專利名稱：集成到半導(dǎo)體襯底中的磁通閘門敏感元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來說涉及一種磁通閘門敏感元件(fluxgate sensor)，特別是涉及集成到半導(dǎo)體襯底中的磁通閘門敏感元件及其制造方法。本專利申請是在2002年3月14日提出的編號為NO.2002-13945韓國專利申請的基礎(chǔ)上提出的，該專利申請將作為本專利申請的參考。
背景技術(shù)：
通過觀察各種各樣的物理現(xiàn)象可以證明磁能的存在，而磁通閘門敏感元件可以使人類間接地察覺到磁能，因為只憑借人類的感覺器官如像眼、耳等是不可能察覺到磁能的。就磁通閘門敏感元件而言，采用一種帶軟磁性線圈的磁性敏感元件已經(jīng)使用了很長時間。通常，磁性敏感元件是將線圈纏繞在一種由帶狀軟磁性材料制成的尺寸相對較大的棒形芯子上或者環(huán)形芯子而成。此外，還可以利用電子線路來得到與被測量磁場成正比的磁場。
然而，傳統(tǒng)的磁通閘門敏感元件存在下列問題。首先是在結(jié)構(gòu)上，由于磁通閘門敏感元件的線圈是纏繞在由帶狀軟磁性材料制成的尺寸較大的棒形芯子上或者環(huán)形芯子上，因而生產(chǎn)成本高，整個系統(tǒng)的體積也比較大。
另外，由于勵磁線圈和被檢測磁場中磁通量的改變，使得磁通量的泄漏成為不可避免。因此，高的靈敏度不能得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。因此，本發(fā)明的目的之一就是要提供集成到半導(dǎo)體襯底中的具有高靈敏度的磁通閘門敏感元件，它不僅能減小整個系統(tǒng)的體積，而且檢測磁場更精確，同時還提供了制造這種高靈敏度磁通閘門敏感元件的制造方法。
本發(fā)明的另一個目的就是當(dāng)外部磁場被測量為零時能防止在磁通量變化檢測線圈中產(chǎn)生感應(yīng)波。
按照本發(fā)明，可以通過一種磁通閘門敏感元件來達(dá)到上述目的，它包括軟磁芯，它在半導(dǎo)體襯底上形成閉合磁路；金屬薄膜狀的勵磁線圈，纏繞在軟磁芯上；以及與勵磁線圈形成在同一平面上的耦合線圈(或拾波線圈)，它也呈金屬薄膜狀，并纏繞在軟磁芯上。
軟磁芯有處在同一個平面上并相互平行的兩個棒芯。該兩棒芯是這樣布置的，即使其長度方向與磁場檢測方向一致。同時，軟磁芯可以做成像一個矩形環(huán)，在這種情況下，也將矩形環(huán)設(shè)置成使其長度方向與磁場檢測方向一致。
勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是，交替地纏繞在兩個棒芯上，基本上呈“8”字形。另一種結(jié)構(gòu)方式是勵磁線圈分別纏繞在兩個棒芯上，形狀有如螺線管。當(dāng)軟磁芯采用矩形環(huán)結(jié)構(gòu)時，勵磁線圈可以用交替結(jié)構(gòu)方式纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上，其方向與磁場檢測方向一致，基本上呈“8”字形，或者采用分別纏繞在兩個長邊上的結(jié)構(gòu)。
耦合線圈(拾波線圈)與勵磁線圈被設(shè)置在同一個平面內(nèi)，該勵磁線圈的結(jié)構(gòu)形式是交替地纏繞在兩個棒芯上或兩個長邊上，形狀有如數(shù)字“8”，或者分別纏繞在兩個棒芯上或兩個長邊上，形狀有如螺線管。耦合線圈的結(jié)構(gòu)形式是纏繞在兩個棒芯組合或兩個長邊組合整體的外面，形狀有如螺線管。另一種方案是，耦合線圈與勵磁線圈處在同一個平面內(nèi)，其中勵磁線圈的結(jié)構(gòu)形式是交替地纏繞在兩個棒芯上或矩形環(huán)的兩個長邊組合整體上，形狀有如數(shù)字“8”，或者分別纏繞在兩個棒芯上或矩形環(huán)的兩個長邊上，形狀有如螺線管。在這種情況下，耦合線圈的結(jié)構(gòu)形式也是分別纏繞在兩個棒芯上或矩形環(huán)的兩個長邊上，形狀有如螺線管。
