三轴磁传感器制造技术

本发明专利技术提供一种三轴磁传感器，其包括：各向异性磁电阻传感器，其用于感测相互正交的

【技术实现步骤摘要】
三轴磁传感器


[0001]本专利技术涉及磁场传感器领域，尤其涉及一种三轴磁传感器
。

技术介绍

[0002]目前常用的三轴磁传感使用霍尔
(Hall)
，各向异性磁电阻
(AMR)
，巨磁电阻
(GMR)
，隧穿磁电阻
(TMR)
等技术实现
。
其传感器一般只体现三轴的探测功能，三轴磁传感器为一颗芯片，磁开关为另一颗芯片
。
且在加工工艺中，目前的三轴磁传感器需配合额外的设计及工艺方能实现三轴
。
如
Hall
传感器，一般采用水平霍尔技术，其初始磁场探测方向垂直于芯片表面，需配合磁通聚集器等磁场转向结构来实现三轴
。
磁阻传感器，其初始磁场探测方向平行于芯片表面，也需引入磁通聚集器等磁场转向结构或斜坡构造方能实现三轴探测，增加了工艺制造难度
。
[0003]若用磁阻技术
(AMR
，
GMR
，
TMR)
制作
Z
轴磁开关，则在磁场增加到一定值的时候，将会饱和，其输出将可能降为零，从而无法区分零磁场和饱和磁场的状态
。
[0004]因此，有必要提出一种新的技术方案来解决上述问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种三轴磁传感器，其将磁阻技术与霍尔技术相结合，采用完全的平面工艺制造三轴磁传感器，从而降低了工艺制造的难度
。
[0006]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种三轴磁传感器，其包括：两轴各向异性磁电阻传感器，其用于感测相互正交的
X
轴方向和
Y
轴方向的外磁场以产生
X
轴感测电压和
Y
轴感测电压，所述
X
轴感测电压表示感测到的外磁场
X
轴方向的磁场分量，所述
Y
轴感测电压表示感测到的外磁场
Y
轴方向的磁场分量；水平霍尔传感器，其用于感测
Z
轴方向的外磁场以产生
Z
轴感测电压，所述
Z
轴感测电压表示感测到的外磁场
Z
轴方向的磁场分量，所述
Z
轴与
X
轴和
Y
轴相互正交；信号处理电路，其与所述两轴各向异性磁电阻传感器和水平霍尔传感器电性连接，所述信号处理电路用于将所述
X
轴感测电压转换为所述外磁场
X
轴方向的磁场分量，将所述
Y
轴感测电压转换为所述外磁场
Y
轴方向的磁场分量，将所述
Z
轴感测电压转换为所述外磁场
Z
轴方向的磁场分量
。
[0007]进一步的，所述水平霍尔传感器作为
Z
轴磁开关；所述信号处理电路还用于将所述
Z
轴感测电压与预先设定的开合阈值电压进行比较，以判断所述
Z
轴磁开关的开关状态
。
[0008]进一步的，所述两轴各向异性磁电阻传感器
、
水平霍尔传感器和信号处理电路集成于单芯片中；所述
X
轴和
Y
轴确定的平面与所述单芯片平面相平行
。
[0009]进一步的，所述单芯片包括衬底，以及层叠于所述衬底上的第一结构层和第二结构层，所述水平霍尔传感器和信号处理电路设置于所述第一结构层中；所述两轴各向异性磁电阻传感器设置于所述第二结构层中；所述第一结构层位于所述衬底上；所述第二结构层位于所述第一结构层上方
。
[0010]进一步的，所述单芯片还包括隔离层和第三结构层，所述隔离层位于第一结构层
和第二结构层之间，过孔金属穿过所述隔离层将所述两轴各向异性磁电阻传感器和信号处理电路电连接；所述第三结构层位于所述第二结构层上方，第三结构层包括所述两轴各向异性磁电阻传感器保护层及其上的电极，所述电极通过过孔金属与所述信号处理电路连接
。
[0011]进一步的，所述两轴各向异性磁电阻传感器包括呈正交排布的第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥，所述第一惠斯通电桥用于感测
X
轴方向的外磁场以产生
X
