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CN119414311A - Tmr磁传感器及其制备方法 - Google Patents

Tmr磁传感器及其制备方法 Download PDF

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Publication number
CN119414311A
CN119414311A CN202411486993.8A CN202411486993A CN119414311A CN 119414311 A CN119414311 A CN 119414311A CN 202411486993 A CN202411486993 A CN 202411486993A CN 119414311 A CN119414311 A CN 119414311A
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
unit
magnetic field
substrate
magnetoresistance
Prior art date
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Pending
Application number
CN202411486993.8A
Other languages
English (en)
Inventor
徐兵兵
郭慧芳
韩若枫
何路光
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.)
Shanghai Sirui Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Sirui Technology Co ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Sirui Technology Co ltd filed Critical Shanghai Sirui Technology Co ltd
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    • 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
    • G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
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Abstract

本申请涉及一种TMR磁传感器及其制备方法，TMR磁传感器包括：基板，包括倾斜结构，倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜；设置于基板的第一磁场敏感区和第二磁场敏感区，第一磁场敏感区和第二磁场敏感区均由磁性隧道结经串联或并联或串联和并联相结合的方式组成；位于第一磁场敏感区的磁性隧道结布置于基板的平面，且具有沿第一方向的钉扎方向；位于第二磁场敏感区的磁性隧道结至少部分布置于倾斜结构的斜面上，且布置于倾斜结构的斜面上的磁性隧道结具有沿倾斜结构的斜面的钉扎方向；第一方向、第二方向和第三方向之间两两垂直，且第三方向还与基板的平面相垂直。形成三分量磁场感应检测空间磁场大小和方向，实现三轴磁场的检测。

Description

TMR磁传感器及其制备方法
本申请要求于2024年01月31日提交中国专利局，申请号为202410140454.2，发明名称为“TMR磁传感器及其制备方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及磁场感应装置技术领域，特别是涉及一种TMR磁传感器及其制备方法。
背景技术
随着科技发展和社会的不断进步，越来越多种类的磁传感器出现在人们的日常工作和生活中。TMR(Tunnel Magnetoresistance Effect，隧道磁阻效应)磁传感器是一种利用隧道磁阻效应的磁敏感元件，利用外磁场能够引起TMR磁阻元件的电阻变化来实现对外磁场的检测。然而，外磁场的分布通常是立体的，TMR磁阻元件只能进行面内磁场感应，难以满足对三轴磁场进行测量的需求。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能实现三轴磁场的检测的TMR磁传感器及其制备方法。
一种TMR磁传感器，包括：
基板，所述基板包括倾斜结构，所述倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜；
设置于所述基板的第一磁场敏感区和第二磁场敏感区，所述第一磁场敏感区和所述第二磁场敏感区均由磁性隧道结经串联或并联或串联和并联相结合的方式组成；位于所述第一磁场敏感区的磁性隧道结布置于所述基板的平面，且具有沿第一方向的钉扎方向；位于所述第二磁场敏感区的磁性隧道结至少部分布置于所述倾斜结构的斜面上，且布置于所述倾斜结构的斜面上的磁性隧道结具有沿所述倾斜结构的斜面的钉扎方向；
其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间两两垂直，且所述第三方向还与所述基板的平面相垂直。
一种TMR磁传感器的制备方法，包括：
在基板制作倾斜结构，所述倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜；
在所述基板形成磁性隧道结；所述基板设置有第一磁场敏感区和第二磁场敏感区，所述第一磁场敏感区和所述第二磁场敏感区均由所述磁性隧道结经串联或并联或串联和并联相结合的方式组成；位于所述第一磁场敏感区的磁性隧道结布置于所述基板的平面，且具有沿第一方向的钉扎方向；位于所述第二磁场敏感区的磁性隧道结至少部分布置于所述倾斜结构的斜面上，且布置于所述倾斜结构的斜面上的磁性隧道结具有沿所述倾斜结构的斜面的钉扎方向；
其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间两两垂直，且所述第三方向还与所述基板的平面相垂直。
