(57)【要約】磁気抵抗センサ（１０）は、半導体基板（１６）と、基板上の絶縁体（１２）とを有する。磁気抵抗フィルム（１８）は、絶縁体応答性材料内に埋設され、導電性ストラップ（２０）は、磁気抵抗フィルムのまわりにコイルに巻き付けられる。
2005502052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサであって、
半導体基板と、
半導体基板の上方に形成される磁気応答性の材料と、
導電性ストラップであって、導電性ストラップの少なくとも一部が磁気応答性の材料と前記基板との間に位置するように、磁気応答性の材料のまわりにコイルとして巻かれた導電性ストラップと、を含むことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記導電性ストラップはコイルを形成する複数のセグメントを含むことを特徴とする請求項１の磁気センサ。
【請求項３】
前記セグメントは水平及び垂直のセグメントから成ることを特徴とする請求項２の磁気センサ。
【請求項４】
前記導電性ストラップは非磁気伝導材料を含むことを特徴とする請求項１の磁気センサ。
【請求項５】
前記導電性ストラップは銅を含むことを特徴とする請求項１の磁気センサ。
【請求項６】
前記導電性ストラップはアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１の磁気センサ。
【請求項７】
前記導電性ストラップは銅合金又はアルミニウム合金を含むことを特徴とする請求項１の磁気センサ。
【請求項８】
更に絶縁体を含み、前記磁気応答性の材料は該絶縁体内に埋設されることを特徴とする請求項１の磁気センサ。
【請求項９】
前記導電性ストラップは、前記コイルを形成する複数の垂直及び水平のセグメントを含むことを特徴とする請求項８の磁気センサ。
【請求項１０】
前記導電性ストラップは非磁気伝導性材料を含むことを特徴とする請求項８の磁気センサ。
【請求項１１】
前記絶縁体は二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項８の磁気センサ。
【請求項１２】
磁気抵抗センサであって、
半導体基板と、
基板上の絶縁体と、
絶縁体応答性材料内に埋設された磁気抵抗フィルムと、
磁気抵抗フィルムのまわりにコイルを形成するように絶縁体を通して巻かれた導電性ストラップと、を含むことを特徴とする磁気抵抗センサ。
【請求項１３】
前記導電性ストラップは、コイルを形成するように少なくとも２つの層として展開される複数のセグメントを含むことを特徴とする請求項１２の磁気抵抗センサ。
【請求項１４】
前記セグメントは実質上直線状で細長い部分を含むことを特徴とする請求項１３の磁気抵抗センサ。
【請求項１５】
前記導電性ストラップは非磁気伝導材料を含むことを特徴とする請求項１２の磁気抵抗センサ。
【請求項１６】
前記絶縁体は二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項１２の磁気抵抗センサ。
【請求項１７】
磁気抵抗センサであって、
半導体基板と、
半導体基板の上方に形成された磁気抵抗材料と、
半導体基板の上方に形成された三次元の導電性ストラップと、を含み、
前記三次元の導電性ストラップは、三次元の導電性ストラップに電流が供給されたときに磁気抵抗材料の磁化方向を設定するように、磁気抵抗材料に関する部分を有することを特徴とする磁気抵抗センサ。
【請求項１８】
前記導電性ストラップは磁気抵抗材料のまわりにコイルを形成するように多数の層となった複数のセグメントを含むことを特徴とする請求項１７の磁気抵抗センサ。
【請求項１９】
前記セグメントは実質上直線状で細長い部分を含むことを特徴とする請求項１８の磁気抵抗センサ。
【請求項２０】
前記導電性ストラップは非磁気伝導材料を含むことを特徴とする請求項１７の磁気抵抗センサ。
【請求項２１】
前記非磁気伝導材料は銅を含むことを特徴とする請求項２０の磁気抵抗センサ。
【請求項２２】
