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CN1573349A - 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

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CN1573349A
CN1573349A CNA2004100474907A CN200410047490A CN1573349A CN 1573349 A CN1573349 A CN 1573349A CN A2004100474907 A CNA2004100474907 A CN A2004100474907A CN 200410047490 A CN200410047490 A CN 200410047490A CN 1573349 A CN1573349 A CN 1573349A
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CN
China
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thin film
film
yoke
gmr
thin
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CNA2004100474907A
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小林伸圣
白川究
金田安司
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Daido Steel Co Ltd
Research Institute for Electromagnetic Materials
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Research Institute for Electromagnetic Materials
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Publication date
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Abstract

一种薄膜磁传感器包含一对各自由轮磁材料组成的第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭，第一和第二薄膜磁轭设置为相互面对面，在它们中间介入一空隙；具有电阻率高于软磁材为电阻率的和形成于空隙中的GMR薄膜，以便电气连接至第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭；和由绝缘的非磁性材料组成的和作用是支持第一薄膜磁轭，第二薄膜磁轭和GMR薄膜的绝缘衬底。GMR薄膜在位于面对第二薄膜磁轭的第一薄膜磁轭的前表面上形成，和空隙长度由位于第一薄膜磁轭前表面上的GMR薄膜厚度所限定。

Description

薄膜磁传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及薄膜磁传感器及其制造方法，尤其是适于探测汽车车轴，旋转编码器和工业传动装置等旋转方面的信息，适于探测液压缸或气缸的冲程位置，和车床滑动的位置和速度等方面的信息，适于探测工业焊接自动装置的电弧电流方面的信息，和适用于地磁方向传感器等的薄膜磁传感器，和制造特定薄膜磁传感器的方法。
背景技术
磁传感器是一种电子器件，用于把探测到的电磁力值如电流，电压，电功率，磁场或磁通量等，探测到的动态量值如位置，速度，加速度，位移，距离，张力，压力，力矩，温度或湿度等和探测到的生物化学量值等通过磁场转换为电压。磁传感器按照磁场探测方法可分为如，空子传感器，各向异性磁阻(AMR)传感器和巨磁阻(GMR)传感器。
在上面提到的磁传感器中间，GMR传感器在下列方面是有利的：
(1)GMR传感器在电阻率变化速率方面具有最大值，即下面给出的MR比明显地大于任何空子传感器和AMR传感器的MR比：
MR比＝Δρ/ρ0，其中Δρ＝ρH-ρ0，而ρH是指在外磁场H条件下的电阻率和ρ0是指在外磁场为零的条件下的电阻率。
(2)GMR传感器的电阻值随着温度而变化，但其变化小于空子传感器的变化。
(3)因为产生巨磁阻效应的材料是薄膜材料，故GMR传感器适于磁传感器的微小型化。
在这种情况下，人们预期此GMR传感器可作为高灵敏度微型磁传感器用于计算机，功率发生器，汽车，家用电器和便携式装置中。
现已知的呈现GMR效应的材料包括在如，(1)一种金属的人工晶格，它是一种多层薄膜，此多层薄膜包括铁磁层如，坡莫合金层和非磁性层如，Cu，Ag或Au层，或该多层薄膜具有4层结构，作为自旋阀，该自旋阀包括反铁磁性层，铁磁性层(锁住层)，非磁性层，铁磁层(自由层)，(2)金属一金属系统纳米晶粒材料拥有由铁磁金属如坡莫合金形成的纳米尺寸的粒子和由非磁性金属如Cu，Ag或Au组成的粒界相，(3)隧道结薄膜，它可通过自旋相关的隧道效应来展示MR效应，和(4)金属一绝缘体系统纳米晶粒材料拥有由铁磁金属合金形成的纳米尺寸的粒子和由非磁性和绝缘材料组成的粒界相。
在上面指出的产生GMR效应的材料中间，由自旋阀所代表的多层薄膜具有的特点是在低磁场条件下具有它的高灵敏度。然而，在制备多层薄膜时，有必要以高精度来层压由各种材料组成的薄膜，这样会导致此多层薄膜稳定性差和生产量低。在这种情况下，要减少生产费用是有限的。在此条件下，这种多层薄膜是专门用于高附加值的装置中如，用于硬盘的磁头。在磁传感器中使用特定的多层薄膜较为困难，因为它必须在价格上与如具有低的单位价格的AMR传感器或空子传感器相竞争。还应注意到在形成多层薄膜的各层中间易于产生扩散，而GMR效应易于消失，其结果是多层薄膜在其热阻方面较差。
另一方面，纳米晶粒材料容易生产且一般具有高再生性。因此，当使用纳米晶粒材料来制造磁传感器时，磁传感器的制造费用可以降低。特别是，金属一绝缘体系统纳米晶粒材料在下述情况中是有利的：(1)如果制备成份已是最佳化，则可使金属一绝缘体系统纳米晶位材料在室温情况下展示超过10％的高MR比，(2)因为此金属一绝缘体系统纳米晶粒材料展现非常高的电阻率，故有可能使磁传感器显著地小型化的电阻率，故有可能使磁传感器显著地小型化和节省此磁传感器的功耗，和(3)此金属一绝缘体系统纳米晶粒材料甚至于在高温环境下可使用，这就不象由非铁磁薄膜组成的自旋阀薄膜，该薄膜在热阻下性能很差。然而，此金属一绝缘体系统纳米晶粒材料也有毛病即，在低磁场情况下，其对磁场的灵敏度非常低。
一种克服上面提出的问题的解决措施揭示于日本专利公报No.11-087804。特别是，它揭示了在巨磁阻效应薄膜的两侧配置软性磁薄膜，可提高巨磁阻效应薄膜对磁场的灵敏度。在上面提及的专利文献中还揭示一种制造薄膜磁传感器的方法，包含在衬底上形成厚度为2μm的坡莫合金薄膜(软磁薄膜)，使用离子束蚀刻装置在坡莫合金薄膜中形成煤宽度为约9μm的空隙和在空隙部分形成具有分为Co38.6Y14.0O47.4的纳米晶粒GMR薄膜等步骤。
日本专利公报No.11-274599也针对薄膜磁阻元件，在此元件中，软磁薄膜配置在巨磁阻薄膜两侧。告诉人们，为了进一步提高此磁阻元件对磁场灵敏度，此巨磁阻薄膜做得要比此软磁薄膜为薄些。
一种具有大的饱和磁化强度和高的导磁率的软磁材料具有对磁场有非常高的灵敏度和在较差的外磁场件条件下仍可展示非常大的磁化强度。因此，当允许外磁场作用于所构造的薄膜磁传感器是这样的即，具有高电阻率和产生巨磁阻效应的薄膜(GMR薄膜)配置在由软磁材料形成的薄膜磁轭之间形成的小空隙，此GMR薄膜电气上连接至此薄膜磁轭，此薄膜磁轭由弱的外磁场加以磁化，和具有强度比外磁场高约100至10000倍的磁场强度加压GMR薄膜上。结果，有可能显著地提高GMR薄膜对磁场的灵敏度。附带地讲，众所周知，目前金属一绝缘体系统纳米晶粒薄膜已作为GMR薄膜。
