JP2022075541A - 磁気センサデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】磁場に関連する物理量（例えば、線形位置、角度位置、電流振幅、近接表示等）を測定することができる集積センサデバイス（例えば、半導体ウエハ、または半導体ダイ、もしくは少なくとも１つの半導体ダイを備えるパッケージ化デバイス、「チップ」とも称される）を提供する。【解決手段】集積センサデバイスであって、水平ホール素子を備える半導体基板と、該水平ホール素子の実質的に上に位置する集積磁束コンセントレータと、を備え、第１の磁束コンセントレータが、水平ホール素子の幾何学的中心と整列した幾何学的中心を有する形状を有し、その形状は、Ｈ≧３０μｍかつ／または（Ｈ／Ｄ）≧２５％である、高さおよび横断寸法を有する、集積センサデバイス。集積磁束コンセントレータは、「相互接続スタック」内に部分的に組み込まれ得る。【選択図】図２

Description

本発明は、概して、例えば、位置センサデバイス、電流センサデバイス、近接センサデバイス等などの、磁気センサデバイスの分野に関する。本発明はまた、そのようなデバイスを製造する方法に関する。

半導体基板および少なくとも１つの水平ホール素子を備える磁気センサデバイスは、当該技術分野において既知である。それらは、例えば、線形位置センサデバイス、角度位置センサデバイス、電流センサデバイス、存在検出器、近接検出器等で使用される。

水平ホール素子を使用して、半導体基板に垂直に配向された磁場成分（Ｂｚ）を測定することができるのに対し、垂直ホール素子および磁気抵抗素子は、半導体基板に平行な磁場成分（Ｂｘ、Ｂｙ）を測定することができることは周知である。

線形位置センサシステム、または角度位置センサシステムは、典型的には、位置センサデバイスおよび磁気源、例えば、永久磁石を備える。

電流センサシステムは、典型的には、電流センサデバイスおよび集積導体または外部導体、例えば、バスバーなどの電気導体を備える。

近接センサシステムは、典型的には、センサデバイスおよびセンサデバイスに対して移動可能である導電性ターゲットを備える。

磁気センサシステムの多くの変形が存在し、以下の要件の１つ以上に対処している：単純または安価な磁気構造を使用すること、単純または安価なセンサデバイスを使用すること、比較的大きな範囲にわたって測定することができること、非常に正確に測定することができること、単純な算術のみを必要とすること、高速で測定することができること、位置決め誤差に対して非常に堅牢であること、外乱場に対して非常に堅牢であること、冗長性を提供すること、誤差を検出することができること、誤差を検出および訂正することができ、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）を有すること等。多くの場合、これらの要件の２つ以上が互いに相反するため、トレードオフを行う必要がある。

改善または代替のための余地が常にある。

国際公開第９８５４５４７号

磁場に関連する物理量（例えば、線形位置、角度位置、電流振幅、近接表示等）を測定することができる集積センサデバイス（例えば、半導体ウエハ、または半導体ダイ、もしくは少なくとも１つの半導体ダイを備えるパッケージ化デバイス、「チップ」とも称される）を提供することが、本発明の実施形態の目的である。

半導体基板を備える集積センサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的であり、物理量（例えば、線形位置、角度位置、電流振幅、近接インジケータ等）が、改善された精度で測定される。

半導体基板を備える集積センサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的であり、物理量は、改善された信号対雑音比（ＳＮＲ）で測定される。

半導体基板を備える集積センサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的であり、物理量は、半導体基板のサイズを増加させることなく、かつ／または消費電力を増加させることなく、改善された信号対雑音比（ＳＮＲ）で測定される。

物理量（例えば、線形位置、角度位置、電流振幅、近接表示等）の測定の精度を維持または改善さえしながら、縮小されたサイズを有する半導体基板を備える集積センサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的である。

改善された精度および／または半導体基板の縮小されたサイズを有する角度位置センサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的である。

よりコンパクトであり、改善された精度を有し、外乱場に対して非常に鈍感であり、３６０°の角度範囲を有する角度位置センサデバイスを提供することが、本発明の特定の実施形態の目的である。

改善された精度および／または半導体基板の縮小されたサイズを有する線形位置センサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的である。

よりコンパクトであり、改善された精度を有し、外乱場に対して非常に鈍感な線形位置センサデバイスを提供することが、本発明の特定の実施形態の目的である。

このようなセンサデバイスを作製する方法を提供することも、本発明の実施形態の目的である。

このような磁気センサ構造、または産業および／または自動車環境での使用に好適なこのような位置センサデバイスを提供することが、本発明の実施形態の目的である。

これらおよび他の目的は、本発明の実施形態によって達成される。

第１の態様によれば、本発明は、第１の水平ホール素子を備える半導体基板と、該第１の水平ホール素子の上に位置する第１の集積磁束コンセントレータと、を備える集積センサデバイスを提供し、第１の磁束コンセントレータは、水平ホール素子の幾何学的中心と整列する幾何学的中心を有する形状を有し、その形状は、半導体基板に垂直な方向に高さを有し、半導体基板に平行な方向に最大横断寸法を有し、磁束コンセントレータの高さは、少なくとも３０μｍであり、かつ／または高さと該最大横断寸法との比は、少なくとも２５％である。

または数学的に表現すると、以下の条件の一方または両方が満たされる。（ｉ）Ｈ≧３０μｍ、（ｉｉ）比＝（Ｈ／Ｄ）≧２５％。最大横断寸法は、直径であっても、最大対角線であってもよい。

水平ホール素子の中心が実質的に前記軸上に位置するという意味において、集積磁束コンセントレータ（ｉＭＦＣ）が水平ホール素子と整列していることが、このようなセンサデバイスの利点であり、これは、磁束コンセントレータが、半導体基板に垂直に配向された磁力線（いわゆるＢｚ成分）に対してパッシブ信号増幅（１００％より大きい値で）を提供するためである。

基板に対して垂直に配向された磁場成分をより正確に（例えば、より高い信号対雑音比により）測定することができることは、このようなセンサデバイスの利点である。

センサデバイスが、外部磁束コンセントレータとは対照的に、集積磁束コンセントレータ（ｉＭＦＣ）を備えることは利点であり、これは、（ｉ）集積デバイス（例えば、チップパッケージ）内に該磁束コンセントレータを埋め込むことを可能にし、（ｉｉ）ｉＭＦＣを水平ホール素子に正確に位置合わせすることを可能にするためである。

ｉＭＦＣの特定の形状または幾何学的形状は、本発明が機能するために重要ではないが（例えば、円筒形または円錐形または角柱またはキノコなど）、その形状の相対的な寸法、例えば、その形状の「高さ」対「直径」の比率は、センサデバイスの性能に重要な影響を与える。

実施形態において、集積磁束コンセントレータの形状は、全体的に円筒形状、または全体的に円錐形状、または全体的に切頭円錐形状、または回転対称形状、または該縦軸を中心とした円形対称形状であり、または規則的な多角形断面を有する全体的に角柱形状、例えば六角形角柱を有し、または全体的にキノコ形状を有し、または主に円筒部分を備え、または主に円錐部分を備え、または主に切頭円錐部分を備える。

磁場コンセントレータの直立壁は、半導体基板に対して正確に垂直でなくてもよく、直交配向に対して傾斜していてもよいことに留意されたい。傾斜角は、約１°～約２５°の範囲の角度だけ、通常の配向から逸脱してもよい。

実施形態において、円錐形状もしくは切頭円錐形状または円錐部分もしくは切頭円錐部分は、水平ホール素子に向かって先細になっている。

実施形態において、集積磁束コンセントレータは、半導体基板に平行な実質的に平坦な底面を有する形状を有する。

実施形態において、集積磁束コンセントレータは、半導体基板に平行な実質的に平坦な上面を有する形状を有する。

実施形態において、高さは、３０μｍ～５００μｍ、または３０μｍ～２５０μｍ、または３０μｍ～１２５μｍ、または３０μｍ～８０μｍの範囲の値である。

実施形態において、形状は、２０～６０μｍの範囲の半導体基板に垂直な方向に高さ（Ｈ）を有する。

実施形態において、集積磁束コンセントレータ（ｉＭＦＣ）は、半導体基板に平行な平面内に実質的に円形の断面を有する形状を有する。好ましくは、底面と上面との中間に位置する円形断面は、１５～４０μｍ、または２０～３５μｍの範囲の直径（Ｄ）を有する。

実施形態において、ｉＭＦＣは、半導体基板に垂直な方向に延在する高さと、半導体基板に平行な方向に延在する直径または最大対角線とを有する形状を有し、高さと該直径または対角線との比Ｒ（Ｒ＝Ｈ／Ｄ）は、３０％超、または４０％超、または５０％超、または６０％超、または７０％超、または８０％超、または９０％超、または１００％超、または１０５％超、または１１０％超である。円形ディスクの形態の古典的な集積ＩＭＣは、典型的には、約２３μｍの高さおよび約１９０μｍの直径を有し、したがって、約１２％の比Ｒ＝Ｈ／Ｄを有することに留意されたい。

