專利名稱：薄膜磁傳感器及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜磁傳感器及其制造方法，更具體地涉及適合于探測汽車車軸，旋轉編碼器以及工業齒輪等的轉動的信息，適合于探測液壓缸或汽缸的沖程位置以及機床滑塊的位置和速度的信息，適于探測工業電焊自動裝置有關弧光電流的信息，適合于在地磁方向傳感器中使用的薄膜磁傳感器以及具體的薄膜磁傳感器的制造方法。
背景技術：
磁傳感器是一種將探測的諸如電流，電壓，電功率，磁場或磁通的電磁力值，探測的諸如位置，速度，加速度，位移，距離，應力，壓力，扭矩，溫度或濕度的動力量值，以及探測的生物化學量值通過磁場轉換為電壓的電子器件。根據對磁場的探測方法，磁傳感器被分類為例如空穴傳感器，各向異性磁致電阻(AMR)傳感器，以及巨大磁致電阻傳感器(GMR)。
在上述磁傳感器中，GMR傳感器的優點在于(1)GMR傳感器在電阻率的變化率，即下文將給出的顯著大于任何空穴傳感器和AMR傳感器的MR比上有最大值MR比＝Δρ/ρ0，其中Δ＝ρH-ρ0，ρH指在外部磁場H下的電阻率，ρ0指外部磁場為零的條件下的電阻率。
(2)GMR在電阻值上隨溫度有變化，該變化小于空穴傳感器的變化。
(3)因為產生巨大磁致電阻效應的材料是一種薄膜材料，GMR傳感器適合于磁傳感器的小型化。
在這樣的情況下，希望GMR傳感器被用作計算機，功率發生器，汽車，家用電器和便攜式設備中的高靈敏度磁傳感器。
已知顯示出有GMR效應的材料包括例如(1)人造金屬晶格，該人造金屬晶格是一個多層薄膜，它包括一個諸如一層坡莫合金的鐵磁層和一個諸如一層Cu，Ag或Au的非磁性層，即該多層薄膜具有一個四層結構，該四層結構稱作自旋閥，該自旋閥包括一個反鐵磁層，一個鐵磁層(依附層)一個非磁性層和一個鐵磁層(自由層)，(2)金屬-金屬系統納米微粒材料，該系統配備由諸如坡莫合金的鐵磁金屬形成的納米尺寸的微粒以及配備由諸如Cu，Ag或Au非磁性金屬構成的粒界相，(3)允許通過依賴自旋的隧道效應顯示MR效應的隧道結薄膜，以及(4)金屬-絕緣體系統納米微粒材料，該系統配備由鐵磁金屬的合金形成的納米尺寸的微粒以及配備由非磁性的和絕緣的材料構成的粒界相。
在產生上文指出的GMR效應的材料中，由自旋閥代表的多層薄膜具有在低磁場下的高靈敏度的特征。但是，為了制備該多層薄膜，必須以高精度層壓用各種材料制成的薄膜，導致多層薄膜較差的穩定性和較低的產量。在這樣的情況下，生產成本的減少受到限制。在這樣的條件下，該種多層薄膜只能被用于諸如硬盤的磁頭的高附加值的設備上。難以考慮將該特種多層薄膜用在被迫和例如具有低單位價格的AMR傳感器或空穴傳感器在價格上競爭的磁傳感器上。還應該注意的是，在形成該多層薄膜的諸層中往往會產生擴散，因此GMR效應往往要消失，結果該多層薄膜在其耐熱性能上較差。
另一方面，納米微粒材料易于制造，通常具有高復制性能。因此，當納米微粒材料被用于磁傳感器的制造時，磁傳感器的制造成本可以降低。尤其是，金屬-絕緣體系統納米微粒材料的有利之處在于(1)如果組分被優化，金屬-絕緣體系統納米微粒材料被允許在室溫下顯示超過10％的高MR比，(2)因為金屬-絕緣體系統納米微粒材料顯示極高的電阻率，就可能明顯使磁傳感器小型化，節省磁傳感器的功率消耗，和(3)金屬-絕緣體納米微粒材料甚至能在高溫環境下使用，不像包括反鐵磁薄膜的自旋閥薄膜耐熱性能較差。但是，金屬-絕緣體納米微粒材料的缺陷在于，在低磁場下對磁場的靈敏度很低。
日本專利公開公報11-087804中公開了一種克服上述問題的措施。具體地說，其公開的內容為，為了提高巨大磁致電阻效應薄膜對磁場的靈敏度，在巨磁致電阻效應薄膜的兩側面都設置了軟磁薄膜。在上述專利文件中還公開了一種制造薄膜磁傳感器的方法，包括在襯底上形成2μm厚度的坡莫合金薄膜(軟磁薄膜)，通過用離子束刻蝕設備在坡莫合金薄膜中形成有約9μm寬度的間隙，以及在該間隙部分形成有Co38.6Y14.0O47.4組份的納米GMR薄膜的步驟。
日本專利公開公報11-274599也致力于一種磁致電阻元件，該元件中，在巨大磁致電阻效應薄膜的兩側面設置軟磁薄膜。該專利指出，為了進一步提高磁致電阻元件對磁場的靈敏度，該巨大磁致電阻薄膜做得比軟磁薄膜更薄。
具有大飽和磁化強度和高磁導率的軟磁材料對磁場有很高的靈敏度并在相對微弱的外磁場下顯示出很大的磁化強度。因此，當一個外磁場被允許作用在具有高電阻率和產生巨大磁致電阻效應的薄膜(GMR薄膜)被設置在由軟磁材料形成的薄膜磁軛之間的小間隙中以致該GMR薄膜被電連接到薄膜磁軛這樣構成的薄膜磁傳感器上時，薄膜磁軛被微弱的外磁場磁化，在GMR薄膜中存在一個強度有外磁場100到10000倍大小的磁場。結果，就可能明顯提高GMR薄膜對磁場的靈敏度。附帶提及，金屬-絕緣體系統納米微粒薄膜在今天已經被認作為GMR薄膜。
圖1是示意性地顯示常規的薄膜磁傳感器10的結構的平面圖，圖2是取自沿圖1顯示的線II-II的截面圖。如圖1和圖2所示，常規薄膜磁傳感器10包括一個由絕緣的和非磁材料制成的絕緣襯底12，每一個都由軟磁材料形成的被設置成互相面對同時在其間形成間隙14a的一對薄膜磁軛14，一個形成在間隙14a中的GMR薄膜16，形成在薄膜磁軛14的邊緣部分的電極18，18以及一個用于保護該薄膜磁軛14和GMR薄膜16的保護薄膜19。
上述結構的常規薄膜磁傳感器10通過這樣的方法形成，該方法包括形成一對薄膜磁軛14以及淀積GMR薄膜16的步驟，薄膜磁軛被設置成互相面對，通過去除形成在絕緣襯底12表面的軟磁薄膜的不必要部分在該磁軛間介入間隙14a(凹槽)，GMR薄膜帶有為覆蓋除間隙14a附近的區域外的絕緣襯底12形成的掩模。
但是，用上述方法制造的薄膜磁傳感器10發生了傳感器10的電性能和磁性能發生很大變化的問題。困難是由這樣的情況造成，在上述常規的制造方法中，例如在薄膜磁軛14和GMR薄膜16之間的電接觸變得不充分，或在間隙14a中的GMR薄膜16的厚度變得不均勻，結果所制造的傳感器10變得不穩定。
圖3顯示伴隨常規的制造薄膜磁傳感器的方法的困難。為使其更具體，如果GMR薄膜16從定位成互相面對同時小間隙14a介入其間的薄膜磁軛14的上方淀積，形成在有大高度的薄膜磁軛14的GMR薄膜16的側壁上的側壁部分16c的厚度被根據淀積在薄膜磁軛14的上表面的GMR薄膜16的上部16a的厚度的增加而逐漸增加，如圖3所示。結果，間隙14a的底部的角部被淀積在薄膜磁軛14的側壁上的GMR薄膜16的側壁部分16c遮蔽。接著就是，在淀積在間隙14a的底表面的GMR薄膜16的底部16b的角部處，GMR薄膜16的淀積受到阻礙。在這樣的情況下，GMR薄膜16的底部16b其截面變成三角形或梯形，使GMR薄膜16的底部16b和薄膜磁軛14之間的接觸電阻發生很大變化。尤其是，這種不希望有的現象在薄膜磁軛有大高度，成對磁軛之間的間隙小的高性能型的薄膜磁傳感器中變得愈加明顯。在最差的情況下，電阻變得無窮大，帶來嚴重的障礙，為了將薄膜磁傳感器投入實際使用，這樣的障礙必須消除。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種薄膜磁傳感器和制造該具體薄膜磁傳感器的方法，該磁傳感器包括一個有高電阻率的GMR薄膜和設置在GMR薄膜的兩側面上并且由軟磁材料形成，使其電連接到該GMR薄膜的薄膜磁軛，該薄膜磁傳感器能抑制GMR薄膜和薄膜磁軛之間電接觸狀態的變化，GMR薄膜有均勻的厚度，薄膜磁傳感器顯示出穩定的磁性能。
根據本發明的第一方面提供的薄膜磁傳感器包括每一個都由軟磁材料形成的一對薄膜磁軛，薄膜磁軛被設置成互相面對，同時在其間介入一個間隙；一個電連接到該薄膜磁軛對并有高于軟磁材料的電阻率的GMR薄膜；和一個支撐薄膜磁軛和GMR薄膜并由絕緣的非磁材料形成的絕緣襯底；其中包括一個由絕緣的非磁材料形成的層次和一個GMR薄膜層的多層結構的間隙柱被設置在間隙中，在間隙長度上GMR薄膜的厚度均勻。
根據本發明的第二方面提供一種制造薄膜磁傳感器的方法，包括的步驟為在由絕緣的非磁材料形成的絕緣襯底的表面上通過從其表面區域去除絕緣襯底的不必要的部分或在該絕緣襯底的表面淀積由絕緣的非磁材料形成的薄膜而形成一個突起；形成一對被定位成互相面對同時該突起被介入其間并且被完全電分離的薄膜磁軛，該薄膜磁軛通過在該突起被形成在其上的絕緣襯底的表面上淀積一個由軟磁材料形成的薄膜來形成的，緊跟著部分去除由軟磁材料形成的薄膜，直至至少該突起的頂端表面被暴露到外面而形成；和在突起的頂端表面和相鄰于該突起的薄膜磁軛的上表面上淀積具有比軟磁材料更高電阻率的GMR薄膜，這樣GMR薄膜被電連接到薄膜磁軛的上表面。
