(57)【要約】  第三方向磁気センシング部品を備える磁気センシング装置及びその磁気誘導方法については、この磁気センシング装置が、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の誘導デバイスを同一のウェハー又はチップに設置する。前記第三方向（Ｚ軸）磁気センシング部品は、表面に溝（１１）がある基板（１０）と、本体部分が溝（１１）内に設置され、且つ、一部が溝（１１）から基板（１０）表面に露出し、Ｚ軸方向の磁気信号に対して誘導し、この磁気信号を出力する導磁ユニット（２０）と、前記基板（１０）表面に設置され、前記導磁ユニット（２０）から出力されたＺ軸方向の磁気信号を受信し、且つ、この磁気信号によって、Ｚ軸方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定する誘導ユニットと、周辺回路と、を備える。
2016517952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センシング装置であって、
第三方向磁気センシング部品を備え、前記第三方向磁気センシング部品は、
表面に溝が設けられている基板と、
本体部分が溝内に設置され、且つ、一部が溝から基板表面に露出し、第三方向の磁気信号を収集し、この磁気信号を出力する導磁ユニットと、
前記基板表面に設置され、前記導磁ユニットから出力された第三方向の磁気信号を受信し、且つ、この磁気信号によって、第三方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定する誘導ユニットと、を備えることを特徴とする磁気センシング装置。
【請求項２】
前記第三方向磁気センシング部品は、垂直方向磁気センシング部品であり、
前記導磁ユニットは、垂直方向の磁界信号を収集し、この磁界信号を出力し、
前記誘導ユニットは、基板表面と平行する方向に関して誘導する磁気センサーであり、前記基板表面に設置され、磁気材料層を備え、前記導磁ユニットから出力された垂直方向の磁気信号を受信し、且つ、この磁気信号によって、垂直方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定し、前記垂直方向が基板表面の垂直方向であり、
前記磁気センシング装置は、互いに垂直であり且つ基板表面と平行する第一方向及び第二方向のそれぞれに関して誘導するための第一磁気センサー及び第二磁気センサーを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気センシング装置。
【請求項３】
前記第三方向磁気センシング部品は、磁界強度及び磁界方向を算出して出力するための周辺回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気センシング装置。
【請求項４】
前記導磁ユニットの本体部分と基板表面との夾角は４５°〜９０°であり、前記誘導ユニットは、基板表面に密着して設置され、基板表面と平行することを特徴とする請求項１に記載の磁気センシング装置。
【請求項５】
前記誘導ユニットは、基板表面と平行する磁気センサーであり、基板表面と平行する第一方向及び第二方向に対応する磁気センサーと共に、三次元磁気センサーの一部を構成することを特徴とする請求項１に記載の磁気センシング装置。
【請求項６】
前記第一方向はＸ軸方向であり、第二方向はＹ軸方向であり、第三方向はＺ軸方向であることを特徴とする請求項５に記載の磁気センシング装置。
【請求項７】
第一方向及び／又は第二方向の磁気信号に対して誘導することにより第一方向及び／又は第二方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定するための第二磁気センシング部品を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気センシング装置。
【請求項８】
前記第二磁気センシング部品は、少なくとも一つの誘導サブユニットを備え、
前記各誘導サブユニットは、磁気材料層を備え、この磁気材料層が磁気抵抗材料であり、この磁気材料の抵抗が磁界強度方向によって変化することを特徴とする請求項７に記載の磁気センシング装置。
【請求項９】
前記導磁ユニット及び誘導ユニットのそれぞれは、磁気材料層を備え、
前記磁気材料層の磁気材料は、異方性磁気抵抗材料、巨大磁気抵抗材料またはトンネル磁気抵抗材料であり、
前記磁気センシング装置の原理は、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗またはトンネル磁気抵抗であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気センシング装置。