上述TMR磁传感器及其制备方法，通过设置具有倾斜结构的基板，倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜，并使得第一磁场敏感区的磁性隧道结设置在基板的平面上，第二磁场敏感区的磁性隧道结至少部分设置在倾斜结构的斜面上，第一磁场敏感区的磁性隧道结具有沿第一方向的钉扎方向，设置在倾斜结构的斜面上的磁性隧道结具有沿倾斜结构的斜面的钉扎方向,形成三分量磁场感应检测空间磁场大小和方向，实现三轴磁场的检测。
附图说明
图1为一个实施例中TMR磁传感器的结构示意图；
图2为图1中TMR磁传感器沿A-A’的剖面结构示意图；
图3为图1中TMR磁传感器沿B-B’的剖面结构示意图；
图4为一个实施例中X轴磁性隧道结阵列组成的全桥结构的等效电路图；
图5为一个实施例中X轴磁性隧道结阵列的分布及电路连接示意图；
图6为一个实施例中Y轴/Z轴磁性隧道结的布置示意图；
图7为一个实施例中Y轴/Z轴磁性隧道结阵列组成的全桥结构的等效电路图；
图8为一个实施例中Y轴/Z轴磁性隧道结阵列的分布及电路连接示意图；
图9为另一个实施例中TMR磁传感器的结构示意图；
图10为图9中TMR磁传感器沿A-A’的剖面结构示意图；
图11为图9中TMR磁传感器沿B-B’的剖面结构示意图；
图12为一个实施例中Y轴磁性隧道结阵列组成的全桥结构的等效电路图；
图13为一个实施例中Y轴磁性隧道结阵列的分布及电路连接示意图；
图14为一个实施例中Z轴磁性隧道结的布置示意图；
图15为一个实施例中Z轴磁性隧道结阵列组成的全桥结构的等效电路图；
图16为一个实施例中Z轴磁性隧道结阵列的分布及电路连接示意图；
图17-图31为一个实施例中TMR磁传感器的制备过程的结构示意图；
图17-23，以及图32-图43为另一个实施例中TMR磁传感器的制备过程的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
在一个实施例中，如图1至图3所示，提供了一种TMR磁传感器，包括基板110，以及设置于基板110的第一磁场敏感区120和第二磁场敏感区130。基板110包括倾斜结构，倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜。第一磁场敏感区120和第二磁场敏感区130均由磁性隧道结140经串联或并联或串联和并联相结合的方式组成；位于第一磁场敏感区120的磁性隧道结140布置于基板110的平面，且具有沿第一方向的钉扎方向；位于第二磁场敏感区130的磁性隧道结140至少部分布置于倾斜结构的斜面上，且布置于倾斜结构的斜面上的磁性隧道结140具有沿倾斜结构的斜面的钉扎方向。其中，第一方向、第二方向和第三方向之间两两垂直，且第三方向还与基板110的平面相垂直。
具体地，第一方向、第二方向可以分别是X轴方向、Y轴方向，也可以分别是Y轴方向、X轴方向，第三方向是Z轴方向，基板110的平面为X-Y平面。为便于理解，以下均以第一方向、第二方向和第三方向分别是X轴方向、Y轴方向和Z轴方向为例进行说明。
磁性隧道结140一般包括自由层/隧道势垒层/钉扎层，外磁场的变化会导致自由层的磁化方向发生变化，当自由层的磁化方向与钉扎层的钉扎方向正向平行时，磁性隧道结140处于低阻态；当自由层的磁化方向与钉扎层的钉扎方向反向平行时，磁性隧道结140则处于高阻态。由此可见，外磁场与钉扎方向相平行的磁场分量可以引起自由层的磁化方向的变化，且基于与钉扎层的钉扎方向的平行状态可以引起磁性隧道结140的阻值变化，通过将磁性隧道结140串联或并联或串联和并联相结合的方式连接，可以输出与该外磁场在钉扎方向上分量相对应的电信号。
第一磁场敏感区120的磁性隧道结140布置于基板110的平面上，且具有沿X轴方向的钉扎方向，由此，第一磁场敏感区120可用于检测X轴方向的磁场。
第二磁场敏感区130的磁性隧道结140可以是部分设置在基板110的平面上，部分设置在倾斜结构的斜面上；第二磁场敏感区130的磁性隧道结140也可以是全部设置在倾斜结构的斜面上。由于倾斜结构的斜面在Y轴方向和Z轴方向之间倾斜，并且，设置在倾斜结构的斜面上的磁性隧道结140具有沿该斜面的钉扎方向，由此，设置在倾斜结构的斜面上的磁性隧道结140可以感应磁场方向与倾斜结构的斜面相平行的外磁场。该磁场方向与倾斜结构的斜面相平行的外磁场具有沿Y轴方向的磁场分量和沿Z轴方向的磁场分量，基于此，第二磁场敏感区130的磁性隧道结140可以检测Y轴方向和Z轴方向的磁场。
本实施例的TMR磁传感器，通过设置具有倾斜结构的基板110，倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜，并使得第一磁场敏感区120的磁性隧道结140设置在基板的平面上，第二磁场敏感区130的磁性隧道结140至少部分设置在倾斜结构的斜面上，第一磁场敏感区120的磁性隧道结140具有沿第一方向的钉扎方向，设置在倾斜结构的斜面上的磁性隧道结140具有沿倾斜结构的斜面的钉扎方向，从而使得第一磁场敏感区120可以检测X轴方向的磁场，第二磁场敏感区130可以检测Y轴方向和Z轴方向的磁场，也即本实施例的TMR磁传感器可以实现三轴磁场的检测。
基板110可包括衬底112。衬底112可包括CMOS晶圆层和设置在CMOS晶圆层上的CMOS信号层，CMOS晶圆层中集成有若干MOS管构成的集成电路，能够对第一磁场敏感区120、第二磁场敏感区130感应外磁场产生的模拟信号进行处理以获得数字信号，CMOS信号层则能够实现模拟信号的接收及数字信号的输出等功能。CMOS信号层可以是金属层、集成电路层等形式，其中，金属层可以是铜层、铝层、铜合金层或铝合金层。通过使得TMR磁传感器集成设置有CMOS晶圆层和CMOS信号层的衬底112，使得TMR磁传感器能够无需再额外集成用于信号处理的芯片，有利于减小TMR磁传感器的封装尺寸。
进一步地，衬底112还可包括设置在CMOS信号层上的防护层，用于对CMOS信号层起到防护作用。防护层的材质具体可采用氧化硅(SiO2)或氧化铝(AlOx)等。
基板110的倾斜结构可以是沟槽，也可以是凸起，相应地，倾斜结构的斜面为沟槽的斜面或凸起的斜面。
基板110还可包括设置于衬底112的第一钝化层114，倾斜结构设置在第一钝化层114上。第一钝化层114的材质具体可采用氧化硅(SiO2)或氧化铝(AlOx)等。可以是在衬底112上先形成平整的第一钝化层114，然后在第一钝化层114上刻蚀形成沟槽；也可以是在衬底112上先形成平整的第一钝化层114，然后在第一钝化层114上通过刻蚀或沉积或贴装等方式在第一钝化层114上形成凸起。