根據本發明的第三方面提供一種制造薄膜磁傳感器的方法，該方法包括的步驟為在由絕緣的非磁材料形成的絕緣襯底的表面淀積一層GMR薄膜；
通過在GMR薄膜上淀積一個由絕緣的非磁材料形成的薄膜，緊跟著全部去除由絕緣的非磁材料形成的薄膜以及部分或全部去除GMR薄膜而形成一個突起，在去除GMR薄膜時形成突起的區域被保留不去除，直至GMR薄膜被部分或全部暴露到該突起的至少一個側壁表面時為止；和形成一對被定位成互相面對，同時該突起介入其間，并且被單獨電連接到GMR薄膜的薄膜磁軛對，通過淀積一層由具有其電阻率比形成在突起已形成在其上的絕緣襯底的表面的GMR薄膜低的電阻率的軟磁材料形成的薄膜，這樣，被淀積的薄膜被電連接到預先暴露到突起的側壁表面的GMR薄膜，緊跟著部分去除由軟磁材料形成的薄膜，直至突起的至少一個頂端表面被暴露到外面時為止而形成該薄膜磁軛。
根據本發明的第四方面提供一種制造薄膜磁傳感器的方法，該方法包括的步驟為在由絕緣的非磁材料形成的絕緣襯底的表面淀積一個GMR薄膜；通過在GMR薄膜上淀積一層由絕緣的非磁材料形成的薄膜，緊跟著部分去除由絕緣的非磁材料形成的薄膜而形成一個突起，在去除薄膜時形成突起的區域被保留不去除，直至至少GMR薄膜的表面被暴露到外面時為止而形成突起；和形成一對被定位成互相面對，同時該突起介入其間，并且被單獨電連接到GMR薄膜的薄膜磁軛對，通過淀積一層由具有其電阻率比形成在突起已形成在其上的絕緣襯底的表面的GMR薄膜低的電阻率的軟磁材料形成的薄膜磁軛，這樣，被淀積的薄膜被電連接到預先暴露到外面的GMR薄膜，緊跟著部分去除由軟磁材料形成的薄膜，直至突起的至少一個頂端表面被暴露到外面時為止而形成該薄膜磁軛。
根據本發明的第一方面，包括一層絕緣的非磁材料和一層GMR薄膜的多層結構的間隙柱被設置在每一個都由軟磁材料形成的薄膜磁軛之間的間隙中。因為GMR薄膜的厚度在間隙的長度上均勻，就可能將GMR薄膜電連接到薄膜磁軛而不發生故障。其結果由于精確的電阻率，使薄膜磁傳感器的電性能和磁性能變得高度穩定。
根據本發明的第二方面，薄膜磁軛被形成于在絕緣襯底的表面上形成的突起的兩側面上，接著在包括突起的頂端表面和薄膜磁軛的上表面的平面上形成GMR薄膜。其結果是不必要在形成于每一個都有大高度的薄膜磁軛之間的小間隙中執行淀積GMR薄膜的步驟，這樣使獲得在至少是間隙的長度上有均勻厚度的GMR薄膜成為可能。另外，因為在GMR薄膜和薄膜磁軛之間可以達到無故障的金屬面接觸，因此穩定了薄膜磁傳感器的電性能和磁性能。
另外，根據本發明的第三和第四方面，事先在絕緣襯底的表面上形成GMR薄膜和絕緣的非磁材料的薄膜，接著形成突起，形成的方式是允許GMR薄膜暴露到突起的底表面的側壁表面上的外面或底表面的附近。其結果是，不必要在形成于每一個都有大高度的薄膜磁軛之間形成的小間隙中執行形成GMR薄膜的步驟，這樣使獲得在至少是間隙的長度上有均勻厚度的GMR薄膜成為可能。還有，如果薄膜磁軛形成在突起的兩個側面，在GMR薄膜和薄膜磁軛之間可以達到無故障的面接觸，因此穩定了薄膜磁傳感器的電性能和磁性能。
附圖簡述圖1是示意性地顯示常規的薄膜磁場傳感器的結構的平面圖；圖2是取自沿圖1的II-II線的截面圖；圖3是以放大的形式顯示包括在常規的薄膜磁場傳感器中的間隙附近的區域的截面圖；圖4是示意性地顯示根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器的結構的平面圖；圖5是取自沿圖4的V-V線的截面圖；圖6是以放大的形式顯示包括在根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的截面圖；圖7A和7B是以放大的形式顯示包括在根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的平面圖；圖8A到8Q是集中顯示根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器的制造工藝的截面圖；圖9是示意性地顯示根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器的結構的平面圖；圖10是取自圖9的X-X線的截面圖；圖11是以放大的形式顯示薄膜磁傳感器的結構，包括在根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的截面圖；圖12是以放大的形式顯示薄膜磁傳感器的另一種結構，包括在根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的截面圖；圖13A到13P是集中顯示根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器的制造工藝的截面圖；圖14是示意性地顯示根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器的結構的平面圖；圖15是取自沿圖14的XV-XV線的截面圖；圖16是以放大的形式顯示包括在根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的截面圖；圖17A到17O是集中顯示根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器的制造工藝的截面圖；圖18是顯示實例1，2和對比實例1中的每一個中得到的薄膜磁傳感器的電阻和頻率之間關系的曲線圖；圖19是顯示形成在單個芯片上的薄膜磁傳感器的電阻的變化和實例1，2和對比實例1中的每一個中得到的薄膜磁傳感器的頻率之間的關系的曲線圖；和圖20A和20B集中顯示在本發明的實例1中制造的芯片中單元元件的安排。
較佳實施方式現在將參考附圖詳盡敘述本發明的一些實施例。
第一實施例現在將首先敘述本發明的第一實施例。
圖4是示意性地顯示根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器20的結構的平面圖，圖5是取自沿圖4的V-V線的截面圖，圖6是以放大的形式顯示包括在根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的截面圖。
如圖所示，根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器20包括一個絕緣襯底22，一對薄膜磁軛24b，24c和一層GMR薄膜26。薄膜磁軛24b和24c被設置成互相面對，同時在其間介入間隙24a。還有，GMR薄膜26以允許GMR薄膜26電連接到薄膜磁軛24b，24c的方式形成在間隙24a中。電極28b，28c分別形成在薄膜磁軛24b，24c的邊緣部分。還有，第一保護薄膜30b，30c分別形成在薄膜磁軛24b，24c的上表面。另外，絕緣襯底22的最上表面用第二保護薄膜32覆蓋。
用于支撐薄膜磁軛24b，24c和GMR薄膜26的絕緣襯底22由絕緣的非磁材料形成。更具體地說，絕緣襯底22用高硬度材料形成，例如玻璃，氧化鋁，覆蓋熱氧化薄膜的硅和氧化鋁·碳化鈦，并具有用濺射薄膜形成的平整表面。
間隙柱23形成在間隙24a中，間隙24a形成在絕緣襯底22的表面上的任選部分，以便將被定位成互相面對的薄膜磁軛24b，24c互相分離。術語“間隙柱”指在形成在被定位成互相面對并包括一個絕緣的非磁性層和GMR薄膜26的薄膜磁軛24b和24c之間的間隙24a中成層的一個多層結構。更具體地說，間隙柱23從絕緣襯底22的表面的最下平面向上延伸。在本發明的第一實施例中，間隙柱23由一個多層結構形成，包括一個形成在絕緣襯底22表面上的突起22a，以及一個淀積在突起22a上并包括GMR薄膜26和第二保護薄膜32的分層結構。還有，在本發明的第一實施例中，間隙長度，即間隙24a的長度指薄膜磁軛24b，24c之間的距離，為使薄膜磁軛24b，24c和GMR薄膜26接觸的區域的最短距離。還有，術語“間隙寬度”指垂直于被夾在定位成互相面對的薄膜磁軛24b和24c的頂端之間的區域的間隙長度方向的方向上的長度，如圖7A所示。順便提及，如果定位成互相面對的薄膜磁軛24b和24c被設置成對稱，間隙寬度就和在頂端的薄膜磁軛24的寬度重疊，如圖7B所示。
