专利名称：磁阻角度传感器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及集成电路，并且更具体地涉及集成电路磁阻角度传感器。
背景技术：
磁阻(MR)角度传感器典型地是在衬底(如半导体管芯)的主表面上形成的薄的平坦结构。磁场向该主表面上的投影被称作平面内磁场。MR传感器直接测量平面内磁场与主表面中的参考方向之间的角度。然而，MR传感器一般不测量磁场的量值。在许多应用中， 这是一个缺陷。例如，MR角度传感器典型地包括小永久磁体，该小永久磁体附着至轴并且其位置待测量。然而，该磁体可以变为无附着的、碎裂的或破损的，或者可以吸引使磁场的一部分短路的活块金属。这些和其他情形可以提供经常不能检测到的角度测量误差。以下操作也可以是有益的随时间监视磁体的强度，以检测寿命漂移或腐蚀或者检测来自附近机器和系统的强磁场是否正作用于传感器。一种具体类型的MR传感器是各向异性MR传感器或AMR传感器。AMR传感器经常比其他传感器更便宜、更精确且更稳健。AMR传感器也可以测量磁场角度，但仅在0度与180 度之间。对于一些应用(如转向角位置感测)，期望测量从0度至360度的整个分辨率。至少部分地由于MR层中的杂质，MR传感器也受制于磁滞，这意味着输出信号使所施加的磁场的真实角度滞后大约0. 1度至大约1度。这是与传统MR传感器相关联的另一缺陷。因此，需要改进的MR传感器。
发明内容
公开了磁阻角度传感器、传感器系统和方法。在一个实施例中，一种磁阻角度传感器包括第一多个导体，彼此平行布置在第一平面中以形成第一阵列；第二多个导体，彼此平行布置在第二平面中以形成第二阵列，所述第二平面与所述第一平面不同且间隔开，并且所述第二多个导体关于所述第一多个导体正交布置；以及至少一个磁阻元件，安置在所述第一平面与所述第二平面之间。在一个实施例中，一种方法包括提供平行导体的第一平面，所述第一平面与平行导体的第二平面间隔开且相对于所述第二平面正交布置；在所述第一平面与所述第二平面之间提供至少一个磁阻元件；测量在不对平行导体的第一平面或第二平面施加电流的情况下所施加的磁场的第一角度；以及测量在对平行导体的第一平面和第二平面施加第一电流的情况下所施加的磁场的第二角度。在一个实施例中，一种方法包括提供包括实质上平行布置的多个串联连接导体部分的第一导体；提供包括实质上平行布置的多个串联连接导体部分的第二导体；提供至少一个磁阻元件；将所述第一导体和所述第二导体布置为彼此实质上平行且间隔开，所述第一导体的导体部分关于所述第二导体的导体部分实质上垂直；将所述至少一个磁阻元件布置为与所述第一导体和所述第二导体实质上平行且在所述第一导体与所述第二导体之间；施加第一磁场；测量所述第一磁场的第一角度；通过使电流在所述第一导体或所述第二导体中的至少一个中流动，感应第二磁场；以及测量由所述第一磁场和所述第二磁场引起的磁场的第二角度。
考虑结合附图对本发明的各个实施例的以下详细描述，可以更完整地理解本发明，在附图中
图IA示出了根据一个实施例的导体格栅(grid)。图IB示出了根据一个实施例的导体格栅。图IC示出了根据一个实施例的图IA和IB—起的导体格栅。图2A示出了根据一个实施例的传感器系统的横截面图。图2B示出了图2A的传感器系统的俯视图。图3示出了根据一个实施例的导体配置。图4示出了根据图3的实施例的磁场方向。图5是根据一个实施例的磁场和角度的图。图6是根据一个实施例的磁场和角度的图。图7是根据一个实施例的磁场和角度的图。图8是根据一个实施例的方法的流程图。图9是根据一个实施例的去磁模式的图。图10是根据一个实施例的所施加的电流的图。图11示出了根据一个实施例的导体配置。图12是根据一个实施例的方法的流程图。图13A示出了根据一个实施例的导体配置。图1 示出了图13A的导体配置。虽然本发明可具有(amenable to)各种修改和备选形式，但是在附图中通过示例方式示出了本发明的细节并将详细描述这些细节。然而，应当理解，意图不是将本发明限于所描述的具体实施例。相反，意图是覆盖落在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同方案和备选方案。
具体实施例方式实施例涉及以下磁阻(MR)传感器，该磁阻(MR)传感器用于测量磁场的量值同时也针对全部360度测量磁场角度并减小磁滞。在一个实施例中，可以通过将正交电流格栅布置为与MR电阻器邻近来提供这些和其他优势。在实施例中，MR传感器可以包括AMR、巨 MR (GMR)和/或隧穿MR (TMR)技术(这里一般被称作XMR)。参照图1，图IA示出了第一电流导体格栅102。电流Iy可以沿所指示的方向流动， 从而产生磁通(flux)密度Bx。图IB示出了第二电流导体格栅104。每个阵列或格栅102 和104包括多个导体102a-102n和l(Ma_104n。在一个实施例中，电流格栅102和104安置在不同平面中。也示出了电流Ix和磁通密度-By。在一个实施例中，导体10加-10211和 104a-104n是大约1 μ m宽的导线并以大约0. 6 μ m间隔开。格栅102和104的具体定向以及电流和磁通密度不是限制性的，而是指示一个示例实施例。