DE3905613A1

DE3905613A1 - Device for detecting a magnetic field

Info

Publication number: DE3905613A1
Application number: DE3905613A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Phys Haberger; Reinhold Dipl Phys Buchner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1990-08-30
Also published as: DE3905613C2

Abstract

A device for detecting a magnetic field, having a magnetic field sensor fabricated on a semiconductor substrate is produced as a three-dimensional integrated circuit which has a plurality of magnetic field sensors in an outer elemental plane, and has circuits in an inner elemental plane, which circuits are connected to the magnetic field sensors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetfelderfas sungsvorrichtung mit einem auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Magnetfeldsensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a magnetic field fiber solution device with a on a semiconductor substrate trained magnetic field sensor according to the preamble of Claim 1.

Aus der Fachveröffentlichung T. Kanayama et al., J. Vac. Sci. Technol. B 6 (3), Mai/Juni 1988, Seite 1010 ff, ist bereits eine gattungsbildende Magnetfelderfassungsvorrich tung bekannt, die im wesentlichen aus einem GaAs-Halb leitersubstrat besteht, auf dem ein Hallsensor in miniatu risierter Ausführung ausgebildet ist, der eine aktive Fläche in der Größenordnung von 0,3×0,3 Mikrometer hat. Derartige Magnetfeldsensoren mit extrem hoher örtlicher Auflösung werden, wie im ersten Abschnitt dieser Schrift angegeben ist, zum Erfassen der Drehlage eines Magneten und für das Auslesen von Magnetspeichern sowie für die Erfassung von Magnetblasendomänen verwendet. Die Miniatu risierung der Hallsensoren zum Erzielen der gewünschten, hohen örtlichen Auflösung hat keinen negativen Einfluß auf die Empfindlichkeit des Hallsensors, da die Hallspannung unabhängig von der Größe des Hallsensors ist und im we sentlichen proportional zur angelegten Speisespannung, einer Materialkonstanten und dem Magnetfeld ist. Das Aus lesen von digital auf einem Magnetspeicher abgespeicherten Informationen mittels eines Hallsensors erfordert keine Relativgeschwindigkeit desselben gegenüber dem magneti schen Datenträger und kann aufgrund der niedrigen Induk tivität und Kapazität eines Hallsensors bei der oben an gegebenen Subminiaturisierung mit hoher Geschwindigkeit erfolgen. Aus diesen Gründen haben Hallsensoren als Mag netfelderfassungsvorrichtungen bereits in bestimmten An wendungsfällen induktive Leseköpfe ersetzt, die einerseits nicht beliebig miniaturisierbar sind, in ihrer Fertigung aufwendig sind und nur bei Relativgeschwindigkeit gegen über dem magnetischen Datenträger zum Datenauslesen ein gesetzt werden konnen.From the technical publication T. Kanayama et al., J. Vac. Sci. Technol. B 6 (3), May / June 1988, page 1010 ff already a generic magnetic field detection device tion known, consisting essentially of a GaAs half conductor substrate exists on which a Hall sensor in miniatu risk-free execution, which is an active one Has area on the order of 0.3 × 0.3 microns. Such magnetic field sensors with extremely high local Resolution will be as in the first section of this document is specified for detecting the rotational position of a magnet and for reading magnetic memories and for Detection of magnetic bubble domains used. The mini tu Hall sensors to achieve the desired high local resolution has no negative impact the sensitivity of the Hall sensor because of the Hall voltage is independent of the size of the Hall sensor and in the we considerably proportional to the applied supply voltage, a material constant and the magnetic field. The end Read from digitally stored on a magnetic memory Information using a Hall sensor does not require any Relative speed of the same compared to the magneti disk and can due to the low induct activity and capacity of a Hall sensor in the above given sub-miniaturization at high speed respectively. For these reasons, Hall sensors as Mag Net field detection devices already in certain An Use cases replaced inductive read heads, on the one hand cannot be miniaturized at will in their production are expensive and only at relative speed above the magnetic data carrier for data reading can be set.