【請求項１０】
前記導磁ユニットは、第一導磁サブユニットと、第二導磁サブユニットと、第三導磁サブユニットと、第四導磁サブユニットとの四つの導磁サブユニットを備え、
前記誘導ユニットは、第一誘導サブユニットと、第二誘導サブユニットと、第三誘導サブユニットと、第四誘導サブユニットとの四つの誘導サブユニットを備え、
前記第一導磁サブユニットと第一誘導サブユニットとはマッチングされ、第三方向磁気センシング部品の第一誘導モジュールとし、
前記第二導磁サブユニットと第二誘導サブユニットとはマッチングされ、第三方向磁気センシング部品の第二誘導モジュールとし、
前記第三導磁サブユニットと第三誘導サブユニットとはマッチングされ、第三方向磁気センシング部品の第三誘導モジュールとし、
前記第四導磁サブユニットと第四誘導サブユニットとはマッチングされ、第三方向磁気センシング部品の第四誘導モジュールとし、
前記各誘導サブユニットは、磁気材料層を備え、この磁気材料の抵抗が磁界強度方向によって変化し、
前記基板には、一列または複数列の溝が設けられ、一列の溝が一つの長い溝からなり、あるいは、一列の溝が複数のサブ溝を含み、
各導磁サブユニットは、複数の磁気部材を備え、各磁気部材は、本体部分が対応する溝内に設置され、且つ、一部が溝外に露出し、露出した部分は、対応する誘導サブユニットの磁気材料層に隣接することを特徴とする請求項１に記載の磁気センシング装置。
【請求項１１】
各磁気部材は、一部が溝外に露出し、露出した部分と対応する誘導サブユニットの磁気材料層との距離は０〜２０μｍであることを特徴とする請求項１０に記載の磁気センシング装置。
【請求項１２】
前記導磁ユニット及び誘導ユニットの磁気材料層は、同一の磁気材料からなり、層数が同一であり、同回の堆積によって得られることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁気センシング装置。
【請求項１３】
前記導磁ユニット及び誘導ユニットの磁気材料層は、異なる磁気材料からなり、複数回の堆積によって得られることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁気センシング装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の磁気センシング装置の磁気誘導方法であって、第三方向磁界誘導ステップを備え、具体的には、
導磁ユニットが第三方向の磁気信号を収集し、この磁気信号を出力することと、
誘導ユニットが前記導磁ユニットから出力された第三方向の磁気信号を受信し、且つこの磁気信号によって、第三方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定することとを、備えることを特徴とする磁気誘導方法。
【請求項１５】
第一方向、第二方向の磁気信号に対して誘導することにより第一方向、第二方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定する第一方向、第二方向磁界誘導ステップを更に備えることを特徴とする請求項１４に記載の磁気誘導方法。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の磁気センシング装置の製造プロセスであって、
基板を設置するステップＳ１と、
基板の表面に溝を設置するステップＳ２と、
導磁ユニットと誘導ユニットが同一の磁気材料からなり、同回の堆積によって得られるように、基板表面に誘導ユニットを堆積すると同時に、導磁ユニットを堆積して製造し、導磁ユニットは、本体部分が溝内に堆積され、且つ一部が溝から基板表面に露出するステップＳ３と、
誘導ユニットに電極層を設置するステップＳ４と、を備えることを特徴とする製造プロセス。
【請求項１７】
前記ステップＳ３では、基板表面に誘導ユニット及び導磁ユニットを堆積すると同時に、第一方向、第二方向の磁気信号に対して誘導することにより第一方向、第二方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定するための第二、第三磁気センシング部品に必要な磁気材料層を堆積し、つまり、第二、第三磁気センシング部品に必要な磁気材料層と第三方向磁気センシング部品に必要な誘導ユニット及び導磁ユニットとを同時に製造することを特徴とする請求項１６に記載の製造プロセス。
【請求項１８】
前記ステップＳ１では、基板がＣＭＯＳ周辺回路を含み、
前記ステップＳ２では、基板の表面に媒質層があり、センシング装置と基板を離間し、媒質層に製造プロセスで溝を設置し、