位于第一磁场敏感区120的磁性隧道结140可阵列布局，位于第二磁场敏感区130的磁性隧道结140也可阵列布局，通过采用阵列布局可以使得布局更加紧凑，有利于减小TMR磁传感器的封装尺寸。
磁性隧道结140设置在第一钝化层114上。具体地，位于第一磁场敏感区120的磁性隧道结140布置于第一钝化层114的平面上；位于第二磁场敏感区130的磁性隧道结140至少部分布置于沟槽或凸起的斜面上。
磁性隧道结140靠近基板110的一侧可设置有第一金属层，磁性隧道结140远离基板110的一侧可设置有第二金属层，第一金属层和第二金属层用于将各磁性隧道结140串联组成磁阻单元，用于各磁阻单元之间的串/并联，还用于将磁阻单元连接电源端或接地设置，以及将由磁阻单元组成的电桥的输出信号(模拟信号)传输至基板110。
进一步地，如图2和图3所示，TMR磁传感器还可包括第二钝化层180，第二钝化层180的材质可与第一钝化层114相同。第二钝化层180包覆磁性隧道结140，第二钝化层180用作绝缘层，且对磁性隧道结140起到保护作用。
如图1至图3所示，TMR磁传感器还包括设置于基板110的线圈150，线圈150为多匝平面线圈，用于在通电时，对第一磁场敏感区120和第二磁场敏感区130中各磁性隧道结140进行复位操作，从而减小TMR磁传感器的噪声，提高探测精度，同时可减小跨轴干扰，减小磁滞。
具体地，线圈150沿X轴方向传输电流的部分，与第一磁场敏感区120对应设置；线圈150沿Y轴方向传输电流的部分，与第二磁场敏感区130对应设置。通电时，线圈150可产生与电流方向相垂直的磁场，也就是说，线圈150沿X轴方向传输电流的部分可产生Y轴方向的磁场，对第一磁场敏感区120的磁性隧道结140的自由层的磁化方向进行复位操作，使得磁化方向沿Y轴方向；线圈150沿Y轴方向传输电流的部分可产生X轴方向的磁场，对第二磁场敏感区130的磁性隧道结140的自由层的磁化方向进行复位操作，使得磁化方向沿X轴方向。
如图1所示，线圈150中的电流可以是顺时针方向，也可以是逆时针方向。并且，由于线圈150为多匝绕线组成的平面线圈，因此，线圈150沿Y轴方向相对设置的两部分具有沿X轴方向传输的电流，线圈150沿X轴方向相对设置的两部分具有沿Y轴方向传输的电流。结合上述第一磁场敏感区120、第二磁场敏感区130与线圈150内传输电流方向的对应关系，以及为了布局更加紧凑，且有效利用线圈150的复位作用，第一磁场敏感区120的数量为两个，沿Y轴方向分布，第二磁场敏感区130的数量为两个，沿X轴方向分布，且分布位于两个第一磁场敏感区120所在轴线的两侧。这样，线圈150沿X轴的正方向(+X)传输电流的部分、负方向(-X)传输电流的部分，分别对应一个第一磁场敏感区120，沿Y轴的正方向(+Y)传输电流的部分、负方向(-Y)传输电流的部分，分别对应一个第二磁场敏感区130。将线圈150布置于基板110上后，对线圈150进行通电会产生垂直于电流方向的磁场分量。线圈150产生的磁场分量在第一磁场敏感区120产生的磁场方向为Y轴的正方向和负方向，在第二磁场敏感区130产生的磁场方向为X轴的正方向和负方向。在将线圈150通电后，可利用不同电流方向的部分，对两个第一磁场敏感区120和两个第二磁场敏感区130中的磁性隧道结140进行复位操作，确定磁性隧道结140的自由层初始磁化方向，操作简便快捷。
线圈150可以布置于磁性隧道结140的上面或下面。当线圈150布置于磁性隧道结140的下面时，可采用CMOS信号层的至少部分作为线圈150。当线圈150布置于磁性隧道结140的上面时，可以在第二钝化层180上设置金属层并刻蚀形成线圈150。
如图4和图5所示，位于第一磁场敏感区120的磁性隧道结140，一部分具有沿X轴的正方向(+X)的钉扎方向，另一部分具有沿X轴负方向(-X)的钉扎方向。具有沿X轴的正方向(+X)的钉扎方向的磁性隧道结140一部分串联形成磁阻单元R11，另一部分串联形成磁阻单元R13；具有沿X轴的负方向(-X)的钉扎方向的磁性隧道结140一部分串联形成磁阻单元R12，另一部分串联形成磁阻单元R14。磁性隧道结140的钉扎方向可以通过退火磁场确定。具体地，构成磁阻单元R11和磁阻单元R13的磁性隧道结140沿X轴方向的正方向退火，构成磁阻单元R12和磁阻单元R14的磁性隧道结140沿X轴方向的负方向退火。可以将需要沿同一方向退火的磁性隧道结140设置在同一区域，例如，将构成磁阻单元R11和磁阻单元R13的磁性隧道结140设置在同一区域，将构成磁阻单元R12和磁阻单元R14的磁性隧道结140设置在另一同一区域。也可以基于其他需求，例如，为了便于磁阻单元之间的电路连接或磁复位等，将需要不同方向退火的磁性隧道结140设置在同一区域，例如，将构成磁阻单元R11和磁阻单元R14的磁性隧道结140设置在同一区域，将构成磁阻单元R12和磁阻单元R13的磁性隧道结140设置在另一同一区域。当同一区域需要采用不同方向的退火时，可以采用局部激光退火。
磁阻单元R11和磁阻单元R14具有沿Y轴方向的正方向的自由层初始磁化方向，磁阻单元R12和磁阻单元R13具有沿Y轴方向的负方向的自由层初始磁化方向。通过将构成磁阻单元R11和磁阻单元R14的磁性隧道结140设置在线圈150沿X轴的正方向(+X)传输电流的部分，以及将构成磁阻单元R12和磁阻单元R13的磁性隧道结140设置在线圈150沿X轴的负方向(-X)传输电流的部分，使得在线圈150通电时，可以对第一磁场敏感区120的磁性隧道结140的自由层的磁化方向进行相应的磁复位。
磁阻单元R11的一端连接输出端P1，磁阻单元R11的另一端连接电源端VCC1，磁阻单元R14的一端连接输出端N1，磁阻单元R14的另一端连接电源端VCC1；磁阻单元R12的一端连接输出端P1，磁阻单元R12的另一端连接接地端GND，磁阻单元R13的一端连接输出端N1，磁阻单元R13的另一端连接接地端GND。
