大规模的集成AMR磁电阻器制造技术

本公开涉及大规模的集成AMR磁电阻器。集成AMR磁电阻传感器具有布置在彼此顶部上的磁电阻器、设置/重置线圈、以及屏蔽区域。设置/重置线圈定位在磁电阻器和屏蔽区域之间。磁电阻器由细长形状的磁电阻条体形成，磁电阻条体具有在平行于优选磁化方向的第一方向上的长度和在垂直于第一方向的第二方向上的宽度。设置/重置线圈具有横向于磁电阻条体延伸的至少一个伸展。屏蔽区域为铁磁材料，并且具有在第二方向上的大于磁电阻条体的宽度的宽度，以便于衰减遍历磁电阻条体的外部磁场并且增加磁电阻传感器的灵敏度尺度。

【技术实现步骤摘要】
优先权声明本申请要求于2015年6月26日提交的意大利专利申请号102015000028222的优先权，其公开内容通过引用并入。
本专利技术涉及AMR(各向异性磁电阻)类型的大规模集成磁电阻器。
技术介绍
凭借其检测自然磁场(例如，地球磁场)和由电气部件(诸如电气或者电子设备和由电流遍历的线路)生成的磁场的能力，AMR磁场传感器被用于多种应用和系统中，例如用于罗盘、用于检测铁磁特性的系统、检测电流、以及范围广泛的其它应用。如已知的，这种磁电阻传感器利用合适铁磁材料(称为磁电阻材料，例如由Fe-Ni合金形成的被称为“坡莫合金(permalloy)”的材料)在存在外部磁场的情况下修改它们自身的电阻的能力。当前，集成类型的磁电阻传感器被制造为半导体材料(例如硅)的基板上的磁电阻材料条体。在制造期间，磁电阻材料条体被磁化，以便在预设方向(例如条体的纵向方向)上具有优选的磁化。在没有外部磁场的情况下，磁化保持所施加的方向，并且条体具有最大电阻。在存在外部磁场(其方向不同于优选磁化)的情况下，条体的磁化和条体中流动的电流之间的角度改变，其电阻同样改变(减少)，如图1A和图1B所示。在示出了在没有外部磁场的情况下的磁化M的图1A中，磁电阻器1由磁电阻条体2形成，磁电阻条体2具有平行于X轴(还称为“易轴”，因为这一方向是条体更容易磁化的方向)的纵向方向。向磁电阻器1供应在条体的纵向方向上流动的电流I。在这一条件下，磁化M平行于易轴EA。在图1B中，磁电阻器1沉浸在平行于Y轴(还称为“难轴”，因为这是磁电阻条体2更难磁化的方向)的外部磁场Hy中。在这一条件下，外部磁场Hy使得磁化M关于电流I旋转通过角度α，从而根据与cos2α关联的法则，使得磁电阻条体2的电阻减少。为了至少在曲线的操作部分中将电阻R的图线性化，已知在磁电阻条体2上方形成导电材料(例如铝)的横向条体3(称为“理发店招牌柱(barberpoles)”)，横向条体3以恒定距离布置并且关于易轴EA的方向成45度的倾角，如图2所示。在这一情况下，电流I的方向改变，但是磁化M的方向不变，并且电阻在外部磁场的零点附近具有线性特性。以这一方式，可能容易检测沿着Y轴定向或者具有平行于Y轴的分量的任何磁场。图3示出了包括连接为形成惠斯通(Wheatstone)电桥的图2所示类型的四个磁电阻器1的磁电阻传感器4，其中横向条体3以交替方式布置在电桥的每个分支4a和4b中。两个分支4a、4b在两个输入节点5、6处连接，其中偏压Vb施加在这两个节点之间。以这一方式，分支4a、4b的中间节点7、8之间的输出电压Vo与存在的外部磁场Hy关联。如果在没有外部磁场的情况下每个磁电阻器1在易轴的方向上被磁化并且只要所施加的磁化M存留，则上述类型的磁电阻传感器正常工作。为了保持所施加的磁化M，磁电阻传感器通常包括设置/重置线圈(由图4中的10指定)。设置/重置线圈10实现刷新操作，表现为在期望方向上的重复的快速磁化步骤。如从图4和图5可以注意到的那样，设置/重置线圈10(此处为方形螺旋形状的)具有横向于(优选地垂直于)磁电阻条体2的纵向方向延伸的伸展11，磁电阻条体2的纵向方向平行于易轴EA。在所图示的示例中(特别地，见图5的横截面)，设置/重置线圈10形成于第三金属水平(metallevel)M3中，在磁电阻条体2上方。转而，磁电阻条体2形成于第一金属水平M1下方，并且后者形成理发店招牌柱3。所描述的结构进一步形成于覆在基板13(例如硅)上并且与后者一起形成集成芯片15的绝缘结构12中。在实际中，在刷新期间，设置/重置线圈10被供应有高电流并且生成磁场B，该磁场在磁电阻条体2的区域中平行于易轴的方向(例如见通过引用并入的美国专利号5,247,278)。