图1是示意性平面图，示出一般薄膜磁传感器10的结构，和图2是示于图1的沿着II-II线的模截面图。如图1和图2所示，一般薄膜磁传感器10包含由绝缘材料和非磁性材料组成的绝缘衬底12，一对薄膜磁轭14，各自由软磁材料形成，此薄膜磁轭14要设置为相互面对面排列，在它们中间有一空隙14a，GMR薄膜16在此隙14a内形成，电极18形成在薄膜磁轭14的边缘部分，和用于保护薄膜磁轭14和GMR薄膜16的保护膜19。
上述结构的一般薄膜磁传感器10是通过含有下列步骤的方法来形成的：形成一对薄膜磁轭14，排列为面对面，通过除去在绝缘衬底12的表面上所形成的软磁薄膜的不必要部分，在薄膜磁轭中间介入，空隙14a(凹槽)，并用掩模形成沉积的GMR薄膜16来覆盖此绝缘衬底12，空隙14a附近的区域除外。
然而，由上述方法制造的薄膜传感器10引发此问题即，传感器10的电气特性和磁特性变化很大。由此情况带来的困难是，在上述一般的制造方法中，薄膜磁轭14和GMR薄膜16之间的电气接触尚嫌不足，或者GMR薄膜16的厚度在空隙14a中做得不均匀，结果是，使得此法制造的传感器10不稳定。
图3示出使用一般方法制造磁传感器方法所伴随而来的困难。具体地说，如果GMR薄膜16沉积在此薄膜磁轭14上面，此致对磁轭的排列是面对面的，在它们中间介入一个小的空隙14a，GMR薄膜16的侧壁部分156c的厚度(此侧壁部分是在具有大的高度的薄膜磁轭14的侧壁上形成的)是根据沉积在薄膜磁轭14的GMR薄膜16上表面的厚度而渐渐增加，如图3所示。结果，空隙14a底部的角部分由沉积在薄膜磁轭14的侧壁上的GMR薄膜16的侧壁部分16c所遮蔽。接下来，GMR薄膜的沉积在GMR薄膜16的底部16b的角部分上受到阻碍，此薄膜沉积在空隙14a底部表面。在这种情况下，GMR薄膜16的底部16b在其横截面形状该是三角形或不规则四边形，这样就引起GMR薄膜16的底部部分16b和薄膜磁轭14之间的接触电阻变化很大。尤其是，此不理想的现象在高功能型薄膜传感器中更为突出，因为在此传感器中，薄膜磁轭有大的高度，而成对薄膜磁轭之间的空隙是小的。在最坏情况下，电阻变得无限地高，这样在将薄膜磁传感器置于实际使用中，会引起许多严重的必须要加以消除的障碍。
又，为了提高GMR薄膜16对磁场的灵敏度，有必要抑止磁通量从薄膜磁轭14浅漏至空气中的扩散，且要使浅漏的磁通量在GMR薄膜16上起到有效的作用。这样看来，空隙14a尽可能短较为理想。然而，薄膜磁传感器的一般制造方法引起这问题即，空隙14a内的GMR薄膜16的沉积随着空隙长度的缩短而大大地受到阻碍，因而在空隙14a内形成令人满意的GMR薄膜是困难的。
发明内容
本发明目的是提供一种具有非常小的空隙长度和对磁场具有高灵敏度的薄膜磁传感器和制造薄膜磁传感器的方法，此方法可使生产的特定的薄膜磁传感器具有高再生性和低费用。
本发明另一个目的是提供一种薄膜磁传感器，它含有GMR薄膜和由轮磁材料组成的薄膜磁轭，此磁轭配置在GMR薄膜的两侧，并能抑止GMR薄膜和薄膜磁轭之间电气接触状态的非一致性，从而可稳定磁特性，和一种制造特定的薄膜磁传感器的方法。
按照本发明第一方面，提供一种薄膜磁传感器包含：
一对各自由软磁材料形成的第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭，第一和第二薄膜磁轭处于面对面位置，在它们中间介入一空隙；
具有电阻率比软磁材料的为高的GMR薄膜和在空隙在形成，从而与第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭进行电气连接；和
一种由绝缘的非磁性材料组成的和作用是支持第一薄膜磁轭，第二薄膜磁轭和GMR薄膜的绝缘衬底；
其中GMR薄膜是在位于面对第二薄膜磁轭的第一薄膜磁轭的前表面上形成的，此空隙长度由位于面第二薄膜磁轭的第一薄膜磁轭的前表面的GMR薄膜的厚度来限定的。
按照本发明第二方面，提供一种薄膜磁传感器，包含一对各自由软磁材料形成的第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭，第一和第二薄膜磁轭设置为相互面对面，在它们中间介入一空隙；具有电阻率比软磁材料电阻率高的且在空隙中形成的GMR薄膜，以便与第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭进行电气连接，和由绝缘的非磁性材料组成的和作用是支持第一薄膜磁轭，第二薄膜磁轭和GMR薄膜的绝缘衬底；此薄膜磁传感器由下列步骤取得：
(a)在绝缘的衬底表面上形成由软磁材料组成的第一薄膜磁轭和包括位于面对第二薄膜磁轭的前表面；
(b)在第一薄膜磁轭的前表面上沉积GMR薄膜，其方式是允许GMR薄膜电气上连接至第一薄膜磁轭；和
(c)在绝缘的衬底表面上形成由软磁材料组成的第二薄膜磁轭，其方式是允许此第二薄膜磁轭电气连接至GMR薄膜表面上的GMR薄膜。
按照本发明第三方面，提供一种制造薄膜磁传感器的方法，包含下列步骤：
在由绝缘的非磁性材料组成的绝缘的衬底表面上形成由软磁材料组成的第一薄膜磁轭，且具有前表面位于对着以后要形成的第二薄膜磁轭；
在第一薄膜磁轭的前表面上沉积一种电阻率高于软磁材料电阻率的GMR薄膜，其方式是允许GMR薄膜电气连接至第一薄膜磁轭；和
由软磁材料组成的第二薄膜磁轭在绝缘的衬底上形成，其方式是允许第二薄膜磁轭电气连接至GMR表面上的薄膜GMR薄膜。
按照本发明，GMR薄膜是在位于面对第二薄膜磁轭的第一薄膜磁轭的前表面上形成的，和此空隙长度由沉积在第一薄膜磁轭前表面上的GMR薄膜厚度来限定的。接下来，因为空隙长度基本上相等于GMR薄膜厚度，就有可能使空隙长度做得非常小，以便显著地提高对磁场的灵敏度。因为GMR薄膜是在位于面对第二薄膜磁轭的第一磁轭的前表面上形成，而第二薄膜磁轭形成后，就可与GMR薄膜进行电气连接，这样有可能形成优异的GMR薄膜。此外，在GMR薄膜和第一薄膜磁轭之间和GMR薄膜和第二磁轭之间可获得端面接触，不会失败，所以保证了令人满意的电气接触。接下来，此薄膜磁传感器的电特性和磁特性都能加以稳定。
又，在本发明所限定的薄膜磁传感器制造方法中，第一薄膜磁轭首先在绝缘的衬底上形成，接着沉积GMR薄膜，再接下来在GMR薄膜上沉积第二薄膜磁轭。接下来，GMR薄膜形成的区域不在具有大的高度的磁轭壁之间，这样，在形成的薄膜磁传感器中可取得优异的电气连接部分和良好的电气连接。此外，本发明制造方法允许制造一种薄膜磁传感器，它对磁场具有高灵敏度和展示稳定的磁特性以及高再生力和低的制造费用。
附图说明
图1是平面图，示意地示出一般薄膜磁传感器的结构；
图2是沿着示于图1的II-II线的横截面图；
图3是横截面图，以放大形式示出包括在一般薄膜磁场传感器中的空隙周围的区域；
图4是平面图，示意地示出按照本发明第一实施例的薄膜磁传感器的结构；
图5是沿着示于图4的V-V线的横截面图；
图6是横截面图，以放大形式示出按照本发明第一实例的包括在薄膜磁传感器中的空隙周围的区域；
图7A-图7V是组合性横截面图，示出按照本发明第一实例的薄膜磁传感器的制造过程；
图8是平面图，示意地示出按照本发明第二实例的薄膜磁传感器的结构；
图9是沿着图8所示的IX-IX线的横截面图；
图10是横截面图，以放大形式示出按照本发明第二实例的包括在薄膜磁传感器中的气隙周围的区域；
图11A-图11O是横截面图，组合地示出按照本发明第二实例的薄膜磁传感器的制造过程；
图12是平面图，示意地示出按照本发明第三实例的薄膜磁传感器的结构；
图13是沿着图12所示的XIII-XIII线的横截面图；
图14是横截面图，以放在形式示出按照本发明第三实例的在薄膜磁传感器中的空隙周围的区域；和
图15A-图15O是横截面图，组合地示出按照本发明第三实例的薄膜磁传感器的制造过程。
具体实施方式
本发明一些实例将参照附图详述。
第一实例
首先将陈述本发明第一实例。
图4是平面图，示意地示出按照本发明第一实例的薄膜磁传感器20的结构。