對于構成間隙柱23的突起22a的截面而言理想的是包括一個在至少是薄膜磁軛24b，24c的上表面的側面上的指定距離上延伸的平行部分。對于突起22a的最近端部可能如圖5所示成錐形。或者，對于突起22a的全部區域可能具有圓柱形。
形成突起22a的方法不受特別限制。例如，突起22a可以通過以例如刻蝕的方式部分去除絕緣襯底22的一個平整的表面區域的不必要部分形成，如本文的下文所述。或者，突起22a可以通過在絕緣襯底22的一個平整表面上淀積一層絕緣的非磁材料的薄膜，接著部分去除薄膜的不必要的部分而形成。
絕緣襯底22的其他部分的形狀不受特別限制。可以根據薄膜磁傳感器20的用途和所需要的性能選擇最佳形狀。還有，在每幅圖4到圖6中只顯示一個形成在絕緣襯底22上包括薄膜磁軛24b，24c和GMR薄膜26的元件。但是，這些附圖只不過是打算舉例說明薄膜磁傳感器20的結構，在磁傳感器20批量生產的情況下，在一個絕緣襯底22上同時形成多個元件。
為了防止由溫度引起的標準電位的波動，薄膜磁傳感器通常包括兩個串聯連接的元件，通過測量中點電位而探測外磁場。還有，薄膜磁傳感器被分類成該兩個元件被設置成其傳感軸互相垂直的垂直型和該兩個元件被設置成其傳感軸互相平行的平行型。還有，為了倍增輸出，在某些情況下由四個元件形成一個橋電路。在這種情況下，在絕緣襯底22上可能只形成一個元件，通過將每一個都形成在單獨的絕緣襯底22上的多個元件相結合而制備一個磁傳感器。或者，也可以在一個單獨的絕緣襯底22上形成多個元件，使得該多個元件被互相電連接在一起。
被打算用來提高GMR薄膜26對磁場的靈敏度的每一個薄膜磁軛24b和24c都由軟磁材料形成。為了在微弱磁場下獲得對磁場的高靈敏度，理想的是用具有高磁導率μ和/或高飽和磁化強度Ms的材料形成薄膜磁軛24b和24c。更具體地說，對于磁軛形成材料，理想的是有不低于100，最好是不低于1000的磁導率μ。對于形成磁軛的材料也是理想的是具有不低于5千高斯，最好不低于10千高斯的飽和磁化強度Ms。
優選地用于形成薄膜磁軛24b和24c的具體材料包括例如坡莫合金(40到90％的Ni-Fe合金)，Sendust(Fe74Si9Al17)，Hardperm(Fe12Ni82Nb6)，Co88Nb6Zr6無定形合金，(Co94Fe6)70Si15B15無定形合金，Finemet(Fe75.6Si13.2B8.5Nb1.9Cu0.8)，Nanomax(Fe83HF6C11)，Fe85Zr10B5合金，Fe93Si3N4合金，Fe71B11N18合金，Fe71.3Nd9.6O19.1納米微粒合金，Co70Al10O20納米微粒合金，和Co65Fe5Al10O20合金。
薄膜磁軛24b和24c由淀積在形成在絕緣襯底22的表面上的突起22a的兩側面上的材料形成。薄膜磁軛24b，24c的形狀不受特別限制。但是，為了提高GMR薄膜26對磁場的靈敏度，對于薄膜磁軛24b，24c理想的是滿足下文敘述的條件。
首先，理想的是，在間隙24a的側面上的每個薄膜磁軛24b和24c的截面積小于電極28b，28c的每個側面上的截面積，每個電極都用作外磁場的流入邊緣或流出邊緣。如果使間隙24a的側面上薄膜磁軛的截面積較小，在間隙24a的頂端的磁通密度就增加，從而允許更強的磁場作用在GMR薄膜26上。
還應該注意的是，對于每個薄膜磁軛24b和24c，理想的是有適當大的L/W比，即間隙長度方向上的長度L對電極側面上的寬度W的比。因為在間隙長度方向上產生的去磁化場在每個薄膜磁軛24b和24c的長度在間隙長度方向上相對增加時被削弱，就可能允許薄膜磁軛24b和24c在電極28b和28c的側面上的相面對的表面有效地執行作為外磁場的流入和流出邊緣的功能。
另外，對于薄膜磁軛24b和24c理想的是其形狀相對于間隙24a對稱。薄膜磁軛24b，24c形狀不對稱之所以不理想，是因為薄膜磁傳感器20的性能要受到有磁性能差的薄膜磁軛24b，24c的影響。
另外，對于薄膜磁軛24b，24c之間最短的距離，也就是間隙的長度，理想的是該距離要短，薄膜磁軛24b，24c被定位成互相面對，和GMR薄膜26接觸，同時在其間介入間隙24a。隨著間隙長度的減小，從薄膜磁軛24b，24c的頂端泄漏的磁通到空氣中的發散被更有效地抑制，使更強的磁場作用到GMR薄膜26上。但是應該注意的是，間隙長度應該考慮到例如作用在GMR薄膜26上的磁場的數量，形成突起22a的容易程度以及電阻的規格等問題適當地確定。
順便提及，每個薄膜磁軛24b，24c的厚度不受特別限制。可以根據例如每個薄膜磁軛24b，24c的材料，以及所需要的磁傳感器20的性能適當地確定薄膜磁軛24b，24c的厚度。還有，在圖4所示的實例中，每個薄膜磁軛24b，24c的平面形狀在頂端的側面(在間隙24a的側面)被做成錐形。但是在每個薄膜磁軛24b，24c的頂端也可以形成一個平行的部分。如果在每個薄膜磁軛24b，24c的頂端形成一個平行部分，就可以在每個薄膜磁軛24b，24c的頂端抑制磁通的發散，使更強的磁場作用到GMR薄膜26上。
現在敘述GMR薄膜26。GMR薄膜26對外磁場的變化象電阻的變化一樣是敏感的，從而以電壓的變化來探測外磁場的變化，該GMR薄膜26由顯示出巨大磁致電阻效應的材料形成。為了使GMR薄膜26以高靈敏度探測外磁場的變化，對于GMR薄膜26理想的是，在外磁場H不高于數萬奧斯特(Oe)的條件下具有不小于5％最好不小于10％的MR比的絕對值。
還有，在本發明中，GMR薄膜26直接電連接到薄膜磁軛24b，24c。因此，具有高于薄膜磁軛24b，24c的電阻率的材料被用于形成GMR薄膜26。用有過分低的電阻率的材料形成GMR薄膜26是不理想的，因為通常在這種情況下，在薄膜磁軛24b，24c之間會形成電氣短路。另一方面，在用有過分高的電阻率的材料形成GMR薄膜26的情況下，噪聲增加，難以以電壓的變化來探測外磁場的變化。對于GMR薄膜26理想的是顯示出具有在103μΩcm和1012μΩcm之間，最好在104μΩcm和1011μΩcm范圍內的電阻率。
可以有各種材料滿足上述條件。尤其是，可以用適合于形成GMR薄膜26的金屬-絕緣體系統納米微粒材料。在顯示出高MR比和高電阻率的金屬-絕緣體系統納米微粒材料中，MR比不會因為成分的稍許改變而有大的變化。其結果是，該金屬-絕緣體納米微粒材料的有利之處在于能以低成本制造具有穩定的磁性能，有高度重復復制性能的薄膜。
產生巨大磁致電阻效應并被用于形成GMR薄膜26的金屬-絕緣體納米微粒材料包括例如Co-Y2O3系統納米微粒合金，Co-Al2O3系統納米微粒合金，Co-Sm2O3系統納米微粒合金，Co-Dy2O3系統納米微粒合金，FeCo-Y2O3系統納米微粒合金，以及氟化物系統納米微粒合金，諸如Fe-MgF2，FeCo-MgF2和Fe-CaF2。
根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器和常規的薄膜磁傳感器的不同之處在于，GMR薄膜26形成在由用絕緣的非磁性材料制成的突起22a的頂端表面和淀積在突起22a的兩個側面上的薄膜磁軛24b，24c的上表面構成的表面(下文稱為“GMR薄膜形成表面”)上。
GMR薄膜形成表面可以通過下列步驟形成(1)在絕緣襯底22的表面形成突起22a，(2)在突起22a的兩個側面淀積每一個都由軟磁材料形成的薄膜磁軛24b，24c，以及(3)通過例如拋光或刻蝕部分去除由軟磁材料形成的薄膜磁軛24b，24c，直至至少是突起22a的頂端表面被暴露到外面時為止。
GMR薄膜形成表面不包括臺階區域不是絕對必須的。GMR薄膜形成表面可以包括稍許成臺階的區域。如果在材料上互相不同的突起22a和薄膜磁軛24b，24c的不必要部分被同時部分去除，如本發明的第一實施例一樣，在突起22a的材料和薄膜磁軛24b，24c的材料之間拋光率或刻蝕率的不同可能使臺階“d”在突起22a的頂端表面和薄膜磁軛24b，24c的上表面之間形成，如圖6所示。
為了使無瑕疵的GMR薄膜26淀積在GMR薄膜形成表面上并且穩定GMR薄膜26和薄膜磁軛24b，24c之間的電接觸狀態，對于在GMR薄膜形成表面上間隙長度方向上的臺階“d”，理想的是至少不大于GMR薄膜26的厚度，最好不大于GMR薄膜26的厚度的一半。GMR薄膜形成表面上的臺階“d”應盡可能小。
GMR薄膜形成表面上形成小臺階的地方，對于臺階側壁在間隙長度方向上的傾斜角θ，即圖4到6中薄膜磁軛24b，24c的邊緣表面的傾斜角θ，理想的是要盡可能小。隨著臺階的側壁的傾斜角的增加，在GMR薄膜形成表面上形成由臺階的側壁造成的遮蔽，結果在遮蔽部分GMR薄膜26的淀積受到阻礙。在這樣的情況下，如上所述的傾斜角θ要盡可能小。