按照本發(fā)明所采用的一種制造磁通閘門敏感元件的方法也可以實現(xiàn)上述目標(biāo)，該方法包括的步驟是按照預(yù)先對勵磁線圈和耦合線圈確定好的形狀在半導(dǎo)體襯底的上表面上進(jìn)行腐蝕，從而形成勵磁線圈和耦合線圈的下部，然后首先將第一金屬填入到被腐蝕的區(qū)域內(nèi)；在已被首先填入第一金屬的半導(dǎo)體襯底的上部形成第一絕緣層；在相互間隔預(yù)定距離的位置上穿過絕緣層形成若干第一通孔，并用首先填入到被腐蝕區(qū)域內(nèi)的第一金屬相互連通；通過將軟磁性薄膜粘貼到已形成第一通孔的第一絕緣層的上部并形成圖案和進(jìn)行腐蝕而形成軟磁芯；在已經(jīng)有了軟磁芯的半導(dǎo)體襯底的上部形成第二絕緣層；在對應(yīng)于第一通孔的位置上形成與第一金屬連通的若干第二通孔；通過以下幾步形成勵磁線圈和耦合線圈的上部將光敏材料涂敷在已形成第二通孔的第二絕緣層的上部；按照勵磁線圈和耦合線圈上部的圖案形狀進(jìn)行腐蝕；其次將金屬填入被腐蝕的區(qū)域內(nèi)。
勵磁線圈和耦合線圈下部的形成步驟包括將光敏材料涂敷在半導(dǎo)體襯底的上部；將涂敷在半導(dǎo)體襯底上部的光敏材料曝光，從而形成勵磁線圈和耦合線圈下部的圖案；按照形成勵磁線圈和耦合線圈下部的圖案進(jìn)行腐蝕；在被腐蝕部位的半導(dǎo)體襯底的上部形成一層氧化層；沿著氧化層形成一層籽晶層；在半導(dǎo)體襯底上部形成金屬層，用第一金屬填充到籽晶層的腐蝕區(qū)域內(nèi)；將半導(dǎo)體襯底的上表面拋光，使腐蝕區(qū)域內(nèi)的金屬絕緣。
勵磁線圈和耦合線圈下部的形成步驟包括在半導(dǎo)體襯底的上表面形成一層氧化層；在氧化層的上部形成一層籽晶層；在籽晶層的上部涂敷一厚層光阻材料；對涂敷在籽晶層上部的厚層光阻材料進(jìn)行曝光，以便在勵磁線圈和耦合線圈的下部形成圖案；將金屬填充到圖案區(qū)域，以便在半導(dǎo)體襯底的上部形成一層金屬層；去除掉籽晶層以及涂敷在籽晶層上部的光敏材料使得為形成勵磁線圈和耦合線圈的下部而填充到腐蝕區(qū)域內(nèi)的金屬絕緣。
勵磁線圈和耦合線圈上部的形成步驟包括將光敏材料涂敷在已形成第二通孔的第二絕緣層的上部；將涂敷在第二絕緣層上部的光敏材料曝光，以便形成勵磁線圈和耦合線圈上部的圖案；沿著有圖案的部分形成一層籽晶層；在與勵磁線圈和耦合線圈上部圖案相對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)填入第二金屬；將上表面拋光使填入到圖案區(qū)域內(nèi)的第二金屬絕緣；去除掉第二金屬外的涂敷在第二絕緣層上部的光敏材料。
勵磁線圈和耦合線圈上部的形成步驟包括在已形成了第二通孔的第二絕緣層的上部形成一層籽晶層；在籽晶層的上部涂敷一層厚光阻材料；對涂敷在籽晶層上部的厚層光阻材料進(jìn)行曝光，以便形成勵磁線圈和耦合線圈上部的圖案；將第二金屬填充到與勵磁線圈和耦合線圈上部相對應(yīng)的有圖案的區(qū)域內(nèi)；去除掉籽晶層以及涂敷在籽晶層上部的厚層光阻材料使得為了形成勵磁線圈和耦合線圈的上部而填充到圖案區(qū)域內(nèi)的第二金屬絕緣。
按照本發(fā)明，通過沿磁場檢測方向形成一個軟磁芯的方法就能使反磁特性減小，同時在磁通變化檢測線圈中也沒有感應(yīng)波，這都是由于磁場變化檢測線圈固定在環(huán)繞軟磁芯纏繞的勵磁線圈上這種特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效果。


參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實例作進(jìn)一步說明將使本發(fā)明的上述目的和特征更為明顯。這些附圖是圖1是按照本發(fā)明第一優(yōu)選實例的磁通閘門敏感元件的透視示意圖；圖2A至2F顯示了圖1所示磁通閘門敏感元件的運行波形圖；圖3A至3E是沿圖1中的I-I和II-II線切開的斷面圖，顯示了圖1所示磁通閘門敏感元件在半導(dǎo)體襯底上的形成過程；圖4A是一幅平面圖，顯示了在同一平面內(nèi)互相平行的兩個棒形軟磁芯，以及基本上按“8”字形交替纏繞在兩個棒形軟磁芯上的組合結(jié)構(gòu)的勵磁線圈；圖4B是一幅平面圖，顯示了耦合線圈纏繞在圖4A所示的兩個棒形軟磁芯上，基本上呈螺線管形狀；圖4C是一幅平面圖，顯示了在同一平面內(nèi)的兩個棒形軟磁芯，以及形成在兩個棒形軟磁芯外面的勵磁線圈和耦合線圈；圖4D是一幅平面圖，顯示了與半導(dǎo)體襯底處在同一平面內(nèi)的矩形環(huán)軟磁芯和形成在矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊上的呈組合結(jié)構(gòu)的勵磁線圈，以及分別纏繞在矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊上的耦合線圈；圖5是按照本發(fā)明第二優(yōu)選實例的集成在一個半導(dǎo)體襯底上的磁通閘門敏感元件的透視示意圖；圖6A是一幅平面圖，顯示了在同一平面內(nèi)互相平行的兩個棒形軟磁芯，以及形成在兩個棒形軟磁芯上分離結(jié)構(gòu)的勵磁線圈；圖6B是一幅平面圖，顯示了在同一平面內(nèi)互相平行的兩個棒形軟磁芯，它們纏繞在一起，基本上呈螺線管形狀，并由此形成一個耦合線圈；圖6C是一幅平面圖，顯示了在同一平面內(nèi)的兩個棒形軟磁芯，以及形成在兩個棒形軟磁芯上的如圖6A和6B所示的勵磁線圈和耦合線圈；圖6D是一幅平面圖，顯示了與半導(dǎo)體襯底處在同一平面內(nèi)的矩形環(huán)軟磁芯和形成在矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊上的分離結(jié)構(gòu)的勵磁線圈，以及纏繞在矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊組合整體外面的耦合線圈。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。
圖1是按照本發(fā)明第一優(yōu)選實例的集成在半導(dǎo)體襯底上的磁通閘門敏感元件的透視示意圖。
在該磁通閘門敏感元件中，第一和第二棒形軟磁芯1和2是彼此平行的，被一個基本上呈“8”字形的勵磁線圈3纏繞。形成在勵磁線圈3上的耦合線圈4，纏繞在第一和第二棒形軟磁芯1和2組合的外面。勵磁線圈3也可以分別纏繞在第一和第二棒形軟磁芯1和2上。此外，耦合線圈4可以具有形成在勵磁線圈3上的結(jié)構(gòu)形式，分別纏繞在第一和第二棒形軟磁芯1和2上。
為了解說方便起見，我們將把按“8”字形交替纏繞第一和第二軟磁芯的結(jié)構(gòu)稱為“組合結(jié)構(gòu)”，而把分別纏繞第一和第二軟磁芯的結(jié)構(gòu)稱為“分離結(jié)構(gòu)”。在矩形環(huán)軟磁芯的情況(稍后在第二優(yōu)選實例中將要作說明)下，我們將把按“8”字形纏繞矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊上的結(jié)構(gòu)稱為“組合結(jié)構(gòu)”，而把分別纏繞兩個長邊上的結(jié)構(gòu)稱為“分離結(jié)構(gòu)”。
圖2A至2F是隨時間變化的波形圖，用來說明圖1中的磁通閘門敏感元件的運行過程。圖2A是從第一軟磁芯1產(chǎn)生的磁場的波形，圖2B是從第二軟磁芯2產(chǎn)生的磁場的波形，圖2C是從第一軟磁芯1產(chǎn)生的磁通量密度的波形，圖2D是從第二軟磁芯2產(chǎn)生的磁通量密度的波形，圖2E和2F分別是第一和第二感應(yīng)電壓Vind1和Vind2以及第一與第二感應(yīng)電壓之和(Vind1+Vind2)的波形。
勵磁線圈3如圖1所示按“8”字形纏繞在第一和第二棒形軟磁芯1和2上，通入交流激發(fā)電流后，第一棒形軟磁芯1產(chǎn)生的內(nèi)磁場強(qiáng)度(Hext+Hexc)和磁通量密度(Bext+Bexc)與第二棒形軟磁芯2產(chǎn)生的內(nèi)磁場強(qiáng)度(Hext-Hexc)和磁通量密度(Bext-Bexc)呈相反的方向(見圖2A，2B，2C，2D)。這里，Hext是外磁場強(qiáng)度，Hexc是勵磁線圈3產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度；Bext是外磁通量密度，Bexc是勵磁線圈3產(chǎn)生的磁通量密度。
纏繞了耦合線圈4之后就可以得出每一個磁芯1和2中的磁通量的和，從而可通過交流激發(fā)電流產(chǎn)生的電子感應(yīng)來檢測磁通量的變化。由于耦合線圈4的感應(yīng)電壓產(chǎn)生了反方向的內(nèi)磁場，這表明在耦合線圈4處被檢測到的感應(yīng)電壓是兩個對稱生成的感應(yīng)電壓Vind1和Vind2(見圖2F)相抵消形成的。換句話說，由于外磁場Hext相對于第一和第二棒形軟磁芯1和2作用在相同方向，因此第一和第二棒形軟磁芯1和2產(chǎn)生的內(nèi)磁場為