图5是沿着示于图4的V-V线的横截面图，和图6是横截面图，以放大形式示按照本发明第一实例的在薄膜磁传感器中的空隙周围的区域。
如图所示，薄膜磁传感器20包含一块绝缘所衬底22，一对第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c和GMR薄膜26。这对第一和第二薄膜磁轭24b和24c形成在绝缘薄膜22上，并置于面对面位置，在它们中间介入空隙24a。又，GMR薄膜26在隙24a中形成，因而允许第一薄膜磁轭24b电气连接至第二薄膜磁轭24c。第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c的边缘部分分别连接至电极28b和28c。又，绝缘衬底22的顶部表面由第二保护膜32加以覆盖。
用作支持第一和第二薄膜磁轭24b，24c和GMR薄膜26的绝缘衬底22是由绝缘的非磁性材料形成。说得更清楚些，此绝缘的衬底22是由高刚性材料形成，如，玻璃，氧化铝，由热氧化膜覆盖的硅，和具有由绝缘薄膜予以平整表面的氧化铝·碳化钛。
绝缘的衬底22的其他部分的形状没有特殊限制。有可能按照薄膜磁传感器20的应用和所需的性能而选择最佳形状。已，只有一个单元包含第一薄膜磁轭24b，第二薄膜磁轭24c和GMR薄膜，此单元形成在绝缘的衬底22上，各自示于图4至图6。然而，这些附图只是简单地例举薄膜磁传感器的结构20。在大量生产薄膜磁传感器20的情况下，多个单元同时在一块绝缘时衬底22上形成。
为了防止由温度引起的标准电势的波动，薄膜磁传感器一般包含二个串联的单元，外磁场通过测量中点电势来加以探测。又，薄膜磁传感器可分为垂直型，在此型中，二个单元如此排列即，此二个单元的敏感轴心相互垂直，和平行型，在此型中，二个单元如此排列即，此二个单元的敏感轴心相互平行。为了使输出加信，在有些情况下采用4个单元来形成桥接电路。在此情况下，在绝缘的衬底22上只形成一个单元和通过将各自在单个绝缘的衬底22上形成的多个单元加以组合来制备磁传感器。另种方法是，也有可能在单个绝缘的衬底22上形成多个单元，并且这些多个单元在电气上相互连接。
为了想提高GMR薄膜对磁场的灵敏度，第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c各自都由软磁材料形成。为了在弱的磁场条件下取得对磁场的高灵敏度，最好使用具有高磁导率n和/或高饱和磁化MS的材料形成第一和第二薄膜磁轭24b和24c。为了更清楚些，用于磁轭形成的材料希望具有磁导率n不低于100，最好不低于1000。也希望此磁轭形成材料具有的饱和磁化MS不低于5千高斯，最好不低于10千高斯。
软佳地用于形成第一和第二薄膜磁轭24b和24c的特定材料包括如，坡莫合金(40-90％Ni-Fe合金)，铁硅铝磁合金(Fe74Si9Al17)，硬质坡莫合金(Fe12Ni82Nb6)，Co88Nb6Zr6非晶合金，(CO94Fe6)70Si15B15非晶合金，Finemet(Fe75.6Si13.2B8.5Nb1.9Cu0.8)，Nanomax(Fe83HF6C11)，Fe85Zr10B5合金，Fe93Si3N4合金，Fe71B11N18合金，Fe71.3Nd9.6O19.1纳米(nano)晶粒合金，Co70Al10O20纳米晶粒合金和Co65Fe5Al10O20合金。
为了形成第一薄膜磁轭24b，由软磁材料组成的第一薄膜沉积在绝缘的衬底22的表面上，通过蚀刻第一薄膜从而在第一薄膜的顶端形成面对第二薄膜磁轭24c的前表面。
在本发明第一实例中，位于面对第二薄膜磁轭24c的第一薄膜磁轭24b的前表面是形成在第一薄膜磁轭24b的一边表面上。必须指出，角θ(以后叫作倾斜角θ)位于第一薄膜磁轭24b和绝缘的衬底22的主要表面之间要大于0°和小于90°，为了取得对磁场的高灵敏度，此倾斜角θ较理想为接近90°。又，为了抑止磁通量从第一和第二薄膜磁轭24b和24c浅漏至大气中的扩散，希望在第一薄膜磁轭24b的中心线与第二薄膜磁轭24c的中心线之间的纵向距离要短些。
换言之，在本发明第一实例中，在具有从气隙24a侧至电极28b侧的方向上且平行于第一薄膜磁轭24b表面的矢量和具有从第二薄膜磁轭24c侧第一薄膜磁轭24b侧的方向且垂直于前面表的矢量之间作出一个流入角Φ(Φ＝90°-θ)，见图6。上述提及的流入角θ大于0°和小于90°。为了对磁场取得高灵敏度，希望流入角θ接近0°。然而，通过本文以后所述的制造条件的最佳化，有可能最佳地改变此倾斜角θ(或流入角θ)的大小。
另一方面，通过以一定厚度在第一薄膜磁轭前表面上沉积GMR薄膜26而形成第二薄膜磁场24c，接着，将由软磁材料组成的第二薄膜沉积在绝缘的衬底22上，这样，就可将沉积在第一薄膜磁轭24b的前表面上的GMR26的表面电气连接至第二薄膜磁轭24c。还应注意，第一薄膜磁轭24b的前表面和第二薄膜磁轭24c的前表面之间的距离即，空隙24a的空隙长度基本上相等于GMR薄膜26的厚度。按照本发明第一实例的薄膜磁传感器在这方面是与一般薄膜磁传感器不同的。
第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c的其它部分的形状在本发明中没有特定限止。然而，为了提高GMR薄膜26对磁场的灵敏度，希望第一和第二薄膜磁轭24b和24c的形状能满足下面所述的条件。
首先，希望在空隙24a侧的第一薄膜磁轭24b的各个横截面要小于电极28b和28c各侧的横截面，此两电极各自起到外磁场流入边缘和流出边缘的作用。如果薄膜磁轭的横截面在空隙24a侧做得较小，则在空隙24a的顶端的磁通量密度就增加，这样，允许较强磁场作用于GMR薄膜26。
还应注意的是，希望第一和第二薄膜磁轭24b和24c各自具有适当的大的L/W比，即，空隙长度方向的长度L对电极侧的宽度W之比。因为空隙长度方向上产生的退磁场会减弱，由于第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c各个的长度在空隙长度方向上是相对地增加，所以就有可能使电极28b和28c侧的薄膜磁轭24b和24c的前表面起到如外磁场的流入边沿和流出这沿的作用。
又，对空隙24a，第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c其形状应对称。不希望第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c的形状不对称，因为薄膜磁传感器的特性是由薄膜磁轭所控制的，如薄膜磁轭具有差的磁特性，则此传感器性能也差。
附带地说，第一和第二薄膜磁轭24b和24c各自的厚度没有特定限止。有可能根据如，第一和第二薄膜磁轭24b，24c的各自材料和用于薄膜磁传感器20所需的特性来决定此薄膜磁轭的合适长度。又，在图4所示的例子中，第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭24b，24c各自在其顶端的把平面状加工成锥状。然而，也可能在第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭24b，24c各自在顶端部分形成平行部分，这就可能抑止第一和第二薄膜磁轭24b，24c各自在顶端上的磁通量扩散，从而可使较强磁场作用于GMR薄膜26。
现说明GMR薄膜26。GMR薄膜26敏感于由电阻变化而引起的外磁场变化，因而，以电压变化来探测外磁场变化，GMR薄膜26是由展现巨磁阻效应的材料而形成。为了允许GMR薄膜可探测外磁场变化，且具有高灵敏度，希望GMR薄膜26在外磁场H不高于数万奥斯物(Oe)条件下，具有MR比的绝对值不小于5％，最好不小于10％。
