本实用新型专利技术公开了一种磁场传感器，包括：芯片，包括具有第一表面和第二表面的衬底以及覆盖第一表面的绝缘层；第一磁阻器，延伸到绝缘层中并且具有主磁化轴线和副磁化轴线；第二磁阻器，延伸到绝缘层中并且具有主磁化轴线和副磁化轴线，第二磁阻器的主磁化轴线在横切于第一磁阻器的主磁化轴线的方向上延伸，并且第二磁阻器的副磁化轴线在横切于第一磁阻器的副磁化轴线的方向上延伸；第一磁场发生器，被配置为用于产生具有沿着第一磁阻器的主磁化轴线的场线的第一磁场；第二磁场发生器，被配置为用于产生具有沿着第二磁阻器的主磁化轴线的场线的第二磁场。第一磁阻器和第二磁阻器以距第一表面彼此不同的第一距离和第二距离分别延伸到绝缘层中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种磁场传感器，包括：芯片，包括具有第一表面和第二表面的衬底以及覆盖第一表面的绝缘层；第一磁阻器，延伸到绝缘层中并且具有主磁化轴线和副磁化轴线；第二磁阻器，延伸到绝缘层中并且具有主磁化轴线和副磁化轴线，第二磁阻器的主磁化轴线在横切于第一磁阻器的主磁化轴线的方向上延伸，并且第二磁阻器的副磁化轴线在横切于第一磁阻器的副磁化轴线的方向上延伸；第一磁场发生器，被配置为用于产生具有沿着第一磁阻器的主磁化轴线的场线的第一磁场；第二磁场发生器，被配置为用于产生具有沿着第二磁阻器的主磁化轴线的场线的第二磁场。第一磁阻器和第二磁阻器以距第一表面彼此不同的第一距离和第二距离分别延伸到绝缘层中。【专利说明】磁场传感器
本技术涉及一种集成多层磁阻传感器，更具体涉及一种包括各向异性磁阻元件的磁场传感器。
技术介绍
由于AMR(各向异性磁阻)型磁场传感器能够用于检测自然磁场(例如地球磁场)和由电部件(诸如电或电子设备以及有电流流过的电线)产生的磁场，AMR型磁场传感器用于多种应用和系统中，例如，在罗盘中、在用于检测铁磁材料的系统中、在电流检测中以及在范围广泛的其它应用中。已知的，各向异性磁阻效应现象发生在特定铁磁材料内，当经受外部磁场时，该特定铁磁材料根据所施加磁场的特性而经历电阻率的变化。通常，所述材料成形为薄条带以便形成电阻元件，并且因此所形成的电阻元件电连接在一起以形成电桥结构(通常为惠斯通电桥)。 此外已知的是采用半导体微加工标准技术来得到AMR磁性传感器，例如在文献N0.US4，847，584中所描述的那样。特别地，每个磁阻元件可以由沉积在例如硅的半导体材料的衬底上以形成薄条带磁阻材料的薄膜来形成，诸如透磁合金(包含铁和镍的铁磁合金)。当电流流过磁阻元件时，所述磁阻元件的磁化方向与电流的流动方向之间的角度Θ影响所述磁阻元件的电阻率的有效值，使得，随着角度Θ的值变化，电阻的值也变化(详细地，所述变化遵循cos2 0型的规律)。例如，平行于电流的流动方向的磁化方向导致对于经过磁阻元件的电流通路而言具有最大电阻值，而垂直于电流的流动方向的磁化方向导致对于经过磁阻元件的电流通路而言具有最小电阻值。AMR磁性传感器此外包括集成在所述传感器中的多个线圈(通常两个线圈)，该多个线圈被称作“置位/复位均压环”和“偏移均压环”并且被设计为当流过适当值的电流时，产生分别在垂直于传感器的检测方向上以及在传感器的检测方向上I禹合的磁场；关于这点，例如参照文献N0.US5, 247，278。置位/复位均压环具有通过交替转换而在第一预定方向(所谓“易磁化轴线”或EA)上改变磁阻元件的磁化指向(sense)的功能。使用中，通过经由置位/复位均压环在短时间周期内将适当值的磁场施加至磁阻元件以便任意地强制磁阻元件的磁偶极子的指向在第一预定方向上(置位操作)，并且随后通过将类似于前者但是具有相反指向的第二磁场施加至磁阻元件以便强制磁阻元件的磁偶极子的指向再次在第一预定方向上，但是具有相反指向(复位操作)，由此得到磁化指向的变化。置位和复位操作具有在操作AMR传感器之前使得AMR传感器的每个磁阻元件进入相应的单磁畴状态的功能，例如以便于执行感测外部磁场的操作。置位和复位操作仅在单磁畴状态下是必需的，在单磁畴状态下磁阻元件的线性度、灵敏度和稳定性的基本属性是受控的并且可重复的。前述的置位和复位操作是已知的并且详细描述在例如文献N0.US5, 247，278 中。偏移均压环通常用于对于AMR传感器中存在的偏移(由于对应的电气部件的值的失配)进行补偿的操作、自测试操作和/或校准AMR传感器的操作。特别地，在存在偏移均压环时，在输出处来自AMR传感器的电量的值是待感测的外部磁场以及由于偏移均压环中循环的电流而产生的磁场这两者的函数。由布置在与在其上提供传感器的磁阻元件和置位/复位均压环(在不同金属层中)的衬底相同的衬底上的传导材料(例如金属)交替形成偏移均压环，并且偏移均压环与所述磁阻元件电绝缘并且设置在其附近。使得由偏移均压环所产生的磁场为部分地强制每个磁阻元件的磁偶极子的定向在正交于第一预定方向的第二预定方向(所谓“难磁化轴线”或HA)上。