Hext+Hexc和Hext-Hexc。如圖2E所示，電壓Vind1和Vind2在耦合線圈4處被分別感應(yīng)產(chǎn)生，通過檢測感應(yīng)電壓Vind1與Vind2的和，就能得到外磁場Hext的大小。
在上述磁通閘門敏感元件的結(jié)構(gòu)中，最重要的是兩個軟磁芯1和2有合適的結(jié)構(gòu)，即組合結(jié)構(gòu)的勵磁線圈3按“8”字形纏繞在兩個軟磁芯1和2上，耦合線圈4則按螺線管形式纏繞在勵磁線圈3上。這是因為在沒有外磁場Hext時，這種結(jié)構(gòu)能抵銷第一和第二棒形軟磁芯1和2產(chǎn)生的磁場的感應(yīng)波，并使勵磁線圈3產(chǎn)生的磁通形成一個閉合磁路。
圖1的軟磁芯可以采用矩形環(huán)的形式。在這種情況下，也能獲得與棒形軟磁芯結(jié)構(gòu)同樣的益處，即勵磁線圈3纏繞在矩形環(huán)軟磁芯的兩個長邊上，耦合線圈4則按螺線管形式也纏繞在兩個長邊上。
利用帶有勵磁線圈和耦合線圈的單棒磁芯結(jié)構(gòu)也能夠檢測磁場。然而在這種情況下需要對檢測線圈的輸出進(jìn)行較復(fù)雜的信號處理，如像要進(jìn)行放大和濾波，因為比較大的勵磁線圈即使在沒有外磁場的情況下也會在檢測線圈處產(chǎn)生感應(yīng)電壓波。通常，使用兩個棒形磁芯或者單個矩形環(huán)磁芯效果會更好，特別是在需要進(jìn)行信號處理的情況下。
圖3A至3E是沿圖1的I-I和II-II線切開的磁通閘門敏感元件斷面圖，用來說明在半導(dǎo)體襯底上生成磁通閘門敏感元件的過程。其中，圖3A至3E的左側(cè)為沿I-I線切開的斷面圖，右側(cè)為沿II-II線切開的斷面圖。
對磁通閘門敏感元件的生成過程說明如下首先，在半導(dǎo)體襯底21的上表面使用光敏材料和曝光技術(shù)，從而形成用于勵磁線圈和耦合線圈的圖案。按照該圖案，勵磁線圈和耦合線圈分別交替地纏繞一次。然后通過腐蝕，一個高截面率(high-section-rate)的表面22就根據(jù)該圖案形成。其次，在半導(dǎo)體襯底21的被腐蝕部分上形成一層氧化膜(圖中未表示出)，用于電氣絕緣(見圖3A)。然后，為了在氧化膜上鍍一層金屬而先形成一層籽晶層(圖中未表示出)，再將形成的金屬層(例如一層銅)填充到籽晶層上部經(jīng)腐蝕形成的高截面率(high-section-rate)表面22的凹陷部分。然后，對襯底21的上部進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)，于是，填充到表面22凹陷部分內(nèi)的金屬23將彼此絕緣(見圖3B)。
與此同時，如圖3A和3B所示，也可以用其他方法在半導(dǎo)體襯底21上形成高截面率表面22以及耦合線圈繞組下部。關(guān)于其他方法的第一個例子是首先在半導(dǎo)體襯底21上形成一層氧化膜以便絕緣，在氧化膜上形成一層籽晶層以便鍍上金屬。其次，將一層厚的光阻材料涂敷到籽晶層的上部并腐蝕形成圖案。然后，去除掉厚層光阻材料和籽晶層便形成了勵磁線圈和耦合線圈的下部。
在具有勵磁線圈和耦合線圈的下部襯底21的上部，形成第一絕緣層24(見圖3C)。其次，在第一絕緣層上沿水平方向距軟磁芯的側(cè)和其它側(cè)面預(yù)先確定的距離形成多個第一通孔(圖中未表示出)，并與金屬23相連通。其次，將一層軟磁薄膜覆蓋在第一絕緣層24的上部，并通過構(gòu)造圖案和腐蝕而形成軟磁芯25。其結(jié)果是，在半導(dǎo)體襯底的上部形成了一個第二絕緣層26(見圖3D)。然后，在第二絕緣層26上的與第一通孔對應(yīng)的位置上形成與金屬23相連通的第二通孔27。
其次，在形成第二通孔27的第二絕緣層26的上部，涂上光敏材料，并將與勵磁線圈和耦合線圈上部對應(yīng)的區(qū)域曝光形成圖案。這樣一來，根據(jù)預(yù)定的圖案就形成了勵磁線圈和耦合線圈上部的形狀(圖中未表示出)。然后，沿著圖案區(qū)域的截面形成一層籽晶層(圖中未表示出)。通過第二次將金屬28填充到被腐蝕區(qū)域，便形成了第二金屬層(圖中未表示出)。此后，為了將填充到被腐蝕區(qū)域內(nèi)的金屬28絕緣，可以進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械拋光(CMP)。通過去除掉涂敷在第二絕緣層上部的光敏材料(不包括第二次填入的金屬28)，勵磁線圈和耦合線圈的上部便形成了(見圖3E)。