具体地，图4中空心箭头表示磁性隧道结140的钉扎方向，实线箭头表示磁性隧道结140的自由层初始磁化方向。制备磁性隧道结140时，对用于构成磁阻单元R11和磁阻单元R13的磁性隧道结140沿X轴的正方向退火，产生沿X轴正方向的钉扎方向；对用于构成磁阻单元R12和磁阻单元R14的磁性隧道结140沿X轴的负方向退火，产生沿X轴负方向的钉扎方向。如图5所示，传感器工作时，磁阻单元R11和磁阻单元R14所在区域的线圈电流方向沿X轴的正方向，产生沿Y轴正方向的置位磁场。磁阻单元R12和磁阻单元R13所在区域的线圈电流方向沿X轴的负方向，产生沿Y轴负方向的置位磁场。因此，磁阻单元R11和磁阻单元R14具有相同的自由层初始磁化方向，均为Y轴正方向，磁阻单元R12和磁阻单元R13具有相同的自由层初始磁化方向，均为Y轴负方向。
传感器工作时，当外磁场具有沿着X轴的分量时，磁性隧道结140的自由层的磁化方向随磁场分量的大小产生不同的旋转角度，使磁阻单元R11/磁阻单元R13的电阻变大或变小。磁阻单元R12/磁阻单元R14的电阻变化，与磁阻单元R11/磁阻单元R13的电阻变化相反。X轴电桥的差分信号S1与外磁场的X轴分量产生近似线性的变化关系，如下式：
其中，MR和Hk表示磁性隧道结140的固有属性，分别为磁电阻率和各向异性场；VP1表示输出端P1的输出信号，VN1表示输出端N1的输出信号；Hx表示外磁场的X轴分量。
在一个实施例中，第二磁场敏感区130中的所有磁性隧道结140均布置于倾斜结构的斜面。将第二磁场敏感区130中的所有磁性隧道结140都设置在基板110的凹槽/凸起的斜面上，对Y轴和Z轴的磁场进行检测。
如图6至图8所示，位于第二磁场敏感区130的磁性隧道结140具有沿倾斜结构的斜面的钉扎方向，其中，具有沿倾斜结构的斜面正向上钉扎方向的磁性隧道结140部分串联形成磁阻单元R21以及部分串联形成磁阻单元R23，具有沿倾斜结构的斜面负向下的钉扎方向的磁性隧道结140部分串联形成磁阻单元R22以及部分串联形成磁阻单元R24，具有沿倾斜结构的斜面正向下的钉扎方向的磁性隧道结140部分串联形成磁阻单元R31以及部分串联形成磁阻单元R33，具有沿倾斜结构的斜面负向上的钉扎方向的磁性隧道结140部分串联形成磁阻单元R32以及部分串联形成磁阻单元R34。磁阻单元R22、磁阻单元R23、磁阻单元R32和磁阻单元R33具有沿X轴方向的正方向的自由层初始磁化方向，磁阻单元R21、磁阻单元R24、磁阻单元R31和磁阻单元R34具有沿X轴方向的负方向的自由层初始磁化方向。
磁阻单元R21的一端连接输出端P2，磁阻单元R21的另一端连接电源端VCC2，磁阻单元R24的一端连接输出端N2，磁阻单元R24的另一端连接电源端VCC2；磁阻单元R22的一端连接输出端P2，磁阻单元R22的另一端连接接地端GND，磁阻单元R23的一端连接输出端N2，磁阻单元R23的另一端连接接地端GND。磁阻单元R31的一端连接输出端P3，磁阻单元R31的另一端连接电源端VCC3，磁阻单元R34的一端连接输出端N3，磁阻单元R34的另一端连接电源端VCC3；磁阻单元R32的一端连接输出端P3，磁阻单元R32的另一端连接接地端GND，磁阻单元R33的一端连接输出端N3，磁阻单元R33的另一端连接接地端GND。
具体地，如图6和图8所示，以倾斜结构是设置在基板110的凹槽为例，沿着Y轴的正方向，用于构成磁阻单元R31(磁阻单元R33)、磁阻单元R32(磁阻单元R34)的磁性隧道结140设置在凹槽的下坡斜面，用于构成磁阻单元R21(磁阻单元R23)、磁阻单元R22(磁阻单元R24)的磁性隧道结140设置在凹槽的上坡斜面，凹槽的下坡斜面(图8所示斜面2)和上坡斜面(图8所示斜面1)的坡度相同。用于构成磁阻单元R31(磁阻单元R33)、磁阻单元R21(磁阻单元R23)的磁性隧道结140沿着Y轴的正方向退火，使得磁阻单元R31(磁阻单元R33)产生的钉扎方向包含Y轴的正方向分量和Z轴的负方向分量，磁阻单元R21(磁阻单元R23)产生的钉扎方向包含Y轴的正方向分量和Z轴的正方向分量。用于构成磁阻单元R22(磁阻单元R24)、磁阻单元R32(磁阻单元R34)的磁性隧道结140沿着Y轴的负方向退火，使得磁阻单元R22(磁阻单元R24)产生的钉扎方向包含Y轴的负方向分量和Z轴的负方向分量，磁阻单元R32(磁阻单元R34)产生的钉扎方向包含Y轴的负方向分量和Z轴的正方向分量。
图7中空心箭头表示磁性隧道结140的钉扎方向在Y轴的分量，实线箭头表示磁性隧道结140的自由层初始磁化方向。磁阻单元R21/磁阻单元R23/磁阻单元R31/磁阻单元R33的钉扎方向具有沿Y轴的正方向的分量；磁阻单元R22/磁阻单元R24/磁阻单元R32/磁阻单元R34的钉扎方向具有沿Y轴的负方向的分量。这样，两个电桥对于Y轴磁场的感应输出相同。
进一步的，图7左侧电桥中，磁阻单元R21/磁阻单元R24/磁阻单元R22/磁阻单元R23的钉扎方向分别具有沿+Z/-Z/+Z/-Z的分量，右侧电桥中，磁阻单元R31/磁阻单元R34/磁阻单元R32/磁阻单元R33的钉扎方向分别具有沿-Z/+Z/-Z/+Z的分量，这样，两个电桥对于Z轴磁场的感应输出大小相同，方向相反。
如图8所示，传感器工作时，磁阻单元R21/磁阻单元R24/磁阻单元R31/磁阻单元R34所在区域的线圈电流方向沿Y轴正方向，产生沿X轴负方向的置位磁场，磁阻单元R23/磁阻单元R22/磁阻单元R33/磁阻单元R32所在区域的线圈电流方向沿Y轴负方向，产生沿X轴正方向的置位磁场。因此，磁阻单元R21/磁阻单元R24/磁阻单元R31/磁阻单元R34具有相同的自由层初始磁化方向，均是X轴负方向，磁阻单元R23/磁阻单元R22/磁阻单元R33/磁阻单元R32具有相同的自由层初始磁化方向，均是X轴正方向。
传感器工作时，当外磁场具有沿着Y轴和/或Z轴的分量时，磁性隧道结140的自由层磁化方向随磁场分量的大小产生不同的旋转角度，在Y轴磁场的作用下，使磁阻单元R21/磁阻单元R23、磁阻单元R31/磁阻单元R33的电阻变大或变小，磁阻单元R22/磁阻单元R24、磁阻单元R32/磁阻单元R34的电阻变化，分别与磁阻单元R21/磁阻单元R23、磁阻单元R31/磁阻单元R33的电阻变化相反；在Z轴磁场的作用下，使磁阻单元R21/磁阻单元R23、磁阻单元R32/磁阻单元R34的电阻变大或变小，磁阻单元R22/磁阻单元R24、磁阻单元R31/磁阻单元R33的电阻变化，分别与磁阻单元R21/磁阻单元R23、磁阻单元R32/磁阻单元R34的电阻变化相反。图7中，左侧Y/Z轴电桥的差分信号S2、右侧Y/Z轴电桥的差分信号S3与外磁场的Y轴分量、Z轴分量产生近似线性的变化关系，如下式：
