一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器的制作方法

本发明涉及角度传感器领域，主要用于测量待测物品的旋转角度，能够被应用于机器人、工业自动化控制、航空航天等领域，具体为一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器。

背景技术：

1、角度传感器芯片是一类用于测量待测物体与参照物之间夹角的信号感知器件，根据原理不同主要分为光电角度传感器、磁角度传感器。光电角度传感器由于加工精度的限制，精度都不高。目前市场上高端的角度传感器都属于基于磁信号检测的磁角度编码器。根据不同的磁感应原理主要有：tmr型，amr型，gmr型，主要的区别在于不同厂商的角度传感器图形形状和结构有所差别。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器，该角度传感器可实现相位相差45°的二倍角正余弦波形信号，感应范围为0～180°，能够保证在某个角度的唯一性，实现对角度的精确测量，以克服现有技术的不足。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器，所述磁阻角度传感器芯片版图包括电桥a、电桥b，以及上述电桥与外部电路连接的pad；所述电桥a和电桥b都采用惠斯通电桥结构，且电桥a和电桥b之间以45度角度差布局，电桥a和电桥b中各个电阻部分之间串联并连接到对应pad上；实现角度传感器能输出以相位相差45°的二倍角正余弦波形信号，感应范围为0～180°，能够保证在某个角度的唯一性，实现对角度的精确测量。

3、作为本发明的进一步方案：所述电桥a中包括有四组电阻，且该四组电阻分别与x、y方向平行，互相成90°夹角；所述电桥b中有四组电阻，且该四组电阻与x、y方向都成45°夹角，互相间成90°夹角。

4、作为本发明的进一步方案：所述电桥a中四个电阻部分单独以矩形方式布局，相邻且彼此垂直的两电阻部分之间错位形成空隙，另两个相邻且彼此垂直的两电阻部分之间错位形成同样结构，两空隙分布在电桥a版图的对角线上且在两空隙内设置有与电桥a四个电阻对应连接的pad；所述电桥b中四个电阻部分单独以三角形方式布局，且四个电阻部分以其顶角向内、其外边分别与对应x、y方向平行分布，使得电桥b的版图整体为四角有缺口的矩形结构，在该矩形结构的缺口处设置有与电桥b四个电阻对应连接的pad；所述磁阻角度传感器芯片版图整体为矩形结构，使得两个电桥部分占磁阻角度传感器芯片版图总体尺寸的88-93％。

5、作为本发明的进一步方案：所述电桥a和电桥b中电阻部分的磁阻条的长宽比为50-150。

6、作为本发明的进一步方案：所述磁阻条宽度w设计值保持在5um-20um，磁阻条薄膜厚度t为15nm-50nm，磁阻条间距d为2um-5um。

7、作为本发明的进一步方案：所述磁阻角度传感器芯片的结构共5层，其中衬底采用标准cmos工艺中的单晶si，在衬底上设置隔离层，在隔离层上设置有sensor层，所述sensor层形成电桥a和电桥b中电阻部分，在sensor层上对应pad处设置有过孔金属，所述过孔金属为al材料，再在sensor层上方通过光刻工艺形成sin层；光刻工艺后再通过刻蚀对应位置的sin，使得在sensor层生长电极al，使sensor层实现导通且能与pad部分连接。

8、作为本发明的进一步方案：所述隔离层由300nm-500nm厚的热氧化工艺sio2组成，所述sensor层为坡莫合金材料，厚度为20nm-50nm。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可输出相位相差45°的二倍角正余弦波形信号，即保证感测角度的唯一性，实现对角度的精确测量。通过科学布局，简化结构，使芯片参数满足需求的同时，尽可能减小芯片面积和加工工艺流程，从而有效降低生产制造成本,提升产品质量。

技术特征：

1.一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器，其特征在于：所述磁阻角度传感器芯片版图包括电桥a、电桥b，以及上述电桥与外部电路连接的pad；所述电桥a和电桥b都采用惠斯通电桥结构，且电桥a和电桥b之间以45度角度差布局，电桥a和电桥b中各个电阻部分之间串联并连接到对应pad上；实现角度传感器能输出以相位相差45°的二倍角正余弦波形信号，感应范围为0～180°，能够保证在某个角度的唯一性，实现对角度的精确测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器，其特征在于：所述电桥a中包括有四组电阻，且该四组电阻分别与x、y方向平行，互相成90°夹角；所述电桥b中有四组电阻，且该四组电阻与x、y方向都成45°夹角，互相间成90°夹角。

3.根据权利要求1所述的一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器，其特征在于：所述电桥a中四个电阻部分单独以矩形方式布局，相邻且彼此垂直的两电阻部分之间错位形成空隙，另两个相邻且彼此垂直的两电阻部分之间错位形成同样结构，两空隙分布在电桥a版图的对角线上且在两空隙内设置有与电桥a四个电阻对应连接的pad；所述电桥b中四个电阻部分单独以三角形方式布局，且四个电阻部分以其顶角向内、其外边分别与对应x、y方向平行分布，使得电桥b的版图整体为四角有缺口的矩形结构，在该矩形结构的缺口处设置有与电桥b四个电阻对应连接的pad；所述磁阻角度传感器芯片版图整体为矩形结构，使得两个电桥部分占磁阻角度传感器芯片版图总体尺寸的88-93％。

4.根据权利要求1所述的一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器，其特征在于：所述电桥a和电桥b中电阻部分的磁阻条的长宽比为50-150。

5.根据权利要求4所述的一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器，其特征在于：所述磁阻条宽度w设计值保持在5um-20um，磁阻条薄膜厚度t为15nm-50nm，磁阻条间距d为2um-5um。

6.根据权利要求1-5任一所述的基于各向异性效应的磁阻角度传感器的制作方法，其特征在于：所述磁阻角度传感器芯片的结构共5层，其中衬底(1)采用标准cmos工艺中的单晶si，在衬底(1)上设置隔离层(2)，在隔离层(2)上设置有sensor层(3)，所述sensor层(3)形成电桥a和电桥b中电阻部分，在sensor层(3)上对应pad处设置有过孔金属，所述过孔金属为al材料，再在sensor层(3)上方通过光刻工艺形成sin层(4)；光刻工艺后再通过刻蚀对应位置的sin，使得在sensor层(3)生长电极al(5)，使sensor层实现导通且能与pad部分连接。

7.根据权利要求6所述的基于各向异性效应的磁阻角度传感器的制作方法，其特征在于：所述隔离层(2)由300nm-500nm厚的热氧化工艺sio2组成，所述sensor层(3)为坡莫合金材料，厚度为20nm-50nm。

技术总结
本发明公开了一种基于各向异性效应的磁阻角度传感器，所述磁阻角度传感器芯片版图包括电桥A、电桥B，以及上述电桥与外部电路连接的PAD；所述电桥A和电桥B都采用惠斯通电桥结构，且电桥A和电桥B之间以45度角度差布局，电桥A和电桥B中各个电阻部分之间串联并连接到对应PAD上；实现角度传感器能输出以相位相差45°的二倍角正余弦波形信号，感应范围为0～180°，能够保证在某个角度的唯一性，实现对角度的精确测量，通过科学布局，简化结构，使芯片参数满足需求的同时，尽可能减小芯片面积和加工工艺流程，从而有效降低生产制造成本,提升产品质量。

技术研发人员：余涛,岑杉杉,杨黎,周银祥
受保护的技术使用者：贵州雅光电子科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12