與此同時，除了上面參照圖3E所述的勵磁線圈和耦合線圈上部的形成過程以外，也可以采用其他方法。對其中一例說明如下首先，在已經(jīng)形成了第二通孔27的第二絕緣層26的上部形成了籽晶層后，將厚層光阻材料涂敷到籽晶層的上部。通過將涂敷到籽晶層上部的厚層光阻材料曝光就形成了勵磁線圈和耦合線圈的上部圖案，接著，按照這種圖案進(jìn)行腐蝕。其次，將金屬28填充到與勵磁線圈和耦合線圈上部對應(yīng)的被腐蝕區(qū)域內(nèi)而形成勵磁線圈和耦合線圈的上部，隨后，按照使填入到被腐蝕區(qū)域內(nèi)的金屬28絕緣的方式，去除掉籽晶層以及涂敷到籽晶層上部的厚層光阻材料。
圖4A至4C是按照本發(fā)明第一優(yōu)選實例繪制的形成在半導(dǎo)體襯底上的磁通閘門敏感元件。其中，圖4A是一幅平面圖，顯示了在同一平面內(nèi)互相平行的兩個棒形軟磁芯1和2，以及其上形成的組合結(jié)構(gòu)的勵磁線圈3。圖4B是一幅平面圖，顯示了兩個棒形軟磁芯1和2以及形成在其上的分離結(jié)構(gòu)的耦合線圈4。圖4C是一幅平面圖，顯示了在同一平面內(nèi)互相平行的兩個棒形軟磁芯1和2，以及形成在其上的如圖4A和4B所示的勵磁線圈3和耦合線圈4。
圖4D是一幅平面圖，顯示在同一平面內(nèi)的矩形環(huán)軟磁芯5，組合結(jié)構(gòu)的勵磁線圈6纏繞在矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊上，以及分離結(jié)構(gòu)的耦合線圈4分別纏繞在矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊上。
圖5是按照本發(fā)明第二優(yōu)選實例的集成在一個半導(dǎo)體襯底上的磁通閘門敏感元件的示意圖。在該磁通閘門敏感元件中，勵磁線圈3分別獨立地纏繞在第一和第二棒形軟磁芯1和2整體上，耦合線圈4繞在勵磁線圈3上，并環(huán)繞在第一和第二棒形軟磁芯1和2的外面。此處，耦合線圈也可以分別繞第一和第二軟磁芯1和2纏繞在勵磁線圈3上。另一種方案是圖5所示的第一和第二棒形軟磁芯1和2可以采用矩形環(huán)的形式。在這種情況中，勵磁線圈在磁場檢測方向上獨立地纏繞在矩形環(huán)軟磁芯的兩個長邊上，而耦合線圈則按螺線管形式纏繞在兩個長邊上，以抵消感應(yīng)電壓。這里，耦合線圈是按螺線管形式纏繞在矩形環(huán)軟磁芯的兩個長邊上。
按照第二優(yōu)選實例在耦合線圈處被檢測的感應(yīng)電壓與按照本發(fā)明第一優(yōu)選實例在組合結(jié)構(gòu)的勵磁線圈中被檢測的感應(yīng)電壓是相似的。還有，按照第二實例的磁通閘門敏感元件在沒有外磁場時其抵消感應(yīng)電壓的功能也與第一實例相似。
圖6A至6C是按照本發(fā)明第二優(yōu)選實例的磁通閘門敏感元件形成在半導(dǎo)體襯底上的平面圖。其中，圖6A是一幅平面圖，顯示了分離結(jié)構(gòu)的勵磁線圈3纏繞在處于同一平面內(nèi)而且互相平行的第一和第二棒形軟磁芯1和2上。圖6B是一幅平面圖，顯示了耦合線圈4纏繞在處于同一平面內(nèi)而且互相平行的第一和第二棒形軟磁芯1和2組合整體的外面；圖6C是一幅平面圖，顯示了勵磁線圈3和耦合線圈4纏繞在處于同一平面內(nèi)的第一和第二棒形軟磁芯1和2上。
圖6D是一幅平面圖，顯示了與半導(dǎo)體襯底處在同一平面內(nèi)的矩形環(huán)軟磁芯5，和形成在矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊上的分離結(jié)構(gòu)的勵磁線圈6，以及纏繞在矩形環(huán)軟磁芯兩個長邊組合整體外面的耦合線圈4。
上述磁通閘門敏感元件可以有各種不同的應(yīng)用，如像(但并不限于)大地磁場探測導(dǎo)航系統(tǒng)，地球磁場變化監(jiān)控(地震預(yù)報)，生物電測量裝置，以及金屬缺陷檢測儀等。磁通閘門敏感元件也可以有各種間接的應(yīng)用，例如(但并不限于)，磁性編碼器，無接觸電位計，電流感應(yīng)器，扭矩感應(yīng)器，位移感應(yīng)器等。
