磁傳感器以及電流傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路設計以及封裝領域，尤其涉及一種磁傳感器以及電流傳感器。
【背景技術】
[0002]電流傳感器的基本原理是利用電磁感應現象，采用一顆霍爾傳感器來檢測通過導線的電流大小。現有技術中，通常是采用一顆霍爾傳感器來檢測磁場強度。
[0003]附圖1所示是現有技術中霍爾傳感器檢測對磁場進行檢測的基本原理示意圖。磁敏元件10的四個角上分別設置電極101?104，磁場B的方向是垂直于圖面的。此時在磁敏元件10的電極101和電極103上施加電壓Vs，載流子在霍爾效應的作用下，會在電極102和電極104之間產生電勢差Vh。入和Vh的符號與磁敏元件10的摻雜類型有關。為了放大電壓信號，還可以進一步使用動態失調消除技術對信號進行處理。所謂動態失調技術是使用旋轉電流法，即在霍爾片上，周期性的在電極101和電極103之間以及電極102和電極104之間上施加電壓Vs，使磁敏元件上中的電流發生90度的周期性旋轉。
[0004]然而，現有技術中磁敏元件10在擴散摻雜的過程中各個角度的擴散厚薄存在不一致，即自身所存在的不均勻性失調電壓，這不會因驅動電流方向的改變而改變。因此，上述的動態失調技術，仍然無法解決磁敏元件10自身由于擴散厚薄不一致而造成的偏差，無法適用在有高精度高線性要求的電流傳感器產品中。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是，提供一種磁傳感器以及電流傳感器，能夠降低磁敏元件自身由于擴散厚薄不一致而造成的偏差。
[0006]為了解決上述問題，本發明提供了一種磁傳感器，包括半導體襯底，以及設置于半導體襯底表面的第一磁敏元件、第二磁敏元件、第三磁敏元件和第四磁敏元件，每個磁敏元件的表面各自設置一對偏置電極和一對采樣電極，所述偏置電極用于在磁敏元件上引入一偏置電流，所述采樣電極用于采樣由所述偏置電流和一環境磁場共同作用而產生的一霍爾電壓，所述四個磁敏元件上的偏置電流方向依次呈90度角。
[0007]可選的，所述每個磁敏元件上的偏置電極和采樣電極可以互換使用。
[0008]可選的，所述第一磁敏元件、第二磁敏元件、第三磁敏元件和第四磁敏元件均第一磁敏元件和第二磁敏元件為正方形，所述偏置電極位于磁敏元件的兩個對角上，所述采樣電極位于另外兩個對角上。
[0009]本發明進一步提供了一種電流傳感器，包括一半導體襯底以及設置在半導體襯底上的一上述的磁傳感器，所述半導體襯底中包括一段弧形導線，當所述弧形導線中通過電流時，所述弧形導線能夠在圓弧的中心處形成一耦合磁場的增強區域，所述磁傳感器設置于所述增強區域。
[0010]本發明的優點在于，通過設置多個磁敏元件，彼此的電流呈現90角，能多方向抵消制作工藝上造成的偏差，同時將獲得的多個角度上的有效信號進行相加處理，大大降低有效信號誤差，改善了信號噪聲，從而降低磁敏元件自身由于擴散角度不一致，厚薄不一致而造成的偏差。
【附圖說明】
[0011]附圖1所示是現有技術中霍爾傳感器檢測對磁場進行檢測的基本原理示意圖。
[0012]附圖2所示是本發明【具體實施方式】所述的磁傳感器結構示意圖。
[0013]附圖3所示是本發明【具體實施方式】所述的電流傳感器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明提供的磁傳感器以及電流傳感器的【具體實施方式】做詳細說明。
[0015]附圖2所示是本發明所述的磁傳感器結構示意圖，包括半導體襯底20，半導體襯底20表面的第一磁敏元件21、第二磁敏元件22、第三磁敏元件23、以及第四磁敏元件24。其中第一磁敏元件21上設置一對偏置電極21 la、21 Ib和一對采樣電極212a、212b。所述偏置電極211a、211b之間在具有電壓Vs的情況下，能夠在磁敏元件上引入一偏置電流I s，所述采樣電極212a、212b用于采樣由所述偏置電流Is和一環境磁場B共同作用而產生的一霍爾電壓\。其它磁敏元件也是相同的設置方式，此處不做贅述。作為優選的實施方式，所述第一磁敏元件21為正方形，所述偏置電極211a、211b位于磁敏元件的兩個對角上，所述采樣電極212a、212b位于另外兩個對角上。在其它的實施方式中，保持兩個偏置電極的連接線與采樣電極的連接線不平行，即互呈一角度(優選為90度)的情況下，磁敏元件可以是包括菱形，八角形等對稱性圖形塊在內的任意形狀。
