專利名稱：磁阻角度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路，并且更具體地涉及集成電路磁阻角度傳感器。
背景技術(shù)：
磁阻(MR)角度傳感器典型地是在襯底(如半導(dǎo)體管芯)的主表面上形成的薄的平坦結(jié)構(gòu)。磁場(chǎng)向該主表面上的投影被稱作平面內(nèi)磁場(chǎng)。MR傳感器直接測(cè)量平面內(nèi)磁場(chǎng)與主表面中的參考方向之間的角度。然而，MR傳感器一般不測(cè)量磁場(chǎng)的量值。在許多應(yīng)用中， 這是一個(gè)缺陷。例如，MR角度傳感器典型地包括小永久磁體，該小永久磁體附著至軸并且其位置待測(cè)量。然而，該磁體可以變?yōu)闊o附著的、碎裂的或破損的，或者可以吸引使磁場(chǎng)的一部分短路的活塊金屬。這些和其他情形可以提供經(jīng)常不能檢測(cè)到的角度測(cè)量誤差。以下操作也可以是有益的隨時(shí)間監(jiān)視磁體的強(qiáng)度，以檢測(cè)壽命漂移或腐蝕或者檢測(cè)來自附近機(jī)器和系統(tǒng)的強(qiáng)磁場(chǎng)是否正作用于傳感器。一種具體類型的MR傳感器是各向異性MR傳感器或AMR傳感器。AMR傳感器經(jīng)常比其他傳感器更便宜、更精確且更穩(wěn)健。AMR傳感器也可以測(cè)量磁場(chǎng)角度，但僅在0度與180 度之間。對(duì)于一些應(yīng)用(如轉(zhuǎn)向角位置感測(cè))，期望測(cè)量從0度至360度的整個(gè)分辨率。至少部分地由于MR層中的雜質(zhì)，MR傳感器也受制于磁滯，這意味著輸出信號(hào)使所施加的磁場(chǎng)的真實(shí)角度滯后大約0. 1度至大約1度。這是與傳統(tǒng)MR傳感器相關(guān)聯(lián)的另一缺陷。因此，需要改進(jìn)的MR傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
公開了磁阻角度傳感器、傳感器系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種磁阻角度傳感器包括第一多個(gè)導(dǎo)體，彼此平行布置在第一平面中以形成第一陣列；第二多個(gè)導(dǎo)體，彼此平行布置在第二平面中以形成第二陣列，所述第二平面與所述第一平面不同且間隔開，并且所述第二多個(gè)導(dǎo)體關(guān)于所述第一多個(gè)導(dǎo)體正交布置；以及至少一個(gè)磁阻元件，安置在所述第一平面與所述第二平面之間。在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括提供平行導(dǎo)體的第一平面，所述第一平面與平行導(dǎo)體的第二平面間隔開且相對(duì)于所述第二平面正交布置；在所述第一平面與所述第二平面之間提供至少一個(gè)磁阻元件；測(cè)量在不對(duì)平行導(dǎo)體的第一平面或第二平面施加電流的情況下所施加的磁場(chǎng)的第一角度；以及測(cè)量在對(duì)平行導(dǎo)體的第一平面和第二平面施加第一電流的情況下所施加的磁場(chǎng)的第二角度。在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括提供包括實(shí)質(zhì)上平行布置的多個(gè)串聯(lián)連接導(dǎo)體部分的第一導(dǎo)體；提供包括實(shí)質(zhì)上平行布置的多個(gè)串聯(lián)連接導(dǎo)體部分的第二導(dǎo)體；提供至少一個(gè)磁阻元件；將所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體布置為彼此實(shí)質(zhì)上平行且間隔開，所述第一導(dǎo)體的導(dǎo)體部分關(guān)于所述第二導(dǎo)體的導(dǎo)體部分實(shí)質(zhì)上垂直；將所述至少一個(gè)磁阻元件布置為與所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體實(shí)質(zhì)上平行且在所述第一導(dǎo)體與所述第二導(dǎo)體之間；施加第一磁場(chǎng)；測(cè)量所述第一磁場(chǎng)的第一角度；通過使電流在所述第一導(dǎo)體或所述第二導(dǎo)體中的至少一個(gè)中流動(dòng)，感應(yīng)第二磁場(chǎng)；以及測(cè)量由所述第一磁場(chǎng)和所述第二磁場(chǎng)引起的磁場(chǎng)的第二角度。


考慮結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，可以更完整地理解本發(fā)明，在附圖中
圖IA示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)體格柵(grid)。圖IB示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)體格柵。圖IC示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖IA和IB—起的導(dǎo)體格柵。圖2A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的橫截面圖。圖2B示出了圖2A的傳感器系統(tǒng)的俯視圖。圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)體配置。圖4示出了根據(jù)圖3的實(shí)施例的磁場(chǎng)方向。圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的磁場(chǎng)和角度的圖。圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的磁場(chǎng)和角度的圖。圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的磁場(chǎng)和角度的圖。圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的去磁模式的圖。圖10是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的所施加的電流的圖。圖11示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)體配置。圖12是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法的流程圖。圖13A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)體配置。圖1 示出了圖13A的導(dǎo)體配置。雖然本發(fā)明可具有(amenable to)各種修改和備選形式，但是在附圖中通過示例方式示出了本發(fā)明的細(xì)節(jié)并將詳細(xì)描述這些細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，意圖不是將本發(fā)明限于所描述的具體實(shí)施例。相反，意圖是覆蓋落在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同方案和備選方案。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例涉及以下磁阻(MR)傳感器，該磁阻(MR)傳感器用于測(cè)量磁場(chǎng)的量值同時(shí)也針對(duì)全部360度測(cè)量磁場(chǎng)角度并減小磁滯。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過將正交電流格柵布置為與MR電阻器鄰近來提供這些和其他優(yōu)勢(shì)。在實(shí)施例中，MR傳感器可以包括AMR、巨 MR (GMR)和/或隧穿MR (TMR)技術(shù)(這里一般被稱作XMR)。參照?qǐng)D1，圖IA示出了第一電流導(dǎo)體格柵102。電流Iy可以沿所指示的方向流動(dòng)， 從而產(chǎn)生磁通(flux)密度Bx。圖IB示出了第二電流導(dǎo)體格柵104。每個(gè)陣列或格柵102 和104包括多個(gè)導(dǎo)體102a-102n和l(Ma_104n。在一個(gè)實(shí)施例中，電流格柵102和104安置在不同平面中。也示出了電流Ix和磁通密度-By。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)體10加-10211和 104a-104n是大約1 μ m寬的導(dǎo)線并以大約0. 6 μ m間隔開。格柵102和104的具體定向以及電流和磁通密度不是限制性的，而是指示一個(gè)示例實(shí)施例。此外，在其他實(shí)施例中，格柵102和104可以包括更多或更少導(dǎo)體和/或具有其他相對(duì)大小和/或配置的導(dǎo)體。在實(shí)施例中，格柵102和104包括標(biāo)準(zhǔn)CMOS或BIPOLAR (雙極)半導(dǎo)體技術(shù)的普通鋁布線，但是如果鋁導(dǎo)線不能承載高電流密度(如由于電遷移限制)，則可以使用銅導(dǎo)線，這可以降低電遷移的危險(xiǎn)并且也降低電路的自熱。圖IC示出了格柵104重疊在格柵102上。當(dāng)電流Ix和Iy流動(dòng)時(shí)，該布置導(dǎo)致沿方向 Φ的磁通密度Bw。Bw的方向和量值由格柵102和104的布局、其相對(duì)放置以及電流Ix和Iy的值確定。因此，傳感器系統(tǒng)包括格柵102和104以及與其鄰近安置的至少一個(gè)XMR電阻器。為了減小管芯面積并降低電流需求，在實(shí)施例中，格柵102和104中的每一個(gè)的各個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)連接。此外，雖然在實(shí)施例中格柵102和104占用不同但平行的平面，但是平面以及XMR電阻器的相對(duì)布置可以變化。在一個(gè)實(shí)施例中，MR電阻器安置在格柵102和104 的平面之間，其中每個(gè)格柵的導(dǎo)體lOh-n和l(Ma-n以交替的方式串聯(lián)連接。在其他實(shí)施例中，格柵102和104中的一者或兩者中的每一個(gè)包括多個(gè)平面。例如，格柵102可以被分割為兩個(gè)平面，而格柵104也可以被分割為兩個(gè)平面。因此，這種實(shí)施例包括四個(gè)導(dǎo)體平面——對(duì)于格柵102和104中的每一個(gè)各有兩個(gè)導(dǎo)體平面。圖2示出了傳感器系統(tǒng)200的示例實(shí)施例。在系統(tǒng)200中，第一導(dǎo)體202b布置在第一平面中，而第二和第三導(dǎo)體20 和202c布置在第二平面中，其間安置了 MR條帶206。 通孔208將上部導(dǎo)體平面和下部導(dǎo)體平面相耦合。圖2A也包括隔離層210。在實(shí)施例中， 傳感器系統(tǒng)200可以包括多個(gè)隔離層。在一個(gè)實(shí)施例中，格柵102和104覆蓋XMR電阻器的全部。在包括多個(gè)XMR電阻器的實(shí)施例中，所有XMR電阻器位于由格柵102和104形成的周界內(nèi)。系統(tǒng)200的其他實(shí)施例可以包括一個(gè)或多個(gè)XMR電阻器206。此外，XMR電阻器106可以包括AMR、巨磁阻(GMR) 或某種其他合適的MR技術(shù)。為了減少導(dǎo)體平面的數(shù)目，另一實(shí)施例通過如圖3所示的那樣使導(dǎo)體202傾斜來利用MR條帶206之上和之下的區(qū)域。