為了使無瑕疵的GMR薄膜26淀積在GMR薄膜形成表面上，對于臺階側壁的傾斜角θ，理想的是相對于水平面不大于80°，最好不大于60°。順便提及，在去除處理諸如刻蝕被同時應用到突起22a和薄膜磁軛24b，24c的情況下，可能通過優化去除處理的條件而將臺階側壁相對于水平面的傾斜角設定到80°或更小。
另外，必須使GMR薄膜形成表面在間隙長度方向上的長度等于或大于間隙長度。另一方面，可以使GMR薄膜形成表面在其寬度方向的長度，即垂直于間隙長度方向的方向上的長度，大于或小于間隙寬度。但是應該注意，必須使GMR薄膜形成表面在其寬度方向的長度大于GMR薄膜26的側向寬度。
還有，為了改進GMR薄膜26對磁場的靈敏度，對于淀積在GMR薄膜形成表面上的GMR薄膜26的形狀，理想的是要滿足下文敘述的條件。
首先，對于GMR薄膜26的側向寬度，理想的是要小于間隙的寬度。GMR薄膜26有大側向寬度之所以不理想，是因為如果GMR薄膜26的側向寬度增加，GMR薄膜26的對在側向寬度方向上從薄膜磁軛24b，24c泄漏的微弱的磁通敏感的區域也增加，降低了GMR薄膜26對磁場的靈敏度。但是應該注意，對于GMR薄膜26的側向寬度增加到約為1.1倍于間隙寬度還是可以接受的。
對于GMR薄膜26的厚度大于突起22a的頂端表面和薄膜磁軛24b，24c的上表面之間的臺階“d”也是理想的。順便提及，GMR薄膜26的厚度可以根據薄膜磁傳感器的電阻的規格確定。
順便提及，在本發明的第一實施例中，GMR薄膜26在間隙長度方向上的長度不受特別限制。GMR薄膜26在間隙長度方向上的長度可以顯著大于間隙的長度。應該注意，在該關系中，傳輸到薄膜磁傳感器20的電極28b，28c上的電流主要只流入GMR薄膜26的位于間隙24a中的有最低電阻的區域，只有很小的電流單獨流入其他區域。在這樣的情況下，可以使GMR薄膜26在間隙長度方向上的長度顯著大于間隙的長度，如上文指出的那樣。
被用于輸出的每個電極28b，28c都用導電材料形成。更具體地說，理想的是用例如Cu，Ag或Au形成電極28b，28c。但是應該注意，用例如Cr，Ti或Ni形成的下層被形成在電極的下面以改進電極的結合強度以及防止擴散。電極28b，28c的形狀不受特別限制。可以根據例如薄膜磁傳感器20的尺寸和薄膜磁軛24b，24c的形狀選擇適當的形狀。
第一保護薄膜30b和30c被用于在突起22a的兩個側面淀積薄膜磁軛24b，24c以后將突起22a暴露到外面的步驟中保護薄膜磁軛24b，24c。其結果是，在去除工藝中需要的的第一保護薄膜30b，30c在薄膜磁傳感器20中不絕對需要。另一方面，第二保護薄膜32被用于遮蔽暴露到絕緣襯底22的表面的GMR薄膜26和薄膜磁軛24b，24c使其不致暴露到空氣，因此而保護了如上所述的GMR薄膜26等。
絕緣的非磁性材料被用于形成每一個第一保護薄膜30b，30c以及第二保護薄膜32。更具體地說，從Al2O3，SiO2，Si3N4以及在不低于200℃的溫度下致密烘烤的光刻膠構成的組合中選擇的材料被用于形成第一保護薄膜30b，30c和第二保護薄膜32。
現在敘述根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器20的制造工藝。
圖8A到8Q是集中顯示根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器的制造工藝的截面圖。該實施例的制造工藝包括形成突起的步驟，形成薄膜磁軛的步驟，形成GMR薄膜的步驟，形成電極的步驟以及形成表面保護薄膜的步驟。
現在首先敘述形成突起的步驟。在形成突起的步驟中，由絕緣的非磁性材料構成的突起22a形成在絕緣襯底22的表面。更具體地說，執行如下的步驟來理想地形成突起。
第一步，如圖8A所示，防穿透薄膜34被形成在絕緣襯底22的表面。防穿透薄膜在用光刻膠形成圖形的步驟中被用于增強圖形精確度，將在下文中敘述。通常，防穿透薄膜34由例如Cr薄膜或Ti薄膜形成。
下一步，防穿透薄膜34被涂覆光刻膠37，接著，如圖8B所示，在絕緣襯底22上面設置有規定開口部分的掩模36，再接著曝光。然后，感光部分用顯影劑去除，在形成突起22a的部分形成光刻膠薄膜38a，在不形成薄膜磁軛24b，24c的部分形成光刻膠薄膜38b，如圖8C所示。
在該情況下，理想的是在形成光刻膠薄膜38a，38b后執行一次80到120℃的后烘烤0.05到1小時。如果進行后烘烤，溶劑從光刻膠薄膜38b揮發，使光刻膠薄膜38b收縮到一定的程度，結果給光刻膠薄膜38b的側表面一個坡度。如果光刻膠薄膜38b的側表面稍許傾斜，在隨后的絕緣襯底22的刻蝕步驟中就未必會產生遮蔽，這樣，刻蝕可以高效率地進行。還有，如果刻蝕條件被優化，就可以沿光刻膠薄膜38b的邊界線在基本垂直于絕緣襯底22的表面的方向上刻蝕絕緣襯底22。順便提及，形成在突起22a的部分中的光刻膠薄膜38a有一個小體積，即使對光刻膠薄膜38a施加后烘烤，在顯影階段光刻膠薄膜38a的形狀基本保持不變。換言之，光刻膠薄膜38a的側表面保持基本垂直于絕緣襯底22的上表面。
在下一步，在轉動絕緣襯底22的同時進行Ar離子束刻蝕，如圖8D所示。在該階段，如果諸如絕緣襯底22的轉動速度和Ar離子束的照射角度的照射條件被優化，如圖所示，可以在基本垂直于絕緣襯底22的上表面的方向沿光刻膠薄膜38a，38b的邊界線刻蝕絕緣襯底22的表面區域。尤其是，在進行后烘烤的情況下，可以使由沿光刻膠薄膜38b的邊界線刻蝕形成的絕緣襯底22的垂直部分的深度大于光刻膠薄膜38a的側面上的深度。
Ar離子束刻蝕完成以后，留在絕緣襯底22表面上的光刻膠薄膜38a和38b被去除(剝離)，在絕緣襯底22的表面形成突起22a，如圖8E所示。應該注意，突起22a的側壁基本垂直于絕緣襯底22的上表面，突起22a有規定的寬度(間隙長度)和規定的高度。還應該注意，被定位成互相面對同時突起22a介入其間的兩個凹陷被形成在絕緣襯底22的表面區域中。
形成突起22a的方法不限于上述方法，可以應用其他方法形成突起22a。例如，可以采用使用化學液體的濕法刻蝕或反應離子刻蝕代替Ar離子刻蝕。或者，突起22a可以通過在絕緣襯底22的全部表面上淀積一個絕緣的非磁材料薄膜，然后選擇性地去除除了待形成突起22a的部分以外的絕緣的非磁材料的薄膜來形成。
現在敘述形成薄膜磁軛的步驟。在形成薄膜磁軛的步驟中形成一對薄膜磁軛24b，24c，該薄膜磁軛24b，24c被定位成互相面對，同時在其間介入突起22a，并且彼此被完全電分離。上述薄膜磁軛24b，24c這樣形成，在形成在絕緣襯底22的表面上的突起22a的兩個側面上淀積一層軟磁材料的薄膜，接著部分去除該軟磁材料的薄膜，直至至少是突起22a的頂端表面被暴露到外面時為止。
更具體地說，如圖8F所示，軟磁材料薄膜24b被淀積在絕緣襯底22的全部表面上達到規定的厚度。然后，如圖8G所示，絕緣的非磁材料的保護薄膜30被淀積在軟磁薄膜24d的表面上達到規定的厚度。如上所述，第一保護薄膜30用于在平面化絕緣襯底22的表面的步驟中保護軟磁薄膜24d，即薄膜磁軛24b，24c。還有，第一保護薄膜30的材料根據平面化的方法適當地選擇。
下一步，第一保護薄膜30和軟磁薄膜24d被部分去除，直至至少是突起22a的頂端表面被暴露到外面而在突起22a的兩個側面上形成互相分離的薄膜磁軛24b，24c時為止，如圖8H所示。結果，GMR薄膜形成表面被形成在絕緣襯底22的表面，該GMR薄膜形成表面包括突起22a的頂端表面和相鄰于突起22a的頂端表面的薄膜磁軛24b，24c的上表面。還應該注意，GMR薄膜形成表面在間隙長度方向上的長度大于間隙的長度，GMR薄膜形成表面在寬度方向上的長度大于間隙的寬度。還有，在該階段第一保護層30被分離為左右第一保護層30c和30b。
去除軟磁薄膜24d的不必要部分以形成 GMR薄膜形成表面的方法不受特別限制，就可能采用各種方法。更具體地說，采用下文敘述的方法是理想的。
第一種方法是機械拋光法，該方法中第一保護薄膜30被形成在絕緣襯底22的全部表面上，接著機械拋光形成在絕緣襯底22上的第一保護薄膜30的表面。在該情況下，用例如Al2O3薄膜，SiO2薄膜，Si3N4薄膜或在不低于200℃的溫度下致密烘烤的光刻膠薄膜形成第一保護薄膜30是理想的。