轴感测电压；所述第二惠斯通电桥用于感测
Y
轴方向的外磁场以产生
Y
轴感测电压
。
[0012]进一步的，所述水平霍尔传感器包括：
P
型硅；自所述
P
型硅的上表面延伸入所述
P
型硅内的
N
型硅构成的
N
型势阱
。
[0013]进一步的，所述势阱为十字结构，其称为霍尔十字结构，所述霍尔十字结构的四端依次为电源端
VDD
，第一输出端
V+
，第二输端负
V
‑
与接地端
GND。
[0014]进一步的，所述水平霍尔传感器包括一个所述霍尔十字结构；或所述水平霍尔传感器包括四个所述霍尔十字结构，四个所述霍尔十字结构在平行于所述单芯片表面的平面内呈依次旋转
90
度分布；四个所述霍尔十字结构的四个电源端
VDD
连接在一起，四个第一输出端
V+
连接在一起，四个第二输出端
V
‑
连接在一起，四个接地端
GND
连接在一起
。
[0015]进一步的，所述开合阈值电压根据
Z
轴磁开关的开合的磁场值来设定；所述开合阈值电压可编程；和
/
或所述水平霍尔传感器作为单极触发开关
、
双极触发开关或锁存开关
。
[0016]与现有技术相比，本专利技术将磁阻
(AMR)
技术与霍尔
(Hall)
技术相结合，采用完全的平面工艺制造三轴磁传感器，利用
AMR
技术与
Hall
技术各自初始的磁场探测方向实现三轴探测功能，无需引入磁通聚集器
(
或其他导磁结构
)
或者斜坡结构，从而降低了工艺制造的难度
。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图
。
其中：
[0018]图1为本专利技术在一个实施例中的单芯片具有开关功能的三轴磁传感器的纵向剖面示意图；
[0019]图2为本专利技术在一个实施例中如图1所示的两轴
AMR<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种三轴磁传感器，其特征在于，其包括：两轴各向异性磁电阻传感器，其用于感测相互正交的
X
轴方向和
Y
轴方向的外磁场以产生
X
轴感测电压和
Y
轴感测电压，所述
X
轴感测电压表示感测到的外磁场
X
轴方向的磁场分量，所述
Y
轴感测电压表示感测到的外磁场
Y
轴方向的磁场分量；水平霍尔传感器，其用于感测
Z
轴方向的外磁场以产生
Z
轴感测电压，所述
Z
轴感测电压表示感测到的外磁场
Z
轴方向的磁场分量，所述
Z
轴与
X
轴和
Y
轴相互正交；信号处理电路，其与所述两轴各向异性磁电阻传感器和水平霍尔传感器电性连接，所述信号处理电路用于将所述
X
轴感测电压转换为所述外磁场
X
轴方向的磁场分量，将所述
Y
轴感测电压转换为所述外磁场
Y
轴方向的磁场分量，将所述
Z
轴感测电压转换为所述外磁场
Z
轴方向的磁场分量
。2.
根据权利要求1所述三轴磁传感器，其特征在于，所述水平霍尔传感器作为
Z
轴磁开关；所述信号处理电路还用于将所述
Z
轴感测电压与预先设定的开合阈值电压进行比较，以判断所述
Z
轴磁开关的开关状态
。3.
根据权利要求1或2所述三轴磁传感器，其特征在于，所述两轴各向异性磁电阻传感器
、
水平霍尔传感器和信号处理电路集成于单芯片中；所述
X
轴和
Y
轴确定的平面与所述单芯片平面相平行
。4.
根据权利要求3所述三轴磁传感器，其特征在于，所述单芯片包括衬底，以及层叠于所述衬底上的第一结构层和第二结构层，所述水平霍尔传感器和信号处理电路设置于所述第一结构层中；所述两轴各向异性磁电阻传感器设置于所述第二结构层中；所述第一结构层位于所述衬底上；所述第二结构层位于所述第一结构层上方
。5.
根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄黎，蒋乐跃，储莉玲，凌方舟，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：