[發(fā)明專利]一種磁傳感裝置及該磁傳感裝置的制備工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310415659.9
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN104459575A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊鶴俊;張挺
• 申請（專利權(quán)）人: 上海矽睿科技有限公司
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;H01L43/12
• 代理公司: 上海金盛協(xié)力知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種磁傳感器，尤其涉及一種磁傳感裝置的制備工藝。

背景技術(shù)

磁傳感器按照其原理，可以分為以下幾類：霍爾元件，磁敏二極管，各項異性磁阻元件（AMR），隧道結(jié)磁阻(TMR)元件及巨磁阻(GMR)元件、感應(yīng)線圈、超導(dǎo)量子干涉磁強計等。

電子羅盤是磁傳感器的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，隨著近年來消費電子的迅猛發(fā)展，除了導(dǎo)航系統(tǒng)之外，還有越來越多的智能手機和平板電腦也開始標(biāo)配電子羅盤，給用戶帶來很大的應(yīng)用便利，近年來，磁傳感器的需求也開始從兩軸向三軸發(fā)展。兩軸的磁傳感器，即平面磁傳感器，可以用來測量平面上的磁場強度和方向，可以用X和Y軸兩個方向來表示。

以下介紹現(xiàn)有磁傳感器的工作原理。磁傳感器采用各向異性磁致電阻（Anisotropic?Magneto-Resistance）材料來檢測空間中磁感應(yīng)強度的大小。這種具有晶體結(jié)構(gòu)的合金材料對外界的磁場很敏感，磁場的強弱變化會導(dǎo)致AMR自身電阻值發(fā)生變化。

在制造、應(yīng)用過程中，將一個強磁場加在AMR單元上使其在某一方向上磁化，建立起一個主磁域，與主磁域垂直的軸被稱為該AMR的敏感軸，如圖1所示。為了使測量結(jié)果以線性的方式變化，AMR材料上的金屬導(dǎo)線呈45°角傾斜排列，電流從這些導(dǎo)線和AMR材料上流過，如圖2所示；由初始的強磁場在AMR材料上建立起來的主磁域和電流的方向有45°的夾角。

當(dāng)存在外界磁場Ha時，AMR單元上主磁域方向就會發(fā)生變化而不再是初始的方向，那么磁場方向M和電流I的夾角θ也會發(fā)生變化，如圖3所示。對于AMR材料來說，θ角的變化會引起AMR自身阻值的變化，如圖4所示。

通過對AMR單元電阻變化的測量，可以得到外界磁場。在實際的應(yīng)用中，為了提高器件的靈敏度等，磁傳感器可利用惠斯通電橋檢測AMR阻值的變化，如圖5所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態(tài)相同的AMR電阻，當(dāng)檢測到外界磁場的時候，R1/R2阻值增加ΔR而R3/R4減少ΔR。這樣在沒有外界磁場的情況下，電橋的輸出為零；而在有外界磁場時，電橋的輸出為一個微小的電壓ΔV。

目前的三軸傳感器是將一個平面（Ｘ、Ｙ兩軸）傳感部件與Ｚ方向的磁傳感部件進行系統(tǒng)級封裝組合在一起，以實現(xiàn)三軸傳感的功能（可參考美國專利US5247278、US5952825、US6529114、US7126330、US7358722）；也就是說需要將平面?zhèn)鞲胁考埃诜较虼艂鞲胁考謩e設(shè)置于兩個圓晶或芯片上，最后通過封裝連接在一起。目前，在單圓晶/芯片上無法同時實現(xiàn)三軸傳感器的制造。

為了使三軸磁傳感器可以設(shè)置于一個圓晶或芯片上，本申請人于2012年12月24日申請了一件發(fā)明專利，名稱為《一種磁傳感裝置的制備工藝》，專利號為201210563952.5；該工藝中，將導(dǎo)磁單元設(shè)置于溝槽中，導(dǎo)磁單元用于感應(yīng)Z軸方向的磁場；感應(yīng)單元靠近溝槽設(shè)置，能接收導(dǎo)磁單元的信號，并根據(jù)該信號測量出Z軸方向的磁場。

然而，溝槽中的導(dǎo)磁單元由于是沉積在傾斜的溝槽側(cè)壁上，因此其厚度遠低于沉積于基底上的感應(yīng)單元的厚度，而導(dǎo)磁單元的厚度越薄其性能越差；同時，如果感應(yīng)單元（感應(yīng)X軸、Y軸方向的磁場）的厚度較厚，也會損失X軸、Y軸方向的靈敏度。

有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計一種新的磁傳感裝置制備工藝，以便克服現(xiàn)有磁傳感裝置的上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種磁傳感裝置，可提高磁傳感裝置的感應(yīng)能力及靈敏度。

此外，本發(fā)明還提供一種磁傳感裝置的制備工藝，可提高磁傳感裝置的感應(yīng)能力及靈敏度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種磁傳感裝置，所述裝置包括第三方向磁傳感部件，所述第三方向磁傳感部件包括：

基底，其表面開有溝槽；

導(dǎo)磁單元，包括第一導(dǎo)磁單元、第二導(dǎo)磁單元，所述第一導(dǎo)磁單元的主體部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，并有部分露出溝槽至基底表面；所述第二導(dǎo)磁單元的主要部分設(shè)置于溝槽內(nèi)，第二導(dǎo)磁單元與第一導(dǎo)磁單元之間設(shè)有第一介質(zhì)材料；所述導(dǎo)磁單元用以感應(yīng)第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應(yīng)單元進行測量；

感應(yīng)單元，設(shè)置于所述基底表面上，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結(jié)合導(dǎo)磁單元輸出的磁信號，能測量被導(dǎo)磁單元引導(dǎo)到第一方向或/和第二方向的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直。