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TECHNISCHER HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Einrichtungsstruktur eines Magnetsensors und ein Verfahren zum Herstellen desselben, welche beide dazu dienen, den Magnetsensor zu verkleinern.
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2. Stand der Technik
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Eine Einrichtungsstruktur eines Magnetsensors wurde vorgeschlagen, die dadurch ausgestaltet ist, dass ein Magnetsensorabschnitt mit einem Magnetwiderstandseffekt und ein Signalverarbeitungs-Schaltkreisabschnitt, der das Signal des Magnetsensorabschnitts ausliest, auf demselben Substrat ausgebildet sind, und in jüngster Zeit wurde bei den Bemühungen, bei denen eine Verkleinerung und eine Leistungssteigerung einer solchen Magnetsensoreinrichtung vorangetrieben wurden, die Entwicklung eines Magnetsensors mit einer monolithischen Struktur, wie diese zum Beispiel in der
japanischen Offenlegungsschrift 2004-264205 (Patentdokument 1) oder der
japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2009-076888 (Patentdokument 2) beschrieben ist, aktiv verfolgt.
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Andererseits wird in der Magnetsensoreinrichtung mit dieser monolithischen Struktur das elektrische Signal vom Magnetsensorabschnitt durch den Signalverarbeitungsschaltkreis ausgelesen und somit wird zum Beispiel ein elektrischer Kopplungsabschnitt, der eine Metallverdrahtung verwendet, die zum Beispiel aus Aluminium oder ähnlichem hergestellt ist, benötigt. Das oben genannte Patentdokument 1 offenbart die Einrichtungsstruktur des Magnetsensors, der Aluminium als Metallverdrahtungsschicht verwendet und bei der das magnetische Material direkt auf der Metallverdrahtungsschicht ausgebildet ist.
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In der Einrichtungsstruktur dieses Magnetsensors ist eine Verkleinerung eines Kontaktabschnitts, der elektrisch mit dem Signalverarbeitungs-Schaltkreisabschnitt zu koppeln ist, bei der weiteren Verkleinerung der Magnetsensoreinrichtung schwierig. Insbesondere wird, um einen Kontaktwiderstandswert sicherzustellen, der im Wesentlichen gleich dem gewöhnlichen ist, eine Kontaktfläche gleich der Gewöhnlichen benötigt. Somit vergrößert sich der Flächenanteil eines Kontaktbereichs, der durch den gesamten Magnetsensorabschnitt belegt wird, wenn die Magnetsensoreinrichtung weiter verkleinert wird. Demgemäß können die Einrichtungsstrukturen, die in Patentdokument 1 und Patentdokument 2 offenbart sind, als eine Struktur bezeichnet werden, welche eine Verkleinerung des Magnetsensors nicht erlaubt.
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- Patentdokument 1: JP 2004 - 264 205 A (4)
- Patentdokument 2: JP 2009 - 076 888 A
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Wie oben beschrieben wird bei der Einrichtungsstruktur des Magnetsensors nach dem Stand der Technik, der in Patentdokument 1 offenbart wird, wenn der Kontaktabschnitt mit elektrischer Kopplung mit dem magnetischen Material verkleinert wird, eine Vergrößerung im Kontaktwiderstand hervorgerufen und demgemäß ist es schwierig, die Verkleinerung der Magnetsensoreinrichtung voranzutreiben. Insbesondere führt die Vergrößerung im Kontaktwiderstand aufgrund einer Verringerung in der Kontaktfläche dazu, dass der parasitäre Widerstand des Kontaktabschnitts eine Widerstandsveränderungsrate des Magnetsensors nach außen hin ausgleicht und somit wird die Empfindlichkeit des Magnetsensors schlechter.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wurde vorgenommen, um das oben genannte Problem zu lösen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Einrichtungsstruktur eines Magnetsensors und ein Verfahren zum Herstellen des Magnetsensors bereitzustellen. Die Einrichtungsstruktur und das Verfahren sind in der Lage, einen Kontaktabschnitt zwischen einem Magnetfilm und einer Metallelektrode, die mit dem Magnetfilm elektrisch zu koppeln ist, auf einfache Weise zu verkleinern, wobei der Magnetfilm und die Metallelektrode einen Magnetsensorabschnitt bilden und wobei sowohl die Einrichtungsstruktur als auch das Verfahren in der Lage sind, einen Kontaktwiderstand bereitzustellen, der kleiner oder gleich demjenigen nach dem Stand der Technik ist.