前記ステップＳ３では、基板表面に磁気材料とバリア材料を堆積し、磁気材料とバリア材料のそれぞれが単層または多層材料であり、その後、制造プロセスで誘導ユニット及び導磁ユニットを同時に形成するため、導磁ユニット及び誘導ユニットは同一の磁気材料からなり、同回の堆積によって得られ、導磁ユニットは、本体部分が溝内に堆積され、且つ一部が溝から基板表面に露出し、あるいは、導磁ユニット及び誘導ユニットは、異なる磁気材料からなり、複数回の堆積によって得られることを特徴とする請求項１６に記載の製造プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子通信技術分野に属し、磁気センシング装置に関し、特に、シングルチップ三軸磁気センシング装置に関しており、また、本発明は、上記磁気センシング装置の磁気センシング設計方法に更に関するとともに、上記磁気センシング装置の製造プロセスに更に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサーは、その原理によって、ホール素子、磁気ダイオード、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）素子、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、誘導コイル及び超伝導量子干渉磁力計などに分類される。
【０００３】
電子コンパスは、磁気センサーの重要な応用領域の一つであり、近年の消費電子の急速な発展に伴って、ナビゲーションシステム以外に、ますます多くのスマートフォンやタブレットコンピュータにも、電子コンパスが配置され、ユーザーに大きい応用便利を与える。近年、磁気センサーは、両軸から三軸へ発展することが要求され始める。両軸の磁気センサー、即ち、平面磁気センサーは、平面での磁界強度及び方向を測定するためのものであり、Ｘ軸とＹ軸の両方向で示されることができる。
【０００４】
以下、従来の磁気センサーの動作原理は説明します。磁気センサーは、異方性磁気抵抗（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）材料によって空間における磁気誘導度を検出する。この結晶構造を有する合金材料は、外界の磁界に対して非常に敏感であり、磁界強度の変化に起因して異方性磁気抵抗素子自身の抵抗値が変化する。
【０００５】
図１に示すように、製造、応用の過程では、強磁界をＡＭＲユニットに印加することにより、このＡＭＲユニットをある方向に磁化させ、主磁気域を形成しており、主磁気域に垂直である軸が該ＡＭＲの敏感軸と呼ばれる。測定結果を線形的に変化させるために、図２に示すように、ＡＭＲ材料の上方の金属導線が４５°の角で傾斜して並列し、電流がこれらの導線とＡＭＲ材料を経て流れる。ＡＭＲ材料に初期の強磁界で形成された主磁気域と電流の方向との間に、４５°の角が挟まれる。
【０００６】
図３に示すように、外部磁界Ｈａがある場合、ＡＭＲユニットにおける主磁気域の方向が変化し、初期の方向ではないため、磁界方向Ｍと電流Ｉとの夾角θも変化する。図４に示すように、ＡＭＲ材料の場合、θ角の変化に起因して、ＡＭＲ自身の抵抗値は変化する。
【０００７】
ＡＭＲユニットの抵抗の変化を測定することにより、外部磁界を算出できる。実際の応用では、図５に示すように、デバイスの感度などを高めるために、磁気センサーは、ホイートストン・ブリッジやハーフ・ブリッジで、ＡＭＲ抵抗値の変化を検出する。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、初期状態が同一であるＡＭＲ抵抗であり、外部磁界を検出する場合、Ｒ１、Ｒ２の抵抗値がΔＲ増加し、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値がΔＲ低減する。このように、外部磁界がない場合、ブリッジの出力がゼロであり、外部磁界がある場合、ブリッジの出力が微小な電圧ΔＶである。
【０００８】
従来の三軸センサーは、一つの平面（Ｘ、Ｙの両軸）センシング部品とＺ方向の磁気センシング部品とをシステムレベルでパッケージングして組み合わせ、三軸センシング機能を実現する。つまり、二つのウェハー又はチップに平面センシング部品およびＺ方向磁気センシング部品をそれぞれ設置し、最後にパッケージにより接続する必要がある。従来で、シングルウェハー又はチップで同時に三軸センサーを製造することができない。
これに鑑みて、シングルウェハー又はチップで三軸センサーを製造することができる新しい磁気センシング装置を設計することは非常に望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の誘導デバイスを同一のウェハー又はチップに設置でき、良好な製造性、優れた性能及び顕著な価格競争力を有する磁気センシング装置を提供する。
【００１０】
