[發明專利]一種單芯片三軸線性磁傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410155003.2
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103954920A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 詹姆斯·G·迪克
• 申請（專利權）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;G01R33/04
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 李艷;孫仿衛

技術領域

本發明涉及一種線性磁傳感器，尤其涉及一種單芯片三軸線性磁傳感器及其制備方法。

背景技術

隨著磁傳感器技術的發展，其從初期的單軸磁傳感器到后來的雙軸磁傳感器，再到如今的三軸磁傳感器，使得其可全面檢測空間X、Y、Z軸三個方向上的磁場信號。

對于AMR、GMR和TMR等磁傳感器，由于磁場敏感方向在薄膜平面內，可以通過將兩個傳感器正交來實現平面內X、Y軸磁場分量的測量，從而實現XY二軸磁場測試系統，但對于Z軸磁場分量，其中一種解決方案是將一個分立單軸平面磁傳感器豎立安裝在二軸平面傳感器上，如申請號為201110251902.9，名稱為“三軸磁場傳感器”的專利中所公開的三軸磁場傳感器。這種方式存在以下不足之處：

1）X、Y二軸磁傳感器和Z單軸磁傳感器在安裝之前為各自為分立元件，無法實現三軸磁傳感器的集成制造，從而增加了制造工藝的復雜程度；

2）相對于集成制造系統，采用組裝方法制造的三軸磁傳感器系統內各元件的位置精度降低，影響傳感器的測量精度；

3）由于Z單軸磁傳感器的敏感軸垂直于X，Y二軸磁傳感器，因此三軸磁傳感器Z向尺寸增加，從而增加了器件尺寸和封裝難度。

另一種解決方案是專利CN202548308U“三軸磁傳感器”中公開的采用斜坡設置磁傳感器單元的方式來探測Z方向上的磁信號，這種結構的傳感器中形成斜坡的角度不容易控制，在斜坡上沉積磁電阻薄膜的過程中還容易造成遮蔽效應（shadowing?effects），從而降低了磁傳感器元件的性能，并且還需要算法來計算才能得到Z軸方向的磁信號。

還有一種方案是專利申請201310202801.1“一種三軸數字指南針”中所公開的解決方案，其利用通量集中器對磁場的扭曲作用，將垂直于平面的Z軸磁場分量轉變成XY平面內的磁場分量，從而實現Z軸方向上磁信號的測量。但這種結構的磁傳感器需要一個ASIC芯片或者通過算法來計算才能得到X、Y和Z軸三個方向的磁信號。

目前，主要是通過在基片的襯底層上刻蝕形成斜坡，在斜坡上沉積磁電阻材料薄膜，雙次沉積等方法來制備三軸磁傳感器，例如專利CN202548308U“三軸磁傳感器”中所公開的傳感器的制備過程大致是先在晶圓的襯底層上刻蝕出兩個斜坡，然后分別在兩個斜坡上通過雙次沉積磁電阻材料薄膜、雙次退火來制作測量XZ方向和YZ方向的傳感器單元。歐洲專利申請EP?2267470?B1也公開了一種制備三軸傳感器的方法，其也是通過在基片上刻蝕形成斜坡，然后在斜坡上制作測量Z軸方向磁場分量的傳感器單元。這兩個專利申請中所刻蝕的斜坡的坡度不易控制，在斜坡上沉積磁電阻材料薄膜也有一定難度，不利于實際實施。此外，美國艾沃思賓技術公司的專利申請CN102918413A“單芯片三軸磁場傳感器的工藝集成”中也公開了一種集成三軸磁場的方法，該方法包括:在第一電介質層中蝕刻第一和第二多個槽，第一和第二多個槽中的每個槽具有底部和側面；在至少該第一多個槽中的每個的側面上沉積第一高磁導率材料，在第一多個槽中沉積第二材料且在第二多個槽中沉積第三導電材料；在該第一電介質層以及該第一和第二多個槽上沉積第二電介質層；在第二槽的第一部分中形成穿過第二電介質層到第三材料的第一多個導電通路；在第二電介質層上形成鄰近第一多個槽的側面定位的第一多個薄膜磁致電阻磁場傳感器元件，第一多個薄膜磁致電阻磁場傳感器元件中的每一個電耦接到第一多個通路之一以及在第二電介質層以及第一多個薄膜磁致電阻磁場傳感器元件上沉積第三電介質層。這個方法比較復雜，操作過程還不易于控制。現有技術中還有通過使用通量集中器來形成三軸磁傳感器的，但其磁電阻元件的釘扎層的磁化方向并不相同，實施起來也比較困難。

發明內容

為了解決以上問題，本發明提出了一種單芯片三軸線性磁傳感器及其制備方法。該單芯片三軸線性磁傳感器能直接輸出X、Y、Z三個方向的磁信號，因此無需使用算法來進行計算。此外，其制備無需刻槽形成斜坡，也不需進行雙次沉積，其含有的X軸傳感器、Y軸傳感器和Z軸傳感器中的磁電阻傳感元件的釘扎層方向相同，均沿X軸方向。

本發明提供的一種單芯片三軸線性磁傳感器，其包括：

一位于XY平面內的基片，所述基片上集成設置有一X軸傳感器、一Y軸傳感器和一Z軸傳感器，各自均包括一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感元件，分別用于檢測磁場在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向上的分量；