其中，MR和Hk表示磁性隧道结140的固有属性，分别为磁电阻率和各向异性场；VP2、VP3分别表示输出端P2、输出端P3的输出信号，VN2、VN3分别表示输出端N2、输出端N3的输出信号；Hy、Hz分别表示外磁场的Y轴分量和Z轴分量，θ表示倾斜结构的斜面相对于基板110平面的倾斜角度。
由上可知，S2+S3的信号与Y轴磁场分量有线性变化关系，S2-S3的信号与Z轴磁场分量具有线性变化关系。即，根据差分信号S2与差分信号S3之和，可分析Y轴磁场分量，根据差分信号S2与差分信号S3之差，可分析Z轴磁场分量。
在另一个实施例中，如图9-图11所示，第二磁场敏感区130中用于检测第二方向磁场的磁性隧道结140，布置于基板110的平面；第二磁场敏感区130中用于检测第三方向磁场的磁性隧道结140，布置于倾斜结构的斜面。具体地，第一磁场敏感区120的磁性隧道结140布置于基板110的平面上，具有沿X轴方向的钉扎方向，检测X轴方向的磁场。可将第二磁场敏感区130分成Y敏感区和Z敏感区,Y敏感区的磁性隧道结140布置于基板110的平面上，具有沿Y轴方向的钉扎方向，检测Y轴方向的磁场，Z敏感区的磁性隧道结140布置于倾斜结构的斜面上，具有沿倾斜结构的斜面的钉扎方向，检测Z轴方向的磁场。
在一个实施例中，如图12和图13所示，位于第二磁场敏感区130用于检测Y轴方向磁场的磁性隧道结140中，具有沿Y轴方向的正方向的钉扎方向的磁性隧道结140一部分串联形成磁阻单元R25，另一部分串联形成磁阻单元R27；具有沿Y轴方向的负方向的钉扎方向的磁性隧道结140一部分串联形成磁阻单元R26，另一部分串联形成磁阻单元R28；磁阻单元R25和磁阻单元R28具有沿X轴方向的正方向的自由层初始磁化方向，磁阻单元R26和磁阻单元R27具有沿X轴方向的负方向的自由层初始磁化方向。磁阻单元R25的一端连接输出端P4，磁阻单元R25的另一端连接电源端VCC4，磁阻单元R28的一端连接输出端N4，磁阻单元R28的另一端连接电源端VCC4；磁阻单元R26的一端连接输出端P4，磁阻单元R26的另一端连接接地端GND，磁阻单元R27的一端连接输出端N4，磁阻单元R27的另一端连接接地端GND。
具体地，图12中空心箭头表示磁性隧道结140的钉扎方向，实线箭头表示磁性隧道结140的自由层初始磁化方向。制备磁性隧道结140时，对构成磁阻单元R25和磁阻单元R27的磁性隧道结140沿Y轴的正方向进行区域退火，产生沿Y轴正方向的钉扎方向；对构成磁阻单元R26和磁阻单元R28的磁性隧道结140沿Y轴的负方向进行区域退火，产生沿Y轴负方向的钉扎方向。如图13所示，传感器工作时，磁阻单元R25和磁阻单元R28所在区域的线圈电流方向沿Y轴负方向，产生沿X轴正方向的置位磁场，磁阻单元R27和磁阻单元R26所在区域的线圈电流方向沿Y轴正方向，产生沿X轴负方向的置位磁场。因此，磁阻单元R25和磁阻单元R28具有相同的自由层初始磁化方向，均为X轴正方向，磁阻单元R27和磁阻单元R26具有相同的自由层初始磁化方向，均为X轴负方向。
传感器工作时，当外磁场具有沿着Y轴的分量时，磁性隧道结140的自由层磁化方向随磁场分量的大小产生不同的旋转角度，使磁阻单元R25/磁阻单元R27的电阻变大或变小。磁阻单元R26/磁阻单元R28的电阻变化，与磁阻单元R25/磁阻单元R27的电阻变化相反。Y轴电桥的差分信号S4与外磁场的Y轴分量产生近似线性的变化关系，如下式：
其中，MR和Hk表示磁性隧道结140的固有属性，分别为磁电阻率和各向异性场；VP4表示输出端P4的输出信号，VN4表示输出端N4的输出信号；Hy表示外磁场的Y轴分量。
在一个实施例中，如图14至图16所示，位于第二磁场敏感区130用于检测Z轴方向磁场的磁性隧道结140中，沿着Y轴的正方向，具有沿倾斜结构的斜面正向上的钉扎方向的磁性隧道结140部分串联形成磁阻单元R35以及部分串联形成磁阻单元R37，具有沿倾斜结构的斜面正向下的钉扎方向的磁性隧道结140部分串联形成磁阻单元R36以及部分串联形成磁阻单元R38。磁阻单元R35和磁阻单元R38具有沿X轴方向的负方向的自由层初始磁化方向，磁阻单元R36和磁阻单元R37具有沿X轴方向的正方向的自由层初始磁化方向。
磁阻单元R35的一端连接输出端P5，磁阻单元R35的另一端连接电源端VCC5，磁阻单元R38的一端连接输出端N5，磁阻单元R38的另一端连接电源端VCC5；磁阻单元R36的一端连接输出端P5，磁阻单元R36的另一端连接接地端GND，磁阻单元R37的一端连接输出端N5，磁阻单元R37的另一端连接接地端GND。
具体地，如图14所示，同样以倾斜结构是设置在基板110的凹槽为例，沿着Y轴的正方向，用于构成磁阻单元R36(磁阻单元R38)的磁性隧道结140设置在凹槽的下坡斜面，用于构成磁阻单元R35(磁阻单元R37)的磁性隧道结140设置在凹槽的上坡斜面，凹槽的下坡斜面和上坡斜面的坡度相同。用于构成磁阻单元R36(磁阻单元R38)、磁阻单元R35(磁阻单元R37)的磁性隧道结140沿Y轴的正方向退火，使得磁阻单元R36(磁阻单元R38)产生的钉扎方向包含Y轴的正方向分量和Z轴的负方向分量，磁阻单元R35(磁阻单元R37)产生的钉扎方向包含Y轴的正方向分量和Z轴的正方向分量。
图15中空心箭头表示磁性隧道结140的钉扎方向在Y轴的分量，实线箭头表示磁性隧道结140的自由层初始磁化方向。磁阻单元R35、磁阻单元R36、磁阻单元R37和磁阻单元R38的钉扎方向均具有沿Y轴的正方向的分量。这样，Z轴电桥对于Y轴磁场的感应输出为零。
进一步的，磁阻单元R36、磁阻单元R38的钉扎方向包含Z轴的负方向分量，磁阻单元R35、磁阻单元R37的钉扎方向包含Z轴的正方向分量，这样，Z轴电桥具有对于Z轴磁场的感应输出。
如图16所示，传感器工作时，磁阻单元R35和磁阻单元R38所在区域的线圈电流方向沿Y轴的正方向，产生沿X轴负方向的置位磁场，磁阻单元R36和磁阻单元R37所在区域的线圈电流方向沿Y轴的负方向，产生沿X轴正方向的置位磁场。因此，磁阻单元R35和磁阻单元R38具有相同的自由层初始磁化方向，均是X轴负方向，磁阻单元R36和磁阻单元R37具有相同的自由层初始磁化方向，均是X轴正方向。
传感器工作时，当外磁场具有沿着Z轴的分量时，磁性隧道结140的自由层磁化方向随磁场分量的大小产生不同的旋转角度，使磁阻单元R35/磁阻单元R37的电阻变大或变小，磁阻单元R36/磁阻单元R38的电阻变化，与磁阻单元R35/磁阻单元R37的电阻变化相反。Z轴电桥的差分信号S5与外磁场的Z轴分量产生近似线性的变化关系，如下式：