好ましい実施形態では、ｉＭＦＣの形状は、２０～６０μｍの範囲の高さを有し、１５～４０μｍの範囲の直径を有する。

実施形態において、半導体基板に平行な平面内の集積磁束コンセントレータの形状の断面は、１５～４０μｍ、または１５～３５μｍ、または１６～３４μｍ、または１７～３３μｍ、または１８～３２μｍ、または１９～３１μｍ、または２０～３０μｍの範囲の直径または最大対角線を有する。

驚くべきことに、最大ゲインＧｚは、約１５～３５ミクロンの直径を有する全体的に円形断面を有する形状に対して、または約１５～３５ミクロンの最大対角線を有する実質的に多角形断面を有する形状に対して得られることが見出された。

実施形態において、基板上への水平ホール素子（Ｈｃ）の正射影は、該基板上への集積磁束コンセントレータの底面の正射影の周囲の完全に内側に位置する。

実施形態において、基板上への集積磁束コンセントレータの底面の正射影は、該基板上への水平ホール素子（Ｈｃ）の正射影の周囲の完全に内側に位置する。

実施形態において、基板上への水平ホール素子（Ｈｃ）の正射影の周囲は、該基板上への集積磁束コンセントレータの底面の正射影の周囲と交差する。

実施形態において、水平ホール素子は、第１の面積（Ａ１）を有し、集積磁束コンセントレータ（９１１）の底面は、第２の面積（Ａ２）を有し、第１の面積（Ａ１）と第２の面積（Ａ２）との比は、５０％～２００％の範囲の値である。

実施形態において、比率Ａ１／Ａ２は、８０％～１２０％、または９０％～１１０％の範囲の値であり、例えば約１００％に等しい。

実施形態において、比率Ａ１／Ａ２は、９５未満、または９０％未満、または８５％未満、または８０％未満、または７５％未満、または７０％未満、または６５％未満、または６０％未満、または５５％未満、例えば、約５０％に等しい。

実施形態において、比率Ａ１／Ａ２は、１０５％超、または１１０％超、または１２０％超、または１３０％超、または１４０％超、または１５０％超、または１６０％超、または１７０％超、または１８０％超、または１９０％超、例えば、約２００％に等しい。

水平ホール素子の面積がｉＭＦＣの面積のほんの一部であることは、実施形態の利点であり、これは、実質的に垂直に配向されていなかった磁束線が、水平ホール素子の表面を通過することなくｉＭＦＣを離れることを可能にするためであり、換言すれば、これは、Ｂｘ場またはＢｙ場からのリークまたはクロストークが、Ｂｚ場として誤って測定されることを低減するためである。

水平ホール素子の面積がｉＭＦＣの面積と実質的に等しいことは、実施形態の利点であり、これは、比較的大きな信号を提供するためである。

実施形態において、センサデバイスは、電流センサデバイスである。

実施形態において、センサデバイスは、位置センサデバイスである。

基板に対して垂直に配向された磁場成分をより正確に測定することができ（例えば、より高い信号対雑音比のために）、その結果、そこから導出される電流または位置（例えば、線形位置または角度位置）もより正確に決定することができることは、このような位置センサデバイスの利点である。

実施形態において、センサデバイスは、線形位置センサデバイスである。

実施形態において、センサデバイスは、角度位置センサデバイスである。

実施形態において、水平ホール素子と集積磁束コンセントレータとの間の距離は、１～２０μｍ、または１～１５μｍ、または１～１２μｍ、または１～１０μｍの範囲の値である。

実施形態において、半導体基板は、複数の絶縁層によって分離された少なくとも４つの金属層を備える相互接続スタックを備え、集積磁束コンセントレータの少なくとも一部分は、相互接続スタックの内側に位置する。

実施形態において、集積磁束コンセントレータの底部は、水平ホール素子が実装されている基板の活性面から遠位の第４の金属層（Ｍ４）に延在する。この場合、ホールプレートとｉＭＦＣとの間の距離は、約８～約１２μｍの範囲の値であり得、例えば約１０μｍ等しい。

実施形態において、集積磁束コンセントレータの底部は、第３の金属層（Ｍ３）に延在する。この場合、ホールプレートとｉＭＦＣとの間の距離は、約５～約９μｍの範囲の値であり得、約７μｍに等しい。

実施形態において、集積磁束コンセントレータの底部は、第２の金属層（Ｍ２）、すなわち、水平ホール素子が実装されている活性面に２番目に近い面に延在する。この場合、ホールプレートとｉＭＦＣとの間の距離は、約２～約６μｍの範囲の値であり得、約４μｍに等しい。

実施形態において、集積磁束コンセントレータの底部は、第１の金属層（Ｍ１）、すなわち、水平ホール素子（Ｈｃ）が実装されている活性面に最も近い金属層に延在する。この場合、ホールプレートとｉＭＦＣとの間の距離は、約０．５～約２．５μｍの範囲の値であり得、約１μｍに等しいか、または約２μｍに等しい。

ｉＭＦＣを「相互接続スタック内に」少なくとも部分的に実装することには利点があり、これは、相互接続スタックの寸法を調整することなく、ホール素子とｉＭＦＣとの間の距離を減少させ、パッシブ増幅ゲインＧｚを増加させる（所与のサイズおよび形状を有するｉＭＦＣについて）ことを可能にするためである。言い換えれば、ｉＭＦＣを水平ホール素子により近くに位置付けることによって、ｉＭＦＣの寸法を所与のパッシブ増幅ゲイン係数Ｇｚに対して減少させることができる。これは、レイアウト（例えば、より小さなダイサイズ）および／またはプロセスコスト（例えば、厚さを減らしたｉＭＦＣは、製造するのにより少ない時間を必要とする）に大きな影響を及ぼし得る。

したがって、この技法は、精度が向上した、またはダイサイズが小さくなった、または両方のセンサデバイスを構築することを可能にする。

実施形態において、半導体基板は、該水平ホール素子を備える活性面と、活性面と反対側の受動面とを有し、集積磁束コンセントレータは、活性面の側に位置する。

実施形態において、半導体基板は、（該水平ホール素子を備える活性面と、活性面と反対側の受動面とを有し、集積磁束コンセントレータは、受動面の側に位置する。

実施形態において、集積センサデバイスは、第１の磁束コンセントレータの外径よりも大きい内径を有するリング形状を有し、第１の磁束コンセントレータと同心円状に配置されている第２の磁束コンセントレータをさらに備え、半導体基板は、第２の集積磁束コンセントレータの周囲に隣接して配置された少なくとも第２および第３の水平ホール素子をさらに備える。

実施形態において、集積センサデバイスは、各々が細長い形状を有し、第１の水平ホール素子に対して半径方向に配向されている、複数の第２の集積磁束コンセントレータをさらに備え、半導体基板は、対応する第２の集積磁束コンセントレータの周囲に隣接して配置された複数のさらなる水平ホール素子をさらに備える。

第１のｉＭＦＣの下に位置する第１の水平ホール素子が、第２と第３またはさらなる水平ホール素子との間に（例えば、実質的に中央に）位置することは利点であり、これは、実質的に同じ温度を経験し、したがって温度ドリフトの影響を受けにくくなるためである。

実施形態において、半導体基板は、リング形状またはディスク形状を有する第２の磁束コンセントレータをさらに備え、かつ、第２の集積磁束コンセントレータの周囲に隣接して配置された少なくとも第２および第３の水平ホール素子をさらに備える。

実施形態において、半導体基板は、細長い形状を有する複数の第２の磁束コンセントレータをさらに備え、かつ、各々がそれぞれの細長い形状の周囲に隣接して配置された、複数の水平ホール素子をさらに備える。

実施形態において、集積センサデバイスは、第２の半導体基板をさらに備え、第２の半導体基板は、リング形状もしくはディスク形状を有する第２の磁束コンセントレータを備え、かつ、第２の集積磁束コンセントレータの周囲に隣接して配置された少なくとも第２および第３の水平ホール素子をさらに備えるか、または第２の半導体基板は、細長い形状を有する複数の第２の磁束コンセントレータを備え、かつ、各々がそれぞれの細長い形状の周囲に隣接して配置された、複数の水平ホール素子をさらに備え、第１の半導体基板および第２の半導体基板は、互いの上に積み重ねられているか、または互いに隣りに位置しており、ボンドワイヤによって相互接続されている。

第２の態様によれば、本発明はまた、ａ）第１の水平ホール素子を備える半導体基板を提供するステップと、ｂ）半導体基板の上にフォトレジスト層を提供するステップと、ｃ）開口部または空洞の中心が、第１の水平ホール素子の中心と実質的に整列するように、半導体基板の上部層内に開口部または空洞を作製するステップと、ｄ）開口部または空洞の内側に軟磁性材料を提供する（例えば、堆積させる）ステップと、を含み、それによって、半導体基板に垂直であり、該第１の水平ホール素子を通過する軸に沿った形状を有する第１の磁束コンセントレータを作製する、集積センサデバイスを製造する方法を提供する。

「高さ方向」とは、半導体基板に対して垂直方向を意味する。

「横方向の寸法」とは、高さ方向に垂直な方向、したがって、半導体基板に平行な寸法、例えば、直径または対角線を意味する。

ステップｂ）～ｄ）は、好ましくは、ｉＭＦＣの高さＨ、および最大直径または最大対角線が、以下の条件のうちの少なくとも１つを満たすように実行される。（ｉ）Ｈ≧３０μｍ、（ｉｉ）（Ｈ／Ｄ）≧２５％

