[go: up one dir, main page]

CN1573350A - 薄膜磁传感器及其制造方法 - Google Patents

薄膜磁传感器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1573350A
CN1573350A CNA2004100488702A CN200410048870A CN1573350A CN 1573350 A CN1573350 A CN 1573350A CN A2004100488702 A CNA2004100488702 A CN A2004100488702A CN 200410048870 A CN200410048870 A CN 200410048870A CN 1573350 A CN1573350 A CN 1573350A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
gmr
thin film
yoke
magnetic material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004100488702A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100403049C (zh
Inventor
小林伸圣
白川究
金田安司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Research Institute for Electromagnetic Materials
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Research Institute for Electromagnetic Materials
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd, Research Institute for Electromagnetic Materials filed Critical Daido Steel Co Ltd
Publication of CN1573350A publication Critical patent/CN1573350A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100403049C publication Critical patent/CN100403049C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3163—Fabrication methods or processes specially adapted for a particular head structure, e.g. using base layers for electroplating, using functional layers for masking, using energy or particle beams for shaping the structure or modifying the properties of the basic layers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G11B5/3176—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps
    • G11B5/3179—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps the films being mainly disposed in parallel planes
    • G11B5/3183—Structure of heads comprising at least in the transducing gap regions two magnetic thin films disposed respectively at both sides of the gaps the films being mainly disposed in parallel planes intersecting the gap plane, e.g. "horizontal head structure"
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3916—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide
    • G11B5/3919—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide the guide being interposed in the flux path
    • G11B5/3922—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide the guide being interposed in the flux path the read-out elements being disposed in magnetic shunt relative to at least two parts of the flux guide structure
    • G11B5/3925—Arrangements in which the active read-out elements are coupled to the magnetic flux of the track by at least one magnetic thin film flux guide the guide being interposed in the flux path the read-out elements being disposed in magnetic shunt relative to at least two parts of the flux guide structure the two parts being thin films
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

一种薄膜磁传感器包括一对每一个都由软磁材料形成的薄膜磁轭，该薄膜磁轭被设置成互相面对，同时一个间隙介入其间；包括一个电连接到该对薄膜磁轭并有高于软磁材料的电阻率的GMR薄膜；以及包括一个支撑薄膜磁轭和GMR薄膜并由绝缘的非磁材料形成的绝缘衬底。一个包括一个由绝缘的非磁材料形成的层次和一个GMR薄膜的层次的多层次结构的间隙柱被设置在间隙中，在间隙的长度上GMR薄膜的厚度均匀。

Description

薄膜磁传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜磁传感器及其制造方法，更具体地涉及适合于探测汽车车轴，旋转编码器以及工业齿轮等的转动的信息，适合于探测液压缸或汽缸的冲程位置以及机床滑块的位置和速度的信息，适于探测工业电焊自动装置有关弧光电流的信息，适合于在地磁方向传感器中使用的薄膜磁传感器以及具体的薄膜磁传感器的制造方法。
背景技术
磁传感器是一种将探测的诸如电流，电压，电功率，磁场或磁通的电磁力值，探测的诸如位置，速度，加速度，位移，距离，应力，压力，扭矩，温度或湿度的动力量值，以及探测的生物化学量值通过磁场转换为电压的电子器件。根据对磁场的探测方法，磁传感器被分类为例如空穴传感器，各向异性磁致电阻(AMR)传感器，以及巨大磁致电阻传感器(GMR)。
在上述磁传感器中，GMR传感器的优点在于：
(1)GMR传感器在电阻率的变化率，即下文将给出的显著大于任何空穴传感器和AMR传感器的MR比上有最大值：
MR比＝Δρ/ρ0，其中Δ＝ρH-ρ0，ρH指在外部磁场H下的电阻率，ρ0指外部磁场为零的条件下的电阻率。
(2)GMR在电阻值上随温度有变化，该变化小于空穴传感器的变化。
(3)因为产生巨大磁致电阻效应的材料是一种薄膜材料，GMR传感器适合于磁传感器的小型化。
在这样的情况下，希望GMR传感器被用作计算机，功率发生器，汽车，家用电器和便携式设备中的高灵敏度磁传感器。
已知显示出有GMR效应的材料包括例如(1)人造金属晶格，该人造金属晶格是一个多层薄膜，它包括一个诸如一层坡莫合金的铁磁层和一个诸如一层Cu，Ag或Au的非磁性层，即该多层薄膜具有一个四层结构，该四层结构称作自旋阀，该自旋阀包括一个反铁磁层，一个铁磁层(依附层)一个非磁性层和一个铁磁层(自由层)，(2)金属-金属系统纳米微粒材料，该系统配备由诸如坡莫合金的铁磁金属形成的纳米尺寸的微粒以及配备由诸如Cu，Ag或Au非磁性金属构成的粒界相，(3)允许通过依赖自旋的隧道效应显示MR效应的隧道结薄膜，以及(4)金属-绝缘体系统纳米微粒材料，该系统配备由铁磁金属的合金形成的纳米尺寸的微粒以及配备由非磁性的和绝缘的材料构成的粒界相。
在产生上文指出的GMR效应的材料中，由自旋阀代表的多层薄膜具有在低磁场下的高灵敏度的特征。但是，为了制备该多层薄膜，必须以高精度层压用各种材料制成的薄膜，导致多层薄膜较差的稳定性和较低的产量。在这样的情况下，生产成本的减少受到限制。在这样的条件下，该种多层薄膜只能被用于诸如硬盘的磁头的高附加值的设备上。难以考虑将该特种多层薄膜用在被迫和例如具有低单位价格的AMR传感器或空穴传感器在价格上竞争的磁传感器上。还应该注意的是，在形成该多层薄膜的诸层中往往会产生扩散，因此GMR效应往往要消失，结果该多层薄膜在其耐热性能上较差。
另一方面，纳米微粒材料易于制造，通常具有高复制性能。因此，当纳米微粒材料被用于磁传感器的制造时，磁传感器的制造成本可以降低。尤其是，金属-绝缘体系统纳米微粒材料的有利之处在于(1)如果组分被优化，金属-绝缘体系统纳米微粒材料被允许在室温下显示超过10％的高MR比，(2)因为金属-绝缘体系统纳米微粒材料显示极高的电阻率，就可能明显使磁传感器小型化，节省磁传感器的功率消耗，和(3)金属-绝缘体纳米微粒材料甚至能在高温环境下使用，不像包括反铁磁薄膜的自旋阀薄膜耐热性能较差。但是，金属-绝缘体纳米微粒材料的缺陷在于，在低磁场下对磁场的灵敏度很低。
日本专利公开公报11-087804中公开了一种克服上述问题的措施。具体地说，其公开的内容为，为了提高巨大磁致电阻效应薄膜对磁场的灵敏度，在巨磁致电阻效应薄膜的两侧面都设置了软磁薄膜。在上述专利文件中还公开了一种制造薄膜磁传感器的方法，包括在衬底上形成2μm厚度的坡莫合金薄膜(软磁薄膜)，通过用离子束刻蚀设备在坡莫合金薄膜中形成有约9μm宽度的间隙，以及在该间隙部分形成有Co38.6Y14.0O47.4组份的纳米GMR薄膜的步骤。
