專利名稱：磁檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁傳感器，更具體而言，涉及使磁檢測裝置屏蔽從內(nèi)部產(chǎn)生的電磁信號(hào)。
B.背景技術(shù)通常磁傳感器用于方位測定或其他導(dǎo)航裝置。由于提高的靈敏度、更小尺寸以及與電子系統(tǒng)兼容性的需要，磁場檢測技術(shù)一直在發(fā)展。
今天大多數(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)利用某種磁羅盤來確定航向。利用地球磁場，基于磁阻(MR)傳感器的電子羅盤能夠電分辨優(yōu)于0.1度方向的旋轉(zhuǎn)。磁阻傳感器測量由于外部電場或磁場帶來的電阻的變化。例如，地球磁場能夠引起磁阻傳感器的電阻變化，由此變化可以確定羅盤方向。
磁阻傳感器提供了構(gòu)造羅盤導(dǎo)航系統(tǒng)的固態(tài)解決方案。它們的高靈敏度和有效再現(xiàn)性，連同它們的小尺寸，導(dǎo)致高準(zhǔn)確度的磁傳感器。然而，將磁阻傳感器與電子線路相結(jié)合可能不會(huì)導(dǎo)致準(zhǔn)確的磁測量。電子線路內(nèi)的電磁信號(hào)，例如電流信號(hào)，可能干擾來自于地球磁場的信號(hào)，因此，不可能獲得地球磁場的準(zhǔn)確測量。電流總是能產(chǎn)生磁場，這將會(huì)干擾低強(qiáng)度磁場的測量。
現(xiàn)有的磁阻傳感器系統(tǒng)缺乏消除或降低由系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備產(chǎn)生的磁場效應(yīng)的能力，因此需要提供一種消除雜散電磁信號(hào)以便準(zhǔn)確測量磁場的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，提供了一種具有帶有接合表面的集成電路的磁檢測裝置。磁檢測裝置還具有沉積在接合表面的磁屏蔽層。磁屏蔽層吸收由集成電路產(chǎn)生的電磁信號(hào)。磁檢測裝置還具有沉積在磁屏蔽層上的磁檢測層，使得磁檢測層基本上與集成電路對(duì)準(zhǔn)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種磁檢測裝置，其具有帶有接合表面的集成電路、與集成電路耦合的磁傳感器、以及沉積在集成電路和磁傳感器之間的磁緩沖層。磁緩沖層包括具有大約100-500埃厚度的磁屏蔽材料。
在又一個(gè)實(shí)施例中，包括了一種在內(nèi)部屏蔽磁檢測裝置的方法。所述方法可以包括在磁傳感器和集成電路之間提供磁屏蔽層。磁屏蔽層可以吸收集成電路產(chǎn)生的電磁信號(hào)。
通過正確參考附圖并閱讀下面詳細(xì)的說明，上述以及其他特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。


參考附圖，其中具有相同標(biāo)號(hào)的部件始終代表相同的部件，其中圖1是說明一個(gè)概念上的磁檢測系統(tǒng)實(shí)施例的方框圖；圖2是一個(gè)圖1中磁檢測系統(tǒng)實(shí)施例的更詳細(xì)的說明；圖3是一個(gè)屏蔽磁檢測裝置的實(shí)施例的功能框圖。
具體實(shí)施例在一個(gè)典型實(shí)施例中，提供了一種盡管緊鄰集成電路仍可以準(zhǔn)確測量磁場的磁檢測裝置。磁檢測裝置可以具有安裝在集成電路上的磁傳感器，來形成片上系統(tǒng)。磁屏蔽層和/或磁吸收層可以沉積在磁傳感器和集成電路之間來提供緩沖層，該緩沖層降低和/或消除集成電路產(chǎn)生的雜散電磁信號(hào)。按照這種方式，磁傳感器可以準(zhǔn)確地測量裝置外部的磁場，該外部磁場與集成電路內(nèi)電流產(chǎn)生的磁場無關(guān)。