[0016]在現有技術中是采用一片磁敏元件來檢測環境磁場B。由于霍爾電壓的產生基礎是磁敏元件通過摻雜引入的載流子發生迀移，那么顯然各個磁敏元件自身由于擴散厚薄不一致而造成的摻雜濃度的偏差就會引起測試的誤差。故本【具體實施方式】中，同時設置了第一磁敏元件21、第二磁敏元件22、第三磁敏元件23、以及第四磁敏元件24，且四個磁敏元件上的偏置電流方向依次呈90度角。這樣的設置可以通過將四個磁敏元件的Vs的算術平均值來降低系統誤差。對于此種設置，若可以在后續的測試工藝中能夠對四個磁敏元件的測試誤差進行評估，通過對Vs實施加權平均的運算方式，可以進一步提高結果的精確度。無論采用何種方式做后續的信號處理，以上將四個磁敏元件的偏置電流方向設置成依次呈90度角都是實現后續信號處理的基本結構。
[0017]現有技術中使用旋轉電流法會存在單個磁敏元件旋轉時，對應的VjP Vs并不一定相等，會因為工藝的不均勻性存在微弱偏差。導致有效信號的不線性(旋轉不同方向的Vh偏差造成)，和偏置電壓的去除不夠干凈(不同方向的Vs造成)。因為即使5uv的不一致性的偏差，通過后級2000倍左右的放大，也會出現1mv的誤差。而上述方案采用4個磁敏元件就會大大提高有效信號的線性度和去除足夠干凈的偏置電壓。
[0018]特別需要指出的是，晶圓的摻雜濃度若發生變化，一般是沿著某一方向變化，因此帶來的誤差在同一方向上是一致的。基于上述原因，四個磁敏元件的偏置電流方向設置成依次呈90度角的設置恰好可以抵消這一誤差。
[0019]進一步地，也可以設置多個(例如6個或者8個)磁敏元件，其內部的偏置電流依次呈固定的角度(例如60或者45度)，可以進一步抵消摻雜濃度變化帶來的誤差。
[0020]以上的偏置電極和采樣電極可以互換使用，即仍然可以采用旋轉電流法的動態失調消除技術對信號進行處理。旋轉電流法是通過周期性的互換偏置電極和采樣電極，使磁敏元件上中的電流發生90度的周期性旋轉，來去除傳感器自身的偏差，理想情況下等效為一惠斯通電橋。若發生旋轉，則附圖2中的4個磁敏元件中的電流應一同旋轉，這樣仍然可以保證彼此之間仍然呈90度或180度角。
[0021]同時，在多對霍爾傳感器的應用下，可以等比放大有效信號輸出倍數，而輸出的不均勻性失調偏差被有效降低，因此非常適用于霍爾傳感器這種微弱靈敏度的磁傳感器(一般半導體工藝為50uv/mT)，尤其是電流傳感器這種要求高精度，高線性度，低噪聲的產品。
[0022]附圖3所示是本發明所述電流傳感器的結構示意圖，包括一半導體襯底30以及設置在半導體襯底30上的一上述的磁傳感器20，其特征在于，所述半導體襯底中包括一段弧形導線31，當所述弧形導線31中通過電流時，所述弧形導線31能夠在圓弧的中心處形成一耦合磁場的增強區域，所述磁傳感器20設置于所述增強區域。在本【具體實施方式】中，所述弧形導線31進一步是180度圓弧形，所述磁傳感器20設置于圓弧形的圓心處，以獲得最大的電磁感應效果。
[0023]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種磁傳感器，包括半導體襯底，其特征在于，進一步包括設置于半導體襯底表面的第一磁敏元件、第二磁敏元件、第三磁敏元件和第四磁敏元件，每個磁敏元件的表面各自設置一對偏置電極和一對采樣電極，所述偏置電極用于在磁敏元件上引入一偏置電流，所述采樣電極用于采樣由所述偏置電流和一環境磁場共同作用而產生的一霍爾電壓，所述四個磁敏元件上的偏置電流方向依次呈90度角。
2.根據權利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，所述每個磁敏元件上的偏置電極和采樣電極可以互換使用。
3.根據權利要求2所述的磁傳感器，其特征在于，所述第一磁敏元件、第二磁敏元件、第三磁敏元件和第四磁敏元件均為正方形，所述偏置電極位于磁敏元件的兩個對角上，所述采樣電極位于另外兩個對角上。
4.一種電流傳感器，包括一半導體襯底以及設置在半導體襯底上的一權利要求1所述的磁傳感器，其特征在于，所述半導體襯底中包括一段弧形導線，當所述弧形導線中通過電流時，所述弧形導線能夠在圓弧的中心處形成一耦合磁場的增強區域，所述磁傳感器設置于所述增強區域。
【專利摘要】本發明提供了一種磁傳感器以及電流傳感器。所述磁傳感器包括半導體襯底，設置于半導體襯底表面的第一磁敏元件、第二磁敏元件、第三磁敏元件和第四磁敏元件，每個磁敏元件上各自設置一對偏置電極和一對采樣電極，所述偏置電極用于在磁敏元件上引入一偏置電流，所述采樣電極用于采樣由所述偏置電流和一環境磁場共同作用而產生的一霍爾電壓，所述四個磁敏元件上的偏置電流方向依次呈90度角。本發明的優點在于，通過設置多個磁敏元件，彼此的電流呈現90角，能夠降低磁敏元件自身由于擴散角度不一致，厚薄不一致而造成的偏差。
【IPC分類】G01R33-07, G01R19-00
【公開號】CN104730474
【申請號】CN201510097626
【發明人】鐘小軍
【申請人】上海興工微電子有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月5日