專利名稱：磁阻角度傳感器的制作方法
技術領域：
本發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：
磁阻(MR)角度傳感器典型地是在襯底(如半導體管芯)的主表面上形成的薄的平坦結構。磁場向該主表面上的投影被稱作平面內磁場。MR傳感器直接測量平面內磁場與主表面中的參考方向之間的角度。然而，MR傳感器一般不測量磁場的量值。在許多應用中， 這是一個缺陷。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量。然而，該磁體可以變為無附著的、碎裂的或破損的，或者可以吸引使磁場的一部分短路的活塊金屬。這些和其他情形可以提供經常不能檢測到的角度測量誤差。以下操作也可以是有益的隨時間監視磁體的強度，以檢測壽命漂移或腐蝕或者檢測來自附近機器和系統的強磁場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傳感器經常比其他傳感器更便宜、更精確且更穩健。AMR傳感器也可以測量磁場角度，但僅在0度與180 度之間。對于一些應用(如轉向角位置感測)，期望測量從0度至360度的整個分辨率。至少部分地由于MR層中的雜質，MR傳感器也受制于磁滯，這意味著輸出信號使所施加的磁場的真實角度滯后大約0. 1度至大約1度。這是與傳統MR傳感器相關聯的另一缺陷。因此，需要改進的MR傳感器。
發明內容
公開了磁阻角度傳感器、傳感器系統和方法。在一個實施例中，一種磁阻角度傳感器包括第一多個導體，彼此平行布置在第一平面中以形成第一陣列；第二多個導體，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，并且所述第二多個導體關于所述第一多個導體正交布置；以及至少一個磁阻元件，安置在所述第一平面與所述第二平面之間。在一個實施例中，一種方法包括提供平行導體的第一平面，所述第一平面與平行導體的第二平面間隔開且相對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磁阻元件；測量在不對平行導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的第一角度；以及測量在對平行導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的第二角度。在一個實施例中，一種方法包括提供包括實質上平行布置的多個串聯連接導體部分的第一導體；提供包括實質上平行布置的多個串聯連接導體部分的第二導體；提供至少一個磁阻元件；將所述第一導體和所述第二導體布置為彼此實質上平行且間隔開，所述第一導體的導體部分關于所述第二導體的導體部分實質上垂直；將所述至少一個磁阻元件布置為與所述第一導體和所述第二導體實質上平行且在所述第一導體與所述第二導體之間；施加第一磁場；測量所述第一磁場的第一角度；通過使電流在所述第一導體或所述第二導體中的至少一個中流動，感應第二磁場；以及測量由所述第一磁場和所述第二磁場引起的磁場的第二角度。
考慮結合附圖對本發明的各個實施例的以下詳細描述，可以更完整地理解本發明，在附圖中
圖IA示出了根據一個實施例的導體格柵(grid)。圖IB示出了根據一個實施例的導體格柵。圖IC示出了根據一個實施例的圖IA和IB—起的導體格柵。圖2A示出了根據一個實施例的傳感器系統的橫截面圖。圖2B示出了圖2A的傳感器系統的俯視圖。圖3示出了根據一個實施例的導體配置。圖4示出了根據圖3的實施例的磁場方向。圖5是根據一個實施例的磁場和角度的圖。圖6是根據一個實施例的磁場和角度的圖。圖7是根據一個實施例的磁場和角度的圖。圖8是根據一個實施例的方法的流程圖。圖9是根據一個實施例的去磁模式的圖。圖10是根據一個實施例的所施加的電流的圖。圖11示出了根據一個實施例的導體配置。圖12是根據一個實施例的方法的流程圖。圖13A示出了根據一個實施例的導體配置。圖1 示出了圖13A的導體配置。雖然本發明可具有(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明的細節并將詳細描述這些細節。然而，應當理解，意圖不是將本發明限于所描述的具體實施例。相反，意圖是覆蓋落在由所附權利要求限定的本發明的精神和范圍內的所有修改、等同方案和備選方案。
具體實施例方式實施例涉及以下磁阻(MR)傳感器，該磁阻(MR)傳感器用于測量磁場的量值同時也針對全部360度測量磁場角度并減小磁滯。在一個實施例中，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勢。在實施例中，MR傳感器可以包括AMR、巨 MR (GMR)和/或隧穿MR (TMR)技術(這里一般被稱作XMR)。參照圖1，圖IA示出了第一電流導體格柵102。電流Iy可以沿所指示的方向流動， 從而產生磁通(flux)密度Bx。圖IB示出了第二電流導體格柵104。每個陣列或格柵102 和104包括多個導體102a-102n和l(Ma_104n。在一個實施例中，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。在一個實施例中，導體10加-10211和 104a-104n是大約1 μ m寬的導線并以大約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，而是指示一個示例實施例。此外，在其他實施例中，格柵102和104可以包括更多或更少導體和/或具有其他相對大小和/或配置的導體。在實施例中，格柵102和104包括標準CMOS或BIPOLAR (雙極)半導體技術的普通鋁布線，但是如果鋁導線不能承載高電流密度(如由于電遷移限制)，則可以使用銅導線，這可以降低電遷移的危險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。當電流Ix和Iy流動時，該布置導致沿方向 Φ的磁通密度Bw。Bw的方向和量值由格柵102和104的布局、其相對放置以及電流Ix和Iy的值確定。因此，傳感器系統包括格柵102和104以及與其鄰近安置的至少一個XMR電阻器。為了減小管芯面積并降低電流需求，在實施例中，格柵102和104中的每一個的各個導體串聯連接。此外，雖然在實施例中格柵102和104占用不同但平行的平面，但是平面以及XMR電阻器的相對布置可以變化。在一個實施例中，MR電阻器安置在格柵102和104 的平面之間，其中每個格柵的導體lOh-n和l(Ma-n以交替的方式串聯連接。在其他實施例中，格柵102和104中的一者或兩者中的每一個包括多個平面。例如，格柵102可以被分割為兩個平面，而格柵104也可以被分割為兩個平面。因此，這種實施例包括四個導體平面——對于格柵102和104中的每一個各有兩個導體平面。圖2示出了傳感器系統200的示例實施例。在系統200中，第一導體202b布置在第一平面中，而第二和第三導體20 和202c布置在第二平面中，其間安置了 MR條帶206。 通孔208將上部導體平面和下部導體平面相耦合。圖2A也包括隔離層210。在實施例中， 傳感器系統200可以包括多個隔離層。在一個實施例中，格柵102和104覆蓋XMR電阻器的全部。在包括多個XMR電阻器的實施例中，所有XMR電阻器位于由格柵102和104形成的周界內。系統200的其他實施例可以包括一個或多個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。為了減少導體平面的數目，另一實施例通過如圖3所示的那樣使導體202傾斜來利用MR條帶206之上和之下的區域。在圖3中，導體202包括四個導體部分20加-(1，其中 XMR電阻器206安置在導體202的平面之間，盡管在其他實施例中可以使用更多或更少導體部分和/或XMR條帶。通孔208將安置在不同導體平面中的導體部分20加-(1相連接。在這種實施例中，如圖4所示，來自第一平面中的導體20 和202c以及第二平面中的導體202b和202d的對Bw場的貢獻并不完全平行，從而導致小的不平行 (out-of-parallel)分量。然而，如果來自上部導體和下部導體的貢獻之和相等，則這些分量實際上彼此抵消。系統200可以將在有電流Ix和Iy時與在無電流Ix和Iy時測量的角度進行比較， 以獲得與所施加的磁場的量值和半空間(例如0-180度或180-360度)有關的附加信息。此外，電流Ix和Iy可以使足夠強度的抖動(dither)磁場疊加以使得系統200的磁歷史減小或消除，從而減小磁滯。再次參照圖1，在其中導體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的實施例中，在XMR 206上產生大約+/- 0.4 mT的平均Bx場，其中大約0.566 mT的平均平面內場沿任何方向且覆蓋整個 0-360度范圍，如下面更詳細討論的。
也參照圖5，在使用吋，傳感器系統200通電并開始測量在不便電流經過格柵102 和104的情況下所施加的磁場Ba的角度や10然后，對格柵102和104施加電流，從而導致 疊加的平面內磁場Bw，磁場Bw與Ba垂直并且典型地也比Ba小一個量級。然后，測量第二 角度V 2，由于添加了 Bw, (f> 2與ェ不同
權利要求
1.一種磁阻角度傳感器，包括第一多個導體，彼此平行布置在第一平面中以形成第一陣列； 第二多個導體，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，并且所述第二多個導體關于所述第一多個導體正交布置；以及至少一個磁阻元件，安置在所述第一平面與所述第二平面之間。
2.根據權利要求1所述的傳感器，其中所述至少一個磁阻元件從由以下各項構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.根據權利要求1所述的傳感器，其中所述第一多個導體和所述第二多個導體包括導線。
4.根據權利要求3所述的傳感器，其中所述導線包括鋁或銅中的一個。
5.根據權利要求1所述的傳感器，其中所述第一多個導體彼此串聯連接，而所述第二多個導體彼此串聯連接。
6.根據權利要求5所述的傳感器，其中所述第一多個導體包括第三多個導體，所述第三多個導體與所述第一多個導體串聯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，并且所述第二多個導體包括第四多個導體，所述第四多個導體與所述第二多個導體串聯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.根據權利要求6所述的傳感器，其中第一多個導體與第三多個導體以及第二多個導體與第四多個導體均通過通孔而串聯連接。
8.根據權利要求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.根據權利要求8所述的傳感器，其中所述至少一個磁阻元件與所述第一平面和所述第二平面平行布置。
10.根據權利要求1所述的傳感器，其中所述第一多個導體和所述第二多個導體定義了周界，并且其中所述至少一個磁阻元件位于所述周界內。
11.根據權利要求1所述的傳感器，還包括傳感器電路，被配置為測量在所述第一多個導體或所述第二多個導體中沒有電流的情況下所施加的磁場的第一角度并測量在對所述第一多個導體和所述第二多個導體施加電流的情況下的第二角度。
12.根據權利要求11所述的傳感器，其中所述傳感器電路被配置為根據所述第一角度和所述第二角度來確定所施加的磁場的量值。
13.根據權利要求12所述的傳感器，其中所述傳感器電路被配置為測量在對所述第一多個導體和所述第二多個導體施加關于第一電流符號相反的第二電流的情況下所施加的磁場的第三角度并根據所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度來確定所施加的磁場的量值。
14.根據權利要求10所述的傳感器，其中所述傳感器電路被配置為根據所述第一角度和所述第二角度來確定所施加的磁場的角度半空間。
15.根據權利要求10所述的傳感器，其中所述傳感器電路被配置為對所述第一多個導體和所述第二多個導體中的至少一個施加抖動以減小所述傳感器中的磁滯。
16.根據權利要求15所述的傳感器，其中所述抖動包括去磁模式。
17.一種方法，包括提供平行導體的第一平面，所述第一平面與平行導體的第二平面間隔開且相對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磁阻元件； 測量在不對平行導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的第一角度；以及測量在對平行導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的第一角度。
18.根據權利要求17所述的方法，還包括根據所述第一角度和所述第二角度來確定所施加的磁場的量值。
19.根據權利要求17所述的方法，還包括測量在對導體的第一平面和第二平面施加關于第一電流符號相反的第二電流的情況下所施加的磁場的第三角度；以及根據所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度來確定所施加的磁場的量值。
20.根據權利要求17所述的方法，還包括根據所述第一角度和所述第二角度來確定所施加的磁場的角度半空間。
21.根據權利要求17所述的方法，還包括對導體的第一平面和第二平面中的至少一個施加抖動以減小磁滯。
22.—種方法，包括提供包括實質上平行布置的多個串聯連接導體部分的第一導體； 提供包括實質上平行布置的多個串聯連接導體部分的第二導體； 提供至少一個磁阻元件；將所述第一導體和所述第二導體布置為彼此實質上平行且間隔開，所述第一導體的導體部分關于所述第二導體的導體部分實質上垂直；將所述至少一個磁阻元件布置為與所述第一導體和所述第二導體實質上平行且在所述第一導體與所述第二導體之間； 施加第一磁場；測量所述第一磁場的第一角度；通過使電流在所述第一導體或所述第二導體中的至少一個中流動，感應第二磁場；以及測量由所述第一磁場和所述第二磁場引起的磁場的第二角度。
23.根據權利要求22所述的方法，還包括將傳感器電路耦合至所述至少一個磁阻元件，其中測量第一角度和測量第二角度由所述傳感器電路執行。
24.根據權利要求22所述的方法，還包括根據所述第一角度和所述第二角度來確定所述第一磁場的量值。
25.根據權利要求22所述的方法，還包括根據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、傳感器系統和方法。在一個實施例中，一種磁阻角度傳感器包括第一多個導體，彼此平行布置在第一平面中以形成第一陣列；第二多個導體，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，并且所述第二多個導體關于所述第一多個導體正交布置；以及至少一個磁阻元件，安置在所述第一平面與所述第二平面之間。
文檔編號G01D5/14GK102564471SQ20111042006
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者U.奧瑟萊希納 申請人:英飛凌科技股份有限公司