は、一つのキャリヤの上に電気回路を組み合わせたＧＭＲ[巨大磁気抵抗）センサを開示している。
従来技術である特許文献５（国際公開第９９／１３５１９号）は、磁気抵抗デバイスのためにエッチングした窪みに設ける永久磁石材料を明らかにしている。
従来技術である特許文献６（国際公開第０２／０９９４５１号）は、磁気抵抗センサの製造中に様々な磁化配向を設け、決定することを提案している。
【特許文献１】特開平０４−１５，２６，８８号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０１３０３２３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１１８，６２４号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４２６，６２０号明細書
【特許文献５】国際公開第９９／１３５１９号パンフレット
【特許文献６】国際公開第０２／０９９４５１号パンフレット
【非特許文献１】Ｓ．ツマンスキー(S. Tumanski)著、「薄膜磁気抵抗センサ（Thin Film Magnetoresistive Sensors）」、ブリストル（Bristol）、物理学研究所（Institute of Physics）、２００１年、第４５〜５２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のような欠点および短所から始まり、先に述べた従来技術を考慮に入れると、本発明の目的は、技術分野で説明したような磁気抵抗センサデバイス、技術分野で説明したようなグラジオメータ、磁力計またはセンサ、および技術分野で説明したような、検出素子および／または磁気抵抗センサデバイスをプリセットするための外部または追加バイアス磁界を省くことができるような方法、をさらに改良することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、請求項１の特徴を有する磁気抵抗センサデバイスによって、請求項５の特徴を有するグラジオメータ、磁力計またはセンサによって、および請求項７の特徴を有する方法によって、達成することができる。本発明の有利な実施形態および都合のよい改良はそれぞれ従属請求項に開示する。
【００１５】
基本的に本発明は、少なくとも１個の「固有」バイアス磁石を少なくとも１個の半導体パッケージまたは磁気抵抗センサのパッケージに組み込むというアイデアに基づいている。より詳しく言えば、小型化するために、永久磁場特性を有する少なくとも１個の付加的または余分な磁気的に硬質な層を追加することによって、バイアス磁界を磁気抵抗センサ上に組み込むことを提案している。それによって、磁気抵抗センサをプリセットするための外部または追加のバイアス磁界は不要となる。
【００１６】
基本的に、バイアス磁石の組み込みは、磁気抵抗センサの上側または下側に薄膜技術を用いることによって堆積させる、少なくとも１個の異方性硬質磁気層によって行うことができる。しかし、このような異方性磁気層を用いると、堆積後はもはや磁界方向を変化させることはできない。それゆえ、磁気オフセットの補償は不可能である。その上、通常、このような異方性磁気層は堆積後にエッチング工程によって構造化しなければならない。
【００１７】
これらの理由から、本発明の有利な実施形態によれば、少なくとも１個の磁気的に等方性のある、および／または磁化可能なペーストを使用することができ、このペーストは、例えば
・バリウムヘキサフェライト粉末またはストロンチウムヘキサフェライト粉末のような、（異方性）フェライト粉末、または
希土類化合物のような、任意の他の（異方性）硬質磁性粉末
をベースにすることができる。
【００１８】
このようなバリウムヘキサフェライトまたはストロンチウムヘキサフェライト粉末の製造はとりわけガラス結晶化技術によって行うことができる。異方性粉末をランダム混合することによって、ペーストの（全体的に）等方性のある性質を得ることができる。
【００１９】
好適には、フェライト粉末は適当なポリマーまたははんだガラスに混合してスクリーン印刷可能なペーストを得ることができる。
【００２０】
本発明のとくに独創的な改良により、磁化可能ペーストはセンサを有するシリコンウエハ上にスクリーン印刷することができる、これに関連して、磁化可能ペーストはセンサウエハの頂面上および／または背面上にプリントすることができる。当業者には当然のことながら、ペーストの追加の構造化は必要ないことを認識されたい。
【００２１】
ペーストのアニーリング（焼きなまし）後、磁気抵抗センサはさらに加工することができる。とくに、磁気抵抗センサを角切りにし、成形し、磁化することができる。好適には、磁界方向をセンサ平面内において任意に選択し再磁化によって変化させることができるので、磁気オフセットを補償することができる。パッケージ化の後、磁化可能ペーストはセンサ平面内において任意の方向に磁化することができる。
【００２２】
従来技術である特許文献１と比較すると、磁化可能ペーストはセンサ結晶の頂面上に直接プリントすることができる。これによって、磁気フィルムをセンサに従来技術である特許文献１の磁気フィルムと比較して１００倍以上近づけることができる。
【００２３】
ウエハレベル上に様々な磁化配向を設けるための（スピンバルブ）ＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサの磁化処理中の、特別な磁気構造のみを公開した従来技術である特許文献２とは異なり、本発明は、磁化を基盤レベル上またはウエハレベル上ではなく、すぐ使用できる製品上のそれぞれ任意の方向へ実行することができる、方法やプロセスを開示するものである。
【００２４】
一般的に、本発明は、１個またはそれ以上の外部磁石または追加磁石を設けることができない標準的なＩＣパッケージにおいて「すぐ使用できる」グラジオメータ（磁場勾配計）および／または磁力計および／またはセンサの製造を可能にするよう適用することができる。
【００２５】
また、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit／特定用途向け集積回路）および標準的なＩＣ(集積回路)パッケージにおいて磁石を有するＭＲ（Magneto Resistive／磁気抵抗）センサの統合も可能である。
【００２６】
最後に、本発明は、少なくとも１個の前記磁気抵抗センサデバイス、および／または少なくとも１個の前記グラジオメータ、磁力計またはセンサのための前記方法、の利用に関するものであり、とくに
・少なくとも１個の汎用グラジオメータ、磁力計またはセンサであって、
・・とくにピン止め層を用いないＡＭＲ（異方性磁気抵抗）技術、または
・・とくにピン止め層を用いないＧＭＲ（巨大磁気抵抗）技術、例えばマルチレイヤＧＭＲ（巨大磁気抵抗）技術、
をベースとする該少なくとも１個の汎用グラジオメータ、磁力計またはセンサ、
・少なくとも１個の線形変位センサ、および／または
・少なくとも１個の回転速度センサ、
に使用する。
【００２７】
測定すべき磁場、以下測定場と呼称する、の強度を測定するこのようなセンサは、磁気的に影響を受け、測定すべき測定場の強度の位置において測定場の力線に沿った所定配列に整列する原則に基づく。
上述したように、本発明の教示を有利な方法において具現化および改良するための選択肢はいくつかある。このため、請求項１、請求項５および請求項７にそれぞれ従属する請求項を参照する。本発明の他の改良、特徴および利点を、例示としての３つの好適な実施例および添付図面を参照することによって、以下により詳細に説明する。
図１〜図３において同一参照符号を対応する部分に使用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
不必要な重複を避けるため、本発明の実施例、特徴および利点を考慮し、以下の説明は（とくに明記しない限り）、
・本発明（図１参照）による磁気抵抗センサ１００の第１実施例、
・本発明（図２参照）による磁気抵抗センサ１００′の第２実施例、
・本発明（図３参照）による磁気抵抗センサ１００″の第３実施例、
に関するものとし、全ての実施例１００，１００′，１００″は本発明方法により製造するものとする。
【００２９】
図１，２，３において、バイアス磁界の組み込みは、等方性硬質磁気層２０t（図１，２，３参照）および／または２０ｂ（図３参照）によって実行することができ、この硬質層は薄膜技術またはスクリーン印刷を用いて、感知素子３０、例えばＡＭＲ（異方性磁気抵抗／Anisotropic Magneto Resistive）感知素子を配置した基板またはウエハ１０の
・上側（図１，２，３参照）または
・下側（図３参照）
に堆積することができる。
【００３０】