此外，在其他实施例中，格栅102和104可以包括更多或更少导体和/或具有其他相对大小和/或配置的导体。在实施例中，格栅102和104包括标准CMOS或BIPOLAR (双极)半导体技术的普通铝布线，但是如果铝导线不能承载高电流密度(如由于电迁移限制)，则可以使用铜导线，这可以降低电迁移的危险并且也降低电路的自热。图IC示出了格栅104重叠在格栅102上。当电流Ix和Iy流动时，该布置导致沿方向 Φ的磁通密度Bw。Bw的方向和量值由格栅102和104的布局、其相对放置以及电流Ix和Iy的值确定。因此，传感器系统包括格栅102和104以及与其邻近安置的至少一个XMR电阻器。为了减小管芯面积并降低电流需求，在实施例中，格栅102和104中的每一个的各个导体串联连接。此外，虽然在实施例中格栅102和104占用不同但平行的平面，但是平面以及XMR电阻器的相对布置可以变化。在一个实施例中，MR电阻器安置在格栅102和104 的平面之间，其中每个格栅的导体lOh-n和l(Ma-n以交替的方式串联连接。在其他实施例中，格栅102和104中的一者或两者中的每一个包括多个平面。例如，格栅102可以被分割为两个平面，而格栅104也可以被分割为两个平面。因此，这种实施例包括四个导体平面——对于格栅102和104中的每一个各有两个导体平面。图2示出了传感器系统200的示例实施例。在系统200中，第一导体202b布置在第一平面中，而第二和第三导体20 和202c布置在第二平面中，其间安置了 MR条带206。 通孔208将上部导体平面和下部导体平面相耦合。图2A也包括隔离层210。在实施例中， 传感器系统200可以包括多个隔离层。在一个实施例中，格栅102和104覆盖XMR电阻器的全部。在包括多个XMR电阻器的实施例中，所有XMR电阻器位于由格栅102和104形成的周界内。系统200的其他实施例可以包括一个或多个XMR电阻器206。此外，XMR电阻器106可以包括AMR、巨磁阻(GMR) 或某种其他合适的MR技术。为了减少导体平面的数目，另一实施例通过如图3所示的那样使导体202倾斜来利用MR条带206之上和之下的区域。在图3中，导体202包括四个导体部分20加-(1，其中 XMR电阻器206安置在导体202的平面之间，尽管在其他实施例中可以使用更多或更少导体部分和/或XMR条带。通孔208将安置在不同导体平面中的导体部分20加-(1相连接。在这种实施例中，如图4所示，来自第一平面中的导体20 和202c以及第二平面中的导体202b和202d的对Bw场的贡献并不完全平行，从而导致小的不平行 (out-of-parallel)分量。然而，如果来自上部导体和下部导体的贡献之和相等，则这些分量实际上彼此抵消。系统200可以将在有电流Ix和Iy时与在无电流Ix和Iy时测量的角度进行比较， 以获得与所施加的磁场的量值和半空间(例如0-180度或180-360度)有关的附加信息。此外，电流Ix和Iy可以使足够强度的抖动(dither)磁场叠加以使得系统200的磁历史减小或消除，从而减小磁滞。再次参照图1，在其中导体102a-102n和104a-l(Mn为大约1 μ m 宽且间隔开大约0.6 μ m并且电流Ix和Iy为大约1 mA的实施例中，在XMR 206上产生大约+/- 0.4 mT的平均Bx场，其中大约0.566 mT的平均平面内场沿任何方向且覆盖整个 0-360度范围，如下面更详细讨论的。
也參照图5，在使用吋，传感器系统200通电并开始测量在不便电流经过格栅102 和104的情况下所施加的磁场Ba的角度や10然后，对格栅102和104施加电流，从而导致 叠加的平面内磁场Bw，磁场Bw与Ba垂直并且典型地也比Ba小一个量级。然后，測量第二 角度V 2，由于添加了 Bw, (f> 2与ェ不同
权利要求
1.一种磁阻角度传感器，包括第一多个导体，彼此平行布置在第一平面中以形成第一阵列； 第二多个导体，彼此平行布置在第二平面中以形成第二阵列，所述第二平面与所述第一平面不同且间隔开，并且所述第二多个导体关于所述第一多个导体正交布置；以及至少一个磁阻元件，安置在所述第一平面与所述第二平面之间。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述至少一个磁阻元件从由以下各项构成的组中选择各向异性磁阻(AMR)元件、隧穿磁阻元件(TMR)或巨磁阻元件(GMR)。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一多个导体和所述第二多个导体包括导线。
4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述导线包括铝或铜中的一个。
5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一多个导体彼此串联连接，而所述第二多个导体彼此串联连接。
6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述第一多个导体包括第三多个导体，所述第三多个导体与所述第一多个导体串联连接并布置在与所述第一平面和所述第二平面不同的第三平面中，并且所述第二多个导体包括第四多个导体，所述第四多个导体与所述第二多个导体串联连接并布置在与所述第一平面、所述第二平面和所述第三平面不同的第四平面中。
