專利名稱：磁傳感器及補(bǔ)償磁傳感器的溫度相關(guān)特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用磁阻元件的磁傳感器。
背景技術(shù)：
迄今為止已知這樣一種磁傳感器，其應(yīng)用諸如鐵磁磁阻元件(MR元件，ferromagnetic magnetoresistive element)、巨磁阻元件(GMR元件，giantmagnetoresistive element)或隧道磁阻元件(TMR元件，tunnel magnetoresistiveelement)之類的磁阻元件作為磁場(chǎng)檢測(cè)元件，并且該磁傳感器根據(jù)磁阻元件的電阻值，而產(chǎn)生取決于作用在磁阻元件上的外部磁場(chǎng)的輸出值。
磁阻元件的電阻值取決于溫度。因此，即使在固定磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁場(chǎng)作用下，磁傳感器輸出值也會(huì)因磁阻元件的溫度改變而變化。所以，為了高精度地檢測(cè)磁場(chǎng)(的幅度)，就必定需要對(duì)這種溫度相關(guān)性(temperature dependence)進(jìn)行補(bǔ)償。
在日本專利申請(qǐng)公開(kokai)第H06-77558號(hào)中披露的磁傳感器裝置是借助于在磁阻元件鄰近處設(shè)置的溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償?shù)?。預(yù)先測(cè)量作為磁傳感器輸出值的電壓和溫度之間的關(guān)系(溫度相關(guān)特性)并且存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。然后，根據(jù)溫度傳感器實(shí)際測(cè)得的溫度以及存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的關(guān)系，確定一個(gè)基準(zhǔn)電壓，并且將磁傳感器實(shí)際輸出電壓和所確定的基準(zhǔn)電壓之間的差值進(jìn)行放大輸出，借此補(bǔ)償磁傳感器的溫度相關(guān)特性。
同時(shí)，高靈敏度磁傳感器的輸出值會(huì)在地磁作用的影響下發(fā)生改變，而地磁是隨時(shí)間變化的。因此，上述磁傳感器裝置的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的溫度相關(guān)特性必須是在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的、確信地磁沒有改變的短時(shí)間段內(nèi)測(cè)得的；而且在上述測(cè)量過程中必須在短時(shí)間段內(nèi)對(duì)磁阻元件進(jìn)行加熱或冷卻。
但是，如果通過普通的加熱/冷卻裝置對(duì)上述磁阻元件進(jìn)行加熱，則不僅磁阻元件，而且包含磁阻元件襯底在內(nèi)的整個(gè)磁傳感器，都被加熱/冷卻了。因此，由于磁傳感器熱容量大，加熱/冷卻時(shí)間將很長(zhǎng)，而且在溫度相關(guān)性測(cè)量期間地磁因此將有所改變。結(jié)果，就產(chǎn)生了這樣一個(gè)問題，即存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中的溫度相關(guān)特性的可信賴性變小，而且因此將無法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度相關(guān)特性的精確補(bǔ)償。盡管在不受地磁影響的環(huán)境條件下測(cè)量溫度相關(guān)特性是一種可行的方案，但是構(gòu)造這樣一種環(huán)境條件的設(shè)備(磁場(chǎng)消除器)卻非常昂貴，因此就導(dǎo)致了另一個(gè)問題即增大了該磁傳感器的制造成本。
所以，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種磁傳感器，其能夠測(cè)量溫度相關(guān)特性，花費(fèi)不多，在一個(gè)短時(shí)間段內(nèi)完成測(cè)量，并且測(cè)量精確，而且本發(fā)明還提供了一種對(duì)磁傳感器的溫度相關(guān)特性進(jìn)行精確補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br> 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種單片磁傳感器，其可產(chǎn)生磁傳感器輸出信號(hào)，而且不用連接線；例如Au線，用于連接磁傳感器和外部部件(例如外部電路)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種磁傳感器，其中外部噪聲基本上不會(huì)影響控制電路部分，所述控制電路部分執(zhí)行各種操作，例如根據(jù)磁阻元件電阻變化產(chǎn)生輸出信號(hào)的操作、獲得關(guān)于磁阻元件的溫度特性的數(shù)據(jù)的操作、磁阻元件的自由層的磁化的初始化操作以及為了測(cè)試磁阻元件性能而將外部磁場(chǎng)施加到磁阻元件上的操作。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種磁傳感器，其具有適合于簡(jiǎn)便可靠地將多個(gè)磁阻元件的被釘扎層的磁化固定于相同方向的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種磁傳感器，其包括多個(gè)磁阻元件和多個(gè)發(fā)熱元件，多個(gè)磁阻元件形成在襯底上疊置的層的上表面上，多個(gè)發(fā)熱元件適于在通電時(shí)產(chǎn)生熱量，并且該磁傳感器根據(jù)所述多個(gè)磁阻元件的電阻值而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于作用在所述磁阻元件上的外部磁場(chǎng)的輸出值，其中所述多個(gè)發(fā)熱元件以這樣一種方式安排和配置，即當(dāng)所述多個(gè)發(fā)熱元件中每一個(gè)發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量近似等于其余發(fā)熱元件中任意一個(gè)產(chǎn)生的熱量時(shí)，所述多個(gè)磁阻元件的溫度將變得彼此大致相等，并且其上形成有所述多個(gè)磁阻元件的所述層的上表面的溫度將變得不均勻(不一致)。所述磁阻元件例如是MR元件、GMR元件以及TMR元件。
由于采用上述安排和配置，所以包括所述襯底在內(nèi)的整個(gè)磁傳感器不會(huì)被加熱到同一溫度；而所述多個(gè)磁阻元件將可加熱到大致相同的溫度(一個(gè)與襯底溫度有差異的溫度)。這樣，可以縮短加熱/冷卻磁阻元件所需要的時(shí)間，因此可以在相同地磁作用在磁阻元件上的時(shí)間段內(nèi)測(cè)得磁阻元件的溫度相關(guān)特性。
在這種情形下，所述多個(gè)磁阻元件可以配置形成多個(gè)島狀元件組，每一個(gè)元件組都包含有磁場(chǎng)檢測(cè)方向相同并且在所述層的上表面上彼此鄰近安排的多個(gè)磁阻元件；而且如此形成所述發(fā)熱元件，即在每個(gè)元件組的上方或下方設(shè)置一個(gè)發(fā)熱元件。在這種情形下，因?yàn)榧訜嵩苤饕丶訜岽抛柙钥梢赃M(jìn)一步縮短加熱/冷卻磁阻元件所需要的時(shí)間。
優(yōu)選地，每個(gè)所述發(fā)熱元件采取線圈形式(加熱線圈)，該線圈能夠給在所述發(fā)熱元件的上方或下方形成的所述磁阻元件施加一個(gè)在與所述磁阻元件的磁場(chǎng)檢測(cè)方向近似相同或近似垂直的方向上的磁場(chǎng)。在這種情形下，磁場(chǎng)方向與所述磁阻元件的磁場(chǎng)檢測(cè)方向近似相同的磁場(chǎng)可以用作測(cè)試磁場(chǎng)，用于測(cè)定磁傳感器是否在正常地檢測(cè)磁場(chǎng)；而磁場(chǎng)方向與所述磁阻元件的磁場(chǎng)檢測(cè)方向近似垂直的磁場(chǎng)例如可以用作對(duì)所述磁阻元件的自由層進(jìn)行初始化的磁場(chǎng)。
由于采用此優(yōu)選結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗霭l(fā)熱元件(加熱線圈)還可以用作產(chǎn)生與所述磁阻元件的磁場(chǎng)檢測(cè)方向近似相同或近似垂直的磁場(chǎng)的線圈(測(cè)試線圈或初始化線圈)，所以縮短了制造工藝并減少了制造工藝中使用的掩模數(shù)目，從而可以最小化磁傳感器的成本。而且，當(dāng)這種線圈通電時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行對(duì)磁傳感器的溫度相關(guān)特性的測(cè)量、對(duì)磁傳感器的部分或全部的測(cè)試、對(duì)磁傳感器的部分或全部的初始化；因此，可以縮短制造(測(cè)試)周期，從而減少制造成本。
本發(fā)明還提供了一種磁傳感器，其包括多個(gè)磁阻元件和單個(gè)發(fā)熱元件，所述多個(gè)磁阻元件形成在襯底上疊置的層的上表面上，所述發(fā)熱元件用于在通電時(shí)產(chǎn)生熱量，并且該磁傳感器根據(jù)所述多個(gè)磁阻元件的電阻值而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于作用在所述磁阻元件上的外部磁場(chǎng)的輸出值，其中所述發(fā)熱元件以這樣一種方式安排和配置，即所述多個(gè)磁阻元件的溫度變得彼此大致相等，而其上形成有所述多個(gè)磁阻元件的所述層的上表面的溫度變得不均勻。
也由于采用了這種可供選擇的配置，包括所述襯底在內(nèi)的整個(gè)磁傳感器不會(huì)被加熱到同一溫度；而所述多個(gè)磁阻元件將可加熱到大致相同的溫度(一個(gè)與襯底溫度有差異的溫度)。這樣，可以縮短加熱/冷卻磁阻元件所需要的時(shí)間，因此可以在相同地磁作用在磁阻元件上的時(shí)間段內(nèi)測(cè)得磁阻元件的溫度相關(guān)特性。
在這種情形下，所述發(fā)熱元件和所述多個(gè)磁阻元件以這樣一種方式配置，即使得由所述發(fā)熱元件擴(kuò)散給所述多個(gè)磁阻元件中任意一個(gè)的熱量約等于由所述發(fā)熱元件擴(kuò)散給其余磁阻元件之一的熱量。
所述發(fā)熱元件和所述多個(gè)磁阻元件能夠以這樣一種方式配置，即使得所述發(fā)熱元件和所述多個(gè)磁阻元件中任意一個(gè)之間的相對(duì)位置關(guān)系大致等于該發(fā)熱元件和其余磁阻元件之一的相對(duì)位置關(guān)系。
優(yōu)選地，所述多個(gè)磁阻元件分離地安排在所述襯底上疊置的層的上表面上彼此間隔分開的四個(gè)島中，并且以這樣一種方式形成，即當(dāng)在與所述層的上表面平行的面中繞一個(gè)四邊形形心將所述多個(gè)磁阻元件進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)時(shí)，則任意一個(gè)島將會(huì)與90°角運(yùn)動(dòng)(angular movement)之前被在角運(yùn)動(dòng)方向上與該任意島鄰近的另一個(gè)島所占據(jù)的位置基本上相重合，所述四邊形由相互連接鄰近島的近似中心的四條直線定義。
而且，具有任何上述特征的磁傳感器可進(jìn)一步包括溫度檢測(cè)部分，當(dāng)所述多個(gè)磁阻元件的溫度變得彼此大致相等，而其上形成有所述多個(gè)磁阻元件的所述層的上表面的溫度變得不均勻時(shí)，該溫度檢測(cè)部分輸出與所述多個(gè)磁阻元件中至少一個(gè)的溫度具有恒定關(guān)系的溫度，作為檢測(cè)溫度。
如上所述，由于發(fā)熱元件產(chǎn)生熱輻射，磁阻元件被加熱到大致相同的溫度。因此，在溫度檢測(cè)部分與所述多個(gè)磁阻元件中至少一個(gè)關(guān)于溫度具有恒定關(guān)系情形下，溫度檢測(cè)部分可以檢測(cè)基本上所有的具有相同配置的磁阻元件的溫度。因此，根據(jù)上述配置，不需要增加溫度檢測(cè)部分的數(shù)目，因此可以降低磁傳感器的成本。
而且，在包含有上述溫度檢測(cè)部分的磁傳感器中，優(yōu)選地，所述多個(gè)磁阻元件以這樣一種方式互連，即在所述磁阻元件中，磁場(chǎng)檢測(cè)方向相同的元件構(gòu)成一個(gè)橋電路，以便生成對(duì)應(yīng)于所述外部磁場(chǎng)的輸出值；并且所述磁傳感器還包括存儲(chǔ)器和溫度相關(guān)特性寫入裝置，溫度相關(guān)特性寫入裝置用于將一個(gè)值寫入到所述存儲(chǔ)器中，所述值是根據(jù)“基于溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度而確定的表示所述磁阻元件第一溫度的數(shù)據(jù)，以及在第一溫度所述磁傳感器輸出的第一輸出值”和“與所述第一溫度不同并且是基于溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度而確定的表示所述磁阻元件第二溫度的數(shù)據(jù)，以及在第二溫度下所述磁傳感器輸出的第二輸出值”而確定，上述寫入到所述存儲(chǔ)器中的值對(duì)應(yīng)于第一和第二輸出值之間差值與第一和第二溫度之間差值的比值。
其中由多個(gè)磁阻元件構(gòu)成橋電路(bridge circuit)(全橋電路，full-bridgecircuit)的磁傳感器的溫度相關(guān)特性是這樣的，即磁傳感器的輸出與磁阻元件溫度變化成比例地改變。因此，假如將相應(yīng)于上述“比值”(即，相對(duì)于磁阻元件的溫度變化的磁傳感器的輸出值變化)的值提前存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，則在將磁傳感器安裝到電子設(shè)備之后，電子設(shè)備可以通過從磁傳感器讀取“比值”而獲得磁傳感器的溫度相關(guān)特性數(shù)據(jù)，其中該值可以是比值本身，也可以是比值的倒數(shù)等等。因此，可以利用該數(shù)據(jù)對(duì)磁傳感器的溫度相關(guān)特性進(jìn)行補(bǔ)償。
換言之，每個(gè)磁傳感器的關(guān)于溫度相關(guān)特性的數(shù)據(jù)都可以通過將對(duì)應(yīng)于上述“比值”的值存儲(chǔ)到磁傳感器的存儲(chǔ)器中的簡(jiǎn)單操作而保存在磁傳感器中。因此，能夠使其中存儲(chǔ)有磁傳感器的溫度相關(guān)特性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的容量最小化，從而降低磁傳感器的成本。
本發(fā)明還提供了一種對(duì)磁傳感器的溫度相關(guān)特性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ龃艂鞲衅靼ù抛柙?，磁阻元件的電阻隨著外部磁場(chǎng)而變化；第一存儲(chǔ)器；溫度檢測(cè)部分，其用于將與所述磁阻元件的溫度具有恒定關(guān)系的溫度輸出作為檢測(cè)溫度；以及發(fā)熱元件，其用于通電時(shí)發(fā)熱；并且所述磁傳感器基于所述磁阻元件的電阻值產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于外部磁場(chǎng)的輸出值；所述磁傳感器適于結(jié)合到電子設(shè)備中，所述電子設(shè)備包括永磁體元件、外殼以及第二存儲(chǔ)器，其中所述外殼將所述磁傳感器、所述永磁體元件以及第二存儲(chǔ)器容納在內(nèi)；所述方法包括如下步驟在將所述磁傳感器放置到所述外殼中之前，根據(jù)由所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度得到所述磁阻元件的第一溫度，并且得到由所述磁傳感器在第一溫度輸出的第一輸出值；在將所述磁傳感器放置到所述外殼中之前，根據(jù)所述發(fā)熱元件的通電狀態(tài)改變之后由所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度來得到所述磁阻元件的第二溫度，并且得到由所述磁傳感器在第二溫度下輸出的第二輸出值；將與所述第一輸出值、第二輸出值之差和所述第一溫度、第二溫度之差的比值相對(duì)應(yīng)的值存儲(chǔ)到所述第一存儲(chǔ)器中；在將所述磁傳感器連同所述永磁體元件一起放置到所述外殼中之后，將作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的所述磁傳感器的輸出值的偏移值(offset)以及由所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度存儲(chǔ)到所述第二存儲(chǔ)器中；并且此后，根據(jù)存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)器中的與比值對(duì)應(yīng)的值、存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)器中的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、以及由所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度，對(duì)所述磁傳感器的輸出值進(jìn)行校正。
通過這種方法，在還沒有將磁傳感器安裝到電子設(shè)備中的時(shí)候，與上述“比值”相對(duì)應(yīng)的值的獲得所需要的數(shù)據(jù)作為表示磁傳感器溫度相關(guān)特性的數(shù)據(jù)，被獲得并且/或者被存儲(chǔ)到第一存儲(chǔ)器中。然后，在將所述磁傳感器連同所述永磁體元件以及所述第二存儲(chǔ)器一起容納放置到所述外殼中之后，所述磁傳感器輸出值的偏移值以及在獲得所述偏移值時(shí)所述溫度檢測(cè)部分檢測(cè)到的溫度被存儲(chǔ)到所述第二存儲(chǔ)器中。隨后，根據(jù)溫度檢測(cè)部分實(shí)際檢測(cè)的溫度和第二存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的溫度之間的差值、對(duì)應(yīng)于“比值”且存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)器中的值、以及第二存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的偏移值，來校正磁傳感器的輸出值。
將利用具體實(shí)施例來說明該方法。將溫度檢測(cè)部分實(shí)際檢測(cè)的溫度和第二存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的溫度之差乘以第一存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的“比值”，從而得到由磁傳感器溫度的改變而導(dǎo)致的偏移值的改變量。隨后，將第二存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的偏移值和所述偏移值改變量相加，從而得到溫度改變后的偏移值；并且將所述磁傳感器的實(shí)際輸出值與溫度改變后的偏移值的差值作為與被測(cè)外部磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的值。
因此，根據(jù)本發(fā)明的溫度相關(guān)特性補(bǔ)償方法，在磁傳感器還沒有安裝到電子設(shè)備中的時(shí)候測(cè)量取決于上述“比值”的值，并且將該值存儲(chǔ)到第一存儲(chǔ)器中。因此，磁傳感器自身可以支配表示所述磁傳感器溫度相關(guān)特性的數(shù)據(jù)。而且，因?yàn)樵趯⒋艂鞲衅鬟B同永磁體元件一起安裝到電子設(shè)備的外殼中之后，偏移值以及由溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度都存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)器中，所以在得到偏移值時(shí)就不再需要將磁傳感器自身的偏移值以及溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度存儲(chǔ)到第一存儲(chǔ)器中去。因此，可以使第一存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量最小化，從而降低了磁傳感器的成本。而且，由于在將磁傳感器安裝到所述外殼中之后，可以同時(shí)獲得磁傳感器的兩種類型的偏移值即源于磁阻元件個(gè)體差異(阻值的差異)的磁傳感器自身的偏移值(reference shift基準(zhǔn)偏移)和可歸因于永磁體元件漏磁場(chǎng)的偏移值(reference shift基準(zhǔn)偏移)，所以不需要對(duì)偏移值進(jìn)行兩次獲取。所以，根據(jù)本發(fā)明，可以用一種簡(jiǎn)單方法對(duì)所述磁傳感器的溫度相關(guān)特性進(jìn)行補(bǔ)償。
本發(fā)明還提供了一種磁傳感器，其包括單個(gè)襯底、多個(gè)磁阻元件、使所述多個(gè)磁阻元件相互連接的布線部分，以及控制電路部分，所述控制電路部分用于經(jīng)由所述布線部分獲取根據(jù)所述多個(gè)磁阻元件的電阻值而確定的物理量并且對(duì)該物理量進(jìn)行處理從而產(chǎn)生向外輸出的輸出信號(hào)，其中所述磁傳感器還包括多個(gè)疊置在所述襯底上的層；所述磁阻元件形成在所述多個(gè)層中的一個(gè)層的上表面；所述布線部分和所述控制電路部分形成在所述襯底以及所述多個(gè)層中；并且所述磁阻元件、所述布線部分以及所述控制電路部分都通過連接部分而在所述多個(gè)層中相互連接，所述連接部分由導(dǎo)電物質(zhì)構(gòu)成并且沿著與所述層的層表面相交的方向延伸。
由于此構(gòu)造，所述磁阻元件、所述布線部分以及所述控制電路部分都通過連接部分在所述多個(gè)層中不相交地相互連接，所述連接部分由導(dǎo)電物質(zhì)構(gòu)成并且沿著與所述層的層表面相交的方向延伸。因此，提供了一種單片型磁傳感器，其可以不使用連接線而生成磁傳感器的輸出信號(hào)，與通常的磁傳感器不同，在通常的磁傳感器中芯片分為承載磁阻元件的芯片和承載控制電路部分等的芯片等等，且使用連接線連接這些芯片。
而且，本發(fā)明提供了一種磁傳感器，其包括襯底、設(shè)置于所述襯底上面部分的多個(gè)磁阻元件、設(shè)置于所述襯底上面部分并且使所述多個(gè)磁阻元件相互連接的布線部分，以及控制電路部分，所述控制電路部分用于經(jīng)由所述布線部分獲取根據(jù)所述多個(gè)磁阻元件的電阻值而確定的物理量，并且對(duì)該物理量進(jìn)行處理從而產(chǎn)生向外輸出的輸出信號(hào)，其中所述多個(gè)磁阻元件在平面圖中看是設(shè)置于所述襯底的周圍部分；所述布線部分如此設(shè)置，即，使得在平面圖中看基本上形成了一個(gè)封閉曲線；并且所述控制電路部分在平面圖中看基本上設(shè)置于所述封閉曲線的內(nèi)側(cè)。