图1以顶视平面图显示了例示已知类型并且包括连接在一起以便形成惠斯通电桥的多个磁阻元件的集成磁场传感器I的布局，例如文献N0.US5, 247，278和文献N0.US5, 952，825中所述，并且根据例如文献案号US4，847，584所述来制造。更具体地,每个磁阻元件具有Barber极(barber-pole)类型的结构。用于磁阻元件的Barber极结构是已知的。在该情形下，每个磁阻元件通过由磁阻材料制成(通常是NiFe合金)的条带来形成，具有高电导率的传导元件(例如由铝、铜、银、或金制成)以直接电接触而布置在条带上。所述传导元件在横切于磁阻条带的自发磁化轴线的方向上延伸；具体地，它们相对于磁阻条带的自发磁化轴线以特定角度α (通常α=45° )而倾斜。磁场传感器I借由已知类型的微加工工艺而形成在半导体衬底2上。在Barber极配置中，以铁磁材料条带(例如包括Ni / Fe合金的沉积薄膜)形式的四个磁阻元件4、6、8和10电连接在一起以形成惠斯通电桥。对于每个磁阻元件4、6、8、10，形成磁阻元件的磁阻条带彼此串联。参照图1，磁阻元件4、6、8、10互连并且连接至端子(或焊盘)21、22、23,24和25。端子21借由传导路径11连接至磁阻元件4，并且磁阻元件4借由传导部分16连接至磁阻元件6。传导部分16借由相应的传导路径12电连接至端子22。磁阻元件6随后借由传导部分18连接至磁阻元件10，并且传导部分18借由相应的传导路径13电连接至端子23。磁阻元件10借由传导部分17与磁阻元件8互连，并且传导部分17借由相应的传导路径14电连接至端子24。端子25借由传导部分15连接至磁阻元件8。如此方式，形成了电阻式惠斯通电桥结构，其提供对于具有垂直于形成磁阻元件4、6、8、10的铁磁材料条带的方向的磁场分量敏感的磁场传感器I。端子21连接至端子25以形成共用端子以便电连接磁阻元件4和磁阻元件8。使用中，输入电压Vin施加在端子22和端子24之间。在端子21 (与端子25共用)和端子23之间对输出电压Vout进行读取。参照图1，磁场传感器I进一步包括电导材料的第一条带，第一条带在衬底2之上延伸并且借由电介质材料层(图中未详细示出)与衬底2绝缘。所述电导材料的第一条带形成了平面类型的第一绕组19，第一绕组19在平行于磁阻元件4、6、8、10所在的平面中延伸并且与磁阻元件4、6、8、10电绝缘。磁场传感器I进一步包括电导材料的第二条带，第二条带在衬底2之上延伸并且借由电介质材料层(图中未详细示出)而与衬底2以及第一绕组19绝缘。所述电导材料的第二条带形成了平面类型的第二绕组20，第二绕组20在平行于磁阻元件4、6、8、10所在的平面中在端子20a和端子20b之间延伸，并且与磁阻元件4、6、8、10以及与第一绕组19电绝缘。当需要产生具有与磁场传感器I交互的已知强度的磁场时，为了偏置、校准和/或补偿由于不需要的外部磁的场存在而引起的可能的偏移，使用第一绕组19。在后者情形中，在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁场传感器(30；110；120；120’；150；170)，其特征在于，包括： 芯片(100)，包括具有第一表面(51a)和第二表面(51b)的衬底(51)以及覆盖所述第一表面(51a)的绝缘层(78)； 第一磁阻器(33；114c；124c)，在所述绝缘层中延伸并且具有主磁化轴线(EA)和副磁化轴线(HA)； 第二磁阻器(35；114a；124a)，在所述绝缘层中延伸并且具有主磁化轴线(EA)和副磁化轴线(HA)，所述第二磁阻器(35；114a；124a)的所述主磁化轴线(EA)在横切于所述第一磁阻器(33；114c；124c)的所述主磁化轴线(EA)的方向上延伸，并且所述第二磁阻器(35；114a；124a)的所述副磁化轴线(HA)在横切于所述第一磁阻器(33；114c；124c)的所述副磁化轴线(HA)的方向上延伸； 第一磁场发生器(32；112c；122c)，被配置为用于产生具有沿着所述第一磁阻器(33；114c；124c)的所述主磁化轴线的场线的第一磁场；以及 第二磁场发生器(31；112a；122a)，被配置为用于产生具有沿着所述第二磁阻器(35；114a；124a)的所述主磁化轴线的场线的第二磁场， 所述第一磁阻器和所述第二磁阻器(33，35；114c，114a；124c，124a)以距所述第一表面(51a)彼此不同的相应的第一距离和第二距离在所述绝缘层中延伸。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·帕西，S·泽比尼，B·维格纳，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利;IT
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