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    重庆时时彩爱乐透: 一种单芯片三轴线性磁传感器及其制备方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201410155003.2

    申请日:

    2014.04.17

    公开号:

    CN103954920A

    公开日:

    2014.07.30

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 33/09申请日:20140417|||公开
    IPC分类号: G01R33/09; G01R33/04 主分类号: G01R33/09
    申请人: 江苏多维科技有限公司
    发明人: 詹姆斯·G·迪克
    地址: 215600 江苏省苏州市张家港市保税区广东路7号
    优先权:
    专利代理机构: 苏州创元专利商标事务所有限公司 32103 代理人: 李艳;孙仿卫
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410155003.2

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.09.14|||2014.08.27|||2014.07.30

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种单芯片三轴线性磁传感器及其制备方法,其中传感器包括一X轴传感器、Y轴传感器和Z轴传感器。其中X轴传感器包含有一参考电桥和至少两个X-磁通量控制器,Y轴传感器包含有一推挽电桥和至少两个Y-磁通量控制器,Z轴传感器包含有一推挽电桥和至少一个Z-磁通量控制器。参考电桥、推挽电桥的桥臂均由一个或多个磁电阻传感元件电连接构成,磁电阻传感元件的敏感轴方向和钉扎层的磁化方向均沿X轴方向。本发明公开的制备方法,即先在晶片上沉积一层磁电阻薄膜,然后通过使用磁退火、光刻、刻蚀、镀膜等技术便得到最终的传感器。该单芯片三轴线性磁传感器具有成本低、制作简单、线性度好、灵敏度高等优点。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,该传感器包括:
    一位于XY平面内的基片,所述基片上集成设置有一X轴传感器、一Y轴传感器和一Z轴传感器,各自均包括一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件,分别用于检测磁场在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的分量;
    所述X轴传感器包含有一参考电桥和至少两个X-磁通量控制器,所述参考电桥的参考臂和感应臂交替排列,并且各自均包括所述一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件;所述参考臂上的磁电阻传感元件位于所述X-磁通量控制器的上方或下方,并沿着所述X-磁通量控制器的长度方向排列形成参考元件串;所述感应臂上的磁电阻传感元件位于相邻两个所述X-磁通量控制器之间的间隙处,并沿着所述X-磁通量控制器的长度方向排列形成感应元件串;
    所述Y轴传感器包含有一推挽电桥,所述推挽电桥的推臂和挽臂上各自对应设置有至少两个Y-磁通量控制器,所述推臂和所述挽臂交替排列,各自均包括所述一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件,所述磁电阻传感元件分别位于对应的两个相邻所述Y-磁通量控制器之间的间隙处;
    所述Z轴传感器包含有一推挽电桥和至少一个Z-磁通量控制器,所述推挽电桥的推臂和挽臂交替排列,各自均包括所述一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件;所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件分别位于所述Z-磁通量控制器的下方两侧或上方两侧,并均沿着所述Z-磁通量控制器的长度方向排列;
    所述X轴传感器、Y 轴传感器和Z轴传感器中的所有所述磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向均相同,在没有磁通量控制器时,所有所述磁电阻传感元件的感应方向为X轴方向;
    其中,X轴、Y轴和Z轴两两正交。

    2.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,所述磁电阻传感元件为GMR自旋阀元件或者TMR传感元件。

    3.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,所述X-磁通量控制器、Y-磁通量控制器和Z-磁通量控制器均为矩形长条阵列,其组成材料均为软铁磁合金。

    4.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,每个所述参考元件串与相邻的所述感应元件串之间的间距均为L;当所述X-磁通量控制器的个数为偶数时,在所述X轴传感器的正中间有两个所述参考元件串相邻,其间距为2L ;当所述X-磁通量控制器的个数为奇数时,在所述X轴传感器的正中间有两个所述感应元件串相邻,其间距为2L,其中L为自然数。

    5.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,所述X-磁通量控制器之间的间隙处的磁场的增益系数为1 <Asns <100,所述X-磁通量控制器上方或者下方处的磁场的衰减系数为0 <Aref <1。

    6.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,对于所述Y轴传感器,所述推臂和所述挽臂上的Y-磁通量控制器的数量相同;所述推臂上Y-磁通量控制器与X轴正向的夹角α为0°~90°,所述挽臂上Y-磁通量控制器与X轴正向的夹角β为-90°~0°;或;所述推臂上Y-磁通量控制器与X轴正向的夹角α为-90°~0°,所述挽臂上Y-磁通量控制器与X轴正向的夹角为β为0°~90°,其中,|α|=|β|。

    7.  根据权利要求6所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,对于所述Y轴传感器,所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件的数量相同并且相对位置上的磁电阻传感元件之间相互平行;所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件彼此的旋转角度的幅度相同,但方向不同。

    8.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,对于所述Z轴传感器,所述推挽电桥的推臂和挽臂上的磁电阻传感元件的数量相同。