又，在本发明中，GMR薄膜26电气上直接连接至第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭4c。因此，使用一种电阻率高于第一薄膜磁轭的和第二薄膜磁轭的电阻率的材料来形成GMR薄膜26。不希望使用电阻率特别低的材料来形成GMR薄膜26。因为在这种情况下，一般在第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c之间会形成短路。另一方面，在使用具有电阻率过高的材料来形成GMR薄膜26时，噪声就会增加，因而就很难以电压变化来探测外磁场变化。希望GMR薄膜26具有电阻率103μΩ和1012μΩcm之间，最好在104μΩ和1011μΩcm之间。
现由多种材料可满足上述条件。特别是，金属一绝缘体系统纳米晶粒材料可适宜地用于形成GMR薄膜26。此金属一绝缘体系统纳米晶粒材料具有高的MR比和高电阻率。如成份有较小变化，MR比也不会变化很大。接着，金属绝缘体系统纳米晶粒材料其优点在于，有可能制造具有稳定磁特性的薄膜，再生率高，费用又低。
产生巨磁阻效应的和用于形成GMR薄膜26的金属一绝缘物系统纳米晶粒材料包括如，Co-Y2O3系统纳米晶粒合金，Co-Al2O3系统纳米晶粒合金，Co-Sm2O3系统纳米晶粒合金，CoDY2O3系统纳米晶粒合金，FeCo-Y2O3系统纳米晶粒合金，和氟化物系统纳米晶粒合金如，Fe-MgF2，FeCo-MgF2和Fe-CaF2。
如前所述，GMR薄膜形成在第一薄膜磁轭24b的顶端的前表面上。因此，希望按照如，GMR薄膜26的材料和用于薄膜磁传感器20所需的特性来决定合适的GMR薄膜的厚度，从而可取得所需的空隙长度。为了获得对磁场的高灵敏度，希望GMR薄膜26尽可能薄些，这些，GMR薄膜26的物理性能不会变化，并且在第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c之间也不会产生电气短路。
附带地讲，有可能在第一薄膜磁轭24b形成后所形成的GMR薄膜26的图型的横向宽度大于在空隙24a侧的第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c各自顶端上的横向宽度。在G26具有大的横向宽度的地方，GMR薄膜26可使第一薄膜磁轭24b在电气上与第二薄膜磁轭24c相隔离。此外，GMR薄膜26起到保护膜的作用用于防止在形成第二薄膜磁轭24c时损坏第一薄膜磁轭24b。接着，GMR薄膜26的大的横向宽度其优点在于，在制造过程中可提供自由度。还应注意，与空隙宽度相比，如果GMR薄膜26的横向宽度大，敏感于薄膜磁轭的横向方向中弱的磁通量漏浅的GMR薄膜区域就扩大，这样有时会降低对磁场灵敏度。在此情况下，同时蚀刻GMR薄膜26和第一薄膜磁轭24b的顶端部分是有效的，这两部分都位于第二薄膜磁轭24c的下面，在制成第二薄膜磁轭24c的图型的步骤后，利用第二薄膜磁轭24c作为GMR薄膜26和第一薄膜磁轭24b的掩模。通过这种特定的蚀刻，有可能除去突出在第二薄膜磁轭24c的顶端部分上横向宽度方向上的GMR薄膜26的多余部分。
另一方面，有可能在电气上与第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c两者都连接的GMR薄膜该部分的横向宽度小于此空隙侧上薄膜磁轭顶端部分的横向宽度。在此情况下，有必要在GMR薄膜26的那个部分形成由绝缘的非磁性材料组成的附加薄膜，此薄膜并不与第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c进行电气接触，以便将第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c在电气上予以隔离。这样引致下列缺陷即，制造步骤培加些了。然而，在下列情况下即，缩小GMR薄膜26与第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c两者进行电气连接的那个部分的横向宽度时，来自第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c两者进行电气连接的那个部分的横向宽度时，来自第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c的磁通量浅漏就不易在横向宽度上扩散，就可产生此优点那，提高了对磁场灵敏度。
起到取出输出作用的电极28b和28c各个由导体材料形成。更清楚地说，希望使用如，Cu，Ag或Au来形成电极28b和28c。电极28b和28c的形状没有特殊限止。有可能根据如，薄膜磁传感器20的尺寸和第一和第二薄膜磁轭24b和24c的形状来决定合适的电极28b和28c的形状。
第二保护膜32的作用是遮蔽暴露于绝缘的衬底22的表面的GMR薄膜26和保护第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c防止外界空气，从而保护薄膜磁传感器20的这些膜片。更清楚地说，希望使用如在渐度不低于200度C条件下经过硬性烘焙的Al2O3，SiO2，Si3N4或光刻胶来形成第二保护膜32。
现在描述按照本发明第一实例的薄膜磁传感器20的制造方法。图7A至7V是横截面图，组合地示出按照本发明的第一实例的薄膜磁传感器的制造过程。按照本发明第一实例的薄膜磁传感器20的制造过程包含下列步骤：形成第一薄膜磁轭，形成GMR薄膜，形成第二薄膜磁轭，形成电极和形成表面保护膜等。
首先现在描述形成第一薄膜磁轭的步骤。在形成第一薄膜磁轭的步骤中，由软磁材料组成的第一薄膜24d(以后称为第一软磁薄膜)沉积在由绝缘的非磁性材料组成的绝缘的衬底22上，接着，表成由软磁材料组成的第一薄膜磁轭24b，和包括面对第二薄膜磁轭24c的前表面。
更清楚地说，希望形成第一薄膜磁轭的步骤如下进行。在第一步中，软磁薄膜24d形成在绝缘的衬底22的整个表面上，如图7A所示。然后，此第一软磁薄膜24d涂复以光刻胶材料37，接着，放置没有规定的开口部分的掩膜36在绝缘的衬底22上面，用于曝光处理，如图7b所示。进一步，通过显影将敏感部分除去，从而在待形成第一薄膜磁轭24b的地方形成光刻胶薄膜38，如图7c所示。
在此情况下，希望在光刻胶薄膜形成后，对光放慢胶薄膜进行后焙烘，温度为80°-120℃，时间为0.05小时至1.0小时。在进行后焙烘的情况下，溶剂从光刻胶薄膜中蒸发，因此，光刻胶薄膜38收缩一定程度，因而就有可能对光刻胶薄膜38的侧表面赋予一个坡度。在该地方此光刻胶薄膜38的侧表面有些倾斜，故在蚀刻步骤中不易产生暗影，这样引出此优点即，第一软磁薄膜24d可以有效地加以蚀刻。
在其次步骤中，在旋转绝缘的衬底22同时，进行Ar离子束蚀刻，如图7d所示。如果在此步骤中，辐射条件如绝缘的衬底22的旋转速度和Ar离子束的辐射角度是最佳化的话，就有可能对沿着光放慢胶薄膜38的边线对第一软磁薄膜24b进行倾斜的蚀刻，这样，经蚀刻的第一软磁薄膜24d的边缘表面就有一个规定的倾斜角θ，如图7D所示。
这样，Ar离子束蚀刻经继续进行，直到此第一软磁薄膜24d的不需要部分全部除去之后，留在第一软磁薄膜24d上的光刻胶薄膜38也就除去(剥离)，这样就取得第一薄膜磁轭24b包括具有规定的倾角θ的前表面，如图7E所示。
现讲述GMR薄膜成形步骤。在GMR薄膜成形步骤中，GMR薄膜26形成在第一薄膜磁轭24b的前表面上。
更具体地说，希望GMR薄膜成形步骤按下述来进行。在第一步，具有规定成份的GMR薄膜26按规定的厚度沉积在具有第一薄膜磁轭24b形成在其上面的绝缘的衬底22的整个表面上，这样，MGR薄膜26电气上连接至第一薄膜磁轭24b，如图7F所示。然后，在待留下的未除去的GMR薄膜26的地方形成光刻胶薄膜38，如图7G所示，其方法类似与前述方法，结合第一薄膜磁轭形成的步骤。
进一步，在旋转绝缘的衬底22的同时，Ar离子束蚀刻在规定的条件下进行，为了除去GMR薄膜26的不需要部分，如图7H所示。在完成蚀刻后，残剩的光刻胶薄膜38被除去(剥离)，从而在第一薄膜磁轭24b的前表面上和上面提及的前表面附近的表面上形成GMR薄膜26，如图7I所示。在这种情况下进行的蚀刻不限于Ar离子束蚀刻。也有可能使用湿式蚀刻或一种相对于其他薄膜具有良好的蚀刻选择性比的反应的离子蚀刻(RIE)。在另一方面，也有可能采用一种剥离法，采用此法时，在GMR薄膜待留下的不要除去的地方形成一个开口，光刻胶薄膜38在此留下的部分上形成，接着，沉积GMR薄膜26和接下来将光刻胶薄膜38和GMR薄膜26的多余分一起除去。
