DE2701296C2

DE2701296C2 - Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor

Info

Publication number: DE2701296C2
Application number: DE19772701296
Authority: DE
Inventors: Ursula 2081 Borstel Convertini; Heinz Dipl.-Phys. Dr. 2000 Hamburg Dimigen; Friedrich Dipl.-Phys. 2800 Bremen Kuech; Holger 2083 Halstenbek Luethje; Peter 2800 Bremen Tummoscheit
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1977-01-14
Filing date: 1977-01-14
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2701296B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor, bei dem eine in Vorzugsrichtung magnetisierte dünne Schicht von einer magnetisch in ihrer Induktivität veränderbaren HF-Meßspule umgeben, und ein äußeres Magnetfeld und die Spulenachse parallel zu einer der Vorzugsrichtungen ausgerichtet sind.

Aus der US-PS 34 43 213 ist ein Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor bekannt, bei dem die Meßspulenachse parallel zur Richtung der schweren Achse liegt, und ein magnetisches Vorspannfeld in Richtung der leichten Achse liegt, in dessen Richtung auch die auszumessenden Felder liegen. Die dünne, aus einer Ni-Fe-Verbindung bestehende Magnetschicht wird durch Niederschlag auf einem Glassubstrat hergestellt und während des Herstellungsvorgangs mit einem hohen, homogenen magnetischen Gleichfeld, welches in der Substratebene angelegt wird, beaufschlagt. Die Richtung dieses Feldes bestimmt die sogenannte leichte Achse, während die senkrecht dazu liegende Achse als die schwere Achse bezeichnet wird, denn die Schichten weisen eine Vorzugsrichlung der Magnetisierung in Richtung der leichten Achse auf (einachsige Anisotropie).

In der DE-PS 26 05 414 ist ein Magnetfeld-Sensor vorgeschlagen worden, bei dem eine in Vorzugsrichtung magnetisierte dünne Schicht von einer magnetischen in ihrer Induktivität veränderbaren HF-Meßspule umgeben und ein äußeres Magnetfeld und die Spulenachse parallel zu einer der Vorzugsrichtungen ausgerichtet sind, wobei ein mgnetisches Vorspannfeld im wesentlichen in Richtung der schweren Achse der Magnetschicht in Größenordnung der Anisotropiefeldstärke angelegt und die Spulenachse parallel zur leichten Achse der Schicht ausgerichtet sind, so daß Änderungen nur der in Richtung der leichten Achse liegenden

ίο Komponenten des auszumessenden Magnetfeldes die Induktivität der Meßspule ändern.

Die Sensoren bestehen aus einer oder mehreren auf ein Substrat aufgebrachten dünnen ferromagnetischen Schicht, wobei diese Schicht von einer »externen« Spule umgeben ist

Die räumlich getrennte Anordnung von Schicht und Spule macht den Aufnehmer empfindlich gegen von außen einwirkende Beschleunigungen (Kräfte) und führt wegen der im Verhältnis zur Magnetschicht großen Substratdicke zu einer hohen Luftinduktivität, welche die Empfindlichkeit des Sensors herabsetzt Ferner ist der Herstellungsprozeß des Sensors aufwendig und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Vermeidung dieser Nachteile, einen Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor als integriertes Bauelement auszubilden.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Sensor aus einer auf einem Substrat aufgebrachten Folge geometrisch strukturierter Schichten besteht, welche eine flache Spule bilden, deren isolierende Schichten eine Magnetschicht einbetten.

Bei einem Sensor nach F i g. 1 wird auf einem Substrat (S) zunächst eine Leiterbahnschicht (Lt), vorzugsweise aus Kupfer, von einigen μΐη Dicke aufgebracht. Es kann erforderlich sein, die Kupferschicht (Cu) mit Hilfe einer sogenannten Haftschicht Wi (z. B. NiCr oder Ti von 0,1 μπι Dicke) auf dem Substrat zu befestigen. Die Cu-Schicht wird mit Hilfe eines photolithographischen Prozesses strukturiert, so daß eine Reihe paralleler schmaler Streifen erhalten werden (F i g. 2).

Auf diese Struktur wird, unter Umständen unter Zwischenschaltung wiederum einer Haftschicht H\, eine dielektrische Schicht D\ (z. B. S1O2 oder ein organisches Polymer) in einer Dicke von einigen μηι aufgebracht. Da die Enden der Cu-Schicht nicht vom Dielektrikum bedeckt sein dürfen, empfiehlt es sich, das Aufbringen der dielektrischen Schicht D\ durch eine Maske hindurch vorzunehmen. Es kann auch ein photolithographischer Prozeß mit nachfolgender Ätzung angewandt werden, um die dielektrische Schicht D\ in die geeignete Struktur zu bringen.

Auf die Dielektrikumschicht D\ wird die magnetische Schicht Mim Dickenbereich 0,1 μπι bis einige μπι durch ein geeignetes Verfahren, vorzugsweise durch Kathodenzerstäubung, aufgebracht. Die Aufbringung erfolgt zweckmäßig durch eine Maske hindurch, welche die geeignete Struktur auf dem Substrat ergibt. Als Magnetmaterial kommt vorzugsweise NiFe (81 :19) oder MoNiFe (4 : 79 : 17) zur Anwendung.

fco Statt einer einzigen Magnetschicht kann vorzugsweise ein sogenanntes Sandwich, bestehend aus mehreren Schichten von abwechselnd Magnetmaterial (vorzugsweise 0,8 μηι Dicke) und Dielektrikum (vorzugsweise 0.3 μίτι Dicke) aufgebracht werden. Zweckmäßig wird

^l>r> das gesamte Sandwich in einem einzigen Vakuum-Beschichtungsprozeß hergestellt. Das Aufbringen der Magnetschicht(en) erfolgt zweckmäßig in einem äußeren Magnetfeld von 20 — 50 Oerstedt, um der Schicht

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eine Vorzugsrichtung (»leichte« bzw. »harte« Richtung, vorzugsweise die »leichte« Richtung parallel zur späteren Spulenachse) einzuprägen.

Es hat sich herausgestellt, daß aufgedampfte bzw. aufgestäubte Magnetschichten ihre guten magnetischen Eigenschaften zum Teil verlieren, wenn die Unterlage der Schicht rauh bzw. strukturiert ist

Wichtig ist daher, daß die unter der Magnetschicht M befindlichen Cu-Bahnen keine steilen Kanten (F i g. 3a) aufweisen, sondern vorzugsweise mit Hilfe einer Slope-Ätzung abgeflacht sind (F i g. 3b).

Auf die Magnetschicht M wird eine zweite dielektrische Schicht Dz aufgebracht, die in Dicke und Struktur etwa der Schicht A entspricht Auf die Schicht Dt wird, eventuell unter Hinzufügen einer Haftschicht die zweite Leiterbahnschicht L₂ aufgebracht Diese Schicht L₂ besteht wiederum vorzugsweise aus Kupfer. Sie berührt an zwei Enden die Leiterbahnschicht L_x und wird derart in Streifen strukturiert welche schräg zu den Streifen der Leiterbahnschicht L\ liegen, daß sie mit den Streifen der Leiterbahnschicht Li eine geschlossene, flache Spule bilden (Fig.2), welche die Magnetschicht einhüllt Wesentlich ist daß die Kanten der isolierenden Schichten D\ und Di nicht steil, sondern abgeschrägt verlaufen, um eine einwandfreie Bedeckung mit der Leiterbahnschicht L₂ zu gewährleisten, wie aus F i g. 4 ersichtlich, die einen Querschnitt eines derart hergestellten Sensors zeigt

Der Aufbau des Sensors aus einer Aufeinanderfolge von dünnen, in geeigneter Weise strukturierten Schichten ermöglicht es, eine große Zahl von Sensoren in einem Batch-Prozeß zu fertigen. Der Batch-Prozeß besteht darin, eine große Zahl von Substraten jeweils gleichzeitg einem bestimmten Herstellungsschritt zu unterwerfen, d. h., eine große Zahl von Substraten gleichzeitig zu bedampfen, zu bestäuben oder zu ätzen. Im allgemeinen ermöglicht eine Reihe von Batch-Prozessen eine preisgünstige Fertigung eines Bauelements.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

27 Ol 296 Patentansprüche:

1. DOnnschicht-Magnetfeld-Sensor, bei dem eine in Vorzugsrichtung magnetisierte dünne Schicht von einer magnetischen in ihrer Induktivität veränderbaren HF-Meßspule umgeben und ein äußeres Magnetfeld und die Spulenachse parallel zu einer der Vorzugsrichtungen ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus einer auf einem Substrat aufgebrachten Folge geometrisch strukturierter Schichten (Lt, Li) besteht, welche eine flache Spule bilden, deren isolierende Schichten (Dt, Di) eine Magnetschicht (M) einbetten.

2. Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht aus einem Sandwich mehrerer dünner, durch isolierende Schichten getrennter Magnetschichten aufgebaut ist

3. Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der die Spule bildenden Schicht der unteren Leiterbahnen abgeflacht sind und der Neigungswinkel der Kante gegen die Oberfläche < 30° ist

4. Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der isolierenden Schichten (Du D₂) abgeflacht sind.

5. Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht mit einer Vorzugsrichtung versehen ist.

6. Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetschicht durch Kathodenzerstäubung hergestellt wird.

7. Dünnschicht-Magnetfeld-Sensor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Batch-Prozeß hergestellt wird.