技术实现思路
然而，由于其大幅减少的灵敏度尺度，当前可用的磁电阻传感器(例如其作为线性或者角度位置传感器或者作为电流传感器操作)可能不易于在工业处理中使用并且不易于在汽车行业中使用。在本领域中需要提供能够克服上述和其它缺点的磁电阻传感器。铁磁材料的屏蔽层被布置在磁电阻元件上方。屏蔽层具有比磁电阻元件更大的宽度(垂直于易轴EA)。以这一方式，屏蔽层将外部磁场集中在其中，并且之下的磁电阻器“见到”被向下衰减到屏蔽层(磁电阻传感器的休眠区域)的饱和值的场。在饱和值之后，屏蔽层不再能够进一步衰减外部场，但是磁电阻器见到的场在任何情形下都是被衰减的。因此，针对高于屏蔽层的饱和值的外部磁场，其经衰减的值低于磁电阻器的饱和值，则磁电阻器可以检测外部磁场(即将自身布置在测量区域中)。通过对屏蔽层的合适设计，特别地其宽度，可以调节屏蔽区间。以这一方式，可能形成具有适于期望场特性的测量区域的磁电阻传感器。此外，通过提供若干具有不同测量区域的磁电阻传感器，可能获得相比于单个磁电阻传感器具有显著增大的尺度的磁电阻器设备。附图说明为了更好的理解，现在单纯通过非限制性示例的方式，参照附图描述其优选实施例，其中：图1A和图1B为分别在没有外部磁场和存在外部磁场的情况下的已知的AMR类型的磁电阻器的示意性图示；图2为具有理发店招牌柱的已知AMR磁电阻器的实施例的示意性图示；图3示出了由图2所示类型的磁电阻器形成的电桥磁电阻传感器；图4为具有设置/重置线圈的已知磁电阻传感器的示意性顶视平面图；图5为图4中的磁电阻传感器的沿着截面线V-V所取的横截面；图6为示意性表示以图示本操作原理的磁电阻传感器的横截面；图7为图6中的传感器的顶视平面图；图8示出了对于铁磁材料而言磁化M和外部场H之间的关系；图9为本磁电阻传感器的实施例的横截面；图10为本磁电阻传感器的实施例的横截面；图11为本磁电阻传感器的实施例的顶视平面图；以及图12为本磁电阻传感器的实施例的顶视平面图。具体实施方式图6和图7示意性地示出了包括布置在彼此顶部上的磁电阻器21、设置/重置线圈22、以及屏蔽区域23的磁电阻单元20。转而，磁电阻器21包括磁电阻条体24和理发店招牌柱25。磁电阻条体24是诸如例如坡莫合金(包含铁和镍的铁磁合金)之类的磁电阻材料的。磁电阻条体24具有细长形状，并且因此具有在易轴EA的方向(平行于X轴、垂直于绘制平面的方向)上的主尺寸(长度)和在难轴HA的方向(平行于Y轴的方向)上的次尺寸(宽度)。磁电阻条体具有例如被包括在30微米和300微米之间的长度、被包括在1微米和20微米之间的宽度、以及被包括在10纳米和100纳米之间的厚度。理发店招牌柱25是导电材料(例如铝)的，并且被布置在恒定距离处，关于易轴EA的方向成45度倾角。诸如铝之类的导电材料的设置/重置线圈22被布置在磁电阻条体24和屏蔽区域23之间。设置/重置线圈22具有垂直于磁电阻条体24延伸的至少一个部分(表示的部分)。屏蔽区域23是铁磁材料的，例如软的、特别地各向同性的铁磁材料的，诸如坡莫合金或者基于镍、钴、或者钴-铁的其它材料，诸如钴-铁-硅-硼(CoFeSiB)或者钴-铁-硅-钼或者钴-铁-硅-铌、基于钴的无定形材料、或者基于铁的纳米晶体材料，以便具有接近零的矫顽磁力Hc(以获得高的集中效应)和尽可能高的磁导率(以获得高的屏蔽效应)。屏蔽区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种各向异性磁电阻(AMR)类型的集成磁电阻传感器，包括：第一磁电阻单元，包括：磁电阻器，包括细长形状的磁电阻条体，所述磁电阻条体具有在平行于优选磁化方向的第一方向上的长度和在垂直于所述第一方向的第二方向上的宽度；设置/重置线圈，具有横向于所述第一方向延伸的伸展；以及铁磁材料的屏蔽区域，具有在所述第二方向上的大于所述磁电阻条体的宽度的宽度。