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Die Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche definiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Magnetfilm auf den Abschnitten mit unterschiedlichen Höhen der Metallelektrode und den Seitenwänden ausgebildet, welche die Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen verbinden, wodurch eine Kontaktfläche zwischen der Metallelektrode und dem Magnetfilm vergrößert wird und ein Kontaktabschnitt, der als flache Oberfläche dient, verkleinert wird. Außerdem wird als Effekt erzielt, dass der Widerstand eines Teils, der nicht zu der Empfindlichkeit beiträgt, niedrig gehalten wird und die Empfindlichkeit des Magnetsensors verbessert werden kann.
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Die oben genannten und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung der folgenden Ausführungsformen und auch aufgrund einer Beschreibung der beiliegenden Zeichnungen deutlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine äußere Ansicht beim Herstellungsverfahren eines Magnetsensors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ist eine Schnittansicht, die einen relevanten Teil des Magnetsensors in 1 zeigt;
- 3A bis 3E sind jeweils eine Schnittansicht, welche das Herstellungsverfahren eines relevanten Teils des Magnetsensors in 2 zeigt;
- 4 ist eine Draufsicht, die einen relevanten Teil des Magnetsensors in 2 zeigt;
- 5A bis 5E sind jeweils eine Querschnittsansicht, die das Herstellungsverfahren eines relevanten Teils eines Magnetsensors nach Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 6 ist eine Draufsicht, die einen relevanten Teil des Magnetsensors in 5D zeigt;
- 7A bis 7E sind jeweils eine Schnittansicht, die das Herstellungsverfahren eines relevanten Teils eines Magnetsensors nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ausführungsform 1
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben, welche Ausführungsformen sind.
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine äußere Ansicht beim Herstellungsverfahren eines Magnetsensors nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In der vorliegenden Zeichnung besteht eine Magnetsensoreinrichtung 1 aus einem „Magnetsensorabschnitt und Signalverarbeitungs-Schaltkreisabschnitt“ 100, der auf Magnetismus reagiert und ihn als elektrisches Signal ausgibt und aus einem Verbindungspadabschnitt 101, der zum Zuführen einer Spannung oder ähnlichem, welche die Einrichtung antreibt, und zum Ausgeben des Signals nach außen dient. Mehrere Elementabschnitte dieses „Magnetsensorabschnitts und Signalverarbeitungs-Schaltkreisabschnitts“ 100 und des Verbindungspadabschnitts 101 sind auf einem Halbleitersubstrat angeordnet und werden gleichzeitig hergestellt.
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2 zeigt einen Querschnitt eines Magnetsensorabschnitts 200 in einem einfachen Körper dieser Magnetsensoreinrichtung 1 und eine Ausgestaltung ist so hergestellt, dass ein Oxidfilm 202, ein Metallverdrahtungsfilm 203, ein Magnetfilm 204 und ein Passivierungsfilm 205 in dieser Reihenfolge auf einem Lagersubstrat 201 ausgebildet sind. Ferner wird ein Signalverarbeitungs-Schaltkreisabschnitt 300 ähnlich hergestellt, indem er neben dem Magnetsensorabschnitt 200 angeordnet wird. Jedoch wird im Folgenden nur der Magnetsensorabschnitt 200, der durch die vorliegende Erfindung beabsichtigt ist, beschrieben und eine Beschreibung des Herstellungsverfahrens des Signalverarbeitungs-Schaltkreisabschnitts 300 wird ausgelassen.
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3A bis 3E sind jeweils eine Querschnittsansicht, welche das Herstellungsverfahren der Magnetsensoreinrichtung 1 nach Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigen. Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren nach Ausführungsform 1 in der Zusammenschau mit den Zeichnungen beschrieben werden.