按照本發(fā)明的磁通閘門敏感元件是集成在半導(dǎo)體襯底上的，它也可以與其他敏感元件和電路集成在一起，這樣一來，整個系統(tǒng)的尺寸將大大減小，低能耗也可實現(xiàn)。
此外，該系統(tǒng)的尺寸可以做得很緊湊，而且靈敏度高，即使是很微弱的外部磁場也能探測到，因為它反復(fù)不定地激發(fā)從各側(cè)磁芯感生出來的電壓。
此外，按照本發(fā)明的磁通閘門敏感元件能夠用比棒形磁芯或環(huán)形磁芯更便宜的價格生產(chǎn)出來，因此可以大批量生產(chǎn)。
雖然我們已對本發(fā)明的若干優(yōu)選實例作了說明，但熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人士應(yīng)能理解的是，本發(fā)明應(yīng)不限于已說明的優(yōu)選實例，在權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的基本精神和范圍內(nèi)作各種不同的改變和改進(jìn)是允許的。
權(quán)利要求
1.一種磁通閘門敏感元件包括軟磁芯，在半導(dǎo)體襯底上形成閉合磁路；形成為第一金屬薄膜的勵磁線圈，纏繞在軟磁芯上并被設(shè)置在第一平面內(nèi)；以及耦合線圈，也被設(shè)置在第一平面內(nèi)，形成為第二金屬薄膜，纏繞在軟磁芯上。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，軟磁芯包含兩個棒芯，均設(shè)置在第二平面內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求2所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，棒芯的長度方向與磁場檢測方向一致。
4.按照權(quán)利要求3所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照數(shù)字“8”的形狀交替地纏繞在兩個棒芯上。
5.按照權(quán)利要求4所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀纏繞在兩個棒芯組合整體的外面。
6.按照權(quán)利要求4所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在兩個棒芯上。
7.按照權(quán)利要求3所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在兩個棒芯上。
8.按照權(quán)利要求7所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是與勵磁線圈處在同一平面內(nèi)，基本上按照螺線管的形狀纏繞在兩個棒芯組合整體的外面。
9.按照權(quán)利要求7所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在兩個棒芯上。
10.按照權(quán)利要求1所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，所述的軟磁芯為矩形環(huán)。
11.按照權(quán)利要求10所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，矩形環(huán)的長度方向與磁場檢測方向一致。
12.按照權(quán)利要求11所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照數(shù)字“8”的形狀交替地纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上。
13.按照權(quán)利要求12所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀纏繞在矩形環(huán)兩個長邊組合整體的外面。
14.按照權(quán)利要求12所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上。