実施形態において、ステップａ）は、第１の水平ホール素子を備え、かつ、複数の絶縁層によって分離された少なくとも４つの金属層を備える相互接続スタックを備える、半導体基板を提供することを含み、ステップｂ）は、該絶縁層のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を除去することを含む。

相互接続スタックは、ｉＭＦＣによって占有される空間を通して金属相互接続がルーティングされないように設計され得る。

絶対的に必要ではないが、金属層のうちの１つは、エッチングストップとして機能する金属部分を含み得る。この金属部分は、相互接続スタックの４つの金属層のうちのいずれかに位置し得る。

別の態様によれば、本発明はまた、第１の態様によるセンサデバイスと、導電体とを備える電流センサシステムを提供する。

別の態様によれば、本発明はまた、第１の態様によるセンサデバイスと、細長い形状および複数の少なくとも４つの極を有する磁気源とを備える線形位置センサシステムを提供する。

別の態様によれば、本発明はまた、第１の態様によるセンサデバイスと、磁気源とを備える角度位置センサシステムを提供する。磁気源は、２極磁石、または４極磁石、もしくは４極を超える磁石であってもよい。

本発明の特定のおよび好ましい態様は、添付の独立請求項および従属請求項に記載されている。従属請求項からの特徴は、必要に応じて独立請求項の特徴および他の従属請求項の特徴と組み合わせることができ、単に特許請求の範囲に明示的に記載されるものだけではない。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかであり、それを参照して解明されるであろう。

図１（ａ）～図１（ｃ）は、当該技術分野において知られている角度位置センサシステムを示す。 図２（ａ）は、４つのセンサ構造を備えるセンサデバイスの概略図であり、各センサ構造は、本発明によって提案されるように、水平ホール素子および該ホール素子と整列した集積磁束コンセントレータ（ｉＭＦＣ）を備える。図２の例では、ｉＭＦＣは円錐台状の形状を有するが、本発明はこれに限定されない。図２（ｂ）は、半導体基板上の磁束コンセントレータの底面の正射影を示す。図２（ｃ）は、１つのそのようなセンサ構造の側面図を示す。 図３は、図２（ｃ）に示すようなセンサ構造の例示的な実施形態によって、半導体基板に平行なＸ方向に配向された均質磁場の磁力線がどのように変形されるかの例を示す。 図４（ａ）～図４（ｃ）は、様々なアスペクト比を有する、図２（ｃ）に示すようなセンサ構造の例示的な実施形態の例を示し、半導体基板に垂直な負のＺ方向に配向された均質磁場の磁力線がセンサ構造によってどのように変形されるかを示す。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）と同様であるが、円筒形状を有するセンサ構造によって提供される、シミュレーションにより得られたＺ方向の磁気ゲインＧｚを示す。図５（ａ）では、磁気ゲインＧｚは、様々な高さについての磁束コンセントレータの直径の関数として示されている。図５（ｂ）では、磁気ゲインＧｚは、様々な直径についての磁束コンセントレータの高さの関数として示されている。 図６（ａ）～図６（ｄ）は、図２（ｃ）および図４（ａ）～図４（ｃ）の磁気センサ構造の変形を示す。図６（ａ）では、ｉＭＦＣは円筒形状を有する。図６（ｂ）～図６（ｄ）では、ｉＭＦＣは、それぞれ正方形断面、六角形断面、八角形断面を有する角柱である。 図７（ａ）は、磁場の２つの直交成分Ｂｘ、Ｂｚを測定することができる、本発明によって提案される磁気センサ構造の別の実施形態の斜視図を示し、図７（ｂ）は、断面図を示す。センサ構造は、中央の水平ホール素子と、中央のホール素子に整列された第１の（例えば、円筒形の）ｉＭＦＣと、第１のｉＭＦＣと同心円状に配置されたリングの形態の第２のｉＭＦＣと、リングの周囲の近くに、その対向する側に位置する一対の水平ホール素子とを含む。図７（ｃ）は、３つの直交磁場成分Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを測定することができる、本発明によって提案される磁気センサ構造の別の実施形態として、５つの水平ホール素子を有する図７（ａ）の構造の変形を示す。 図８（ａ）は、３つの直交する磁場成分Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを測定することができる、本発明によって提案される磁気センサ構造の別の実施形態の上面図を示す。構造は、中央のホール素子および中央のホール素子の上にあってそれに整列した第１のＩＭＦＣを備え、かつ、４つの水平ホール素子および４つの細長いＩＭＦＣ素子をさらに備え、「太陽形状」を形成する。図８（ｂ）は、３つの直交する磁場成分Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを測定することができる、本発明によって提案される磁気センサ構造の別の実施形態として、図８（ａ）の変形を上面図で示す。 図９（ａ）は、上記のような、例えば、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）に示されるような、少なくとも１つの磁気センサ構造を有する半導体基板を備える、本発明の実施形態によるセンサデバイスの概略図である。図９（ｂ）は、２つの半導体基板を備える、本発明の実施形態によるセンサデバイスの概略図であり、その少なくとも１つが、上記のような、例えば、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）に示されるようなセンサ構造を含む。 図１０は、ディスクまたはリングもしくは太陽形状のＩＭＣ（図１０の左側に示される）の周囲に配置された一対の水平ホール素子を有するホールセンサ配置を備え、かつ、同じ基板上に実装された、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）に示されるようなセンサ構造（図１０の右側に示される）を備える、半導体基板の概略図である。 図１１は、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）に示すような磁気センサ構造を備えるセンサデバイスを製造する方法のフローチャートを示す。 図１２は、図１１の方法のステップを実行することによって得ることができる、中間半導体構造を示す。 図１３は、ｉＭＦＣが少なくとも部分的に相互接続スタックの内側に実装される、図１１の方法の変形を実行することによって得ることができる、中間半導体構造を示す。 図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、軸に沿って距離△ｘにわたって離間した図２（ｃ）に示すような２つの構造を含む、本発明による磁気センサ構造の別の実施形態を、それぞれ斜視図および上面図で示す。 図１５（ａ）～（ｆ）は、軸に沿って等間隔に離間した図２（ｃ）に示すような３つの構造を含む、本発明による磁気センサ構造の別の実施形態を示す。図１５（ｂ）は、多極磁気構造および図１５（ａ）に示すような磁気センサ構造を含む線形位置センサの概略図である。図１５（ｃ）は、４極リング磁石および軸外に位置する図１５（ａ）に示すような磁気センサ構造を含む角度位置センサの概略図である。図１５（ｄ）は、線形または角度位置センサシステムで使用することができるように、センサ素子が三角形上に位置する、図１５（ａ）の磁気センサ構造の変形を示す。図１５（ｅ）は、線形または角度位置センサシステムで使用することができるように、軸に沿って等距離に離間された４つのセンサ素子を含む、図１５（ａ）の磁気センサ構造の変形を示す。図１５（ｆ）は、線形または角度位置センサシステムで使用することができるように、台形上に位置する４つのセンサ素子を含む、図１５（ａ）の磁気センサ構造の変形を示す。 図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、仮想円上に位置し、１２０°の倍数で角度的に間隔をあけた、図２（ｃ）に示すような３つのセンサ構造を含む、図２（ａ）の磁気センサ構造の変形を斜視図および上面図で示す。図１６（ｃ）は、２極磁石および図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すような磁気センサ構造を備える角度センサシステムを示す。 図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、仮想円上に位置し、６０°の倍数で角度的に間隔をあけた、図２（ｃ）に示すような６つのセンサ構造を含む、図２（ａ）および図１６（ａ）の磁気センサ構造の変形を斜視図および上面図で示す。図１７（ｃ）は、４極磁石および図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すような磁気センサ構造を備える角度センサシステムを示す。

図面は、概略のみであり、非限定的である。図面において、素子のいくつかのサイズは、説明の目的のために誇張され、縮尺どおりに描かれていない場合がある。特許請求の範囲のどの引用符号も、範囲を制限するものと解釈されるべきではない。異なる図面において、同じ参照符号は、同じまたは類似の素子を指す。

本発明は、特定の実施形態に関して、および特定の図面を参照して説明されるが、本発明はそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載される図面は、概略のみであり、非限定的である。図面において、素子のいくつかのサイズは、説明の目的のために誇張され、縮尺どおりに描かれていない場合がある。寸法および相対寸法は、本発明の実施に対する実際の縮小に対応しない。

さらに、本明細書および特許請求の範囲における第１、第２、および同様の用語は、類似の要素を区別するために使用され、時間的、空間的、順位付け、または任意の他の様態で、必ずしも順序を記述するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載の本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示される以外の順序で動作可能であることを理解されたい。

さらに、本明細書および特許請求の範囲における上、下などの用語は、説明の目的ために使用され、必ずしも相対的な位置を説明するために使用されるわけではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載の本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示される以外の配向で動作可能であることを理解されたい。

特許請求の範囲において使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、その後に列挙される手段に限定されるものと解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを除外しないことに留意されたい。したがって、述べられた特徴、整数、ステップまたは参照される構成要素の存在を指定するものと解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップもしくは構成要素、またはそれらのグループの存在もしくは追加を排除するものではない。したがって、「手段ＡおよびＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関して、デバイスのただ関連する構成要素がＡおよびＢであることを意味する。