第二種方法是背刻蝕法，該方法中第一保護薄膜30被形成在絕緣襯底22的全部表面上以平緩絕緣襯底22表面上的不規則處，接著通過采用離子束刻蝕形成在絕緣襯底22上的第一保護薄膜30的表面。在該情況下，用經在90到120℃下后烘烤的光刻膠薄膜形成第一保護薄膜30是理想的。
如果形成在絕緣襯底22的表面上，即形成在絕緣襯底22上形成的軟磁薄膜24d的表面上的光刻膠薄膜(第一保護薄膜30)被刻蝕，首先光刻膠薄膜被單獨刻蝕。隨著刻蝕的進展，軟磁薄膜24d的凸出部分開始在光刻膠薄膜的表面暴露。然后，光刻膠薄膜和軟磁薄膜24d的凸出部分被同時刻蝕。
通常，光刻膠薄膜的最上面的表面不會完全平整。另外，在軟磁薄膜24d和光刻膠薄膜之間的刻蝕速率有差異。其結果是，通過單次刻蝕難以完全平整絕緣襯底22的表面。在這樣的情況下，在光刻膠薄膜被完全刻蝕掉之前刻蝕被停止一次，便會去除光刻膠薄膜(剝離)。在這種方式中，包括(1)形成光刻膠薄膜并進行在90到120℃下的后烘烤，(2)刻蝕，(3)去除(剝離)的操作被重復進行規定的次數，直至絕緣襯底22的表面被基本完全地平整化時為止。
順便提及，部分去除軟磁薄膜24d直至至少是突起22a的頂端表面被暴露到外面已經足夠時為止，這樣就不必要完全去除第一保護薄膜30，如圖8H所示。但是，在突起22a有高度容差的地方，可以部分去除軟磁薄膜24d，直至第一保護薄膜30被完全去除時為止。
現在敘述形成GMR薄膜的步驟。在形成GMR薄膜的步驟中，GMR薄膜26被淀積于形成在絕緣襯底22的表面上的GMR薄膜形成表面上，接著將GMR薄膜26處理成規定的形狀。更具體地說，對于形成GMR薄膜的步驟，理想的應如下文所述進行。
在第一步，光刻膠薄膜38被重新形成在絕緣襯底22除了GMR薄膜26將形成的區域以外的表面，如圖8I所示。光刻膠薄膜38由相似于上述結合形成突起22a的步驟的方法形成。在該階段，形成GMR薄膜26的區域，即不形成光刻膠薄膜38的區域在間隙長度方向上的長度被設定成充分大于間隙長度。還有，在需要高靈敏度的地方，對于形成GMR薄膜26的區域在間隙寬度方向上的長度，理想的是小于間隙的寬度，雖然上述具體區域的長度要根據例如對磁場所需要的靈敏度和電阻確定。
下一步，具有規定成分的GMR薄膜26被淀積在絕緣襯底22的全部表面，如圖8J所示。結果，具有規定厚度的無瑕疵的GMR薄膜26形成在間隙長度方向上長于間隙長度的區域中。同時，形成在間隙24a中的GMR薄膜26被電氣連接到薄膜磁軛24b，24c。形成GMR薄膜26之后，光刻膠薄膜38通過提升剝離(lift-off)的方法從絕緣襯底22的表面去除，如圖8K所示。
順便提及，可以采用其他方法取代上述方法形成GMR薄膜26。更具體地說，GMR薄膜26可以通過這樣的方法形成在間隙24a中，該方法包括的步驟為(1)直接在絕緣襯底22的全部平整的表面上淀積GMR薄膜26，(2)用例如光刻膠薄膜只在相鄰于突起22a的區域形成掩模，以及(3)通過刻蝕單獨去除該區域的未由例如光刻膠薄膜覆蓋的GMR薄膜26。
現在敘述形成電極的步驟。在形成電極的步驟中，電極28b和28c形成在薄膜磁軛24b，24c的邊緣部分更具體地說，光刻膠薄膜38重新形成在不包括電極28b，28c將形成的區域的絕緣襯底22上，如圖8L所示。光刻膠薄膜38由相似于上述結合形成突起的步驟的方法形成。然后，具有規定厚度并由導電材料形成的薄膜28a從光刻膠薄膜38的上方淀積，如圖8M所示，接著去除(提升剝離)光刻膠薄膜38。結果，可分別在薄膜磁軛24b，24c的邊緣部分形成電極28b和28c，如圖8N所示。順便提及，圖8N中僅顯示電極28b。
順便提及，形成電極28b和28c的方法不限于上述方法。例如，可以用這樣的方法形成電極28b和28c，該方法包括直接在絕緣襯底22的除了鄰近GMR薄膜26的區域外的全部表面淀積由導電材料構成的薄膜28的步驟，用光刻膠薄膜覆蓋所需要的部分的步驟，以及通過例如Ar離子束刻蝕，用化學液體的濕法刻蝕或反應離子刻蝕去除不必要的部分的步驟。但是在采用特定方法的情況下，必須預先形成保護薄膜用于保護位于將要去除的薄膜28a的該部分下面的GMR薄膜26和薄膜磁軛。
現在敘述形成表面保護薄膜的步驟。在形成表面保護薄膜的步驟中，用于保護薄膜磁軛24b，24c和GMR薄膜26的第二保護薄膜32形成在絕緣襯底22的最上面的表面。更具體地說，光刻膠薄膜38重新形成在不包括第二保護薄膜32將形成的區域的絕緣襯底22上，如圖80所示。光刻膠薄膜38由相似于上述結合形成突起的步驟的方法形成。在該情況下，可取的是這樣形成光刻膠薄膜38，使電極28b，28c(圖80僅顯示電極28b)部分由第二保護薄膜32覆蓋。然后，如圖8P所示，第二保護薄膜32從光刻膠薄膜38的上方淀積到規定的厚度，接著，去除光刻膠薄膜38(提升剝離)。結果，得到根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器20，如圖8Q所示。
順便提及，形成第二保護薄膜32的方法不限于上述方法。或者，第二保護薄膜32可以通過這樣的方法形成，該方法包括例如直接在絕緣襯底22的全部表面淀積第二保護薄膜32的步驟，以覆蓋第二保護薄膜32的需要部分的方式形成光刻膠薄膜的步驟，以及通過Ar離子束刻蝕，用化學液體的濕法刻蝕或反應離子刻蝕去除第二保護薄膜32的不必要部分的步驟。
現在敘述根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器20的功能和效果。
制造薄膜磁傳感器的常規方法包括在絕緣襯底的表面淀積軟磁薄膜，在這樣形成的軟磁薄膜中形成有小寬度的凹槽(間隙)，獲得定位成互相面對的薄膜磁軛，同時該小間隙介入其間，以及在包括該間隙的薄膜磁軛上淀積GMR薄膜。
在上述常規的方法中，使形成在間隙中的GMR薄膜的底部的截面形狀成為三角形或梯形。結果，使GMR薄膜的側壁部分和GMR薄膜的底部之間的接觸面積顯著小于GMR薄膜的厚度方向的平均截面積。在極端的情況下，使GMR薄膜的側壁部分和底部成帶狀接觸。其結果是，薄膜磁軛和GMR薄膜之間的接觸電阻因制造條件的稍許變化而有明顯改變。另外，使薄膜磁傳感器的磁特性變得不穩定。
還有，磁特性優秀的金屬-絕緣體系統納米微粒材料易損壞，這樣，當淀積在間隙中形成薄膜時，該薄膜往往會沿從間隙的平整的底部生長的薄膜部分和從間隙的側壁生長的薄膜部分之間的邊界線破裂。其結果是，在用金屬絕緣體系統納米微粒材料作為薄膜磁傳感器的GMR薄膜和淀積在間隙中的材料的情況下，往往使薄膜磁傳感器在電和磁的方面都不穩定。
另一方面，根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器20這樣構成，使突起22a形成在絕緣襯底22的表面，薄膜磁軛24b，24c淀積在突起22a的兩個側面。其結果是，間隙24a處于用由絕緣的非磁材料形成的突起22a裝填的狀態。在這樣的情況下，如果在突起22a的頂端表面平整化以后GMR薄膜被淀積在絕緣襯底22的表面，GMR薄膜的淀積就不會受到薄膜磁軛24b，24c的側壁的損害。
還有，因為突起22a的頂端表面和鄰近突起22a的頂端表面的區域被作為相對平整的、在間隙的長度方向上長于間隙長度的GMR薄膜形成表面，以及GMR薄膜被形成在該GMR薄膜形成表面上，就可以至少在間隙24a中形成有基本均勻的厚度的無瑕疵GMR薄膜26。還有，GMR薄膜的下表面可無故障地電連接到薄膜磁軛24b，24c的上表面。另外，甚至在用相對易損的材料形成GMR薄膜26的情況下，GMR薄膜26也未必會破損。其結果是，即使制造條件發生稍許改變，GMR薄膜和薄膜磁軛24b，24c之間的接觸電阻不會顯著變化，穩定了薄膜磁傳感器的磁性能。
第二實施例現在敘述根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器。圖9是示意性地顯示根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器的結構的平面圖，圖10是取自沿圖9的X-X線的截面圖，圖11是以放大的形式顯示薄膜磁傳感器的、包括在根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的結構截面圖，圖12是以放大的形式顯示薄膜磁傳感器的、包括在根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的另一種結構截面圖。
