[发明专利]磁阻感测装置及其磁阻感测元件

说明书

技术领域

本发明是有关于一种磁感测元件，且特别是有关于一种通过半导体制程所建构的磁阻感测元件及具有该磁阻感测元件的磁阻感测装置。

背景技术

由于消费电子产品如手机、电子罗盘的出现，再加上马达、制动器等传统产品，使磁阻式磁感测装置（简称磁阻感测装置）的需求日益增加。尤其是三维磁阻感测装置，可感测出互为正交的X、Y、Z三轴的磁场变化，而电子罗盘便是利用三维磁阻感测装置，精准的量测出地球磁场。

目前以半导体制程制作二维式平面磁阻感测器的技术已相当成熟。然而，现有技术并无法在单一半导体基材中提供一种可量测垂直基材水平面的Z轴方向的磁场变化的磁阻感测装置，而是必须采用两个分别具有不同基材的平面磁阻感测晶片来进行垂直组立封装，方可达到量测垂直基材水平面的Z轴方向磁场变化的目的。抑或者是采用磁通量集中器(flux concentrator)，将垂直基材水平面的Z轴方向的磁力线导引转向至平行基材水平面的X-Y轴方向，再以X-Y轴方向的磁阻感测装置加以量测。

但是上述作法，不仅结构较为复杂，制程步骤烦琐、耗时，制程成本高，且必须额外考量晶片组立封装的制程变异，对于制程良率有负面影响。

有鉴于此，有需要提供一种先进的磁阻感测装置及其制造方法，可通过一次半导体制程来制备可量测Z轴方向磁场变化的磁阻感测装置。

发明内容

本发明提供一种磁阻感测元件。

为达上述优点，本发明提供一种磁阻感测元件，包括一基材、一第一电极、一第二电极及一第一磁性层；该基材具有一基准平面；该第一电极位于该基准平面上方；该第二电极位于该基准平面上方；该第一磁性层，位于该基准平面上方，并与该基准平面夹一第一非平角，且该第一磁性层具有一第一磁化方向以及用来导通该第一电极和该第二电极的一第一电流导通路径，其中该第一电流导通路径与该第一磁化方向夹一第一角度。

本发明还提供一种磁阻感测装置，包括四个上述的磁阻感测元件:第一磁阻感测元件、第二磁阻感测元件、第三磁阻感测元件及第四磁阻感测元件；该四个磁阻感测元件彼此电性连结，并组成一惠氏登电桥回路（Wheatstone bridge circuit）；该四个磁阻感测元件的该些基准平面相同，并共用一基材。

本发明还提供一种三维磁阻感测元件，包括一基材、一第一磁性层、一第二磁性层及一第三磁性层；该基材具有一基准平面；该第一磁性层位于该基准平面上方，并与该基准平面夹一第一非平角；该第一磁性层具有一第一磁化方向；该第二磁性层，位于该基准平面上方，并与该基准平面平行；该第二磁性层具有一第二磁化方向；该第三磁性层，位于该基准平面上方，并与该基准平面平行，且该第三磁性层具有一第三磁化方向，该第三磁化方向和该第二磁化方向垂直。

本发明的磁阻感测元件和磁阻感测装置的有益效果：通过与基材的基准平面夹有一个非平角的磁性层来导通两相邻电极，利用磁性层的形状异向性，搭配电极与磁性层的空间配置，使磁性层的磁化方向，与流经磁性层的电流导通路径夹一个角度，以形成一个可量测垂直基准平面Z轴方向的磁场变化的磁阻感测元件；在同一半导体晶片中，提供量测X-Y轴基准平面的磁场变化的磁阻感测元件，进而将三维磁阻感测元件整合于单一半导体晶片中；由于不需额外采用磁通量集中器设计，结构相对简单，因此可进一步简化制程，大幅降低制作成本，提高制程良率，达到上述发明的目的。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。因此为了方便说明起见，相同的元件将使用相同的元件符号。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例，所绘示的磁阻感测单元的结构立体透视图。

图2是根据本发明的另一实施例，所绘示的磁阻感测单元的结构立体透视图。

图3是根据本发明的一实施例，所绘示的一种磁阻感测元件的结构立体透视图。

图4是根据本发明的又一实施例，所绘示的磁阻感测元件的结构立体透视图。

图5是根据本发明的又另一实施例，所绘示的磁阻感测单元的结构立体透视图。

图6A是根据本发明的再另一实施例所绘示，具有蜿蜒结构的磁阻感测元件的部份结构上视图。

图6B是沿着图6A切线B1-B1’，所绘示的磁阻感测元件部份结构侧视图。

图7A是根据本发明的一实施例，所绘示的磁阻感测装置的布线示意图（外加磁场为零）。