前記非磁気伝導材料はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項２０の磁気抵抗センサ。
【請求項２３】
前記非磁気伝導材料は銅合金又はアルミニウム合金を含むことを特徴とする請求項２０の磁気抵抗センサ。
【請求項２４】
更に絶縁体を含み、前記磁気抵抗材料は絶縁体内に埋設されることを特徴とする請求項１７の磁気抵抗センサ。
【請求項２５】
前記導電性ストラップは基板のまわりではなく磁気抵抗材料のまわりにコイルを形成する複数の巻回体を含むことを特徴とする請求項１７の磁気抵抗センサ。
【請求項２６】
前記導電性ストラップは非磁気伝導材料を含むことを特徴とする請求項２５の磁気抵抗センサ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
米国特許出願第（Ｂ１０−１６１２２）号（Serial No. (B10-16122)）はここに開示される主題と同様の主題を開示する。
【特許文献１】
米国特許出願第（Ｂ１０−１６１２２）号
【技術分野】
【０００２】
本発明は一般に磁場センサ（magnetic field sensors）に関し、特に磁気抵抗センサ（magnetoresistive sensors）に関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気抵抗センサは、典型的には小さく、一般的に０．００１ガウス（gauss）ないし１００ガウス程度の磁場を測定する。また、磁気抵抗センサは、直流場（Ｄ.Ｃ. fields）、並びに１メガヘルツまで及びこれを越える周波数を有する場を測定することができる。従って、磁気抵抗センサは、電流感知、近接感知等の如き種々の用途に使用される。
【０００４】
磁気抵抗センサを作るために使用される磁気抵抗材料は、その抵抗が磁場の存在により変化する材料である。ニッケルと鉄との合金であるパームアロイ(Permalloy) はこのような材料であり、集積回路ウエファー上方の層となったフィルムとしてしばしば提供される。そのフィルムの抵抗は、フィルムの磁化方向とフィルムの長さに沿って走る電流の方向との間の角度の余弦の二乗（square of the cosine）に従って変化する。フィルムの磁化が電流に平行である場合、フィルムの抵抗は最大となる。一方、フィルムの磁化が電流に垂直である場合、フィルムの抵抗は最小となる。
【０００５】
磁気抵抗材料の応答性（response）はΔＲ／ＲNとして測定され、ここに、ΔＲは磁気抵抗材料の抵抗変化であり、ＲNは磁気抵抗材料の公称抵抗（normal resistance）である。磁化方向が電流方向に平行になる地点と、磁化方向が電流方向に垂直となる地点との間でのパームアロイの抵抗変化ΔＲは典型的には材料の公称抵抗の２％程度である。
【０００６】
更に、磁化方向と電流方向との間の角度に対するΔＲ／ＲNのプロットは鐘形状を呈する。この曲線の直線部分上で磁気抵抗材料を作動させるために、バイアス場が磁気抵抗センサに頻繁に適用される。例えば、この直線部分で磁気抵抗材料をバイアスするように外部のバイアス場を適用するために、磁気抵抗センサパッケージのまわりに巻かれたソレノイド又は磁気抵抗センサの端部での複数の薄膜の永久磁石が普通使用される。
【０００７】
代わりとしては、外部のバイアス場を適用する代わりに、磁気抵抗センサに内部のバイアス場を適用することが知られている。従って、磁気抵抗センサは、一般にセット／リセットストラップとして参照される導電性ストラップ（conductive strap）を具備する。セット／リセットストラップは、磁気抵抗フィルムの上方で典型的に層となった蛇行する導体を形成するために既知の集積回路処理技術を使用して製造される。磁気抵抗フィルムの磁化方向を選択的にバイアスするように、電流をセット／リセットストラップを通るいずれかの方向において適用することができる。
【０００８】