日本专利公开公报11-274599也致力于一种磁致电阻元件，该元件中，在巨大磁致电阻效应薄膜的两侧面设置软磁薄膜。该专利指出，为了进一步提高磁致电阻元件对磁场的灵敏度，该巨大磁致电阻薄膜做得比软磁薄膜更薄。
具有大饱和磁化强度和高磁导率的软磁材料对磁场有很高的灵敏度并在相对微弱的外磁场下显示出很大的磁化强度。因此，当一个外磁场被允许作用在具有高电阻率和产生巨大磁致电阻效应的薄膜(GMR薄膜)被设置在由软磁材料形成的薄膜磁轭之间的小间隙中以致该GMR薄膜被电连接到薄膜磁轭这样构成的薄膜磁传感器上时，薄膜磁轭被微弱的外磁场磁化，在GMR薄膜中存在一个强度有外磁场100到10000倍大小的磁场。结果，就可能明显提高GMR薄膜对磁场的灵敏度。附带提及，金属-绝缘体系统纳米微粒薄膜在今天已经被认作为GMR薄膜。
图1是示意性地显示常规的薄膜磁传感器10的结构的平面图，图2是取自沿图1显示的线II-II的截面图。如图1和图2所示，常规薄膜磁传感器10包括一个由绝缘的和非磁材料制成的绝缘衬底12，每一个都由软磁材料形成的被设置成互相面对同时在其间形成间隙14a的一对薄膜磁轭14，一个形成在间隙14a中的GMR薄膜16，形成在薄膜磁轭14的边缘部分的电极18，18以及一个用于保护该薄膜磁轭14和GMR薄膜16的保护薄膜19。
上述结构的常规薄膜磁传感器10通过这样的方法形成，该方法包括形成一对薄膜磁轭14以及淀积GMR薄膜16的步骤，薄膜磁轭被设置成互相面对，通过去除形成在绝缘衬底12表面的软磁薄膜的不必要部分在该磁轭间介入间隙14a(凹槽)，GMR薄膜带有为覆盖除间隙14a附近的区域外的绝缘衬底12形成的掩模。
但是，用上述方法制造的薄膜磁传感器10发生了传感器10的电性能和磁性能发生很大变化的问题。困难是由这样的情况造成，在上述常规的制造方法中，例如在薄膜磁轭14和GMR薄膜16之间的电接触变得不充分，或在间隙14a中的GMR薄膜16的厚度变得不均匀，结果所制造的传感器10变得不稳定。
图3显示伴随常规的制造薄膜磁传感器的方法的困难。为使其更具体，如果GMR薄膜16从定位成互相面对同时小间隙14a介入其间的薄膜磁轭14的上方淀积，形成在有大高度的薄膜磁轭14的GMR薄膜16的侧壁上的侧壁部分16c的厚度被根据淀积在薄膜磁轭14的上表面的GMR薄膜16的上部16a的厚度的增加而逐渐增加，如图3所示。结果，间隙14a的底部的角部被淀积在薄膜磁轭14的侧壁上的GMR薄膜16的侧壁部分16c遮蔽。接着就是，在淀积在间隙14a的底表面的GMR薄膜16的底部16b的角部处，GMR薄膜16的淀积受到阻碍。在这样的情况下，GMR薄膜16的底部16b其截面变成三角形或梯形，使GMR薄膜16的底部16b和薄膜磁轭14之间的接触电阻发生很大变化。尤其是，这种不希望有的现象在薄膜磁轭有大高度，成对磁轭之间的间隙小的高性能型的薄膜磁传感器中变得愈加明显。在最差的情况下，电阻变得无穷大，带来严重的障碍，为了将薄膜磁传感器投入实际使用，这样的障碍必须消除。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种薄膜磁传感器和制造该具体薄膜磁传感器的方法，该磁传感器包括一个有高电阻率的GMR薄膜和设置在GMR薄膜的两侧面上并且由软磁材料形成，使其电连接到该GMR薄膜的薄膜磁轭，该薄膜磁传感器能抑制GMR薄膜和薄膜磁轭之间电接触状态的变化，GMR薄膜有均匀的厚度，薄膜磁传感器显示出稳定的磁性能。
根据本发明的第一方面提供的薄膜磁传感器包括：
每一个都由软磁材料形成的一对薄膜磁轭，薄膜磁轭被设置成互相面对，同时在其间介入一个间隙；
一个电连接到该薄膜磁轭对并有高于软磁材料的电阻率的GMR薄膜；和
一个支撑薄膜磁轭和GMR薄膜并由绝缘的非磁材料形成的绝缘衬底；
其中包括一个由绝缘的非磁材料形成的层次和一个GMR薄膜层的多层结构的间隙柱被设置在间隙中，在间隙长度上GMR薄膜的厚度均匀。
根据本发明的第二方面提供一种制造薄膜磁传感器的方法，包括的步骤为：
在由绝缘的非磁材料形成的绝缘衬底的表面上通过从其表面区域去除绝缘衬底的不必要的部分或在该绝缘衬底的表面淀积由绝缘的非磁材料形成的薄膜而形成一个突起；
形成一对被定位成互相面对同时该突起被介入其间并且被完全电分离的薄膜磁轭，该薄膜磁轭通过在该突起被形成在其上的绝缘衬底的表面上淀积一个由软磁材料形成的薄膜来形成的，紧跟着部分去除由软磁材料形成的薄膜，直至至少该突起的顶端表面被暴露到外面而形成；和
在突起的顶端表面和相邻于该突起的薄膜磁轭的上表面上淀积具有比软磁材料更高电阻率的GMR薄膜，这样GMR薄膜被电连接到薄膜磁轭的上表面。
根据本发明的第三方面提供一种制造薄膜磁传感器的方法，该方法包括的步骤为：
在由绝缘的非磁材料形成的绝缘衬底的表面淀积一层GMR薄膜；
通过在GMR薄膜上淀积一个由绝缘的非磁材料形成的薄膜，紧跟着全部去除由绝缘的非磁材料形成的薄膜以及部分或全部去除GMR薄膜而形成一个突起，在去除GMR薄膜时形成突起的区域被保留不去除，直至GMR薄膜被部分或全部暴露到该突起的至少一个侧壁表面时为止；和
形成一对被定位成互相面对，同时该突起介入其间，并且被单独电连接到GMR薄膜的薄膜磁轭对，通过淀积一层由具有其电阻率比形成在突起已形成在其上的绝缘衬底的表面的GMR薄膜低的电阻率的软磁材料形成的薄膜，这样，被淀积的薄膜被电连接到预先暴露到突起的侧壁表面的GMR薄膜，紧跟着部分去除由软磁材料形成的薄膜，直至突起的至少一个顶端表面被暴露到外面时为止而形成该薄膜磁轭。
根据本发明的第四方面提供一种制造薄膜磁传感器的方法，该方法包括的步骤为：
在由绝缘的非磁材料形成的绝缘衬底的表面淀积一个GMR薄膜；
通过在GMR薄膜上淀积一层由绝缘的非磁材料形成的薄膜，紧跟着部分去除由绝缘的非磁材料形成的薄膜而形成一个突起，在去除薄膜时形成突起的区域被保留不去除，直至至少GMR薄膜的表面被暴露到外面时为止而形成突起；和
形成一对被定位成互相面对，同时该突起介入其间，并且被单独电连接到GMR薄膜的薄膜磁轭对，通过淀积一层由具有其电阻率比形成在突起已形成在其上的绝缘衬底的表面的GMR薄膜低的电阻率的软磁材料形成的薄膜磁轭，这样，被淀积的薄膜被电连接到预先暴露到外面的GMR薄膜，紧跟着部分去除由软磁材料形成的薄膜，直至突起的至少一个顶端表面被暴露到外面时为止而形成该薄膜磁轭。
根据本发明的第一方面，包括一层绝缘的非磁材料和一层GMR薄膜的多层结构的间隙柱被设置在每一个都由软磁材料形成的薄膜磁轭之间的间隙中。因为GMR薄膜的厚度在间隙的长度上均匀，就可能将GMR薄膜电连接到薄膜磁轭而不发生故障。其结果由于精确的电阻率，使薄膜磁传感器的电性能和磁性能变得高度稳定。
根据本发明的第二方面，薄膜磁轭被形成于在绝缘衬底的表面上形成的突起的两侧面上，接着在包括突起的顶端表面和薄膜磁轭的上表面的平面上形成GMR薄膜。其结果是不必要在形成于每一个都有大高度的薄膜磁轭之间的小间隙中执行淀积GMR薄膜的步骤，这样使获得在至少是间隙的长度上有均匀厚度的GMR薄膜成为可能。另外，因为在GMR薄膜和薄膜磁轭之间可以达到无故障的金属面接触，因此稳定了薄膜磁传感器的电性能和磁性能。
另外，根据本发明的第三和第四方面，事先在绝缘衬底的表面上形成GMR薄膜和绝缘的非磁材料的薄膜，接着形成突起，形成的方式是允许GMR薄膜暴露到突起的底表面的侧壁表面上的外面或底表面的附近。其结果是，不必要在形成于每一个都有大高度的薄膜磁轭之间形成的小间隙中执行形成GMR薄膜的步骤，这样使获得在至少是间隙的长度上有均匀厚度的GMR薄膜成为可能。还有，如果薄膜磁轭形成在突起的两个侧面，在GMR薄膜和薄膜磁轭之间可以达到无故障的面接触，因此稳定了薄膜磁传感器的电性能和磁性能。
附图简述
图1是示意性地显示常规的薄膜磁场传感器的结构的平面图；
图2是取自沿图1的II-II线的截面图；
图3是以放大的形式显示包括在常规的薄膜磁场传感器中的间隙附近的区域的截面图；
图4是示意性地显示根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器的结构的平面图；
图5是取自沿图4的V-V线的截面图；
图6是以放大的形式显示包括在根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的截面图；
图7A和7B是以放大的形式显示包括在根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的平面图；
图8A到8Q是集中显示根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器的制造工艺的截面图；
图9是示意性地显示根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器的结构的平面图；
图10是取自图9的X-X线的截面图；
图11是以放大的形式显示薄膜磁传感器的结构，包括在根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的截面图；
图12是以放大的形式显示薄膜磁传感器的另一种结构，包括在根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的截面图；
图13A到13P是集中显示根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器的制造工艺的截面图；
图14是示意性地显示根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器的结构的平面图；
图15是取自沿图14的XV-XV线的截面图；
图16是以放大的形式显示包括在根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的截面图；
图17A到17O是集中显示根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器的制造工艺的截面图；
图18是显示实例1，2和对比实例1中的每一个中得到的薄膜磁传感器的电阻和频率之间关系的曲线图；
图19是显示形成在单个芯片上的薄膜磁传感器的电阻的变化和实例1，2和对比实例1中的每一个中得到的薄膜磁传感器的频率之间的关系的曲线图；和
图20A和20B集中显示在本发明的实例1中制造的芯片中单元元件的安排。
较佳实施方式
现在将参考附图详尽叙述本发明的一些实施例。
第一实施例
现在将首先叙述本发明的第一实施例。
图4是示意性地显示根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器20的结构的平面图，图5是取自沿图4的V-V线的截面图，图6是以放大的形式显示包括在根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的截面图。