本明細書全体を通して「一実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じて様々な場所での「一実施形態において」または「実施形態において」という語句の出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態に言及しているわけではないが、そうである場合もある。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、本開示から当業者に明らかであるように、１つ以上の実施形態において任意の好適な様態で組み合わせることができる。

同様に、本発明の例示的な実施形態の説明において、本発明の様々な特徴が、本開示を合理化し、様々な発明の態様のうちの１つ以上の理解を助ける目的で、単一の実施形態、図面、またはその説明にまとめられることがあることを理解されたい。しかしながら、この開示方法は、特許請求される発明が、各特許請求項に明示的に列挙されるよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明の態様は、前述の単一の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない。したがって、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、この詳細な説明に明示的に組み込まれ、各特許請求項は、本発明の別個の実施形態として独立している。

さらに、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれるいくつかの特徴を含むが、他の特徴を含まない場合があるとしても、当業者によって理解されるように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であることを意味し、異なる実施形態を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲では、特許請求される実施形態のいずれも、任意の組み合わせで使用することができる。

本明細書に提供される説明では、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実施され得ることが理解される。他の事例では、周知の方法、構造、および技法は、この説明の理解を曖昧にしないために詳細に示されていない。

本書では、「集積磁気コンセントレータ」（ＩＭＣ）、および「集積磁束コンセントレータ」（ｉＭＦＣ）という用語は、同じ意味である。

図１（ａ）～図１（ｃ）は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、ＷＯ９８５４５４７Ａ１から知られている角度位置センサシステム１００を図示する。

本出願の図１（ａ）は、ＷＯ公開の図１の複製であり、基板に対して回転可能である棒磁石を示す。基板は、円形に配置された４つの水平ホール素子を備える。

本出願の図１（ｂ）は、ＷＯ公開の図２の複製であり、センサデバイスのセンサ素子の斜視図を示す。センサデバイス１０２は、信号Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７をそれぞれ提供するように配置された、円形に配置された４つの水平ホール素子４、５、６、７を含む。センサ素子は、９０°の倍数で角度的に離間されている。第１の差分信号は、（Ｓ７－Ｓ６）として計算される。第２の差分信号は、（Ｓ５－Ｓ４）として計算される。磁石の角度位置は、下式を使用して計算される。
θｃ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｓ７－Ｓ６）／（Ｓ５－Ｓ４））［１］
式中、Ｓ４およびＳ５は互いに直径方向に反対側に位置し、Ｓ６およびＳ７は互いに直径方向に反対側に位置する。ＷＯ出願の優先日は、２３年超前の１９９７年５月にさかのぼることが指摘されており、これは、特に競争の激しいエレクトロニクス分野、特に産業用および自動車用のエレクトロニクスの分野では非常に大きい。図１（ａ）～図１（ｃ）に示す構成は、非常に有利な特性を有し、例えば、３６０°の測定範囲を提供し、（均質な）外乱場に対して実質的に鈍感である。これらは、例えばモータ用途において非常に望ましい特徴である。

しかしながら、この構成の欠点は、容易にスケールダウンすることができないことである。例えば、磁石の大きさ、および水平ホール素子の大きさ、ならびにそれらの間の距離が小さくなると、機械的許容差およびプロセス許容差の影響が大きくなり、センサ信号が非常に小さくなり、差分信号が非常に小さくなり、信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が小さくなり、センサシステムの精度が低下する。

発明者らは、図１（ａ）に示すようなセンサ構成の精度を向上させることができるか、および／またはそのセンサ構成のサイズを小さくすることができるかという問題に直面した。図１（ａ）のホール素子間の距離は、おそらくＷＯ出願の提出時におよそ２．５ｍｍであったため、直径方向に対向する水平ホール素子間の距離を、最大で２．０ｍｍ、または最大で１．８ｍｍ、または最大で１．６ｍｍ、または最大で１．５ｍｍ、または最大で１．４ｍｍ、または最大で１．３ｍｍ、または最大で１．２ｍｍ、または最大で１．０ｍｍ、または最大で０．９ｍｍ、または最大で０．８ｍｍ、または最大で０．７ｍｍ、または最大で０．６ｍｍ、または最大で０．５ｍｍに減らすことができ、一方で、まともな精度を有する（例えば、最大で２．０°、または最大で１．５°、または最大で１．０°、または最大で０．７°、または最大で０．５°の角度誤差を有する）角度位置センサを依然として提供するかどうかが課題である。

発明者らは、複数の水平ホール素子Ｈ１～Ｈ４を備え、各々が対応する下にある水平ホール素子に整列した複数の集積磁束コンセントレータｉＭＦＣ１～ｉＭＦＣ４をさらに備える、図２（ａ）に概略的に図示された磁気センサ構造を有する集積センサデバイスを提供するアイデアを思いついた。

これが本発明の基礎的なアイデアのうちの１つであり、発明者らは、これが実際に機能するかどうか、パフォーマンスが改善されるかどうか、およびどの程度、そして費用対効果の高い様態で、例えば、ＣＭＯＳプロセスでそれをどのように実装することができるかが分からなかったため、研究プロジェクトのスタートであった。

これは、（ｉ）集積磁束コンセントレータを備える既存の磁気センサ構造は、典型的には、水平磁束線を垂直磁束線に曲げるために使用され、それにより、ＢｘまたはＢｙ場成分が水平ホール素子によって測定され得る、（ｉｉ）既存のソリューションでは、水平ホール素子は、ＩＭＦＣの周囲に位置し、その中心ではない、（ｉｉｉ）既知の集積磁束コンセントレータは、典型的には、約２００μｍの比較的大きな直径および約２０～２５μｍの高さ（または厚さ）を有するディスク形状を有する（したがって、約１０／１のアスペクト比を有する）ため、些細なアイデアではない。基板の高さ方向に延在する同様のｉＭＦＣ構造を構築することは現実的ではない。また、サイズをほぼ１０分の１に縮小して、同じ結果を期待することも現実的ではない。要するに、ＣＭＯＳおよびより一般的には微細加工技術は、マイクロスケールでの「垂直構造」の構築にはあまり適していないため、発明者らは、何が期待できるか、またはより具体的には、中程度の高さおよび／または中程度の高さ／直径比を有するｉＭＦＣの性能がどうなるか、および／または集積ソリューションにおいてそのようなｉＭＦＣを実装することが可能であるかどうか、を知らなかった。

発明者らは、水平ホール素子と様々な形状を有し軟磁性材料を含むかまたはそれからなる磁束コンセントレータとを備えるセンサ構成のコンピュータモデルを作成し、この構造が様々な方向の磁場にどのように反応するかを検証するためにシミュレーションを実行した。コンピュータシミュレーションは、本出願の執筆時に市販されている「ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ（登録商標）」というソフトウェアシミュレーションプログラムを使用して実施したが、他のシミュレーションツールを使用してもよい。

図２（ｂ）は、半導体基板上の磁束コンセントレータの底面の正射影を示す。示されている例では、ｉＭＦＣの底面の面積は、水平ホール素子の面積よりもわずかに大きいが、本発明が機能するために絶対的に必要とされるものではなく、ホール素子の対角線の長さと円形の底面の直径との比（対角線／直径）が、５０％～２００％、または６０％～１７０％、または７０％～１４０％、または８０％～１２５％、または９０％～１１０％の範囲の値である代替の実施形態も想定される。いくつかの実施形態では、ｉＭＦＣの底面の投影面積は、ホール素子の投影面積よりも大きい。いくつかの実施形態では、ｉＭＦＣの底面の投影面積は、ホール素子の投影面積よりも小さい。いくつかの実施形態では、水平ホール素子の投影面積は、ｉＭＦＣの底面の投影の周囲内に完全に含まれる。いくつかの実施形態では、ｉＭＦＣの底面の投影面積は、水平ホール素子の投影面積内に完全に含まれる。いくつかの実施形態では、ｉＭＦＣの底面の投影面積の周囲は、水平ホール素子の投影面積の周囲と交差する。ホール素子は、実質的に正方形の形状を有し得る。

図２（ｃ）は、ｉＭＦＣの上面の直径「Ｄｔ」、ｉＭＦＣの底面の直径「Ｄｂ」、ｉＭＦＣの高さ「Ｈ」、水平ホール素子とｉＭＦＣの底面との間の距離「ｄ」、および水平ホール素子の幅「Ｗ」などの様々な寸法をさらに示す、１つのそのような磁気センサ構造の側面図を示す。Ｄｔ、Ｄｂ、およびＨの想定値は、２０～８０μｍであり、「ｄ」の想定値は、１～２０μｍであり、Ｗの典型的な値は、５～５０μｍである。

図３は、水平ホール素子１０１の中心の上に整列された軸を有する円錐台形状を有するｉＭＦＣ１１１を使用する、このようなシミュレーションの結果を示す。ｉＭＦＣの底面は、水平ホール素子から距離「ｄ」に位置している。均質場Ｂｘが、Ｘ方向に印加されている。シミュレートされた構成の幾何学的パラメータが、以下の表に列挙されているが、当然のことながら、本発明はこれに限定されない。

見てわかるように、水平ホール素子１０１によって「見られる」磁力線は、水平ホール素子に対して実質的に平行であり、それらは、中心を通過する仮想の垂直対称面（図示せず）に関して実質的に対称であり、したがって、水平ホール素子によって測定される正味の信号はない。

図４（ａ）～図４（ｃ）は、負のＺ方向に配向された均質磁場の存在下で、３つの磁気センサ構成についてのシミュレーション結果を有する濃淡画像を示し、各々は、水平ホール素子と、水平ホール素子の中心に整列された軸を有する実質的に円錐台形状を有する集積磁束コンセントレータ（ｉＭＦＣ）とを備える。これらの構成の幾何学的パラメータが、以下の表に列挙される。

見てわかるように、水平ホール素子によって感知される磁力線は、水平ホール素子に対して実質的に直交して配向されており、したがって、それらは、水平ホール素子によって測定され得る。濃淡画像のコントラストは、磁場強度および磁場増幅の表示であり、「明るい」は比較的高い振幅を意味し、「暗い」は比較的低い振幅を意味し、したがって、明るいスポットは「増幅」のある場所を示す。

シミュレーションはまた、ホール素子とｉＭＦＣの底面との間の距離「ｄ」が小さいほど、ｉＭＦＣが、いわゆる「相互接続スタック」（「金属スタック」とも呼ばれることがある）内に部分的に実装される、図１３に示される方法によって得られたセンサデバイスにおいて利用される増幅が高くなることを示している。

任意の方向に配向された磁場は、水平ホール素子に平行な成分ＢｘおよびＢｙ（感知されない）と、水平ホール素子に垂直な成分Ｂｚ（感知される）とに分解することができるので、「水平ホール素子および水平ホール素子に整列された上部のｉＭＦＣ」を有する磁気アセンブリが、Ｂｚ場を測定するために使用することができることを、図３および図４（ａ）～図４（ｃ）から理解することができる。

磁場ゲインのより良い印象を得るために、追加のシミュレーションが実行された。これらのシミュレーションでは、ＦｅＮｉ製で円筒形状を有するｉＭＦＣが使用され、（したがって、側壁の角度λは９０°である）、底面の直径（Ｄ）は３０μｍであり、ホールとｉＭＦＣとの間の距離（ｄ）は１２μｍであり、水平ホール素子は、１５μｍ×１５μｍの正方形形状（Ｗ×Ｗ）であった。

図５（ａ）は、ｉＭＦＣの高さの関数として、２０μｍ～６０μｍの範囲の様々な直径を有する円筒形状を有するｉＭＦＣによって提供される磁気ゲインＧｚを示す。見てわかるように、所与の直径について、より大きな高さを有するｉＭＦＣが、より大きなゲインＧｚを提供する。例えば、約３０μｍの直径および約２０μｍの高さ（正方形を伴う曲線）を有するｉＭＦＣについて、ゲインＧｚは、約１．３４に等しく、予想されるよりもはるかに高い。別の例として、このｉＭＦＣの高さを約６０μｍに増加させると、ゲインＧｚは約１．９２に増加し（三角形を伴う曲線）、これは非常に大きい。また、非常に驚くべきことに、２０～６０μｍの範囲の任意の所与の高さについて、ゲインＧｚは、約２０～約３０μｍの直径Ｄに対して最大である。

図５（ｂ）は、ｉＭＦＣの高さＨの関数として、様々な直径を有する集積磁束コンセントレータｉＭＦＣについての磁気ゲインＧｚを示す。見てわかるように、ゲインＧｚは、高さＨとともに実質的に線形に増加する。見てわかるように、所与の高さＨについて、ゲインＧｚは、直径が６０μｍ～約３０μｍに減少するにつれて増加するが、直径が約２０μｍにさらに減少する場合、実質的に一定のままである（円を伴う曲線とひし形を伴う曲線とは、互いに非常に接近している）。

経験則として、直立壁（λ＝９０°）を有する形状を有し、約２０～約３０ミクロンの直径（円筒形状の場合）または「最大対角線」（角柱の場合、例えば、図６（ａ）～図６（ｄ）を参照）を有する集積磁束コンセントレータ（ｉＭＦＣ）について、ゲインＧｚは、次の式によって概算することができる。
Ｇｚ＝１．０５＋（０．０１４５＊Ｈ） ［２］
式中、Ｇｚは、磁気ゲインであり、Ｈは、ミクロンで表されたｉＭＦＣの高さである。

いくつかの例として、
－Ｄ＝２０～３０ミクロンおよびＨ＝２０ミクロンの円筒形ｉＭＦＣの場合、Ｇｚは約１．３４に等しい
－Ｄ＝２０～３０ミクロンおよびＨ＝２３ミクロンの円筒形ｉＭＦＣの場合、Ｇｚは約１．３８に等しい
－Ｄ＝２０～３０ミクロンおよびＨ＝３０ミクロンの円筒形ｉＭＦＣの場合、Ｇｚは約１．４９に等しい
－Ｄ＝２０～３０ミクロンおよびＨ＝４０ミクロンの円筒形ｉＭＦＣの場合、Ｇｚは約１．６３に等しい
－Ｄ＝２０～３０ミクロンおよびＨ＝５０ミクロンの円筒形ｉＭＦＣの場合、Ｇｚは約１．７７に等しい
－Ｄ＝２０～３０ミクロンおよびＨ＝６０ミクロンの円筒形ｉＭＦＣの場合、Ｇｚは約１．９２に等しい。

驚くべきことに、わずか約２０μｍの直径Ｄおよびわずか約２０μｍの高さＨを有する円筒形磁束コンセントレータを備えた磁気センサ構成が、１．３４の係数によるパッシブ増幅を提供し、これは、磁束コンセントレータを備えていない水平ホール素子と比較して３４％大きい信号を生じることを意味する。これは、予測することができなかった大きな改善である。

この洞察は、水平ホール素子の上部にｉＭＦＣを追加することによって、より大きな信号振幅（Ｂｚ）、したがってより良いＳＮＲおよびより高い精度を提供することができる磁気センサ構造を構築するために使用することができる。追加的、または代替的に、例えば、勾配信号（例えば、図２（ａ）の構成におけるようなｄＢｚ／ｄｘおよびｄＢｚ／ｄｙ）を決定するとき、またはその信号対雑音比（ＳＮＲ）を低下させることなく、値の対の間の差信号を決定するとき（例えば、図１５を参照）、ｉＭＦＣによって提供されるゲインＧｚを使用して、水平ホール素子間の距離「ｄｘ」を減少させることができる。

完璧を期するために、距離「ｄ」が減少する場合、および／または側壁の角度λが減少する（９０°未満）場合、磁気ゲインＧｚは通常増加することに留意されたい。ｉＭＦＣの直径Ｄがホールプレートの対角線（Ｗ＊√２）よりも大きい限り、ゲインＧｚは実質的に変化しないままである。ｉＭＦＣの直径が小さい場合、磁気ゲインが低下する可能性がある。すでに上述したように、同じ高さＨを有する円錐台形状を有するｉＭＦＣのゲインＧｚは、図５（ａ）および図５（ｂ）に示される値よりも大きくなる。

シミュレーションは、軟磁性材料としてＦｅＮｉについて実行されたが、もちろん、本発明はそれに限定されず、他の軟磁性材料、例えば、アモルファス金属合金、例えば、Ｆｅベースの合金、Ｎｉベースの合金、ＦｅＮｉベースの合金、Ｃｏベースの合金も使用され得る。合金は、シリコン、ホウ素、炭素、銅、のうちの１つ以上をさらに含み得る。

図６（ａ）～図６（ｄ）は、水平ホール素子と、それに整列した集積磁束コンセントレータとを備えるセンサ構造の例を示し、ｉＭＦＣは様々な形状を有する。これらのセンサ構造は、本発明の実施形態で使用することもでき、本発明は、これらに限定されない。図６（ａ）は、円筒形状を示し、図６（ｂ）は、正方形断面を有する角柱を示し、図６（ｃ）は、六角形断面を有する角柱を示し、図６（ｄ）は、八角形断面を有する角柱を示す。これらの例から、規則的または不規則な多角形断面を有する他の角柱も使用され得ることが明らかであろう。

実際には、直立壁は半導体基板に完全に直交していない場合があるが、本発明が機能するためにはそれは必要ではない。実際、ｉＭＦＣが、下に位置する水平ホール素子に向かって先細になるように、わずかに傾斜した壁を有する構造を使用することは、有益ですらある（ゲイン向上の点で）場合もある。

水平ホール素子と集積磁束コンセントレータとの間の距離「ｄ」は、好ましくは２５μｍ未満、または２０μｍ未満、または１５μｍ未満、または１２μｍ未満、または９μｍ未満、または６μｍ未満、または５μｍ未満、または４μｍ未満である。距離「ｄ」は、本発明が機能するために重要ではないが（約３０μｍ未満である限り）、集積磁束コンセントレータによって提供されるゲインＧｚは、距離「ｄ」が増加するにつれてわずかに減少し得る。