附带说说，在GMR薄膜26的横向宽度大于第一薄膜磁轭24b的前表面的横向宽度的地方，GMR薄膜26可阻止第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c之间的直接连接。因此，在此情况下，制造程序进行至下一步骤，从而第二薄膜磁轭24c直接在GMR薄膜26上形成。
另一方面，在GMR薄膜26的横向宽度做得比第一薄膜磁轭24b的前表面时横向宽度为小的地方，由绝缘的非磁性材料组成的薄膜沉积在GMR薄膜26的两侧，并在第二薄膜磁轭24c形成之前采用如，剥离法形成成规定的形状，从而可阻止第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c之间的直接接触。也有可能把具有横向宽度大于在第一薄膜磁轭24b的前表面上的第一薄膜磁轭24b的前表面的横向宽度的GMR薄膜沉积在第一薄膜磁轭24b前表面上，接着采用由绝缘的非磁性材料组成的薄膜覆盖GMR薄膜26的一部分，这样可缩小与第二薄膜磁轭24c接触的GMR薄膜的那一部分的横向宽度。
现描述第二薄膜磁轭形成的步骤。在形成第二薄膜磁轭的步骤中，一种软磁材料的第二薄膜24e(以后叫作第二软磁薄膜)沉积在绝缘的衬底22上，这样GMR薄膜26可电气上连接至沉积在第一薄膜磁轭24b的前表面上的GMR薄膜26的表面上的第二薄膜磁轭24c，这样，形成软磁材料的第二薄膜磁轭24c。更清楚些，希望形成第二薄膜磁轭24c的步骤按下列进行。
在第一步中，光刻胶薄膜38形成在除了形成第二薄膜磁轭24c的地方的绝缘的衬底22的表面上，如图7J所示。光刻胶薄膜38采用相似于前述的方法，结合第一薄膜磁轭形成的步骤来形成。在此情况下，为了待形成的光放慢胶38，此最近沉积的第二软磁薄膜24e也可沉积在已形成在绝缘衬底22上的第一薄膜磁轭24b上。
在下一步中，第二软磁薄膜24e按规定厚度沉积在绝缘的衬底22的整个表面上，如图7K所示。又，除去光刻胶薄膜38(剥离)，从而取得第二软磁薄膜24b，此薄膜电气连接至形成在第一薄膜磁轭24b前表面上的第一薄膜磁轭24b和GMR薄膜26两者，如图7L所示。通过在图7I所示的状态的条件下将第二软磁薄膜24e沉积在整个表面上也有可能取得相似的结构。接着，通过形成用于第二薄膜磁轭形状的光刻胶掩模的形成和接着下来通过Ar离子蚀刻除去第二软磁薄膜24e的不需要说分。
然后，除去与第一薄膜磁轭24b直接接触的第二软磁薄膜24e的不需要部分，从而形成第二薄膜磁轭24c。希望第二轮磁薄膜24e的不需要部分按下述步骤去除。
在第一步中，绝缘的非磁性材料的第一保护膜按规定的厚度沉积在绝缘的衬底22的整个表面上，如图7M所示。此第一保护膜30企图用于在除去第二软磁薄膜24e时保护第一薄膜磁轭24b和第二轮磁薄膜24e，和使打底的结构予以平面化。又，按照除去第二轮磁薄膜24e的不需要部分的方法来选择合适的材料来形成第一保护膜30。
第二软磁薄膜24e的不需要部分要加以除去，直至第二软磁薄膜24e不会直接接触第一薄膜磁轭24b为止。除去受到第一保护膜30保护的第二软磁薄膜24e的不必要部分的方法没有特殊地限止，各种方法都可用来除去此不需要的部分。更清楚地说，希望使用下述方法。
第一种方法是机械抛光法，在此法过程中，在第一保护膜30在绝缘的衬底22整个表面上形成后，对此绝缘的衬底22的表面进行机械抛光，直至沉积在第一薄膜磁轭24b上的第二轮磁薄膜24e全部去为止。在这情况下，希望此待形成的第一保护膜30由如，Al2O3薄膜，SiO2薄膜来形成，一种后烘焙的光刻胶薄膜或一种在温度不低于200℃的条件下硬性焙烘的光刻胶薄膜。
第二种方法是回蚀刻法，在此法中，在第一保护膜30在绝缘的衬底22的整个表面上形成后，采用离子束对此绝缘的衬底22表面进行蚀刻。在此情况下，希望由在温度不高于90°条件下，时间为1小时的经过前焙烘的或在温度90°-120℃的条年下，时间为1小时的经过后焙烘的光刻胶薄膜来形成的第一保护膜30。
如果在光刻胶薄膜(第一保护膜30)在绝缘的衬底22表面上形成后进行蚀刻，如图7M所示，光刻胶薄膜首先单独进行蚀刻。随着蚀刻的进展，引致第二软磁薄膜24e的TU的部分曝露于光刻胶薄膜的表面。这样，光刻胶薄膜和第二软磁薄膜24e的TU出部分同时进行蚀刻。
一般，光刻胶薄膜的表面不会变得完全平坦的。此外，在第二软磁薄膜24e和光刻胶薄膜之间的腐蚀率也不同。在这种情况下，通过简单蚀刻操作很难全部地除去第二软磁薄膜24e的不需要部分。在此条件下，在光刻胶薄膜全部除去之前，蚀刻要停止一次，如图7N所示，接着，除去(剥离)光刻胶薄膜，如图7D所示。此操作包括(1)形成光刻胶薄膜，接着是光刻胶的前焙烘或后焙烘，(2)蚀刻，和(3)按规定的次数重复地除去(剥离)光刻胶薄膜，直至沉积在第一薄膜磁轭24b的第二软磁薄膜24e全部除去为止。
附带地讲，建议在以下情况进行蚀刻要透彻些，即，当GMR薄膜26形成在第一薄膜磁轭24b的前表面上时，在GMR薄膜26的横向宽度大于在空隙侧上第一薄膜磁轭24b的末端部分的横向宽度的地方。如果在这种情况下，蚀刻进行得透彻些，就有可能除去突出在第二薄膜磁轭24c的末端部分上横向宽度上多余GMR薄膜26，这时利用第二薄膜磁轭24c作为掩模。
如果通过如机械抛光法或回蚀刻法将直接与第一薄膜磁轭24b接触的第二软磁薄膜24e的不需要部分全部除去，则就有可能取得第一薄膜磁轭24b，包括具有规定倾斜角θ的前表面，沉积在第一薄膜磁轭24b的前表面的GMR薄膜26，和在GMR薄膜26的表面上单独与GMR薄膜26电气连接的第二薄膜磁轭24c，示于图7p。
现在描述形成电极的步骤。在形成电极的步骤中，电极28b和28c分别形成在第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c的边缘部分。更详细地说，此光刻胶薄膜38新近形成在此绝缘的衬底22上，但待形成电极28b，28c的区域除外，如图7Q所示，此光刻胶薄膜38是采用类似于前述的方法并与形成第一薄膜磁轭的步骤连同一起而形成的。然后，一种具有规定厚度的由导电材料组成的薄膜28a沉积在光刻胶薄膜38上面，如图7R所示。接着，除去此光刻胶膜38(剥离)。其结果是，有可能在第一薄膜磁轭24b的和第二薄膜磁轭24c的边缘部分分别形成电极28b和28c，如图7s所示。
现在陈述形成表面保护膜的步骤。第二保护膜32作用是保护第一薄膜磁轭24b，第二薄膜磁轭24c和GMR薄膜26，它是在形成表面保护膜步骤中在绝缘的衬底22最高表面上形成。更清楚地说，光刻胶薄膜38是在除了待形成的第二保护膜32除外的区域的绝缘的衬底22上新近形成的，如图7T所示。采用前述方法与形成第一薄膜磁轭的步骤一起来形成光刻胶薄膜38。在此情况下，建议在形成光刻胶薄膜38时，电极28部分地由第二保护膜32所覆盖。然后，第二保护薄膜32按预定厚度沉积在光刻胶薄膜38上面，如图7U所示，接着除去(剥离)光刻胶薄膜38。其结果是可取得按照本发明第一实例的薄膜磁传感器20，如图7V所示。
现在申述一下按照本发明第一实例的薄膜磁传感器20的功能和作用。
如前所述，制造薄膜磁传感器的一般方法包含沉积软磁薄膜在绝缘的衬底表面上，在这样形成的软磁薄膜中形成具有小的宽度的凹槽(空隙)，以致可获得放置于面对面的二个薄膜磁轭，并在它们中间介入小的空隙，和沉积GMR薄膜的包括空隙的二个薄膜磁轭上。
在上述的一般方法中，在空隙中形成的GMR薄膜底部的横截面形状变成三角形或不平行四边形。其结果是，在GMR薄膜侧壁部分和GMR薄膜底部之间的接触面积变得显著地小于GMR薄膜厚度方向中的平均横截面面积。在极端情况下，GMR薄膜的侧壁部分和底部作成线性接触。随后，由于制造条件的为变化就使薄膜磁轭和GMR薄膜之间的接触电阻产生显著地变化。之外，薄膜磁传感器的磁特性变得不稳定。