如图所示，根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器20包括一个绝缘衬底22，一对薄膜磁轭24b，24c和一层GMR薄膜26。薄膜磁轭24b和24c被设置成互相面对，同时在其间介入间隙24a。还有，GMR薄膜26以允许GMR薄膜26电连接到薄膜磁轭24b，24c的方式形成在间隙24a中。电极28b，28c分别形成在薄膜磁轭24b，24c的边缘部分。还有，第一保护薄膜30b，30c分别形成在薄膜磁轭24b，24c的上表面。另外，绝缘衬底22的最上表面用第二保护薄膜32覆盖。
用于支撑薄膜磁轭24b，24c和GMR薄膜26的绝缘衬底22由绝缘的非磁材料形成。更具体地说，绝缘衬底22用高硬度材料形成，例如玻璃，氧化铝，覆盖热氧化薄膜的硅和氧化铝·碳化钛，并具有用溅射薄膜形成的平整表面。
间隙柱23形成在间隙24a中，间隙24a形成在绝缘衬底22的表面上的任选部分，以便将被定位成互相面对的薄膜磁轭24b，24c互相分离。术语“间隙柱”指在形成在被定位成互相面对并包括一个绝缘的非磁性层和GMR薄膜26的薄膜磁轭24b和24c之间的间隙24a中成层的一个多层结构。更具体地说，间隙柱23从绝缘衬底22的表面的最下平面向上延伸。在本发明的第一实施例中，间隙柱23由一个多层结构形成，包括一个形成在绝缘衬底22表面上的突起22a，以及一个淀积在突起22a上并包括GMR薄膜26和第二保护薄膜32的分层结构。还有，在本发明的第一实施例中，间隙长度，即间隙24a的长度指薄膜磁轭24b，24c之间的距离，为使薄膜磁轭24b，24c和GMR薄膜26接触的区域的最短距离。还有，术语“间隙宽度”指垂直于被夹在定位成互相面对的薄膜磁轭24b和24c的顶端之间的区域的间隙长度方向的方向上的长度，如图7A所示。顺便提及，如果定位成互相面对的薄膜磁轭24b和24c被设置成对称，间隙宽度就和在顶端的薄膜磁轭24的宽度重叠，如图7B所示。
对于构成间隙柱23的突起22a的截面而言理想的是包括一个在至少是薄膜磁轭24b，24c的上表面的侧面上的指定距离上延伸的平行部分。对于突起22a的最近端部可能如图5所示成锥形。或者，对于突起22a的全部区域可能具有圆柱形。
形成突起22a的方法不受特别限制。例如，突起22a可以通过以例如刻蚀的方式部分去除绝缘衬底22的一个平整的表面区域的不必要部分形成，如本文的下文所述。或者，突起22a可以通过在绝缘衬底22的一个平整表面上淀积一层绝缘的非磁材料的薄膜，接着部分去除薄膜的不必要的部分而形成。
绝缘衬底22的其他部分的形状不受特别限制。可以根据薄膜磁传感器20的用途和所需要的性能选择最佳形状。还有，在每幅图4到图6中只显示一个形成在绝缘衬底22上包括薄膜磁轭24b，24c和GMR薄膜26的元件。但是，这些附图只不过是打算举例说明薄膜磁传感器20的结构，在磁传感器20批量生产的情况下，在一个绝缘衬底22上同时形成多个元件。
为了防止由温度引起的标准电位的波动，薄膜磁传感器通常包括两个串联连接的元件，通过测量中点电位而探测外磁场。还有，薄膜磁传感器被分类成该两个元件被设置成其传感轴互相垂直的垂直型和该两个元件被设置成其传感轴互相平行的平行型。还有，为了倍增输出，在某些情况下由四个元件形成一个桥电路。在这种情况下，在绝缘衬底22上可能只形成一个元件，通过将每一个都形成在单独的绝缘衬底22上的多个元件相结合而制备一个磁传感器。或者，也可以在一个单独的绝缘衬底22上形成多个元件，使得该多个元件被互相电连接在一起。
被打算用来提高GMR薄膜26对磁场的灵敏度的每一个薄膜磁轭24b和24c都由软磁材料形成。为了在微弱磁场下获得对磁场的高灵敏度，理想的是用具有高磁导率μ和/或高饱和磁化强度Ms的材料形成薄膜磁轭24b和24c。更具体地说，对于磁轭形成材料，理想的是有不低于100，最好是不低于1000的磁导率μ。对于形成磁轭的材料也是理想的是具有不低于5千高斯，最好不低于10千高斯的饱和磁化强度Ms。
优选地用于形成薄膜磁轭24b和24c的具体材料包括例如坡莫合金(40到90％的Ni-Fe合金)，Sendust(Fe74Si9Al17)，Hardperm(Fe12Ni82Nb6)，Co88Nb6Zr6无定形合金，(Co94Fe6)70Si15B15无定形合金，Finemet(Fe75.6Si13.2B8.5Nb1.9Cu0.8)，Nanomax(Fe83HF6C11)，Fe85Zr10B5合金，Fe93Si3N4合金，Fe71B11N18合金，Fe71.3Nd9.6O19.1纳米微粒合金，Co70Al10O20纳米微粒合金，和Co65Fe5Al10O20合金。
薄膜磁轭24b和24c由淀积在形成在绝缘衬底22的表面上的突起22a的两侧面上的材料形成。薄膜磁轭24b，24c的形状不受特别限制。但是，为了提高GMR薄膜26对磁场的灵敏度，对于薄膜磁轭24b，24c理想的是满足下文叙述的条件。
首先，理想的是，在间隙24a的侧面上的每个薄膜磁轭24b和24c的截面积小于电极28b，28c的每个侧面上的截面积，每个电极都用作外磁场的流入边缘或流出边缘。如果使间隙24a的侧面上薄膜磁轭的截面积较小，在间隙24a的顶端的磁通密度就增加，从而允许更强的磁场作用在GMR薄膜26上。
还应该注意的是，对于每个薄膜磁轭24b和24c，理想的是有适当大的L/W比，即间隙长度方向上的长度L对电极侧面上的宽度W的比。因为在间隙长度方向上产生的去磁化场在每个薄膜磁轭24b和24c的长度在间隙长度方向上相对增加时被削弱，就可能允许薄膜磁轭24b和24c在电极28b和28c的侧面上的相面对的表面有效地执行作为外磁场的流入和流出边缘的功能。
另外，对于薄膜磁轭24b和24c理想的是其形状相对于间隙24a对称。薄膜磁轭24b，24c形状不对称之所以不理想，是因为薄膜磁传感器20的性能要受到有磁性能差的薄膜磁轭24b，24c的影响。
另外，对于薄膜磁轭24b，24c之间最短的距离，也就是间隙的长度，理想的是该距离要短，薄膜磁轭24b，24c被定位成互相面对，和GMR薄膜26接触，同时在其间介入间隙24a。随着间隙长度的减小，从薄膜磁轭24b，24c的顶端泄漏的磁通到空气中的发散被更有效地抑制，使更强的磁场作用到GMR薄膜26上。但是应该注意的是，间隙长度应该考虑到例如作用在GMR薄膜26上的磁场的数量，形成突起22a的容易程度以及电阻的规格等问题适当地确定。
顺便提及，每个薄膜磁轭24b，24c的厚度不受特别限制。可以根据例如每个薄膜磁轭24b，24c的材料，以及所需要的磁传感器20的性能适当地确定薄膜磁轭24b，24c的厚度。还有，在图4所示的实例中，每个薄膜磁轭24b，24c的平面形状在顶端的侧面(在间隙24a的侧面)被做成锥形。但是在每个薄膜磁轭24b，24c的顶端也可以形成一个平行的部分。如果在每个薄膜磁轭24b，24c的顶端形成一个平行部分，就可以在每个薄膜磁轭24b，24c的顶端抑制磁通的发散，使更强的磁场作用到GMR薄膜26上。
现在叙述GMR薄膜26。GMR薄膜26对外磁场的变化象电阻的变化一样是敏感的，从而以电压的变化来探测外磁场的变化，该GMR薄膜26由显示出巨大磁致电阻效应的材料形成。为了使GMR薄膜26以高灵敏度探测外磁场的变化，对于GMR薄膜26理想的是，在外磁场H不高于数万奥斯特(Oe)的条件下具有不小于5％最好不小于10％的MR比的绝对值。
还有，在本发明中，GMR薄膜26直接电连接到薄膜磁轭24b，24c。因此，具有高于薄膜磁轭24b，24c的电阻率的材料被用于形成GMR薄膜26。用有过分低的电阻率的材料形成GMR薄膜26是不理想的，因为通常在这种情况下，在薄膜磁轭24b，24c之间会形成电气短路。另一方面，在用有过分高的电阻率的材料形成GMR薄膜26的情况下，噪声增加，难以以电压的变化来探测外磁场的变化。对于GMR薄膜26理想的是显示出具有在103μΩcm和1012μΩcm之间，最好在104μΩcm和1011μΩcm范围内的电阻率。
可以有各种材料满足上述条件。尤其是，可以用适合于形成GMR薄膜26的金属-绝缘体系统纳米微粒材料。在显示出高MR比和高电阻率的金属-绝缘体系统纳米微粒材料中，MR比不会因为成分的稍许改变而有大的变化。其结果是，该金属-绝缘体纳米微粒材料的有利之处在于能以低成本制造具有稳定的磁性能，有高度重复复制性能的薄膜。
产生巨大磁致电阻效应并被用于形成GMR薄膜26的金属-绝缘体纳米微粒材料包括例如Co-Y2O3系统纳米微粒合金，Co-Al2O3系统纳米微粒合金，Co-Sm2O3系统纳米微粒合金，Co-Dy2O3系统纳米微粒合金，FeCo-Y2O3系统纳米微粒合金，以及氟化物系统纳米微粒合金，诸如Fe-MgF2，FeCo-MgF2和Fe-CaF2。
根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器和常规的薄膜磁传感器的不同之处在于，GMR薄膜26形成在由用绝缘的非磁性材料制成的突起22a的顶端表面和淀积在突起22a的两个侧面上的薄膜磁轭24b，24c的上表面构成的表面(下文称为“GMR薄膜形成表面”)上。
GMR薄膜形成表面可以通过下列步骤形成：(1)在绝缘衬底22的表面形成突起22a，(2)在突起22a的两个侧面淀积每一个都由软磁材料形成的薄膜磁轭24b，24c，以及(3)通过例如抛光或刻蚀部分去除由软磁材料形成的薄膜磁轭24b，24c，直至至少是突起22a的顶端表面被暴露到外面时为止。
GMR薄膜形成表面不包括台阶区域不是绝对必须的。GMR薄膜形成表面可以包括稍许成台阶的区域。如果在材料上互相不同的突起22a和薄膜磁轭24b，24c的不必要部分被同时部分去除，如本发明的第一实施例一样，在突起22a的材料和薄膜磁轭24b，24c的材料之间抛光率或刻蚀率的不同可能使台阶“d”在突起22a的顶端表面和薄膜磁轭24b，24c的上表面之间形成，如图6所示。
为了使无瑕疵的GMR薄膜26淀积在GMR薄膜形成表面上并且稳定GMR薄膜26和薄膜磁轭24b，24c之间的电接触状态，对于在GMR薄膜形成表面上间隙长度方向上的台阶“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薄膜形成表面上的台阶“d”应尽可能小。
GMR薄膜形成表面上形成小台阶的地方，对于台阶侧壁在间隙长度方向上的倾斜角θ，即图4到6中薄膜磁轭24b，24c的边缘表面的倾斜角θ，理想的是要尽可能小。随着台阶的侧壁的倾斜角的增加，在GMR薄膜形成表面上形成由台阶的侧壁造成的遮蔽，结果在遮蔽部分GMR薄膜26的淀积受到阻碍。在这样的情况下，如上所述的倾斜角θ要尽可能小。
为了使无瑕疵的GMR薄膜26淀积在GMR薄膜形成表面上，对于台阶侧壁的倾斜角θ，理想的是相对于水平面不大于80°，最好不大于60°。顺便提及，在去除处理诸如刻蚀被同时应用到突起22a和薄膜磁轭24b，24c的情况下，可能通过优化去除处理的条件而将台阶侧壁相对于水平面的倾斜角设定到80°或更小。
另外，必须使GMR薄膜形成表面在间隙长度方向上的长度等于或大于间隙长度。另一方面，可以使GMR薄膜形成表面在其宽度方向的长度，即垂直于间隙长度方向的方向上的长度，大于或小于间隙宽度。但是应该注意，必须使GMR薄膜形成表面在其宽度方向的长度大于GMR薄膜26的侧向宽度。
还有，为了改进GMR薄膜26对磁场的灵敏度，对于淀积在GMR薄膜形成表面上的GMR薄膜26的形状，理想的是要满足下文叙述的条件。
首先，对于GMR薄膜26的侧向宽度，理想的是要小于间隙的宽度。GMR薄膜26有大侧向宽度之所以不理想，是因为如果GMR薄膜26的侧向宽度增加，GMR薄膜26的对在侧向宽度方向上从薄膜磁轭24b，24c泄漏的微弱的磁通敏感的区域也增加，降低了GMR薄膜26对磁场的灵敏度。但是应该注意，对于GMR薄膜26的侧向宽度增加到约为1.1倍于间隙宽度还是可以接受的。
对于GMR薄膜26的厚度大于突起22a的顶端表面和薄膜磁轭24b，24c的上表面之间的台阶“d”也是理想的。顺便提及，GMR薄膜26的厚度可以根据薄膜磁传感器的电阻的规格确定。
顺便提及，在本发明的第一实施例中，GMR薄膜26在间隙长度方向上的长度不受特别限制。GMR薄膜26在间隙长度方向上的长度可以显著大于间隙的长度。应该注意，在该关系中，传输到薄膜磁传感器20的电极28b，28c上的电流主要只流入GMR薄膜26的位于间隙24a中的有最低电阻的区域，只有很小的电流单独流入其他区域。在这样的情况下，可以使GMR薄膜26在间隙长度方向上的长度显著大于间隙的长度，如上文指出的那样。
被用于输出的每个电极28b，28c都用导电材料形成。更具体地说，理想的是用例如Cu，Ag或Au形成电极28b，28c。但是应该注意，用例如Cr，Ti或Ni形成的下层被形成在电极的下面以改进电极的结合强度以及防止扩散。电极28b，28c的形状不受特别限制。可以根据例如薄膜磁传感器20的尺寸和薄膜磁轭24b，24c的形状选择适当的形状。
第一保护薄膜30b和30c被用于在突起22a的两个侧面淀积薄膜磁轭24b，24c以后将突起22a暴露到外面的步骤中保护薄膜磁轭24b，24c。其结果是，在去除工艺中需要的的第一保护薄膜30b，30c在薄膜磁传感器20中不绝对需要。另一方面，第二保护薄膜32被用于遮蔽暴露到绝缘衬底22的表面的GMR薄膜26和薄膜磁轭24b，24c使其不致暴露到空气，因此而保护了如上所述的GMR薄膜26等。
绝缘的非磁性材料被用于形成每一个第一保护薄膜30b，30c以及第二保护薄膜32。更具体地说，从Al2O3，SiO2，Si3N4以及在不低于200℃的温度下致密烘烤的光刻胶构成的组合中选择的材料被用于形成第一保护薄膜30b，30c和第二保护薄膜32。
现在叙述根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器20的制造工艺。
图8A到8Q是集中显示根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器的制造工艺的截面图。该实施例的制造工艺包括形成突起的步骤，形成薄膜磁轭的步骤，形成GMR薄膜的步骤，形成电极的步骤以及形成表面保护薄膜的步骤。
现在首先叙述形成突起的步骤。在形成突起的步骤中，由绝缘的非磁性材料构成的突起22a形成在绝缘衬底22的表面。更具体地说，执行如下的步骤来理想地形成突起。
第一步，如图8A所示，防穿透薄膜34被形成在绝缘衬底22的表面。防穿透薄膜在用光刻胶形成图形的步骤中被用于增强图形精确度，将在下文中叙述。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被涂覆光刻胶37，接着，如图8B所示，在绝缘衬底22上面设置有规定开口部分的掩模36，再接着曝光。然后，感光部分用显影剂去除，在形成突起22a的部分形成光刻胶薄膜38a，在不形成薄膜磁轭24b，24c的部分形成光刻胶薄膜38b，如图8C所示。
在该情况下，理想的是在形成光刻胶薄膜38a，38b后执行一次80到120℃的后烘烤0.05到1小时。如果进行后烘烤，溶剂从光刻胶薄膜38b挥发，使光刻胶薄膜38b收缩到一定的程度，结果给光刻胶薄膜38b的侧表面一个坡度。如果光刻胶薄膜38b的侧表面稍许倾斜，在随后的绝缘衬底22的刻蚀步骤中就未必会产生遮蔽，这样，刻蚀可以高效率地进行。还有，如果刻蚀条件被优化，就可以沿光刻胶薄膜38b的边界线在基本垂直于绝缘衬底22的表面的方向上刻蚀绝缘衬底22。顺便提及，形成在突起22a的部分中的光刻胶薄膜38a有一个小体积，即使对光刻胶薄膜38a施加后烘烤，在显影阶段光刻胶薄膜38a的形状基本保持不变。换言之，光刻胶薄膜38a的侧表面保持基本垂直于绝缘衬底22的上表面。
在下一步，在转动绝缘衬底22的同时进行Ar离子束刻蚀，如图8D所示。在该阶段，如果诸如绝缘衬底22的转动速度和Ar离子束的照射角度的照射条件被优化，如图所示，可以在基本垂直于绝缘衬底22的上表面的方向沿光刻胶薄膜38a，38b的边界线刻蚀绝缘衬底22的表面区域。尤其是，在进行后烘烤的情况下，可以使由沿光刻胶薄膜38b的边界线刻蚀形成的绝缘衬底22的垂直部分的深度大于光刻胶薄膜38a的侧面上的深度。
Ar离子束刻蚀完成以后，留在绝缘衬底22表面上的光刻胶薄膜38a和38b被去除(剥离)，在绝缘衬底22的表面形成突起22a，如图8E所示。应该注意，突起22a的侧壁基本垂直于绝缘衬底22的上表面，突起22a有规定的宽度(间隙长度)和规定的高度。还应该注意，被定位成互相面对同时突起22a介入其间的两个凹陷被形成在绝缘衬底22的表面区域中。
形成突起22a的方法不限于上述方法，可以应用其他方法形成突起22a。例如，可以采用使用化学液体的湿法刻蚀或反应离子刻蚀代替Ar离子刻蚀。或者，突起22a可以通过在绝缘衬底22的全部表面上淀积一个绝缘的非磁材料薄膜，然后选择性地去除除了待形成突起22a的部分以外的绝缘的非磁材料的薄膜来形成。
现在叙述形成薄膜磁轭的步骤。在形成薄膜磁轭的步骤中形成一对薄膜磁轭24b，24c，该薄膜磁轭24b，24c被定位成互相面对，同时在其间介入突起22a，并且彼此被完全电分离。上述薄膜磁轭24b，24c这样形成，在形成在绝缘衬底22的表面上的突起22a的两个侧面上淀积一层软磁材料的薄膜，接着部分去除该软磁材料的薄膜，直至至少是突起22a的顶端表面被暴露到外面时为止。
更具体地说，如图8F所示，软磁材料薄膜24b被淀积在绝缘衬底22的全部表面上达到规定的厚度。然后，如图8G所示，绝缘的非磁材料的保护薄膜30被淀积在软磁薄膜24d的表面上达到规定的厚度。如上所述，第一保护薄膜30用于在平面化绝缘衬底22的表面的步骤中保护软磁薄膜24d，即薄膜磁轭24b，24c。还有，第一保护薄膜30的材料根据平面化的方法适当地选择。
下一步，第一保护薄膜30和软磁薄膜24d被部分去除，直至至少是突起22a的顶端表面被暴露到外面而在突起22a的两个侧面上形成互相分离的薄膜磁轭24b，24c时为止，如图8H所示。结果，GMR薄膜形成表面被形成在绝缘衬底22的表面，该GMR薄膜形成表面包括突起22a的顶端表面和相邻于突起22a的顶端表面的薄膜磁轭24b，24c的上表面。还应该注意，GMR薄膜形成表面在间隙长度方向上的长度大于间隙的长度，GMR薄膜形成表面在宽度方向上的长度大于间隙的宽度。还有，在该阶段第一保护层30被分离为左右第一保护层30c和30b。
去除软磁薄膜24d的不必要部分以形成  GMR薄膜形成表面的方法不受特别限制，就可能采用各种方法。更具体地说，采用下文叙述的方法是理想的。
第一种方法是机械抛光法，该方法中第一保护薄膜30被形成在绝缘衬底22的全部表面上，接着机械抛光形成在绝缘衬底22上的第一保护薄膜30的表面。在该情况下，用例如Al2O3薄膜，SiO2薄膜，Si3N4薄膜或在不低于200℃的温度下致密烘烤的光刻胶薄膜形成第一保护薄膜30是理想的。
第二种方法是背刻蚀法，该方法中第一保护薄膜30被形成在绝缘衬底22的全部表面上以平缓绝缘衬底22表面上的不规则处，接着通过采用离子束刻蚀形成在绝缘衬底22上的第一保护薄膜30的表面。在该情况下，用经在90到120℃下后烘烤的光刻胶薄膜形成第一保护薄膜30是理想的。
如果形成在绝缘衬底22的表面上，即形成在绝缘衬底22上形成的软磁薄膜24d的表面上的光刻胶薄膜(第一保护薄膜30)被刻蚀，首先光刻胶薄膜被单独刻蚀。随着刻蚀的进展，软磁薄膜24d的凸出部分开始在光刻胶薄膜的表面暴露。然后，光刻胶薄膜和软磁薄膜24d的凸出部分被同时刻蚀。
通常，光刻胶薄膜的最上面的表面不会完全平整。另外，在软磁薄膜24d和光刻胶薄膜之间的刻蚀速率有差异。其结果是，通过单次刻蚀难以完全平整绝缘衬底22的表面。在这样的情况下，在光刻胶薄膜被完全刻蚀掉之前刻蚀被停止一次，便会去除光刻胶薄膜(剥离)。在这种方式中，包括(1)形成光刻胶薄膜并进行在90到120℃下的后烘烤，(2)刻蚀，(3)去除(剥离)的操作被重复进行规定的次数，直至绝缘衬底22的表面被基本完全地平整化时为止。
顺便提及，部分去除软磁薄膜24d直至至少是突起22a的顶端表面被暴露到外面已经足够时为止，这样就不必要完全去除第一保护薄膜30，如图8H所示。但是，在突起22a有高度容差的地方，可以部分去除软磁薄膜24d，直至第一保护薄膜30被完全去除时为止。
现在叙述形成GMR薄膜的步骤。在形成GMR薄膜的步骤中，GMR薄膜26被淀积于形成在绝缘衬底22的表面上的GMR薄膜形成表面上，接着将GMR薄膜26处理成规定的形状。更具体地说，对于形成GMR薄膜的步骤，理想的应如下文所述进行。
在第一步，光刻胶薄膜38被重新形成在绝缘衬底22除了GMR薄膜26将形成的区域以外的表面，如图8I所示。光刻胶薄膜38由相似于上述结合形成突起22a的步骤的方法形成。在该阶段，形成GMR薄膜26的区域，即不形成光刻胶薄膜38的区域在间隙长度方向上的长度被设定成充分大于间隙长度。还有，在需要高灵敏度的地方，对于形成GMR薄膜26的区域在间隙宽度方向上的长度，理想的是小于间隙的宽度，虽然上述具体区域的长度要根据例如对磁场所需要的灵敏度和电阻确定。
下一步，具有规定成分的GMR薄膜26被淀积在绝缘衬底22的全部表面，如图8J所示。结果，具有规定厚度的无瑕疵的GMR薄膜26形成在间隙长度方向上长于间隙长度的区域中。同时，形成在间隙24a中的GMR薄膜26被电气连接到薄膜磁轭24b，24c。形成GMR薄膜26之后，光刻胶薄膜38通过提升剥离(lift-off)的方法从绝缘衬底22的表面去除，如图8K所示。
顺便提及，可以采用其他方法取代上述方法形成GMR薄膜26。更具体地说，GMR薄膜26可以通过这样的方法形成在间隙24a中，该方法包括的步骤为：(1)直接在绝缘衬底22的全部平整的表面上淀积GMR薄膜26，(2)用例如光刻胶薄膜只在相邻于突起22a的区域形成掩模，以及(3)通过刻蚀单独去除该区域的未由例如光刻胶薄膜覆盖的GMR薄膜26。
现在叙述形成电极的步骤。在形成电极的步骤中，电极28b和28c形成在薄膜磁轭24b，24c的边缘部分更具体地说，光刻胶薄膜38重新形成在不包括电极28b，28c将形成的区域的绝缘衬底22上，如图8L所示。光刻胶薄膜38由相似于上述结合形成突起的步骤的方法形成。然后，具有规定厚度并由导电材料形成的薄膜28a从光刻胶薄膜38的上方淀积，如图8M所示，接着去除(提升剥离)光刻胶薄膜38。结果，可分别在薄膜磁轭24b，24c的边缘部分形成电极28b和28c，如图8N所示。顺便提及，图8N中仅显示电极28b。