Aus der Fachveröffentlichung Y. Akasaka, IEEE Proceedings, Dezember 1986, Seiten 486 ff, sowie aus dem Forschungs bericht zu BMFT NT 2703, Fraunhofer-Gesellschaft 1987, sind Technologien und Strukturen von dreidimensional hoch integrierten Schaltungen bekannt.From the professional publication Y. Akasaka, IEEE Proceedings, December 1986, pages 486 ff, and from research report on BMFT NT 2703, Fraunhofer-Gesellschaft 1987, technologies and structures are three-dimensionally high integrated circuits known.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Magnetfelderfassungs vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß diese auf einem erweiterten technischen Anwendungs gebiet einsetzbar ist.The present is in relation to this prior art Invention the task of a magnetic field detection to further develop the device of the type mentioned at the beginning, that this is based on an advanced technical application area can be used.

Diese Aufgabe wird durch eine Magnetfelderfassungsvorrich tung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. This task is accomplished by a magnetic field detection device device according to the preamble of claim 1 by the specified in the characterizing part of claim 1 Features solved.

Bei der erfindungsgemäßen Struktur der Magnetfelderfas sungsvorrichtung liegt eine Mehrzahl von Magnetfeldsen soren in einer ersten, äußeren Elementeebene, die auch als obere Elementeebene angesehen werden kann, wobei zugeordnete Schaltungen, die an die Magnetfeldsensoren angeschlossen sind, in einer zweiten, inneren Elementeebene liegen, so daß die erfindungsgemäße Magnetfelderfassungsvorrichtung die Struktur einer dreidimensional integrierten Schaltung aufweist. Da in der ersten, äußeren bzw. obersten Elementeebene lediglich Magnetfeldsensoren untergebracht werden müssen, können diese sehr stark aneinandergerückt werden, wodurch eine hohe örtliche Auflösung erzielt wird. Durch die gegenüber der Oberfläche oder Nutzfläche der erfindungsgemäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung zurückgesetzte Anordnung der Schaltungen auf der zweiten, inneren Elementeebene wird eine Beeinträchtigung der elektrischen Funktionen dieser Schaltungen durch die zu erfassenden Magnetfelder weitgehend ausgeschlossen.In the structure of the magnetic field fiber according to the invention solution device is a plurality of magnetic fields sensors in a first, outer element level, which is also called upper element level can be viewed, whereby associated circuits connected to the magnetic field sensors are connected in a second, inner Element level lie, so that the invention Magnetic field detection device the structure of a has three-dimensionally integrated circuit. Because in the first, outer or top element level only Magnetic field sensors can be accommodated these are moved very closely together, creating a high local resolution is achieved. By the opposite the surface or usable area of the invention Magnetic field detection device reset arrangement of the circuits on the second, inner element level becomes an impairment of the electrical functions of these circuits through the magnetic fields to be detected largely excluded.

Durch die feldförmige Anordnung der Magnetfeldsensoren innerhalb der erfindungsgemäßen Magnetfelderfas sungsvorrichtung kann diese völlig neuen Einsatzbereichen zugeführt werden. So ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung eine Vielzahl von Datenbits von einem magnetischen Speicher gleichzeitig zu lesen, wodurch nicht nur eine ent sprechende Vervielfachung der Datenauslesegeschwindigkeit ermöglicht wird, sondern auch die im Stand der Technik erforderliche Umwandlung von seriell gelesenen Bits zu parallel weiterverarbeiteten Datenwörtern bei Verwendung eines einzelnen Magnetfeldsensorelementes entfällt. Aufgrund des am Ort des Sensors vorliegenden Datenwortes können logische Funktionen in den Sensor integriert werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf den Gegenstand einiger Unteransprüche näher erläutert wird. Due to the field-shaped arrangement of the magnetic field sensors within the magnetic field according to the invention Solution device can this completely new areas of application are fed. So it is possible with the magnetic field detection device according to the invention Variety of data bits from a magnetic memory read at the same time, which means not only one ent speaking multiplication of the data reading speed is made possible, but also in the prior art required conversion of bits read in series Data words processed in parallel when used a single magnetic field sensor element is omitted. Based on the data word at the location of the sensor logical functions can be integrated into the sensor as follows with reference to the The subject of some subclaims is explained in more detail.