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Zunächst wird, wie in 3A gezeigt, ein Lagersubstrat vorbereitet, bei dem der Oxidfilm 202 auf dem offen liegenden Silizium-(Si)-Substrat 201 bis zu einer Filmdicke von zum Beispiel 500 nm ausgebildet ist. Anschließend wird, wie in 3B gezeigt, ein Metall, wie zum Beispiel Aluminium (Al), Titan (Ti) und Platin (Pt), abgelagert, um den Metallverdrahtungsfilm 203 zum Beispiel durch eine Vorrichtung für „Physical Vapor Deposition“ (PVD) auszubilden. Der Metallverdrahtungsfilm 203 soll eine Metallelektrode des Magnetsensorabschnitts 200 werden. In diesem Fall ist der Metallverdrahtungsfilm 203 nicht besonders beschränkt, solange das Material einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist.
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Anschließend wird, wie in 3C gezeigt, ein Teil des Metallverdrahtungsfilms 203 durch Ätzen entfernt, um die Metallelektrode 301 auszubilden, die unter Verwendung einer Technik, wie zum Beispiel Fotogravur, zu einem gewünschten Muster umgearbeitet wird. Das Muster der Metallelektrode 301 wird dadurch ausgebildet, dass der Metallverdrahtungsfilm 203 entfernt wird, bis die obere Oberfläche des Oxidfilms 202 offen liegt, der Querschnitt der Metallelektrode 301 trapezförmig ausgebildet ist, um Höhenunterschiede bereitzustellen, und deren flache Oberfläche kammartig, wie in 4 gezeigt, ausgebildet ist. Jedoch muss die flache Oberfläche keine Kammform aufweisen und kann auch eine Leiterform aufweisen, bei der beide Enden verbunden sind.
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Danach wird, wie in 3D gezeigt, der Magnetfilm 204 auf dem Metallverdrahtungsfilm 203 unter Verwendung der PVD-Vorrichtung abgelagert. Hierbei sind jedoch, was das magnetische Material des Magnetfilms 204 angeht, die Spezifikationen und/oder Eigenschaften des Films nicht besonders beschränkt, und ist es auch möglich, dass der Magnetfilm eine beliebige Laminatstruktur oder Filmart, ein beliebiges Material oder eine beliebige Filmdicke aufweist, solange der Magnetfilm einen Magnetwiderstandseffekt aufweist.
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Im Anschluss wird ein Teil des Magnetfilms 204 selektiv durch Ätzen entfernt, um das gewünschte Muster unter Verwendung einer Technik, wie zum Beispiel Fotogravur, auszubilden. In diesem Fall wird, was den Magnetfilm 204 angeht, der gesamte Magnetfilm 204 an einer Stelle, an der ein Magnetsensorabschnitt 200 nicht verwendet werden kann, durch Ätzen zum Beispiel unter Verwendung einer Ionenstrahlätz-(IBE)-Vorrichtung entfernt, und das Ätzen wird selektiv während einer Ätzzeit vorgenommen, bei welcher die Metallelektrode 301 nicht ihre Funktion als Elektrode verliert. Hierbei wird durch den Begriff „die Funktion einer Elektrode“ eine Filmdicke beschrieben, bei der eine zuverlässige Funktion für wenigstens zehn Jahre sichergestellt wird, selbst wenn ein elektrischer und physischer Stress auf die Metallelektrodenschicht 301 ausgeübt wird. Insbesondere bedeutet dies in einfachen Worten eine Filmdicke, für welche die Elektromigrationseigenschaften sichergestellt sind.
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Ferner wird, wie in 3E gezeigt, um die Oberfläche des Magnetsensorabschnitts 200 zu schützen, ein Siliziumnitridfilm unter Verwendung einer Vorrichtung für „Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition“ (PECVD) bis zu einer Filmdicke abgelagert, bei der eine Funktion als Passivierungsfilm 205 hinreichend sichergestellt wird.
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Hierbei wird durch den Ausdruck „die Funktion einer Passiervierungsschicht habend“ eine Filmdicke beschrieben, bis zu der die zuverlässige Funktion als Einrichtung während wenigstens zehn Jahren sichergestellt wird, selbst wenn ein physischer Stoß oder eine chemische Belastung auf die Oberfläche des Magnetsensorabschnitts 200 ausgeübt wird.
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Anschließend wird in diesem Fall ein Verbindungspadabschnitt 101 (nicht in der Zeichnung dargestellt) ausgebildet, indem durch Ätzen durch die Fotogravurtechnik und eine Vorrichtung zur reaktiven Ionenätzung (RIE) Material entfernt wird.