顺便提及，形成电极28b和28c的方法不限于上述方法。例如，可以用这样的方法形成电极28b和28c，该方法包括直接在绝缘衬底22的除了邻近GMR薄膜26的区域外的全部表面淀积由导电材料构成的薄膜28的步骤，用光刻胶薄膜覆盖所需要的部分的步骤，以及通过例如Ar离子束刻蚀，用化学液体的湿法刻蚀或反应离子刻蚀去除不必要的部分的步骤。但是在采用特定方法的情况下，必须预先形成保护薄膜用于保护位于将要去除的薄膜28a的该部分下面的GMR薄膜26和薄膜磁轭。
现在叙述形成表面保护薄膜的步骤。在形成表面保护薄膜的步骤中，用于保护薄膜磁轭24b，24c和GMR薄膜26的第二保护薄膜32形成在绝缘衬底22的最上面的表面。更具体地说，光刻胶薄膜38重新形成在不包括第二保护薄膜32将形成的区域的绝缘衬底22上，如图80所示。光刻胶薄膜38由相似于上述结合形成突起的步骤的方法形成。在该情况下，可取的是这样形成光刻胶薄膜38，使电极28b，28c(图80仅显示电极28b)部分由第二保护薄膜32覆盖。然后，如图8P所示，第二保护薄膜32从光刻胶薄膜38的上方淀积到规定的厚度，接着，去除光刻胶薄膜38(提升剥离)。结果，得到根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器20，如图8Q所示。
顺便提及，形成第二保护薄膜32的方法不限于上述方法。或者，第二保护薄膜32可以通过这样的方法形成，该方法包括例如直接在绝缘衬底22的全部表面淀积第二保护薄膜32的步骤，以覆盖第二保护薄膜32的需要部分的方式形成光刻胶薄膜的步骤，以及通过Ar离子束刻蚀，用化学液体的湿法刻蚀或反应离子刻蚀去除第二保护薄膜32的不必要部分的步骤。
现在叙述根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器20的功能和效果。
制造薄膜磁传感器的常规方法包括在绝缘衬底的表面淀积软磁薄膜，在这样形成的软磁薄膜中形成有小宽度的凹槽(间隙)，获得定位成互相面对的薄膜磁轭，同时该小间隙介入其间，以及在包括该间隙的薄膜磁轭上淀积GMR薄膜。
在上述常规的方法中，使形成在间隙中的GMR薄膜的底部的截面形状成为三角形或梯形。结果，使GMR薄膜的侧壁部分和GMR薄膜的底部之间的接触面积显著小于GMR薄膜的厚度方向的平均截面积。在极端的情况下，使GMR薄膜的侧壁部分和底部成带状接触。其结果是，薄膜磁轭和GMR薄膜之间的接触电阻因制造条件的稍许变化而有明显改变。另外，使薄膜磁传感器的磁特性变得不稳定。
还有，磁特性优秀的金属-绝缘体系统纳米微粒材料易损坏，这样，当淀积在间隙中形成薄膜时，该薄膜往往会沿从间隙的平整的底部生长的薄膜部分和从间隙的侧壁生长的薄膜部分之间的边界线破裂。其结果是，在用金属绝缘体系统纳米微粒材料作为薄膜磁传感器的GMR薄膜和淀积在间隙中的材料的情况下，往往使薄膜磁传感器在电和磁的方面都不稳定。
另一方面，根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器20这样构成，使突起22a形成在绝缘衬底22的表面，薄膜磁轭24b，24c淀积在突起22a的两个侧面。其结果是，间隙24a处于用由绝缘的非磁材料形成的突起22a装填的状态。在这样的情况下，如果在突起22a的顶端表面平整化以后GMR薄膜被淀积在绝缘衬底22的表面，GMR薄膜的淀积就不会受到薄膜磁轭24b，24c的侧壁的损害。
还有，因为突起22a的顶端表面和邻近突起22a的顶端表面的区域被作为相对平整的、在间隙的长度方向上长于间隙长度的GMR薄膜形成表面，以及GMR薄膜被形成在该GMR薄膜形成表面上，就可以至少在间隙24a中形成有基本均匀的厚度的无瑕疵GMR薄膜26。还有，GMR薄膜的下表面可无故障地电连接到薄膜磁轭24b，24c的上表面。另外，甚至在用相对易损的材料形成GMR薄膜26的情况下，GMR薄膜26也未必会破损。其结果是，即使制造条件发生稍许改变，GMR薄膜和薄膜磁轭24b，24c之间的接触电阻不会显著变化，稳定了薄膜磁传感器的磁性能。
第二实施例
现在叙述根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器。图9是示意性地显示根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器的结构的平面图，图10是取自沿图9的X-X线的截面图，图11是以放大的形式显示薄膜磁传感器的、包括在根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的结构截面图，图12是以放大的形式显示薄膜磁传感器的、包括在根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的另一种结构截面图。
如图所示，根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器40包括一个绝缘衬底42，一对薄膜磁轭44b，44c和一层GMR薄膜46。薄膜磁轭44b和44c被定位成互相面对，同时间隙44a介入其间。还有，GMR薄膜46形成在间隙44a中，以便电连接到薄膜磁轭44b，44c。还有，电极48b，48c分别连接到薄膜磁轭44b，44c的边缘部分。另外，绝缘衬底42的最上表面用第二保护薄膜52覆盖。
薄膜磁轭44b，44c被淀积在形成于绝缘衬底42的表面的突起43a的两个侧面上。还有，突起43a包括一个通过刻蚀绝缘衬底42而形成的绝缘衬底42的锥形的凸出部分42a，在绝缘衬底42的锥形凸出部分42a的上表面成层的GMR薄膜46，和在GMR薄膜46上成层的第三保护薄膜50。另外，在本发明的第二实施例中，间隙柱43包括突起43a和在突起43a上成层的第二保护薄膜52。换言之，在本发明的第二实施例中，被暴露到间隙柱43的侧表面和/或倾斜的下表面的GMR薄膜46的表面被电连接到薄膜磁轭44b，44c的侧表面和/或倾斜的下表面。
具体结构的间隙柱43可以通过这样的方法形成，该方法包括的步骤为(1)在绝缘衬底42的表面以提及的次序淀积GMR薄膜46和第三保护薄膜50，(2)全部去除第三保护薄膜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的侧壁表面时为止，同时形成突起43a的顶端部分的区域被保留不去除，和(3)在突起43a的两个侧面形成薄膜磁轭44b，44c，接着在全部表面上淀积第二保护薄膜52。
可以将突起43a的和绝缘衬底42的上表面垂直的部分，即突起43a的侧壁表面单由第三保护薄膜50形成。在该情况下，虽然灵敏度多少有点降低，但GMR薄膜46的暴露到突起43a的倾斜侧表面的部分可以无故障地被连接到薄膜磁轭44b，44c。另外，为了获得对磁场的高灵敏度，理想的是将GMR薄膜46包括在突起43a的侧壁表面中，如图12所示。对于GMR薄膜46的构成一部分突起43a的侧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。随着GMR薄膜46的构成一部分突起43a的侧壁表面的那部分的厚度“t”的增加，对磁场的灵敏度也增加。
任何种类的绝缘非磁材料都可以用于形成构成突起43a的顶端部分的第三保护薄膜50。更具体地说，第三保护薄膜可以由例如Al2O3，SiO2，Si3N4或在不低于200℃的温度下致密烘烤的光刻胶形成。
顺便提及，绝缘衬底42，突起43a，薄膜磁轭44b，44c，GMR薄膜46，电极48b和48c，第二保护薄膜52以及其他构件和包括在根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器中的绝缘衬底22，突起22a，薄膜磁轭24b，24c，GMR薄膜26，电极28b和28c，第二保护薄膜32以及其他构件相同，这样，对绝缘衬底42等的叙述就省略了。
现在叙述根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器的制造方法。
图13A到13P是集中显示根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器的制造工艺的截面图。根据本发明的第二实施例的制造工艺包括形成GMR薄膜的步骤，形成突起的步骤，形成薄膜磁轭的步骤，形成电极的步骤以及形成表面保护薄膜的步骤。
首先叙述形成GMR薄膜的步骤。在形成GMR薄膜的步骤中，GMR薄膜46淀积在绝缘衬底42的表面。更具体地说，形成GMR薄膜的步骤理想地执行如下。
第一步，如图13A所示，光刻胶薄膜38形成在绝缘衬底42的除了GMR薄膜46将形成的区域之外的经平整的表面上。在该阶段，将形成GMR薄膜的区域在间隙长度的方向上的长度被充分设定得大于间隙的长度，上述特定区域的宽度根据例如所需要的对磁场的灵敏度和电阻限定。下一步，如图13B所示，GMR薄膜46形成在绝缘衬底42的全部表面上，接着提升剥离光刻胶薄膜38以在间隙44a将形成的区域形成GMR薄膜46，如图13C所示。
顺便提及，可以采用其他方法来取代上述方法形成GMR薄膜46。更具体地说，GMR薄膜46也可以通过这样的方法形成，该方法包括的步骤为(1)直接在绝缘衬底42的经平整的全部表面上淀积GMR薄膜46，(2)用例如光刻胶薄膜仅在突起43a将形成的区域和上述特定区域附近的区域形成掩模，和(3)通过刻蚀去除仅在该未用例如光刻胶薄膜覆盖的区域的GMR薄膜46，如先前在第一实施例中叙述的那样。
现在叙述形成突起的步骤。在形成突起的步骤中，突起43a通过这样的方法形成，该方法包括在GMR薄膜46上进一步淀积第三保护薄膜50的步骤，以及全部去除第三保护薄膜50和部分或全部去除GMR薄膜46，同时形成突起43a的区域被保留不去除，直至GMR薄膜46部分或完全暴露到突起43a的侧壁表面以形成突起43a的步骤时为止。更具体地说，形成突起的步骤理想地执行如下。
第一步，如图13D所示，第三保护薄膜50被淀积在绝缘衬底42的全部表面上一个规定的厚度。顺便提及，通过刻蚀形成的突起43a的形状的精确性往往随着第三保护薄膜50厚度的增加而变差。在这样的情况下，理想的是第三保护薄膜要形成得尽可能薄。
下一步，由例如Cr薄膜或Ti薄膜构成的防穿透薄膜34形成在第三保护薄膜50上，如图13E所示，接着在突起43a将形成的区域中形成光刻胶薄膜38a和在不形成薄膜磁轭44b，44c的区域中形成另一个光刻胶薄膜38b，如图13F所示。顺便提及，如前述本发明的第一实施例中一样，理想的是对光刻胶薄膜38a和38b进行后烘烤。
下一步，在转动绝缘衬底42的同时在规定的条件下进行Ar离子束刻蚀以在绝缘衬底42的表面形成突起43a，如图13G所示。在突起43a的顶端部分的侧壁垂直于绝缘衬底42的上表面。还有，突起43a有规定的宽度(间隙长度)和高度。如果照射条件被优化，就可以使GMR薄膜46部分或全部暴露到突起43a的垂直于绝缘衬底42的上表面的侧壁表面。另外，绝缘衬底42也同时沿光刻胶薄膜38b的边界线刻蚀。在该步骤，绝缘衬底42在基本垂直于绝缘衬底42的上表面的方向上刻蚀以在绝缘衬底42的表面区域形成两个凹陷，使该两个凹陷被定位成互相面对，同时突起43a介入其间。刻蚀完成以后，保留在绝缘衬底42的表面的光刻胶薄膜被去除(剥离)，如图13H所示。
现在叙述形成薄膜磁轭的步骤。在形成薄膜磁轭的步骤中，软磁材料被淀积在突起43a的两个侧面以形成一对薄膜磁轭44b，44c，该薄膜磁轭44b，44c被定位成互相面对，突起43介入其间，互相完全电分离。薄膜磁轭44b，44c可由基本相同于上述结合本发明的第一实施例的工艺形成。
具体地说，对于形成薄膜磁轭44b，44c，首先在绝缘衬底42的不包括薄膜磁轭44b，44c将形成的区域的表面重新形成光刻胶薄膜38，如图13I所示。然后，在绝缘衬底42的全部表面淀积软磁薄膜44d到一个规定的厚度，如图13J所示，接着通过提升剥离的方法去除光刻胶薄膜38，如图13K所示。
下一步，在绝缘衬底42的全部表面形成第一保护薄膜30，如图13L所示。然后，通过前述机械抛光法或背刻蚀法部分去除第一保护薄膜30和软磁薄膜44d，直至软磁薄膜44d从至少是突起43a的顶端表面完全去除时为止。结果，薄膜磁轭44b，44c被形成为互相面对，突起43a介入其间，如图13M所示。
顺便提及，图13M显示，在形成薄膜磁轭44b，44c以后保留在薄膜磁轭44b，44c上的第一保护薄膜30被完全去除(剥离)。但是，对于第一保护薄膜30也可以部分保留在薄膜磁轭44b，44c上不去除。还有，用以去除软磁薄膜44d的不必要部分的机械抛光法或背刻蚀法可以用这样的方法替代(下文中被称为“额外的薄膜去除方法”)，该方法包括的步骤为(1)用例如光刻胶薄膜形成除了淀积在突起43a的顶端表面上的部分之外的软磁薄膜44d的掩模，和(2)通过刻蚀去除未用例如光刻胶薄膜覆盖的那个部分的软磁薄膜44d。
现在叙述电极的形成步骤。电极形成步骤通过和前述结合本发明的第一实施例的相同的程序执行。具体地说，在绝缘衬底42的除了电极48b，48c将形成的区域之外的表面上重新形成光刻胶薄膜38，如图13N所示，接着在绝缘衬底42的表面淀积由导电材料构成的薄膜48a，如图130所示，然后去除(提升剥离)光刻胶薄膜38，如图13P所示。结果，电极48b和48c可分别形成在薄膜磁轭44b，44c的边缘部分。顺便提及，图13P中仅示出电极48b。
另外，在绝缘衬底42的表面通过执行其程序相似于前述结合本发明的第一实施例的形成表面保护薄膜的步骤形成第二保护薄膜52以获得根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器40。
现在叙述根据本发明的第二实施例的薄膜磁传感器40的功能和效果。在本发明的第二实施例中，GMR薄膜46和第三保护薄膜50以提及的次序淀积在绝缘衬底42的表面，接着在规定的条件下刻蚀绝缘衬底42的表面。结果，可以形成具有部分或全部暴露到其侧壁表面的GMR薄膜46的突起43a。
在淀积软磁薄膜44d时，不像在一个小沟槽中淀积软磁薄膜的情况，围绕从绝缘衬底42的表面突出的突起43a很少会形成遮蔽。其结果是，在本发明的第二实施例中淀积软磁薄膜44d，该软磁薄膜44d和突起43a的侧壁表面直接密切接触。结果，在每一个都由软磁薄膜44d形成的薄膜磁轭44b，44c和暴露到突起43a的侧壁表面的GMR薄膜46之间得到无故障的面接触。还有，即使制造条件发生稍许改变，在薄膜磁轭44b，44c和GMR薄膜46之间的接触电阻也不会明显地变化，因而稳定了薄膜磁传感器的磁性能。
应该注意，如果薄膜磁轭44b，44c由外磁场磁化，从薄膜磁轭44b，44c泄漏的磁通主要通过突起43a的侧壁表面之间的区域。其结果，在GMR薄膜46暴露到突起43a的侧壁表面的地方，更强的磁场作用到GMR薄膜46，进一步提高了薄膜磁传感器对磁场的灵敏度。
第三实施例
现在叙述根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器。图14是示意性地显示根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器的结构的平面图，图15是取自沿图14的XV-XV线的截面图，图16是以放大的形式显示包括在根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器中的间隙附近的区域的截面图。
如图所示，根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器60包括一个绝缘衬底62，一对薄膜磁轭64b，64c和一层GMR薄膜66。薄膜磁轭64b和64c被定位成互相面对，同时间隙64a介入其间。还有，GMR薄膜66形成在间隙64a中，以便电连接到薄膜磁轭64b，64c。还有，电极68b，68c分别连接到薄膜磁轭64b，64c的边缘部分，绝缘衬底62的最上表面用第二保护薄膜72覆盖。
GMR薄膜66淀积在绝缘衬底62的表面。还有，由GMR薄膜66和第四保护薄膜70构成的突起63a形成在间隙64a中，薄膜磁轭64b，64c形成在突起63a的两个侧面上。更具体地说，在本发明的第三实施例中，GMR薄膜66的上表面和薄膜磁轭64b，64c的下表面电气面接触。另外，在本发明的第三实施例中，间隙柱63由突起63a和第二保护薄膜72构成。
在形成突起63a中，GMR薄膜66和由绝缘的非磁材料形成的第四保护薄膜70以提及的次序相继淀积在绝缘衬底62的表面上，接着部分去除第四保护薄膜70，直至至少是GMR薄膜66的表面被暴露到外面时为止。在该阶段，在形成突起63a的区域中的第四保护薄膜70被保留不去除。适合于用作第四保护薄膜70的材料包括例如Al2O3，SiO2，Si3N4或在不低于200℃的温度下致密烘烤的光刻胶。
顺便提及，绝缘衬底62，突起63a，薄膜磁轭64b，64c，GMR薄膜66，电极68b和68c，第二保护薄膜72以及其他构件和包括在根据本发明的第一实施例的薄膜磁传感器20中的绝缘衬底22，突起22a，薄膜磁轭24b，24c，GMR薄膜26，电极28b和28c，第二保护薄膜32以及其他构件相同，这样，对绝缘衬底62等的叙述被省略。
现在叙述根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器60的制造工艺。
图17A到17O是集中显示根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器60的制造工艺的截面图。该实施例的制造工艺包括形成GMR薄膜的步骤，形成突起的步骤，形成薄膜磁轭的步骤，形成电极的步骤以及形成表面保护薄膜的步骤。
在本发明的第三实施例中形成GMR薄膜的步骤基本和前述本发明的第二实施例中的步骤相同。更具体地说，首先，光刻胶薄膜38形成在绝缘衬底62的除了GMR薄膜66将形成的区域以外的经平整的表面，如图17A所示。然后，具有规定成分的GMR薄膜66淀积在光刻胶薄膜38上达规定的厚度，如图17B所示，接着，如图17C所示去除(提升剥离)光刻胶薄膜38。在该方式中，可以形成在间隙长度方向上长于间隙长度的GMR薄膜66。
现在叙述形成突起的步骤。在形成突起的步骤中，第四保护薄膜被进一步淀积在形成在绝缘衬底62的表面上的的GMR薄膜66上，接着部分去除第四保护薄膜70直至至少是GMR薄膜66的表面被暴露到外面时为止。在该阶段，第四保护薄膜70的形成突起63a的区域被保留不去除。更具体地说，形成突起的步骤理想地执行如下。
更具体地说，第四保护薄膜70被淀积在绝缘衬底62的全部表面上一个规定的厚度，如图17D所示。顺便提及，在相继步骤中通过刻蚀形成的突起63a的形状的精确性往往随着第四保护薄膜70厚度的增加而下降。在这样的情况下，如上述本发明的第一实施例一样，理想的是第四保护薄膜要形成得尽可能薄。
下一步，由例如Cr薄膜或Ti薄膜构成的防穿透薄膜34形成在第四保护薄膜70上，如图17E所示，接着在突起63a将形成的部分中形成光刻胶薄膜38，如图17F所示。
下一步，在转动绝缘衬底62的同时进行Ar离子束刻蚀以部分去除防穿透薄膜34和第四保护薄膜70。离子束刻蚀在这样的条件下进行，使离子束以比较接近于垂直方向的方向行进。结果，在GMR薄膜66的表面形成突起63a，如图17G所示。这样形成的突起63a有具有相对于绝缘衬底62的上表面一个任选角度的侧壁。还有，突起63a有规定的宽度(间隙长度)和规定的高度。顺便提及，如果刻蚀条件被优化，就可以使突起63a形成为像没有锥形部分的柱的形状，基本垂直于绝缘衬底62的上表面。刻蚀完成以后，保留在突起63a的顶端表面的光刻胶薄膜38被去除(剥离)，如图17H所示。
现在叙述形成薄膜磁轭的步骤。在形成薄膜磁轭的步骤中，软磁薄膜64d被淀积在突起63a的两个侧面以形成一对薄膜磁轭64b，64c，该薄膜磁轭64b，64c被定位成互相面对，突起63a介入其间，互相完全电分离。薄膜磁轭64b，64c可由基本相同于上述本发明的第一实施例采用的方法形成。
具体地说，在绝缘衬底62的不包括薄膜磁轭64b，64c将形成的区域的表面重新形成光刻胶薄膜38，如图17I所示。然后，在绝缘衬底62的全部表面淀积软磁薄膜64d到一个规定的厚度，如图17J所示，接着去除(提升剥离)光刻胶薄膜38，如图17K所示。
下一步，在绝缘衬底62的全部表面形成第一保护薄膜30，如图17L所示，接着，通过机械抛光法或背刻蚀法部分去除软磁薄膜64d，直至软磁薄膜64d从至少是突起63a的顶端表面完全去除时为止。结果，薄膜磁轭64b，64c被形成为互相面对，突起63a介入其间，如图17M所示。顺便提及，在如图17M显示的步骤中，在形成薄膜磁轭64b，64c以后保留在薄膜磁轭64b，64c上的第一保护薄膜30被完全去除。但是，对于第一保护薄膜30也可以部分保留在薄膜磁轭64b，64c上不去除。还有，可以用额外的薄膜去除方法替代机械抛光法或背刻蚀法。
现在叙述电极的形成步骤。电极形成步骤通过和前述本发明的第一实施例相似的程序执行。具体地说，在绝缘衬底62的除了电极68b，68c将形成的区域之外的表面上重新形成光刻胶薄膜38，接着在光刻胶薄膜38上淀积电极材料68a，如图17N所示，然后去除(提升剥离)光刻胶薄膜38，如图17O所示。通过上述程序，电极68b和68c可分别形成在薄膜磁轭64b，64c的边缘部分。顺便提及，图17O中仅示出电极68b。
然后，在绝缘衬底62的表面通过执行和上述本发明的第一实施例的程序相似的形成表面保护层的步骤形成第二保护薄膜72以获得根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器60。
现在叙述根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器的功能和效果。根据本发明的第三实施例的薄膜磁传感器60通过下述步骤制备，在绝缘衬底62的表面形成在间隙长度方向上比间隙长度更长的GMR薄膜66，接着在GMR薄膜66上淀积第四保护薄膜70并接着形成突起63a，然后淀积软磁薄膜64d。应该注意，在该实施例的薄膜磁传感器60中，在GMR薄膜66的上表面和薄膜磁轭64b，64c的下表面之间可以无故障地得到面对面的电接触。其结果是，即使制造条件发生少许改变，薄膜磁轭64b，64c和GMR薄膜66之间的接触电阻也不会明显变化，因而，稳定了薄膜磁传感器60的磁性能。