本発明は、同一のウェハー又はチップに設置した誘導デバイスによってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の磁界データに対して誘導できる前記磁気センシング装置の磁気誘導設計方法を更に提供する。
【００１１】
また、本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の誘導デバイスを同一のウェハー又はチップに設置する磁気センシング装置を製造できる前記磁気センシング装置の製造方法を更に提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の技術課題を解決するために、本発明は、磁気センシング装置を提供し、この装置は、第三方向磁気センシング部品を備え、前記第三方向磁気センシング部品は、
表面に溝がある基板と、
本体部分が溝内に設置され、且つ、一部が溝から基板表面に露出し、第三方向の磁気信号を収集し、この磁気信号を出力する導磁ユニットと、
【００１３】
前記基板表面に設置され、前記導磁ユニットから出力された第三方向の磁気信号を受信し、且つ、この磁気信号によって、第三方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定する誘導ユニットと、を備える。
本発明の一つの好適な形態としては、前記第三方向磁気センシング部品は、垂直方向磁気センシング部品であり、
前記導磁ユニットは、垂直方向の磁界信号を収集し、この磁界信号を出力し、
【００１４】
前記誘導ユニットは、基板表面と平行する方向に関して誘導する磁気センサーであり、前記基板表面に設置され、磁気材料層を備え、前記導磁ユニットから出力された垂直方向の磁気信号を受信し、且つ、この磁気信号によって、垂直方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定し、前記垂直方向が基板表面の垂直方向であり、
【００１５】
前記磁気センシング装置は、互いに垂直であり且つ基板表面と平行する第一方向及び第二方向のそれぞれに関して誘導するための第一磁気センサー及び第二磁気センサーを更に備える。
本発明の一つの好適な形態としては、前記第三方向磁気センシング部品は、磁界強度及び磁界方向を算出して出力するための周辺回路を備える。
【００１６】
本発明の一つの好適な形態としては、前記導磁ユニットの本体部分と基板表面との夾角は４５°〜９０°であり、前記誘導ユニットは、基板表面に密着して設置され、基板表面と平行する。
【００１７】
本発明の一つの好適な形態としては、前記誘導ユニットは、基板表面と平行する磁気センサーであり、基板表面と平行する第一方向及び第二方向に対応する磁気センサーと共に、三次元磁気センサーの一部を構成する。
【００１８】
本発明の一つの好適な形態としては、前記各誘導ユニットは、磁気材料層を備え、この磁気材料層が磁気抵抗材料であり、この磁気材料の抵抗が磁界強度方向によって変化する。
【００１９】
本発明の一つの好適な形態としては、前記導磁ユニット及び誘導ユニットのそれぞれは、磁気材料層を備え、前記磁気材料層の磁気材料は、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）材料、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）材料またはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）材料である。前記磁気センシング装置の原理は、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）またはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）である。
【００２０】
本発明の一つの好適な形態としては、前記誘導ユニットは、異なる配列によって第一方向及び／又は第二方向の磁界を測定し、垂直方向に関して測定された磁界を第一方向及び／又は第二方向に対応する磁界にガイドして測定することができ、同一の誘導ユニットは、垂直方向に関して測定でき、第一方向、第二方向、垂直方向のいずれか両方は、互いに垂直である。
【００２１】
本発明の一つの好適な形態としては、前記誘導ユニットは、基板表面と平行する磁気センサーであり、基板表面と平行する第一方向及び第二方向とに対応する磁気センサーと共に、三次元磁気センサーの一部を構成する。
本発明の一つの好適な形態としては、前記第一方向はＸ軸方向であり、第二方向はＹ軸方向であり、第三方向はＺ軸方向である。
【００２２】
本発明の一つの好適な形態としては、前記装置は、第一方向及び／又は第二方向の磁気信号に対して誘導することにより第一方向及び／又は第二方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定するための第二磁気センシング部品を更に備える。
【００２３】
本発明の一つの好適な形態としては、前記第二磁気センシング部品は、少なくとも一つの誘導サブユニットを備え、前記各誘導サブユニットは、磁気材料層を備え、この磁気材料層が磁気抵抗材料であり、この磁気材料の抵抗が磁界強度方向によって変化する。
【００２４】
本発明の一つの好適な形態としては、前記第二磁気センシング部品は、第五誘導サブユニットと、第六誘導サブユニットと、第七誘導サブユニットと、第八誘導サブユニットとの四つの誘導サブユニットを備える。
【００２５】
上記の各誘導サブユニットは、磁気材料層を備え、この磁気材料層に平行に設置された複数の電極が設けられる。電極の設置方向と磁気材料層の磁化方向との夾角は１０°〜８０°である。
【００２６】
本発明の一つの好適な形態としては、前記導磁ユニットは、第一導磁サブユニットと、第二導磁サブユニットと、第三導磁サブユニットと、第四導磁サブユニットとの四つの導磁サブユニットを備え、
前記誘導ユニットは、第一誘導サブユニットと、第二誘導サブユニットと、第三誘導サブユニットと、第四誘導サブユニットとの四つの誘導サブユニットを備え、
前記第一導磁サブユニットと第一誘導サブユニットとはマッチングされ、垂直方向磁気センシング部品の第一誘導モジュールとし、
前記第二導磁サブユニットと第二誘導サブユニットとはマッチングされ、垂直方向磁気センシング部品の第二誘導モジュールとし、
前記第三導磁サブユニットと第三誘導サブユニットとはマッチングされ、垂直方向磁気センシング部品の第三誘導モジュールとし、
前記第四導磁サブユニットと第四誘導サブユニットとはマッチングされ、垂直方向磁気センシング部品の第四誘導モジュールとし、
【００２７】
上記の各誘導サブユニットは、磁気材料層を備え、この磁気材料層に平行に設置された複数の電極が設けられる。電極の設置方向と磁気材料層の磁化方向との夾角は１０°〜８０°であり、
前記基板には、一列または複数列の溝が設けられ、一列の溝が一つの長い溝からなり、あるいは、一列の溝が複数のサブ溝を含み、
【００２８】
各導磁サブユニットは、複数の磁気部材を備え、各磁気部材は、本体部分が対応する溝内に設置され、且つ、一部が溝外に露出し、露出した部分は、対応する誘導サブユニットの磁気材料層に隣接する。
【００２９】
本発明の一つの好適な形態としては、各磁気部材は、一部が溝外に露出し、露出した部分と対応する誘導サブユニットの磁気材料層との距離は０〜２０μｍである。
【００３０】
本発明の一つの好適な形態としては、前記導磁ユニット及び誘導ユニットの磁気材料層は、同一の磁気材料からなり、層数が同一であり、同回の堆積によって得られる。
本発明の一つの好適な形態としては、前記導磁ユニット及び誘導ユニットの磁気材料層は、異なる磁気材料からなり、複数回の堆積によって得られる。
磁気センシング装置の磁気誘導方法であって、垂直方向磁界誘導ステップを備え、具体的には、
導磁ユニットが垂直方向の磁気信号を収集し、この磁気信号を出力することと、
【００３１】
誘導ユニットが前記導磁ユニットから出力された垂直方向の磁気信号を受信し、且つこの磁気信号によって、垂直方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定することとを、備える。
【００３２】
本発明の一つの好適な形態としては、第一方向、第二方向の磁気信号に対して誘導することにより第一方向、第二方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定する第一方向、第二方向磁界誘導ステップを更に備える。
磁気センシング装置の製造プロセスであって、
基板を設置するステップＳ１と、
基板の表面に溝を設置するステップＳ２と、
【００３３】
導磁ユニットと誘導ユニットが同一の磁気材料からなり、同回の堆積によって得られるように、基板表面に誘導ユニットを堆積すると同時に、導磁ユニットを堆積して製造し、導磁ユニットは、本体部分が溝内に堆積され、且つ一部が溝から基板表面に露出するステップＳ３と、
誘導ユニットに電極層を設置するステップＳ４と、を備える。
【００３４】
本発明の一つの好適な形態としては、前記ステップＳ３では、基板表面に誘導ユニット及び導磁ユニットを堆積すると同時に、第一方向、第二方向の磁気信号に対して誘導することにより第一方向、第二方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定するための第二磁気センシング部品に必要な磁気材料層を堆積し、つまり、第二磁気センシング部品に必要な磁気材料層と垂直方向磁気センシング部品に必要な誘導ユニット及び導磁ユニットとを同時に製造する。