15.按照權(quán)利要求11所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上。
16.按照權(quán)利要求15所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀纏繞在矩形環(huán)兩個長邊組合整體的外面。
17.按照權(quán)利要求15所述的磁通閘門敏感元件，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上。
18.一種制造磁通閘門敏感元件的方法，包括以下步驟按照預(yù)先對勵磁線圈和耦合線圈確定好的形狀在半導(dǎo)體襯底的上表面上進(jìn)行腐蝕，從而形成勵磁線圈和耦合線圈的下部，然后首先將第一金屬填入到被腐蝕的區(qū)域內(nèi)；在已被首先填入第一金屬的半導(dǎo)體襯底的上部形成第一絕緣層；在相互間隔預(yù)定距離的位置上穿過絕緣層形成若干第一通孔，并用首先填入到被腐蝕區(qū)域內(nèi)的第一金屬相互連通；通過將軟磁性薄膜粘貼到已形成第一通孔的第一絕緣層的上部并形成圖案和進(jìn)行腐蝕而形成軟磁芯；在已經(jīng)有了軟磁芯的半導(dǎo)體襯底的上部形成第二絕緣層；在對應(yīng)于第一通孔的位置上形成與第一金屬連通的若干第二通孔；通過以下幾步形成勵磁線圈和耦合線圈的上部將光敏材料涂敷在已形成第二通孔的第二絕緣層的上部；按照勵磁線圈和耦合線圈上部的圖案形狀進(jìn)行腐蝕；其次將金屬填入被腐蝕的區(qū)域內(nèi)。
19.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，形成勵磁線圈和耦合線圈下部包括以下步驟將光敏材料涂敷在半導(dǎo)體襯底的上部；將涂敷在半導(dǎo)體襯底上部的光敏材料曝光，從而形成勵磁線圈和耦合線圈下部的圖案；按照形成勵磁線圈和耦合線圈下部的圖案進(jìn)行腐蝕；在被腐蝕部位的半導(dǎo)體襯底的上部形成一層氧化層；沿著氧化層形成一層籽晶層；在半導(dǎo)體襯底上部形成金屬層，用第一金屬填充到籽晶層的腐蝕區(qū)域內(nèi)；將半導(dǎo)體襯底的上表面拋光，使腐蝕區(qū)域內(nèi)的金屬絕緣。
20.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，勵磁線圈和耦合線圈下部的形成包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的上表面形成一層氧化層；在氧化層的上部形成一層籽晶層；在籽晶層的上部涂敷一層厚光阻材料；將涂敷在籽晶層上部的厚層光阻材料曝光，以便形成勵磁線圈和耦合線圈下部的圖案；用第一金屬填充到圖案區(qū)域，在半導(dǎo)體襯底的上部形成一層金屬層；去除掉籽晶層以及涂敷在籽晶層上部的光敏材料，使得為形成勵磁線圈和耦合線圈的下部而填充到腐蝕區(qū)域內(nèi)的金屬絕緣。
21.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，勵磁線圈和耦合線圈上部的形成包括以下步驟將光敏材料涂敷在已形成第二通孔的第二絕緣層的上部；將涂敷在第二絕緣層上部的光敏材料曝光，以便形成勵磁線圈和耦合線圈上部的圖案；沿著有圖案的部分形成一層籽晶層；在與勵磁線圈和耦合線圈上部圖案相對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)填入第二金屬；將上表面拋光使填入到圖案區(qū)域內(nèi)的第二金屬絕緣；去除掉第二金屬外的涂敷在第二絕緣層上部的光敏材料。
22.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，勵磁線圈和耦合線圈上部的形成步驟包括在已形成了第二通孔的第二絕緣層的上部形成一層籽晶層；在籽晶層的上部涂敷一層厚光阻材料；對涂敷在籽晶層上部的厚層光阻材料進(jìn)行曝光，以便形成勵磁線圈和耦合線圈上部的圖案；將第二金屬填充到與勵磁線圈和耦合線圈上部相對應(yīng)的有圖案的區(qū)域內(nèi)；去除掉籽晶層以及涂敷在籽晶層上部的厚層光阻材料使得為了形成勵磁線圈和耦合線圈的上部而填充到圖案區(qū)域內(nèi)的第二金屬絕緣。