このセット／リセットストラップはまた、誤った組み合わせのブリッジ素子による及び単一のセンサ構造内で数個の磁気抵抗フィルムをブリッジ形状に配置したときの磁気抵抗フィルム間の温度差によるオフセット即ち片寄りを排除するためにオフセットストラップとして使用することができる。オフセットストラップはまた、ブリッジ測定電子機器内のオフセットドリフトを排除するために使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、既知のセット、リセット又はオフセットストラップは、磁気抵抗センサの如き磁気装置の単一の面即ち層内で蛇行する。従って、多数の磁気装置が半導体ウエファー上に形成されたとき、実質的な量のウエファーの実際の領域がストラップを形成するために使用され、これは、ウエファー上に形成できる磁気装置の数を制限してしまう。更に、ウエファーの単一の面即ち層内で蛇行する既知のセット、リセット及び（又は）オフセットストラップは必要な磁場を発生させるために比較的大きな電流を必要とする。本発明は、少なくとも１つの実施の形態において、上述の問題の１つ又はそれ以上を克服するストラップに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様によれば、磁気センサは半導体基板と、半導体基板上に形成された磁気応答性の材料と、導電性ストラップの少なくとも一部が磁気応答性の材料と基板との間に位置するように、磁気応答性の材料のまわりでコイルとなって巻かれた導電性ストラップとを有する。本発明の別の態様によれば、磁気抵抗センサは、半導体基板と、基板上の絶縁体と、絶縁体応答性材料内に埋設された磁気抵抗のフィルムと、磁気抵抗のフィルムのまわりでコイルを形成するように絶縁体を通して巻かれた導電性ストラップとを有する。
【００１１】
本発明の更に別の態様によれば、磁気抵抗センサは半導体基板と、磁気抵抗の材料と、三次元の導電性ストラップとを有する。磁気抵抗の材料は半導体基板の上に形成される。三次元の導電性ストラップは半導体基板の上に形成され、三次元の導電性ストラップに電流を供給したときに磁気抵抗材料の磁化方向を設定するように、磁気抵抗材料に関する部分を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１、図２に示すように、磁気抵抗センサ１０は、基板１６上に形成された第１及び第２の絶縁体１２、１４を有する。例えば、第１及び第２の絶縁体１２、１４の材料は、二酸化ケイ素又は熱酸化物であり、基板１６はケイ素とすることができる。磁気抵抗フィルム１８は、第２の絶縁体内に埋設される。図１は端面図であるので、磁気抵抗フィルム１８の長さは、読者が図１を見るときに、紙面に垂直である。磁気抵抗フィルム１８の抵抗は、磁気抵抗センサ１０が曝される磁場に依存する。パームアロイ又は他の磁気抵抗材料を磁気抵抗フィルム１８として使用することができる。例えば、磁気抵抗フィルム１８は１７５Åの厚さ、及び１６／１の幅に対する長さ比を有することができる。しかし、これらの寸法は単なる例示であり、これらは応用に依存することを理解すべきである。磁気抵抗センサ１０の必要な感度に応じて異なる寸法を使用することができる。
【００１３】
導電性ストラップ２０は、磁気抵抗フィルム１８のまわりでコイル２２として形成される。図2に示すように、コイル２２の巻回体（turns）は、磁気抵抗フィルム１８のまわりで螺旋状に巻かれるときに、紙面内を延びる。銅、アルミニウム、銅／アルミニウムの合金又は他の非磁性の導電性材料を導電性ストラップ２０のために使用することができる。例えば、導電性ストラップ２０は２ミクロンの厚さ、２０ミクロンの幅及び磁気抵抗フィルム１８のまわりでコイルを形成するのに十分な長さを有することができる。しかしながら、これらの寸法は単なる例示であり、これらは応用に依存することを再度理解すべきである。第１及び第２の絶縁体１２、１４は磁気抵抗フィルム１８及び導電性ストラップ２０を互いから及び基板１６から電気的に絶縁するのに十分な厚さを有するべきである。
【００１４】