參考圖1，說明了磁檢測系統(tǒng)100的示范性實(shí)施例。雖然圖1說明了磁檢測系統(tǒng)100，但是也可以使用其他封裝和/或傳感器組合。此外，應(yīng)該理解到，在圖1中示出的磁檢測系統(tǒng)100和這里描述的其他配置僅是作為例子闡述的，根據(jù)生產(chǎn)商和/或消費(fèi)者的偏好，可以使用其他配置和部件，并且一些部件可以一起省略。
作為例子，磁檢測系統(tǒng)100具有集成電路102、磁緩沖層104和磁傳感器106。集成電路102、磁緩沖層104和磁傳感器106都可以封入封裝108內(nèi)，例如塑料封裝、具有多個(gè)引線的電子集成電路封裝或者非磁性模壓封裝。封裝還可以是具有銅引線框的小外型集成電路(SOIC)封裝。磁檢測系統(tǒng)100還可以包含其他檢測和/或電子部件。
如圖1所示，磁緩沖層104安置在集成電路102之上，并且磁傳感器106安置在磁緩沖層104之上。磁傳感器106可以安置成基本上與集成電路102對(duì)準(zhǔn)，或者磁傳感器106可以直接安置在集成電路102之上?？蛇x擇的，磁傳感器106、磁緩沖層104和集成電路102也可以安置在完全不同的配置中。然而，在示范性實(shí)施例中，可能有必要至少將磁緩沖層104安置在磁傳感器106和集成電路102之間。
磁檢測系統(tǒng)100中的集成電路102可以是印刷電路板(PCB)、電子設(shè)備板、集成電路芯片或者任何可操作處理電信號(hào)的集成電路。集成電路102可以是一片硅材料或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)雙極材料。集成電路102可以具有模擬和數(shù)字輸出，并且可以包含譬如運(yùn)算放大器、放大器或者其他信號(hào)調(diào)節(jié)的電子設(shè)備的元件。集成電路102也還可以是其他電子線路的類型。
當(dāng)電荷載體例如電子通過集成電路102的電導(dǎo)體(舉例來說，跡線)時(shí)，集成電路102產(chǎn)生磁場。例如，電流能夠產(chǎn)生磁場。脈沖直流或交流具有產(chǎn)生電磁場的特征。當(dāng)電荷載體加速時(shí)(相對(duì)于以不變速度移動(dòng))，可以產(chǎn)生波動(dòng)的磁場。這產(chǎn)生了波動(dòng)的電場，波動(dòng)電場又產(chǎn)生另一個(gè)變化的磁場。這導(dǎo)致一個(gè)隨著電荷載體繼續(xù)加速可以繼續(xù)無限增長的增長的電磁場。
磁緩沖層104也可以使磁傳感器106屏蔽集成電路102內(nèi)由電流流動(dòng)產(chǎn)生的電磁場，并且/或者磁緩沖104可以吸收集成電路102產(chǎn)生的電磁場。磁緩沖層104還可以屏蔽和/或吸收由磁檢測系統(tǒng)100中的其他內(nèi)部源產(chǎn)生的電磁場。為了吸收電磁場，磁緩沖層104可以包含透磁合金材料?？蛇x擇的，為了屏蔽電磁場，磁緩沖層104可以包含鎳鐵高導(dǎo)磁率合金材料。不管用何種方法，磁緩沖層104可以包含任何具有高磁導(dǎo)率(也就是，相對(duì)磁場強(qiáng)度的高磁通密度系數(shù))的材料和/或任何磁阻材料。
透磁合金材料典型地包含鎳和鐵。在一個(gè)實(shí)施例中，磁緩沖層104由透磁合金材料混合物組成，其具有大約60-80％鎳(Ni)、10-20％鐵(Fe)、5-10％銅(Cu)以及5-10％鈷(Co)(重量百分比)。透磁合金材料混合物還可以是在50-80％鎳和差額(balance)鐵之間。
鎳鐵高導(dǎo)磁率合金是一種軟鐵磁材料。作為一個(gè)例子，磁緩沖層104可以是具有大約77％Ni、16％Fe、5％Cu以及2％鉻(Cr)的鎳鐵高導(dǎo)磁率合金。其他鎳鐵高導(dǎo)磁率合金也可以使用，例如基于加入一定量硅(Si)和/或其他相似元素的金屬的Ni-Fe。其他元素也可以使用。