实例
(实例1)
如图9到11所示构造的薄膜磁传感器40通过图13A到13P显示的方法制造。在该实例中，25个元件组(芯片)41形成在一个单绝缘衬底42上，如图20B所示。每个元件组(芯片)41包括4个单元元件40a，每个单元元件40a由一个单层的GMR薄膜46和一对设置在GMR薄膜46的两个侧面上的薄膜磁轭44b，44c构成，如图20A所示。其结果是，总数100个单元元件40a形成在单个的绝缘衬底42上。
一种无碱金属玻璃被用作绝缘衬底42。GMR薄膜46由具有FeCo-MgF2成分的金属-绝缘体系统纳米微粒材料形成。另外，CoFeSiB无定形薄膜被用作每个薄膜磁轭44b和44c。每个薄膜磁轭44b和44c的厚度被设定为1.0μm。GMR薄膜46的厚度被设定为0.5μm。另外，间隙长度被设定为2.0μm。还有，软磁薄膜44d淀积以后，通过额外的薄膜去除方法部分去除软磁薄膜44d，将突起43a的顶端表面暴露到外面。
(实例2)
二十五个芯片(或总数100个单元元件)通过除了用背刻蚀法部分去除淀积的软磁薄膜44d直至使突起43a的顶端表面暴露到外面时为止以外，其他都和实例1相同的程序形成在绝缘衬底42上。
(比较实例1)
十六个芯片，每个芯片包括4个如图1到3所示构造的作为单元元件的薄膜磁传感器10，即总数64个单元元件(薄膜磁传感器10)的制造步骤如下。具体地说，由无定形CoFeSiB构成的软磁薄膜在无碱金属玻璃衬底的绝缘衬底12的表面淀积到1.0μm的厚度。然后部分刻蚀软磁薄膜以形成定位成互相面对的薄膜磁轭14，14，同时有2.0μm间隙长度的间隙(沟槽)介入其间。
下一步，由具有FeCo-MgF2成分的金属-绝缘体系统纳米微粒材料构成的GMR薄膜16在绝缘衬底12的表面用设置成覆盖除了间隙14a的区域以外的绝缘衬底12的表面的掩模淀积到0.5μm的厚度。另外，电极18，18形成在薄膜磁轭14，14的边缘部分，接着以覆盖薄膜磁轭14，14和GMR薄膜16的方式形成保护薄膜19而获得薄膜磁传感器10。
在每个实例1，2和比较实例1中获得的薄膜磁传感器都经受了200℃1.0小时的热处理，为的是消除每个多层薄膜的内部应力，接着在100(Oe)磁场下为每个单元元件测量电阻(kΩ)和MR比(％)。另外，芯片中的元件的电阻值的变化ΔR用为芯片中四个相邻的单元元件测量的电阻值根据下面给出的公式计算：
ΔR＝|Ri-Rj|×100/Rm(％)
式中Ri和Rj分别指第i个和第j个单元元件的电阻值，i和j指1到4的整数，i和j的值互相不同，Rm指同一个芯片中四个单元元件的电阻值的平均值。
图18和19分别显示单元元件的电阻值的分布和芯片中的元件的电阻值的变化ΔR的分布。在比较实例1中获得的薄膜磁传感器10的情况下，单元元件的电阻值在100kΩ和1600kΩ之间的范围中分布。换言之，最大的电阻值被发现比最小的电阻值的10倍还要大。另一方面，比较实例1芯片中的元件的电阻值的变化ΔR被发现落在2％和40％之间的范围内。另外，比较实例1的单元元件的MR比的变化被发现落在0％和6％之间的范围内。应该注意，所有单元元件中只有约10％显示出MR比不小于5％，说明比较实例1中薄膜磁传感器的产量很低。
另一方面，在每个实例1和2中获得的薄膜磁传感器40的情况下，单元元件的电阻值稳定，它们被发现落在400kΩ和1000kΩ之间的范围内。换言之，和比较实例1相比，电阻值的变化很小。还有，在本发明的实例1和2中芯片中的元件的电阻值的变化ΔR不大于6％，明显小于比较实例1。另外，在本发明的每个实例1和2中单元元件的MR比被发现落在5％到7％的范围内。另外，本发明的实例的薄膜磁传感器40显示了高MR比及高稳定性，因此每个单元元件显示出不小于5％的MR比。
上文叙述的实施例只是意图说明本发明的技术原理。当然，本发明在解释本发明的技术范围时不应限制在上述实施例中。本发明可以在附后的权利要求中限定的本发明的精神和范围中的经各种修改的方式中工作。
例如，虽然本发明的器件具有设置在GMR薄膜两侧的GMR薄膜和薄膜磁轭而适用于磁传感器，本发明的应用不限于磁传感器。本发明的器件也可以用于，例如磁存储器和磁头。

Claims (5)

1.一种薄膜磁传感器包括：
一对薄膜磁轭，每一个磁轭由软磁材料形成，该薄膜磁轭被设置成互相面对，同时一个间隙介入其间；
一个GMR薄膜，该GMR薄膜被电连接到该对薄膜磁轭并具有高于软磁材料的电阻率；和
一个绝缘衬底，该绝缘衬底支撑薄膜磁轭和GMR薄膜并由绝缘的非磁材料形成；
其中一个包括一个由绝缘的非磁材料形成的层次和一个GMR薄膜的层次的多层次结构的间隙柱被设置在间隙中，在间隙的长度上GMR薄膜的厚度均匀。
2.如权利要求1所述的薄膜磁传感器，其特征在于，其中GMR薄膜由金属-绝缘体系统纳米微粒材料形成。
3.一种制造薄膜磁传感器的方法，包括的步骤为：
在由绝缘的非磁材料形成的绝缘衬底的表面上通过从绝缘衬底的一个表面区域去除该绝缘衬底的不必要部分，或通过在绝缘衬底的表面淀积一层由绝缘的非磁材料形成的薄膜而形成一个突起；
形成一对定位成互相面对，同时该突起介入其间，互相完全电分离的薄膜磁轭，该薄膜磁轭通过在具有形成在其上的突起的绝缘衬底的表面淀积一层由一个软磁材料形成的薄膜，接着部分地去除该由软磁材料形成的薄膜，直至至少突起的一个顶端表面被暴露到外面时为止而形成；和
在突起的顶端表面和邻近于该突起的薄膜磁轭的上表面淀积一层有高于软磁材料的电阻率的GMR薄膜，因此该GMR薄膜被电连接到薄膜磁轭的上表面。
4.一种制造薄膜磁传感器的方法，包括的步骤为：
在由绝缘的非磁材料形成的绝缘衬底的表面淀积一层GMR薄膜；
通过在该GMR薄膜上淀积一层由绝缘的非磁材料形成的薄膜，接着完全去除由绝缘的非磁材料形成的薄膜和部分或完全去除GMR薄膜而形成一个突起，在去除时形成突起的区域被保留不去除，直至GMR薄膜被部分或完全暴露到至少是该突起的一个侧壁表面时为止；和
形成一对被定位成互相面对，同时该突起介入其间，并且被单独电连接到GMR薄膜的薄膜磁轭，该薄膜磁轭通过在具有形成在其上的突起的绝缘衬底的表面淀积一层由一个具有低于GMR薄膜的电阻率的软磁材料形成的薄膜，因此淀积的薄膜被电连接到预先暴露到突起的侧壁表面的GMR薄膜，接着部分地去除该由软磁材料形成的薄膜直至至少是突起的一个顶端表面被暴露到外面时为止而形成。
5.一种制造薄膜磁传感器的方法，包括的步骤为：
在由绝缘的非磁材料形成的绝缘衬底的表面淀积一个GMR薄膜；
通过在该GMR薄膜上淀积一层由绝缘的非磁材料形成的薄膜，接着部分地去除由绝缘的非磁材料形成的薄膜而形成一个突起，在去除时形成突起的区域被保留不去除，直至至少是GMR薄膜的一个表面被暴露到外面时为止；和
形成一对被定位成互相面对，同时该突起介入其间，并且被单独电连接到GMR薄膜的薄膜磁轭，该薄膜磁轭通过在具有形成在其上的突起的绝缘衬底的表面淀积一层由一个具有低于GMR薄膜的电阻率的软磁材料形成的薄膜，因此淀积的薄膜被电连接到预先暴露到外面的GMR薄膜，接着部分地去除该由软磁材料形成的薄膜直至至少是突起的一个顶端表面被暴露到外面时为止而形成。
CNB2004100488702A 2003-06-02 2004-06-02 薄膜磁传感器及其制造方法 Expired - Fee Related CN100403049C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003156551A JP2004363157A (ja) 2003-06-02 2003-06-02 薄膜磁気センサ及びその製造方法
JP2003156551 2003-06-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1573350A true CN1573350A (zh) 2005-02-02
CN100403049C CN100403049C (zh) 2008-07-16

Family

ID=33157132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004100488702A Expired - Fee Related CN100403049C (zh) 2003-06-02 2004-06-02 薄膜磁传感器及其制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US7170287B2 (zh)
EP (1) EP1484617B1 (zh)
JP (1) JP2004363157A (zh)
CN (1) CN100403049C (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102132168A (zh) * 2008-09-29 2011-07-20 欧姆龙株式会社 磁场检测元件及信号传递元件
CN108414954A (zh) * 2017-02-09 2018-08-17 Tdk株式会社 磁传感器及其制造方法
CN109490799A (zh) * 2017-09-13 2019-03-19 Tdk株式会社 磁传感器

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004356338A (ja) * 2003-05-28 2004-12-16 Res Inst Electric Magnetic Alloys 薄膜磁気センサ及びその製造方法
KR100780496B1 (ko) * 2004-03-24 2007-11-29 야마하 가부시키가이샤 반도체 장치, 자기 센서 및 자기 센서 유닛
WO2006098372A1 (ja) * 2005-03-17 2006-09-21 Omron Corporation 高周波インターフェース素子
JP4624864B2 (ja) * 2005-06-13 2011-02-02 大同特殊鋼株式会社 薄膜磁気センサ
JP4276645B2 (ja) * 2005-08-05 2009-06-10 株式会社東海理化電機製作所 センサ装置
JP4739963B2 (ja) * 2006-01-18 2011-08-03 アルプス電気株式会社 車載用ｇｍｒ角度センサ
JP4689516B2 (ja) * 2006-03-30 2011-05-25 アルプス電気株式会社 磁気検出装置
JP4485499B2 (ja) * 2006-09-04 2010-06-23 アルプス電気株式会社 磁気検出装置およびその製造方法
US7979652B1 (en) 2007-12-20 2011-07-12 Amazon Technologies, Inc. System and method for M-synchronous replication
US8711524B2 (en) * 2008-02-05 2014-04-29 Headway Technologies, Inc. Patterned MR device with controlled shape anisotropy