又，磁特性较为优异的金属一绝缘物系统纳米晶粒材料是脆的，因此，当沉积在空隙中以形成薄膜时，此薄膜易于沿着在从平面的底部生长的薄膜部分和从空隙侧壁生长的薄膜部分之间边界线而断裂。接着，在使用金属绝缘体系统纳米晶粒材料作为薄膜磁传感器的GMR薄膜，且将此材料沉积在空隙内，此薄膜磁传感器在电气上和机械上两方面都易于变得非常不稳定。
另一方面，在按照本发明第一实例的薄膜磁传感器中，在形成第一薄膜磁轭24b和第二传膜磁轭24c中，首先是单独沉积第一薄膜磁轭24b，此两磁轭是设置为面对面的。接着，GMR薄膜26所沉积的区域不在薄膜磁轭的高侧壁之间。
在这种情况下，有可能在第一薄膜磁轭24b的前表面上形成优良的GMR薄膜26，不会断裂。应该注意，在GMR薄膜26与第一薄膜磁轭24b之间，和在GMR薄膜26和在GMR薄膜26的表面上的第二薄膜磁轭24e之间可实现面接触，而不会失败，这样，提高了薄膜磁传感器20的磁特性。
此外，在这样制造的薄膜磁传感器20中，空隙长度由GMR薄膜26的厚度来决定的，其结果是由第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c所产生的磁通量可有效地作用于GMR薄膜26，从而抑止磁通量漏浅至大气中。在这种情况下，此种薄膜磁传感器20与一般薄膜磁传感器相比较，前者对磁场展示非常高的理想的灵敏度。
第二实例
现将陈按照本发明第二实例的薄膜磁传感器。图8是平面图，示意地示出按照本发明第二实例的薄膜磁传感器40的结构，图9是示于图8的沿着IX-IX线的横截面图和图10是按照本发明第二实例的薄膜磁传感器内气隙周围的区域的放大形状的横截面图。
如图所示，此薄膜磁传感器40包含绝缘衬底42，一对置于面对面地的第一薄膜磁轭44b和第二薄膜磁轭44c，在它们中间介入一空隙44a和在空隙44a中形成的GMR薄膜46，以便电气连接互第一薄膜磁轭44b和第二薄膜磁轭44c。电极48b和48c分别连接至第一薄膜磁轭44b和第二薄膜磁轭44c的边缘部分，和绝缘衬底42的上表面复盖第二保护膜52。
按照本发明第二实例的薄膜磁传感器40具有下述特点，第一薄膜磁轭44b的前表面即，面对第二薄膜磁轭44c的边缘表面是与绝缘衬底42相平行的。换言之，前表面是在第一薄膜磁轭44b的上表面侧上形成的。又，第一薄膜磁轭44b前表面的倾斜角为O°，即，流入角Φ为90°。
附带地讲，此绝缘衬底42，第一薄膜磁轭44b，第二簿膜磁轭44c，GMR薄膜46，电极48b和48c，第二保护膜52和其他薄膜与本发明第一实例中薄膜磁传感器中绝缘衬底22，第一薄膜磁轭24b，第二薄膜磁轭24c，GMR薄膜26，电极28b和28c，第二保护膜32和其他薄膜是相等的，因此绝缘衬底42等等的描述就省去。
现叙述按照本发明第二实例的薄膜磁传感器40的制造方法。
图11A至图11O是横截面图，组合地示出按照本发明第二实例的薄膜磁传感器的制造过程。按照本发明第二实例的制造过程包含下列步骤：形成第一薄膜磁轭，形成GMR薄膜，形成第二薄膜磁轭，形成电极和形成表面保护膜等步骤。
首先，现将叙述形成第一薄膜磁轭的步骤。在形成第一薄膜磁轭的步骤中，第一软磁薄膜44d沉积在绝缘衬底42的表面上，接着，形成第一薄膜磁轭44b，包括位于面对第二薄膜磁轭的前表面。更清楚地说，第一薄膜磁轭44b具有前表面，其倾斜角θ为O，此倾斜角可由下述步骤形成。
在第一步，在绝缘衬底42的表面上形成抗反射薄膜34，如图11A所示。此抗反射薄膜34可适合于在往后的光刻胶成型步骤中提高成型精度，此待以后再述。一般，抗反射薄膜34由如，Cr薄膜或Ti薄膜来形成。
在下一步中，光刻胶薄膜38不在第一薄膜磁轭44b形成的区域中形成，如图11B所示。在这种情况下，希望在光刻胶薄胶38形成后应用后烘焙，如前述的第一实例那样。如果后烘焙工艺施加至光刻胶膜38，则在光刻胶膜38的侧壁表面上形成稍微有些倾斜，这样，暗影就不易在往后蚀刻阶段中产生。又，如果蚀刻是在最佳条件下进行，就有可能沿着此光刻胶薄膜38的边界线基本上以垂直于绝缘衬底42的方向来蚀刻绝缘衬底42。
在下一步，在旋转此绝缘衬底42同时，进行离子束蚀刻，如图11C所示。在此情况下，如果离子束辐射条件如绝缘衬底42的旋转速度和此离子束辐度角都是最佳化时，则就有可能沿着光刻胶薄膜38的边界线基本上以垂直于绝缘衬底42的方向来蚀刻绝缘衬底42。
在完成蚀刻处理后，除去留在绝缘衬底42表面上的光刻胶薄膜38(剥离)。其结果是，在绝缘衬底22的表面区域上形成一个凹槽，如图11D所示。应该注意，限定凹槽的侧壁基本上垂直于绝缘衬底42的表面。
在下一步，第一软磁薄膜44d沉积在绝缘衬底42的整个表面上，如图11E所示。然后，第一保护膜30在第一软磁薄膜44d上形成，如图11F所示，接着，使用如机械抛光法或回蚀刻法除去第一软磁薄膜44d的不需要部分，但沉积在凹槽内和位于绝缘衬底42的表面下面的部分除外。结果是可取得前表面倾斜角θ基本上为O°的第一薄膜磁轭44b，如图11G所示。附带地讲，有可能此第一保护膜30要全部除去或在除去第一软磁薄膜44d的不需要部分时要留下部分，不予去除。
现在说明形成GMR薄膜的步骤。在形成GMR薄膜的步骤中，GMR薄膜46是在第一薄膜磁轭44b的前表面上形成的。应该注意，形成GMR薄膜46的方法基本上相等于如前所述的按照本发明第一实例的薄膜磁传感器20内的形成GMR薄膜26的方法。
在第一步骤中，具有规定成份的GMR薄膜46按规定厚度沉积在具有第一薄膜磁轭44b形成在上面的绝缘膜42的整个表面上，如图11H所示。然后，光刻胶薄膜38形成在第一薄膜磁轭44b的前表面和上述提及的前表面周围表面上，如图11I所示。又，在规定的条件下进行离子束蚀刻，以便除去GMR薄膜46的不需要部分，如图11J所示。在完成蚀刻后，除去残存的光刻胶薄膜38(剥离)，以便在第一薄膜磁轭44b的前表面和上述提及的前表面周围的表面上形成GMR薄膜46，如图11K所示。
附带地说，在GMR薄膜46的横向宽度比第一薄膜磁轭44b的前表面的横向宽度为小的地方，或在实现与第一薄膜磁轭44b和第二薄膜磁轭44C两者接触的GMR薄膜那个部分宽度减少的地方，就有必要在GMR薄膜46两侧形成由绝缘非磁性材料组成的薄膜，或以一种覆盖部分GMR薄膜46的表面的方式来形成此薄膜，如以前所述的本发明第一实例中那样。
现叙述一下形成第二薄膜磁轭的步骤，在形成第二薄膜磁轭的步骤中，第二软磁薄膜44e沉积在绝缘衬底22的表面上，实现了GMR薄膜与沉积在第一薄膜磁轭44b前表面上GMR薄膜表面上的第二薄膜磁轭46c进行电气接触，这样形成由软磁材料组成的第二薄膜磁轭44C。为了更清楚起见，希望形成第二薄膜磁轭的步骤按下列进行。
在第一步，第二软磁薄膜44e沉积在绝缘衬底42的整个表面上，如图11L所示。然后，一种抗蚀剂薄膜38形成在尚待不除去的第二磁性薄膜44e的那个区域，如图11M所示。在此情况下，希望待形成的抗蚀剂薄膜38延伸至基本上达到第一薄膜磁轭44b的前表面的中央。在此情况下，GMR薄膜46的电阻的由离开第一薄膜磁轭44b边缘的距离来限定。
在下一步骤中，在旋转绝缘衬底22同时，在规定条件下进行Ar离子束蚀刻，如图11N所示。此蚀刻一直进行到至少第一薄膜磁轭44b与第二薄膜磁轭44c直接接触的地方该部分除去为止。如果在这阶段，蚀刻条件取得最佳化，则沿着光刻胶薄膜38边界线对第二软磁薄膜44e进行斜的蚀刻，以便全部除去与第一薄膜磁轭44b直接接触的第二软磁薄膜44e的那部分。又，如果蚀刻条件达到最佳化，则有可能取得此图型即，GMR薄膜46的形状基本上相等于第二薄膜磁轭44c的顶端部分的形状，甚至于在此情况即，当形成的GMR薄膜46的横向宽度大于第二薄膜磁轭44c的顶端部分的横向宽度时也是如此。在完成蚀刻后，残存的光刻胶薄膜38加以除去(剥离)，就可获得第一薄膜磁轭44b，包括具有规定倾斜角θ的前表面，沉积有上述提及的前表面上的GMR薄膜46，和实现与在GMR薄膜46的表面上GMR薄膜46的电气连接的第二薄膜磁轭44c，如图11O所示。
