[發明專利]一種磁傳感裝置及該裝置的制備方法

在審

• 申請號: 201410085278.3
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN104914385A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 張開明;張挺
• 申請（專利權）人: 上海矽睿科技有限公司
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;G01R35/00;G01R3/00
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 王松

技術領域

本發明屬于半導體器件及工藝技術領域，涉及一種磁傳感裝置，尤其涉及一種磁傳感裝置的制備方法。

背景技術

電子羅盤是磁傳感器的重要應用領域之一，隨著近年來消費電子的迅猛發展，除了導航系統之外，還有越來越多的智能手機和平板電腦也開始標配電子羅盤，給用戶帶來很大的應用便利，近年來，磁傳感器的需求也開始從兩軸向三軸發展。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。

AMR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強度的大小。

為了使測量結果以線性的方式變化，AMR陣列上的金屬導線呈45°角傾斜排列，電流從AMR材料上流過經金屬導線后電流的流向與AMR線的角度旋轉45°，如圖1所示即在沒有外加磁場的情況下AMR線自極化方向與電流呈現45°的夾角。

當存在外界磁場Ha時，AMR單元上的極化方向就會發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也會發生變化，如圖2所示,從而引起AMR自身阻值的變化。

通過對AMR單元電阻變化的測量，可以得到外界磁場的強度和方向。在實際的應用中，為了提高器件的靈敏度等，磁傳感器可利用惠斯通電橋或半電橋檢測AMR阻值的變化，如圖3所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態相同的AMR電阻R0，當檢測到外界磁場的時候，R1/R2阻值增加ΔR而R3/R4減少ΔR(或相反)。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（將X/Y方向豎在基板上）進行系統級封裝組合在一起，以實現三軸傳感的功能；也就是說需要將平面傳感部件及Z方向磁傳感部件分別設置于兩個圓晶或芯片上，最后通過封裝與外圍電路連接在一起，一個傳感器器件里面可能包含三個分立的芯片。這樣的方法的優點是具有較好Z軸性能（與X、Y軸的性能基本一樣），技術門檻較低，但是對封裝要求很高，引入較高封裝成本（封裝的成本占據整個芯片成本的很大部分），另一方面，這種方法得到的器件的可靠性較差，器件的尺寸也難以進一步縮小。

同時，現有Z軸傳感器的檢測方法比較復雜，通常的檢測方法是在芯片測試平臺上施加外圍磁場，從而測試芯片的靈敏度，一方面對于測試系統提出了較高的要求、提高了測試成本，另外一方面，在很多應用中，還是需要用到芯片內部的自檢測系統，例如在手機開機的時候，往往需要進行自檢測，檢測芯片的狀態，Z軸的自檢測設計和制造比較困難，現有一些自檢測方法的精度較低。

此外，磁傳感器的應用中通常需要ASIC外圍電路進行驅動，當前主要采用ASIC芯片和磁傳感芯片進行SIP封裝。而SOC的單芯片模式是發展方向，其特點是具有更高的集成度，更好的綜合性能和較低的成本。SOC模式是在ASIC芯片的頂層金屬上方繼續制造磁傳感器，最終使磁傳感器與ASIC有機結合，避免了采用引線方法進行連接。

在制造ASIC芯片的時候，通常會采用4-6層金屬層；在ASIC芯片與磁傳感器結合時，通常是在ASIC芯片的頂層金屬top?metal做完之后再沉積3um的介質層IMD，然而3um的IMD的引線存在很大困難，很難連出來。導致現有的制備工藝流程比較復雜，制備時間較長，而制備成本較高。

有鑒于此，如今迫切需要設計一種新的磁傳感裝置和制備方法，以克服現有磁傳感裝置的上述缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種磁傳感裝置，可利用線圈產生磁場，用于Z軸（第三方向）磁傳感器的自檢測。

此外，本發明還提供一種磁傳感裝置的制備方法，制得的磁傳感器可利用線圈產生磁場，用于Z軸磁傳感器的自檢測。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

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

-介質材料層，其表面開有溝槽；

-導磁單元，其部分設置于溝槽內，并有部分露出溝槽；用以感應第三方向的磁信號，并將該磁信號輸出到感應單元進行測量；

-感應單元，靠近導磁單元露出溝槽的部分設置，用以測量第一方向或/和第二方向的磁場，結合導磁單元輸出的磁信號，能測量被導磁單元引導到第一方向或/和第二方向測量的第三方向磁場；第一方向、第二方向、第三方向兩兩相互垂直；

所述磁傳感裝置還包括能產生磁場的導電線圈，產生的磁場用于所述第三方向磁傳感部件的自檢測。