【技术特征摘要】
2015.06.26 IT 1020150000282221.一种各向异性磁电阻(AMR)类型的集成磁电阻传感器，包括：第一磁电阻单元，包括：磁电阻器，包括细长形状的磁电阻条体，所述磁电阻条体具有在平行于优选磁化方向的第一方向上的长度和在垂直于所述第一方向的第二方向上的宽度；设置/重置线圈，具有横向于所述第一方向延伸的伸展；以及铁磁材料的屏蔽区域，具有在所述第二方向上的大于所述磁电阻条体的宽度的宽度。2.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，其中所述磁电阻器、所述设置/重置线圈、以及所述屏蔽区域被布置在彼此的顶部上，其中所述设置/重置线圈被布置在所述磁电阻器和所述屏蔽区域之间。3.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，其中所述屏蔽区域由软铁磁材料制成。4.根据权利要求3所述的磁电阻传感器，其中所述软铁磁材料从由坡莫合金或者基于钴-铁-硼或者坡莫合金的材料组成的组中选取。5.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，其中所述屏蔽区域包括多个屏蔽条体，所述多个屏蔽条体平行于彼此并且邻近彼此、平行于所述第二方向、并且横向于所述磁电阻条体延伸，使得所述多个屏蔽条体和所述磁电阻条体具有多个竖直对准部分。6.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，其中所述屏蔽区域具有在所述第一方向上的长度，所述屏蔽区域的长度基本上等于或者大于所述磁电阻条体的长度。7.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，进一步包括布置在半导体材料的基板上的绝缘区域，其中所述设置/重置线圈的所述伸展在所述磁电阻条体之上延伸，并且所述屏蔽区域在所述设置/重置线圈的所
\t述伸展之上延伸，并且其中所述设置/重置线圈和所述磁电阻条体形成于所述绝缘区域中，并且所述屏蔽区域形成在所述绝缘区域上。8.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，进一步包括邻近所述第一磁电阻单元布置的非屏蔽磁电阻单元。9.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，进一步包括邻近所述第一磁电阻单元的其它磁电阻单元，所述其它磁电阻单元包括：相应磁电阻条体，具有在所述第二方向上的宽度；以及铁磁材料的相应屏蔽区域，具有在所述第二方向上的相应宽度，所述其它磁电阻单元的所述相应屏蔽区域的宽度大于所述其它磁电阻单元的所述相应磁电阻条体的宽度并且小于所述第一磁电阻单元的所述屏蔽区域的宽度。10.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，其中所述磁电阻条体为第一磁电阻条体，并且所述传感器包括邻近并且平行于所述第一磁电阻条体的第二磁电阻条体，所述屏蔽区域横向于所述第二磁电阻条体延伸，所述屏蔽区域具有竖直对准于所述第一磁电阻条体和所述第二磁电阻条体的部分。11.根据权利要求1所述的磁电阻传感器，形成线性位置传感器、角度位置传感器、...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·帕希，M·马彻西，M·莫里利，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT