具有螺旋重置线圈的磁场传感器的制造方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁场传感器，特别涉及一种具有螺旋重置线圈的磁场传感器。
【【背景技术】】
[0002]目前基于磁阻效应的磁场传感器已经应用非常普通，比如各向异性磁阻(AMR)磁场传感器、巨磁阻(GMR)磁场传感器及隧穿磁阻(TMR)磁场传感器。一般来说，基于磁阻效应的磁场传感器在磁场方向和大小改变时，器件电阻会随之改变。磁场传感器的结构通常包括一层软磁材料，例如铁、钴，镍，钴铁硼合金或镍铁合金(permalloy)等。在磁场方向和大小改变时，软磁材料层的磁化方向随之改变，从而引起电阻的变化。
[0003]为了得到磁场的准确数值，在磁场传感器测量前所述软磁层需要被重新磁化。通常的方法是在紧邻磁场传感器的基本传感单元的导线中通过大电流以产生强磁场，从而使得基本传感单元的所有的磁畴都沿磁易轴方向排列，而磁易轴的方向由磁场传感器的基本传感单元的各向异性决定。通过控制所述导线上流过的电流的方向，磁畴的方向可以沿磁易轴平行的两个相反的方向排列。通常这个操作被称为重置(SET)和再重置(RESET)。除了可以对软磁层的磁化进行初始化，SET/RESET还可以帮助恢复软磁层的磁化。如果所处磁场传感器遭外界强磁场干扰，干扰磁场移除后所述软磁层的磁畴可能不能恢复至初始状态，从而引起测量误差。通过重置/再重置，磁畴的排列可以被恢复。
[0004]图1示出了现有的磁场传感器100的结构示意图。所述磁场传感器100包括有第一电源端131、第二电源端133、第一输出端133、第二输出端134、第一磁场传感单元111、第二磁场传感单元112、第三磁场传感单元113、第四磁场传感单元114、位于各个磁场传感单元上方或下方的重置线圈120。
[0005]在重置/再重置模式时，在所述重置线圈120内流过一个强电流，该强电流通过该重置线圈120在各个磁场传感单元111、112、113、114所在的平面产生磁场，该磁场能够重置/再重置各个磁场传感单元211、212、213、214使得各个磁场传感单元111、112、113、114的磁畴方向回到所述磁易轴的方向。
[0006]图1中的各个磁场传感单元组成了惠斯通电桥结构。图2示出了图1中的惠斯通电桥结构的电路示意图。其中，第一电源端231可以是电源电压端，第二电源端232可以是接地端。在应用时，如果在磁敏轴方向有磁场，该磁场会改变第一磁场传感单元111、第二磁场传感单元112、第三磁场传感单元113和第四磁场传感单元114的电阻，从而导致第一输出端133和第二输出端134之间的压差发生变化，进而实现磁场检测。
[0007]该重置线圈120位于同一个金属层中，其为了产生能够重置/再重置各个磁场传感单元所需的磁场，需要较大的电流或者需要占用较大的面积，其面积利用率低，相同电流下磁场小。
[0008]因此需要一种改进的磁场传感器以克服上述问题。
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【发明内容】
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[0009]本发明的目的之一在于提供一种改进的磁场传感器及其制造方法，其面积利用率高，在相同电流的情况下，能够产生更强的重置/再重置磁场。
[0010]为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种磁场传感器，其包括:至少一个磁场传感单元，其具有磁易轴和与所述磁易轴垂直的磁敏轴；至少一个螺旋重置线圈，其螺旋式环绕对应的磁场传感单元，其包括有位于对应的磁场传感单元上方的第一导线部分、位于对应的磁场传感单元下方的第二导线部分以及连接第一导线部分以及第二导线部分的穿过对应的磁场传感单元所在平面的第三导线部分。
[0011]进一步的，所述磁场传感器具有重置/再重置模式，在重置/再重置模式下，使得所述螺旋重置线圈内流过电流，所述螺旋重置线圈在所述磁场传感单元所在的平面产生平行于所述磁易轴的磁场，该磁场能够重置/再重置该对应的磁场传感单元使得该对应的磁场传感单元的磁畴方向回到所述磁易轴的方向。
