磁隧道结压力传感器和方法

专利名称：磁隧道结压力传感器和方法
技术领域：
本发明总的涉及电子器件。更具体地，本发明涉及集成电路(IC) 器件，其实现磁隧道结(MTJ)作为压力传感器或磁隧道结压力传感器 (MTJ-PS)，用于感测由MTJ压力传感器所经受的压力.
背景技术：
磁阻随机存取存储器(MRAM)是一种使用磁极化来存储数据的 非易失性存储器技术，它与使用电子电荷来存储数据的其它RAM技 术不同.MRAM的一个主要好处在于，它在不存在施加的系统电源 的情形下保持所存储的数据，因此，它是非易失性存储器。通常， MRAM包括大量被形成在半导体衬底上的磁元件，其中每个元件代 表一个数据位.信息通过改变元件内的磁自由层的磁化方向而被写入 到元件，并且通过测量元件的电阻而读出位Cf氐电阻典型地代表"0"位， 高电阻典型地代表"l"位).
MRAM器件通常包括通过使用导电位线(bit line)、导电数位线 (digit line)和/或局部互连等等被互连的元件阵列.实用的MRAM器 件是通过使用半导体加工技术制作的.例如，位线和数位线是由不同 的金属层形成的，这些金属层被一个或多个绝缘层和/或附加金属层分 隔开.传统的制造工艺允许容易地在衬底上制作不同的MRAM器件.
智能功率集成电路是能够以受控制的和智能的方式管理和提供 运行功率的单芯片器件.智能功率集成电路典型地包括一个或多个有 源电路部件，例如，电源电路部件、模拟控制部件、和/或数字逻辑部 件.智能功率集成电路还可包括一个或多个传感器，可以用来测量或 检测物理参数，例如位置、运动、力、加速度、温度、压力等等。这 样的传感器例如可以用来根据改变的工作条件控制输出功率.例如，在蜂窝电话中，智能功率产品可被设计为调整功耗，放大音频信号， 和给彩色屏幕供电.在喷墨打印机中，智能功率产品可以帮助驱动电 动机和使喷嘴喷射以传送墨水.在汽车中，智能功率产品可以帮助控 制引擎和刹车系统、气囊部署、和座位定位。智能功率产品还可以在 各种各样的其它应用中实施.
对于集成电路(IC)，压力感测是IC设计的重要元素，以提供用
于传感器和电路的集成解决方案.现有的、用于测量压力的压力传感 器受到各种限制.例如，许多压力传感器件耗费宝贵的半导体布局面 积或空间.这样的传感器件的其它限制，例如，包括过大的尺寸/重量、 由压力传感器受到的压力的不适当的测量精度、不适当的灵敏度和/ 或动态范围、高的花费、和有限的可靠度.
微电机系统(MEMS)通过微制造技术把机械元件、传感器、致动 器和电子器件集成在相同的硅片上.MEMS把物理输入转换成电子输 出信号.典型类型的MEMS器件由压敏电阻器件或电容器件制成. 当压敏电阻器被弯曲或受到应力时压电体的电阻改变.压敏电阻器可
以用来创建压敏电阻压力传感器，它包含被集成在硅衬底中的硅膜 片.基于MEMS的压力传感器对于细微的压力变化的灵敏度在一定 程度上是受限制的，因为对于记录(register)输出中的改变所需要的压 力改变相对较大.而且，因为这样的压敏电阻压力传感器典型地被集 成在珪衬底中，它们往往耗费宝贵的硅村底空间.
许多现代应用的小型化使得很希望缩小电子器件的物理尺寸，把 多个部件或器件集成为单个芯片，和/或提高电路布局效率.理想地， 传感器应当以节省成本的方式制造，这减小传感器耗费的附加布局面 积或空间.具体地在通过使用相同的加工技术制造MRAM结构、传 感器部件、和智能功率结构的情况下，希望把例如包括MRAM结构 的基于半导体的器件与包括传感器部件的智能功率结构一起集成在 单个衬底上.
因此，希望提供适用于测量或感测由压力传感器所经受的压力 的、改进的压力传感器和方法.还希望该改进的压力传感器和方法生成可被转换成由压力传感器所经受的压力的电信号.希望提供可以容 易地与半导体器件和集成电路集成在一起的压力传感器(例如，与半导 体器件和集成电路结构和制造方法兼容的压力传感器).例如，非常希 望提供呈现精确的测量和改进的测量性能、并且可以以三维结构被集 成以节省布局面积和允许以节省成本的方式进行加工的压力传感器.
结合附图和以上的技术领域和背景技术，从下面的详细说明、所附权 利要求将明白本发明的其它希望的特征和特性.


当结合附图考虑时，通过参考详细说明和权利要求，可以更全面 地了解本发明，其中在所有的图上相同的标号是指类似的元素，
图1是按照示例性实施例配置的MRAM单元的示意性透视图2是简化的智能功率集成电路结构的示意性截面图3是按照示例性实施例配置的集成电路器件的示意性表示；
图4是图3所示的集成电路器件的示意性截面表示；
图5是按照示例性实施例配置的集成电路器件的示意性截面表
示5图6是按照示例性实施例配置的集成电路器件的简化的截面图； 图7是按照示例性实施例制造MTJ压力传感器的方法的流程图； 图8是按照示例性实施例配置的集成电路器件的简化的截面困； 图9是显示MT J压力传感器的输出电阻(Rout)作为由MT J压力 传感器所经受的压力的函数的图IO是按照示例性实施例配置的MTJ的电极的分解平面困； 图ll是按照另一个示例性实施例配置的MTJ的电极的分解平面
图12是按照再一个示例性实施例配置的MTJ的电极的布置的平
面图13是显示MTJ输出电阻相对于由工作在模拟模式下的MTJ
压力传感器所经受的改变的压力的图；以及图14是显示MTJ输出电阻相对于由工作在切换模式下的MTJ 压力传感器所经受的改变的压力的图.
具体实施例方式
以下的详细说明实际上仅仅是说明性的，而不打算限制本发明或 本申请和本发明的使用。而且，不打算由在以前的技术领域、背景、 概要或下面的详细说明中给出的任何明显或暗示的理论限制.
为了简明起见，与MRAM设计、MRAM运行、半导体器件制 作、和集成电路器件的其它方面有关的传统技术和特征在这里不作详 细描述.而且，在这里包含的各种附图上显示的电路/部件布局和结构 期望用于表示本发明的示例性实施例.应当指出，可以在实际的实施 例中给出许多替换的或附加的电路/部件布局.
下面的说明可能涉及"连接"或"耦接"在一起的元件或特征.正如 这里使用的，除非明显地阐述的以外，"连接"是指一个元件/特征与另 一个元件/特征直接接合(或直接通信)，而不一定必须釆用机械方式. 类似地，除非明显地阐述的以外，"耦接"是指一个元件/特征与另一个 元件/特征直接或间接接合(或直接通信)，而不一定必须机械地.
为了图解说明的简单化和清晰性，附图显示结构的一般情形，并 且熟知的特征和技术的说明和细节可以省略，以避免不必要地遮蔽本 发明.另外，附图中的元件不必按比例绘制.例如，图上的某些元件 或区域的尺寸可以相对于其它元件或区域被夸大，以便帮助增强对本 发明的实施例的了解.
在说明和权利要求中的术语"第一"、"笫二"、"笫三"、"笫四" 等等，如果有的话，可被用来在类似的元件之间进行区分，而不一定 必须描述特定的顺序的或时间次序.应当理解，这样使用的术语是在 适当的环境下可互相交换的，这样，这里描述的本发明的实施例例如 能够以不同于这里说明或描述的那样的其它顺序运行.而且，术语"包 括"、"包含"、"具有"和它们的任何变例期望覆盖非排他性的包括， 这样，包括一系列元件的过程、方法、物品或设备不一定限于那些元件，而是可包括没有明显地列出的或对于这样的处理、方法、物品或 设备固有的其它元件。
在说明和权利要求中的术语"左面"、"右面"、"进入"、"外出"、 "前面"、"后面"、"顶部"、"底部"、"上面"、"下面"、"之上"、"之 下"等等，如果有的话，被用于说明性目的，而不一定用于描述永久 的相对位置。应当理解，这样使用的术语在适当的环境下是可互相交 换的，这样，这里描述的本发明的实施例例如能够以不同于这里说明 或描述的那样的其它取向运行。术语"耦接"，正如这里使用的，被定 义为以电的或非电的方式直接或间接地连接。
实用的MRAM结构可以通过使用适当的半导体制造工艺被形成 在衬底上.实际上，这里描述的MRAM结构可以通过使用传统的 MRAM制造工艺形成.实用的MRAM器件典型地包括几百万元件. 通常，MRAM结构包括由一个金属层形成的至少一个数位线、由另 一个金属层形成的至少一个位线、和被形成在这两个金属层之间的磁 隧道结("MTJ")核芯.MTJ核芯包括形成用于MRAM结构的存储元 件阵列的元件.
图1是按照示例性实施例配置的MRAM单元200的示意性透视 图.MRAM结构中的每个元件可以如图l所示地被配置.MRAM单 元200通常包括上部铁磁或合成反铁磁("SAF")层202，或下部铁磁或 SAF层204，以及在两个铁磁性层之间的隧道势垒层206.在本例中， 上部铁磁或SAF层202构成自由磁性层，因为它的磁化的方向可被切 换以改变元件200的位状态.然而，下部铁磁或SAF层204是固定磁 性层，因为它的磁化的方向被钉扎在一个方向，并且在正常运行条件 期间不改变极化的方向.当在上部铁磁或SAF层202中的磁化平行于 在下部铁磁性层204中的磁化时，元件200的电阻是处在它的低电阻 状态.当在上部铁磁或SAF层202中的磁化反平行于在下部铁磁性层 204中的磁化时，元件200的电阻是处在它的高电阻状态.给定的元 件200中的数据("O"或'T，)通过测量该元件200的电阻而被读出.被 利用来读出和写入数据到MRAM单元200的技术对于本领域技术人员是已知的，所以，这里不作详细描述.
图1还显示对应于元件200的位线208和数位线210(在这里各个 地和合在一起称为"编程线，，)，对于触发(toggle)应用，自由磁性层202 中的磁化的取向响应于从数位线和位线的施加的电流脉冲而旋转，而 对于单磁自由层(或常规)应用，当适当地施加数位线和位线脉冲时使 自由磁性层202中的磁化的取向完全180度反向.在典型的非触发 MRAM中，位的取向通过反转位线208中电流的极性而同时保持数 位线210中电流的恒定的极性，而被切换.在实际的部署中，位线208 可被连接到任何数目的相似的MRAM单元(例如， 一列元件)，以把 公共写电流提供到每个连接的元件，类似地，数位线210可以与任何 数目的类似的MRAM单元(例如， 一行元件)相关联，以把公共数位 (digit)电流提供到每个元件.
在图l显示的实施例中，可以提供磁包层或屏蔽层214、 218, 以提高灵敏度、稳定性和减小由于与MRAM单元相邻的路线(routing) 造成的信号噪声/干扰.在本例中，数位线210包括导电数位元件212 和由歉磁性材料形成的可导磁(permeable)的包覆材料214.在本例中， 包层214部分地围绕导电元件212.具体地，包层214围绕导电元件 212的三个侧面形成，以使得导电元件212的朝向上面的表面保持为 未被包覆.在图l所示的实施例中，线208包括导电位元件216，和 由可导磁的磁性材料形成的包层218.在本例中，包层218部分地周 绕导电元件216.具体地，包层218围绕导电元件216的三个边形成， 以使得导电元件216的朝向下面的表面保持为未被包覆.包层214/218 可被用来把磁通量聚焦到MTJ，以便提高编程效率.包层具有减小对 于相邻的位的写干扰的附加的好处.在实际的实施例中，磁性包层是 在MRAM加工过程中使用的铜编程(program)线的制作时使用的阻 挡层的整体部分.
在实际的实施例中，导电元件212和导电元件216由诸如铜那样 的导电材料形成，以及包层214/218由诸如NiFe、镍-铁-钴合金、钴 铁合金等的软的可导磁的磁性材料形成.在一个示例性实施例中，包层214/218约为200-300埃厚(包层214/218的侧壁可以稍微更薄).虽 然导电元件和包层是由不同的材料实现，但导电元件212和包层214 被认为是被制作在一个公共的金属层内(例如，金属四层)，而导电元 件216和包层218被认为是被制作在另一个公共的金属层内(例如，金 属五层).
术语"第一金属层"和"笫二金属层"在这里可以用来区分任何两 个不同的金属层，以及"第一金属层"和"笫二金属层"不一定分别表示 金属一层和金属二层.换句话说，"第一金属层"是指在描述的集成电 路器件内任何金属层，而不管任何的任意层编号方案，以及"笫二金 属层"是指在所描述的集成电路器件内任何其它金属层，而不管任何 的任意层编号方案.
智能功率集成电路可以通过使用用来集成精度模拟功率器件、和 逻辑块或这些块的子集的组合CMOS工艺来制作.智能功率集成电 路可以减少各种部件并把所有的那些功能组合到单个节省成本的IC， 包括电压调整、功率MOSFET、输入信号调节、瞬态保护、系统诊 断以及控制.使用智能功率集成电路的IC包含各种功能，例如功率 IC、通信、功率管理、安全性和传感器、以及许多其它特殊的功能. 智能功率集成电路的特征在于很大的一组混合信号构建块，包括AD 和DA转换器、轨到轨运算放大器、比较器、电荷泵和门驱动、电压 调整器、精度基准、数字逻辑、和非易失性存储器.为了驱动负荷， 有功率MOSFET器件，其具有电感性能量箝位、独立的热管理、短 路保护、和诊断负荷感测.
图2是简化的智能功率集成电路结构250的示意性图，该智能功 率集成电路结构250例如通过使用适当的半导体制造工艺被形成在具 有n-epi(n外延)层254的衬底252上.智能功率集成电路可以被形成 在带有和/或不带有利用n型或p型的外延层的各种类型的衬底上.实 际上，智能功率集成电路结构250和这里描述的其它结构可以通过使 用任何适当的集成电路制造工艺而被形成.虽然智能功率集成电路结 构250被显示为功率MOSFET 256、 CMOS(n-MOSFET 258和p-MOSFET260)、和双极器件262，但实际的智能功率集成电路将典 型地包括各种有源和无源元件，例如二极管、电阻器、电容器、电感 器、熔丝、抗熔丝、和存储器件.通常，智能功率集成电路结构250 包括至少一个金属层，并且加上附加金属层，用来增加电流密度和增 强电路性能.通过使用诸如注入和扩散那样的熟知的半导体处理过程 而形成各种n型和p型阱。隔离部件264可以通过使用任何适当的氧 化和/或开槽处理过程而被实现.
本发明的实施例涉及在公共衬底上形成的、具有与智能功率结构 相组合的MRAM结构的集成电路器件，其中MRAM结构的至少一 部分与智能功率结构的至少一部分通过同一个制造工艺同时形成.正 如这里使用的，智能功率结构包括功率电路部件，被配置为管理电功 率；和至少一个附加部件，被配置为控制、调整、监视、影响功率电 路的运行或对于功率电路的运行作出反应.实际上，功率电路部件可 包括功率晶体管，并且所述至少一个附加部件可包括，但不限于，传 感器(例如环境条件传感器、电磁传感器、电机械传感器、电属性传感
器、换能器等等)；功率控制元件；模拟元件；数字逻辑元件；或它们 的任何组合.使用智能功率集成电路，设计者可以减小实际的应用的 模拟部分和数字逻辑的尺寸，以达到密集的电路.这使得设计者能够 把更多结构元件(feature)和能力经济地封装到芯片中，导致减小的管 心面积、减小的成本、和改进的性能.这种集成帮助汽车系统、工业 控制、和消费者电子设备的设计者简化系统设计、降低系统成本、和 提高可靠性.
困3是按照示例性实施例配置的集成电路器件300的示意性表 示.集成电路器件300通常包括衬底302，在该衬底上形成多个功能 性部件.村底302可以是任何合适的半导体材料，例如基于硅的材料. 为了易于说明起见，功能性部件在图3上被示意地显示为块.在本例 中，这些功能性部件包括功率电路部件304、数字逻辑部件306、传 感器结构308、 MRAM结构310、和模拟控制部件312.虽然在图3 上未示出，但如有必要，集成电路器件300可包括附加部件，以便满足特定的应用的需要.实际上，这些功能性部件的某些部件可以耦接
在一起，使能合作运行.例如，功率电路部件304、数字逻辑部件306、 传感器结构308、和模拟控制部件312可以合作以形成用于集成电路 器件300的智能功率结构.在这方面，这些部件(各个地或以它们的任 何组合)在这里也称为"智能功率部件".然而，MRAM结构310不需 要耦接到其它部件，并且MRAM结构310可被配置为用作为集成电 路器件300的独立的子系统。把MRAM结构310这样地嵌入到智能 功率集成电路，带来物理空间的有效的使用，而同时使得能够由仅仅 传统地被利用于MRAM的MTJ核芯的层制作传感器，
在本发明的一个实际的实施例中，功率电路部件304包括一个或 多个高功率MOSFET器件，它被配置为在高压下工作，以生成高的 温度.替换实施例可以利用不同的功率生成器件和技术用于功率电路 部件304.数字逻辑部件306可以用CMOS晶体管或任何适当的数字 逻辑装置被实现.数字逻辑部件306被配置为实行支持集成电路器件 300的智能功率结构的数字操作。模拟控制部件312包括被配置为支 持集成电路器件300的智能功率结构的模拟电路部件.模拟控制部件 312例如可包括电阻、电容器、电感、MOSFET、双极器件、和/或其 它模拟电路元件.
传感器结构308通常被配置为感测用于集成电路器件300的一个 或多个物理的、电的、磁的、环境的、和其它的条件.在本例中，集 成电路器件300使用由传感器结构308检测的数量、特性、参数、或 现象，来调整、控制、管理、或监视由功率电路部件304生成的输出 功率.在这方面，传感器结构308可以利用一个或多个传感器或传感 器部件，包括，但不限于，电磁传感器；电机械传感器，例如换能器； 机械传感器，例如震动传感器、加速度表、应力/应变传感器、压力传 感器、温度传感器、电流传感器等等.
MRAM结构310通常可被配置为以上结合图1和2描述的结构. 实际上，集成电路器件300可以利用用于MRAM结构310的传统的 MRAM设计和技术，这样的传统的特征在这里不作详细描述.通常，MRAM结构310包括MRAM电路部件314和被耦接到MRAM电路 部件314的MRAM单元阵列316(见图4,图4是集成电路器件300 的示意性截面表示).MRAM电路部件314可包括支持MRAM结构 310的运行的任何数目的元件或特征，包括但不限于开关晶体管； 输入/输出电路；译码器；比较器；读出放大器等等，图4是总的显示 集成电路器件300的功能性部件的拓朴布置的简化图。在这方面，图 4显示MRAM结构310被形成在衬底302上，智能功率结构(在本例 中，包括功率电路部件304、数字逻辑部件306、传感器结构308、和 模拟控制部件312)被形成在村底302上。图4还显示MRAM单元阵 列316被形成在MRAM电路部件314的上面。
在本发明的一个示例性实施例中，集成电路器件300通过使用具 有前端制造工艺和后端制造工艺的模块处理技术而被制造.在该上下 文中，在时间方面，前端制造工艺首先被执行，并且在发起后端制造 工艺之前完成.正如这里使用的，前端制造工艺与使用"前端层"的元 件或特性的形成有关，前端层可以是在半导体衬底302、电介质层或 其它层内的N和/或P掺杂区域，而后端制造工艺与使用"后端层"的 元件或特性的形成有关，后端层可以是金属或导电层、电介质层、 MTJ核芯层或其它层.因此，前端层被放置在衬底302中或衬底上， 而后端层被放置在前端层的上面。实际上，前端和后端制造工艺可以 利用熟知的掩蔽、注入、扩散、反应离子蚀刻、物理栽射、镶嵌图案 形成、物理汽相沉积、电镀、化学汽相沉积和/或等离子体增强的化学 汽相沉积技术.例如，如这里描述的集成电路可以通过使用可以影响 (leverage) CMOS、双极性的处理技术或其它适当的制造工艺而制造.
图4是按照示例性实施例配置的集成电路器件300的部件和元件 的简化图.集成电路器件300的实际的实施例可包括不同于困4所示 的那样的附加层(例如，金属层、电介质层、和/或接地面).在冬例中， 功率电路部件304、模拟控制部件312、数字逻辑部件306、和MRAM 电路部件314通过前端制造工艺由前端层被适当地形成.这些前端部 件的某些或所有的前端部件通过前端制造工艺同时被形成.相反，传感器结构308(它可包括一个或多个传感器)和MRAM单元阵列316通 过后端制造工艺由后端层被适当地形成.这些后端部件的某些或所有 的后端部件通过后端制造工艺同时被形成.实际上，前端和后端制造 工艺是在被利用来创建MRAM结构310的MRAM制造工艺中的模 块.因此，集成电路器件300的制造影响(leverage)用于智能功率结构 的现有的MRAM制造工艺，这样，智能功率结构的至少一部分和 MRAM结构310的至少一部分可以同时由所选择的MRAM制造工艺 形成。
图5是按照示例性实施例配置的集成电路器件500的示意性截面 表示.集成电路器件300可以利用困5所示的一般结构.集成电路器
集成电路.集成电路器件500通常包括衬底502、被形成在村底502 上或衬底中的前端层503、和被形成在前端层503的上面的第一后端 层504和第二后端层506,图5上的虚线508表示在第一后端制造工 艺与笫二后端制造工艺之间的想像的划分线.
在本发明的一个实际的实施例中，集成电路器件500的第一后端 层503可包括金属一层510、金属二层512、金属三层514、居间电介 质层(图5上未分开示出)、在这些层之间作通路(route)的导电过孔516 等等，而集成电路器件500的第二后端层506可包括金属四层518、 金属五层520、 MTJ核芯层522、居间电介质层(图5上未分开示出)、 在这些层之间作通路的导电过孔524等等.如上所述，MTJ核芯可以 由一个以上的材料层实现.然而，为了简化起见，图5显示MTJ核 芯为单个"层"522.在本发明的其它实施例中，集成电路器件500可 包括更多或更少的前端层和/或更多或更少的后端层.
在示例性实施例中，功率电路部件304、模拟控制部件312、数 字逻辑部件306、和MRAM电路部件314通过使用由金属一层510、 金属二层512、和/或金属三层514创建的元件而被形成，而传感器结 构308和MRAM单元阵列316通过使用由金属四层518、金属五层 520、和/或MTJ层522创建的元件而被形成.MRAM单元阵列316包括被形成在金属五层520上的多个位线、被形成在金属四层518上 的多个数位线、和被形成在金属四层518与金属五层520之间的MTJ 元件(MTJ核心层522形成MTJ元件)的阵列.在本例中，传感器结 构308包括也是由MTJ核芯层522形成的传感器部件。实际上，这 个传感器部件通过对于用于创建MRAM单元阵列316的相同的后端 制造工艺而创建。传感器结构308还可包括由金属四层518和/或从金 属五层520形成的附加传感器部件(未示出).这样的附加传感器部件 可以代表导电迹线、控制电路、偏置电路等等。
在传感器结构308中的传感器被适当地配置成(如果必要的话， 连同合作的电路或特征一起)适合特定的应用的需要。由MTJ核芯层 522制作的传感器被设计成使得特定工作条件的变化造成传感器的电 的、磁的、电磁的、电机械的、和/或其它特性的相关的改变。例如， 基于MTJ的设备如MTJ核芯可被配置为感测由MTJ压力核芯所经 受的压力的改变.MTJ压力传感器感测由附近的导体产生的磁场。当 附近的导体与MTJ核芯之间的距离改变时由MTJ核芯感测的磁场改 变.例如，当导体移动更接近MTJ核芯时，MTJ核芯的输出电阻(Rout) 增加，而当导体移动更远离MTJ核芯时，MTJ核芯的输出电阻(Rout) 减小.
MTJ压力传感器实施方案
对于集成电路(1C)，压力感测是IC设计的关鍵元件，因为它可 以保护电路、器件或系统.许多IC设计需要高精度压力感测.与传 统的用于感测压力的实践不同，本公开的技术使用磁隧道结(MTJ)器 件作为压力传感器.磁隧道结压力传感器可以提供精度测量和灵敏 度、容性、以及用于与集成电路的三维集成的能力.
困6是按照示例性实施例配置的集成电路器件600的简化的截面图.
集成电路器件600或"磁隧道结压力传感器(MTJ-PS)"包括其中 嵌入了有源电路604的村底601、其中嵌入了导线606的绝缘层603、 其中具有MTJ核心602的绝缘层608、由绝缘层612形成并具有至少部分嵌入在绝缘层612中的导线607的可变形膜片613、任选的磁屏 蔽层620、压力传感器转换电路610、和处理器611,绝缘层612还限 定一个空腔605.而且，集成电路器件600的实际的实施例可包括不 同于图6所示的那些的附加层(例如，金属层、电介质层、和/或接地 面).
图7是显示按照示例性实施例的制造集成电路器件600的方法的 流程图，并将参照图6和8进行描述，
在步骤702,通过使用已知的半导体加工技术提供衬底601.任 选地，村底601中可以形成有有源电路604。有源电路604例如可包 括有源电路元件或器件，例如，智能功率或模拟集成电路.衬底601 和有源电路604通过前端制造工艺由前端层形成.在步骤704，例如 层间电介质(ILD)那样的绝缘层603然后可以通过使用巳知的半导体 处理技术被形成在衬底601和有源电路604上.绝缘层603中还可以 形成有导线606,例如数位线.导线例如可以经由物理汽相沉积和例 如从铜或铜基合金进行电镀沉积而形成.在步驟706，绝缘层608然 后可以通过使用已知的半导体处理技术被形成在绝缘层603和导线 606的上面，
在步骤708,MTJ核芯602然后通过多步驟制造工艺被形成在绝 缘层608中.MTJ核芯602通过在前端制造工艺后进行的后端制造工 艺由后端层形成.虽然MTJ核芯602被显示为被嵌入到绝缘层608 中，但应当理解，MTJ核芯602通常可被集成在集成电路器件内任何 地方，以便监视压力.例如，MTJ核心602可以位于空腔605之下绝 缘层之中任何地方.示例性非限制MTJ核芯602的结构可以更详细 地被显示于图8，正如下面更详细地讨论的，
在步骤710，牺牲层(未示出)然后被形成在MTJ核芯602和一部 分的绝缘层608上.牺牲层最终被去除，以限定空腔605，所以确定 空腔605的最终的尺度.
在步猓712，导线607然后可以被形成在牺牲层中或牺牲层上. 牺牲层保持导线607在适当的地方，直至绝缘层612被形成为止，绝缘层可以把导线保持在通过去除牺牲层而创建的最终的空腔605的上 面。
在步骤714，绝缘层612然后被形成在导线607和牺牲层上，以 使得它至少部分地围绕导线607和牺牲层.因为绝缘层612最终形成 可变形的膜片613，它应当由在压力下可压缩的、同时还是可弹回而 不破烈的材料形成.绝缘层612可包括绝缘材料层，它例如可以由诸 如氮化硅或二氧化硅那样的材料制成.
在绝缘层612形成后，在步骤716，可以通过去除牺牲层以便在 导线607与MTJ核芯602之间限定空腔605而形成空腔605.
空腔605被限定在由MTJ核芯662与绝缘层608之间的牺牲层 以前所占用的空间中.空腔605具有如下尺度，包括在导线607与 MTJ核芯602之间的垂直距离或空腔尺度(z)，和在空腔605的侧壁 之间的水平距离或空腔尺度(x).空腔605的至少一部分被放置在导线 607与MTJ核芯602之间。在压力(P)被施加到总的结构600时，空 腔提供用于导线607的压低空间.
绝缘层612的其余部分包括可变形的膜片613，导线607被至少 部分地布置在或嵌入在膜片613中.可变形的膜片613用作用于导线 607的保持材料，它把导线607悬在空腔605上方.导线607和绝缘 层612枕故置或配置，以使得它们可以经受压力(P),并根据压力(P) 的改变而移动或弯曲.此后，虽然图7中未示出，厚的磁屏蔽层620 可以任选地被形成在可变形的膜片613的上面.厚的磁屏蔽层620被 放置在MTJ核芯602的上面以保护MTJ核芯602不受外部噪声影响， 这样，MTJ核芯 602感测由MTJ核芯602经受的具体的压力.附加 的厚的磁屏蔽层620可以保护MTJ核芯602的电输出信号，包括电 流倌号(Isense),免受由外部源造成的外部噪声.这可以允许更精确的 测量.磁屏蔽层620通过消除由于与MTJ核芯602相邻的电流路线 造成的信号干扰而改进信号噪声比和MTJ输出电阻(Rout)的稳定性. 磁屏蔽层620减小在其中MTJ核芯802的电输出信号(包括电流信号 (Isense))可易于受到外部噪声影响的区域中不想要的磁场的影响.MTJ压力传感器当噪声由于磁屏蔽层620而被减小时可以产生甚至 更精确的测量值.
图8是按照示例性实施例配置的集成电路800的简化的截面图， 它实施MTJ核芯802，用于感测由MTJ核芯802经受的压力.
集成电路800包括衬底801、 MTJ核芯802、第一绝缘层803、 数位线(DL)806、笫二绝缘层808、第三绝缘层812、位线(BL)807、 第四绝缘层822、和可任选的磁屏蔽层820。集成电路800的结构类 似于图6所示的集成电路器件600。衬底801、第一绝缘层803、第二 绝缘层808、第三绝缘层812、和可任选的磁屏蔽层820类似于图6 的相应的元件.因此，这些元件将不再描述.MTJ核芯802、数位线 (DL)806、和位线(BL)807包括附加特征，现在将参照图8更详细地描 述这些附加特性。
MRAM核芯802包括自由层813、隧道势垒层811、钉扎(pin) 层810、和电极层816."自由"层813可以由上部铁磁或合成反铁磁 ("SAF")层形成，"钉扎"层810可以由下部铁磁或SAF层形成，而隧 道势垒层811可以被放置在自由层813与钉扎层810之间，以使得它 位于自由层813与钉扎层810之间 钉扎层810可以由NiFe材料制 成，它可以具有固定的磁化方向(指向图8的右面).自由层813可以 由NiFe材料制成，并且不像钉扎层810，在自由层中的磁化方向可以 旋转，如图8所示的箭头所表示.隧道势垒层811把电流从钉扎层 810"隧道传送"到自由层813，并且可包括氧化物.电极816位于钉扎 层810的下面，而另一个电极位于自由层813的上面.应当理解，存 在有各种各样的MTJ核芯结构，它们都属于本发明的范围.图8的 例子仅仅被提供来显示MTJ核芯602的一个可能的结构.
困8还显示数位线806和位线807(在这里单独地和合在一起称为 导线或"编程线").磁包层或屏蔽层814、 818可以任选地被提供来提 高灵敏度、稳定性和减小由于与MTJ核芯602相邻的路线造成的信 号噪声/干扰.在本例中，数位线806包括导电数位元件805和由软磁 性材料形成的可导磁的包覆材料814.包层814围绕导电元件805的三个边部分地围绕导电元件805，使得导电元件805的朝向上面的表 面保持为未被包覆.位线807包括导电位元件819和由可导磁的磁性 材料形成的包层818.包层818围绕导电元件819的三个边部分地围 绕导电元件819,这样，导电元件819的朝向下面的表面保持为未被 包覆.包层814、 818可被利用来把磁通量聚焦到MTJ,以便提高编 程的效率.包层814、 818具有减小对于相邻的位的写干扰的附加的 好处。在实际的实施例中，磁性包层814、 818是在MRAM处理过程 中使用的铜的编程(program)线的制作时使用的阻挡层的整体部分.
在实际的实施例中，导电元件805和导电元件819由诸如铜那样 的导电材料形成，而包层814/818由诸如NiFe、镍-铁-钴合金、钴铁 合金等等那样的可导磁的软磁性材料形成，虽然导电元件805、 819 和包层814、 818可以由不同的材料实现，但导电元件805和包层814 被认为是被制作在一个公共的金属层(例如，金属四层)，而导电元件 820和包层818被认为是被制作在另一个公共的金属层(例如，金属五 层).
如上所述，自由磁性层813和钉扎磁性层810由诸如NiFe那样 的磁性材料制成.通过在存在磁场的情形下组合特定材料，在处理期 间发生磁化.在钉扎磁性层810中，磁化的取向典型地是恒定的或固 定在一个方向上.例如，在图8上，钉扎磁性层810的磁化的取向被 显示为指向右面.相反，自由磁性层813的磁化取向可以在幅度和方 向上改变，例如从0。到180。.
在自由磁性层813与钉扎磁性层810之间的相互角度可被限定为 自由层813相对于钉扎层810的磁化的取向，或反之亦然.在自由磁 性层813与钉扎磁性层810之间的相互角度取决于自由磁性层813中 的磁化相对于钉扎磁性层810的取向.根据这个相互角度，MTJ核芯 813可以在至少两个不同的状态下运行.
一个状态，有时称为平行状态，在自由层813与钉扎层810的磁 化以相同的方向取向并且在自由层813与钉扎层810之间的相互角度 是0。时发生.在平行状态下，MTJ核芯813的隧道磁阻(TMR)呈现相对较低的电阻.相反，另一个状态，有时称为反平行状态，在自由
层813与钉扎层810的磁化以相反的方向取向并且在自由层813与钉 扎层810之间的相互角度是180。时发生.例如，这在自由层813的磁 化是向左和钉扎层810的磁化是向右时发生，在反平行状态下，MTJ 核芯813的TMR呈现相对较高的电阻.
位线807和数位线806可以传导电流.在位线807和/或数位线 806内流动的电流造成或生成相应的磁场.该磁场可以变更或改变在 自由层813与钉扎层810之间的相互角度.这样，在位线807和/或数 位线806内流过的电流的改变将影响MTJ核芯802的相互角度.由 MTJ核芯802经受的磁场的强度取决于流过位线807和/或数位线806 的电流以及MTJ核芯802与位线807和/或数位线806之间的距离， 在MTJ核芯802与位线807和/或数位线806之间的距离可以在制造 过程期间被控制.正如下面进一步描述的，通过修改在MTJ核芯802 与位线807和/或数位线806之间的距离，压力传感器的灵敏度可被调 节到适合于设计要求.
改变MTJ核芯802的相互角度，将变更或改变MTJ核芯802 的输出TMR(Rout).换句话说，由MTJ核芯802感测到的磁场可以 影响MTJ核芯802的输出TMR(Rout),所以磁隧道结核芯802可以 用来把由位线807和/或数位线806产生的磁场转换成输出隧道磁阻 (TMR).通过监视MTJ核芯802的电流(Isense)或其它电输出信号的 起伏，也可以监视MTJ核芯802的输出TMR(Rout)的改变.正如下 面描迷的，MTJ核芯802的输出TMR(Rout)的改变可以用来确定压 力(P)的改变.
再次参照图6，如上所迷，导线607悬浮在空腔605的上面.导 线607栽送电流(i)，产生磁场.在一个实施方案中，导线607例如可 以是位线，它栽送电流(i)到诸如MRAM部件的各个器件.在这个具 体的示意图上，电流(i)流出纸面，造成或生成磁场，该磁场可以由 MTJ核芯602感测.该磁场可以变更或改变MTJ核芯602的自由层 与钉扎层之间的相互角度.这样，在导线607内流动的电流的改变或由MTJ核芯所经受的磁场强度的改变(例如由于导线607相对于MTJ 核芯602的相对位置的改变而产生)可以影响MTJ核芯602的相互角 度，这改变MTJ核芯602的输出TMR.因此，MTJ核芯602可以 感测由导线607(例如，位线和/或数位线)造成的磁场，作为MTJ核芯 602的相应的输出隧道磁阻或TMR(Rout)。
在施加到可变形的膜片613的压力(P)改变时，导线607相对于 MTJ核芯602的相对位置，或垂直距离(z)也改变.由于导线607移 动更接近或更远离MTJ核芯602, MTJ核芯602经受磁场的改变. MTJ核芯602经受的磁场的改变，将改变在MTJ核芯602的钉扎层 与自由层之间的相互角度.在MTJ核芯602的钉扎层与自由层之间 的相互角度的改变可以被监视，作为MTJ核芯602的TMR(Rout)的 改变.这样，通过监视MTJ核芯602的输出电阻或TMR(Rout)，可 以监视压力(P)改变.MTJ核芯602或"位元件"的输出电阻(Rout)可预 测地随压力(P)变化，并且因此MTJ核芯802的输出电流(Isense)和其 它电输出信号可预测地随压力(P)变化.
在一个实施方案中，MTJ核芯602可以用来把磁场转换成相应 的TMR值.例如，当绝缘层612响应于施加到绝缘层612的压力(P) 而弯曲时，在导线607与MTJ核芯602之间的距离(z)也改变.这样， 由MTJ核芯602经受的磁场的强度变化.因为MTJ核芯602的阻值 (Rout)随MTJ核芯602经受的磁场的强度而变化，阻值(Rout)随在导 线607与MTJ核芯602之间的距离(z)的改变而改变或变化.换句话 说，阻值(Rout)作为压力(P)的改变的函数而变化.而且，因为MTJ 核芯602的电流(Isense)和其它电输出信号根据MTJ核芯602的阻值 (Rout)而变化，MTJ核芯602的电流(Isense)和其它电输出信号可以 用来检测阻值(Rout)的变化，于是它可以用来感测或确定由绝缘层 612经受的压力(P).
困9是显示MTJ压力传感器600的输出TMR(Rout)作为由MTJ 压力传感器600经受的压力(P)的函数的图.在这个图上，x轴表示以 Oe为单位的磁场(H)，而y轴表示以kQ卞n^为单位的MTJ的隧道磁阻(TMR). MTJ核芯602的隧道磁阻(TMR)作为从导线607生成的磁 场的函数变化，该磁场作为由导线607产生的电流和在MTJ核芯602 与导线607之间的垂直距离(z)的函数变化。垂直距离(z)是施加到可变 形的膜片613的外部压力(P)与空腔605的水平尺度(x)的函数。因为 空腔605的水平尺度(x)可以在制造过程期间在结构上被控制，垂直距 离(z)可预测地随施加到可变形的膜片613的压力(P)而变化。当磁场、 垂直空腔尺度(z)、水平空腔尺度(x)、和加速度(g)恒定时，输出电阻 或TMR(Rout)可预测地随MTJ核芯602经受的压力(P)而变化.MTJ 的优越的压力特征和特性使得MTJ压力传感器的使用是理想的，因 为它呈现高精度压力感测或监视能力.
再次参照图6，导线606、 607可以用来初始编程或设置MTJ核 芯602的电阻相对于压力的关泉特性。例如，在一个实施方案中，由 导线606和/或导线607生成的磁场可以用来设置或编程或改变MTJ 核芯602的压力相对于电阻的关系特性，这还允许MTJ核芯602适 配为甚至精确地监视由MTJ核芯602经受的压力，MTJ核芯602比 起传统的MEMS压力感测设备可以提供更精确的压力测量.
应当理解，MTJ核芯也可以看作为"伪MRAM单元".MTJ作 为压力传感器的使用是相对较简单的，因为MTJ压力传感器可以与 MRAM单元同时形成，由此允许"伪"MTJ MRAM单元被用作为压力 传感器，而与非易失性存储器(NVM)不同.术语"伪"在这里用来指用 于感测应用的MRAM单元，并将其与用于信息存储应用的传统的 MRAM单元例如非易失性存储器(NVM)相区分.MTJ核芯602是通 过后端制造工艺由后端层制造的.实际上，前端和后端制造工艺是在 被利用来创建MRAM结构(未示出)的MRAM制造工艺中的子过程。 因此，集成电路器件600的制造影响(leverage)现有的MRAM制造工 艺，以创建压力传感器.这样的MTJ压力传感器提供优越的设计灵 活性，因为MTJ压力传感器可以三维地集成.重要地，在本实施方 案中，MTJ核芯(PS)608被放置在衬底层602的上面，这可以允许3-D 集成和显著的布局面积节省.这可以允许在集成电路(例如，嵌入了MRAM的SMOS功率IC)内周围地、垂直地、横向地放置传感器. 例如，MTJ核芯602可被放置在衬底601的上面的任何地方.这可以 允许大大地节省管心布局面积.这些特性可以允许以节省成本方式进 行处理和提高压力传感器的总的性能.
在一个实施方案中，压力传感器转换电路610可以用来把电流 (Isense)的值与可变形的膜片613经受的压力值(P)相关联.在一个实 施例中，转换电路610测量输出电流(Isense)，并使用测量的输出电流 (Isense)来确定MTJ核芯602的相应的输出电阻(Rout).因为MTJ器 件的输出电阻(Rout)与由MTJ器件感测的压力(Psense)的关系可被编 程且是已知的，转换电路可以确定由MTJ器件感测的压力(Psense). 因此，转换电路609可以把电流值(Isense)与相应的"感测的"压力 (Psense)精确地相关联，
在一个具体的实施方案中，当可变形的膜片613受到压力(P)时， 可变形膜片613的至少一部分弯曲，使得在导线607与MTJ核芯602 之间的距离变化.这使得MTJ核芯602经受的磁场响应于压力(P)而 改变。此后，可以根据阻值(Rout)而确定相应的压力值(Psense).相应 的压力值(Psense)表示压力(P)。 MTJ核芯602的阻值(Rout)相对于在 导线607与MTJ核芯602之间的距离(z)而变化，并且还相对于由MTJ 核芯602经受的磁场的改变而变化.
这样，例如通过测量电流(Isense)、使电流(Isense)与MTJ核芯 602的阻值(Rout)相关联、和使阻值(Rout)与相应的压力值(Psense)相 关联，可以根据阻值(Rout)确定相应的压力值(Psense).相应的压力值 (Psense)是表示压力(P)的感测压力.
处理器611可以使用感测压力(Psense)来控制集成电路器件600 的部件(诸如有源电路604)的操作.
正如现在将参照困10-12和参照图l描述的，当实施MTJ核芯 压力传感器202、 204、 206时，压力传感器稳定性还可以通过修改或 改变MTJ核芯压力传感器202、 204、 206的电极202、 204的几何形 状而被改进.例如，可以改变MTJ核芯压力传感器202、 204、 206的电极的诸如长髙比、相对取向、尺寸和形状的变量.
图10是按照示例性实施例配置的MTJ核芯压力传感器202、 204、 206的电极202、 204的分解平面图1000,其中至少一个电极是 方形.电极202、 204在图IO上被显示为横向放置的，以使得可以更 容易看到它们的相对形状和尺寸。然而，当组装以形成MTJ核芯压 力传感器202、 204、 206时，它们一个叠一个地放置，即，电极204 在电极202的上面.电极202-l、 204-1被显示为基本上方形的，也就 是具有X和Y尺度Y加w = X2ow = Y2。" = X2。" 为了便于说明，这 是至今对于大多数部分使用的代表，但这不是必要的。电极202-2、 204-2是不同的，电极202-2是矩形，Y202.2 > X202.2且Y204.2 = X204_2, 再次地，这仅仅打算用来说明电极的各种可能的形状，而不是穷举或 限制的。
图11是按照另一个示例性实施例配置的MTJ的电极202、 204 的分解平面图1100，其中电极202、 204的任一个或二者具有各种示 例的、非方形的形状.例如，在310-1中，电极202、 204的任一个或 二者是矩形，并被拉长，尺度X显著大于Y，在310-2中，电极202、 204的任一个或二者被拉长，X Y，并具有三角形末端，而在310-3 中，电极202、 204的任一个或二者被拉长，X Y，并具有圃形末端。 当电极被一个叠一个地放置以形成MTJ核芯压力传感器202、 204、 206时，它们的较长的尺度可以造成彼此间各种角度，正如图12示意 地显示的.在某些环境下使用显著不对称的电极形状是有用的，因为 薄电极中平面图非对称性影响电子自旋轴可以旋转的容易或困难.例 如，虽然笫一电极中电子自旋轴在存在磁场的情形下通过热处理而被 钉扎，但另一个方法是使得电极形状髙度非对称的，例如在平面图上 长而窄，因为非常难以旋转电子自旋轴远离这样的非对称形状的长的 方向.然而，可以使用用于钉扎自旋轴的任一个布置.
困12显示按照再一个示例性实施例配置的MTJ的电极202、204 的布置的平面图1200，其中至少一个电极202、 204具有相对于另一 个电极的各种角度布置.为了便于说明，正如指向页面顶部的箭头表示的，钉扎层电极202-4被显示为单个连续电极，其具有沿垂直方向 钉扎的磁化向量.
自由层电极204-4-1和204-4-2可被布置成相对于钉扎层电极 202-4的不同的角度，例如，自由层电极204-4-1的取向使得其长尺度 基本上垂直于钉扎层电极202-4的长尺度，而自由层电极204-4-2的 取向使得其长尺度基本上平行于钉扎层电极202-4的长尺度.这些不 同的相对角度取向可以允许MTJ核芯在被称为模拟模式和切换模式 的两个模式中的一个模式下运行.例如，自由层电极204-4-1具有基 本上垂直于钉扎层电极202-4的磁化向量的磁化向量，而自由层电极 204-4-2具有基本上平行于或反平行于钉扎层电极202-4的磁化向量的 磁化向量.在其它实施例中，钉扎层电极202-4可以由分开的分段组 成，每个分段在自由层电极204-4-1和204-4-2的单个电极的下面.
图13是显示工作在模拟模式下的MTJ核芯的MTJ输出电阻 (Rout)的图.在图13上，x轴对应于由MTJ核芯感测的磁场(H)，而 y轴对应于MTJ输出电阻(Rout).在模拟模式下，MTJ输出电阻(Rout) 随相互角度不断地变化.代替在高与低电阻之间的急剧的切换，MTJ 输出电阻(Rout)随相互角度不断地增加和减小.这是因为自由层电极 204-4-1的磁化向量(例如原子自旋方向)相对于钉扎层电极202-4的磁 化向量可以不断地改变或旋转.
图14是显示工作在切换模式下的MTJ核芯的MTJ输出电阻的 图.在图14上，x轴对应于由MTJ核芯感测的磁场(H)，而y轴对应 于MTJ输出电阻(Rout).如上所述，在传统的触发应用中，自由层中 的磁化的取向响应于来自数位线和位线的施加的电流脉冲而旋转，并 且当由数位线和位线同时施加脉冲时进行完全的180度反转.在典型 的非触发应用中，位的取向通过反转位线中的电流的极性同时保持数 位线中的电流恒定的极性而被切换.在这种切换模式下，如果相互角 度是180度，则MTJ切换到相对较高的电阻状态，而当相互角度是O 度时，MTJ切换到相对较低的电阻状态.在切换模式下，MTJ只具 有对应于0度或180度的两个状态.这样，唯一关心的亊情是自由层中的磁化取向是平行还是反平行的.平行状态输出低的MTJ输出电 阻(Rout)，而反平行状态输出高的MTJ输出电阻(Rout).
切换MTJ和模拟MTJ以不同的方式制作，切换MTJ的初始状 态可以是0或180度相互角度。另一方面，模拟MTJ具有90度的初 始状态.
总之，提供了按照本发明的示例性实施例的集成电路器件和压力 感测方法，集成电路器件包括衬底、被配置为经受压力的导线、和被 形成在村底与电流线之间的磁隧道结("MTJ")核芯.导线被配置为响 应于压力而移动，并栽送用来生成磁场的电流。MTJ核芯具有根据磁 场而变化的阻值.所以MTJ核芯的电阻相对于压力的改变而变化. MTJ核芯被配置为生成作为压力的函数而变化的电流.
在另一个实施方案中，提供了一种集成电路器件，它包括导线、 磁隧道结("MTJ")核芯、和压力传感器电路.导线被配置为响应于由 导线经受的压力的改变而移动.MTJ核芯具有作为压力的函数而变化 的阻值，并被配置为生成根据MTJ核芯的阻值变化的电流.压力传 感器电路被配置为使由MTJ核芯生成的电流值与由导线经受的压力 值相关联.
在另一个实施方案中，提供了一种集成电路器件，它包括衬底、 其中形成有磁隧道结("MTJ")核芯的第一绝缘层、和笫二绝缘层.村 底通过前端制造工艺由前端层形成，而MTJ核芯通过在前端制造工 艺以后发生的后端制造工艺由后端层形成.第二绝缘层可被放置在第 一绝缘层上，并且在其中布置了导线.笫二绝缘层还在其中限定了空 腔.空腔的至少一部分被布置在导线与MTJ核芯之间.导线被配置 为产生磁场.
磁隧道结核芯的阻值随MTJ核芯所经受的磁场的改变而变化. 当笫二绝缘层响应于施加到第二绝缘层的压力而弯曲时，在导线与 MTJ核芯之间的距离也改变.结果，磁隧道结核芯的阻值响应于笫二 绝缘层所经受的压力而改变，并且相对于在导线与MTJ核芯之间的 距离而变4t.MTJ核芯被配置为感测压力和响应于压力而生成电流，该电流 根据MTJ核芯的阻值而变化.MTJ核芯的电流可以用来确定笫二绝 缘层所经受的压力.例如，在一个实施方案中，压力传感器转换电路 用来使由MTJ核芯生成的电流与第二绝缘层所经受的压力相关联。
还提供了一种感测集成电路中的压力的方法.集成电路例如可包 括具有阻值的磁隧道结("MTJ，，)核芯、被配置为产生磁场的导线、和 被限定在导线与MTJ核芯之间的空腔.在一个实施方案中，集成电 路例如还可以可选地包括，其中形成有磁隧道结("MTJ")核芯的衬底， 以及限定空腔并且其中具有导线的可变形膜片。
按照本方法，导线受到压力.例如，在一个示例性实施方案中， 可变形的膜片的至少一部分响应于压力而弯曲，以使得在导线与MTJ 核芯之间的距离根据由可变形的膜片经受的压力而变化.这使得由 MTJ核芯所经受的磁场响应于压力而改变.
此后，可以根据MTJ核芯的阻值确定相应的压力值.该相应的 压力值表示压力.MTJ核芯的阻值相对于导线与MTJ核芯之间的距 离而变化，还相对于由MTJ核芯所经受的磁场的改变而变化.这样， 该相应的压力值例如可以通过测量由MTJ核芯生成的、根据MTJ 核芯的阻值而变化的电流；使由MTJ核芯生成的电流与MTJ核芯的 阻值相关联；和使磁隧道结核芯的阻值与相应的压力值相关联，来根 据阻值而被确定.相应的压力值表示压力.
按照另一个实施例，可以提供一种制作集成电路的方法，包括以 下步骤提供村底；在衬底上提供笫一绝缘层，第一绝缘层中形成有 磁隧道结("MTJ")核芯；在MTJ核芯上方的笫一绝缘层上提供牺牲 层；在牺牲层上形成导线，其中导线被配置为产生磁场；在导线和牺 牲层上方形成第二绝缘层，使得笫二绝缘层围绕牺牲层的至少一部 分；以及去除牺牲层，以在导线与MTJ核芯之间限定空腔，其中笫 二绝缘层的至少一部分被配置为响应于施加到笫二绝緣层的压力而 弯曲.在导线与MTJ核芯之间的距离根据第二绝缘层所经受的压力 而变化，并且由MTJ核芯所经受的磁场响应于压力而改变.特定的磁隧道结核芯的阻值相对于在导线与MTJ核芯之间的距离而变化. 磁隧道结核芯的阻值随MTJ核芯所经受的磁场的改变而变化.虽然在以上的详细说明中给出至少一个示例性实施例，但应当理 解，存在有大量变例。还应当理解，这里描述的示例性实施例无论如 何不打算限制本发明的范围、可应用性、或配置.而是，以上的详细 说明将为本领域技术人员提供用于实施所描述的实施例的方便的途 径.应当理解，在元件的功能和布置方面可以作出各种改变而不脱离 如在所附权利要求中阐述的本发明和它的合法等同物的范围.
权利要求
1.一种集成电路器件，包括衬底；第一绝缘层，其中形成有磁隧道结核芯，即MTJ核芯；第二绝缘层，被放置在第一绝缘层上，第二绝缘层中布置了导线，并且在第二绝缘层中限定了空腔，其中所述导线被配置为产生磁场，并且所述空腔的至少部分被布置在所述导线与所述MTJ核芯之间，并且其中所述MTJ核芯的阻值随所述MTJ核芯所经受的磁场的改变而变化。
2. 根据权利要求1的集成电路器件，其中第二绝缘层响应于施 加到第二绝缘层的压力而弯曲，并且所述MTJ核芯的阻值响应于第 二绝缘层所经受的压力而改变。
3. 根据权利要求2的集成电路器件，其中所述导线与所述MTJ 核芯之间的距离根据第二绝缘层所经受的压力而变化，并且所述MTJ 核芯的阻值相对于所述导线与所述MTJ核芯之间的距离而变化。
4. 根据权利要求3的集成电路器件，其中所述MTJ核芯被配置 为感测所述压力并响应于所述压力而生成电输出信号.
5. 根据权利要求4的集成电路器件，其中由所述MTJ核芯生成 的电输出信号根据所述MTJ核芯的阻值而变化.
6. 根据权利要求5的集成电路器件，其中所述MTJ核芯的电输 出信号被用来确定第二绝缘层所经受的压力
7. 根据权利要求6的集成电路器件，还包括 压力传感器转换电路，被配置为使由所述MTJ核芯产生的电输出信号与第二绝缘层所经受的压力相关联.
8. 根据权利要求l的集成电路器件，其中所述衬底是由前端层 通过前端制造工艺形成的，所述MTJ核芯是由后端层通过在所述前 端制造工艺之后进行的后端制造工艺形成的.
9. 一种集成电路器件，包括导线，被配置为响应于所述导线所经受的压力的改变而移动； 磁隧道结核芯，即MTJ核芯，其阻值作为所述压力的函数而变化,并被配置为生成根据所述MTJ核芯的阻值而变化的电输出信号；以及压力传感器电路，被配置为使由所述MTJ核芯产生的电输出信 号的值与所述导线所经受的压力值相关联。
10. —种制作集成电路的方法，该方法包括 提供衬底；在所述衬底上设置第一绝缘层，第一绝缘层中形成有磁隧道结核芯，即MTJ核芯；在第一绝缘层上且在所述MTJ核芯上方设置牺牲层； 在所述牺牲层上形成导线，其中所述导线被配置为产生磁场； 在所述导线和所述牺牲层上方形成第二绝缘层，使得第二绝缘层围绕所述牺牲层的至少一部分；以及去除所述牺牲层，以在所述导线与所述MTJ核芯之间限定空腔，其中第二绝缘层的至少一部分被配置为响应于施加到第二绝缘层的压力而弯曲.
11. 根据权利要求IO的方法，其中所述导线与所述MTJ核芯之 间的距离根据第二绝缘层所经受的压力而变化，并且所迷MTJ核芯 所经受的磁场响应于所述压力而改变.
12. 根据权利要求ll的方法，其中所述磁随道结核芯的阻值相 对于所述导线与所述MTJ核芯之间的距离而变化.
13. 根据权利要求12的方法，其中所述磁隧道结核芯的阻值随 所述MTJ核芯所经受的磁场的改变而变化，
全文摘要
提供了一种集成电路器件(800)，其包括衬底(801)；导线(807)，被配置为经受压力；以及磁隧道结(“MTJ”)核芯(802)，被形成在衬底与电流线之间。导线(807)被配置为响应于压力而移动，导线载送生成磁场的电流。MTJ核芯(802)具有根据磁场变化的阻值。因此，MTJ核芯(802)的电阻随着压力的改变而变化。MTJ核心(802)被配置为产生作为压力的函数而变化的电输出信号。
文档编号G11B5/33GK101297357SQ200680040311
公开日2008年10月29日 申请日期2006年10月25日 优先权日2005年10月28日
发明者B·N·恩格尔, R·W·拜尔德, 勇 钟 申请人:飞思卡尔半导体公司