    9.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,所述Z轴传感器的磁电阻传感元件的长度与宽度之间的比值大于1。

    10.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,相邻两个所述Z-磁通量控制器之间的间距S不小于所述Z-磁通量控制器的宽度Lx。

    11.  根据权利要求10所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,相邻两个所述Z-磁通量控制器之间的间距S> 2Lx。

    12.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,所述Z轴传感器中的磁电阻传感元件位于所述Z-磁通量控制器上方或下方两侧边缘的外侧。

    13.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,减小所述Z轴传感器中的磁电阻传感元件与所述Z-磁通量控制器的下方边缘的间距,或者增大所述Z-磁通量控制器的厚度Lz,或者减小所述Z-磁通量控制器的宽度Lx均能增加所述Z轴传感器的灵敏度。

    14.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,在没有外加磁场时,所述磁电阻传感元件通过永磁偏置、双交换作用、形状各向异性或者它们的任意结合来使磁性自由层的磁化方向与钉扎层的磁化方向垂直。

    15.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,所述参考电桥、所述推挽电桥均为半桥、全桥或者准桥结构。

    16.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,所述基片上集成有一ASIC芯片,或者所述基片与一独立的ASIC芯片相电连接。

    17.  根据权利要求1所述的单芯片三轴线性磁传感器,其特征在于,所述单芯片三轴线性磁传感器的半导体封装方法包括焊盘引线键合、倒装芯片、球栅阵列封装(BGA)、晶圆级封装(WLP)或板上芯片封装(COB)。

    18.  根据权利要求1或13所述的单芯片三轴线性磁传感器,所述X轴传感器、所述Y轴传感器和所述Z轴传感器具有相同的灵敏度。

    19.  一种单芯片三轴线性磁传感器的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
    (1)将磁电阻材料薄膜堆叠沉积在一晶圆上,并通过在磁场中进行热退火来设置所述磁电阻材料薄膜堆叠中钉扎层的磁化方向、钉扎层的磁学特性、自由层的磁学特性以及隧道结的电学特性;
    (2)构建底部电极,并在所述磁电阻材料薄膜堆叠上同时构建X轴传感器、Y轴传感器和Z轴传感器中的磁电阻传感元件;
    (3)在所述磁电阻传感元件上方沉积一绝缘层I,并在所述绝缘层I上形成为磁电阻传感元件提供电连接通道的通孔;
    (4)在所述通孔上方沉积一顶部金属层,将所述顶部金属层构建成顶部电极,并在各元件之间进行布线; 
    (5)在所述顶部金属层上方沉积一绝缘层II,再在所述绝缘层II   
    上方沉积一软铁磁合金材料层,在所述软铁磁合金材料层上同时构建出X-磁通量控制器、Y-磁通量控制器和Z-磁通量控制器;
    (6)在所有的所述X-磁通量控制器、Y-磁通量控制器和Z-磁通量控制器的上方同时沉积一钝化层,再在对应所述底部电极和所述顶部电极的位置上对所述钝化层进行刻蚀、通孔,形成对外连接的焊盘。

    20.  根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,所述磁电阻材料薄膜堆叠中钉扎层用阻挡温度为TB1的反铁磁材料来进行钉扎,自由层用阻挡温度为TB2的第二反铁磁材料来进行偏置,其中TB1>TB2;在磁场中进行热退火为双步骤热磁退火,其包括以下步骤:首先是在温度为T1的磁场中将所述晶圆进行退火,其中T1>TB1;接着是在温度为T2的磁场中进行冷却,其中TB1>T2>TB2;在所述晶圆温度冷却到T2之后,将所述晶圆或者外加磁场的方向旋转90度;再接着将所述晶圆冷却至温度T3,撤去外加磁场,其中TB2>T3;最后将晶圆冷却至室温。

    21.  根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中通过光刻、离子刻蚀、反应离子刻蚀、湿式蚀刻、剥离或者硬掩膜在所述磁电阻材料薄膜堆叠上同时构建X轴传感器、Y轴传感器和Z轴传感器中的磁电阻传感元件。

    22.  根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,在步骤(3)中通过光刻、离子刻蚀、反应离子刻蚀或者湿式蚀刻来形成所述通孔。

    23.  根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中的所述通孔为自对准接触孔,所述自对准接触孔通过剥离(lift off)工艺或硬掩膜工艺形成。

    24.  根据权利要求19所述的制备方法,其特征在于,在所述顶部金属层上方沉积一绝缘层II包括:在所述顶部金属层上方沉积一第一子绝缘层;在所述第一子绝缘层上沉积一用于构建电磁线圈的导体;再在所述电磁线圈上沉积一第二子绝缘层,所述第一子绝缘层、第二子绝缘层和所述导体构成所述绝缘层II;所述在所述绝缘层II上方沉积一软铁磁合金材料层包括:在所述第二子绝缘层上沉积有所述软铁磁合金材料层。

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    一种 芯片 轴线 传感器 及其 制备 方法
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