本発明の一つの好適な形態としては、前記ステップＳ１では、基板がＣＭＯＳ周辺回路を含み、
前記ステップＳ２では、基板の表面に媒質層があり、センシング装置と基板を離間し、媒質層に製造プロセスで溝を設置し、
【００３５】
前記ステップＳ３では、基板表面に磁気材料とバリア材料を堆積し、磁気材料とバリア材料のそれぞれが単層または多層材料であり、その後、制造プロセスで誘導ユニット及び導磁ユニットを同時に形成するため、導磁ユニット及び誘導ユニットは同一の磁気材料からなり、同回の堆積によって得られる。もちろん、一回の堆積ではなく、複数回の堆積によって得られることが可能である。導磁ユニットは、本体部分が溝内に堆積され、且つ一部が溝から基板表面に露出する。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の有益な効果は、本発明の提供する磁気センシング装置及びその磁気誘導方法が単一のウェハー／チップにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸方向のセンシングユニットを同時に有し、単一のチップにＡＳＩＣ周辺回路を選択的に集積でき、この製造プロセスが標準のＣＭＯＳプロセスと完全に共通であり、良好な製造性、優れた性能及び顕著な価格競争力を有することである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、従来の磁気センシング装置の磁気材料の概略図である。
【図２】図２は、従来の磁気センシング装置の磁気材料及び導線の構造概略図である。
【図３】図３は、磁界方向と電流方向の夾角概略図である。
【図４】図４は、磁気材料のθ−Ｒ特性のグラフである。
【図５】図５は、ホイートストン・ブリッジの接続図である。
【図６】図６は、本発明の磁気センシング装置の部分平面図である。
【図７】図７は、図１のＡ−Ａ線の断面図である。
【図８】図８は、本発明の磁気センシング装置の構成概略図である。
【図９】図９は、実施例２に係る磁気センシング装置の部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
＜実施例１＞
図６、図７を参照すると、図７は、図６におけるＡ−Ａ方向に沿った投影である。本発明は、Ｚ軸磁気センシング部品を備える磁気センシング装置を開示し、このＺ軸磁気センシング部品は、基板１０と、導磁ユニット２０と、誘導ユニットとを備える。基板１０はＣＭＯＳ周辺回路を含んでもよい。
【００４０】
基板１０の表面には、媒質層があり、且つ、媒質層に溝１１がある。前記基板には、一列または複数列の溝が設けられ、本実施例では、一列の溝は複数のサブ溝１１を含む。
【００４１】
導磁ユニット２０は、本体部分が溝１１内に設置され、且つ、一部が溝１１から基板表面に露出しており、Ｚ軸方向の磁気信号を収集し、この磁気信号を誘導ユニットに出力するためのものである。
【００４２】
誘導ユニットは、前記基板表面に設置され、前記導磁ユニット２０から出力されたＺ軸方向の磁気信号を受信し、且つ、この磁気信号によって、Ｚ軸方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定するためのものである。誘導ユニットは、磁気材料層３０及びこの磁気材料層３０に平行に設置された複数の電極４０を備える。また、前記誘導ユニットは、Ｘ軸、Ｙ軸方向の磁気信号に対して誘導することにより、Ｘ軸、Ｙ軸方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定する。導磁ユニット２０を設置することにより、誘導ユニットは、Ｚ軸方向の磁界を水平方向にガイドして測定する。前記導磁ユニット２０及び誘導ユニットの磁気材料層３０は、同一の磁気材料からなり、層数が同一であり、且つ同回の堆積によって得られ、例えば、導磁ユニット２０及び誘導ユニットの磁気材料層３０が、異方性磁気センサー（ＡＭＲ）であってもよく、ＴＭＲ、ＧＭＲであってもよく、以下に詳しい説明は省略する。もちろん、前記導磁ユニット２０及び誘導ユニットの磁気材料層３０は、異なる磁気材料からなってもよく、あるいは、層数が異なり、すなわち、複数回の堆積とリソグラフィーによって得られてもよい。
【００４３】
図７に示すように、前記導磁ユニット２０の本体部分と基板表面がある平面との夾角は４５°〜９０°であり、大きければ大きいほどよい。前記誘導ユニットの磁気材料層３０は、基板表面に密着して設置され、基板表面と平行する。
【００４４】