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Ferner wird der Signalverarbeitungs-Schaltkreisabschnitt 300 durch ein ähnliches Verfahren ausgebildet, um die Magnetsensoreinrichtung 1 mit der kammförmigen Metallelektrode 301 auszubilden.
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Wie oben beschrieben, ist bei der Magnetsensoreinrichtung 1 nach Ausführungsform 1 die Metallelektrode 301 kammförmig oder leiterförmig ausgebildet und stellt somit Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen bereit, der Magnetfilm 204 kann auch entlang der Seitenwände ausgebildet werden, welche die Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen verbinden, und die Metallelektrode 301 und der Magnetfilm 204 können elektrisch gekoppelt werden. Daher kann eine Kontaktfläche zwischen der Metallelektrode 301 und dem Magnetfilm 204 im Vergleich zur gewöhnlichen Magnetsensorstruktur vergrößert werden. Anders gesagt kann, wenn die Einrichtung, welche einen Kontaktwiderstand gleich dem Gewöhnlichen benötigt, gestaltet wird, eine ebene Fläche, die für ein Elektrodenabschnitt verwendet wird, verkleinert werden und eine Verkleinerung der Einrichtung wird erleichtert.
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Ausführungsform 2
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5A bis 5E sind jeweils eine Querschnittsansicht, die ein Herstellungsverfahren einer Magnetsensoreinrichtung 1 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigen. Im Folgenden wird das Herstellverfahren nach Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
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Zunächst wird, wie in 5A gezeigt, ein Lagersubstrat, bei dem ein Oxidfilm 202 auf einem Substrat 201 aus offen liegendem Silizium (Si) bis zu einer Filmdicke von zum Beispiel 500 nm ausgebildet ist, vorbereitet, und dann wird, wie in 5B gezeigt, zum Beispiel durch eine Vorrichtung für „Physical Vapor Deposition“ (PVD) ein Metall, wie zum Beispiel Aluminium (Al), Titan (Ti) und Platin (Pt), abgelagert, um einen Metallverdrahtungsfilm 203 auszubilden. Der Metallverdrahtungsfilm 203 soll als Metallelektrode eines Magnetsensorabschnitts 200 dienen. In diesem Fall ist der Metallverdrahtungsfilm 203 nicht besonders beschränkt, solange das Material einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist.
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Anschließend wird, wie in 5C gezeigt, der Metallverdrahtungsfilm 203 durch Ätzen entfernt, um eine Metallelektrode 401 herzustellen, die unter Verwendung zum Beispiel einer Technik, wie zum Beispiel Fotogravur, zu einem gewünschten Muster umgearbeitet wird. Das Muster der Metallelektrode 401 ist so ausgebildet, dass der Metallverdrahtungsfilm 201 entfernt wird, bis die obere Oberfläche des Oxidfilms 201 offen liegt, der Querschnitt der Metallelektrode 401 trapezförmig ausgebildet ist, um Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen bereitzustellen, und deren flachen Oberflächen in einer Punktform, wie in 6 gezeigt, ausgebildet sind. Hierbei ist es selbstverständlich, dass der Begriff „Punktform“ einen Kreis, eine Ellipse oder auch Rechtecke einschließlich vieleckiger Formen umfasst.
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Anschließend werden, ähnlich wie in Ausführungsform 1, ein Magnetfilm 204 (5D) und ein Passivierungsfilm 205 (5E) in dieser Reihenfolge ausgebildet, um den Magnetsensorabschnitt 200 herzustellen.
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Anschließend wird ein Verbindungspadabschnitt 101 und ein Signalverarbeitungsschaltkreis 300 (nicht in den Figuren dargestellt) hergestellt, um eine Magnetsensoreinrichtung 1 mit der punktförmigen Metallelektrode 401 fertigzustellen.
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Wie oben beschrieben, ist bei der Magnetsensoreinrichtung 1 nach Ausführungsform 2 die Metallelektrode 401 punktförmig ausgebildet und stellt somit die Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen bereit, der Magnetfilm 204 kann auch entlang der Seitenwände ausgebildet sein, welche die Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen verbinden, und die Metallelektrode 301 und der Magnetfilm 204 können auch elektrisch gekoppelt sein. Daher kann eine Kontaktfläche mit dem Magnetfilm im Vergleich zu der gewöhnlichen Magnetsensorstruktur vergrößert werden. Anders gesagt kann, wenn die Einrichtung, welche einen Kontaktwiderstand gleich dem üblichen benötigt, gestaltet wird, eine ebene Fläche, die für einen Elektrodenabschnitt benötigt wird, verringert werden und eine Verkleinerung der Einrichtung wird erleichtert.