在圖3中，導(dǎo)體202包括四個(gè)導(dǎo)體部分20加-(1，其中 XMR電阻器206安置在導(dǎo)體202的平面之間，盡管在其他實(shí)施例中可以使用更多或更少導(dǎo)體部分和/或XMR條帶。通孔208將安置在不同導(dǎo)體平面中的導(dǎo)體部分20加-(1相連接。在這種實(shí)施例中，如圖4所示，來自第一平面中的導(dǎo)體20 和202c以及第二平面中的導(dǎo)體202b和202d的對(duì)Bw場(chǎng)的貢獻(xiàn)并不完全平行，從而導(dǎo)致小的不平行 (out-of-parallel)分量。然而，如果來自上部導(dǎo)體和下部導(dǎo)體的貢獻(xiàn)之和相等，則這些分量實(shí)際上彼此抵消。系統(tǒng)200可以將在有電流Ix和Iy時(shí)與在無電流Ix和Iy時(shí)測(cè)量的角度進(jìn)行比較， 以獲得與所施加的磁場(chǎng)的量值和半空間(例如0-180度或180-360度)有關(guān)的附加信息。此外，電流Ix和Iy可以使足夠強(qiáng)度的抖動(dòng)(dither)磁場(chǎng)疊加以使得系統(tǒng)200的磁歷史減小或消除，從而減小磁滯。再次參照?qǐng)D1，在其中導(dǎo)體102a-102n和104a-l(Mn為大約1 μ m 寬且間隔開大約0.6 μ m并且電流Ix和Iy為大約1 mA的實(shí)施例中，在XMR 206上產(chǎn)生大約+/- 0.4 mT的平均Bx場(chǎng)，其中大約0.566 mT的平均平面內(nèi)場(chǎng)沿任何方向且覆蓋整個(gè) 0-360度范圍，如下面更詳細(xì)討論的。
也參照?qǐng)D5，在使用吋，傳感器系統(tǒng)200通電并開始測(cè)量在不便電流經(jīng)過格柵102 和104的情況下所施加的磁場(chǎng)Ba的角度や10然后，對(duì)格柵102和104施加電流，從而導(dǎo)致 疊加的平面內(nèi)磁場(chǎng)Bw，磁場(chǎng)Bw與Ba垂直并且典型地也比Ba小一個(gè)量級(jí)。然后，測(cè)量第二 角度V 2，由于添加了 Bw, (f> 2與ェ不同
權(quán)利要求
1.一種磁阻角度傳感器，包括第一多個(gè)導(dǎo)體，彼此平行布置在第一平面中以形成第一陣列； 第二多個(gè)導(dǎo)體，彼此平行布置在第二平面中以形成第二陣列，所述第二平面與所述第一平面不同且間隔開，并且所述第二多個(gè)導(dǎo)體關(guān)于所述第一多個(gè)導(dǎo)體正交布置；以及至少一個(gè)磁阻元件，安置在所述第一平面與所述第二平面之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述至少一個(gè)磁阻元件從由以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇各向異性磁阻(AMR)元件、隧穿磁阻元件(TMR)或巨磁阻元件(GMR)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)體和所述第二多個(gè)導(dǎo)體包括導(dǎo)線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述導(dǎo)線包括鋁或銅中的一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)體彼此串聯(lián)連接，而所述第二多個(gè)導(dǎo)體彼此串聯(lián)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)體包括第三多個(gè)導(dǎo)體，所述第三多個(gè)導(dǎo)體與所述第一多個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)連接并布置在與所述第一平面和所述第二平面不同的第三平面中，并且所述第二多個(gè)導(dǎo)體包括第四多個(gè)導(dǎo)體，所述第四多個(gè)導(dǎo)體與所述第二多個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)連接并布置在與所述第一平面、所述第二平面和所述第三平面不同的第四平面中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器，其中第一多個(gè)導(dǎo)體與第三多個(gè)導(dǎo)體以及第二多個(gè)導(dǎo)體與第四多個(gè)導(dǎo)體均通過通孔而串聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述第一平面和所述第二平面平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器，其中所述至少一個(gè)磁阻元件與所述第一平面和所述第二平面平行布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述第一多個(gè)導(dǎo)體和所述第二多個(gè)導(dǎo)體定義了周界，并且其中所述至少一個(gè)磁阻元件位于所述周界內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括傳感器電路，被配置為測(cè)量在所述第一多個(gè)導(dǎo)體或所述第二多個(gè)導(dǎo)體中沒有電流的情況下所施加的磁場(chǎng)的第一角度并測(cè)量在對(duì)所述第一多個(gè)導(dǎo)體和所述第二多個(gè)導(dǎo)體施加電流的情況下的第二角度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器，其中所述傳感器電路被配置為根據(jù)所述第一角度和所述第二角度來確定所施加的磁場(chǎng)的量值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器，其中所述傳感器電路被配置為測(cè)量在對(duì)所述第一多個(gè)導(dǎo)體和所述第二多個(gè)導(dǎo)體施加關(guān)于第一電流符號(hào)相反的第二電流的情況下所施加的磁場(chǎng)的第三角度并根據(jù)所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度來確定所施加的磁場(chǎng)的量值。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，其中所述傳感器電路被配置為根據(jù)所述第一角度和所述第二角度來確定所施加的磁場(chǎng)的角度半空間。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，其中所述傳感器電路被配置為對(duì)所述第一多個(gè)導(dǎo)體和所述第二多個(gè)導(dǎo)體中的至少一個(gè)施加抖動(dòng)以減小所述傳感器中的磁滯。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳感器，其中所述抖動(dòng)包括去磁模式。
17.一種方法，包括提供平行導(dǎo)體的第一平面，所述第一平面與平行導(dǎo)體的第二平面間隔開且相對(duì)于所述第二平面正交布置；在所述第一平面與所述第二平面之間提供至少一個(gè)磁阻元件； 測(cè)量在不對(duì)平行導(dǎo)體的第一平面或第二平面施加電流的情況下所施加的磁場(chǎng)的第一角度；以及測(cè)量在對(duì)平行導(dǎo)體的第一平面和第二平面施加第一電流的情況下所施加的磁場(chǎng)的第一角度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括根據(jù)所述第一角度和所述第二角度來確定所施加的磁場(chǎng)的量值。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括測(cè)量在對(duì)導(dǎo)體的第一平面和第二平面施加關(guān)于第一電流符號(hào)相反的第二電流的情況下所施加的磁場(chǎng)的第三角度；以及根據(jù)所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度來確定所施加的磁場(chǎng)的量值。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括根據(jù)所述第一角度和所述第二角度來確定所施加的磁場(chǎng)的角度半空間。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括對(duì)導(dǎo)體的第一平面和第二平面中的至少一個(gè)施加抖動(dòng)以減小磁滯。
22.—種方法，包括提供包括實(shí)質(zhì)上平行布置的多個(gè)串聯(lián)連接導(dǎo)體部分的第一導(dǎo)體； 提供包括實(shí)質(zhì)上平行布置的多個(gè)串聯(lián)連接導(dǎo)體部分的第二導(dǎo)體； 提供至少一個(gè)磁阻元件；將所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體布置為彼此實(shí)質(zhì)上平行且間隔開，所述第一導(dǎo)體的導(dǎo)體部分關(guān)于所述第二導(dǎo)體的導(dǎo)體部分實(shí)質(zhì)上垂直；將所述至少一個(gè)磁阻元件布置為與所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體實(shí)質(zhì)上平行且在所述第一導(dǎo)體與所述第二導(dǎo)體之間； 施加第一磁場(chǎng)；測(cè)量所述第一磁場(chǎng)的第一角度；通過使電流在所述第一導(dǎo)體或所述第二導(dǎo)體中的至少一個(gè)中流動(dòng)，感應(yīng)第二磁場(chǎng)；以及測(cè)量由所述第一磁場(chǎng)和所述第二磁場(chǎng)引起的磁場(chǎng)的第二角度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括將傳感器電路耦合至所述至少一個(gè)磁阻元件，其中測(cè)量第一角度和測(cè)量第二角度由所述傳感器電路執(zhí)行。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括根據(jù)所述第一角度和所述第二角度來確定所述第一磁場(chǎng)的量值。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括根據(jù)所述第一角度和所述第二角度來確定所述第一角度的半空間。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁阻角度傳感器。公開了磁阻角度傳感器、傳感器系統(tǒng)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種磁阻角度傳感器包括第一多個(gè)導(dǎo)體，彼此平行布置在第一平面中以形成第一陣列；第二多個(gè)導(dǎo)體，彼此平行布置在第二平面中以形成第二陣列，所述第二平面與所述第一平面不同且間隔開，并且所述第二多個(gè)導(dǎo)體關(guān)于所述第一多個(gè)導(dǎo)體正交布置；以及至少一個(gè)磁阻元件，安置在所述第一平面與所述第二平面之間。
文檔編號(hào)G01D5/14GK102564471SQ20111042006
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者U.奧瑟萊希納 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司