如圖所示，根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器40包括一個絕緣襯底42，一對薄膜磁軛44b，44c和一層GMR薄膜46。薄膜磁軛44b和44c被定位成互相面對，同時間隙44a介入其間。還有，GMR薄膜46形成在間隙44a中，以便電連接到薄膜磁軛44b，44c。還有，電極48b，48c分別連接到薄膜磁軛44b，44c的邊緣部分。另外，絕緣襯底42的最上表面用第二保護薄膜52覆蓋。
薄膜磁軛44b，44c被淀積在形成于絕緣襯底42的表面的突起43a的兩個側面上。還有，突起43a包括一個通過刻蝕絕緣襯底42而形成的絕緣襯底42的錐形的凸出部分42a，在絕緣襯底42的錐形凸出部分42a的上表面成層的GMR薄膜46，和在GMR薄膜46上成層的第三保護薄膜50。另外，在本發明的第二實施例中，間隙柱43包括突起43a和在突起43a上成層的第二保護薄膜52。換言之，在本發明的第二實施例中，被暴露到間隙柱43的側表面和/或傾斜的下表面的GMR薄膜46的表面被電連接到薄膜磁軛44b，44c的側表面和/或傾斜的下表面。
具體結構的間隙柱43可以通過這樣的方法形成，該方法包括的步驟為(1)在絕緣襯底42的表面以提及的次序淀積GMR薄膜46和第三保護薄膜50，(2)全部去除第三保護薄膜50以及部分或全部去除GMR薄膜46，直至GMR薄膜46部分或全部暴露到突起43a的側壁表面時為止，同時形成突起43a的頂端部分的區域被保留不去除，和(3)在突起43a的兩個側面形成薄膜磁軛44b，44c，接著在全部表面上淀積第二保護薄膜52。
可以將突起43a的和絕緣襯底42的上表面垂直的部分，即突起43a的側壁表面單由第三保護薄膜50形成。在該情況下，雖然靈敏度多少有點降低，但GMR薄膜46的暴露到突起43a的傾斜側表面的部分可以無故障地被連接到薄膜磁軛44b，44c。另外，為了獲得對磁場的高靈敏度，理想的是將GMR薄膜46包括在突起43a的側壁表面中，如圖12所示。對于GMR薄膜46的構成一部分突起43a的側壁表面的那部分的厚度“t”，理想的是不小于GMR薄膜46的厚度的1/2。隨著GMR薄膜46的構成一部分突起43a的側壁表面的那部分的厚度“t”的增加，對磁場的靈敏度也增加。
任何種類的絕緣非磁材料都可以用于形成構成突起43a的頂端部分的第三保護薄膜50。更具體地說，第三保護薄膜可以由例如Al2O3，SiO2，Si3N4或在不低于200℃的溫度下致密烘烤的光刻膠形成。
順便提及，絕緣襯底42，突起43a，薄膜磁軛44b，44c，GMR薄膜46，電極48b和48c，第二保護薄膜52以及其他構件和包括在根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器中的絕緣襯底22，突起22a，薄膜磁軛24b，24c，GMR薄膜26，電極28b和28c，第二保護薄膜32以及其他構件相同，這樣，對絕緣襯底42等的敘述就省略了。
現在敘述根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器的制造方法。
圖13A到13P是集中顯示根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器的制造工藝的截面圖。根據本發明的第二實施例的制造工藝包括形成GMR薄膜的步驟，形成突起的步驟，形成薄膜磁軛的步驟，形成電極的步驟以及形成表面保護薄膜的步驟。
首先敘述形成GMR薄膜的步驟。在形成GMR薄膜的步驟中，GMR薄膜46淀積在絕緣襯底42的表面。更具體地說，形成GMR薄膜的步驟理想地執行如下。
第一步，如圖13A所示，光刻膠薄膜38形成在絕緣襯底42的除了GMR薄膜46將形成的區域之外的經平整的表面上。在該階段，將形成GMR薄膜的區域在間隙長度的方向上的長度被充分設定得大于間隙的長度，上述特定區域的寬度根據例如所需要的對磁場的靈敏度和電阻限定。下一步，如圖13B所示，GMR薄膜46形成在絕緣襯底42的全部表面上，接著提升剝離光刻膠薄膜38以在間隙44a將形成的區域形成GMR薄膜46，如圖13C所示。
順便提及，可以采用其他方法來取代上述方法形成GMR薄膜46。更具體地說，GMR薄膜46也可以通過這樣的方法形成，該方法包括的步驟為(1)直接在絕緣襯底42的經平整的全部表面上淀積GMR薄膜46，(2)用例如光刻膠薄膜僅在突起43a將形成的區域和上述特定區域附近的區域形成掩模，和(3)通過刻蝕去除僅在該未用例如光刻膠薄膜覆蓋的區域的GMR薄膜46，如先前在第一實施例中敘述的那樣。
現在敘述形成突起的步驟。在形成突起的步驟中，突起43a通過這樣的方法形成，該方法包括在GMR薄膜46上進一步淀積第三保護薄膜50的步驟，以及全部去除第三保護薄膜50和部分或全部去除GMR薄膜46，同時形成突起43a的區域被保留不去除，直至GMR薄膜46部分或完全暴露到突起43a的側壁表面以形成突起43a的步驟時為止。更具體地說，形成突起的步驟理想地執行如下。
第一步，如圖13D所示，第三保護薄膜50被淀積在絕緣襯底42的全部表面上一個規定的厚度。順便提及，通過刻蝕形成的突起43a的形狀的精確性往往隨著第三保護薄膜50厚度的增加而變差。在這樣的情況下，理想的是第三保護薄膜要形成得盡可能薄。
下一步，由例如Cr薄膜或Ti薄膜構成的防穿透薄膜34形成在第三保護薄膜50上，如圖13E所示，接著在突起43a將形成的區域中形成光刻膠薄膜38a和在不形成薄膜磁軛44b，44c的區域中形成另一個光刻膠薄膜38b，如圖13F所示。順便提及，如前述本發明的第一實施例中一樣，理想的是對光刻膠薄膜38a和38b進行后烘烤。
下一步，在轉動絕緣襯底42的同時在規定的條件下進行Ar離子束刻蝕以在絕緣襯底42的表面形成突起43a，如圖13G所示。在突起43a的頂端部分的側壁垂直于絕緣襯底42的上表面。還有，突起43a有規定的寬度(間隙長度)和高度。如果照射條件被優化，就可以使GMR薄膜46部分或全部暴露到突起43a的垂直于絕緣襯底42的上表面的側壁表面。另外，絕緣襯底42也同時沿光刻膠薄膜38b的邊界線刻蝕。在該步驟，絕緣襯底42在基本垂直于絕緣襯底42的上表面的方向上刻蝕以在絕緣襯底42的表面區域形成兩個凹陷，使該兩個凹陷被定位成互相面對，同時突起43a介入其間。刻蝕完成以后，保留在絕緣襯底42的表面的光刻膠薄膜被去除(剝離)，如圖13H所示。
現在敘述形成薄膜磁軛的步驟。在形成薄膜磁軛的步驟中，軟磁材料被淀積在突起43a的兩個側面以形成一對薄膜磁軛44b，44c，該薄膜磁軛44b，44c被定位成互相面對，突起43介入其間，互相完全電分離。薄膜磁軛44b，44c可由基本相同于上述結合本發明的第一實施例的工藝形成。
具體地說，對于形成薄膜磁軛44b，44c，首先在絕緣襯底42的不包括薄膜磁軛44b，44c將形成的區域的表面重新形成光刻膠薄膜38，如圖13I所示。然后，在絕緣襯底42的全部表面淀積軟磁薄膜44d到一個規定的厚度，如圖13J所示，接著通過提升剝離的方法去除光刻膠薄膜38，如圖13K所示。
下一步，在絕緣襯底42的全部表面形成第一保護薄膜30，如圖13L所示。然后，通過前述機械拋光法或背刻蝕法部分去除第一保護薄膜30和軟磁薄膜44d，直至軟磁薄膜44d從至少是突起43a的頂端表面完全去除時為止。結果，薄膜磁軛44b，44c被形成為互相面對，突起43a介入其間，如圖13M所示。
順便提及，圖13M顯示，在形成薄膜磁軛44b，44c以后保留在薄膜磁軛44b，44c上的第一保護薄膜30被完全去除(剝離)。但是，對于第一保護薄膜30也可以部分保留在薄膜磁軛44b，44c上不去除。還有，用以去除軟磁薄膜44d的不必要部分的機械拋光法或背刻蝕法可以用這樣的方法替代(下文中被稱為“額外的薄膜去除方法”)，該方法包括的步驟為(1)用例如光刻膠薄膜形成除了淀積在突起43a的頂端表面上的部分之外的軟磁薄膜44d的掩模，和(2)通過刻蝕去除未用例如光刻膠薄膜覆蓋的那個部分的軟磁薄膜44d。
現在敘述電極的形成步驟。電極形成步驟通過和前述結合本發明的第一實施例的相同的程序執行。具體地說，在絕緣襯底42的除了電極48b，48c將形成的區域之外的表面上重新形成光刻膠薄膜38，如圖13N所示，接著在絕緣襯底42的表面淀積由導電材料構成的薄膜48a，如圖130所示，然后去除(提升剝離)光刻膠薄膜38，如圖13P所示。結果，電極48b和48c可分別形成在薄膜磁軛44b，44c的邊緣部分。順便提及，圖13P中僅示出電極48b。