本発明はまた、図２（ｃ）および／または図４（ａ）～図４（ｃ）に示されるような１つ以上のセンサ構造を備える磁気センサ構造を提案する。

上述のように、中央の水平ホール素子７０１、および中央の水平ホール素子７０１に整列した集積磁束コンセントレータ７１１を備えるセンサ構成７００の、図７（ａ）は斜視図を示し、図７（ｂ）は断面側面図を示す。センサ構成７００は、リングの形態の第２の集積磁束コンセントレータ７１２をさらに備える。リング７１２は、第１の磁気コンセントレータ７１１の外径よりも大きい内径を有し、第１の磁束コンセントレータ７１１と同心円状に配置されている。センサ構成７００は、第２の磁束コンセントレータ７１２の外周に隣接してその対向する側に配置された第２のおよび第３の水平ホール素子７０２、７０３をさらに備える。

図面において、第１の磁気コンセントレータ７１１の高さは、第２の磁気コンセントレータ７１２の高さよりも大きいことが示されているが、それは絶対的に必要ではなく、他の実施形態では、第１の磁気コンセントレータ７１１の高さは、第２の磁気コンセントレータ７１２の高さと等しいか、またはそれよりも低くあり得る。

特定の実施形態では、第１の磁束コンセントレータ７１１は、約２５μｍ±１０μｍの直径を有し、リング７１２は、４０μｍ～１２０μｍの内径、および１７０μｍ～２５０μｍの外径を有し、第１の磁束コンセントレータの高さは、２０μｍ～６０μｍであり、第２の磁束コンセントレータ７１２の高さは、２０μｍ～３０μｍである。

特定の実施形態では、第１および第２のｉＭＦＣ両方の高さは等しく、２０μｍ～３０μｍの範囲にある。これは、２つの磁束コンセントレータ７１１、７１２が、同じ処理ステップ中に同時に形成され得るという利点を提供する。

図７（ｂ）は、第１の磁気コンセントレータ７１１による増幅後に、垂直磁場Ｂｚが第１の水平ホール素子Ｈｃによって測定され得る方法を示し、第２の磁気コンセントレータ７１２による増幅後に、実質的に水平磁場Ｂｘが水平ホール素子Ｈ１およびＨ３によって測定され得る方法を示す。

リングの形態の磁束コンセントレータを使用する水平磁場成分Ｂｘの測定は、ディスクの形態の磁束コンセントレータを使用する水平磁場成分Ｂｘの測定と非常に類似している。

磁気センサ構造７００を使用して、水平磁場成分Ｂｘは、例えば、Ｂｘ＝Ａ＊（Ｈ３－Ｈ１）として計算することができ、式中、Ａは、（とりわけ）第２の磁気コンセントレータ７１２の特性に依存する事前定義された定数である。垂直磁場成分Ｂｚは、例えば、Ｂｚ＝Ｋ＊Ｈｃとして計算することができ、式中、Ｋは、（とりわけ）第１の磁気コンセントレータ７１１の特性、および水平ホール素子Ｈｃの相対位置に依存する事前定義された定数である。

本発明の実施形態（図示せず）において、センサデバイス（図示せず）は、１．０ｍｍ～２．５ｍｍの範囲、または１．５ｍｍ～２．１ｍｍの範囲の、例えば、約１．７ｍｍに等しい、または約１．８ｍｍに等しい、または約１．９ｍｍに等しい距離△ｘだけ互いに離間した、図７（ａ）に示されるような２つの磁気構造を有して提供される。第１の磁気構造は、第１の場所Ｘにおける磁場の値Ｂｘ１およびＢｚ１を提供し、第２の磁気構造は、第２の場所Ｘ＋△ｘにおける磁場の値Ｂｘ２およびＢｚ２を提供する。センサデバイスは、Ｘ方向に沿ったＢｘ成分の第１の磁場勾配ｄＢｘ／ｄｘ、およびｘ軸に沿ったＢｚ成分の第２の磁場勾配ｄＢｚ／ｄｘを決定するためにさらに構成され得、例えば、次式に基づいて、これらの勾配に基づく線形位置または角度位置を決定するためにさらに構成され得る。
θ＝ａｔａｎ２（ｄＢｘ／ｄｘ、ｄＢｚ／ｄｘ） ［３］
Ｂｘ場がパッシブに増幅され得るだけでなく、Ｂｚ場もパッシブに増幅され得ることは、本実施形態の大きな利点である。これは、Ｂｚ場がＢｘ場よりも弱いシステムにおいて特に有利であり得る。

図７（ｃ）は、第１のｉＭＦＣ７５１の下に位置する１つの中央のホール素子Ｈｃ、およびリング形状のｉＭＦＣ７５２の周囲に配置された４つの水平ホール素子の５つの水平ホール素子を有する、図７（ａ）の構造の変形である磁気センサ構造７５０を示す。構造７５０は、特定の場所における３つの直交する磁場成分Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを測定することができる。

線形または角度位置センサデバイス（図示せず）は、Ｘ方向に沿って距離△ｘだけ離間された図７（ｃ）に示されるような２つの磁気センサ構造を含み得る。このようなデバイスは、第１のセンサ場所Ｘで（Ｂｘ１、Ｂｙ１、Ｂｚ１）、および第２のセンサ場所Ｘ＋△ｘで（Ｂｘ２、Ｂｙ２、Ｂｚ２）を測定することができ、Ｘ方向に沿って磁場成分Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚの３つの磁場勾配ｄＢｘ／ｄｘ、ｄＢｙ／ｄｘ、ｄＢｚ／ｄｘを計算するように構成され得る。

別の線形または角度位置センサデバイス（図示せず）は、図７（ｃ）に示されるような少なくとも３つ、例えば４つの磁気センサ構造を含み得、そのうちの２つは、Ｘ方向に沿って距離△ｘだけ離間され、そのうちの２つは、Ｙ方向に距離△ｙだけ離間されている。そのようなデバイスは、少なくとも３つ、例えば４つの３Ｄ磁場ベクトル（Ｂｘ［ｉ］、Ｂｙ［ｉ］、Ｂｚ［ｉ］）を測定することができ、Ｘ方向に沿ったｄＢｘ／ｄｘ、ｄＢｙ／ｄｘ、ｄＢｚ／ｄｘ、およびＹ方向におけるｄＢｘ／ｄｙ、ｄＢｙ／ｄｙ、ｄＢｚ／ｄｙを含む６つの磁場勾配を計算するように構成され得る。

図８（ａ）は、３つの直交する磁場成分Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを測定することができる、本発明によって提案される別の磁気センサ構造８００の上面図を示す。構造８００は、中央のホール素子Ｈｃおよび中央のホール素子の上にあってそれに整列した第１のＩＭＦＣ８１１を備え、かつ、４つの水平ホール素子Ｈ１～Ｈ４および半径方向に延在する４つの細長いｉＭＦＣ素子８１２ａ～８１２ｄをさらに備える。ホール素子Ｈ１～Ｈ４は、対応するｉＭＦＣ素子の周囲の近くに配置される。このセンサ構造は、単一のセンサ場所でＢｘ、Ｂｙ、Ｂｚを測定することができる。線形または角度センサデバイスは、複数の場所で磁場ベクトル（Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚ）を測定するための少なくとも１つ、または少なくとも２つ、または少なくとも３つ、または少なくとも４つのそのような構造を備え得、それに基づいて１つ以上の（一次または二次の）磁場勾配を計算するために適合され得る。

図８（ｂ）は、別の磁気センサ構造８５０を上面図で示しており、これは、図８（ａ）のセンサ構造８００の変形であり、これはまた、単一のセンサ場所で３つの直交磁場成分Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを測定することができる。それはまた、４つの細長い磁気コンセントレータ素子８５２ａ～８５２ｄ、および４つの水平ホール素子Ｈ１～Ｈ４を含む。センサデバイスは、少なくとも１つ、または少なくとも２つ、または少なくとも３つ、または少なくとも４つのそのような構造を備え得、それに基づいて１つ以上の（一次または二次の）磁場勾配を計算するように適合され得る。

図９（ａ）は、上述のように少なくとも１つの磁気センサ構造を有する半導体基板を備えるセンサデバイス９２０の概略図である。

図９（ｂ）は、互いの上に積み重ねられた２つの半導体ダイを備えるセンサデバイス９７０の概略図である。この例では、第１の半導体ダイ９２２は、磁気センサ素子を備えてもよく、または備えなくてもよく、および集積磁束コンセントレータを備えてもよく、または備えなくてもよい。第２の半導体ダイ９２１は、水平ホール素子Ｈｃおよびそれに整列した磁束コンセントレータ９１１を含む、上述したようなセンサ構成を備える。２つの半導体ダイは、例えば、ボンドワイヤによって、既知の様態で相互接続され得る。独立して各半導体基板のプロセスを最適化することを可能にするという点で、２つの別個の半導体ダイを使用する利点がある。

変形例（図示せず）では、センサデバイスは、並んで配置された２つの別個の半導体ダイを備え得る。

図１０は、半導体基板１０２２を備えるセンサデバイス１０７０の概略図である。半導体基板１０２２は、例えば、リング形状またはディスク形状のＩＭＣを備える古典的な磁気センサ構造と、ＩＭＣの周囲の近傍に配置された少なくとも２つの水平ホール素子Ｈ１、Ｈ３との両方を備える。半導体基板１０２２は、上述したような、水平ホール素子Ｈｃに整列した集積磁束コンセントレータ１０１１をさらに備える。この図の主な目的は、単一の半導体基板が、同じ高さを有する、または異なる高さを有する異なる種類の集積磁気コンセントレータを備えてもよいことを示すことである。