図８を参照すると、前記導磁ユニット２０は、第一導磁サブユニットと、第二導磁サブユニットと、第三導磁サブユニットと、第四導磁サブユニットとの四つの導磁サブユニットを備える。各導磁サブユニットは、複数の磁気部材を備え、各磁気部材は、本体部分が対応する溝１１内に設置され、且つ一部が溝１１外に露出する。露出した部分は対応する誘導サブユニットの磁気材料層に隣接して設置され、距離ｃは、好ましくは、０〜２０μｍであり、一般的に、０μｍ、０．１μｍ、０．３μｍ、０．５μｍ、０．８μm、１μｍ、５μｍである。また、図７に示すように、ａは０〜２μｍの範囲（例えば、０．５μｍ、１μｍ）であり、ｂは０〜１μｍの範囲（例えば、０μｍ、０．１μｍ、０．２μｍ）であり、ｄは０．５〜１０μｍの範囲（例えば、３μｍ、２μｍ）であり、Ｔｈｅｔａは０〜４５°の角度範囲（例えば、５°）である。
【００４５】
前記誘導ユニットは、第一誘導サブユニットと、第二誘導サブユニットと、第三誘導サブユニットと、第四誘導サブユニットとの四つの誘導サブユニットを備える。上述の各誘導サブユニットは、磁気材料層３０を備え、この磁気材料層には平行に設置された複数の電極４０が設けられる。電極４０の設置方向と磁気材料層３０の磁化方向との夾角は１０°〜８０°であり、好ましくは、４５°である。
【００４６】
前記第一導磁サブユニットと第一誘導サブユニットとはマッチングされ、Ｚ軸磁気センシング部品の第一誘導モジュールとする。前記第二導磁サブユニットと第二誘導サブユニットとはマッチングされ、Ｚ軸磁気センシング部品の第二誘導モジュールとする。前記第三導磁サブユニットと第三誘導サブユニットとはマッチングされ、Ｚ軸磁気センシング部品の第三誘導モジュールとする。前記第四導磁サブユニットと第四誘導サブユニットとはマッチングされ、Ｚ軸磁気センシング部品の第四誘導モジュールとする。
【００４７】
図８に示す磁気センシング装置は、ホイートストン・ブリッジ構造を採用し、一層敏感に外部磁界を測定できる。実際の応用において、一つの導磁サブユニットと一つの誘導サブユニットとを採用し、磁界を測定してもよく、ここで詳しい説明は省略する。
【００４８】
本発明の一つの実施例では、前記装置は、Ｘ軸及び／又はＹ軸方向の磁気信号に対して誘導することによりＸ軸及び／又はＹ軸方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定するためのＸ軸Ｙ軸磁気センシング部品を更に備える。Ｘ軸Ｙ軸磁気センシング部品は、Ｚ軸磁気センシング部品の誘導ユニットではない。Ｚ軸磁気センシング部品の誘導ユニットは、Ｚ軸の方向に関して誘導するためのものであるが、Ｘ軸Ｙ軸磁気センシング部品の誘導ユニットは、Ｘ軸及び／又はＹ軸の方向に関して誘導するためのものである。
【００４９】
前記のＸ軸Ｙ軸磁気センシング部品は、第五誘導サブユニットと、第六誘導サブユニットと、第七誘導サブユニットと、第八誘導サブユニットとの四つの誘導サブユニットを備える。上記各誘導サブユニットは、磁気材料層を備え、この磁気材料層には平行に設置された複数の電極が設けられる。電極の設置方向と磁気材料層の磁化方向との夾角は１０°〜８０°であり、好ましくは、４５°である。このように、前記Ｘ軸Ｙ軸磁気センシング部品は、一つの誘導ユニットだけを備えてもよく、つまり、ホイートストン・ブリッジの形態を採用しなくてもよい。
【００５０】
以上、本発明の磁気センシング装置の構造について説明した。本発明は、上記磁気センシング装置を開示するとともに、上記磁気センシング装置の磁気誘導方法を開示する。前記方法は、Ｚ軸方向磁界誘導ステップを備え、具体的には、導磁ユニットがＺ軸方向の磁気信号を収集し、この磁気信号を出力することと、誘導ユニットが前記導磁ユニットから出力されたＺ軸方向の磁気信号を受信し、且つこの磁気信号によって、Ｚ軸方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定することとを備える。
【００５１】
また、前記方法は、Ｘ軸、Ｙ軸方向磁界誘導ステップを更に備え、つまり、Ｘ軸、Ｙ軸方向の磁気信号に対して誘導することによりＸ軸、Ｙ軸方向に対応する磁界強度及び磁界方向を測定することを備える。
それとともに、本発明は、上記磁気センシング装置の製造プロセスを更に開示し、前記製造プロセスは、以下のステップを備える。
ステップＳ１では、基板を設置し、この基板がＣＭＯＳ周辺回路を含んでもよい。
ステップＳ２では、基板の表面に媒質層があり、センシング装置と基板を離間し、媒質層に製造プロセスで溝を設置する。
【００５２】
ステップＳ３では、基板表面に磁気材料と保護層材料を堆積し、磁気材料と保護層材料のそれぞれが単層または多層材料であり、その後、制造プロセスで誘導ユニット及び導磁ユニットを同時に形成するため、導磁ユニット及び誘導ユニットは同一の磁気材料からなり、同回の堆積によって得られる。導磁ユニットは、本体部分が溝内に堆積され、且つ一部が溝から基板表面に露出する。
【００５３】