又，电极48b和48c分别形成在第一薄膜磁轭44b和第二薄膜磁轭44c的边缘部分上，接着将第二保护膜52按照相似于本发明第一实例的程序形成在绝缘衬底42的整个表面上，以致获得按照本发明第二实例的薄膜磁传感器40。
现描述按照本发明第二实例的薄膜磁传感器的功能和作用。如果在绝缘衬底42的表面区域中形成一个凹槽，则有可能获得包括其前表面与绝缘衬底42的表面相平行的第一薄膜磁轭44b，接着，将第一软磁薄膜44d沉积在整个表面上，往后再选择地除去此第一软磁薄膜44d，除了于形成在绝缘衬底42中的凹槽内的部分之外。
在下一步，GMR薄膜46沉积在第一薄膜磁轭44b的前表面上，接着，在GMR薄膜46上形成第二薄膜磁轭44c。结果是，可实现第二薄膜磁轭44c与在GMR薄膜46表面上的GMR薄膜46电气接触。
在这样形成的薄膜磁传感器40中，第一薄膜磁轭44b和第二薄膜磁轭44c相互置于面对面位置，在它们中间介入一空隙，通过GMR薄膜46的表面此两磁轭相互间实现面接触，不会失败，从而稳定此薄膜磁传感器40的磁特性。此外，因为空隙长度是由GMR薄膜46来限定的，可以有可能抑止从第一薄膜磁轭44b和第二薄膜磁轭44c浅漏的磁通量扩散至大气中。接着，此薄膜磁传感器40对磁场显示高灵敏度。
应该注意，按照本发明第二实例的薄膜磁传感器40中，第一薄膜磁轭44b的前表面平行于绝缘衬底42的表面，所以第一薄膜磁轭44b的前表面可以容易地形成。也有可能很方便地将GMR薄膜46形成在第一薄膜磁轭44b的前表面上。接着，就可制造具有稳定的磁特性的薄膜磁传感器，其费用低，再生力高。
第三实例
现将描述按照本发明第三实例的薄膜磁传感器。图12的平面图，示意性地示出按照本发明第三实例的薄膜磁传感器60的结构。图13是沿着图12所示的XIII-XIII线的横截面图，和图14是按照本发明第三实例的薄膜磁传感器中气隙附近的区域以放大形式的横截面图。
如图所示，薄膜磁传感器60含有绝缘衬底60，一对第一薄膜磁轭64b和第二薄膜磁轭64c，它们位于面对面，在它们中间介入一空隙64a，形成在此空隙64a中的GMR薄膜66，可电气连接至第一薄膜磁轭64b和第二薄膜磁轭64c。电极68b和68c分别连接到第一薄膜磁轭64b和第二薄膜磁轭64c的边缘部分，和绝缘衬底62的最上表面覆盖以第二保护膜72。
按照本发明第三实例的薄膜磁传感器的特点是，第一薄膜磁轭64b的前表面基本上垂直于绝缘衬底62的表面。换言之，此前表面形成在第一薄膜磁轭64b的垂直边缘表面上。又，第一薄膜磁轭64b的前表面的倾斜角θ是90°即，流入角Φ是O°。
附带地说，绝缘衬底62，第一薄膜磁轭64b，第二薄膜磁轭64c，GMR薄膜66，电极68b和68c，第二保护膜和其他薄膜是相等于按照本发明第一实例的薄膜磁传感器20中所包括的绝缘衬底22，第一薄膜磁轭24b，第二薄膜磁轭24c，GMR薄膜26，电极28b和28c，第二保护膜32和其他薄膜，这样，绝缘衬底62等等的描述就省略了。
现描述按本发明第三实例的薄膜磁传感器60的制造过程。
图15A至15O是横截面图，组合地示出按照本发明第三实例的薄膜磁传感器的制造过程。此实例的制造过程包含：第一薄膜磁轭形成步骤，GMR薄膜形成步骤，第二薄膜磁轭形成步骤，电极形成步骤和表面保护膜形成步骤等。
按照本发明第三实例的薄膜磁传感器具有特征是，第一薄膜磁轭64b的前表面的倾斜角θ是90°。此特定的薄膜磁传感器60可以简单地通过在由以蚀刻除去沉积的绝缘衬底62上的第一软磁薄膜64d的步骤中的蚀刻条件而加以制造。此薄膜磁传感器60的其他方面的制造方法相等于按照本发明第一实例的薄膜磁传感器20的制造方法。
在制造薄膜磁传感器60中，第一步，第一软磁薄膜64d沉积在绝缘衬底62的整个表面上，如图15A所示。然后，在待形成第一薄膜磁轭64b原区域中形成光刻胶薄膜38，如图15B所示。在此情况下，希望对光刻胶薄38施加后焙烘，如前述的第一实例中那样。
在下一步，在旋转绝缘衬底62同时，在规定的条件下进行Ar离子束蚀刻。如果在此步骤中蚀刻条件是最佳的，则有可能沿着光刻胶膜38的边界线对第一软磁薄膜64d以基本上垂直于绝缘衬底62的表面的方向进行蚀刻，如图15C所示。在完成蚀刻后，除去残存的光刻胶膜38(剥离)，就可得到倾斜角为90°的第一薄膜磁轭64b，如图15D所示。
在下一步骤中，GMR薄膜沉积在绝缘衬底62的整个表面上，如图15E所示，接着，在第一薄膜磁轭64b的前表面上即，对着以后要形成的第二薄膜磁轭的边缘表面和上述提及的前表面附近的表面上新近形成光刻胶薄膜38，如图15F所示。又，采用离子束蚀刻除去GMR薄膜66的不需要部分，如图15G所示，接着，除去(剥离)残存在光刻胶薄膜38，如图15H所示。其结果是，在具有倾斜角90°的前表面上形成GMR薄膜66。
在下一步，光刻胶薄膜38新近形成的绝缘衬底62的表面上，除了要形成第二薄膜磁轭64c的地方以外，如图15I所示。在这情况下，希望以此方式来形成光刻胶薄膜38，即允许第二软磁薄膜64e在往后的步骤中也沉积在第一薄膜磁轭64b上，如前述第一实例中那样。然后，第二软磁薄膜64e以规定厚度沉积在绝缘衬底62的整个表面上，如图15J所示，接着，剥离光刻胶薄胶38，如图15K所示。
在下一步骤中，第一保护膜30沉积在绝缘衬底62的整个表面上，如图15L所示。然后，用机械抛光法或回蚀刻法即重复形成第一保护膜30的规定次数的操作来除去第二软磁薄膜64e的不需要部分，如图15L所示，蚀刻第一保护膜30，如图15M所示，除去(剥离)残存的第一保护膜30，如图15N所示。结果是，取得与在GMR薄膜66表面上的GMR薄膜进行电气连接的第二薄膜磁轭64c。
进一步，电极68b和68c分别形成在第一薄膜磁轭64b第二薄膜磁轭64c的边缘部分(电极形成步骤)，接着，按照相等于前述的本发明第一实例中使用的程序将第二保护膜72形成在绝缘衬底62(表面保护膜形成步骤)的整个表面上，从而取得按照本发明第三实例的薄膜磁传感器60。
现在描述一下按照本发明第三实例的薄膜磁传感器的功能和作用。
如果第一软磁薄膜64d沉积在绝缘衬底62的表面上，有可能取得其前表面的倾斜角为90°的第一薄膜磁轭64b，接着，在规定的条件下除去第一软磁薄膜64d的不需要部分。在第一薄膜磁轭64b形成后，GMR薄膜66沉积在第一薄膜磁轭64b的前表面上，接着，进一步沉积第二薄膜磁轭64c。其结果是，第二薄膜磁轭64c电气连接至GMR薄膜66表面上GMR薄膜66。
在这样形成的薄膜磁传感器60中，在第一薄膜磁轭64b和第二薄膜磁轭64c之间可取得面接触，而不会失败，此二个磁轭位置是面对面的，在它们中间介入一空隙64a。更清楚地说，上述提及的面接触是通过GMR薄膜66的表面而取得的。作为结果，薄膜磁传感器60的磁特性可得到稳定。此外，因空隙长度是由GMR薄膜66的厚度来限定的，就有可能抑止从第一薄膜磁轭64b和第二薄膜磁轭64c的磁通量浅漏到大气的扩散。接着，薄膜磁传感器60对磁场具有高灵敏度。还应注意的是，因为GMR薄膜66在垂直于硫通量流动方向的方向中延伸，所以就可能有效地抑止从第一薄膜磁轭64b和第二薄膜磁轭64c的磁通量浅漏至大气的扩散，从而使薄膜磁传感器60对磁场具有较高灵敏度。
例子
(例子1)
按照本发明第1实例的薄膜磁传感器20，其结构如图4至6所示，并通过示于图7A至图7V的制造过程来制造的。附带地讲，使用一种无碱玻璃基片作为绝缘衬底22。具有成份为FeCo-MgF2的金属一绝缘体系统纳米晶粒材料用于形成GMR薄膜26。又，一种CoFeSiB非晶材料用于形成各个第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c。第一薄膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c各自具有厚度为1.0μm，在第一膜磁轭24b和第二薄膜磁轭24c之间的气隙长度即，GMR薄膜26的厚度是0.2μm。附带说说，为薄膜磁传感器20制备5个试样即，试样NO.1至NO.5。
(例子2)