其中，MR和Hk表示磁性隧道结140的固有属性，分别为磁电阻率和各向异性场；VP5表示输出端P5的输出信号，VN5表示输出端N5的输出信号；Hz表示外磁场的Z轴分量，θ表示倾斜结构的斜面相对于基板110平面的倾斜角度。
由上可知，Z轴电桥中磁阻单元的钉扎方向在Y轴方向的分量为同向，所以，Y轴磁场引起的电阻的变化是一致的，导致构成的电桥没有Y轴方向的信号输出，而磁阻单元的钉扎方向在Z轴方向的分量有正有负，因此，根据差分信号S5可分析Z轴磁场分量。
在一个实施例中，还提供了一种TMR磁传感器的制备方法，包括：
在基板制作倾斜结构，倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜；
在基板形成磁性隧道结；基板设置有第一磁场敏感区和第二磁场敏感区，第一磁场敏感区和第二磁场敏感区均由磁性隧道结经串联或并联或串联和并联相结合的方式组成；位于第一磁场敏感区的磁性隧道结布置于基板的平面，且具有沿第一方向的钉扎方向；位于第二磁场敏感区的磁性隧道结至少部分布置于倾斜结构的斜面上，且布置于所述倾斜结构的斜面上的磁性隧道结具有沿倾斜结构的斜面的钉扎方向；第一方向、第二方向和第三方向之间两两垂直，且所述第三方向还与所述基板的平面相垂直。
在一个实施例中，在基板制作倾斜结构包括：提供衬底；在衬底表面形成第一钝化层，衬底和第一钝化层构成基板；在第一钝化层上设置倾斜结构。
在一个实施例中，在基板形成磁性隧道结包括：在基板的平面以及倾斜结构的斜面形成TMR磁性多层薄膜；在基板涂剥离胶并对TMR磁性多层薄膜进行刻蚀，形成第一金属层和磁性隧道结；在基板进行金属镀膜及刻蚀，形成连接各磁性隧道结的第二金属层。
在一个实施例中，在基板涂剥离胶并对TMR磁性多层薄膜进行刻蚀，形成第一金属层和磁性隧道结包括：在基板进行第一次涂剥离胶，并对位于基板的平面/倾斜结构的斜面的TMR磁性多层薄膜进行刻蚀，形成位于基板的平面/倾斜结构的斜面的第一金属层和磁性隧道结；在基板进行第二次涂剥离胶，并对位于倾斜结构的斜面/基板的平面的TMR磁性多层薄膜进行刻蚀，形成位于倾斜结构的斜面/基板的平面的第一金属层和磁性隧道结。
需要说明的是，倾斜结构的具体类型，以及第一磁场敏感区和第二磁场敏感区中磁性隧道结的设置和连接关系，在上述TMR磁传感器中进行了详细的解释说明，在此不再赘述。
具体地，TMR磁传感器的制备工艺如下：
如图17所示，首先提供衬底112，衬底112包括CMOS晶圆层1122以及覆设于CMOS晶圆层1122的CMOS信号层1124。CMOS晶圆层1122中集成有若干MOS管构成的集成电路，能够对第一磁场敏感区、第二磁场敏感区感应外磁场产生的模拟信号进行处理以获得数字信号，CMOS信号层1124则能够实现模拟信号的接收及数字信号的输出等功能，CMOS信号层1124可以是金属层、集成电路层等形式。进一步地，衬底112还可包括设置在CMOS信号层1124上的防护层1126，用于对CMOS信号层1124起到防护作用。防护层1126的材质具体可采用氧化硅(SiO2)或氧化铝(AlOx)等。
如图18所示，在衬底112表面形成第一钝化层114，衬底112和第一钝化层114构成基板110。第一钝化层114可以为二氧化硅层，厚度为3um～5um。可通过涂覆、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等方式在衬底112上形成第一钝化层114。如图19所示，对第一钝化层114进行刻蚀形成凹槽，刻蚀停止于CMOS信号层1124。如图20所示，对基板110重新沉积薄膜，覆盖凹槽中暴露的CMOS信号层1124。薄膜的材质可以是氧化硅和氮化硅中的一种或两种。
如图21所示，在基板110沉积得到TMR磁性多层薄膜140a。TMR磁性多层薄膜140a覆盖基板110的平面和凹槽部分，TMR磁性多层薄膜140a为多层结构，具体包括后续制作磁性隧道结和第一金属层的结构。如图22所示，对TMR磁性多层薄膜140a进行刻蚀至底层金属导线，保留用于后续制作第一金属层和磁性隧道结140的部分。另外，其中至少一个凹槽上的TMR磁性多层薄膜140a刻蚀去除以后续作为连接槽。如图23所示，在基板110的连接槽底部沿厚度方向刻蚀连接孔140b，以暴露CMOS信号层1124，用于后续将第二金属层与CMOS信号层1124连接。
如图24所示，在基板110涂剥离胶160并进行光刻，保留剥离胶160覆盖连接孔140b的部分，以及保留剥离胶160在TMR磁性多层薄膜140a上用作制作磁性隧道结和支撑第二金属层的部分。如图25所示，对TMR磁性多层薄膜140a进行图形刻蚀，将TMR磁性多层薄膜140a中未覆盖剥离胶160的部分进行刻蚀，形成第一金属层170和磁性隧道结140。第一金属层170用于连接各磁性隧道结140。如图26所示，对基板110沉积第二钝化层180的一部分并去除剥离胶160，沉积的部分第二钝化层180暴露出磁性隧道结140、连接孔140b以及TMR磁性多层薄膜140a中用于支撑第二金属层的部分。第二钝化层180的材质可以是氧化铝或氧化硅。
如图27所示，在基板110进行金属镀膜及刻蚀，形成第二金属层190。第二金属层190连接各磁性隧道结140，并经连接孔140b延伸至基板110，电连接磁性隧道结140与基板110，以便接收由磁性隧道结140所组成的电桥的输出信号。如图28所示，在第二金属层190上沉积第二钝化层180的另一部分，覆盖二金属层190，得到完整的第二钝化层180。如图29和图30所示，对第二钝化层180进行刻蚀得到暴露第二金属层190的顶层连接孔180a，然后进行金属沉积和刻蚀，得到顶层金属层200，顶层金属层200一部分用于形成线圈150，一部分用于通过顶层连接孔180a与第二金属层190连接。最后，如图31所示，在顶层金属层200沉积第三钝化层210并形成导电焊点开孔210a，保护顶层金属层200的同时，还可通过导电焊点开孔210a将顶层金属层200用于连接第二金属层190的部分与外部器件进行电连接。第三钝化层210同样可以是氧化铝或氧化硅。