磁緩沖層104可以是任何具有例如104H/m(亨利/米)數(shù)量級(jí)的高磁導(dǎo)率的鐵磁材料。其他例子也是可能的。
盡管磁緩沖層104的厚度可以大于或小于幾百埃，但是其厚度也可以是大約幾百埃。例如，對(duì)于設(shè)計(jì)用來測量地球磁場的磁檢測系統(tǒng)，磁緩沖層104可以是大約100-500埃。
磁緩沖層104可以通過例如壓力氣相沉積(PVD)或者離子束沉積的電鍍過程沉積在集成電路102接合表面上?？蛇x擇的，磁緩沖層104可以通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、常壓化學(xué)氣相沉積(APCVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或者其他沉積技術(shù)沉積在集成電路102上。磁緩沖層104可以僅沉積在集成電路102和磁傳感器106之間的區(qū)域，或者盡可能沉積在集成電路102的較大區(qū)域上來降低和/或消除雜散或漏電流和/或磁場。例如，磁緩沖層104可以沉積在集成電路102的整個(gè)接合表面上，如集成電路102和磁傳感器106之間的區(qū)域限定的或者如集成電路102的整個(gè)表面區(qū)域限定的區(qū)域。
磁緩沖層104可以使磁傳感器106能夠測量準(zhǔn)確的磁場強(qiáng)度或者磁場方向。例如，磁傳感器106可以測量高靈敏度磁場，例如典型地大約0.5至0.6高斯或者大約5×10-5特斯拉的地球磁場。
在一個(gè)實(shí)施例中，磁傳感器106可以是一個(gè)譬如81％Ni和19％Fe的各向異性磁阻(AMR)薄膜材料的薄層。當(dāng)暴露于磁場時(shí)，AMR薄膜可以有2-3％的阻抗變化。在另一個(gè)實(shí)施例中，磁傳感器106還可以是巨磁阻(GMR)薄膜材料，其可以包含Ni-Fe-Cu-Ni-Fe疊層或者任何其他組合，并且當(dāng)暴露于磁場時(shí)可以有3-100％的阻抗變化。在又一個(gè)實(shí)施例中，磁傳感器106可以是龐磁阻(CMR)薄膜材料，其可以包含鑭(La)、鍶(Sr)、錳(Mn)和氧(O)。磁傳感器106也可以包含其他材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，磁傳感器106可以具有小于大約200埃的厚度。包含磁傳感器106的薄膜材料層可以沉積在磁緩沖層104上，并且磁傳感器106的想要的結(jié)構(gòu)可以被蝕刻在薄膜材料層內(nèi)。磁傳感器106可以使用PVD或者離子束沉積過程沉積在磁緩沖層104上。
磁傳感器106可以包括由磁阻金屬薄膜形成的電阻惠斯登電橋。當(dāng)電源與電橋連接時(shí)，磁傳感器106可以將感測方向上任何周圍的或者施加的磁場轉(zhuǎn)換為電壓輸出。
磁緩沖層104可以使磁傳感器106能夠被直接安置在集成電路102上或者緊鄰集成電路102的位置，并且仍保持檢測靈敏磁場的能力。此外，磁緩沖層104可以防止集成電路102產(chǎn)生的電磁場對(duì)磁檢測系統(tǒng)100外部電磁場的干擾。如果在磁傳感器106和集成電路102之間沒有電磁屏蔽或吸收層，則在集成電路102內(nèi)由電流流動(dòng)產(chǎn)生的電磁場能夠使磁傳感器106飽和，并且不允許磁傳感器106檢測磁檢測系統(tǒng)100外部的電磁場。
參考圖2，詳細(xì)說明了在圖1中說明的磁檢測系統(tǒng)100。集成電路102安置在封裝108的基底上，并且將磁緩沖層104沉積在集成電路102上。第一金屬互連202(a-b)沉積在磁緩沖層104和集成電路102上。介電層204沉積在磁緩沖層104和集成電路102上并環(huán)繞第一金屬互連202(a-b)。磁傳感器106可以沉積在介電層204上并蝕刻成想要的結(jié)構(gòu)。例如，如圖2中所示，磁傳感器106包含三個(gè)小的平行的部分。第二金屬互連206以接觸第一金屬互連202(a-b)的方式沉積在磁傳感器106上。
另一個(gè)介電層208沉積在介電層204和第二金屬互連206上。第三金屬互連210以接觸第二金屬互連206的方式沉積在介電層208上。另一個(gè)介電層212沉積在第三金屬互連210上，并且輸出金屬互連214(a-b)沉積在介電層212上，以使輸出金屬互連214(a-b)與第三金屬互連210接觸。
描述的在磁檢測系統(tǒng)100中的介電層和金屬互連的數(shù)量(以及組成和每層厚度)對(duì)于本發(fā)明的所有實(shí)施例來說并不是關(guān)鍵性的，不管用何種方法，其他的配置仍可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。同樣，這里描述的結(jié)構(gòu)，即封裝的集成電路配置，只是可以使用的許多不同形式中的一個(gè)例子。
介電層204、208和212可以包含四乙基原硅酸鹽(TEOS)材料或者其他絕緣和/或非導(dǎo)電材料。此外，介電層204、208和212可以為大約1-2微米厚。在沉積介電層204、208和212之前，可以先完成化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)過程來光滑、平整和/或消除沉積在介電層204、208和212表面上的瑕疵。介電層204、208和212可以利用PECVD過程沉積。
參考圖3，說明了內(nèi)部屏蔽磁檢測裝置的方法300。如方框302所示，凈化可以沉積磁阻材料層的集成電路的表面。然后如方框304所示可以將磁阻材料層沉積在集成電路上，并且如方框306所示，介電層材料可以沉積在磁阻層上。接著如方框308所示，磁檢測層材料沉積在介電層上，并且如方框310所示，然后可以封裝集成電路和磁傳感器。磁阻材料層被沉積在磁檢測層和集成電路之間，用來吸收由集成電路產(chǎn)生的電磁信號(hào)。
合并磁傳感器和集成電路之間的磁阻材料，可以不必補(bǔ)償由于檢測系統(tǒng)內(nèi)部源產(chǎn)生的磁場的磁場測量失真。此外，在現(xiàn)有的磁檢測系統(tǒng)中，不可能對(duì)于例如由交流產(chǎn)生的時(shí)變磁場進(jìn)行補(bǔ)償。因此，采用磁阻材料作為磁屏蔽或磁吸收層，使具有磁傳感器和集成電路的整體磁檢測裝置能夠準(zhǔn)確地測量裝置外部的磁場性質(zhì)。
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明精神和特性情況下，可以在其他實(shí)施例中利用本發(fā)明的原理進(jìn)行改進(jìn)。因而，所描述的實(shí)施例在各個(gè)方面僅是為說明，而非限制，因此本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求而不是在前的描述表示。所以，結(jié)構(gòu)、順序、材料等對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而意見的改進(jìn)都屬于本發(fā)明的范圍。其他的例子也是可能的。
權(quán)利要求
1.一種磁檢測裝置，包括一個(gè)具有接合表面的集成電路；一個(gè)沉積在接合表面的磁屏蔽層，其中所述磁屏蔽層吸收所述集成電路產(chǎn)生的電磁信號(hào)；以及一個(gè)沉積在所述磁屏蔽層上的磁檢測層，使得所述磁檢測層基本與所述集成電路對(duì)準(zhǔn)。
2.權(quán)利要求1所述的磁檢測裝置，其中沉積在接合表面上的所述磁屏蔽層是具有大約100-500埃厚度的透磁合金材料。
3.權(quán)利要求1所述的磁檢測裝置，其中沉積在接合表面上的所述磁屏蔽層是具有大約100-500埃厚度的鎳鐵高導(dǎo)磁率合金材料。
4.權(quán)利要求1所述的磁檢測裝置，其中沉積在所述磁屏蔽層上的所述磁檢測層是各向異性磁阻(AMR)薄膜。
5.權(quán)利要求1所述的磁檢測裝置，其中沉積在所述磁屏蔽層上的所述磁檢測層是巨磁阻(GMR)薄膜。
6.權(quán)利要求1所述的磁檢測裝置，其中沉積在所述磁屏蔽層上的所述磁檢測層具有小于200埃的厚度。
7.權(quán)利要求1所述的磁檢測裝置，還包含沉積在所述集成電路和所述磁檢測層之間的介電層。
8.權(quán)利要求1所述的磁檢測裝置，其中所述磁檢測層沉積在所述磁屏蔽層上，使得所述磁檢測層直接在所述集成電路之上。
9.一種磁檢測裝置，包括一個(gè)具有接合表面的集成電路；一個(gè)與所述集成電路耦合的磁傳感器；以及一個(gè)沉積在所述集成電路和所述磁傳感器之間的磁緩沖層，所述磁緩沖層包括具有大約100-500埃厚度的磁屏蔽材料。
10.權(quán)利要求9所述的磁檢測裝置，其中所述磁傳感器選自由各向異性磁阻(AMR)薄膜和巨磁阻(GMR)薄膜組成的組合。
11.權(quán)利要求9所述的磁檢測裝置，其中所述磁屏蔽材料選自由透磁合金材料和鎳鐵高導(dǎo)磁率合金材料組成的組合。
12.權(quán)利要求9所述的磁檢測裝置，其中所述磁傳感器通過金屬互連與所述集成電路耦合。
13.權(quán)利要求9所述的磁檢測裝置，其中所述磁緩沖層沉積在所述集成電路的接合表面上，以使所述磁緩沖層基本覆蓋所述集成電路和所述磁傳感器之間的全部區(qū)域。
14.權(quán)利要求9所述的磁檢測裝置，其中所述磁緩沖層沉積在所述集成電路的接合表面上，以使所述磁緩沖層基本覆蓋所述集成電路的接合表面。
15.權(quán)利要求9所述的磁檢測裝置，還包括沉積在所述集成電路和所述磁傳感器之間的介電層。
16.一種內(nèi)部屏蔽磁檢測裝置的方法，包括在磁傳感器和集成電路之間提供磁屏蔽層，其中所述磁屏蔽層吸收所述集成電路產(chǎn)生的電磁信號(hào)。
17.權(quán)利要求16所述的方法，還包括將所述磁傳感器和所述集成電路集成在普通的磁檢測裝置內(nèi)。
18.權(quán)利要求17所述的方法，其中將所述磁傳感器和所述集成電路集成在普通的磁檢測裝置內(nèi)包括在緊鄰所述集成電路處沉積磁阻(MR)薄膜。
19.權(quán)利要求17所述的方法，其中將所述磁傳感器和所述集成電路集成在普通的磁檢測裝置內(nèi)包括安置磁傳感器使其基本上與集成電路對(duì)準(zhǔn)。
20.權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述磁傳感器和所述集成電路之間提供所述磁屏蔽層包括沉積選自由透磁合金材料和鎳鐵高導(dǎo)磁率合金材料組成的組合的材料。
21.權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述磁傳感器和所述集成電路之間提供所述磁屏蔽層包括沉積具有大約100-500埃厚度的材料。
22.權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述磁傳感器和所述集成電路之間提供磁屏蔽層包括在所述集成電路上沉積所述磁屏蔽層。
23.權(quán)利要求16所述的方法，還包括在所述磁傳感器和所述集成電路之間沉積絕緣層。
全文摘要
公開了一種磁檢測裝置。該磁檢測裝置可以具有集成電路和磁傳感器。磁緩沖層材料可以沉積在集成電路和磁傳感器之間，以使磁傳感器屏蔽集成電路產(chǎn)生的雜散電磁場。磁緩沖層還可以吸收磁檢測裝置中其他內(nèi)部源產(chǎn)生的電磁場。
文檔編號(hào)G01R33/09GK1672058SQ03817505
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月23日
發(fā)明者W·F·維特克拉夫特 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國際公司