Vorzugsweise sind gemäß Anspruch 2 die Magnetfeldsensoren in Form eines im wesentlichen rechteckigen Feldes mit einer Mehrzahl von Sensoren in Längs- und Querrichtung angeordnet, wodurch die erfindungsgemäße Magnetfeld erfassungsvorrichtung nicht nur zum gleichzeitigen Lesen einer Mehrzahl von Datenbits, sondern auch zum Erfassen von ortlich variierenden Magnetfeldern mit hoher örtlicher Auflösung einsetzbar ist. Eine örtlich hochauflösende Erfassung eines Magnetfeldes innerhalb eines bestimmten flächenhaften Bereiches wird in vielen physikalischen Bereichen benötigt, wie beispielsweise auf dem Gebiet kernmagnetischer Resonanzverfahren, sowie bei der Fertigung und Uberprüfung elektromagnetischer Geräte. Es sei jedoch angemerkt, daß in Abweichung vom Gegenstand des Anspruchs 2 auch andere als rechteckförmige Feld ordnungen der Magnetfeldsensoren denkbar sind, wie beispielsweise kreisförmige oder lineare Anordnungen.According to claim 2, the magnetic field sensors are preferred in the form of a substantially rectangular field a plurality of sensors in the longitudinal and transverse directions arranged, whereby the magnetic field according to the invention Detection device not only for simultaneous reading a plurality of data bits, but also for acquisition of locally varying magnetic fields with high local Resolution can be used. A locally high resolution Detection of a magnetic field within a certain area is used in many physical areas Areas needed, such as in the field nuclear magnetic resonance, as well as in the Manufacturing and testing of electromagnetic devices. It however, it should be noted that in deviation from the subject of the Claim 2 also other than rectangular box orders of the magnetic field sensors are conceivable, such as for example circular or linear arrangements.

Vorzugsweise liegt gemäß Anspruch 3 in der äußersten, ersten Elementeebene das Magnerfeldsensorfeld, in einer zweiten, weiter innenliegenden Elementeebene eine Vielzahl von Signalverstärkungsschaltungen, die den Magnetfeldsensoren nachgeschaltet sind, und in einer dritten oder ggf. in weiteren Elementeebene(n) auf dem Halbleitersubstrat eine Vielzahl von Logikschaltungen zur logischen Weiterverbeitung der Ausgangssignale der Signalverstärker.According to claim 3, the outermost first element level, the magnetic field sensor field, in a second, further inner element level a variety of signal amplification circuits that the Magnetic field sensors are downstream, and in one third or possibly in further element level (s) on the Semiconductor substrate a variety of logic circuits for logical processing of the output signals of the Signal amplifier.

Wie in Anspruch 4 dargelegt ist, bewirken die Logikschal tungen vorzugsweise eine Verknüpfung der Ausgangssignale der Signalverstärkerschaltungen von zumindest einem Teil der Halbleitersensoren innerhalb einer Reihe oder Spalte.As set out in claim 4, the logic scarf effect lines preferably a linkage of the output signals of the signal amplifier circuits of at least a part of semiconductor sensors within a row or column.

Eine derartige logische Verknüpfung kann gemäß Anspruch 5 für die Fehlererkennung von von einem Magnetspeichermedium gelesenen Datenworten sowie für eine Fehlerkorrektur von wenigstens einem fehlerhaften Bit des Datenwortes gemäß Anspruch 6 mittels an sich bekannter Fehlererkennungsver fahren oder Fehlerkorrekturverfahren eingesetzt werden.Such a logical link can be according to claim 5 for the error detection of a magnetic storage medium read data words and for an error correction of according to at least one faulty bit of the data word Claim 6 by means of error detection ver known per se drive or error correction procedures are used.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht gemäß Anspruch 7 darin, daß die integrierte Logikschaltung eine Kodierung oder Dekodierung der gelesenen Datenworte bewirkt, wodurch verbesserte Möglichkeiten auf dem Gebiet des Datenschutzes erreicht werden.An advantageous further development exists according to claim 7 in that the integrated logic circuit encoding or decoding the read data words causes, whereby improved opportunities in the field of data protection can be achieved.

Vorteilhafte Anwendungen von an sich aus dem Bereich drei dimensional integrierter Schaltungen bekannter Strukturen auf die erfindungsgemäße Magnetfelderfassungsvorrichtung bilden den Gegenstand der Anspruche 8 und 11.Advantageous applications per se from the area three dimensionally integrated circuits of known structures to the magnetic field detection device according to the invention form the subject of claims 8 and 11.

Vorzugsweise sind, wie in Anspruch 12 ausgeführt ist, die erste und, soweit vorgesehen, die zweite und ggf. weitere Elementeebene innerhalb großkristalliner oder einkristalliner Halbleiterschichten ausgebildet, da diese im Gegensatz zu polykristallinen Schichten eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit aufweisen. Jedoch spielen im Fall der Abtastung von digitalen Aufzeichnungen herstellungsbedingte Schwankungen der Beweglichkeit der Ladungsträger nur eine untergeordnete Rolle.Preferably, as stated in claim 12, the the first and, if provided, the second and possibly further Element level within large crystalline or monocrystalline semiconductor layers formed because of this in contrast to polycrystalline layers a high one Have charge carrier mobility. However, play in Case of scanning digital records manufacturing-related fluctuations in the mobility of the Load carriers only play a subordinate role.

Vorzugsweise werden die großkristallinen oder einkristal linen Halbleiterschichten durch kurzfristiges Aufschmelzen einer polykristallinen Oberflächenschicht mittels Laser strahlung erzeugt, ohne daß durch diese Maßnahme darunter liegende, bereits fertiggestellte Schaltungsstrukturen entscheidend beeinträchtigt werden.Preferably, the large crystalline or single crystal Linen semiconductor layers through short-term melting a polycrystalline surface layer using a laser radiation generated without this measure underneath horizontal, already completed circuit structures be significantly affected.

Eine vorteilhafte Deckschicht der Nutzfläche der erfin dungsgemäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung ist in den Ansprüchen 15 und 16 angegeben.An advantageous top layer of the usable area of the inventions The inventive magnetic field detection device is in the Claims 15 and 16 indicated.

Die erfindungsgemäße Struktur der Magneterfassungsvor richtung ermöglicht den Einsatz unterschiedlicher Halb leitermaterialien für die erste Elementeebene sowie für die zweite, dritte bzw. weitere Elementeebene, wie diese in Anspruch 17 angegeben ist, so daß für den Bereich der Hallsensoren andere Halbleitermaterialien eingesetzt werden können als für den Bereich der Signalver stärkerschaltungen und Logikschaltungen in den darunterliegenden zweiten und dritten Ebenen.The magnetic detection structure according to the present invention direction allows the use of different halves conductor materials for the first element level as well as for the second, third or further element level, like this one is specified in claim 17, so that for the range of Hall sensors used other semiconductor materials can be considered for the area of signal ver amplifier circuits and logic circuits in the underlying second and third levels.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs gemäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung näher erläutert.The following will refer to the accompanying Drawing a preferred embodiment of the Invention contemporary magnetic field detection device explained.

Es zeigt:It shows:

die einzige Figur eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Magnetfelderfassungs vorrichtung.the only figure is a perspective view an embodiment of the inventions magnetic field detection according to the invention contraption.

Wie in der einzigen Figur dargestellt ist, umfaßt die Aus führungsform der erfindungsgemäßen Magnetfelderfassungs vorrichtung, die ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, ein Siliziumsubstrat 2, auf dem Logik schaltungen 3 ausgebildet sind. Oberhalb des Siliziumsub strates 2 mit den Logikschaltungen 3 liegt eine erste Isolationsschicht 4, die beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht. Die erste Isolationsschicht 4 wird durch leit fähige Bereiche 5 in vertikaler Richtung durchsetzt, die die elektrische Verbindung der Logikschaltungen 3 mit Sig nalverstärkerschaltungen 7 herstellen, die in der ober halb der ersten Isolationsschicht 4 liegenden zweiten, inneren Elementeebene 6 angeordnet sind. Die zweite Elementeebene 6 wird durch Abscheiden einer dunnen, polykristallinen Siliziumschicht und durch deren anschlie ßende Umwandlung in großkristallines oder einkristallines Silizium erzeugt. As shown in the single figure, the embodiment of the magnetic field detection device according to the invention, which is designated in its entirety by the reference numeral 1 , comprises a silicon substrate 2 on which logic circuits 3 are formed. Above the silicon substrate 2 with the logic circuits 3 is a first insulation layer 4 , which consists for example of silicon dioxide. The first insulation layer 4 is penetrated by conductive regions 5 in the vertical direction, which produce the electrical connection of the logic circuits 3 with signal amplifier circuits 7 , which are arranged in the upper half of the first insulation layer 4 , second, inner element level 6 . The second element level 6 is produced by depositing a thin, polycrystalline silicon layer and then converting it into large-crystalline or single-crystalline silicon.

Vorzugsweise wird zu diesem Zweck die polykristalline Siliziumschicht mittels eines Argonlasers über einen Zeit raum von 1/10 bis mehreren Millisekunden mit einer Ein dringtiefe von etwa 1/10 Mikrometer bis einigen Mikrome tern, vorzugsweise 1/2 Mikrometer angeschmolzen, wodurch die Kristallisation in der vorwählbaren Eindringtiefe ohne Beeinträchtigung der darunterliegenden Logikschaltungen 3 vollzogen wird.For this purpose, the polycrystalline silicon layer is preferably melted by means of an argon laser over a period of 1/10 to several milliseconds with a penetration depth of about 1/10 micrometers to a few micrometers, preferably 1/2 micrometer, whereby the crystallization in the preselectable Depth of penetration is carried out without affecting the underlying logic circuits 3 .

Auf die zweite Elementeebene 6 wird eine zweite Isola tionsschicht 8, die gleichfalls aus Siliziumdioxid be stehen kann, aufgebracht. Auch diese wird mit leitfähigen vertikalen Bereichen 9 versehen. Diese leitfähigen Berei che 9 stellen die elektrische Verbindung zwischen den Signalverstärkungsschaltungen und Hallsensoren 10 her, die in der ersten, obersten Elementeebene 11 liegen. Die erste, oberste Elementeebene 11 kann ebenfalls durch Abscheiden eines polykristallinen Siliziums und durch Um wandeln desselben in großkristallines Silizium durch Ab sorption elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise Laserstrahlung, erzeugt werden.On the second element level 6 , a second insulation layer 8 , which can also be made of silicon dioxide, is applied. This is also provided with conductive vertical areas 9 . These conductive areas 9 produce the electrical connection between the signal amplification circuits and Hall sensors 10 , which lie in the first, top element level 11 . The first, uppermost element level 11 can also be produced by depositing a polycrystalline silicon and converting it into large crystalline silicon by absorption of electromagnetic radiation, such as laser radiation.

Die Hallsensoren 10 können in vorteilhafter Weise auch unter Anwendung anderer Halbleitermaterialien mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit erzeugt werden, wobei insbeson dere Indiumantimonid in Betracht kommt.The Hall sensors 10 can advantageously also be produced using other semiconductor materials with high charge carrier mobility, indium antimonide being considered in particular.

Die Oberseite wird von einer Deckschicht 12 abgeschlossen, die beispielsweise aus Siliziumnitrid bestehen kann, und zum Planarisieren der Nutzfläche der Magnetfelderfassungs vorrichtung 1, zum Verbessern ihrer Abriebfestigkeit und zum Einstellen ihrer magnetischen Leitfähigkeit auf einen gewünschten Wert dient.The top is closed by a cover layer 12 , which may consist of silicon nitride, for example, and serves to planarize the usable area of the magnetic field detection device 1 , to improve its abrasion resistance and to set its magnetic conductivity to a desired value.

Die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung eignet sich vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich für das Lesen von Daten von magnetischen Datenträgern. Es kann eine Vielzahl von auf den magnetischen Datenträger abgespeicherten Datenbits gleichzeitig erfaßt werden und zeilenweise oder spalten weise ausgelesen werden. Bei geeigneter Wahl der Anzahl der Hallsensoren in Längsrichtung und Querrichtung kann ein gleichzeitiges Auslesen von Datenworten, insbesondere einschließlich zugehöriger Fehlerprüfbits und Fehler korrekturbits, durch eine Reihe von Hallsensoren vorgenom men werden, so daß die im Stand der Technik bei Verwenden von nur einem Sensorelement erforderliche Umsetzung von seriell gelesenen Bits in parallel zu verarbeitende Daten worte entfällt. Da die Daten bereits parallel an der er findungsgemäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung vorliegen, kann diese bereits Schaltungen für die Weiterverarbeitung und Verknüpfung der Bits enthalten, also nicht nur die den einzelnen Hallelementen zugeordneten Signalverstarker schaltungen 7, sondern auch Schaltungen 3 für die Fehler erkennung, Fehlerkorrektur, Kodierung bzw. Dekodierung. Da eine Mehrzahl von Datenspuren in der Spaltenrichtung gleichzeitig erfaßt werden kann, ist es beispielsweise denkbar, die im Stand der Technik zum Lesen von Daten von verschiedenen Spuren erforderliche mechanische Verschie bung des Lesekopfes völlig entbehrlich zu machen, soweit für jede Aufzeichnungsspur auf dem magnetischen Datenträ ger eine Spalte von Hallsensoren auf der erfindungsge mäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung vorgesehen ist. Selbstverständlich führt ein derartiger Zugriff ohne me chanische Verschiebungen zu erheblich verkürzten Zugriffs zeiten auf die magnetisch abgespeicherten Daten.The described embodiment of the magnetic field detection device according to the invention is preferably, but not exclusively, suitable for reading data from magnetic data carriers. A large number of data bits stored on the magnetic data carrier can be recorded simultaneously and read out row by row or column by column. With a suitable choice of the number of Hall sensors in the longitudinal and transverse directions, a simultaneous reading of data words, in particular including associated error check bits and error correction bits, can be carried out by a number of Hall sensors, so that the implementation required in the prior art when using only one sensor element of bits read in series in data to be processed in parallel is eliminated. Since the data is already present in parallel on the magnetic field detection device according to the invention, it can already contain circuits for the further processing and linking of the bits, i.e. not only the signal amplifier circuits 7 assigned to the individual Hall elements, but also circuits 3 for error detection, error correction, coding or Decoding. Since a plurality of data tracks in the column direction can be detected simultaneously, it is conceivable, for example, to make the mechanical displacement of the reading head required in the prior art for reading data from different tracks completely unnecessary, as far as for each recording track on the magnetic data carrier a column of Hall sensors is provided on the magnetic field detection device according to the invention. Of course, such access without mechanical shifts leads to considerably shorter access times to the magnetically stored data.

Zu der extrem hohen Lesegeschwindigkeit der erfindungs gemäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung trägt auch bei, daß die Auswerteschaltungen und Verstärker in unmittel barer Nähe der Hallsensoren realisiert werden können, wodurch kapazitätsarme und induktivitätsarme Leitungsver bindungen ermöglicht werden. To the extremely high reading speed of the fiction appropriate magnetic field detection device also contributes to that the evaluation circuits and amplifiers in immediate close proximity to the Hall sensors can be implemented, whereby low capacitance and low inductance line ver bonds are made possible.

Durch die dreidimensionale Struktur der erfindungsgemäßen Magnetfelderfassungsvorrichtung liegen die durch Magnet felder negativ beeinflußbaren Schaltelemente, nämlich beispielsweise die Transistoren der Signalverstärker schaltungen 7 und der Logikschaltungen 3 mindestens ein bis zwei Mikrometer von dem magnetischen Datenträger auf grund der dazwischenliegenden ersten Elementeebene 11 beabstandet, so daß es nicht zu einer Störung dieser Elemente durch die Magnetfelder kommt.Due to the three-dimensional structure of the magnetic field detection device according to the invention, the switching elements which can be negatively influenced by magnetic fields, namely, for example, the transistors of the signal amplifier circuits 7 and the logic circuits 3 are at least one to two micrometers from the magnetic data carrier on the basis of the intermediate first element level 11 , so that it does not these elements are disturbed by the magnetic fields.

Wie eingangs angedeutet, eignet sich die erfindungsgemäße Magnetfelderfassungsvorrichtung zwar vorzugsweise zur hochauflösenden Auslesung von magnetischen Datenträgern, jedoch ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Magnetfeld erfassungsvorrichtung überall dort sinnvoll, wo eine hoch auflösende Erfassung eines sich örtlich ändernden Magnet feldes durchzuführen ist. Beispiele hierfür sind kernmag netische Resonanzverfahren (Mikrotomographie, NMR), sowie die Herstellung und Überprüfung elektromagnetischer Geräte, wie elektronenoptischer Säulen von Elektronen mikroskopen, Kernforschungsanlagen, wie beispielsweise Zyklotrons.As indicated at the beginning, the invention is suitable Magnetic field detection device preferably for high-resolution reading of magnetic data carriers, however, the use of the magnetic field according to the invention detection device makes sense wherever a high resolving detection of a locally changing magnet field. Examples of this are kernmag netic resonance methods (microtomography, NMR), and the manufacture and verification of electromagnetic Devices such as electron-optical columns of electrons microscopes, nuclear research facilities, such as Cyclotron.