好ましくは、本発明の磁気センシング装置は、Ｘ軸Ｙ軸誘導部品を更に備える。ステップＳ３では、基板表面に誘導ユニット及び導磁ユニットを堆積すると同時に、Ｘ軸Ｙ軸磁気センシング部品に必要な磁気材料層を堆積し、つまり、Ｘ軸、Ｙ軸での必要な磁気材料層とΖ軸に関して必要な誘導ユニット及び導磁ユニットとを同時に製造する。
【００５４】
あるいは、このステップでは、複数回の材料堆積と製造プロセスによって、誘導ユニットと導磁ユニットをそれぞれ形成し、すなわち、両者が異なる材料層からなる。
【００５５】
ステップＳ４では、誘導ユニット及びＸ軸Ｙ軸誘導部品の磁気材料層にそれぞれ電極層を設置し、その後、媒質充填と配線などのプロセスでセンシング装置の製造を完了する。
【００５６】
＜実施例２＞
本実施例は、複数の導磁構造が同一の溝を共有するという点で実施例１と相違する。図９を参照すると、基板１０における溝１１は、一列または複数列設置されてもよく、一列の溝１１が細長い溝に設置され、多くの磁気部材によって共有されてもよい。
また、この構造は、導磁ユニットがセンシングユニットに接続されてもよく、つまり、距離が０μｍである。
【００５７】
＜実施例３＞
本実施例では、本発明の磁気センシング装置は、ＣＭＯＳチップを更に備え、実施例１に係る基板がＣＭＯＳチップに設置される。つまり、磁気センシング装置は従来のＣＭＯＳチップの機能を有する。即ち、単一のチップは、ＣＭＯＳチップとセンシング装置を同時に有し、高い集積度を有する。
【００５８】
＜実施例４＞
本実施例では、磁気センシング装置の導磁ユニット、センシングユニット、Ｘ軸Ｙ軸磁気センシング部品に必要な磁気材料層は、磁気抵抗材料、例えばＮｉＦｅ合金材料である。なお、磁気抵抗材料層は、多層の材料、例えばＧＭＲとＴＭＲ材料であり、つまり、磁気抵抗材料は、異方性磁気抵抗材料、巨大磁気抵抗材料、トンネル磁気抵抗を含み、多層であってもよく、あるいは単層であってもよい。多層材料の厚さと層数は、実際によって調節可能である。
また、１組の導磁ユニットは複数の導磁構造とマッチングされてもよく、測定は一層敏感になる。
【００５９】
＜実施例５＞
本実施例では、磁気センシング装置が誘導できる三次元方向は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸以外の第一方向、第二方向、垂直方向であってもよく、第一方向、第二方向、垂直方向のいずれか両方を互いに垂直にさせればよい。
磁気センシング装置の原理は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）の原理であり、磁気材料は、ＧＭＲ材料を採用する。
【００６０】
＜実施例６＞
上記の実施例では、磁気センサーは、ホイートストン・ブリッジを利用して信号の検出及び出力を実現し、このホイートストン・ブリッジは、四つの可変ブリッジアーム、すなわち、四つの導磁サブユニットと四つの誘導サブユニットを備え、出力信号は比較的に大きくなり、比較的に有効になる。
【００６１】
本発明は、半ブリッジ、さらに４分の１のブリッジを採用してＴＭＲ抵抗値（あるいはＧＭＲとＡＭＲ抵抗値）の変化を検出できることが明らかである。半ブリッジを採用して検出する場合、２組の導磁サブユニットと誘導サブユニットがあればよい。４分の１のブリッジを採用する場合、１組の導磁サブユニットと誘導サブユニットがあればよい。ここで、特に説明されるように、本発明の応用は、１組または２組の導磁サブユニットと誘導サブユニットのマッチングで磁界の検出を完成でき、詳しい説明は省略する。
【００６２】
さらに、ブリッジの方法を採用することなく、１組の導磁サブユニットと誘導サブユニットを直接採用し、磁気ユニットの両端の間の抵抗変化を測定し、それによって磁界の変化を算出してもよい。
【００６３】
上述したように、本発明に係る磁気センシング装置及び磁気誘導方法は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の誘導デバイスを同一のウェハー又はチップに設置でき、良好な製造性、優れた性能及び顕著な価格競争力を有する。
【００６４】
ここで、本発明についての説明と応用は、例示であり、本発明の範囲を上記の実施例に限定しないものである。ここで開示された実施例の変形と変更は可能であり、当業者にとって、実施例の代わり及び同等の様々な部品は公知である。当業者にとって、本発明の精神または要旨を逸脱しない場合、本発明は、他の形態、構造、配置、割合及び他のアセンブリー、材料、部品で実現されることが明らかである。本発明の範囲と精神を逸脱しない場合、ここで開示された実施例について他の変形と変更を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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