コイル２２の第１の巻回体は、導電性ストラップ２０の第２のセグメント２６と接触するように、第２の絶縁体１４を通過する導電性ストラップ２０の第１のセグメント２４から始まる。導電性ストラップ２０の第２のセグメント２６は、第１及び第２の絶縁体１２、１４間に埋められ、磁気抵抗フィルム１８の幅を横切り、導電性ストラップ２０の第３のセグメント２８と接触する。導電性ストラップ２０の第３のセグメント２８は第２の絶縁体１４を通過して第２のセグメント２６と接触し、また、第２の絶縁体１４の表面に沿って進行してコイル２２の第１の巻回体を完成させる。
【００１５】
コイル２２の第２の巻回体は導電性ストラップ２０の第３のセグメント２８の端部と接触するが導電性ストラップ２０の第１及び第２のセグメント２４とは接触しない導電性ストラップ２０の第４のセグメント３０から始まる。導電性ストラップ２０の第４のセグメント３０は第２の絶縁体１４を通過して導電性ストラップ２０の第５のセグメント３２と接触する。導電性ストラップ２０の第５のセグメント３２は第１及び第２の絶縁体１２、１４間で埋められ、導電性ストラップ２０の第２のセグメント２６の背後で磁気抵抗フィルム１８の幅を横切り、導電性ストラップ２０の第３のセグメント２８の背後にある導電性ストラップ２０の第６のセグメント３４と接触する。導電性ストラップ２０の第６のセグメント３４は第２の絶縁体１４を通過して第５のセグメント３２と接触し、また、第３のセグメント２８の背後で第２の絶縁体１４の表面に沿って進行してコイル２２の第２の巻回体を完成させる。従って、コイル２２の第２の巻回体のいずれのセグメントも、第３のセグメント２８の端部が第４のセグメント３０の始点に接触する点を除いて、コイル２２の第１の巻回体のいかなるセグメントとも接触しない。
【００１６】
コイル２２の任意の残りの巻回体は同様に形成される。
導電性ストラップ２０が三次元（ｘ、ｙ、ｚ）のすべてにおいて磁気抵抗フィルム１８のまわりでコイル２２となって巻かれるので、出来上がった磁気抵抗センサは、既知の単一面即ち層のセット／リセット及びオフセットストラップを使用した場合よりも小さい。従って、多数の磁気装置が半導体ウエファー上に形成される場合、本発明の導電性ストラップ２０は、既知のセット／リセット及びオフセットストラップよりも一層多くの磁気装置をウエファー上に形成させることができる。従って、本発明の導電性ストラップ２０は製造コストを減少させる。
【００１７】
更に、導電性ストラップ２０の三次元巻きにより形成されたコイル２２は、ウエファーの単一の面即ち層内で蛇行する既知のセット／リセット及びオフセットストラップのものと同じ電流に対して約２倍も大きい磁場を生じさせる。代わりに、導電性ストラップ２０の三次元巻きにより形成されたコイル２２は、ウエファーの単一の面即ち層内で蛇行する既知のセット／リセット及びオフセットストラップのものの半分の電流でほぼ同じ磁場を生じさせる。一層少ない電流の使用は導電性ストラップ２０に一層少ない応力を生じさせる。
【００１８】
図２に示すように、巻回体の数に応じて、寸法Ａ＝２０ミクロン、寸法Ｂ＝１５ミクロン、寸法Ｃ＝２０ミクロン、寸法Ｄ＝２０−４０ミクロンである。しかし、これらの寸法は単なる例示であり、これらは応用に依存することを更に再度理解すべきである。
【００１９】
本発明のある修正は本発明の分野において実践するものにおいて行われる。例えば、本発明を磁気抵抗センサについて説明した。しかし、本発明は他の形式の磁気センサと一緒に使用することができる。従って、本発明の説明は単なる例示として解釈すべきであり、当業者に本発明を実施するための最良の形態を教示する目的のものである。本発明の精神から実質的に逸脱することなく、詳細を変えることができ、特許請求の範囲内のすべての修正の排他的な使用は留保される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の例示的な実施の形態に係る電磁抵抗センサの側断面図である。
【図２】図１の磁気抵抗センサの頂面図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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