実施形態１０００の変形において、古典的なセンサ構造は、例えば、
複数の半径方向に配向された細長いＩＭＣ構成要素、およびこれらの細長いＩＭＣ構成要素の周囲の近くに配置された複数の水平ホール素子を、例えば、図８（ａ）または図８（ｂ）に示すものと同様に含んでもよい。

図１１は、上述したような磁気センサ構造（例えば、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）を参照）を備える集積センサデバイスを製造するために使用することができる方法のフローチャートを示し、図１２は、方法の様々なステップで得られた中間構造を示す。本方法は、
ａ）水平ホール素子を備える半導体基板を提供するステップ１１０１を含み、
そのような基板の例は、図１２（ａ）に示される。基板は、ＣＭＯＳ基板であってもよく、水平ホール素子１２０１が実装されている活性面を有する半導体材料（例えばＳｉまたはＧａＡｓ）を含む。基板は、絶縁層によって分離された少なくとも４つの金属層を備える「相互接続スタック」１２２３（「金属スタック」とも呼ばれる）をさらに備え得る。基板は、上部層１２２４、例えば、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む、またはそれからなる、例えばパッシベーション層、をさらに備え得る。
ｂ）半導体基板の上にフォトレジスト層１２２５を提供するステップ１１０２を含み、
フォトレジスト層を提供することは、例えば、スピンコーティングによって行うことができる。
ｃ）開口部１２２６または空洞の中心が水平ホール素子１２０１の中心と実質的に整列するように、かつ、半導体基板に垂直なＺ方向で測定された開口部の高さ（Ｈ）が、半導体基板に平行な方向（例えばＸまたはＹ）で測定された開口部の横方向の寸法（Ｄ）の少なくとも２５％であるように、フォトレジスト層１２２５内に開口部１２２６または空洞を作製するステップ１１０３を含み、
フォトレジスト層１２５５内に開口部を作製することは、例えば、フォトリソグラフィによって行うことができる。開口部の高さは、フォトレジスト層１２２５の高さによって定義され得る。開口部の横方向の寸法は、パターン化によって定義され得る。開口部１２２６の底面の面積は、水平ホール素子１２０１の面積よりも大きくてもよく、実質的に等しくてもよく、または小さくてもよい。ステップｂ）およびｃ）を実行した後に得られる基板の例を、図１２（ｂ）に示す。
ｄ）高さ（Ｈ）および横方向寸法（Ｄ）を有する形状を有する集積磁気コンセントレータを形成するように、開口部または空洞の内側に軟磁性材料を堆積させるステップ１１０４であって、高さが横方向寸法の少なくとも５０％である、堆積させるステップ１１０４を含む。

軟磁性材料の堆積は、例えば、電気めっきによって行うことができる。軟磁性材料は、Ｆｅ、またはＮｉ、またはＦｅＮｉ、またはＦｅ系合金、またはＮｉ系合金、またはＦｅＮｉ系合金であり得る。

ステップｄ）を実行した後に得られる基板の例を、図１２（ｃ）に示す。

本方法は、ステップｄ）の後にフォトレジスト層１２２５を除去すること１１０５の任意選択のステップｅ）をさらに含み得る。

ステップｅ）を実施した後に得られる基板の例を、図１２（ｄ）に示す。

もちろん、特定の実装形態に応じて、本方法は、例えば、電気めっきを実行する前にシード層を提供するなどの、さらなるステップを含み得る。これらのステップおよびそれらの目的は、当該技術分野において周知であり、したがって、ここでより詳細に説明する必要はない。

本方法の変形形態において、ステップｃ）は、Ｈ／Ｄ＞３０％、またはＨ／Ｄ＞４０％、またはＨ／Ｄ＞５０％、またはＨ／Ｄ＞６０％、またはＨ／Ｄ＞７０％で開口部を作製することを含む。

図１３は、図１１に示す方法の変形によって得ることができる中間構造を図示する。

図１３（ａ）に示す中間構造は、図１２（ａ）のものと同様である。活性面および水平ホール素子１３０１を有する半導体基板を備え、相互接続スタック１３２３と、パッシベーション層１３２４とを備える。

図１３（ｂ）に示す中間構造は、図１３（ａ）の基板の上にフォトレジスト層１３２５を提供することによって、およびフォトレジスト層１３２５内に開口部１３２６を作製することによって（例えば、パターン化およびエッチングによって）得ることができる。

しかしながら、従来技術において通常行われているものとは対照的に、開口部１３２６は、相互接続スタック１３２３の内側に部分的に貫通するように作製される。これは、相互接続スタック１３２３の絶縁層および／または金属層のうちの１つ以上を部分的にエッチングすることによって達成することができる。図１３（ｂ）の具体的な例では、相互接続スタック１３２３は、４つの金属層Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を含み、開口部１３２６は、第３の金属層Ｍ３に設けられた金属エッチングストップ１３２８に当接するように延在するが、本発明はそれに限定されず、変形例では、金属エッチングストップは、別の金属層に設けられてもよく、または省略されてもよい。省略されるとき、開口部の深さは、当技術分野でそれ自体知られている様態で、エッチングプロセスのタイミングによって決定され得る。

図１３（ｃ）に示される構造は、軟磁性材料、例えば、強磁性材料を、開口部または空洞１３２７内に堆積させることによって、例えば、電気めっきによって得ることができる。

図１３（ｄ）に示す構造は、フォトレジスト層を除去することにより得ることができ、それは任意選択である。

関心のある読者は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、同じ出願人によって２０１９年５月２４日に出願された同時係属中の特許出願ＥＰ１９１７６４３８．０において、相互接続層１３２３内の開口部がどのように作製され得るかのさらなる変形および／またはより詳細を見出すことができる。この先のＥＰ出願において言及されるすべての技法および材料は、本明細書に記載される方法の可能な変形または拡張としても想定される。

図１３（ｃ）の構造と図１２（ｃ）の構造との間の主な違いは、磁束コンセントレータ１３２７がホール素子１３０１により近く位置付けされることであり、このため、ホール素子と磁束コンセントレータ１３２７の底面との間の距離「ｄ」が低減され、これは、磁気ゲインＧｚにとって有益であり得る。

本来の問題（図１に示す）および図２で提案されたソリューションは、４つの水平ホール素子を有するセンサデバイスに関するものであったが、もちろん、本発明は、４つの水平ホール素子を有するデバイスに限定されず、少なくとも１つの水平ホール素子とそれに整列したｉＭＦＣを有するセンサデバイスについても機能する。以下は完全を期すために提供されており、詳細には説明しない。

図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、軸に沿って距離△ｘにわたって離間した、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）に示すような２つの構造を含む、磁気センサ構造の別の実施形態をそれぞれ斜視図および上面図で示す。この構造は、Ｂｚ１、Ｂｚ２およびｄＢｚ／ｄｘを測定することができる。この構造は、例えば、電流センサデバイスで使用することができる。

図１５（ａ）は、軸に沿って等間隔に離間した、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）に示すような３つの構造を含む磁気センサ構造の上面図である。

図１５（ｂ）は、多極磁気構造および図１５（ａ）に示すような磁気センサ構造を含む線形位置センサの概略図である。

図１５（ｃ）は、４極リング磁石および軸外に位置する図１５（ａ）に示すような磁気センサ構造を含む角度位置センサの概略図である。

図１５（ｄ）は、線形または角度位置センサシステムで使用することができるように、センサ素子が三角形上に位置する、図１５（ａ）の磁気センサ構造の変形を示す。

図１５（ｅ）は、線形または角度位置センサシステムで使用することができるように、軸に沿って等距離に離間された４つのセンサ素子を含む、図１５（ａ）の磁気センサ構造の変形を示す。

図１５（ｆ）は、線形または角度位置センサシステムで使用することができるように、台形上に位置する４つのセンサ素子を含む、図１５（ａ）の磁気センサ構造の変形を示す。

関心のある読者は、同じ出願人によって２０２０年５月８日に出願され、参照により本明細書に組み込まれる、特許出願ＥＰ２０１７３７６０．８において、角度または線形位置がセンサ信号からどのように導出され得るかについてのより詳細を見出すことができ、したがって、ここで繰り返す必要はない。

図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、仮想円上に位置し、１２０°の倍数で角度的に間隔をあけた、図２（ｃ）に示すような３つのセンサ構造のみを含む、図２（ａ）の磁気センサ構造の変形を斜視図および上面図で示す。

図１６（ｃ）は、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示されるような磁気センサ構造を備える角度センサデバイス１６２０を示し、かつ、このセンサデバイス１６２０を備え、２極磁石をさらに備える角度システム１６５０を示す。図１６（ｃ）に示される実施形態では、磁石は２極ディスク磁石であるが、本発明はこれに限定されず、他の２極磁石、例えば、２極リング磁石または２極バー磁石も使用することができる。

同様のセンサデバイスであるが、集積磁束コンセントレータを有しないものは当技術分野で知られており、したがって、ここでより詳細に説明する必要はない。磁石によって提供される磁場は、１２０°位相シフトされた３つの正弦波信号として３つのホール素子によって感知され、そこから角度位置の信号を導き出すことができることを言えば十分である。