23.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，軟磁芯包含兩個在同一平面內(nèi)互相平行的棒芯。
24.按照權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，兩個棒芯是這樣形成的，即使得它們每一個的長度方向都與磁場檢測方向一致。
25.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照數(shù)字“8”的形狀交替地纏繞在兩個棒芯上。
26.按照權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀纏繞在兩個棒芯組合整體的外面。
27.按照權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在兩個棒芯上。
28.按照權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在兩個棒芯上。
29.按照權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀纏繞在兩個棒芯組合整體的外面。
30.按照權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在兩個棒芯上。
31.按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述的軟磁芯為矩形環(huán)。
32.按照權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，矩形環(huán)是這樣形成的，即使其長度方向與磁場檢測方向一致。
33.按照權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照數(shù)字“8”的形狀交替地纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上。
34.按照權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀纏繞在矩形環(huán)兩個長邊組合整體的外面。
35.按照權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上。
36.按照權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，勵磁線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上。
37.按照權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀纏繞在矩形環(huán)兩個長邊組合整體的外面。
38.按照權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，耦合線圈的結(jié)構(gòu)是基本上按照螺線管的形狀分別纏繞在矩形環(huán)的兩個長邊上。
全文摘要
一種磁通閘門敏感元件被集成在半導(dǎo)體襯底上。該元件有兩個棒形軟磁芯或者一個矩形環(huán)軟磁芯，從而在半導(dǎo)體襯底上形成閉合磁路。它帶有由金屬層形成的勵磁線圈，呈組合結(jié)構(gòu)，按照數(shù)字“8”的形狀纏繞在兩個棒形磁芯組合外面或者矩形環(huán)磁芯兩個長邊組合外面；或者呈分離結(jié)構(gòu)，按照數(shù)字“8”的形狀分別纏繞在兩個棒形磁芯上或者矩形環(huán)磁芯的兩個長邊上。另外，還有一個耦合線圈，也形成在兩個棒形磁芯上或者矩形環(huán)磁芯的兩個長邊上，呈組合結(jié)構(gòu)，按照螺線管的形狀纏繞在兩個棒形磁芯組合整體的外面或者矩形環(huán)磁芯兩個長邊組合的外面；或者呈分離結(jié)構(gòu)，按照螺線管的形狀分別纏繞在兩個棒形磁芯上或者矩形環(huán)磁芯的兩個長邊上。
文檔編號G01R33/05GK1445556SQ0214689
公開日2003年10月1日 申請日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月14日
發(fā)明者崔源悅, 羅敬遠(yuǎn), 崔相彥 申請人:三星電子株式會社