[0012]进一步的，所述磁场传感单元为多个，各个磁场传感单元的磁易轴相互平行，所述螺旋重置线圈为多个，每个螺旋重置线圈对应一个磁场传感单元。
[0013]进一步的，所述磁场传感器还包括有第一电源端、第二电源端、第一输出端和第二输出端，所述磁场传感单元为四个，分别记为第一磁场传感单元、第二磁场传感单元、第三磁场传感单元和第四磁场传感单元，所述螺旋重置线圈为四个，分别记为第一螺旋重置线圈、第二螺旋重置线圈、第三螺旋重置线圈和第四螺旋重置线圈，它们分别对应于第一磁场传感单元、第二磁场传感单元、第三磁场传感单元和第四磁场传感单元；其中，第一电源端与第一磁场传感单元的第一端和第二磁场传感单元的第一端相连；第二电源端与第三磁场传感单元的第二端和第四磁场传感单元的第二端相连；第一输出端与第一磁场传感单元的第二端和第三磁场传感单元的第一端相连；第二输出端与第二磁场传感单元的第二端和第四磁场传感单元的第一端相连。
[0014]根据本发明的另一个方面，本发明提供一种磁场传感器的制造方法，其包括:在基底上淀积形成第一导电层；图形化所述第一导电层以得到第二导线部分；在图形化的第一导电层上淀积形成第一介质层；在第一介质层上形成多个磁场传感单元；在所述磁场传感单元上形成第二介质层；刻蚀第二介质层和第一介质层形成多个通孔；填充各个通孔以在各个通孔内形成第三导线部分，在第二介质层上淀积第二导电层；和图形化所述第二导电层以得到第二导线部分。其中，第一导线部分、第二导线部分和第三导线部分相连形成螺旋式环绕对应的磁场传感单元的多个螺旋重置线圈。
[0015]与现有技术相比，在本发明中设置了螺旋式环绕对应的磁场传感单元的螺旋重置线圈，其可以面积利用率高，在相同电流的情况下，能够产生更强的重置/再重置磁场。
【【附图说明】】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
[0017]图1示出了现有技术中的磁场传感器的结构原理示意图；
[0018]图2为图1中的磁场传感器的惠斯通电桥电路原理示意图；
[0019]图3a为本发明中的磁场传感器在第一实施例中的结构原理示意图；
[0020]图3b为沿图3a中的a_a剖面线的剖视示意图；
[0021]图3c为沿图3a中的b_b剖面线的剖视示意图；
[0022]图4为本发明中的磁场传感器在第二实施例中的结构原理示意图；
[0023]图5为本发明中的磁场传感器的制造方法在一个实施例中的流程示意图。
[0024]图6a_6f为本发明中的磁场传感器在制造过程中的状态示意图。
【【具体实施方式】】
[0025]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0026]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连，间接电性相连是指经由另外一个器件或电路电性相连。
[0027]图3a为本发明中的磁场传感器在第一实施例200中的结构原理示意图；图3b为沿图3a中的a-a剖面线的剖视示意图；图3c为沿图3a中的b_b剖面线的剖视示意图。如图3a至3c所示的，所述磁场传感器200包括磁场传感单元210和螺旋重置线圈220。
[0028]所述磁场传感单元210具有磁易轴和与所述磁易轴垂直的磁敏轴。为了介绍方便，定义X轴和与X轴垂直的I轴，所述磁场传感单元210的磁易轴与X轴平行，所述磁场传感单元210的磁敏轴与Y轴平行。所述磁场传感单元210可以为各向异性磁阻(AMR)传感单元、巨磁阻(GMR)传感单元或隧穿磁阻(GMR)传感单元。
[0029]在一个实施例中，所述磁场传感单元210包括沿其磁易轴方向延伸的纵长磁阻条和形成于所述磁阻条上的并与所述磁阻条成预定角度的相互平行的若干个导电条。所述磁阻条可以由铁、钴、镍、钴铁硼合金或镍铁合金等软磁材料制成，所述磁阻条所在的层也被称为软磁层或磁阻层。所述导电条由导电材料，比如钛Ti和铜Cu，等制成。
[0030]结合参考图3a、图3b和图3c所示的，所述螺旋重置线圈220螺旋式环绕对应的磁场传感单元210。所述螺旋重置线圈220包括有位于对应的磁场传感单元210上方的第一导线部分221、位于对应的磁场传感单元210下方的第二导线部分222以及连接第一导线部分221以及第二导线部分222的穿过对应的磁场传