図１７（ａ）および図１７（ｂ）は、仮想円上に位置し、６０°の倍数で角度的に間隔をあけた、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）に示すような６つのセンサ構造を含む、図２（ａ）および図１６（ａ）の磁気センサ構造の変形を斜視図および上面図で示す。

図１７（ｃ）は、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示されるような磁気センサ構造を備える角度センサデバイス１７２０を示し、かつ、このセンサデバイス１７２０を備え、４極磁石をさらに備える角度システム１７５０を示す。図１７（ｃ）に示される実施形態では、４極磁石は４極ディスク磁石であるが、本発明はこれに限定されず、他の４極磁石、例えば４極リング磁石も使用することができる。

以上のことから、図２（ｃ）または図４（ａ）～図４（ｃ）に示されている磁気センサ構造は、現在、集積磁束コンセントレータのない水平ホールが使用されているすべてのソリューションで使用することができ、かつ、同じ目的（半導体基板に垂直な磁場成分の測定すること）であるが、改善された信号対雑音比（ＳＮＲ）を有するために使用することができることが明らかである。

参照事項：
異なる実施形態において、同様の素子は、典型的には、１００の倍数で異なる同様の参照番号を用いて提供される。
－００：磁気センサ構成
－０１：（第１の）水平ホール素子
－０２：第２の水平ホール素子
－０３：第３第２の水平ホール素子
－０４：第４の水平ホール素子
－０５：第５の水平ホール素子
－１０：磁気センサ構造
－１１：（第１の）磁気コンセントレータ
－１２：第２の磁気コンセントレータ
－２０：センサデバイス
－２１：（第１の）半導体基板／半導体ダイ
－２２：第２の半導体基板／半導体ダイ
－２３：相互接続スタック
－２４：上部層、例えばパッシベーション層
－２５：フォトレジスト
－２６：開口部または空洞
－２７：磁性材料
－２８：エッジストップ
－２９：垂直軸
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４：第１、第２、第３、第４の金属層

Claims (15)

1. 集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）であって、
   －第１の水平ホール素子（Ｈｃ）を備える半導体基板（９２１）と、
   －前記第１の水平ホール素子（Ｈｃ）の上に位置する第１の集積磁束コンセントレータ（９１１）と、を備え、
   －前記第１の磁束コンセントレータ（９１１）が、前記水平ホール素子（Ｈｃ）の幾何学的中心と整列した幾何学的中心を有する形状を有し、
   前記形状が、前記半導体基板（９２１）に垂直な方向（Ｚ）に高さ（Ｈ）を有し、前記半導体基板（９２１）に平行な方向（Ｘ、Ｙ）に最大横断寸法（Ｄ）を有し、
   前記磁束コンセントレータ（ｉＭＦＣ）の前記高さ（Ｈ）が、少なくとも３０μｍであり、かつ／または前記高さ（Ｈ）と前記最大横断寸法（Ｄ）との比が、少なくとも２５％である、ことを特徴とする、集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
2. －前記集積磁束コンセントレータ（９１１）の前記形状が、全体的に円筒形状、または全体的に円錐形状、または全体的に切頭円錐形状、または回転対称形状、または前記縦軸を中心とした円形対称形状であり、または規則的な多角形断面を有する全体的に角柱形状を有し、または全体的にキノコ形状を有し、または主に円筒部分を備え、または主に円錐部分を備え、または主に切頭円錐部分を備える、請求項１に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
3. 前記円錐形状もしくは切頭円錐形状または円錐部分もしくは切頭円錐部分が、前記水平ホール素子（Ｈｃ）に向かって先細になっている、請求項２に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
4. 前記半導体基板に平行な平面における前記集積磁束コンセントレータ（ｉＭＦＣ）の前記形状の断面が、１５～４０μｍ、１５～３５μｍ、１６～３４μｍ、１７～３３μｍ、１８～３２μｍ、１９～３１μｍ、または２０～３０μｍの範囲の直径（Ｄ）または最大対角線を有する、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
5. 前記基板上への前記水平ホール素子（Ｈｃ）の正射影が、前記基板上への前記集積磁束コンセントレータの底面の正射影の周囲の完全に内側に位置するか、
   または、前記基板上への前記集積磁束コンセントレータの前記底面の正射影が、前記基板上への前記水平ホール素子（Ｈｃ）の正射影の周囲の完全に内側に位置するか、
   または、前記基板上への前記水平ホール素子（Ｈｃ）の正射影の周囲が、前記基板上への前記集積磁束コンセントレータの前記底面の正射影の周囲と交差する、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
6. 前記センサデバイスが、電流センサデバイスであるか、または
   前記センサデバイスが、線形位置センサデバイスであるか、または
   前記センサデバイスが、角度位置センサデバイスである、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
7. 前記水平ホール素子（Ｈｃ）と前記集積磁束コンセントレータ（９１１）との距離（ｄ）が、１～２０μｍの範囲内の値である、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
8. 前記半導体基板が、複数の絶縁層によって分離された少なくとも４つの金属層（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４）を備える相互接続スタック（１３２３）を備え、
   前記集積磁束コンセントレータ（１３２７）の少なくとも一部分が、前記相互接続スタック（１３２３）の内側に位置する、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
9. 前記半導体基板（９２１）が、前記水平ホール素子（Ｈｃ）を備える活性面と、受動面とを有し、
   前記集積磁束コンセントレータ（９１１）が、前記活性面の側に位置する、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
10. 前記半導体基板（９２１）が、前記水平ホール素子（Ｈｃ）を備える活性面と、受動面とを有し、
    前記集積磁束コンセントレータ（９１１）が、前記受動面の側に位置する、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
11. 前記第１の磁束コンセントレータ（７１１）の外径よりも大きい内径を有するリング形状を有し、前記第１の磁束コンセントレータ（７１１）と同心円状に配置されている第２の磁束コンセントレータ（７１２、７５２、１０１２）をさらに備え、前記半導体基板が、前記第２の集積磁束コンセントレータ（７１２、７５２）の周囲に隣接して配置された少なくとも第２および第３の水平ホール素子（Ｈ１、Ｈ３）をさらに備えるか、
    または、各々が細長い形状を有し、前記第１の水平ホール素子（Ｈｃ）に対して半径方向に配向されている、複数の第２の集積磁束コンセントレータ（８１２ａ～８１２ｄ、８５２ａ～８５２ｄ）をさらに備え、前記半導体基板が、対応する第２の集積磁束コンセントレータの周囲に隣接して配置された複数のさらなる水平ホール素子（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４）をさらに備える、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９２０、９７０、１０７０）。
12. 前記半導体基板が、リング形状またはディスク形状を有する第２の磁束コンセントレータをさらに備え、かつ、前記第２の集積磁束コンセントレータ（８１０）の周囲に隣接して配置された少なくとも第２および第３の水平ホール素子をさらに備えるか、
    または、前記半導体基板が、細長い形状を有する複数の第２の磁束コンセントレータをさらに備え、かつ、各々がそれぞれの細長い形状の周囲に隣接して配置された、複数の水平ホール素子をさらに備える、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（１０７０）。
13. 第２の半導体基板をさらに備え、
    前記第２の半導体基板が、リング形状もしくはディスク形状を有する第２の磁束コンセントレータを備え、かつ、前記第２の集積磁束コンセントレータ（８１０）の周囲に隣接して配置された少なくとも第２および第３の水平ホール素子をさらに備えるか、
    または、前記第２の半導体基板が、細長い形状を有する複数の第２の磁束コンセントレータを備え、かつ、各々がそれぞれの細長い形状の周囲に隣接して配置された、複数の水平ホール素子をさらに備え、
    前記第１の半導体基板および前記第２の半導体基板が、互いの上に積み重ねられているか、または互いに隣りに位置しており、ボンドワイヤによって相互接続されている、先行請求項のいずれか一項に記載の集積センサデバイス（９７０）。
14. 集積センサデバイスを製造するための方法（１１００）であって、
    ａ）第１の水平ホール素子（Ｈｃ）を備える半導体基板を提供するステップ（１１０１）と、
    ｂ）前記半導体基板の上にフォトレジスト層（１２２４、１３２４）を提供するステップ（１１０２）と、
    ｃ）開口部または空洞（１２６６、１３２６）を、前記開口部または前記空洞の中心が、前記第１の水平ホール素子（Ｈｃ）の中心と実質的に整列するように、前記半導体基板の上部層内に作製するステップ（１１０３）と、
    Ｄ）前記開口部または空洞（１２６６、１３２６）の内側に軟磁性材料を提供するステップ（１１０４）と、を含み、それによって、前記半導体基板に垂直であり、前記第１の水平ホール素子を通過する軸に沿った形状を有する第１の磁束コンセントレータを作製する、方法（１１００）。
15. ステップａ）が、第１の水平ホール素子（Ｈｃ）を備え、かつ、複数の絶縁層によって分離された少なくとも４つの金属層（Ｍ１～Ｍ４）を備える相互接続スタック（１２２３、１３２３）を備える、半導体基板を提供すること（１１０１）を含み、
    ステップｂ）が、前記絶縁層のうちの少なくとも１つの少なくとも一部分を除去することを含む、請求項１４に記載の方法（１１００）。
    
    
    

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