由于采用此配置，所述控制電路部分，其用于例如根據(jù)磁阻元件的電阻改變進(jìn)行輸出信號(hào)的產(chǎn)生或者獲得磁阻元件的溫度特性的數(shù)據(jù)，可以被設(shè)置在如平面圖所示的襯底中心部分處的緊湊空間內(nèi)。因此，縮短了所述控制電路部分的布線長(zhǎng)度，且因此外部噪聲幾乎不會(huì)迭加在所述布線上。結(jié)果，本發(fā)明提供了一種磁傳感器，其幾乎不受外部噪聲影響并且可靠性很高。
而且，本發(fā)明提供了一種磁傳感器，其包括單個(gè)襯底和多個(gè)元件組，每一個(gè)元件組都包括被釘扎層(pinned layer)磁化方向相同的一對(duì)磁阻元件，其中所述多個(gè)元件組的每組都是以這樣一種方式設(shè)置于所述襯底的上面部分，即，使得所述每一元件組被釘扎層的磁化方向基本上都平行于距所述襯底的形心(中心)的距離增大的方向，并且使所述磁阻元件對(duì)在該方向上彼此鄰近設(shè)置。
當(dāng)被釘扎層的磁化方向被固定時(shí)，必須連續(xù)施加具有穩(wěn)定方向與幅度的磁場(chǎng)于磁阻元件。此時(shí)，在同一磁力線上的相鄰兩點(diǎn)處，磁場(chǎng)在大約相同的方向呈現(xiàn)出大約相同的幅度。而且，在磁傳感器中，在很多情況下，為了改善磁傳感器的溫度特性等，需要提供多個(gè)元件組，每一元件組都包括一對(duì)被釘扎層磁化方向相同(即相同的磁場(chǎng)檢測(cè)方向)的磁阻元件，并且橋連接這些磁阻元件。
因此，在以上述方式配置的磁傳感器的情況中，所述方式中多個(gè)元件組中的每一組都是設(shè)置于所述襯底的上部部分處，使得上述被釘扎層磁化方向基本上平行于與所述襯底的形心(中心)的距離增大的方向(在平面圖中看)，且使得磁阻元件對(duì)在該方向上彼此鄰近設(shè)置，當(dāng)從所述襯底形心(中心)指向其周邊部分的磁場(chǎng)作用到所述磁傳感器上時(shí)，借助于具有相同幅度和相同方向的磁場(chǎng)，可以固定磁阻元件的被釘扎層的磁化。結(jié)果，可以簡(jiǎn)便且可靠地在同一方向上對(duì)磁阻元件的被釘扎層進(jìn)行磁化。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的磁傳感器的平面示意圖；圖2是圖1磁傳感器的一部分的平面示意圖，顯示了磁傳感器的電布線情形；圖3是圖1磁傳感器的一部分的剖面示意圖，剖切是沿著與構(gòu)成磁傳感器的各層層表面相垂直的一個(gè)預(yù)定平面進(jìn)行的；圖4是示出相對(duì)于外部磁場(chǎng)的圖1的GMR元件電阻值的變化的曲線圖；圖5是根據(jù)第一實(shí)施例改型的磁傳感器的平面示意圖；圖6是圖1的磁傳感器的局部放大平面圖；圖7是圖1的磁傳感器的X軸磁傳感器的等效電路圖；圖8是示出構(gòu)成圖1的磁傳感器的X軸磁傳感器的輸出電壓(輸出信號(hào))相對(duì)于外部磁場(chǎng)而變化的曲線圖；圖9是其上安裝有圖1的磁傳感器的蜂窩電話的前視圖；圖10是示出構(gòu)成圖1的磁傳感器的X軸磁傳感器的溫度相關(guān)特性的曲線圖；圖11是示出構(gòu)成圖1的磁傳感器一部分的Y軸磁傳感器的溫度相關(guān)特性的曲線圖；圖12是圖1的磁傳感器的平面示意圖，顯示了磁傳感器的加熱線圈通電時(shí)的等溫線。
圖13是說明圖1磁傳感器的加熱線圈通電后經(jīng)過的時(shí)間和GMR元件的溫度變化之間關(guān)系的曲線圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的磁傳感器的平面示意圖；圖15是沿著圖14中1-1線剖切得到的磁傳感器的一部分的剖面示意圖；圖16是圖14磁傳感器的平面示意圖，顯示了磁傳感器的加熱線圈通電時(shí)的等溫線；圖17是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例改型的磁傳感器的平面示意圖，顯示了磁傳感器的加熱線圈通電時(shí)的等溫線；以及圖18是根據(jù)本發(fā)明磁傳感器的另一改型的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)現(xiàn)在將結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器的實(shí)施例。圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的磁傳感器10的平面示意圖；圖2是磁傳感器10的一部分的平面示意圖，顯示了磁傳感器10的電布線(electrical wiring)情形；而圖3是圖1和圖2所示磁傳感器的一部分的剖面示意圖，剖切是沿著與構(gòu)成磁傳感器10的各層層表面相垂直的一個(gè)預(yù)定平面進(jìn)行的。
磁傳感器10包括襯底10a，其由Si3N4/Si、SiO2/Si或石英玻璃構(gòu)成，并且其形狀大致為其側(cè)邊沿著相互垂直的X軸和Y軸延伸的方形(或矩形)，并且在與X軸和Y軸垂直的Z軸方向上具有很小的厚度；層INS1和S1-S3疊置在襯底10a上，并且在平面圖中看時(shí)形狀與襯底10a相同；總共八個(gè)GMR元件11-18形成在層S3(的上表面)上作為磁阻元件；以及作為最上一層表面而形成的鈍化層PL。
如圖1所示，磁傳感器10具有橋接布線部分(連接線部分)19，其分別橋互連(bridge-interconnecting)GMR元件11-14和GMR元件15-18，從而構(gòu)成兩個(gè)全橋電路(full-bridge circuit)；加熱線圈21-24，用作加熱GMR元件11-18的加熱元件；控制電路部分(LSI)31；溫度檢測(cè)部分32；檢測(cè)線圈33a-33d；以及焊盤34a-34h，其用于經(jīng)由焊接在焊盤上表面的Au線而連接磁傳感器10和外部設(shè)備。
GMR元件11稱為第一X軸GMR元件11，并且如圖1所示，在襯底10a上形成于襯底10a左側(cè)的大致中心位置附近，沿Y軸方向延伸。GMR元件12稱為第二X軸GMR元件12，并且設(shè)置在襯底10a左側(cè)的大致中心位置附近，設(shè)置方式是使第二X軸GMR元件12與第一X軸GMR元件11位置鄰近(相鄰)，位于在X軸正方向上與第一X軸GMR元件11間隔開一段很小的距離的位置處。
GMR元件13稱為第三X軸GMR元件13，并且在襯底10a上形成于襯底10a右側(cè)的大致中心位置附近，沿Y軸方向延伸。GMR元件14稱為第四X軸GMR元件14，并且設(shè)置在襯底10a右側(cè)的大致中心位置附近，設(shè)置方式是使第四X軸GMR元件14與第三X軸GMR元件13位置鄰近(相鄰)，位于在X軸負(fù)方向上與第三X軸GMR元件13間隔開一段很小的距離的位置處。
GMR元件15稱為第一Y軸GMR元件15，并且在襯底10a上形成于襯底10a上側(cè)的大致中心位置附近，沿X軸方向延伸。GMR元件16稱為第二Y軸GMR元件16，并且設(shè)置在襯底10a上側(cè)的大致中心位置附近，設(shè)置方式是使第二Y軸GMR元件16與第一Y軸GMR元件15位置鄰近(相鄰)，位于在Y軸負(fù)方向上與第一Y軸GMR元件15間隔開一段很小的距離的位置處。
GMR元件17稱為第三Y軸GMR元件17，并且在襯底10a上形成于襯底10a下側(cè)的大致中心位置附近，沿X軸方向延伸。GMR元件18稱為第四Y軸GMR元件18，并且設(shè)置在襯底10a下側(cè)的大致中心位置附近，設(shè)置方式是使第四Y軸GMR元件18與第三Y軸GMR元件17位置相近(鄰近)，位于在Y軸正方向上與第三Y軸GMR元件17間隔開一段很小的距離的位置處。
構(gòu)成每個(gè)GMR元件11-18的自旋閥層(spin valve layer)包括自由層、電隔離層、釘住層(pin layer，又稱固定磁化層(fixed magnetization layer))、以及蓋層(capping layer)，這些層一層在另一層之上地疊置(形成)在襯底10a上的層S3的上表面上。自由層的磁化方向隨外部磁場(chǎng)的改變而自由地改變。釘住層(pin layer)包括釘扎層(pinning layer)和被釘扎層(pinned layer)；被釘扎層的磁化方向由釘扎層固定，且除了特例情形之外其不隨外部磁場(chǎng)而改變。
因此每個(gè)GMR元件11-18都具有一個(gè)電阻值，其對(duì)應(yīng)于被釘扎層磁化方向和自由層磁化方向之間的角度。即，每個(gè)GMR元件11-18，如圖4曲線圖中實(shí)線所示，都具有這樣一種阻值，在-Hc至+Hc范圍內(nèi)，即該阻值近似與在被釘扎層磁化方向上變化的外部磁場(chǎng)呈正比例地變化；并且，如虛線所示，對(duì)與在垂直于被釘扎層磁化方向的方向上變化的外部磁場(chǎng)，呈現(xiàn)為近似恒定的阻值。換言之，每個(gè)GMR元件11-18為其被釘扎層磁化方向與磁場(chǎng)檢測(cè)方向相同。
GMR元件11和12中每個(gè)的被釘扎層磁化方向是負(fù)X方向。即，第一與第二X軸GMR元件11與12構(gòu)成了一個(gè)元件組Gr1，其中對(duì)在同一方向上(本例是X方向)的磁場(chǎng)幅度進(jìn)行檢測(cè)的的多個(gè)磁阻元件，即具有相同磁場(chǎng)檢測(cè)方向，在疊置在襯底10a上的層S3上以島的形式彼此鄰近設(shè)置。
GMR元件13和14的被釘扎層磁化方向都是正X方向。即，第三與第四X軸GMR元件13與14構(gòu)成了另一個(gè)元件組Gr2，其中對(duì)同一方向上(這里指在X方向上)的磁場(chǎng)幅度進(jìn)行檢測(cè)的多個(gè)磁阻元件，在疊置在襯底10a上的層S3上以島的形式彼此鄰近設(shè)置。
GMR元件15和16的被釘扎層磁化方向都是正Y方向。即，第一與第二Y軸GMR元件15與16構(gòu)成了另一個(gè)元件組Gr3，其中對(duì)同一方向上(這里指在Y方向上)的磁場(chǎng)幅度進(jìn)行檢測(cè)的多個(gè)磁阻元件，在疊置在襯底10a上的層S3上以島的形式彼此鄰近設(shè)置。
GMR元件17和18的被釘扎層磁化方向都是負(fù)Y方向。即，第三與第四Y軸GMR元件17與18構(gòu)成了另一個(gè)元件組Gr4，其中對(duì)同一方向上(這里指在Y方向上)的磁場(chǎng)幅度進(jìn)行檢測(cè)的多個(gè)磁阻元件，在疊置在襯底10a上的層S3上以島的形式彼此鄰近設(shè)置，。
因此，GMR元件11-18構(gòu)成了四個(gè)元件組(島)Gr1-Gr4，其中每一元件組中兩個(gè)鄰近的磁阻元件的磁場(chǎng)檢測(cè)方向都是相同的。這些元件組Gr1-Gr4都布置在方形各邊(在平面圖中觀察為方形橋接布線部分19的邊)的大致中間位置的外側(cè)，所述方形在平面中觀察具有沿X和Y方向的邊，并且這些元件組Gr1-Gr4以這樣一種方式形成，即繞該方形形心(方形的中心點(diǎn)，即方形的對(duì)角線交點(diǎn))將任意元件組進(jìn)行90°角運(yùn)動(dòng)，則該任意元件組與在該90°角運(yùn)動(dòng)(angular movement)之前與已被另一個(gè)與之鄰近的元件組占據(jù)的位置基本對(duì)準(zhǔn)。換言之，多個(gè)GMR元件11-18被設(shè)置在襯底10a上疊置的層S3上的四個(gè)分離的島中，并且形成這樣一種布局結(jié)構(gòu)，即在與層S3上表面平行的平面中繞四邊形形心GP多個(gè)磁阻元件11-18進(jìn)行90°角運(yùn)動(dòng)，所述四邊形由相互連接成對(duì)鄰近島的近似中心的四條直線構(gòu)成，則任意一個(gè)島基本上將會(huì)與90°角運(yùn)動(dòng)之前已被在角運(yùn)動(dòng)方向上的另一個(gè)鄰近的島占據(jù)的位置對(duì)準(zhǔn)。也就是說，不僅得到四條直線(線段)，即連接元件組Gr2和Gr3近似中心部分的直線、連接元件組Gr3和Gr1近似中心部分的直線、連接元件組Gr1和Gr4近似中心部分的直線、以及連接元件組Gr4和Gr2近似中心部分的直線，而且，當(dāng)繞由這些線段構(gòu)成的四邊形的形心將元件組進(jìn)行90°角運(yùn)動(dòng)時(shí)，每一元件組都將與角運(yùn)動(dòng)之前就已被另一個(gè)與之鄰近的元件組所占據(jù)的位置相重合；即，元件組Gr2將與元件組Gr3先前的位置對(duì)齊，元件組Gr3將與元件組Gr1先前的位置對(duì)齊，等等。
在圖1-3所示的實(shí)施例中，組成單個(gè)島(單個(gè)的元件組)的兩個(gè)GMR元件在從襯底10a中心處(形心，其與上述的形心GP對(duì)齊)到襯底10a一邊(周邊)的方向上彼此鄰近設(shè)置。也就是說，這些元件組Gr1-Gr4各自都包含一對(duì)磁場(chǎng)檢測(cè)方向相同的磁阻元件，所述元件組Gr1-Gr4中的每一組都設(shè)置在襯底10a的上部部分，設(shè)置方式是，磁阻元件的被釘扎層磁化方向基本上平行于如平面圖所示的離襯底10a形心的距離越來越大的方向，并且上述磁阻元件對(duì)在同一方向上彼此鄰近設(shè)置。另選地，如圖5所示，可以將一對(duì)磁阻元件在沿著襯底10a一個(gè)側(cè)邊的方向彼此鄰近設(shè)置。但是，因?yàn)镚MR元件根據(jù)前一種設(shè)置方式與根據(jù)后一種設(shè)置方式相比更加接近于襯底10a各邊的中心，元件特性能容易地變得均勻一致。而且，前一種情形中，在相同方向上具有相同的磁場(chǎng)幅度的磁場(chǎng)與后一種情形相比可以更容易地施加于一對(duì)磁阻元件。
如圖6所例證，圖6是GMR元件11、12附近區(qū)域的平面放大圖，GMR11-14分別連接到橋接布線部分19的各條線，借此通過橋接布線部分19的媒介構(gòu)成了(全橋連接的)橋電路，如圖7的等效電路圖所示，因此構(gòu)成了磁場(chǎng)檢測(cè)方向是X方向的X軸磁傳感器。在圖7中，在每個(gè)GMR元件11-14中標(biāo)示的箭頭表示各個(gè)GMR元件11-14的被釘扎層的磁化方向。
更具體地說，X軸磁傳感器是這樣一種傳感器，即當(dāng)在節(jié)點(diǎn)Va和節(jié)點(diǎn)Vb之間施加一個(gè)恒定的電位差(potential difference)時(shí)，則可以得到節(jié)點(diǎn)Vc和節(jié)點(diǎn)Vd之間的電位差(Vc-Vd)作為傳感器輸出值Vxout，其中節(jié)點(diǎn)Va在第一與第四X軸GMR元件11與14之間，節(jié)點(diǎn)Vb在第三與第二X軸GMR元件13與12之間，節(jié)點(diǎn)Vc在第一與第三X軸GMR元件11與13之間，節(jié)點(diǎn)Vd在第二與第四X軸GMR元件12與14之間。結(jié)果，X軸磁傳感器的輸出電壓(以電壓表示的物理量)與在-Hc至+Hc區(qū)段內(nèi)的幅度沿X軸改變的外部磁場(chǎng)的幅度近似成比例地改變，如圖8中實(shí)線所示；而對(duì)于幅度沿Y軸變化的外部磁場(chǎng)則保持近似為“0”的恒定值。
與GMR元件11-14情形相同，GMR元件15-18連接到橋接布線部分19的各條線上而構(gòu)成(全橋連接的)橋電路，因此構(gòu)成了磁場(chǎng)檢測(cè)方向是Y軸方向的Y軸磁傳感器。也就是說，Y軸磁傳感器呈現(xiàn)的輸出電壓(以電壓表示的物理量)Vyout與在-Hc至+Hc區(qū)段內(nèi)的幅度沿Y軸改變的外部磁場(chǎng)的幅度近似成比例地變化；而對(duì)于幅度沿X軸變化的外部磁場(chǎng)則表現(xiàn)出近似為“0”的輸出電壓。
如圖1所示，橋接布線部分19形成在近似方形區(qū)域的周圍并且位于GMR元件11-18的內(nèi)側(cè)，如平面圖所示，由此構(gòu)成了基本上閉合的曲線(包含直線部分)，所述方形具有沿X軸和Y軸的邊。后面將詳細(xì)說明，橋接布線部分19形成在GMR元件11-18之下的層S3中。
如圖1和3所示，加熱線圈21-24嵌置在作為布線層的層S3中，直接位于元件組Gr1-Gr4的下方(在負(fù)Z軸方向上)。加熱線圈21-24的外形以及相對(duì)于相應(yīng)元件組Gr1-Gr4的位置關(guān)系彼此大致相同。因此，在后面說明中，只對(duì)加熱線圈21進(jìn)行詳細(xì)描述。
加熱線圈21是由例如鋁薄膜構(gòu)成的發(fā)熱元件。當(dāng)通電時(shí)，加熱線圈21產(chǎn)生熱量，從而加熱第一與第二GMR元件11與12(元件組Gr1)。加熱線圈21形成在層S3中且面對(duì)著磁阻元件11與12的下表面，由此設(shè)置在元件組Gr1的正下方。也就是說，如從圖3所理解的，加熱線圈21嵌置并形成在絕緣層INS1和層S1-S3之中的層S3中，絕緣層INS1和層S1-S3一層在另一層之上地疊置在襯底10a上，GMR元件11-18都形成在層S3(用作布線層的層S1-S3中的最上面的層S3)上。在本說明書中，用作布線層的層是指線、線之間的層間絕緣層、以及在線之間構(gòu)成連接的接觸孔(contact hole)(包含過孔(via-hole))。
而且，如圖6所示，加熱線圈21是所謂的雙螺旋線圈，在平面圖中看，其形狀近似為矩形，而且其包括一對(duì)線圈導(dǎo)體(coiled conductor)(即，具有線圈中心P1的第一導(dǎo)體21-1和具有線圈中心P2的第二導(dǎo)體21-2)；該矩形的Y方向長(zhǎng)度約為磁阻元件11(12)縱向長(zhǎng)度的兩倍，而該矩形的X方向長(zhǎng)度約為磁阻元件11(12)橫向(與縱向相垂直的方向)長(zhǎng)度的五倍。
此外，第一與第二X軸GMR元件11與12設(shè)置在這兩個(gè)線圈中心P1和P2之間，如平面圖所示。而且，如平面圖所示，第一、第二導(dǎo)體21-1、21-2的迭蓋第一、第二X軸GMR元件11、12的部分(即直接在第一、第二X軸GMR元件下延展的部分)彼此平行地沿著X方向直線地延伸。各個(gè)導(dǎo)體的這些直線部分適于傳送同一流向的電流，且因此產(chǎn)生一個(gè)Y軸方向的磁場(chǎng)。也就是說，加熱線圈21適于產(chǎn)生磁場(chǎng)，其方向與第一與第二X軸GMR元件11與12的縱向方向一致，并且在沒有施加任何外部磁場(chǎng)的情形下其方向在自由層磁化的設(shè)計(jì)方向(與被釘扎層ed的固定磁化方向垂直的方向)上。
如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例的磁傳感器10包含GMR元件(每個(gè)都包含有自由層和釘住層的磁阻元件)，并且具有加熱線圈21-24，加熱線圈21-24設(shè)置在自由層之下(且與之鄰近)且適于在沒有施加任何外部磁場(chǎng)的情形下來穩(wěn)定(初始化)自由層磁化方向，并且當(dāng)在預(yù)定條件下(例如，在啟動(dòng)磁檢測(cè)之前)對(duì)加熱線圈21-24通電時(shí)，在自由層產(chǎn)生一個(gè)具有預(yù)定方向(垂直于被釘扎層的磁化方向)的磁場(chǎng)(初始化磁場(chǎng))。而且，以這樣一種形式配置加熱線圈24，即當(dāng)在預(yù)定條件下以預(yù)定模式通電時(shí)，各個(gè)加熱線圈21-24都對(duì)直接位于其上的GMR元件(GMR元件組)進(jìn)行加熱。
如圖1所示，控制電路部分31形成在一個(gè)近似方形中，該方形的各邊都沿X軸、Y軸方向，如平面圖所示位于橋接布線部分19的內(nèi)側(cè)(如平面圖所示位于布線部分19輪廓形成的基本上為閉合曲線的內(nèi)側(cè)或者位于襯底10a的中心部分)。如圖3所示，控制電路部分31形成在GMR元件11-18之下的層INS1、S1-S3中?？刂齐娐凡糠?1采用LSI(大規(guī)模集成電路)形式，其包含有模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、能夠?qū)懸淮螖?shù)據(jù)并可多次讀取數(shù)據(jù)的WORM(write once，read many寫一次，可讀多次)存儲(chǔ)器(為了簡(jiǎn)便起見，在下文中也稱作“第一存儲(chǔ)器”)、以及模擬電路部分。控制電路部分31提供多種功能，例如通過獲得X軸磁傳感器和Y軸磁傳感器的輸出值(根據(jù)電阻值以電壓形式檢測(cè)得到的物理量)并且進(jìn)行諸如輸出值的模數(shù)轉(zhuǎn)換之類的數(shù)據(jù)處理，而產(chǎn)生輸出信號(hào)；對(duì)加熱線圈21-24通電；由溫度檢測(cè)部分32獲取檢測(cè)溫度輸出；獲取溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)；以及將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(寫)到第一存儲(chǔ)器中。
因?yàn)榭刂齐娐凡糠?1設(shè)置在襯底10a的中心區(qū)域，所以控制電路部分31的線長(zhǎng)度可以縮短。因此，減小了該電路的電阻和該電路的尺寸大小，因此該電路幾乎不會(huì)受到噪聲的干擾影響，而且電路的電阻偏差(各個(gè)產(chǎn)品之間的偏差)也減小了。
可以使用熔斷型(fuse-break-type)24位存儲(chǔ)器作為WORM存儲(chǔ)器。另選地，也可以使用諸如EEPROM或閃速存儲(chǔ)器(flash memory)之類的存儲(chǔ)器(非易失性存儲(chǔ)器)，從而可以將數(shù)據(jù)寫入其中并且即使關(guān)斷電源也會(huì)一直將數(shù)據(jù)保持在其中。
溫度檢測(cè)部分32采用傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)電路(bandgap reference circuit)，其基于內(nèi)置晶體管的溫度特性而檢測(cè)溫度；并且形成在如平面圖所示的橋接布線部分19內(nèi)側(cè)的控制電路部分31的一個(gè)角部。溫度檢測(cè)部分32設(shè)置在布線層S1中，與鄰近GMR元件11-16的程度相比其位置更加鄰近于GMR元件17和18(元件組Gr4)，并且其適于輸出溫度(檢測(cè)溫度)，所述溫度與GMR元件18(元件組Gr4)的溫度具有恒定相關(guān)關(guān)系。如下文將要說明的那樣，因?yàn)榇抛柙?1-18被加熱至相同溫度，所以僅通過檢測(cè)磁阻元件18的溫度就可以確定其它磁阻元件11-17的溫度。
假設(shè)溫度檢測(cè)部分32如此地設(shè)置在橋接布線部分19內(nèi)側(cè)鄰近元件組Gr4的位置處，則溫度檢測(cè)部分32可以精確地檢測(cè)出磁阻元件18的溫度。而且，因?yàn)闇囟葯z測(cè)部分32與控制電路部分31相連而沒有橫越橋接布線部分19，所以可以縮短溫度檢測(cè)部分32和控制電路部分31之間的線長(zhǎng)度。
檢測(cè)線圈33a-33d形成在布線層S1中并且它們直接設(shè)置在各個(gè)元件組Gr1-Gr4的正下方；圖3示例性地顯示了檢測(cè)線圈33a。當(dāng)通電時(shí)，每個(gè)檢測(cè)線圈33a-33d分別將各個(gè)磁阻元件的磁場(chǎng)檢測(cè)方向上的磁場(chǎng)(在被釘扎層磁化方向上的磁場(chǎng))施加給直接設(shè)置于其上的一個(gè)磁阻元件。
現(xiàn)在將對(duì)磁傳感器10的層結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。如圖3所示，襯底10a的上部可以被分為元件隔離區(qū)10a1、和用作元件激活區(qū)(activation region)的剩余區(qū)10a2。通過LOCOS或STI技術(shù)在襯底10a的上表面上形成作為場(chǎng)絕緣層(field insulating layer)ins的元件隔離區(qū)10a1。LOCOS技術(shù)是公知技術(shù)，是借助于熱氧化層使各種各樣的元件彼此隔離并絕緣的技術(shù)。STI技術(shù)是公知技術(shù)，也稱做淺溝槽元件隔離并適于通過在淺溝槽中嵌入氧化層而使各種各樣的元件彼此隔離。
在襯底10a正上方且在絕緣層ins的上表面形成絕緣層INS1。在絕緣層INS1的元件激活區(qū)10a2中，形成各種電路元件諸如晶體管Tr。在絕緣層INS1的元件隔離區(qū)10a1中，形成各種元件諸如電阻器R、熔斷器(fuse)和電容器。而且，在絕緣層INS1中，形成有多個(gè)接觸孔C1(連接部分、垂直連接部分)，用于將諸如晶體管Tr之類的電路元件和設(shè)置在絕緣層INS1之上的層S1中形成的線等進(jìn)行電連接，所述多個(gè)接觸孔C1均垂直于層S1-S3的表面(因此橫穿了層S1-S3的表面)。在接觸孔C1中填充導(dǎo)電物質(zhì)。
在絕緣層INS1之上形成層S1，用作布線層。層S1包含以導(dǎo)電層形式存在的線W1、檢測(cè)線圈33a-33d、層間絕緣層IL1、以及溫度檢測(cè)部分32。在層間絕緣層IL1中，形成多個(gè)過孔V1(連接部分、垂直連接部分)，用于與在上層S2中形成的線等進(jìn)行電連接，所述多個(gè)過孔V1均垂直于層S1-S3的表面(因此橫穿了層S1-S3的表面)。過孔V1用導(dǎo)電物質(zhì)填充。
同樣，在層S1之上形成層S2，用作布線層。層S2包含以導(dǎo)電層形式存在的線W2、以及層間絕緣層IL2。在層間絕緣層IL2中，形成多個(gè)過孔V2(連接部分、垂直連接部分)，用于與在上層S3中形成的線等進(jìn)行電連接，所述多個(gè)過孔V2均垂直于層S1-S3的表面(因此橫穿了層S1-S3的表面)。在過孔V2中填充導(dǎo)電物質(zhì)。
仍然同樣地，在層S2之上形成層S3，用作布線層。層S3包含以導(dǎo)電層形式存在的線W3、橋接布線部分19、加熱線圈21(22-24)、以及層間絕緣層IL3。在層間絕緣層IL3中，形成多個(gè)過孔V3(連接部分、垂直連接部分)，用于與在層S3的上層中形成的GMR元件11-18等進(jìn)行電連接，所述多個(gè)過孔V3均垂直于層S1-S3的表面(因此橫穿了層S1-S3的表面)。在過孔V3中填充導(dǎo)電物質(zhì)。層間絕緣層IL3可以是包含氮化物膜且與后面將要說明的鈍化層PL不同的鈍化層。為了將GMR元件11-18的特性保持在一個(gè)很好的水平上，層間絕緣層IL3的上表面優(yōu)選是光滑的。而且，接觸孔C1和過孔V1-V3是將GMR元件11-18、用作布線部分的橋接布線部分19、控制電路部分31等等之間實(shí)現(xiàn)相互連接的導(dǎo)電物質(zhì)構(gòu)成的連接部分，并且在多個(gè)層INS1、S1-S3中在橫穿各層表面的方向延伸。
焊盤區(qū)PD是GMR元件11-18形成于其中的部分、橋接布線部分19、和控制電路部分31之外的區(qū)；并且設(shè)置于平面圖所示的磁傳感器10的角部(參見圖1)。焊盤區(qū)PD的上表面構(gòu)成了上述焊盤34a-34h。焊盤34a-34h可以僅僅形成在最上層S3上；但是在這樣一種情形下，當(dāng)鍵合Au線時(shí)焊盤34a-34h將承受沖擊。所以，在本實(shí)施例中，如平面圖所示近似方形的焊盤部分是貫穿多個(gè)層S1-S3而形成的。
形成鈍化層PL從而覆蓋層S3的上表面以及GMR元件11-18的上表面。在形成鈍化層PL時(shí)，首先形成一個(gè)覆蓋住所有這些元件的預(yù)期鈍化層(prospective passivation layer)，而后將該層對(duì)應(yīng)于焊盤34a-34h的層部分去除。因此焊盤34a-34h曝露在外，以便鍵合Au線。
將磁傳感器10容納并安裝在蜂窩電話40中，蜂窩電話40是移動(dòng)電子設(shè)備的一個(gè)示例且其正面顯示在圖9正面示意圖中。蜂窩電話40包括外殼(殼體)41，外殼41具有近似矩形的外形，如正面正視圖所示，所述矩形具有沿垂直相交的x軸和y軸方向的四邊且其厚度方向?yàn)檠嘏cx軸和y軸相垂直的z軸；天線42，其設(shè)置在外殼41的上側(cè)的表面上；揚(yáng)聲器43，其設(shè)置于外殼41前側(cè)的最上部分；液晶顯示屏44，其設(shè)置于外殼41的前側(cè)在揚(yáng)聲器43下方并且適于顯示字符與圖；操作部分(操作信號(hào)輸入裝置)45，其設(shè)置于外殼41前側(cè)液晶顯示屏44下方并且具有用于輸入電話號(hào)碼或其它指令信號(hào)的鍵；麥克風(fēng)46，其設(shè)置于外殼41前側(cè)的最下部分；以及微型計(jì)算機(jī)47，其配置成使其能夠通過總線與磁傳感器10、顯示屏44等等進(jìn)行通信，并且其包括RAM和備用存儲(chǔ)器(它可以采用EEPROM形式，它是即使在主電源斷電期間也保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，并且為了簡(jiǎn)便起見，稱為“第二存儲(chǔ)器”)。
天線42、揚(yáng)聲器43、液晶顯示屏44、操作部分45、以及麥克風(fēng)46的某些或全部包含有永磁體元件(漏磁場(chǎng)生成元件)。將磁傳感器10以這樣一種方式容納并固定到外殼41中，即，使得磁傳感器的X軸、Y軸與Z軸分別對(duì)準(zhǔn)外殼的x軸、y軸與z軸。
現(xiàn)在將要描述如此配置的磁傳感器10的溫度相關(guān)特性的補(bǔ)償方法。通常，磁阻元件諸如GMR元件具有溫度相關(guān)特性，例如，由于元件的材料特性因此電阻隨著溫度增加而增大；這種溫度相關(guān)特性對(duì)單個(gè)元件而言是各不相同的。因此，上述磁傳感器10(每個(gè)X軸磁傳感器和Y軸磁傳感器)包括由四個(gè)GMR元件構(gòu)成的全橋電路，也具有溫度相關(guān)特性，因此磁傳感器的輸出隨溫度的變化而改變。構(gòu)成磁傳感器10的單個(gè)GMR元件的溫度相關(guān)特性可區(qū)分為兩種類型；即，一種類型是磁傳感器10的輸出隨著GMR元件的溫度增加而增大，而另一種類型是磁傳感器10的輸出隨著GMR元件的溫度增加而減小。
圖10和11是分別描述上述示例性的磁傳感器的溫度相關(guān)特性的曲線圖。在這里顯示的例子中，X軸磁傳感器具有負(fù)溫度相關(guān)特性；而Y軸磁傳感器具有正溫度相關(guān)特性。在這些曲線坐標(biāo)圖中，實(shí)線表示當(dāng)外部磁場(chǎng)(例如，在預(yù)定地點(diǎn)預(yù)定時(shí)間的地磁)的X分量和Y分量分別為HX0和HY0時(shí)各個(gè)磁傳感器的輸出值Vxout和Vyout；而單點(diǎn)劃線表示當(dāng)沒有任何地磁影響情況下外部磁場(chǎng)(例如，蜂窩電話40的永磁體元件的漏磁場(chǎng))分別為HX1和HY1時(shí)各個(gè)磁傳感器的輸出值Vxout和Vyout。
由圖10和11可見，在同一磁場(chǎng)作用下磁傳感器10的輸出值Vxout和Vyout隨GMR元件的溫度近似成比例地改變。所以，在本實(shí)施例中，基于假設(shè)各個(gè)磁傳感器的輸出值Vxout和Vyout隨GMR元件的溫度成比例地改變來補(bǔ)償溫度相關(guān)特性。
首先，當(dāng)響應(yīng)例如從外部輸入的指令信號(hào)而建立起獲得用于補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的數(shù)據(jù)的預(yù)定條件時(shí)，控制電路部分31獲得由溫度檢測(cè)部分32輸出的檢測(cè)溫度作為第一溫度T1s，該溫度對(duì)應(yīng)于GMR元件18的當(dāng)前溫度T1。此時(shí)，由于整個(gè)磁傳感器10具有均一溫度(室溫)，溫度檢測(cè)部分32輸出的檢測(cè)溫度T1s等于GMR元件18的溫度T1。同時(shí)地，控制電路部分31獲得了X軸磁傳感器的當(dāng)前輸出值X1(X軸磁傳感器的第一輸出值X1)和Y軸磁傳感器的當(dāng)前輸出值Y1(Y軸磁傳感器的第一輸出值Y1)。然后，控制電路部分31為每個(gè)加熱線圈21-24依次提供持續(xù)100ms的100mA電流。從而將元件組Gr1-Gr4加熱到近似相同的溫度。
圖12是示出其上形成有元件組Gr1-Gr4的磁傳感器表面上的等溫線的圖，等溫線由曲線Lh1-Lh4和Lo1-Lo4表示。由相應(yīng)曲線Lh1-Lh4表示的每條等溫線上的點(diǎn)處的溫度Temp都近似相等。由相應(yīng)曲線Lo1-Lo4表示的每條等溫線上的點(diǎn)處的溫度都彼此相等但是低于上述溫度Temp。因此，由于加熱線圈21-24當(dāng)其通電時(shí)主要加熱相應(yīng)的元件組Gr1-Gr4(直接設(shè)置于各個(gè)加熱線圈正上方)，但卻不能對(duì)整個(gè)磁傳感器10(微芯片)實(shí)現(xiàn)均勻加熱，所以其上形成有元件組Gr1-Gr4的層S3的上表面溫度是不均的，并且層S3整個(gè)上表面的這種不規(guī)則的溫度要低于元件組Gr1-Gr4的溫度。
在這種情形下，控制電路部分31首先獲得由溫度檢測(cè)部分32輸出的當(dāng)前檢測(cè)溫度作為溫度T2s，而后根據(jù)溫度檢測(cè)部分32輸出的溫度和GMR元件18的溫度之間的恒定關(guān)系來計(jì)算GMR元件18的第二溫度T2，該關(guān)系表達(dá)公式為T2＝T1s+k·(T2s-T1s)(k是通過實(shí)驗(yàn)預(yù)先設(shè)定的常數(shù))。另外，控制電路部分31獲得X軸磁傳感器的當(dāng)前輸出值(X軸磁傳感器的第二輸出值X2)和Y軸磁傳感器的當(dāng)前輸出值Y2(Y軸磁傳感器的第二輸出值Y2)。
而且，控制電路部分31計(jì)算梯度Mx和My(每單位溫度改變引起的輸出變化量)作為補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且將梯度Mx和My寫入到上述第一存儲(chǔ)器中(這項(xiàng)功能對(duì)應(yīng)于溫度相關(guān)特性寫入裝置的功能)，梯度Mx和My由下列公式(1)和(2)確定。梯度Mx是X軸磁傳感器的第一與第二輸出值X1與X2之間差值和第一與第二溫度T1與T2之間差值的“比值”；而梯度My是Y軸磁傳感器的第一與第二輸出值Y1與Y2之間差值和第一與第二溫度T1與T2之間差值的“比值”。
Mx＝(X2-X1)/(T2-T1)...(1)My＝(Y2-Y1)/(T2-T1)...(2)通過上述步驟，在將磁傳感器安裝到蜂窩電話中之前，完成補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集。隨后，磁傳感器10保持原態(tài)，直到磁傳感器10冷卻到足夠程度，于是制造過程進(jìn)行到了下一步驟。圖13是說明從加熱線圈21-24通電加熱以獲取上述補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)束后經(jīng)過的時(shí)間和GMR元件11-18溫度變化之間關(guān)系的曲線圖。
如果通過傳統(tǒng)的加熱/冷卻裝置使GMR元件11-18經(jīng)受類似的溫度改變，則整個(gè)磁傳感器10被加熱/冷卻，而這將需要更長(zhǎng)的加熱時(shí)間。而且，終止加熱之后，GMR元件11-18的溫度下降速率較慢，因此GMR元件所需冷卻時(shí)間有時(shí)達(dá)幾分鐘至20分鐘。相反，在本實(shí)施例中，因?yàn)橹饕訜嵩MGr1-Gr4(GMR元件11-18)，所以加熱GMR元件11-18所需時(shí)間可以縮短。而且，因?yàn)镚MR元件11-18的溫度在終止加熱之后以增大了的速率(更高速率)下降，所以所需的冷卻在大約幾秒鐘完成，如圖13所示。因此，可以在很短時(shí)間內(nèi)獲得用于補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且在獲得上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之后的很短時(shí)間內(nèi)制造工藝就可進(jìn)行至下一個(gè)步驟。
隨后，在完成制造磁傳感器10所必需的步驟后，將磁傳感器10安裝(容納)入配備有諸如揚(yáng)聲器43之類永磁體元件的蜂窩電話40的外殼41中，并且用作地磁傳感器。結(jié)果，來自永磁體元件的具有恒定方向的漏磁場(chǎng)連續(xù)施加給蜂窩電話40(不考慮蜂窩電話40的方向如何)的磁傳感器10，且因此，磁傳感器10的輸出由于該漏磁場(chǎng)而產(chǎn)生一個(gè)偏移(偏離了無地磁情形下的零點(diǎn))。而且，由于X軸磁傳感器和Y軸磁傳感器都采用全橋電路，所以任一磁傳感器的輸出還都包含這樣一個(gè)偏移，即因構(gòu)成磁傳感器的磁阻元件的電阻值偏差(盡管，這些值設(shè)計(jì)為彼此相同)而引起的偏移。
此時(shí)，磁傳感器10的X軸磁傳感器的輸出值相與構(gòu)成X軸磁傳感器的GMR元件11-14的溫度T成比例變化，如圖10中單點(diǎn)劃線所示。在這個(gè)實(shí)施例中，圖10中單點(diǎn)劃直線的斜率(梯度)等于圖10中實(shí)直線的斜率。同樣，磁傳感器10的Y軸磁傳感器的輸出值與構(gòu)成Y軸磁傳感器的GMR元件15-18的溫度T而成比例變化，如圖11中單點(diǎn)劃線所示。同樣在這個(gè)實(shí)施例中，單點(diǎn)劃線直線的斜率等于圖11的實(shí)直線的斜率。
當(dāng)響應(yīng)例如使用者對(duì)蜂窩電話40的操作部分45的操作而建立預(yù)定條件(偏移獲得條件)時(shí)，則蜂窩電話40的微型計(jì)算機(jī)47獲取由漏磁場(chǎng)和GMR元件11-18的電阻值偏差引致的磁傳感器10(X軸磁傳感器，Y軸磁傳感器)的偏移數(shù)據(jù)(偏移值)。在一個(gè)更具體的例子中，微型計(jì)算機(jī)47在液晶顯示屏44顯示一條消息，該消息提示使用者首先將蜂窩電話40前側(cè)朝上放置到桌面上(即，蜂窩電話40前側(cè)呈現(xiàn)近似水平的姿態(tài)并使顯示屏44垂直朝上)，而后按下操作部分45的偏移鍵直至該偏移鍵呈現(xiàn)為“ON”狀態(tài)為止，所述偏移鍵是一個(gè)特定鍵。
當(dāng)使用者進(jìn)行上述操作時(shí)，微型計(jì)算機(jī)47獲得X軸磁傳感器與Y軸磁傳感器的各自輸出值作為X軸第一基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Sx1和Y軸第一基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Sy1，并且將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/記憶到與微型計(jì)算機(jī)47相連的暫時(shí)存儲(chǔ)器(例如RAM)中。
然后，微型計(jì)算機(jī)47在顯示屏44上顯示一條消息，提示使用者將蜂窩電話40上側(cè)朝上在桌面上(即在水平平面中)轉(zhuǎn)動(dòng)180°并且再次按下偏移鍵。當(dāng)使用者進(jìn)行這一操作時(shí)，微型計(jì)算機(jī)47獲得X軸磁傳感器與Y軸磁傳感器的各自輸出值作為X軸第二基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Sx2和Y軸第二基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Sy2，并且將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)/記憶到暫時(shí)存儲(chǔ)器中。
另外，微型計(jì)算機(jī)47將X軸第一基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Sx1和X軸第二基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Sx2的平均值存儲(chǔ)/記憶到第二存儲(chǔ)器，作為X軸偏移基準(zhǔn)數(shù)據(jù)X0；將Y軸第一基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Sy1和Y軸第二基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Sy2的平均值存儲(chǔ)/記憶到第二存儲(chǔ)器，作為Y軸偏移基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Y0；并且將溫度檢測(cè)部分32的當(dāng)前檢測(cè)溫度T0s存儲(chǔ)/記憶到第二存儲(chǔ)器，作為GMR元件溫度T0。之所以將各個(gè)磁傳感器在將蜂窩電話40轉(zhuǎn)動(dòng)180°之前和之后的輸出之間的平均值記錄作為偏移基準(zhǔn)數(shù)據(jù)X0和Y0，是為了獲得去除地磁影響的偏移值。因?yàn)楫?dāng)獲取檢測(cè)溫度T0時(shí)磁傳感器10溫度均勻(室溫)，所以檢測(cè)溫度T0s等于GMR元件溫度T0。
之后，蜂窩電話40返回到正常工作模式進(jìn)行使用，并且當(dāng)必要時(shí)再通過磁傳感器10測(cè)量地磁。此時(shí)，微型計(jì)算機(jī)47獲得溫度檢測(cè)部分32的實(shí)際檢測(cè)溫度TCs作為GMR元件溫度TC，從而根據(jù)下面的公式(3)和(4)分別估算X軸磁傳感器的當(dāng)前偏移Xoff和Y軸磁傳感器的當(dāng)前偏移Yoff。因?yàn)楫?dāng)獲取檢測(cè)溫度TCs時(shí)磁傳感器10溫度均勻(室溫)，所以檢測(cè)溫度TCs等于GMR元件溫度TC。
Xoff＝Mx·(TC-T0)+X0...(3)Yoff＝My·(TC-T0)+Y0...(4)然后，微型計(jì)算機(jī)47獲得X軸磁傳感器的當(dāng)前輸出值XC和Y軸磁傳感器的當(dāng)前輸出值YC，從而通過下列公式(5)和(6)分別計(jì)算X軸方向上的磁場(chǎng)幅度Sx和Y軸方向上的磁場(chǎng)幅度Sy。在以前述方式進(jìn)行的對(duì)磁傳感器10的溫度相關(guān)特性的補(bǔ)償完成之后，磁傳感器10可用作地磁傳感器。
Sx＝XC-Xoff...(5)Sy＝Y(jié)C-Yoff...(6)如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例的磁傳感器10，因?yàn)榧訜峋€圈21-24主要加熱直接形成在各個(gè)加熱線圈21-24正上方的GMR元件11-18(即，包括襯底在內(nèi)的磁傳感器10的一部分加熱達(dá)到的溫度與加熱達(dá)到同一溫度的磁阻元件11-18的溫度相比較低)，所以與用加熱裝置加熱整個(gè)磁傳感器10的情形相比，可以在很短時(shí)間內(nèi)獲得用于補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，在獲取用于補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測(cè)量期間地磁非常不太可能改變；因此可以精確獲取這種數(shù)據(jù)。因此，磁傳感器10的溫度相關(guān)特性能夠精確補(bǔ)償。而且，與磁傳感器10用加熱裝置加熱之后再冷卻磁傳感器的情形相比，由于可以在很短時(shí)間內(nèi)冷卻磁傳感器10，所以制造磁傳感器10所需的時(shí)間就可以縮短，并因此降低制造成本。
通常，在使用諸如GMR元件這些磁阻元件的磁傳感器中，當(dāng)強(qiáng)外部磁場(chǎng)作用在磁傳感器上時(shí)，磁阻元件自由層的磁化方向可能就不會(huì)再回復(fù)到其初始狀態(tài)。所以，磁傳感器優(yōu)選地以這樣一種方式進(jìn)行配置，即，將初始化線圈直接設(shè)置于磁阻元件正下方，并且當(dāng)初始化線圈由于建立預(yù)定條件(例如，對(duì)操作部分45的特定鍵的操作)而通電時(shí)，初始化線圈產(chǎn)生一個(gè)使自由層磁化方向回復(fù)到其初始狀態(tài)的磁場(chǎng)。
在這個(gè)實(shí)施例中，在磁傳感器中，上述初始化線圈可以獨(dú)立于上述加熱線圈21-24而提供。例如，可以在形成加熱線圈21-24的層(在本實(shí)施例中指層S3)之外的層(在本實(shí)施例中指層S1或?qū)覵2)中形成初始化線圈。如果初始化線圈和加熱線圈這樣彼此獨(dú)立設(shè)置，則可以將各加熱線圈設(shè)計(jì)成理想的形狀(適合于加熱的形狀)。例如，加熱線圈可以采用回轉(zhuǎn)加熱器(turnoverhearter)(發(fā)熱元件)的形式，其一端設(shè)置在遠(yuǎn)離線圈中心的位置。而且，取代這種加熱線圈，還可以使用片狀加熱器(發(fā)熱元件)。
另選地，加熱線圈21-24如上所述還可以用作初始化線圈。在這個(gè)實(shí)施例中，提供專用的初始化線圈是不必要的，因此降低了磁傳感器10的制造成本。而且，當(dāng)加熱線圈21-24通電一次時(shí)，則可以同時(shí)執(zhí)行元件11-18的加熱和初始化來獲取用于補(bǔ)償溫度特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此簡(jiǎn)化了制造步驟并且降低了制造成本。
而且，如上所述，還可以將使用諸如GMR元件11-18的磁阻元件的磁傳感器還可用作地磁傳感器，其通過對(duì)磁阻元件的輸出值進(jìn)行算術(shù)處理而計(jì)算方向，所述磁阻元件的輸出值隨著外部磁場(chǎng)的幅度的改變而變化。在這個(gè)實(shí)施例中，在發(fā)貨(shipping)等階段，必須執(zhí)行測(cè)試來檢查磁阻元件在外部磁場(chǎng)中是否正確運(yùn)行。
在這種測(cè)試中，必須將已知的外部磁場(chǎng)施加到磁阻元件。為了施加這種已知的外部磁場(chǎng)給磁阻元件，需要外部磁場(chǎng)生成設(shè)備。但是，這種設(shè)備非常昂貴。所以，另一種選擇是，可以這樣配置磁傳感器，即，將測(cè)試線圈鄰近(例如，直接位于其正下面)磁阻元件設(shè)置，并且當(dāng)通電時(shí)，測(cè)試線圈施加用于測(cè)試的外部磁場(chǎng)給磁阻元件。
在這種情況下，在磁傳感器10中，上述測(cè)試線圈可以獨(dú)立于上述加熱線圈21-24提供。例如，可以在形成加熱線圈21-24的層(在本實(shí)施例中指層S3)之外的層中形成測(cè)試線圈(在本實(shí)施例中指層S1或?qū)覵2)。如果測(cè)試線圈和加熱線圈這樣彼此獨(dú)立設(shè)置，則可以將各加熱線圈設(shè)計(jì)成理想的形狀(適合于加熱的形狀)。例如，加熱線圈可以采用回轉(zhuǎn)加熱器(發(fā)熱元件)的形式，其一端設(shè)置在遠(yuǎn)離線圈中心的位置。而且，取代加熱線圈，還可以使用片狀加熱器(發(fā)熱元件)。
另選地，可以將加熱線圈21-24安裝于平面圖中所看到的角運(yùn)動(dòng)90°的位置處，從而加熱線圈21-24還可以用作上述測(cè)試線圈。在這種情況下，專用于測(cè)試的線圈變得不必要，因此降低了磁傳感器10的制造成本。
而且，在上述磁傳感器10中，每個(gè)加熱線圈21(22-24)都包含平面圖中所看到的形成螺旋的第一線21-1和平面圖中所看到的形成螺旋的第二線21-2；元件組Gr1-Gr4設(shè)置于如平面圖中所看到的第一線的螺旋中心P1和第二線的螺旋中心P2之間；并且第一與第二線以這樣一種方式相連接，即，在第一線的與平面圖中所看到的任意元件組交迭的部分和第二線的與平面圖中所看到的任意元件組交迭的部分中的電流在大致相同方向流動(dòng)。
結(jié)果，可以將強(qiáng)磁場(chǎng)(例如，對(duì)于初始化足夠強(qiáng)的磁場(chǎng))施加給磁阻元件11-18，同時(shí)，如平面圖所示，也用作初始化線圈(或測(cè)試線圈)的加熱線圈21-24的區(qū)域最小化，因此可以減小磁傳感器10的尺寸。
在第一實(shí)施例中，為了加熱GMR元件，依次給每一個(gè)加熱線圈21-24提供持續(xù)100ms的100mA電流；另選地，例如，也可以同時(shí)給所有加熱線圈21-24提供400ms的25mA電流。在這種同時(shí)通電情形中，在加熱線圈21-24之間可以達(dá)到與依次供電相比更好的溫度平衡。
(第二實(shí)施例)現(xiàn)在將參照附圖14和15描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的磁傳感器50，圖14顯示了磁傳感器50的平面示意圖，而圖15是沿著圖14中1-1線剖切得到的磁傳感器50的局部剖視圖。磁傳感器50的配置與第一實(shí)施例中的磁傳感器10相同，除了用于加熱GMR元件11-18(元件組Gr1-Gr4)的加熱線圈70是獨(dú)立于初始化線圈61-64安裝的之外。因此，下文將集中對(duì)這一修改之處進(jìn)行說明。
類似于相對(duì)應(yīng)的加熱線圈21-24，圖14和15中的初始化線圈61-64都嵌置在層S3中，直接分別位于元件組Gr1-Gr4正下方(在負(fù)Z方向)。當(dāng)在預(yù)定條件(例如，在磁檢測(cè)之前)下通電時(shí)，初始化線圈61-64，在每個(gè)設(shè)置在各個(gè)加熱線圈之上的磁阻元件的自由層中，產(chǎn)生具有預(yù)定方向(垂直于相應(yīng)的被釘扎層的被釘扎磁化方向的方向)的磁場(chǎng)(初始化磁場(chǎng))。
加熱線圈70采用例如鋁的薄層的形式并且具有如平面圖中所見的螺旋形形狀(未示出)。加熱線圈70的形狀近似為方形，該方形的邊都和由橋接布線部分19限定的方形的相應(yīng)邊平行，并且其形心也和由橋接布線部分19限定的方形的形心對(duì)準(zhǔn)。如平面圖所示，加熱線圈70形成在橋接布線部分19的內(nèi)側(cè)。而且，由圖15可知，在襯底50a上依次疊置的絕緣層INS1和布線層S1-S3中，加熱線圈70嵌置并形成在層S3(用作布線層的層S1-S3的最上一層)中，GMR元件11-18形成在層S3的上表面上。
而且，以這樣一種方式配置加熱線圈70，即，使得由加熱線圈70傳送給多個(gè)GMR元件11-18中任意一個(gè)的熱量約等于由加熱線圈70傳送給多個(gè)GMR元件11-18中另一個(gè)的熱量。
在此磁傳感器50中，與磁傳感器10一樣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度相關(guān)特性的補(bǔ)償。也就是說，在磁傳感器尚未安裝到蜂窩電話中的階段，對(duì)加熱線圈70通電以獲取上述作為補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的比值(梯度)Mx和My。圖16利用曲線Lj1和Lj2表示其上形成有元件組Gr1-Gr4的表面上的等溫線。曲線Lj1代表的等溫線的溫度高于曲線Lj2代表的等溫線的溫度。
也就是說，當(dāng)通電時(shí)，加熱線圈70主要是加熱元件組Gr1-Gr4。結(jié)果，元件組Gr1-Gr4溫度變得近似相等。相比之下，當(dāng)為了獲取用于補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而將元件組Gr1-Gr4加熱到足夠高溫度時(shí)，整個(gè)磁傳感器50包含襯底50a在內(nèi)未均勻加熱，因此其表面上形成有元件組Gr1-Gr4的層S3的上表面將因加熱線圈70發(fā)熱而變得溫度不均勻。
換言之，在磁傳感器50中，當(dāng)獲取用于補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，GMR元件11-18未被加熱到(不必被加熱到)使整個(gè)磁傳感器50包含襯底50a在內(nèi)達(dá)到均勻溫度的這樣一種溫度。因此，與由加熱裝置加熱整個(gè)磁傳感器50的情形相比，可以縮短加熱/冷卻GMR元件11-18所需的時(shí)間。
因此，根據(jù)磁傳感器50，可以在很短時(shí)間內(nèi)獲得用于補(bǔ)償溫度相關(guān)特性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生地磁改變的可能性很小，由此可以精確地獲得數(shù)據(jù)。結(jié)果，可以對(duì)磁傳感器50的溫度相關(guān)特性進(jìn)行精確補(bǔ)償。
而且，因?yàn)榕c使用加熱裝置加熱之后對(duì)磁傳感器50進(jìn)行冷卻相比，可以在很短時(shí)間內(nèi)冷卻磁傳感器50，所以可以縮短制造磁傳感器50的時(shí)間周期，并且可以降低制造成本。此外，因?yàn)榧訜峋€圈70嵌置在層S3中，層S3是三個(gè)布線層S1-S3中最上一層并且最靠近GMR元件11-18，所以可以高效率地加熱GMR元件11-18。
另選地，替代上述初始化線圈61-64，上述測(cè)試線圈可以設(shè)置于初始化線圈原先占據(jù)的相同位置上。另一種選擇是，可以獨(dú)立于初始化線圈61-64和加熱線圈70之外而形成測(cè)試線圈，使得其直接設(shè)置在初始化線圈61-64的正下面。再一種選擇是，可以在較低層例如層S1中形成初始化線圈，而在較高層例如層S3中形成測(cè)試線圈。
如上所述，利用根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器以及用于對(duì)該磁傳感器的溫度相關(guān)特性進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以精確地對(duì)磁傳感器的溫度相關(guān)特性進(jìn)行補(bǔ)償。而且，考慮到如下事實(shí)，即包括X軸磁傳感器與Y軸磁傳感器的磁傳感器10、50被配置成為全橋電路的形式，而且磁傳感器的溫度相關(guān)特性隨磁阻元件溫度改變而成比例地進(jìn)行變化，上述“比值”Mx、My存儲(chǔ)在磁傳感器的WORM存儲(chǔ)器中。因此，在將磁傳感器安裝到電子設(shè)備中之后，電子設(shè)備可以從存儲(chǔ)器中讀取該“比值”，從而獲得磁傳感器的溫度相關(guān)特性的數(shù)據(jù)，并且可以利用所獲得數(shù)據(jù)對(duì)磁傳感器的溫度相關(guān)特性進(jìn)行補(bǔ)償。
而且，因?yàn)橥ㄟ^只將上述“比值”(梯度Mx、My)存儲(chǔ)到磁傳感器10、50的存儲(chǔ)器中，就可以將各個(gè)磁傳感器10、50的溫度相關(guān)特性數(shù)據(jù)保存在磁傳感器中，所以與將每個(gè)包含有元件溫度和磁傳感器輸出值的多個(gè)數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中的情形相比，可以最小化存儲(chǔ)器中所要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量。此外，因?yàn)樯鲜觥氨戎怠?梯度Mx和My)沒有變化，所以存儲(chǔ)器可以選用價(jià)格便宜的WORM型存儲(chǔ)器。結(jié)果，可以降低磁傳感器的成本。
本發(fā)明并不局限于前述的實(shí)施例，并且可以在本發(fā)明發(fā)明范圍內(nèi)對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種修改。例如，對(duì)于磁傳感器10或50的磁阻元件，可以利用TMR元件替代GMR元件。而且，安裝磁傳感器10或50的電子設(shè)備并不僅限于蜂窩電話。也就是說，可以將它們放置到另外的電子設(shè)備中，例如便攜式計(jì)算機(jī)、便攜式導(dǎo)航系統(tǒng)、或PDA(稱為“Personal Digital Assistant”即個(gè)人數(shù)字助理的個(gè)人信息設(shè)備)。
而且，在每一個(gè)前述實(shí)施例中，GMR元件18的第一溫度T1、X軸磁傳感器的第一輸出值X1、和Y軸磁傳感器的第一輸出值Y1，都是在加熱線圈21-24或70通電之前獲取的；而GMR元件18的第二溫度T2、X軸磁傳感器的第二輸出值X2、和Y軸磁傳感器的第二輸出值Y2，都是在加熱線圈21-24或70通電之后獲取的；基于這些數(shù)據(jù)計(jì)算出梯度Mx、My。然而，該實(shí)施例還能以這樣一種方式修改，即GMR元件18的第一溫度T1、X軸磁傳感器的第一輸出值X1、和Y軸磁傳感器的第一輸出值Y1，都是在加熱線圈21-24或70通電之后獲取的；而GMR元件18的第二溫度T2、X軸磁傳感器的第二輸出值X2、和Y軸磁傳感器的第二輸出值Y2，都是在從加熱線圈21-24或70通電結(jié)束起經(jīng)過一個(gè)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間之后獲取的；然后計(jì)算出梯度Mx、My。
此外，如圖17所示，第二實(shí)施例的加熱線圈70可以用加熱線圈80替代，該加熱線圈80具有這樣的圖案即該圖案具有對(duì)應(yīng)加熱線圈70的中心部分處的挖去(cutout)。根據(jù)這個(gè)替代的加熱線圈80，當(dāng)加熱線圈80通電時(shí)可以將磁阻元件11-18加熱到近似相同的溫度；并且磁傳感器50(襯底50a)中心部分不會(huì)出現(xiàn)過熱。因此，可以更高效地對(duì)GMR元件11-18進(jìn)行加熱。
再有，加熱線圈、初始化線圈和測(cè)試線圈可以彼此相互獨(dú)立地形成，使得一個(gè)在另一個(gè)之上地疊置于每個(gè)GMR元件組的正下方位置處。在這種情形下，如圖18中更清楚地所示，層INS1和四個(gè)布線層S1-S4都一個(gè)在另一個(gè)之上地順次疊置在襯底上；并且加熱線圈101、初始化線圈102和測(cè)試線圈103可以分別形成在層S4、層S3、和層S1中。而且，橋接線可以貫穿多個(gè)層延展。
另外，本發(fā)明不僅可以用于具有X軸和Y軸磁傳感器的雙軸方向檢測(cè)型(double-axis-direction-detecting-type)磁傳感器，而且也可以用于具有X、Y和Z軸磁傳感器的三軸方向檢測(cè)型磁傳感器，或者單軸方向檢測(cè)型磁傳感器。
權(quán)利要求
1.一種磁傳感器，其包括多個(gè)磁阻元件和多個(gè)發(fā)熱元件，所述多個(gè)磁阻元件形成在襯底上疊置的層的上表面上，所述多個(gè)發(fā)熱元件適于在通電時(shí)產(chǎn)生熱量，并且該磁傳感器基于所述多個(gè)磁阻元件的電阻值而產(chǎn)生輸出值，該輸出值相應(yīng)于作用在所述磁阻元件上的外部磁場(chǎng)，其特征在于所述多個(gè)發(fā)熱元件以這樣一種方式安排布置，即當(dāng)所述多個(gè)發(fā)熱元件中每一個(gè)發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量近似等于其余發(fā)熱元件中任意一個(gè)產(chǎn)生的熱量時(shí)，所述多個(gè)磁阻元件的溫度彼此大致相等，并且其上形成有所述多個(gè)磁阻元件的所述層的上表面的溫度不均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁傳感器，其中所述多個(gè)磁阻元件被布置形成多個(gè)島狀元件組，每一個(gè)元件組都包含有多個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)方向相同且在所述層的上表面上彼此鄰近布置的磁阻元件；而且所述發(fā)熱元件形成為使得在每個(gè)元件組的上方或下方設(shè)置一個(gè)發(fā)熱元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的磁傳感器，其中所述發(fā)熱元件呈現(xiàn)為線圈形式，該線圈能夠?qū)π纬稍谒霭l(fā)熱元件的上方或下方的所述磁阻元件施加一個(gè)磁場(chǎng)，其方向與所述磁阻元件的磁場(chǎng)檢測(cè)方向近似相同或近似垂直。
4.一種磁傳感器，其包括多個(gè)磁阻元件和單個(gè)發(fā)熱元件，所述多個(gè)磁阻元件形成在疊置于襯底上的層的上表面上，所述單個(gè)發(fā)熱元件用于在通電時(shí)產(chǎn)生熱量，并且該磁傳感器基于所述多個(gè)磁阻元件的電阻值而產(chǎn)生輸出值，該輸出值相應(yīng)于作用在所述磁阻元件上的外部磁場(chǎng)，其特征在于所述發(fā)熱元件以這樣一種方式安排設(shè)置，即，使得所述多個(gè)磁阻元件的溫度彼此大致相等，并且其上形成有所述多個(gè)磁阻元件的所述層的上表面的溫度不均勻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的磁傳感器，其中所述發(fā)熱元件和所述多個(gè)磁阻元件以這樣一種方式設(shè)置，即，使得從所述發(fā)熱元件擴(kuò)散給所述多個(gè)磁阻元件中任意一個(gè)的熱量約等于由所述發(fā)熱元件擴(kuò)散給其余磁阻元件之一的熱量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5的磁傳感器，其中所述發(fā)熱元件和所述多個(gè)磁阻元件以這樣一種方式設(shè)置，即，使得所述發(fā)熱元件和所述多個(gè)磁阻元件中任意一個(gè)之間的相對(duì)位置關(guān)系與所述發(fā)熱元件和其余磁阻元件中的一個(gè)之間的相對(duì)位置關(guān)系大致相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項(xiàng)的磁傳感器，其中所述多個(gè)磁阻元件分離地安排在疊置于所述襯底上的層的上表面上彼此間隔開的四個(gè)島中，并且以這樣一種方式形成，即當(dāng)所述多個(gè)磁阻元件在與所述層的上表面的平行的平面中繞由其中每個(gè)連接鄰近島的近似中心的四條直線構(gòu)成的四邊形的形心轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí)，則任意一個(gè)島與90°角運(yùn)動(dòng)之前角運(yùn)動(dòng)方向上鄰近所述任意島的另一個(gè)島所占據(jù)的位置基本重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項(xiàng)的磁傳感器，還包括溫度檢測(cè)部分，當(dāng)所述多個(gè)磁阻元件的溫度彼此大致相等，并且其上形成有所述多個(gè)磁阻元件的所述層的上表面的溫度變得不均勻時(shí)，該溫度檢測(cè)部分輸出與所述多個(gè)磁阻元件中至少一個(gè)磁阻元件的溫度具有恒定關(guān)系的溫度，作為檢測(cè)溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的磁傳感器，其中所述多個(gè)磁阻元件以這樣一種方式互連，即，在所述磁阻元件中，磁場(chǎng)檢測(cè)方向相同的元件構(gòu)成一個(gè)橋電路，以便生成對(duì)應(yīng)于所述外部磁場(chǎng)的輸出值；并且所述磁傳感器還包括存儲(chǔ)器，和具有溫度相關(guān)特性的寫入裝置，其用于將一個(gè)值寫入到所述存儲(chǔ)器中，所述值是根據(jù)表示所述磁阻元件第一溫度的數(shù)據(jù)以及所述磁傳感器在第一溫度輸出的第一輸出值和表示所述磁阻元件第二溫度的數(shù)據(jù)以及所述磁傳感器在第二溫度下輸出的第二輸出值而確定的，上述寫入到所述存儲(chǔ)器中的值對(duì)應(yīng)于第一和第二輸出值之間差值與第一和第二溫度之間差值的比值，所述第一溫度是根據(jù)所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度而確定的，而所述第二溫度與所述第一溫度不同并且是根據(jù)所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度而確定的。
10.一種補(bǔ)償磁傳感器的溫度相關(guān)特性的方法，該磁傳感器包括其電阻根據(jù)外部磁場(chǎng)而變化的磁阻元件、第一存儲(chǔ)器、用于輸出與所述磁阻元件的溫度具有恒定關(guān)系的溫度作為檢測(cè)溫度的溫度檢測(cè)部分、和用于在通電時(shí)產(chǎn)生熱量的發(fā)熱元件；并且該磁傳感器基于所述磁阻元件的電阻值而產(chǎn)生相應(yīng)于所述外部磁場(chǎng)的輸出值；所述磁傳感器適于結(jié)合在包括永磁體元件、外殼、和第二存儲(chǔ)器的電子設(shè)備中，其中所述外殼容納所述磁傳感器、所述永磁體元件和所述第二存儲(chǔ)器；所述方法包括步驟在所述磁傳感器被容納在所述外殼中之前，基于從所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度獲得所述磁阻元件的第一溫度，在所述第一溫度獲得從所述磁傳感器輸出的第一輸出值；在所述磁傳感器被容納在所述外殼中之前，基于在所述發(fā)熱元件的通電狀態(tài)改變之后從所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度來獲得所述磁阻元件的第二溫度，并在所述第二溫度獲得從所述磁傳感器輸出的第二輸出值；將一個(gè)值存儲(chǔ)進(jìn)所述第一存儲(chǔ)器，該值對(duì)應(yīng)于所述第一和第二輸出值之間的差與所述第一和第二溫度之間的差的比值。在所述磁傳感器和所述永磁體元件一起被容納進(jìn)所述外殼中之后，將作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的所述磁傳感器的所述輸出值的偏移值、以及從所述溫度檢測(cè)部分輸出的檢測(cè)溫度存儲(chǔ)進(jìn)所述第二存儲(chǔ)器；以及隨后基于存儲(chǔ)在所述第一存儲(chǔ)器中的對(duì)應(yīng)于所述比值的值、存儲(chǔ)在所述第二存儲(chǔ)器中的所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、和從所述溫度檢測(cè)部分輸出的所述檢測(cè)溫度，校正所述磁傳感器的輸出值。
11.一種磁傳感器，其包括單個(gè)襯底，多個(gè)磁阻元件，使所述多個(gè)磁阻元件相互連接的布線部分以及控制電路部分，所述控制電路部分用于經(jīng)由所述布線部分獲取根據(jù)所述多個(gè)磁阻元件的電阻值而確定的物理量，并且對(duì)該物理量進(jìn)行處理從而產(chǎn)生向外輸出的輸出信號(hào)，其中所述磁傳感器還包括多個(gè)疊置在所述襯底上的層；所述磁阻元件形成在所述多個(gè)層中的一個(gè)層的上表面上；所述布線部分和所述控制電路部分形成在所述襯底以及所述多個(gè)層中；并且所述磁阻元件、所述布線部分、以及所述控制電路部分都通過連接部分而在所述多個(gè)層中相互連接，所述連接部分由導(dǎo)電物質(zhì)構(gòu)成并且沿著與所述層的層表面相交的方向延伸。
12.一種磁傳感器，其包括襯底、設(shè)置于所述襯底上面部分的多個(gè)磁阻元件、設(shè)置于所述襯底上面部分并且使所述多個(gè)磁阻元件相互連接的布線部分、以及控制電路部分，所述控制電路部分用于經(jīng)由所述布線部分獲取根據(jù)所述多個(gè)磁阻元件的電阻值而確定的物理量并且對(duì)該物理量進(jìn)行處理從而產(chǎn)生向外輸出的輸出信號(hào)，其中所述多個(gè)磁阻元件在平面圖中看設(shè)置于所述襯底的周圍部分；所述布線部分設(shè)置為使得在平面圖中看基本上形成了一個(gè)封閉曲線；并且所述控制電路部分在平面圖中看基本上設(shè)置于所述封閉曲線的內(nèi)側(cè)。
13.一種磁傳感器，其包括單個(gè)襯底和多個(gè)元件組，每一個(gè)元件組都包括被釘扎層磁化方向相同的一對(duì)磁阻元件，其中所述多個(gè)元件組的每組以這樣一種方式設(shè)置于所述襯底的上面部分，即，使得每一元件組的所述被釘扎層的磁化方向基本上都平行于距所述襯底的形心的距離增大的方向，并且使得所述磁阻元件對(duì)在該方向上彼此鄰近設(shè)置。
全文摘要
磁傳感器(10)包括GMR元件(11－18)，以及用作發(fā)熱元件的加熱線圈(21－24)。元件(11－14)和(15－18)通過橋連接構(gòu)成X軸傳感器和Y軸傳感器。加熱線圈(21)設(shè)置于元件(11，12)附近，并且加熱線圈(22)設(shè)置于元件(13，14)附近，并且加熱線圈(23)設(shè)置于元件(15，16)附近，并且加熱線圈(24)設(shè)置于元件(17，18)附近。加熱線圈(21－24)通電時(shí)主要加熱其鄰近元件。因此，可以在地磁可確保不變的很短時(shí)間內(nèi)對(duì)這些元件進(jìn)行加熱和冷卻?；谠诩訜嶂昂椭蟮倪@些元件的溫度以及各自磁傳感器的輸出，得到溫度相關(guān)特性補(bǔ)償數(shù)據(jù)(傳感器輸出值改變量對(duì)元件溫度改變量的比值)并根據(jù)該數(shù)據(jù)對(duì)這些元件的溫度特性進(jìn)行補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G01R33/02GK1695066SQ0282997
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月29日
發(fā)明者佐藤秀樹 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社