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Ausführungsform 3
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7A bis 7E sind jeweils eine Querschnittsansicht, die ein Herstellungsverfahren einer Magnetsensoreinrichtung 1 nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren nach Ausführungsform 3 beschrieben.
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Zunächst wird, wie in 7A gezeigt, ein Lagersubstrat vorbereitet, bei dem ein Oxidfilm 202 auf einem Substrat 201 aus offen liegendem Silizium (Si) bis zu einer Filmdicke von zum Beispiel 500 nm ausgebildet ist, und dann wird, wie in 7B gezeigt, Metall, wie zum Beispiel Aluminium (Al), Titan (Ti) und Platin (Pt), zum Beispiel durch eine Vorrichtung für Physical Vapor Deposition (PVD) abgelagert, um einen Metallverdrahtungsfilm 203 auszubilden. Der Metallverdrahtungsfilm 203 soll eine Metallelektrode eines Magnetsensorabschnitts 200 werden. In einem solchen Fall ist der Metallverdrahtungsfilm 203 nicht besonders beschränkt, solange das Material einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist.
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Anschließend wird, wie in 7C gezeigt, der Metallverdrahtungsfilm 203 durch Ätzen entfernt, um eine Metallelektrode 501 auszubilden, die zum Beispiel unter Verwendung einer Technik, wie zum Beispiel Fotogravur, in ein gewünschtes Muster umgearbeitet wird. Das Muster der Metallelektrode 501 ist so hergestellt, dass die obere Oberfläche der Metallelektrode 501 kammförmig, leiterförmig oder punktförmig ausgebildet, welche gleich der Elektrodenform in Ausführungsformen 1 und 2 ist, und eine Ätzbearbeitung wird während dieser angehalten, so dass Metallverdrahtungsfilm 203 auch auf einer unteren Oberfläche eines konkaven Abschnitts belassen wird.
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Danach werden, ähnlich zu Ausführungsformen 1 oder 2, in dieser Reihenfolge ein Magnetfilm 204 (7D) und ein Passivierungsfilm 205 (7E) ausgebildet, um den Magnetsensorabschnitt 200 herzustellen.
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Wie oben beschrieben wird bei der Magnetsensoreinrichtung 1 nach Ausführungsform 3 das Ätzen während dieses angehalten, um die Metallelektrode 501 auszubilden und um somit die Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen bereitzustellen, der Magnetfilm 204 kann auch entlang der Seitenwände ausgebildet werden, welche die Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen und die untere Oberfläche verbinden und die Metallelektrode 501 und der Magnetfilm 204 können elektrisch gekoppelt sein.
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Daher kann eine Kontaktfläche zwischen der Metallelektrode 501 und dem Magnetfilm 204 im Vergleich zu der gewöhnlichen Magnetsensorstruktur vergrößert werden. Anders gesagt kann, wenn die Einrichtung, die einen Kontaktwiderstand gleich dem üblichen benötigt, gestaltet wird, eine ebene Fläche, die für einen Elektrodenabschnitt benötigt wird, verringert werden und somit wird eine Verkleinerung der Einrichtung erleichtert.
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Ferner wird das Ätzen während dieses angehalten und somit kann der Höhenunterschied der Metallelektrode, die auf dem Kontaktabschnitt vorgesehen ist, verringert werden und somit kann eine Schärfentiefe im Fall eines Durchführens einer Mikrofertigung durch eine Belichtungsvorrichtung leicht flacher gemacht werden. Dies führt zu dem Vorteil, dass die Genauigkeit des Musters während der Belichtung verbessert werden kann.
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Wie oben beschrieben, kann bei dem Magnetsensor der vorliegenden Erfindung der Magnetfilm auf den Abschnitten mit unterschiedlichen Höhen der Metallstruktur und den Seiten ausgebildet werden, welche die Abschnitte mit unterschiedlichen Höhen verbinden, und die Kontaktfläche zwischen der Metallelektrode und dem Magnetfilm kann vergrößert werden. Als ein Ergebnis wird die Verkleinerung des Magnetsensors erleichtert.