磁気等方性ペースト２０ｔ，２０ｂは磁化可能粉末をベースとし、例えばフェライトまたは希土類化合物とする。この粉末を適切なポリマーまたはガラスはんだに混合してスクリーン印刷可能なペースト２０ｔ，２０ｂを得ることができる。このペースト２０ｔ，２０ｂを、センサ３０を有する基板ウエハ１０上にスクリーン印刷する。
【００３１】
磁気等方性ペースト２０ｔ，２０ｂは、
・ウエハ１０の頂面（参照符号２０ｔ）上で、感知素子３０の構造を
・・全体的に（図１に示す第１実施例および図３に記載の第３実施例参照）、または
・・部分的または区域的に（図２に示す第２実施例参照）
カバーし
および／または
・感知素子３０の構造の反対側（図３に示す第３実施例参照）で、ウエハ１０の背面（参照符号２０ｂ）上に、
プリントすることができる。
ペースト２０ｔ，２０ｂをさらに構造化する必要はない。
【００３２】
ペースト２０ｔ，２０ｂをアニーリング（焼きなまし）して、磁気層２０ｔ，２０ｂを形成した後、センサ１００，１００′，１００″をさらに加工することができる。とくに、センサ１００，１００′，１００″は角切りにし、成形し、磁化することができる。磁気等方性の硬質な磁気層によって生ずるバイアス磁界方向は、センサ１００，１００′，１００″の平面内において任意に選択することができ、再磁化によって変化させることができるので、磁気オフセットを補償することができる。
【００３３】
このことからして、
・センサウエハまたは基板１０の頂面側上における磁気等方性ペースト２０ｔ（図２に示す第２実施例参照）および／または
・センサウエハまたは基板１０の背面側上における等方性磁気ペースト２０ｂ
を、部分的または区域的にのみプリントすることが、バイアス磁界方向を変化させるプロセスおよび／または再磁化のプロセスを支援するのに好都合である。
【００３４】
本発明によれば、
・標準的なＩＣ（集積回路／Integrated Circuit）パッケージにおいてすぐに使用できる多目的グラジオメータ、磁力計またはセンサの製造、
・ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路／Application Specific Integrated Circuit）およびバイアス磁石を有するＭＲ（磁気抵抗／Magneto Resistive）センサの標準的ＩＣパッケージへの統合、および
・既存の速度センサパッケージの大幅なサイズ縮小
を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】基板またはウエハの一部に２個の磁気抵抗感知素子を有し、磁化可能ペーストを感知素子の頂面全体にプリントした第１実施例の線図的断面図である。
【図２】基板またはウエハの一部に２個の磁気抵抗感知素子を有し、磁化可能ペーストを感知素子の頂面側の一部または区域にプリントした第２実施例の線図的断面図である。
【図３】基板またはウエハの一部に２個の磁気抵抗感知素子を有し、磁化可能ペーストを感知素子の頂面全体、ならびに基板またはウエハの背面にプリントした第３実施例の線図的断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００      とくにグラジオメータ、磁力計またはセンサの一部および／または全体として実装する磁気抵抗センサデバイス（＝図１に記載の第１実施例）
１００′    とくにグラジオメータ、磁力計またはセンサの一部および／または全体として実装する磁気抵抗センサデバイス（＝図２に記載の第２実施例）
１００″    とくにグラジオメータ、磁力計またはセンサの一部および／または全体として実装する磁気抵抗センサデバイス（＝図３に記載の第３実施例）
１０      基板またはウエハ、とくにシリコンウエハ
２０ｂ      基板またはウエハ１０の背面上の等方性硬質磁気層またはペースト（＝図３に記載の第３実施例）
２０ｔ      基板またはウエハ１０の頂面上の等方性硬質磁気層またはペースト
３０      感知素子、とくにＡＭＲ（Anisotropic Magneto Resistive／異方性磁気抵抗）感知素子
【図１】
2009527758.tif 000003
【図２】
2009527758.tif 000004
【図３】
2009527758.tif 000005
【国際調査報告】
2009527758.tif 000006
2009527758.tif 000007