按照本发明第2实例的薄膜磁传感器40，其结构如图8-10所示，并由示于图11A-11O的制造过程所制造。附带地讲，例子2的条件相等于例子1的条件，除了气隙长度设定为0.25μm除外，为了薄膜磁传感器40制备2个试样，试样No.6和No.7。
(例子3)
按照本发明第三实例的薄膜磁传感器60，其结构示于图12-14，并由示于图15A至15O的制造过程来制造。附带地讲，例子3的条件相等于例子1的条件，除了气隙长度设定为0.12至0.15μm，为薄膜磁传感器60制备3个试样即，试样No.8-No.10。
(比较性例1)
其结构图1至图3所示的薄膜磁传感器10由下列方法制造。具体地说，由CoFeSiB非晶体材料组成的软磁薄膜以厚度为1.0μm沉积在由无碱玻璃基片形成的绝缘衬底12上。然后，此软磁薄膜经过蚀刻，从而形成位置成面对面的两个薄膜磁轭14，在它们中间介入一空隙长度为2.0μm的空隙(槽)14a。
在下一步骤中，由具有FeCo-MgF2成份的金属一绝缘体系统纳米晶粒材料组成的GMR薄膜16(厚度为0.5μm)沉积在气隙14a的底壁和侧壁上，采用形成的掩模来覆盖绝缘衬底12的表面，气隙14a区域除外。又，电极18和18形成在薄膜磁轭14的边缘部分，接着，进一步形成保护膜19，其方式是覆盖薄膜磁轭14和GMR薄膜16的上表面，从而取得薄膜磁传感器10。附带说说，为比较性例子1的薄膜磁传感器10制备5个试样，试样No.11-No.15。
就例子1至3和比较性例子1所得到的薄膜磁传感器，在5Oe条件下来测量MR比(％)。
表1示出此结果。
表1
  试样号     气隙长度(μm)     MR比(％)在5Oe时     试样号     气隙长度(μm)     MR比(％)在5Oe时
  1     0.2     8.6     9     0.15     10.2
  2     0.2     9.2     10     0.12     11.0
  3     0.2     8.8     11     2.0     1.0
  4     0.2     9.5     12     2.0     4.0
  5     0.2     9.1     13     2.0     2.2
  6     0.25     5.5     14     2.0     1.8
  7     0.25     6.0     15     2.0     3.5
  8     0.15     9.8
如表1所示，人们以现比较性例子1的薄膜磁传感器(试样号No.11至15)的MR比具有小的绝对值，MR比的绝对值的不一致性是大的(1.0至4.0％)。另一方面，人们发现本发明例子1，2和3的薄膜磁传感器的MR比具有大的绝对值。更清楚地说，例子1，2和3的MR比的绝对值分别为8.6-9.5％；5.5-6.0％和9.8-11.0％，这要比起比较性例子1的MR比要大得多。此外，并已确认，本发明制造方法允许稳定地制造具有大的MR比的薄膜磁传感器。
本发明不限于上述所有的实例，且在本发明技术范围内可获得各种改进。
例如，包含GMR薄膜和配置在此GMR薄膜两侧的薄膜磁轭的器件特别适用为磁传感器。然而，本发明的器件的应用不限于只作为磁传感器应用。也有可能应用本发明器件作为如，磁存储器或磁头。
同时，为了抑止从薄膜磁轭浅漏的磁通量向大气中扩散，希望流入角Φ不大于90°。然而，流入角Φ有可能大于90°。在此情况下，磁通量至大气中的扩散就增加，这样，与流入角Φ不大于90°的情况相比，前者对其磁场的灵敏度就有些降低。然而，因空隙长度在本发明中是由GMR薄膜厚度所限定的，这就有可能明显地减少空隙长度。接着，与一般薄膜磁传感器相比，此磁通量可有效地作用于GMR薄膜，因而可能获得对磁场的高灵敏度。
还应注意到，通过改变适宜的制造条件如，绝缘衬底的蚀刻条件，沉积在绝缘衬底表面上的软磁薄膜的厚度和软磁薄膜的蚀刻条件等，就可得到其流入角Φ超过90°的第一薄膜磁轭的前表面。
上述实例企图简单地说清楚本发明的技术范围。当然，本发明在解释本发明的技术范围中不应限于这些实例。在本发明的精神内和有附设的权利要求所限定的范围内对本发明可以各种改进的方式作些工作。

Claims (11)

1、一种薄膜磁传感器，包含：
一对各自由软磁材料形成的第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭，此第一和第二薄膜磁轭的放置位置是相互面对面，在它们中间介入一空隙；
具有电阻率高于软磁材料的电阻率，且在空隙中形成的GMR薄膜，以便电气连接至第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭；和
由绝缘的非磁性材料组成且作用是支持第一薄膜磁轭，第二薄膜磁轭和GMR薄膜的绝缘衬底；
其中GMR薄膜形成在位于面对第二薄膜磁轭的第一薄膜磁轭的前表面上，和空隙长度由位于面对第二薄膜磁轭的第一薄膜磁轭的前表面上的GMR薄膜的厚度所限定。
2、按照权利要求1的薄膜磁传感器，其特征在于，第一薄膜磁轭的前表面和衬底的表面之间所作的角度处在0°至90°之间的范围。
3、按照权利要求1的薄膜磁传感器，其特征在于，GMR薄膜是由一种金属一绝缘体系统纳米晶位材料组成。
4、一种薄膜磁传感器，包含一对分别由软磁材料组成的第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭，此第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭放置的位置是相互面对面，在它们中间介入一空隙；其电阻率高于软磁材料的电阻率的，并在空隙中形成的GMR薄膜，以便可电气连接至第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭；由绝缘的非磁性材料组成且作用是支持第一薄膜磁轭，第二薄膜磁轭和GMR薄膜的绝缘衬底；此薄膜磁传感器由下列步骤取得：
(a)在绝缘衬底表面上形成由软磁材料组成的第一薄膜磁轭和包括位于面对第二薄膜磁轭的前表面；
(b)在第一薄膜磁轭的前表面上沉积GMR薄膜，其方式是允许GMR薄膜电气连接至第一薄膜磁轭；和
(c)在绝缘衬底的表面上形成由软磁材料组成的第二薄膜磁轭，其方式是允许第二薄膜磁轭电气连接至GMR薄膜表面上的GMR薄膜。
5、按照权利要求4的薄膜磁传感器，其特征在于，在面对第二薄膜磁轭的第一薄膜磁轭的前表面和此衬底表面之间所作出的角处在0°和90°的范围内。
6、按照权利要求4的薄膜磁传感器，其特征在于，此GMR薄膜是由一种金属一绝缘体系统纳米晶粒材料所组成。
7、一种制造薄膜磁传感器的方法，包含下列步骤：
在由绝缘的非磁性材料组成的绝缘衬底上形成由软磁材料组成的第一薄膜磁轭，此磁轭具有位于面对往后要形成的第二薄膜磁轭的前表面；
在第一薄膜磁轭的前表面上沉积其电阻率高于软磁材料电阻率的GMR薄膜，其方式是允许GMR薄膜电气连接至第一薄膜磁轭；和
在绝缘衬底的表面上形成由软磁材料组成的第二薄膜磁轭，其方式是允许此第二薄膜磁轭电气连接至GMR薄膜表面上的GMR薄膜。
8、按照权利要求7的方法，其特征在于，第一薄膜磁轭如此形成的即，面对第二薄膜磁轭的第一薄膜薄膜磁轭的前表面和绝缘衬底的表面之间所作出的角处于0°和90°之间的范围。
9、按照权利要求7的方法，进一步包含在第一薄膜磁轭和第二薄膜磁轭的边缘部分形成电极的步骤。
10、按照权利要求7的方法，其特征在于，第一薄膜磁轭通过将由软磁材料组成的第一薄膜沉积在绝缘衬底的表面上而形成，接着形成位于面对第二薄膜磁轭的前表面。
11、按照权利要求7的方法，其特征在于，通过把由软磁材料组成的第二薄膜磁轭沉积在绝缘衬底的表面上形成第二薄膜磁轭，其方式是允许GMR薄膜和第二薄膜磁轭在沉积在面对第二薄膜磁轭的第一薄膜磁轭的前表面上的GMR薄膜的表面上相互进行电气连接。
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