7.根据权利要求6所述的传感器，其中第一多个导体与第三多个导体以及第二多个导体与第四多个导体均通过通孔而串联连接。
8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一平面和所述第二平面平行。
9.根据权利要求8所述的传感器，其中所述至少一个磁阻元件与所述第一平面和所述第二平面平行布置。
10.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一多个导体和所述第二多个导体定义了周界，并且其中所述至少一个磁阻元件位于所述周界内。
11.根据权利要求1所述的传感器，还包括传感器电路，被配置为测量在所述第一多个导体或所述第二多个导体中没有电流的情况下所施加的磁场的第一角度并测量在对所述第一多个导体和所述第二多个导体施加电流的情况下的第二角度。
12.根据权利要求11所述的传感器，其中所述传感器电路被配置为根据所述第一角度和所述第二角度来确定所施加的磁场的量值。
13.根据权利要求12所述的传感器，其中所述传感器电路被配置为测量在对所述第一多个导体和所述第二多个导体施加关于第一电流符号相反的第二电流的情况下所施加的磁场的第三角度并根据所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度来确定所施加的磁场的量值。
14.根据权利要求10所述的传感器，其中所述传感器电路被配置为根据所述第一角度和所述第二角度来确定所施加的磁场的角度半空间。
15.根据权利要求10所述的传感器，其中所述传感器电路被配置为对所述第一多个导体和所述第二多个导体中的至少一个施加抖动以减小所述传感器中的磁滞。
16.根据权利要求15所述的传感器，其中所述抖动包括去磁模式。
17.一种方法，包括提供平行导体的第一平面，所述第一平面与平行导体的第二平面间隔开且相对于所述第二平面正交布置；在所述第一平面与所述第二平面之间提供至少一个磁阻元件； 测量在不对平行导体的第一平面或第二平面施加电流的情况下所施加的磁场的第一角度；以及测量在对平行导体的第一平面和第二平面施加第一电流的情况下所施加的磁场的第一角度。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括根据所述第一角度和所述第二角度来确定所施加的磁场的量值。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括测量在对导体的第一平面和第二平面施加关于第一电流符号相反的第二电流的情况下所施加的磁场的第三角度；以及根据所述第一角度、所述第二角度和所述第三角度来确定所施加的磁场的量值。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括根据所述第一角度和所述第二角度来确定所施加的磁场的角度半空间。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括对导体的第一平面和第二平面中的至少一个施加抖动以减小磁滞。
22.—种方法，包括提供包括实质上平行布置的多个串联连接导体部分的第一导体； 提供包括实质上平行布置的多个串联连接导体部分的第二导体； 提供至少一个磁阻元件；将所述第一导体和所述第二导体布置为彼此实质上平行且间隔开，所述第一导体的导体部分关于所述第二导体的导体部分实质上垂直；将所述至少一个磁阻元件布置为与所述第一导体和所述第二导体实质上平行且在所述第一导体与所述第二导体之间； 施加第一磁场；测量所述第一磁场的第一角度；通过使电流在所述第一导体或所述第二导体中的至少一个中流动，感应第二磁场；以及测量由所述第一磁场和所述第二磁场引起的磁场的第二角度。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括将传感器电路耦合至所述至少一个磁阻元件，其中测量第一角度和测量第二角度由所述传感器电路执行。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括根据所述第一角度和所述第二角度来确定所述第一磁场的量值。
25.根据权利要求22所述的方法，还包括根据所述第一角度和所述第二角度来确定所述第一角度的半空间。
全文摘要
本发明涉及磁阻角度传感器。公开了磁阻角度传感器、传感器系统和方法。在一个实施例中，一种磁阻角度传感器包括第一多个导体，彼此平行布置在第一平面中以形成第一阵列；第二多个导体，彼此平行布置在第二平面中以形成第二阵列，所述第二平面与所述第一平面不同且间隔开，并且所述第二多个导体关于所述第一多个导体正交布置；以及至少一个磁阻元件，安置在所述第一平面与所述第二平面之间。
文档编号G01D5/14GK102564471SQ20111042006
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者U.奥瑟莱希纳 申请人:英飞凌科技股份有限公司