具有PMA层结构的磁敏桥式电阻组件和桥式电路及其制造方法与流程

本公开涉及一种磁敏桥式电阻组件，所述磁敏桥式电阻组件包括至少两个相邻地设置在基板上的沿主轴方向磁敏的桥式电路的tmr桥式电阻，并且本公开还涉及这种桥式电路，所述桥式电路尤其是用于电流传感器或角度传感器，优选用于对最高50mt的弱磁场进行矢量测量。所述桥式电阻组件的tmr层结构中的自由铁磁层的自由磁化方向在无磁场的状态下垂直于第一固定磁化方向以及tmr层结构的平面定向，以形成垂直磁各向异性（pma，perpendicular magnetic anisotropy）层结构。在一个并列方面中，本公开涉及这种桥式电阻组件和这种桥式电路的制造方法。

背景技术：

1、磁阻式磁场传感器用于基于电阻测量磁场。通过适当的几何布置形式，可以检测其他物理量，例如位移、角度或电流强度。磁阻式磁场传感器以磁阻效应为基础。所述磁阻效应描述了材料的电阻由于外部场的施加或变化而发生的变化。磁阻效应可以通过电阻变化量（δr=rmax-rmin）与最小电阻值rmin的商来描述，具有较高磁阻效应的磁场传感器以巨磁阻效应（gmr效应，英文为giant magnetoresistance）或隧道磁阻效应（tmr效应，英文为tunnel magnetoresistance）为基础。备选地，还可以存在表现出amr效应（各向异性磁阻效应，英文为anisotropic magnetoresistance）的材料。这些效应也统称为xmr效应。

2、tmr磁场传感器包括由层结构的非磁性和磁性材料构成的薄层构造，在所述材料中，磁性耦合或自旋效应穿过各层对电阻产生影响。在基于tmr的磁阻式层结构中，电阻基于外部场的变化可以达到600%。这里，层结构是指这样的结构，所述结构在通常垂直于基板表面的轴上可以描述成一个由薄层组成的序列，而在与这个轴正交的另外的轴上，这种结构具有一种几何形状。

3、为了制造tmr磁场传感器，在tmr层结构中形成一个由至少两个铁磁层和一个用作隧穿势垒并且也用作中间层的电绝缘的隔离层所组成的层结构，从而隧穿电流能够在两个铁磁层之间流动。在tmr磁场传感器的情况下，隔离层通常由al2o3或mgo组成。除了几何参数、如面积以外，隧穿元件的电阻还取决于两个铁磁层相对于彼此如何磁化。如果两个铁磁层相互平行地磁化，电阻rmin最小。如果两个铁磁层相互反平行地磁化，电阻rmax最大。

4、在实践中，通常会对两个铁磁层之一的磁化方向进行固定或钉扎，使得这个层的磁化不会或仅微弱地响应于外部场。这个层称为参考层或者也称为钉扎层。在下面，参考层应称为第一固定铁磁层。相反，另一个层被设计成使得其磁化能够以确定的方式跟随外部场。这个层也称为检测层或自由铁磁层。在下面，检测层称为自由铁磁层。

5、为制造这种结构或电阻元件，可以使用薄膜技术。在制造方法的范围内，可以永久性地设置固定铁磁层的磁化方向，这通常称为“钉扎”。为了实现对固定铁磁层的钉扎，通常将铁磁层与反铁磁的邻层相耦合。为了设置磁化方向，将电阻元件、即所述层结构加热到所谓的“阻塞温度”。在所述阻塞温度下，反铁磁的层与铁磁层之间的交换耦合消失，通常，这个阻塞温度低于铁磁层的居里温度。在达到高于阻塞温度又低于居里温度的希望温度之后，对铁磁层作用外部的钉扎磁场，由此迫使铁磁层进入确定的磁化方向。为此必要的是，所施加的钉扎磁场必须足以使铁磁层完整地平行于钉扎场方向定向。当在施加钉扎磁场的情况下层结构重新冷却并低于阻塞温度，所述磁化方向保持不变。

6、在这种情况下，下面讨论的钉扎磁场是指一种局部作用的磁场，该磁场沿期望的钉扎方向垂直于层顺序，即切向于基板表面地穿过所述层结构的铁磁层，并形成一个局部的磁场分量。所谓的预处理磁场作为一种全局的定向磁场是与此不同的，通过引导磁场、例如借助于铁磁性结构化元件从所述定向磁场导出钉扎磁场。全局预处理磁场通常强度更大，并且可以沿与局部的钉扎磁场不同的方向定向。

7、为了设置钉扎方向，已知的是，可采用选择性局部加热方法，即通过选择性的加热方法、尤其是通过激光加热承载层结构的基板空间上选择性限定的区域，并沿希望的方向上平行于基板表面施加外部磁场，以进行钉扎。由此，可以在相同的方向上钉扎具有层结构的局部加热区域。如果要在基板上建立不同的钉扎方向，则要以不同的外部磁场定向多次重复所述方法，但不能以不同的方向对空间上紧密相邻的层结构进行钉扎。另一方面，对于通常的方向选择性磁场传感器的构造，需要具有不同优选方向并且具有相同工艺技术特性的层结构，由此，对于紧密相邻的层结构，希望以不同方向钉扎层结构。

8、此外，对于在钉扎过程中可能首先再结晶成l10反铁磁有序相的反铁磁材料，例如ptmn或nimn，低于一秒的激光钉扎是不利的。再结晶过程通常持续数小时并且在实际中通过激光局部加热是无法实现的。

9、由wo 2016/078793 a1已知一种用于对磁场传感器进行多方向钉扎（multipinning）的方法和设备，在所述方法和设备中软磁结构化元件与层结构相邻地布置，所述结构化元件将预处理磁场耦合到所述层结构中。在该文件中提出的方法使得能够将预处理磁场垂直于基板表面地耦合输入，由此可以在多方向钉扎的意义上切向于基板表面设置任意的钉扎方向。通过这种多方向钉扎，例如可以制造具有传感器信号谐波滤波功能的高精度角度传感器，如例如在wo 2016/083420 a1中记载的角度传感器。但在实际应用中，使用这种方法只能实现在远低于1t的范围内的小的钉扎磁通密度，因此这个方法不能用于具有强磁耦合的多层堆叠结构。

10、通过分为固定铁磁层（即参考层）和对外部场反应不同的自由铁磁层（即检测层），可以实现的是，获得外部场变化时获得电阻变化并实现一种传感装置。电阻相关性与也称为自由层（“free layer”）的磁化方向与也称为“钉扎层（pinned layer）”的固定铁磁层的磁化方向之间的角度相关。

11、也称为“简单自旋阀（simple spin valve，ssv）”的仅具有一个固定铁磁层的层结构的缺点在于热稳定性低。特别是存在这样的风险：在应用中，由于出现高温和高磁场，钉扎方向发生旋转。这种效应导致使用这些参考层的传感器的行为发生漂移。这里适用的是，参考层的磁矩越小，磁场的耦合输入和所述层的旋转就越弱。因此，这里有利的是，保持参考层的层厚较小，由此可能的漂移也小。然而，在这种ssv结构中，磁阻效应相对较小。但优点在于，对于参考层的定向仅需要小的磁场强度。

12、在一种改进的参考层结构中，附加于设置在反铁磁层上的第一固定铁磁层，还设有第二固定铁磁层。在这两个固定铁磁层之间设有耦合层，所述耦合层实现两个铁磁层之间的反平行rkky耦合（ruderman-kittel-kasuya-yoshida相互作用）。这种层结构也称为“反平行耦合钉扎层自旋阀（antiparallelly coupled pinned layer spin valve，app-sv）”或“人工反铁磁体”。由于两个固定铁磁层的磁矩大小近似相等并且铁磁层的总磁矩由于反平行定向抵消至近似为零，在运行中，外部磁场仅引起参考层系统磁化方向的微小变化，从而这种app-sv即使在较高温度下也是稳定的。此外，与ssv相比，app-sv的磁阻效应更大。

13、但一个主要缺点在于，由于两个固定铁磁层的磁矩相互抵消（总磁矩约为零），只有当磁通密度的大小足以克服固定铁磁层之间的rkky耦合时，才能钉扎这种层结构。这需要大于1t的磁通密度。这要求用于钉扎过程的高耗费。设有多个应具有不同磁定向的层堆叠或电阻元件的磁场传感器根本无法制造，或者只能以非常高的耗费制造。

14、在无磁场状态下，在自由铁磁层中通常会建立一种磁化方向，所述磁化方向处于层平面内，并且为了闭合磁路，所述磁化方向通常反平行于固定铁磁层的磁化方向定向。自由层中建立的磁化方向的特性在很大程度上由材料厚度和几何形状、特别是层形状的各向异性决定。

15、自由层的位于平面内的磁化方向限制了要测量的磁场强度的线性和动态范围，并且限制了在角度测量方面的精度，或者要求极高的层定向精度，并且由此是不利的。在很多传感器应用中，特别是在角度测量任务中，有必要将自由层中具有不同面内磁化方向的tmr层结构布置在不同的芯片基板上，从而为了互连成传感器桥式电路，需要至少两个独立的芯片基板，所述芯片基板必须以预先确定的角度相互对定向和互连，并且所述芯片基板显著提高了空间需求和制造成本。为此所需的键合线在组装时提高了易出错性，并且容易受到电容性和电感性误差的影响，并且由于空间上的分离，不同芯片基板的层结构带来更高的偏差和公差范围。

16、在de 10 2019 107 689 a1中，已知一种lapp层结构（（杠杆式）反平行耦合钉扎层自旋阀层结构——人工反铁磁体），其在固定层以及自由层中具有水平的磁化方向。关于钉扎步骤记载了，需要加热到阻塞温度以上，并提出了在低磁场强度下任意长时间地进行钉扎。持续时长应为至少1h，优选至少5h，特别是至少12h，这里没有时间上限。在该文献中教导了自由磁化的水平定向，但没有教导自由层的垂直pma定向。

17、另一篇文献us 2015 / 0 137 292 a1公开了一种磁性隧道结（mtj）层结构，其具有较薄的自由感测层，所述自由感测层具有垂直的磁化方向以及由钉扎层固定的、具有水平磁化的参考层。退火过程在300°c下进行2小时。这里没有涉及相邻的并且在参考层中反平行定向的层结构，也没有涉及组合的退火和钉扎步骤。

18、由de 10 2020 200 177 a1和de 10 2020 114 551 a1已知一种与us2015/0137292a1同类的层结构，所述层结构具有垂直磁化的自由pma层和反平行水平磁化的人工反铁磁体，其中没有给出关于制造方法，特别是温度、持续时间、预磁化场的细节。

19、在us2012/0261777a1中记载了一种同类的层结构，其中自由层以及固定层都是垂直定向的。自由层在250°c下结晶（退火），钉扎层在高于200°c的温度下失去其垂直磁化。为了使所有层结晶使用共同的退火，350°c的退火温度可以为此进行一小时。这里既没有提及相邻的、反平行钉扎的层结构，所有磁化也都垂直于层平面，并且在该文献中提到的持续时间和钉扎与退火的组合也与本公开的相关内容相差较远。

20、us2014/0175581a1同样记载了自由层和钉扎层的垂直定向的磁化，并指明了250°c的退火温度。其余情况适用已针对us2012/0261777a1说明的内容。

21、由us2014/0084398a1一般性地指出了在300-350°c的温度下对pma层进行的退火步骤，但这里仅设有单一的钉扎固定层，由此，该文献也没有超出us2014/0175581a1的公开内容。

22、de 10 2021 110 733 a1没有提及具体的层结构构造和根据本公开的层结构的规格，并且仅记载了每个桥式电阻的tmr层结构蛇形和相互嵌套的布置形式。

23、前面提到的文献没有提及对相邻的、反平行定向的层结构进行钉扎的具体工艺条件，并且最多记载了用于调整薄自由层的pma定向的退火步骤的孤立特征，而没有提出通过组合合适的工艺参数实现的lapp结构和pma定向的组合构成方案。

技术实现思路

1、本公开的目的是，给出一种用于磁敏的磁场传感器的磁敏桥式电阻组件、一种磁敏桥式电路以及一种用于制造磁场传感器的磁敏桥式电阻组件的方法，它们相对于现有技术有所改进。

2、特别是，在tmr传感器中引入垂直磁各向异性（perpendicular magneticanisotropy，pma）有助于将可测量的磁场范围从几百oe增加到几千oe，即从几十mt到几百mt。此外，即使对于角度测量任务，也希望将所有tmr层结构集成在一个共同的芯片基板上。这里所追求的传感器构件可以弥补已建立的基于tmr和基于霍尔效应的传感器在其在灵敏度和磁场范围之间的折衷方面的差距。通过在无磁场状态下自由层中磁化占主导的pma取向，自由层的磁优选轴可以在平面之外（out-of-plane，oop）定向，而固定层的磁优选轴位于平面内（in-plane，ip）。由此力求实现减小的磁各向异性误差和提高可测量的磁场范围。

3、所述目的通过根据独立权利要求的桥式电阻组件、桥式电路以及相关的制造方法来实现。本公开有利的构成方案是从属权利要求的主题。

4、根据本公开，提出了一种磁敏桥式电阻组件，所述磁敏桥式电阻组件具有至少两个相邻地设置在基板上的桥式电阻，用于沿主轴方向sa对桥式电路进行磁敏，每个桥式电阻都包括多个tmr层结构的串联电路。每个tmr层结构都包括一个反铁磁层、至少一个第一固定铁磁层和一个自由铁磁层，所述第一固定铁磁层具有基本上沿主轴方向sa的方向并且位于tmr层结构的平面内的第一固定磁化方向，在所述反铁磁层与所述第一固定铁磁层之间存在交换耦合，所述自由铁磁层具有自由磁化方向。在所述自由铁磁层与所述至少一个第一固定铁磁层之间设置非磁性中间层，使得所述桥式电阻组件的电阻特性取决于第一固定磁化方向与跟随外部的要测量的磁场hext的自由磁化方向之间的角度偏差。

5、根据本公开，在无磁场的状态下，所述自由磁化方向垂直于第一固定磁化方向并且垂直于tmr层结构的平面定向，即，平面外地且垂直于层平面地定向，以便形成pma层结构（垂直磁各向异性），并且所述至少两个桥式电阻的相邻地设置在基板上的tmr层结构的第一固定磁化方向彼此不同，尤其是基本上180°彼此相反地定向。

6、此外，根据本公开，在至少260℃至最大350℃的温度下在第一固定层的阻塞温度以上，在从至少1h至最多12h的持续时间期间，并且在磁通密度的强度小于500mt的耦合输入的预处理磁场的能预先确定的场强下，组合式地对自由铁磁层进行用于形成所述pma层结构的自由磁化方向的退火和对第一固定铁磁层进行用于形成相邻的桥式电阻的彼此不同的第一固定磁化方向的钉扎。

7、换言之，提出了相邻的桥式电阻的一种布置形式，所述桥式电阻分别具有pma取向与简单自旋阀（simple-spin-valve）结构或app/lapp结构，即固定铁磁层的合成反铁磁体的组合，所述pma取向具有层结构的平面上的自由层在无磁场状态下垂直的磁场取向，其中，处于其中的固定铁磁层在层平面内在主轴方向sa上具有不同的固定磁场取向，特别是相差180°的磁场取向。

8、在本公开的范围内，提出了退火过程和钉扎过程可在时间上能同时进行的组合：退火过程用于，通过制造为此所需的晶体结构，在自由铁磁层中产生垂直于层结构的层平面的磁场取向的pma取向，或使晶体结构这样“退火”。钉扎过程用于在所述或各所述固定铁磁层中，将固定的磁化方向固定在层结构层面内的一个可预先确定的方向上，这通过借助于耦合到反铁磁层上而锚定（英文：pinning）铁磁层的磁化方向来实现。用于提供自由铁磁层的pma取向的退火过程和用于固定所述固定铁磁层中磁化的钉扎过程在时间上同时地、在相同的温度和时间规定下组合地进行。