需要说明的是，上述TMR磁传感器的制备过程，采用的是涂一次剥离胶后，同时对位于基板110的平面和倾斜结构的斜面的TMR磁性多层薄膜140a进行图形刻蚀的方式，分别在基板110的平面和倾斜结构的斜面形成磁性隧道结140。在其他实施例中，还可以是涂两次剥离胶，分别对位于基板110的平面和倾斜结构的斜面的TMR磁性多层薄膜140a进行图形刻蚀，形成对应位置的磁性隧道结140。例如，可以是先进行第一次涂剥离胶，对位于基板110的平面/倾斜结构的斜面的TMR磁性多层薄膜140a进行图形刻蚀，形成位于基板110的平面/倾斜结构的斜面的磁性隧道结140，再进行第二次涂剥离胶，对位于倾斜结构的斜面/基板110的平面的TMR磁性多层薄膜140a进行图形刻蚀，形成位于倾斜结构的斜面/基板110的平面的磁性隧道结140。
具体地，经过图17至图23的制备过程，在基板110的连接槽底部沿厚度方向刻蚀连接孔140b之后，如图32所示，首先对基板110第一次涂剥离胶160a，对位于基板110平面的剥离胶160a进行曝光和显影，将位于基板110平面的TMR磁性多层薄膜140a中，用于制作磁性隧道结的部分遮住，周围部分暴露。如图33所示，对位于基板110平面的TMR磁性多层薄膜140a暴露出来的部分进行离子束刻蚀，形成基板110平面的第一金属层170和磁性隧道结140，保留剥离胶160a。如图34所示，对基板110沉积第二钝化层180位于基板110平面的一部分，然后去除剥离胶160a，此步骤沉积的部分第二钝化层180覆盖平面的第一金属层170，暴露出平面的磁性隧道结140。第二钝化层180的材质可以是氧化铝或氧化硅。
如图35所示，对基板110第二次涂剥离胶160b，对位于基板110凹槽的剥离胶160b进行曝光和显影，将位于基板110凹槽的TMR磁性多层薄膜140a中，用于制作磁性隧道结的部分遮住，周围部分暴露。如图36所示，对位于基板110凹槽的TMR磁性多层薄膜140a暴露出来的部分进行离子束刻蚀，形成凹槽的第一金属层170和磁性隧道结140，保留剥离胶160b。第一金属层170用于连接各磁性隧道结140。如图37所示，对基板110沉积第二钝化层180位于凹槽的一部分，然后去除剥离胶160b，此步骤沉积的部分第二钝化层180与基板110平面的部分第二钝化层180连接，且此步骤沉积的部分第二钝化层180覆盖凹槽的第一金属层170，暴露出凹槽的磁性隧道结140。在设置有连接孔140b的连接槽，以及TMR磁性多层薄膜140a中用于支撑第二金属层的部分未被沉积第二钝化层180。
如图38所示，在基板110进行金属镀膜及刻蚀，形成第二金属层190。第二金属层190连接各磁性隧道结140，并经连接孔140b延伸至基板110，电连接磁性隧道结140与基板110，以便接收由磁性隧道结140所组成的电桥的输出信号。如图39所示，在第二金属层190上沉积第二钝化层180的剩余部分，覆盖二金属层190，得到完整的第二钝化层180。如图40和图41所示，对第二钝化层180进行刻蚀得到暴露第二金属层190的顶层连接孔180a，然后进行金属沉积和刻蚀，得到顶层金属层200，顶层金属层200一部分用于形成线圈150，一部分用于通过顶层连接孔180a与第二金属层190连接。最后，如图42和图43所示，在顶层金属层200沉积第三钝化层210并形成导电焊点开孔210a，保护顶层金属层200的同时，还可通过导电焊点开孔210a将顶层金属层200用于连接第二金属层190的部分与外部器件进行电连接。第三钝化层210同样可以是氧化铝或氧化硅。
由于剥离胶具有流动性，在倾斜结构的斜面上，剥离胶容易形成厚度分布不均匀的形貌，导致难以一次性在基板110的平面和倾斜结构的斜面上同时形成理想的剥离胶形貌，从而无法获得理想的磁性隧道结结构。通过上述采用涂两次剥离胶进行图形刻蚀，即分别针对平面和斜面涂剥离胶，使得剥离胶在平面和斜面上分别形成较为良好的形貌，再分别形成平面和斜面的磁性隧道结的方式，将平面和斜面上磁性隧道结结构的光刻工艺分开，可以确保获得想要的结构图案，提高制备可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种TMR磁传感器，其特征在于，包括：
基板，所述基板包括倾斜结构，所述倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜；
设置于所述基板的第一磁场敏感区和第二磁场敏感区，所述第一磁场敏感区和所述第二磁场敏感区均由磁性隧道结经串联或并联或串联和并联相结合的方式组成；位于所述第一磁场敏感区的磁性隧道结布置于所述基板的平面，且具有沿第一方向的钉扎方向；位于所述第二磁场敏感区的磁性隧道结至少部分布置于所述倾斜结构的斜面上，且布置于所述倾斜结构的斜面上的磁性隧道结具有沿所述倾斜结构的斜面的钉扎方向；
其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间两两垂直，且所述第三方向还与所述基板的平面相垂直。
2.根据权利要求1所述的TMR磁传感器，其特征在于，还包括设置于所述基板的线圈，所述线圈用于在通电时，对所述第一磁场敏感区和所述第二磁场敏感区中各磁性隧道结进行复位操作。
3.根据权利要求2所述的TMR磁传感器，其特征在于，所述线圈为多匝平面线圈；所述线圈沿所述第一方向传输电流的部分，与所述第一磁场敏感区对应设置；所述线圈沿所述第二方向传输电流的部分，与所述第二磁场敏感区对应设置；所述第一磁场敏感区的数量为两个，且沿所述第二方向分布；所述第二磁场敏感区的数量为两个，沿所述第一方向分布，且分别位于两个所述第一磁场敏感区所在轴线的两侧。
4.根据权利要求1-3任一项所述的TMR磁传感器，其特征在于，位于所述第一磁场敏感区的磁性隧道结中，具有沿所述第一方向的正方向的钉扎方向的磁性隧道结一部分串联形成磁阻单元R11，另一部分串联形成磁阻单元R13；具有沿所述第一方向的负方向的钉扎方向的磁性隧道结一部分串联形成磁阻单元R12，另一部分串联形成磁阻单元R14；所述磁阻单元R11和所述磁阻单元R14具有沿所述第二方向的正方向的自由层初始磁化方向，所述磁阻单元R12和所述磁阻单元R13具有沿所述第二方向的负方向的自由层初始磁化方向；
所述磁阻单元R11的一端连接输出端P1，所述磁阻单元R11的另一端连接电源端VCC1，所述磁阻单元R14的一端连接输出端N1，所述磁阻单元R14的另一端连接电源端VCC1；所述磁阻单元R12的一端连接输出端P1，所述磁阻单元R12的另一端连接接地端，所述磁阻单元R13的一端连接输出端N1，所述磁阻单元R13的另一端连接接地端。
5.根据权利要求1-3任一项所述的TMR磁传感器，其特征在于，所述第二磁场敏感区中的所有磁性隧道结均布置于所述倾斜结构的斜面。
6.根据权利要求5所述的TMR磁传感器，其特征在于，位于所述第二磁场敏感区的磁性隧道结具有沿所述倾斜结构的斜面的钉扎方向，其中，具有沿所述倾斜结构的斜面正向上的钉扎方向的磁性隧道结部分串联形成磁阻单元R21以及部分串联形成磁阻单元R23，具有沿所述倾斜结构的斜面负向下的钉扎方向的磁性隧道结部分串联形成磁阻单元R22以及部分串联形成磁阻单元R24，具有沿所述倾斜结构的斜面正向下的钉扎方向的磁性隧道结部分串联形成磁阻单元R31以及部分串联形成磁阻单元R33，具有沿所述倾斜结构的斜面负向上的钉扎方向的磁性隧道结部分串联形成磁阻单元R32以及部分串联形成磁阻单元R34；
所述磁阻单元R22、所述磁阻单元R23、所述磁阻单元R32和所述磁阻单元R33具有沿所述第一方向的正方向的自由层初始磁化方向，所述磁阻单元R21、所述磁阻单元R24、所述磁阻单元R31和所述磁阻单元R34具有沿所述第一方向的负方向的自由层初始磁化方向；
所述磁阻单元R21的一端连接输出端P2，所述磁阻单元R21的另一端连接电源端VCC2，所述磁阻单元R24的一端连接输出端N2，所述磁阻单元R24的另一端连接电源端VCC2；所述磁阻单元R22的一端连接输出端P2，所述磁阻单元R22的另一端连接接地端，所述磁阻单元R23的一端连接输出端N2，所述磁阻单元R23的另一端连接接地端；
所述磁阻单元R31的一端连接输出端P3，所述磁阻单元R31的另一端连接电源端VCC3，所述磁阻单元R34的一端连接输出端N3，所述磁阻单元R34的另一端连接电源端VCC3；所述磁阻单元R32的一端连接输出端P3，所述磁阻单元R32的另一端连接接地端，所述磁阻单元R33的一端连接输出端N3，所述磁阻单元R33的另一端连接接地端。
7.根据权利要求1-3任一项所述的TMR磁传感器，其特征在于，所述第二磁场敏感区中用于检测所述第二方向磁场的磁性隧道结，布置于所述基板的平面；所述第二磁场敏感区中用于检测所述第三方向磁场的磁性隧道结，布置于所述倾斜结构的斜面。
8.根据权利要求7所述的TMR磁传感器，其特征在于，位于所述第二磁场敏感区用于检测第二方向磁场的磁性隧道结中，具有沿所述第二方向的正方向的钉扎方向的磁性隧道结一部分串联形成磁阻单元R25，另一部分串联形成磁阻单元R27；具有沿所述第二方向的负方向的钉扎方向的磁性隧道结一部分串联形成磁阻单元R26，另一部分串联形成磁阻单元R28；所述磁阻单元R25和所述磁阻单元R28具有沿所述第一方向的正方向的自由层初始磁化方向，所述磁阻单元R26和所述磁阻单元R27具有沿所述第一方向的负方向的自由层初始磁化方向；
所述磁阻单元R25的一端连接输出端P4，所述磁阻单元R25的另一端连接电源端VCC4，所述磁阻单元R28的一端连接输出端N4，所述磁阻单元R28的另一端连接电源端VCC4；所述磁阻单元R26的一端连接输出端P4，所述磁阻单元R26的另一端连接接地端，所述磁阻单元R27的一端连接输出端N4，所述磁阻单元R27的另一端连接接地端。
9.根据权利要求7所述的TMR磁传感器，其特征在于，位于所述第二磁场敏感区用于检测第三方向磁场的磁性隧道结中，具有沿所述倾斜结构的斜面正向上的钉扎方向的磁性隧道结部分串联形成磁阻单元R35以及部分串联形成磁阻单元R37，具有沿所述倾斜结构的斜面正向下的钉扎方向的磁性隧道结部分串联形成磁阻单元R36以及部分串联形成磁阻单元R38；所述磁阻单元R35和所述磁阻单元R38具有沿所述第一方向的负方向的自由层初始磁化方向，所述磁阻单元R36和所述磁阻单元R37具有沿所述第一方向的正方向的自由层初始磁化方向；
所述磁阻单元R35的一端连接输出端P5，所述磁阻单元R35的另一端连接电源端VCC5，所述磁阻单元R38的一端连接输出端N5，所述磁阻单元R38的另一端连接电源端VCC5；所述磁阻单元R36的一端连接输出端P5，所述磁阻单元R36的另一端连接接地端，所述磁阻单元R37的一端连接输出端N5，所述磁阻单元R37的另一端连接接地端。
10.一种TMR磁传感器的制备方法，其特征在于，包括：
在基板制作倾斜结构，所述倾斜结构的斜面在第二方向和第三方向之间倾斜；
在所述基板形成磁性隧道结；所述基板设置有第一磁场敏感区和第二磁场敏感区，所述第一磁场敏感区和所述第二磁场敏感区均由所述磁性隧道结经串联或并联或串联和并联相结合的方式组成；位于所述第一磁场敏感区的磁性隧道结布置于所述基板的平面，且具有沿第一方向的钉扎方向；位于所述第二磁场敏感区的磁性隧道结至少部分布置于所述倾斜结构的斜面上，且布置于所述倾斜结构的斜面上的磁性隧道结具有沿所述倾斜结构的斜面的钉扎方向；
其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向之间两两垂直，且所述第三方向还与所述基板的平面相垂直。
11.根据权利要求10所述的TMR磁传感器的制备方法，其特征在于，所述在基板制作倾斜结构包括：
提供衬底；
在所述衬底表面形成第一钝化层，所述衬底和所述第一钝化层构成所述基板；
在所述第一钝化层上设置所述倾斜结构。
12.根据权利要求10所述的TMR磁传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述基板形成磁性隧道结包括：
在所述基板的平面以及所述倾斜结构的斜面形成TMR磁性多层薄膜；
在所述基板涂剥离胶并对所述TMR磁性多层薄膜进行刻蚀，形成第一金属层和所述磁性隧道结；
在所述基板进行金属镀膜及刻蚀，形成连接各所述磁性隧道结的第二金属层。
13.根据权利要求12所述的TMR磁传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述基板涂剥离胶并对所述TMR磁性多层薄膜进行刻蚀，形成第一金属层和磁性隧道结包括：
在所述基板进行第一次涂剥离胶，并对位于基板的平面/倾斜结构的斜面的TMR磁性多层薄膜进行刻蚀，形成位于基板的平面/倾斜结构的斜面的所述第一金属层和所述磁性隧道结；
在所述基板进行第二次涂剥离胶，并对位于倾斜结构的斜面/基板的平面的TMR磁性多层薄膜进行刻蚀，形成位于倾斜结构的斜面/基板的平面的所述第一金属层和所述磁性隧道结。
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