另外，在絕緣襯底42的表面通過執行其程序相似于前述結合本發明的第一實施例的形成表面保護薄膜的步驟形成第二保護薄膜52以獲得根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器40。
現在敘述根據本發明的第二實施例的薄膜磁傳感器40的功能和效果。在本發明的第二實施例中，GMR薄膜46和第三保護薄膜50以提及的次序淀積在絕緣襯底42的表面，接著在規定的條件下刻蝕絕緣襯底42的表面。結果，可以形成具有部分或全部暴露到其側壁表面的GMR薄膜46的突起43a。
在淀積軟磁薄膜44d時，不像在一個小溝槽中淀積軟磁薄膜的情況，圍繞從絕緣襯底42的表面突出的突起43a很少會形成遮蔽。其結果是，在本發明的第二實施例中淀積軟磁薄膜44d，該軟磁薄膜44d和突起43a的側壁表面直接密切接觸。結果，在每一個都由軟磁薄膜44d形成的薄膜磁軛44b，44c和暴露到突起43a的側壁表面的GMR薄膜46之間得到無故障的面接觸。還有，即使制造條件發生稍許改變，在薄膜磁軛44b，44c和GMR薄膜46之間的接觸電阻也不會明顯地變化，因而穩定了薄膜磁傳感器的磁性能。
應該注意，如果薄膜磁軛44b，44c由外磁場磁化，從薄膜磁軛44b，44c泄漏的磁通主要通過突起43a的側壁表面之間的區域。其結果，在GMR薄膜46暴露到突起43a的側壁表面的地方，更強的磁場作用到GMR薄膜46，進一步提高了薄膜磁傳感器對磁場的靈敏度。
第三實施例現在敘述根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器。圖14是示意性地顯示根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器的結構的平面圖，圖15是取自沿圖14的XV-XV線的截面圖，圖16是以放大的形式顯示包括在根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器中的間隙附近的區域的截面圖。
如圖所示，根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器60包括一個絕緣襯底62，一對薄膜磁軛64b，64c和一層GMR薄膜66。薄膜磁軛64b和64c被定位成互相面對，同時間隙64a介入其間。還有，GMR薄膜66形成在間隙64a中，以便電連接到薄膜磁軛64b，64c。還有，電極68b，68c分別連接到薄膜磁軛64b，64c的邊緣部分，絕緣襯底62的最上表面用第二保護薄膜72覆蓋。
GMR薄膜66淀積在絕緣襯底62的表面。還有，由GMR薄膜66和第四保護薄膜70構成的突起63a形成在間隙64a中，薄膜磁軛64b，64c形成在突起63a的兩個側面上。更具體地說，在本發明的第三實施例中，GMR薄膜66的上表面和薄膜磁軛64b，64c的下表面電氣面接觸。另外，在本發明的第三實施例中，間隙柱63由突起63a和第二保護薄膜72構成。
在形成突起63a中，GMR薄膜66和由絕緣的非磁材料形成的第四保護薄膜70以提及的次序相繼淀積在絕緣襯底62的表面上，接著部分去除第四保護薄膜70，直至至少是GMR薄膜66的表面被暴露到外面時為止。在該階段，在形成突起63a的區域中的第四保護薄膜70被保留不去除。適合于用作第四保護薄膜70的材料包括例如Al2O3，SiO2，Si3N4或在不低于200℃的溫度下致密烘烤的光刻膠。
順便提及，絕緣襯底62，突起63a，薄膜磁軛64b，64c，GMR薄膜66，電極68b和68c，第二保護薄膜72以及其他構件和包括在根據本發明的第一實施例的薄膜磁傳感器20中的絕緣襯底22，突起22a，薄膜磁軛24b，24c，GMR薄膜26，電極28b和28c，第二保護薄膜32以及其他構件相同，這樣，對絕緣襯底62等的敘述被省略。
現在敘述根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器60的制造工藝。
圖17A到17O是集中顯示根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器60的制造工藝的截面圖。該實施例的制造工藝包括形成GMR薄膜的步驟，形成突起的步驟，形成薄膜磁軛的步驟，形成電極的步驟以及形成表面保護薄膜的步驟。
在本發明的第三實施例中形成GMR薄膜的步驟基本和前述本發明的第二實施例中的步驟相同。更具體地說，首先，光刻膠薄膜38形成在絕緣襯底62的除了GMR薄膜66將形成的區域以外的經平整的表面，如圖17A所示。然后，具有規定成分的GMR薄膜66淀積在光刻膠薄膜38上達規定的厚度，如圖17B所示，接著，如圖17C所示去除(提升剝離)光刻膠薄膜38。在該方式中，可以形成在間隙長度方向上長于間隙長度的GMR薄膜66。
現在敘述形成突起的步驟。在形成突起的步驟中，第四保護薄膜被進一步淀積在形成在絕緣襯底62的表面上的的GMR薄膜66上，接著部分去除第四保護薄膜70直至至少是GMR薄膜66的表面被暴露到外面時為止。在該階段，第四保護薄膜70的形成突起63a的區域被保留不去除。更具體地說，形成突起的步驟理想地執行如下。
更具體地說，第四保護薄膜70被淀積在絕緣襯底62的全部表面上一個規定的厚度，如圖17D所示。順便提及，在相繼步驟中通過刻蝕形成的突起63a的形狀的精確性往往隨著第四保護薄膜70厚度的增加而下降。在這樣的情況下，如上述本發明的第一實施例一樣，理想的是第四保護薄膜要形成得盡可能薄。
下一步，由例如Cr薄膜或Ti薄膜構成的防穿透薄膜34形成在第四保護薄膜70上，如圖17E所示，接著在突起63a將形成的部分中形成光刻膠薄膜38，如圖17F所示。
下一步，在轉動絕緣襯底62的同時進行Ar離子束刻蝕以部分去除防穿透薄膜34和第四保護薄膜70。離子束刻蝕在這樣的條件下進行，使離子束以比較接近于垂直方向的方向行進。結果，在GMR薄膜66的表面形成突起63a，如圖17G所示。這樣形成的突起63a有具有相對于絕緣襯底62的上表面一個任選角度的側壁。還有，突起63a有規定的寬度(間隙長度)和規定的高度。順便提及，如果刻蝕條件被優化，就可以使突起63a形成為像沒有錐形部分的柱的形狀，基本垂直于絕緣襯底62的上表面。刻蝕完成以后，保留在突起63a的頂端表面的光刻膠薄膜38被去除(剝離)，如圖17H所示。
現在敘述形成薄膜磁軛的步驟。在形成薄膜磁軛的步驟中，軟磁薄膜64d被淀積在突起63a的兩個側面以形成一對薄膜磁軛64b，64c，該薄膜磁軛64b，64c被定位成互相面對，突起63a介入其間，互相完全電分離。薄膜磁軛64b，64c可由基本相同于上述本發明的第一實施例采用的方法形成。
具體地說，在絕緣襯底62的不包括薄膜磁軛64b，64c將形成的區域的表面重新形成光刻膠薄膜38，如圖17I所示。然后，在絕緣襯底62的全部表面淀積軟磁薄膜64d到一個規定的厚度，如圖17J所示，接著去除(提升剝離)光刻膠薄膜38，如圖17K所示。
下一步，在絕緣襯底62的全部表面形成第一保護薄膜30，如圖17L所示，接著，通過機械拋光法或背刻蝕法部分去除軟磁薄膜64d，直至軟磁薄膜64d從至少是突起63a的頂端表面完全去除時為止。結果，薄膜磁軛64b，64c被形成為互相面對，突起63a介入其間，如圖17M所示。順便提及，在如圖17M顯示的步驟中，在形成薄膜磁軛64b，64c以后保留在薄膜磁軛64b，64c上的第一保護薄膜30被完全去除。但是，對于第一保護薄膜30也可以部分保留在薄膜磁軛64b，64c上不去除。還有，可以用額外的薄膜去除方法替代機械拋光法或背刻蝕法。
現在敘述電極的形成步驟。電極形成步驟通過和前述本發明的第一實施例相似的程序執行。具體地說，在絕緣襯底62的除了電極68b，68c將形成的區域之外的表面上重新形成光刻膠薄膜38，接著在光刻膠薄膜38上淀積電極材料68a，如圖17N所示，然后去除(提升剝離)光刻膠薄膜38，如圖17O所示。通過上述程序，電極68b和68c可分別形成在薄膜磁軛64b，64c的邊緣部分。順便提及，圖17O中僅示出電極68b。
然后，在絕緣襯底62的表面通過執行和上述本發明的第一實施例的程序相似的形成表面保護層的步驟形成第二保護薄膜72以獲得根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器60。
現在敘述根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器的功能和效果。根據本發明的第三實施例的薄膜磁傳感器60通過下述步驟制備，在絕緣襯底62的表面形成在間隙長度方向上比間隙長度更長的GMR薄膜66，接著在GMR薄膜66上淀積第四保護薄膜70并接著形成突起63a，然后淀積軟磁薄膜64d。應該注意，在該實施例的薄膜磁傳感器60中，在GMR薄膜66的上表面和薄膜磁軛64b，64c的下表面之間可以無故障地得到面對面的電接觸。其結果是，即使制造條件發生少許改變，薄膜磁軛64b，64c和GMR薄膜66之間的接觸電阻也不會明顯變化，因而，穩定了薄膜磁傳感器60的磁性能。
實例(實例1)如圖9到11所示構造的薄膜磁傳感器40通過圖13A到13P顯示的方法制造。在該實例中，25個元件組(芯片)41形成在一個單絕緣襯底42上，如圖20B所示。每個元件組(芯片)41包括4個單元元件40a，每個單元元件40a由一個單層的GMR薄膜46和一對設置在GMR薄膜46的兩個側面上的薄膜磁軛44b，44c構成，如圖20A所示。其結果是，總數100個單元元件40a形成在單個的絕緣襯底42上。
一種無堿金屬玻璃被用作絕緣襯底42。GMR薄膜46由具有FeCo-MgF2成分的金屬-絕緣體系統納米微粒材料形成。另外，CoFeSiB無定形薄膜被用作每個薄膜磁軛44b和44c。每個薄膜磁軛44b和44c的厚度被設定為1.0μm。GMR薄膜46的厚度被設定為0.5μm。另外，間隙長度被設定為2.0μm。還有，軟磁薄膜44d淀積以后，通過額外的薄膜去除方法部分去除軟磁薄膜44d，將突起43a的頂端表面暴露到外面。
(實例2)二十五個芯片(或總數100個單元元件)通過除了用背刻蝕法部分去除淀積的軟磁薄膜44d直至使突起43a的頂端表面暴露到外面時為止以外，其他都和實例1相同的程序形成在絕緣襯底42上。
(比較實例1)十六個芯片，每個芯片包括4個如圖1到3所示構造的作為單元元件的薄膜磁傳感器10，即總數64個單元元件(薄膜磁傳感器10)的制造步驟如下。具體地說，由無定形CoFeSiB構成的軟磁薄膜在無堿金屬玻璃襯底的絕緣襯底12的表面淀積到1.0μm的厚度。然后部分刻蝕軟磁薄膜以形成定位成互相面對的薄膜磁軛14，14，同時有2.0μm間隙長度的間隙(溝槽)介入其間。
下一步，由具有FeCo-MgF2成分的金屬-絕緣體系統納米微粒材料構成的GMR薄膜16在絕緣襯底12的表面用設置成覆蓋除了間隙14a的區域以外的絕緣襯底12的表面的掩模淀積到0.5μm的厚度。另外，電極18，18形成在薄膜磁軛14，14的邊緣部分，接著以覆蓋薄膜磁軛14，14和GMR薄膜16的方式形成保護薄膜19而獲得薄膜磁傳感器10。
在每個實例1，2和比較實例1中獲得的薄膜磁傳感器都經受了200℃1.0小時的熱處理，為的是消除每個多層薄膜的內部應力，接著在100(Oe)磁場下為每個單元元件測量電阻(kΩ)和MR比(％)。另外，芯片中的元件的電阻值的變化ΔR用為芯片中四個相鄰的單元元件測量的電阻值根據下面給出的公式計算ΔR＝|Ri-Rj|×100/Rm(％)式中Ri和Rj分別指第i個和第j個單元元件的電阻值，i和j指1到4的整數，i和j的值互相不同，Rm指同一個芯片中四個單元元件的電阻值的平均值。
圖18和19分別顯示單元元件的電阻值的分布和芯片中的元件的電阻值的變化ΔR的分布。在比較實例1中獲得的薄膜磁傳感器10的情況下，單元元件的電阻值在100kΩ和1600kΩ之間的范圍中分布。換言之，最大的電阻值被發現比最小的電阻值的10倍還要大。另一方面，比較實例1芯片中的元件的電阻值的變化ΔR被發現落在2％和40％之間的范圍內。另外，比較實例1的單元元件的MR比的變化被發現落在0％和6％之間的范圍內。應該注意，所有單元元件中只有約10％顯示出MR比不小于5％，說明比較實例1中薄膜磁傳感器的產量很低。
另一方面，在每個實例1和2中獲得的薄膜磁傳感器40的情況下，單元元件的電阻值穩定，它們被發現落在400kΩ和1000kΩ之間的范圍內。換言之，和比較實例1相比，電阻值的變化很小。還有，在本發明的實例1和2中芯片中的元件的電阻值的變化ΔR不大于6％，明顯小于比較實例1。另外，在本發明的每個實例1和2中單元元件的MR比被發現落在5％到7％的范圍內。另外，本發明的實例的薄膜磁傳感器40顯示了高MR比及高穩定性，因此每個單元元件顯示出不小于5％的MR比。
上文敘述的實施例只是意圖說明本發明的技術原理。當然，本發明在解釋本發明的技術范圍時不應限制在上述實施例中。本發明可以在附后的權利要求中限定的本發明的精神和范圍中的經各種修改的方式中工作。
例如，雖然本發明的器件具有設置在GMR薄膜兩側的GMR薄膜和薄膜磁軛而適用于磁傳感器，本發明的應用不限于磁傳感器。本發明的器件也可以用于，例如磁存儲器和磁頭。
權利要求
1.一種薄膜磁傳感器包括一對薄膜磁軛，每一個磁軛由軟磁材料形成，該薄膜磁軛被設置成互相面對，同時一個間隙介入其間；一個GMR薄膜，該GMR薄膜被電連接到該對薄膜磁軛并具有高于軟磁材料的電阻率；和一個絕緣襯底，該絕緣襯底支撐薄膜磁軛和GMR薄膜并由絕緣的非磁材料形成；其中一個包括一個由絕緣的非磁材料形成的層次和一個GMR薄膜的層次的多層次結構的間隙柱被設置在間隙中，在間隙的長度上GMR薄膜的厚度均勻。
2.如權利要求1所述的薄膜磁傳感器，其特征在于，其中GMR薄膜由金屬-絕緣體系統納米微粒材料形成。
3.一種制造薄膜磁傳感器的方法，包括的步驟為在由絕緣的非磁材料形成的絕緣襯底的表面上通過從絕緣襯底的一個表面區域去除該絕緣襯底的不必要部分，或通過在絕緣襯底的表面淀積一層由絕緣的非磁材料形成的薄膜而形成一個突起；形成一對定位成互相面對，同時該突起介入其間，互相完全電分離的薄膜磁軛，該薄膜磁軛通過在具有形成在其上的突起的絕緣襯底的表面淀積一層由一個軟磁材料形成的薄膜，接著部分地去除該由軟磁材料形成的薄膜，直至至少突起的一個頂端表面被暴露到外面時為止而形成；和在突起的頂端表面和鄰近于該突起的薄膜磁軛的上表面淀積一層有高于軟磁材料的電阻率的GMR薄膜，因此該GMR薄膜被電連接到薄膜磁軛的上表面。
4.一種制造薄膜磁傳感器的方法，包括的步驟為在由絕緣的非磁材料形成的絕緣襯底的表面淀積一層GMR薄膜；通過在該GMR薄膜上淀積一層由絕緣的非磁材料形成的薄膜，接著完全去除由絕緣的非磁材料形成的薄膜和部分或完全去除GMR薄膜而形成一個突起，在去除時形成突起的區域被保留不去除，直至GMR薄膜被部分或完全暴露到至少是該突起的一個側壁表面時為止；和形成一對被定位成互相面對，同時該突起介入其間，并且被單獨電連接到GMR薄膜的薄膜磁軛，該薄膜磁軛通過在具有形成在其上的突起的絕緣襯底的表面淀積一層由一個具有低于GMR薄膜的電阻率的軟磁材料形成的薄膜，因此淀積的薄膜被電連接到預先暴露到突起的側壁表面的GMR薄膜，接著部分地去除該由軟磁材料形成的薄膜直至至少是突起的一個頂端表面被暴露到外面時為止而形成。
5.一種制造薄膜磁傳感器的方法，包括的步驟為在由絕緣的非磁材料形成的絕緣襯底的表面淀積一個GMR薄膜；通過在該GMR薄膜上淀積一層由絕緣的非磁材料形成的薄膜，接著部分地去除由絕緣的非磁材料形成的薄膜而形成一個突起，在去除時形成突起的區域被保留不去除，直至至少是GMR薄膜的一個表面被暴露到外面時為止；和形成一對被定位成互相面對，同時該突起介入其間，并且被單獨電連接到GMR薄膜的薄膜磁軛，該薄膜磁軛通過在具有形成在其上的突起的絕緣襯底的表面淀積一層由一個具有低于GMR薄膜的電阻率的軟磁材料形成的薄膜，因此淀積的薄膜被電連接到預先暴露到外面的GMR薄膜，接著部分地去除該由軟磁材料形成的薄膜直至至少是突起的一個頂端表面被暴露到外面時為止而形成。
全文摘要
一種薄膜磁傳感器包括一對每一個都由軟磁材料形成的薄膜磁軛，該薄膜磁軛被設置成互相面對，同時一個間隙介入其間；包括一個電連接到該對薄膜磁軛并有高于軟磁材料的電阻率的GMR薄膜；以及包括一個支撐薄膜磁軛和GMR薄膜并由絕緣的非磁材料形成的絕緣襯底。一個包括一個由絕緣的非磁材料形成的層次和一個GMR薄膜的層次的多層次結構的間隙柱被設置在間隙中，在間隙的長度上GMR薄膜的厚度均勻。
文檔編號H01L43/08GK1573350SQ200410048870
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月2日 優先權日2003年6月2日
發明者小林伸圣, 白川究, 金田安司 申請人:財團法人電氣磁氣材料研究所, 大同特殊鋼株式會社