JP5151551B2 (ja) * 2008-02-27 2013-02-27 大同特殊鋼株式会社 薄膜磁気センサ
US20100117634A1 (en) * 2008-11-12 2010-05-13 Philip M Hoyt Wide Field ID-OD Discriminator
JP5392108B2 (ja) 2010-01-21 2014-01-22 大同特殊鋼株式会社 薄膜磁気センサ及びその製造方法
JP5838653B2 (ja) * 2011-08-23 2016-01-06 大同特殊鋼株式会社 薄膜磁気センサの製造方法
US9194908B2 (en) * 2012-03-28 2015-11-24 Infinitum Solutions, Inc. Metrology for contactless measurement of electrical resistance change in magnetoresistive samples
CN104122513A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 上海矽睿科技有限公司 高密度磁传感装置及其磁感应方法、制备工艺
CN104183696A (zh) * 2013-05-20 2014-12-03 上海矽睿科技有限公司 一种磁传感装置的制备工艺
JP6576175B2 (ja) * 2015-09-07 2019-09-18 公益財団法人電磁材料研究所 薄膜磁界センサおよびアレイ型薄膜磁界センサ
JP6889527B2 (ja) * 2016-07-07 2021-06-18 公益財団法人電磁材料研究所 磁気センサモジュール
JP7347397B2 (ja) * 2020-10-28 2023-09-20 Tdk株式会社 磁気センサ及びその製造方法
JP7414703B2 (ja) * 2020-12-14 2024-01-16 株式会社東芝 磁気センサ及び検査装置
US12072397B2 (en) 2021-09-22 2024-08-27 Tdk Corporation Magnetic field detection apparatus
JP7667759B2 (ja) * 2021-09-22 2025-04-23 Tdk株式会社 磁場検出装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05196715A (ja) * 1991-12-20 1993-08-06 Sharp Corp 超電導磁気センサ
US5712751A (en) * 1994-03-17 1998-01-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetic sensor and magnetic recording-reproducing head and magnetic recording-reproducing apparatus using same
EP0789250A3 (en) * 1996-02-12 1997-10-01 Read Rite Corp Giant magnetoresistive thin film transducer with a flow guide structure
DE69727574T2 (de) * 1996-07-05 2004-12-16 Koninklijke Philips Electronics N.V. Magnetfeldfühler und verfahren zur herstellung eines magnetfeldfühlers
JPH1098220A (ja) * 1996-09-20 1998-04-14 Sanyo Electric Co Ltd 磁気抵抗効果素子
FR2754905B1 (fr) * 1996-10-22 1998-11-20 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'un capteur magnetique magnetoresistif et capteur obtenu par ce procede
JP3640230B2 (ja) 1997-09-04 2005-04-20 財団法人電気磁気材料研究所 薄膜磁界センサ
JPH11154309A (ja) * 1997-11-20 1999-06-08 Sony Corp 磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JP3466470B2 (ja) * 1998-03-18 2003-11-10 財団法人電気磁気材料研究所 薄膜磁気抵抗素子
JP2001250208A (ja) * 2000-03-02 2001-09-14 Sony Corp 磁気抵抗効果素子
US6501268B1 (en) * 2000-08-18 2002-12-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Magnetic sensor with modulating flux concentrator for 1/f noise reduction
JP2002092829A (ja) * 2000-09-21 2002-03-29 Fujitsu Ltd 磁気抵抗センサ及び磁気抵抗ヘッド
JP2002100010A (ja) * 2000-09-26 2002-04-05 Toshiba Corp ヨーク型再生磁気ヘッドおよびその製造方法ならびに磁気ディスク装置
JP3612479B2 (ja) * 2000-09-29 2005-01-19 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ 磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッドの製造方法
KR100687513B1 (ko) * 2000-10-26 2007-02-27 자이단호진 덴끼지끼자이료 겡뀨쇼 박막자계센서
JP3498737B2 (ja) * 2001-01-24 2004-02-16 ヤマハ株式会社 磁気センサの製造方法
JP4663204B2 (ja) * 2002-04-17 2011-04-06 財団法人電気磁気材料研究所 回転角度センサ
US6944939B2 (en) * 2003-03-21 2005-09-20 Headway Technologies, Inc. Method for forming a GMR sensor having improved longitudinal biasing
JP2004356338A (ja) * 2003-05-28 2004-12-16 Res Inst Electric Magnetic Alloys 薄膜磁気センサ及びその製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102132168A (zh) * 2008-09-29 2011-07-20 欧姆龙株式会社 磁场检测元件及信号传递元件
CN102132168B (zh) * 2008-09-29 2013-07-24 欧姆龙株式会社 磁场检测元件及信号传递元件
CN108414954A (zh) * 2017-02-09 2018-08-17 Tdk株式会社 磁传感器及其制造方法
CN109490799A (zh) * 2017-09-13 2019-03-19 Tdk株式会社 磁传感器
CN109490799B (zh) * 2017-09-13 2021-03-02 Tdk株式会社 磁传感器

Also Published As

Publication number Publication date
US20040239321A1 (en) 2004-12-02
EP1484617B1 (en) 2011-10-05
US20060226835A1 (en) 2006-10-12
US7170287B2 (en) 2007-01-30
EP1484617A3 (en) 2010-03-03
JP2004363157A (ja) 2004-12-24
EP1484617A2 (en) 2004-12-08
US7218103B2 (en) 2007-05-15
CN100403049C (zh) 2008-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1573350A (zh) 薄膜磁传感器及其制造方法
CN1573349A (zh) 薄膜磁传感器及其制造方法
CN1110794C (zh) 利用依赖磁场强度的软磁元件的阻抗变化的磁传感器及其制造方法
CN1222054C (zh) 磁致电阻效应型磁头及其制造方法
CN1106635C (zh) 磁电阻效应元件
CN1251181C (zh) 磁隧道效应型磁头及其制造方法
CN1480923A (zh) 包含部分电流屏蔽层的旋转阀头，所述头的生产方法和电流屏蔽方法
CN1230744A (zh) 交换耦联薄膜及制造方法,磁阻效应装置及磁阻效应头
CN1367481A (zh) 磁传感器及其制造方法
CN1767000A (zh) 薄膜磁头结构体及其制造方法、以及薄膜磁头的制造方法
CN1142541C (zh) 磁致电阻器件和磁致电阻磁头
CN1684150A (zh) 垂直磁记录介质、磁记录器和垂直磁记录介质的制备方法
CN1343969A (zh) 自旋阀磁电阻头的制造方法
CN1142542C (zh) 自旋阀磁头及其制作方法和使用自旋阀磁头的磁盘驱动器
CN1082694C (zh) 自旋阀磁电阻头、其制造方法以及磁记录/重放装置
CN1111844C (zh) 磁头及制造磁头的方法
CN1892823A (zh) 具有发热元件和散热器的薄膜磁头
CN1697030A (zh) 垂直磁记录介质、其制造方法及磁存储器件
CN1147884C (zh) 磁头及具有该磁头的磁存储装置
CN1404631A (zh) 磁致电阻效应元件的制造方法和磁致电阻效应型磁头的制造方法
CN1110795C (zh) 巨磁阻磁头、其制造方法及使用该磁头的磁盘驱动器
CN1290117C (zh) 磁存储器
CN1921167A (zh) 磁阻效应元件、磁头、磁存储装置及磁内存装置
CN1232953C (zh) 薄膜磁头用滑动器的制造方法
CN1835084A (zh) 磁阻元件、磁头及磁存储装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080716

Termination date: 20190602

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee