Selektives Laser-Annealing in der GMR- und TMR-Fertigung

In nur einem Fertigungsschritt lassen sich mit der micro Vega xMR-Anlage von 3D-Micromac auf nur einem Sensorchip unterschiedliche Referenzmagnetfeld-Richtungen realisieren („Pinning Prozess“). Der magnetoresistive Effekt bei GMR- (Giant Magnetoresistance) und TMR-(Tunnel Magnetoresistance)-Sensoren wird durch das gezielte Ausrichten magnetischer Schichten erreicht. Bisher erfolgt dies durch ein globales Magnetfeld bei gleichzeitiger Erwärmung des gesamten Wafers. Dieser Ansatz erfordert jedoch eine aufwendige Prozesskette bis zum fertigen Sensor in einem Multi-Chip-Package. Durch das selektive Erwärmen mit dem Laserspot werden im Sub-ms-Takt die Sensoren im monolithischen Chip-Package ausgerichtet.

Höhere Packungsdichte

Das neue Annealing-Verfahren ist sehr selektiv und schnell – bis zu 500.000 Sensoren pro Stunde können bei einem typischen Wafer-Design bearbeitet werden. Alle Systemparameter wie Puls-Energie, Sensor-Dimensionen, Abstand zwischen Sensoren und magnetische Feldstärke lassen sich rein rezeptbasiert einstellen. Die Selektivität des Kurzpuls-Lasers erlaubt eine deutliche Verringerung der Abstände zwischen den Sensoren und zur Auswerteelektronik, wodurch sich die Anzahl der Bauelemente pro Wafer signifikant erhöhen lässt. Die Genauigkeit bei der Ausrichtung der Magnetfeldrichtung beträgt ±0,010° – ein weiteres wichtiges Kriterium für die Herstellung sensitiver Sensoren.
Die Flexibilität in Kombination mit der hohen Präzision und Wiederholgenauigkeit des Tools bewirkt eine Yield-Steigerung für bereits in Produktion befindliche Produkte und gibt den Entwicklern eine viel größere Designfreiheit für die Sensoren.

In der Praxis schon bewährt

In der TMR-Sensor-Fabrik von Crocus Technology im kalifornischen Santa Clara ist ein micro Vega xMR-System bereits im Einsatz. Die dort gefertigten Sensoren kommen unter anderem in der Unterhaltungselektronik und in IoT-Anwendungen zum Einsatz. Zack Deiri, Vorstand und CEO von Crocus Technology, sagt dazu: „Mit der micro Vega xMR von 3D-Micromac steht uns ein flexibler und trotzdem stabiler Ansatz für die Fertigung von integrierten Magnet-Sensoren zur Verfügung. Das Laser-Annealing-System ermöglicht es uns, neue Sensor-Designs zu implementieren, unsere Produktionskosten zu senken und auch den Durchsatz zu erhöhen.“
Die Nachfrage nach Magnet-Sensoren steigt stetig. In der Unterhaltungselektronik sind sie zum Beispiel als elektronische Kompasse in Smartphones und Wearables im Einsatz. Magnetsensoren für Rotation werden als Winkelsensoren bei bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC) sowie in der Automobilindustrie als Lenkwinkelsensoren oder bei elektronischen Gaspedalen verbaut.