Anstelle der beschriebenen Hallsensoren können bei einem prinzipiell gleichen physikalischen Effekt magneto resistive Sensorelemente verwendet werden.Instead of the described Hall sensors, one can basically the same physical effect magneto resistive sensor elements are used.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die Signal verstärkungsschaltungen und Logikschaltungen verschiedenen Elementeebenen zugeordnet. Diese Schaltungen können jedoch auch der gleichen Ebene zugeordnet sei.In the described embodiment, the signals are amplification circuits and logic circuits different Assigned element levels. These circuits can but also assigned to the same level.

Claims

1. Magnetic field detection device with a magnetic field sensor formed on a semiconductor substrate, characterized in that the magnetic field detection device ( 1 ) is designed as a three-dimensional integrated circuit which has at least two element planes ( 6 , 11 ) arranged one above the other and above the semiconductor substrate ( 2 ),
that the first, outer element level ( 11 ) has a more number of magnetic field sensors ( 10 ), and
that the second, inner element level ( 6 ) has circuits ( 7 ) which are connected to the magnetic field sensors ( 10 ).

2. Magnetic field detection device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensors ( 10 ) are arranged in the form of a substantially rectangular field with a plurality of sensors in the longitudinal and transverse directions.

3. Magnetic field detection device according to claim 1 or 2, characterized in that
that a third element level (at 3) is formed by the semiconductor substrate ( 2 ),
that the circuits of the second element level ( 6 ) are signal amplifier circuits ( 7 ) which are connected downstream of the magnetic field sensors ( 10 ), and
that the third element level (at 3) has logic circuits ( 3 ) which are connected downstream of the signal amplifier circuits ( 7 ).

4. Magnetic field detection device according to claim 3, characterized in that the logic circuits ( 3 ) logically combine the output signals of the signal amplifier circuits ( 7 ) at least a part of the magnetic field sensors ( 10 ) of a row or column of the field.

5. Magnetic field detection device according to claim 4, characterized in that the logic circuit ( 3 ) effected logic link causes an error detection of a data word read by the magnetic field sensors ( 10 ) from a magnetic storage medium.

6. Magnetic field detection device according to claim 5, characterized in that the logic circuit ( 3 ) effected logic link further causes an error correction at least one incorrectly stored or detected bit of the data word.

7. A magnetic field detection device according to claim 4, characterized in that the logic linkage effected by the logic circuits ( 3 ) effects coding or decoding of the read data word.

8. Magnetic field detection device according to one of Ansprü che 1 to 7, characterized in that between the first and second and between the second and third and possibly further element level ( 11 , 6 , at 3 ) insulating layers ( 4 , 8 ) are arranged by which extend essentially vertically extending conductive areas ( 5 , 9 ) for the mutual connection of the circuits ( 3 , 7 ) and magnetic field sensors ( 10 ).

9. magnetic field detection device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the magnetic field sensors are Hall sensors ( 10 ).

10. Magnetic field detection device according to one of the Claims 1 to 8, characterized in that the magnetic field sensors are magnetosensitive sensors are.

11. Magnetic field detection device according to claim 8, 9 or 10, characterized in that the insulation layers ( 4 , 8 ) consist of an oxide of the relevant semiconductor material of an adjacent element plane ( 6 , at 3 ).

12. Magnetic field detection device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the first and optionally the second circuit level ( 11 , 6 ) are formed in large crystalline or a crystalline semiconductor layers.

13. Magnetic field detection device according to claim 12, characterized, that the large crystalline or single crystalline half conductor layers by briefly melting one polycrystalline surface layer using laser irradiation for the purpose of the subsequent large area gene crystallization are generated.

14. Magnetic field detection device according to claim 13, characterized, that the surface layer by irradiation with a Argon laser device over a period of 1/10 to several milliseconds with a desired thickness corresponding to the layer to be crystallized Penetration depth of preferably 1/10 microns to a few micrometers, especially 1/2 micrometer, is melted.

15. Magnetic field detection device according to one of claims 1 to 14, characterized by a cover layer ( 12 ) covering the Hall sensors ( 10 ), by means of which the useful surface of the magnetic field detection device ( 1 ) is planarized and / or its abrasion resistance is improved and / or in its magnetic conductivity is set to a desired value.

16. Magnetic field detection device according to claim 15, characterized, that the cover layer consists of silicon nitride.

17. Magnetic field detection device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the first element level ( 11 ) consists of a particularly suitable for Hall sensors ( 10 ) semiconductor material and that the second or third element level ( 6 , at 3 ) a particularly suitable for CMOS transistors, compared to the first semiconductor material, other semiconductor material.