9、本公开教导了在时间、温度和预处理磁场强度方面精确的退火和钉扎条件的组合，这些条件应选择成，使得：

10、- 既形成稳定的pma，

11、- 也形成固定层的强人工反铁磁体。

12、这种组合是通过长期而艰苦的开发工作才认识到的，并且由现有技术不是显而易见的，因为本领域技术人员不能从中得到这样组合这些单个特征的启示。特别是，现有技术没有教导具有最长12小时或更短的退火工艺持续时间的工艺时间窗口。

13、所提出的桥式电阻组件实现了一系列优点：

14、在自由铁磁层中引入pma取向使得能够在具有高热稳定性的同时提供高的动态测量场范围。在面内取向的现有技术中，测量范围受到较高的磁各向异性场hk的妨碍，这种磁各向异性场表征了对自由层中的磁化的自由旋转的影响。研究工作表明，通过提供pma取向，测量范围可以扩大至少四到五倍，达到目前为止只能用霍尔传感器实现的范围。所述桥式电阻组件有利地适于测量最高100mt，优选也最高30mt或300oe的弱场，此时，达到100mt和更高的范围能够以高线性度测量。

15、通过pma层结构，还可以在高测量范围内实现测量范围特性曲线的线性化，这在目前为止面内取向的层结构中是不可能的。特别是在最高100mt的场范围内，可以实现无磁滞的特性曲线。与温度相关的斜率特性曲线行为也明显改善，从而传感器在宽范围内对温度不敏感。温度-斜率特性曲线描述了用“%”表示的信号行为-灵敏度与温度变化的相关，其中，tc_slope特征值表征温度-斜率特性曲线的梯度。此外，在自由铁磁层的pma层结构中，自由层的形状不再是主导因素，从而与层结构的形状各向异性具有主导影响的面内层结构相反，tmr电阻元件的形状设计是可以自由选择的。由此，由于其对几何规格的要求较低，pma层结构可以更有利地制造，特别是从例如大于50nm的面内层结构显著减少到约1nm或更小的自由层厚度带来了成本优势。由于多钉扎的可能性而将所有tmr层结构集成在一个共同的芯片基板上使得可以省去不同芯片基板用于形成传感器构造的键合连接，由于各层结构在空间上靠近，这实现了更低的制造误差、减少的层结构偏移和改善的信号质量。最后，pma层结构也可以用于测量所谓的面外场（oop），从而特别是在空间需求受限的3d测量任务中，pma层结构相对于2d面内层结构是有利的。

16、通过给相邻的tmr层结构设置不同的钉扎方向，可以实现有效的谐波滤波，以便在角度传感器中减小与场强相关的角度误差。由于可多钉扎性，为了所有传感器任务、特别是为了角度测量将所有层结构集成在共同芯片基板上使得可以以低构件公差集成整个传感器。最后，通过自由铁磁层的相同pma取向，可以在一个共同的芯片基板上提供传感器桥式电路的所有tmr层结构。自由磁层没有耦合到tmr层系统中的其他层上。

17、在一个有利的改进方案中，可以在第一固定铁磁层与中间层之间设置耦合层和第二固定铁磁层，以用于形成app或lapp层结构（（杠杆式）反平行耦合钉扎层自旋阀层结构—人工反铁磁体）。lapp层结构是app层结构的子集，并且具有固定铁磁层的不同磁矩。如果替代ssv层结构设置参考层的app/lapp层结构，则除了第一固定铁磁层之外，还存在通常具有相反的磁化方向的第二固定铁磁层。两个定向都位于所述平面内。自由磁层的磁化方向垂直于这个平面，即具有pma取向。

18、在上述实施例的一个有利改进方案中，所述第一固定铁磁层可以具有第一磁矩，并且所述第二固定铁磁层可以具有所述app/lapp层结构的第二磁矩。优选地，所述第一磁矩与每个lapp结构的第二磁矩的商可以不等于1，尤其在1.3至2.3之间，优选为1.6。由此存在一种（杠杆式）反平行耦合钉扎层自旋阀层，即所谓的lapp层结构。此外，第一固定铁磁层和第二固定铁磁层的材料组成和/或层厚优选可以是不同的。在这个改进方案中提出，与反铁磁层耦合的第一固定铁磁层的第一磁矩与反平行地与第一铁磁层耦合的第二固定铁磁层的第二磁矩的商在1.3至2.3之间，优选为1.6。由此，通过交换耦合与反铁磁层耦合的第一固定铁磁层具有大约两倍于第二固定铁磁层的磁矩，所述第二固定铁磁层位于第一固定铁磁层的背向反铁磁层的一侧，并通过非磁性耦合层与第一固定铁磁层反平行地耦合。由此，反铁磁层、第一和第二固定铁磁层以及耦合层形成一个参考层堆叠，所述参考层堆叠可以在非常低的磁场强度下被钉扎。所述层结构的两个铁磁层mfm1和mfm2产生的总磁矩m_app_sv由下式得出：

19、m_app_sv=mfm1–mfm2

20、并且这里远小于具有类似磁阻特性的简单自旋阀（simple spin valve，ssv）层结构产生的矩mssv。这种层结构可称为（杠杆）反平行耦合钉扎层结构（(l)app——(leveraged) antiparalelly coupled pinned layer spin valve）。

21、通过不同的可以在所含化学元素和/或元素比例方面有区别的材料组成，其可以在所含化学元素和/或元素比例方面有所不同，改变了参考层堆叠的固定铁磁层的不同磁矩的构成。这样，第一固定铁磁材料组成可以是cofe合金，此时特别是fe的质量比例或原子百分比在5%至15%之间，优选为10%。第二固定铁磁材料组成可以是cofeb合金，此时，在相应的公差偏差范围内，co和fe的质量比例或原子百分比分别为40%，而b的比例为20%，这里，公差偏差包括的是，相应的比例与针对该比例相应提到的值的偏差不超过5个百分点，优选不超过2.5个百分点。

22、此外，第一固定铁磁层可以具有第一层厚度l1，并且第二固定铁磁层可以具有第二层厚度l2，其中，第一和第二层厚度的商l1/l2在1.2至2.5之间。

23、相对于开头提到的层结构，特别是相对于app结构，在这个实施形式中，lapp结构中所需的钉扎磁场强度在数量级上减少了约10倍。由此，层结构的这种lapp改进方案构成在钉扎过程的可实施性、热稳定性和磁稳定性以及tmr效应大小方面的优化。

24、反铁磁层例如可以由femn、irmn、ptmn、nimn制成，并且可以具有在5nm至30nm之间厚度。

25、根据一个有利的实施形式，所述耦合层包含、特别是仅包含ru，并且具有在0.3nm至1.5nm之间，优选在0.35nm至0.85nm之间，优选为0.5nm的厚度。耦合层实现第二固定铁磁层相对于第一固定铁磁层的反平行定向，所述耦合层例如可以由金属的非磁性材料组成，例如由ru组成，并且可以具有在0.3nm至1.5nm之间的厚度。

26、在一个有利的改进方案中，一个桥式电阻的所述多个tmr层结构可以作为排，尤其是弯曲的排设置在所述基板上。此外，优选可以将桥式电阻的排尤其是蛇形地并相互嵌套地、特别是以叉指式相互嵌接的布置形式相邻地设置在所述基板上，在所述叉指式相互嵌接的布置形式中，不同桥式电阻的排交替地并排布置。由此，可以在相邻桥式电阻组件的磁阻特性基本上相同的情况下实现紧凑的芯片设计。

27、在一个有利的改进方案中，不同的桥式电阻的相邻的tmr层结构的中心间距△d为50µm或更小，优选为20µm或更小，尤其是为12µm或更小。有利地，由此可以将两个相同地构成并且相邻的tmr元件设置在一个基板上，并且对应的第一固定铁磁层以及必要时还有第二固定铁磁层的磁化方向可以彼此不同，特别是彼此相反地定向。此时，相邻的tmr元件包括相同的层组，并在相同的沉积过程中特别是同时制造。这里，相邻tmr元件的中心距离d可以优选为50µm或更小，特别是20µm或更小。这里，通过至少暂时地在两个tmr元件之间设置一个铁磁的、优选软磁的结构化元件，可以将预处理磁场优选地垂直于基板表面耦合到结构化元件中。结构化元件的杂散场作为有效的钉扎磁场沿结构化元件的边缘起作用，以便对第一固定铁磁层的磁取向进行定向，所述杂散场包含平行于基板表面和垂直于结构化元件侧面走势定向的场分量。为此，可以选择在基板上的层结构或tmr元件的较小的中心距离d，并且在其间在基板上构造结构化元件或者暂时引入结构化元件，例如以冲头的形式引入。预处理磁场可以在基板上整面地作用，此时，在结构化元件的位置处，对应于所述预处理磁场的边缘定向，可以通过由预处理磁场导出的局部作用的钉扎磁场沿平行于基板表面的不同的方向实现钉扎。在传统的激光钉扎方法中，平行于基板表面耦合输入的面内钉扎磁场——由此预处理磁场等于钉扎磁场——并且通过短暂的激光加热超过阻塞温度，与传统的激光钉扎方法不同，根据这个改进方案，可以在低磁场强度下，在任意长的时间段内，以不同方向对基板上几乎所有层结构整体进行钉扎。在实践中，这意味着一个芯片基板上的所有传感器的所有tmr元件都可以在一个步骤中被钉扎。

28、通常，第一固定铁磁层的钉扎方向位于主轴方向上。在一个有利的改进方案中，相邻的桥式电阻的至少三个、尤其是四个或更多个tmr层结构可以排状地彼此相邻设置。此时，这些tmr层结构的第一固定磁化方向可以彼此不同，尤其是，相邻的桥式电阻成对相对置的层结构的第一固定磁化方向可以在主轴方向sa上相对于彼此基本上180°相反地定向，以便提供多钉扎并且关于沿主轴方向的磁场的测量实现谐波滤波。优选地，一个桥式电阻的多个tmr层结构的串联电路可以包括多组tmr层结构，这些组的第一固定磁化方向可以关于主轴方向sa对称地倾斜，优选地相对于彼此倾斜90°、45°、36°、30°或15°。

29、在一个有利的改进方案中，在每个层结构中，至少第一固定铁磁层可以由第一铁磁性材料组成、优选由cofe/cofeb材料组成构成。此外，在实施退火过程之前，所述自由铁磁层可以由含硼的第二铁磁性材料组成构成，优选由含硼的钴铁化合物、特别是cofeb构成。此时，所述自由铁磁层的层厚可以小于第一固定铁磁层的层厚，并且可以最大为1.5nm或更小。固定铁磁层，即参考层或反铁磁体，可以具有更大的层厚度，以便获得更多的外部磁场信号，并由此根据反铁磁体的取向磁化处于层平面内并且不是垂直于层平面。

30、在一个有利的改进方案中，可以与自由铁磁层直接相邻地在自由铁磁层背向非磁性中间层的侧面上设置第三材料组成的至少单层的结构作为退火工艺层，所述第三材料组成优选包含ta、hf、w、mo、tan或tao。所述退火工艺层的第三材料组成可以适于在退火过程中从自由铁磁层的含硼的第二铁磁材料组成中吸出硼并且本身不会扩散到自由铁磁层中。所述结构优选可以具有在5至10nm的范围内的层厚度。第三材料组成如海绵一样起作用，以便在从无定形cofeb到结晶cofe的结晶过程的范围内从自由铁磁层中吸收硼，而自身不会扩散到自由铁磁层中。由此，所提出的用于形成包含cofeb的自由铁磁层和包含吸硼材料的退火工艺层的结构以在固定铁磁层、参考层上构成的方式形成以下材料和层结构：非磁性中间层（mgo或alox）+自由铁磁层（cofeb）+具有可从cofeb中吸出硼而此时自身不会“迁移”到cofeb中的材料的退火工艺层。所述材料可以是ta、hf、w、mo、tan、tao。

31、在一个有利的改进方案中，所述非磁性中间层可以由非铁磁性金属氧化物，特别是mgo或alox，尤其是al2o3组成并且具有在1nm至3nm、优选1.8nm至2.2nm之间、尤其为2nm的层厚度。附加或备选地，所述非磁性中间层可以具有在200 ωμm2至200 kωμm2、特别是400ωμm2至3 kωμm2的范围内的面电阻ra。非磁性中间层的电阻r由r=ra/a得出，其中ra为面电阻并且a为中间层的面积，并且由此得到电阻的单位为[ω]= [ ω µm2]/ [µm2]。由此，对于面电阻适用的是ra=ra，由此得出[ohmµm2]=[ohm][µm2]。由于层厚度的测量可能很困难，面电阻ra给定的值对应于相应的层厚度。对于非磁性中间层，面电阻有利在200-200000ω µm2，特别是400-3000 ω µm2的范围内。面电阻ra对于关于非磁性中间层的层厚度的垂直电流流动和对于作为材料常数的电阻率值描述了电阻。

32、在一个有利的改进方案中，所述tmr层结构在基板上设置成，使得每个tmr层结构都可以构造成具有下部的基底电极和上部的终止电极，所述下部的基底电极优选构造成种子层（籽晶层）。这里，在所述至少一个第一固定磁化铁磁层中，第一固定磁化方向可以沿钉扎方向定向，并且在自由铁磁层中，与第一固定磁化方向垂直定向的第二磁化方向在无磁场的状态下可以自由调整。由此，所述层结构有利地设置在基板上，此时可以在基板和反铁磁层之间施加所谓的种子层，所述种子层可以促进反铁磁层的生长，并且所述种子层可以用作基底电极。原则上，种子层和覆盖或终止电极层之间的层结构可以以与这里描述的顺序相反的顺序设置在基板上。

33、在一个有利的实施形式中，所述桥式电阻组件的输出信号s的温度-斜率特性曲线关于温度t的变化行为可以至少在从-40℃至120℃的温度范围内基本保持恒定，并且优选在小于或等于±0.2%/k、尤其是在±0.1%/k的范围内。温度-斜率特性曲线表征信号灵敏度s（%）随环境温度（开尔文k）的变化。由此，所述特性曲线的行为描述了测量环境温度对传感器信号行为的影响。变化行为，即温度-斜率特性曲线的梯度，作为tc_slope特征值给出。在这个实施形式中所要提出的建议是，变化行为是恒定的，即在温度上，信号行为相对于温度变化表现为线性的，即tc_slope特征值在温度上保持恒定，并且温度-斜率特性曲线在温度走势上形成一条直线。此外，提出了非常小的+/-0.2%/k，特别是+/-0.1%/k的梯度，即在温度上的灵敏度变化非常小，从而桥式电阻组件对于温度波动是极为稳健的。这可以通过适当地选择制造参数来实现，例如以选择制造工艺温度的持续时间和大小以及合适的材料选择来实现。

34、在一个并列方面中，提出了一种磁敏桥式电路，所述磁敏桥式电路尤其是用于电流传感器或角度传感器，并且优选用于对最高30mt的弱磁场进行矢量测量，所述桥式电路包括：基板；根据前面所述实施形式中的任一个实施形式所述的桥式电阻组件的至少两个或更多个相邻地设置在基板上的桥式电阻的布置系统；以及至少一个能至少暂时引入的并与相应的tmr层结构相邻设置或部分重叠设置的、优选重叠地设置在两个或更多个相邻设置的tmr层结构之间的铁磁性、优选软磁性的结构化元件。这里所述结构化元件可以构造和设置成用于影响进入所述或各所述结构化元件中的预处理磁场hz，使得至少在相邻的tmr层结构的第一固定铁磁层中，与结构化元件的杂散磁场不同地定向的磁场分量作为钉扎场m0起作用，所述磁场分量平行于tmr层结构的层平面延伸。所述预处理磁场hz可以是能够优选垂直于基板的表面地耦合输入到所述结构化元件中，并通过由此产生的钉扎场m0可以在退火过程中对所述至少一个第一固定铁磁层的第一固定磁化方向进行钉扎，并且可以与此同时地形成tmr层结构的自由铁磁层的pma层结构。

35、例如由光刻结构化的镍铁合金制成的铁磁的、优选软磁的结构化元件设置成，使得预处理磁场同时地并且垂直于相应层结构表面地耦合进入所述一个或多个结构化元件中，并在所述层结构的位置处还产生平行于相应层结构表面的磁场分量，所述磁场分量至少局部地穿过第一和第二铁磁层。由此，相邻的层结构可以因此被不同定向的、优选相反的钉扎磁场穿透。因此，预处理磁场可以是垂直命中层结构表面的均匀磁场，并且由于结构化元件的导磁特性和几何形状，所述预处理磁场非均匀的杂散场的形式也平行于层结构表面在边缘处射出，并对相邻的层结构进行钉扎。由此，可以在相应的层结构中设置任意的钉扎方向，此时，单个结构化元件也可以同时地并且沿不同的方向钉扎多个层结构。不同的钉扎方向基本上取决于结构化元件的相对于基板表面界定结构化元件的轮廓形状。

36、钉扎方法在高于反铁磁层与第一固定铁磁层之间的阻塞温度的钉扎温度下在可预先确定的钉扎时间期间实施。这个持续时间和工艺温度有利地同时用于自由铁磁层中的退火过程，以便使非结晶的cofeb结晶成cofe，从而同时提供自由铁磁层的pma取向。

37、已经表明，铁磁的、优选软磁的结构化元件特别适于钉扎基板上的层结构，这可以归因于，为了钉扎本公开的层结构，只需要在基板平面内提供具有小于500 mt、优选小于130 mt的较低强度的预处理磁场，并且由此产生的钉扎磁场甚至更小，所述钉扎磁场的强度通常小于预处理磁场强度的80%，多数情况下小于50%。尤其是，可以在一个磁场传感器上设置多个根据本公开的层结构，这些层结构在不同空间方向上磁化，并且特别是形成惠斯通电桥。

38、在另一个并列的方面中，提出一种用于制造根据前述实施形式中任一个实施形式所述的桥式电阻组件的方法，所述方法包括以下步骤：

39、- 将相邻的tmr层结构以所述顺序或以相反的顺序在种子层与覆盖层之间施加到基板上；

40、-在相邻的tmr层结构之间施加至少一个优选暂时设置的铁磁性结构化元件；

41、-将tmr层结构加热到高于阻塞温度的、最少260℃至最高350℃的温度，以便启动退火过程，此时，反铁磁层与第一固定铁磁层之间的交换耦合被解除，并且开始在自由铁磁层中构成pma层结构；

42、-在退火过程期间，将尤其是垂直于基板的表面定向的磁通密度强度小于500mt的预处理磁场hz耦合进入已加热的tmr层结构中，以便至少在至少1h至最多12h之间的能预定的时长期间同时建立钉扎场m0，所述钉扎场具有相邻的tmr层结构的所述至少一个第一固定铁磁层的不同的第一固定磁化方向，在所述时长中，tmr层结构的温度高于阻塞温度，以及

43、-在退火过程结束预定的时长之后，在存在预处理磁场hz的情况下，将tmr层结构冷却到低于阻塞温度的温度；

44、由此，与相邻tmr层结构中不同的第一固定磁化方向同时地在作为pma层结构的自由铁磁层中形成自由磁化方向。

45、可选且优选地，暂时引入的铁磁的、优选软磁的结构化元件可以紧接着退火过程之后再次移除。

46、在第一步骤中，在芯片基板上施加至少一个、特别是多个磁阻层结构，所述磁阻层结构具有对应于一个或多个前面所述的方面的层构造。为了对第一固定铁磁层或第一和第二固定铁磁层中的钉扎方向进行定向，施加高于阻塞温度的温度，使得第一固定铁磁层和反铁磁层之间的交换相互作用被解除。固定层现在不再由相邻的反铁磁层钉扎并且表现为类似于自由铁磁层。接下来进行的是，使一个也称为预处理磁场的外部磁场耦合进入，此时，引导所述磁场的场线通过铁磁的、优选软磁的结构化元件，即在具有平行于基板平面定向的磁场线的杂散场中引导所述磁场的场线，使得所述磁场的场线在适当位置处作为平行于层平面的钉扎磁场进入所述层结构，并在这里实现第一铁磁层的可调整的磁化。

47、与钉扎过程同时，自由层中的退火过程如下进行：在退火期间，例如，第三材料组成的钽可以从自由层的非结晶的cofeb中吸出硼。然后，留下的cofe具有mgo的立方晶系的bcc结构，这又导致高的界面各向异性。高pma的起源在于co和fe的3d轨道与氧的p轨道的杂化。发生到氧轨道的电荷转移，而平面外3d轨道与3d面内轨道相比电子减少。这最终导致提高的平面外轨道矩，并最终导致pma。在cofe(b)中，现在同时存在两种效应。一方面是在界面处形成的突出于平面的pma，另一方面是位于平面内的体各向异性。哪种效应占主导地位取决于cofeb的组成、退火温度或钉扎温度以及cofeb的层厚度。

48、时间和温度方面的退火和钉扎条件必须选择成使得：

49、- 形成pma；

50、- 在考虑多钉扎方法的情况下，在反铁磁层和第一铁磁层之间建立强且稳定的耦合。

51、反铁磁层和第一铁磁层之间的交换耦合仅在冷却到阻塞温度以下时才在磁场中建立。第一铁磁层根据外部磁场定向。当冷却到反铁磁层的阻塞温度以下时，反铁磁层在反铁磁层和第一固定铁磁层之间的界面处的自旋跟随第一固定铁磁层的自旋，并在低于这个温度时也保持在这个定向上。

52、现在，当外部磁场消失时，只要温度低于阻塞温度，第一固定铁磁层的钉扎磁化通过反铁磁层在其定向上保持固定。在此之上，反铁磁层失去其反铁磁特性。这里，自由层的退火过程必须设计成，使得在自由铁磁层中通过扩散过程吸出硼，并且非结晶的cofeb向结晶的cofeb的转化被改变，使得与钉扎过程同时形成垂直的磁化。制造方法结束后，通常再次移除为了单独调整固定铁磁层中的钉扎方向而引入的铁磁的、优选软磁的所述或各所述结构化元件。

53、在所述制造方法的一个有利的改进方案中，为了对固定铁磁层进行钉扎和为了对自由层进行退火，可以将tmr层结构的布置系统加热到至少270℃至290℃，特别是280℃的温度。此时，优选地，所述温度可以取决于自由铁磁层的厚度。这是因为，在退火温度和对于磁定向决定性的自由层厚度之间通过由于扩散形成的死层和cofeb的结晶度而存在关联。

54、在所述制造方法的一个有利的改进方案中，耦合进入的预处理磁场hz的磁感应强度小于200mt，尤其是小于100 mt。由此，特别是基于反平行耦合自旋阀层结构（lapp-leveraged antiparalelly coupled pinned layer spin valve）的tmr元件可以容易地并且成本低廉地制造。

55、在所述制造方法的一个有利的改进方案中，用于对固定铁磁层进行钉扎和对自由层进行退火的持续时间可以在3h至7h之间，特别是为5h。通过选择在高温下的耦合时间，可以实现反铁磁层的有序的l10层定向，由此显著改善了反铁磁特性，并优化了自由层中实现pma取向的结晶过程。

56、用于形成自由层的pma取向的退火时间和退火温度同时也是钉扎持续时间和钉扎温度，并显著影响桥式电阻组件的温度敏感性。已经证实，通过改变退火温度或退火时间，可以有针对性地调整温度-斜率特性曲线。

57、在另一个并列的方面，提出了一种用于制造前面所述的磁敏桥式电路的方法，所述方法包括以下步骤：

58、- 根据前述和相关的制造方法制造桥式电阻组件；其中

59、- 至少暂时地施加所述至少一个铁磁的、优选软磁的结构化元件，其中

60、- 在退火过程中，通过所述结构化元件将预处理磁场hz作为钉扎场m0耦合输入到具有不同磁化方向的tmr层结构中，在所述退火过程中，同时在自由铁磁层中形成pma层结构，并且此后优选地，

61、- 在退火过程结束之后，再次移除所述结构化元件。

62、所述根据本公开的方法用于制造根据本公开的磁敏桥式电路，所述磁敏桥式电路根据前面说明的方面包括至少一个铁磁的、优选软磁的结构化元件，在所述方法中，包括前面说明的根据本公开的用于制造层结构的方法连同该方法的有利的设计方案，以用于同时对固定铁磁层进行钉扎和对自由铁磁层进行退火，以便建立pma取向，并且包括至少暂时地施加所述至少一个结构化元件。

63、根据本公开，通过所述结构化元件将预处理磁场作为钉扎磁场耦合输入所述层结构中。在钉扎过程期间，通过退火过程进行自由层的材料组成的结晶。优选地，在钉扎结束之后可以再次移除所述结构化元件，从而可以例如通过常规的光刻和电镀方法将所述结构化元件暂时地施加在基板上，并且借助于蚀刻方法或材料去除方法再次移除所述结构化元件。也可以设想的是，将冲头形式的结构化元件暂时降低到基板上方，并由此耦合输入预处理磁场。备选地，铁磁的结构化元件也可以作为用于外部磁场的磁通引导元件至少局部地保留。

64、在前面所述的用于制造前面所述的磁敏桥式电路的方法的一个有利的改进方案中，可以在基板上施加至少两个相邻的并且相互间隔开的桥式电阻的布置系统，并且在形成桥式电阻的tmr层结构的相邻的排之间可以将结构化元件至少暂时地施加到基板上。此时，在组合的钉扎和退火过程期间，可以垂直于基板的表面将预处理磁场hz耦合输入到结构化元件中，从而由结构化元件产生的杂散磁场可以作为钉扎场m0基本上平行于基板的表面地提供相邻的tmr层结构钉扎场m0的不同取向，所述钉扎场的定向取决于结构化元件的侧面几何形状，使得相邻的tmr层结构的钉扎场m0的定向可以彼此不同，特别是基本上相反地定向，而同时在自由层中可以形成pma层结构。平行于基板表面的、来自预处理磁场的、对钉扎有效的磁场分量的定向取决于结构化元件的边缘几何形状，使得相邻层结构的钉扎磁场的定向优选可以彼此不同，特别是可以相反地定向。通过所述制造方法的这个改进方案，即使在tmr元件的参考层包含两个反平行耦合的固定铁磁体时，也可以利用较弱的小于500mt、优选小于200mt、特别是小于100mt的预处理磁场以空间上紧密相邻的布置沿不同的优选方向上对tmr元件进行钉扎。

65、就是说，通过这些方法的组合，特别是长时间钉扎和同时退火的可能性与层结构在紧密相邻的布置结构和材料中的特殊顺序（材料选择）的组合，可以在传感器中以附加地热稳定的反铁磁耦合的第一和第二固定铁磁层和自由铁磁层中的pma取向提供特别热稳定的处于优化的l10相中的反铁磁材料，如irmn、ptmn和nimn，并且可以在狭窄的空间中附加地布置不同的tmr元件，除了参考层的钉扎方向以外，这些tmr元件具有相同的特征并且相同地制造，钉扎方向可以在方向上是任意地不同的，并且优选相反地定向。

66、所述层结构、所述磁阻桥式电路和所述制造方法的其他有利的设计方案由说明书、附图和从属权利要求得出。