TWI518349B - 磁場感測模組、量測方法及磁場感測模組的製作方法 - Google Patents

Description

磁場感測模組、量測方法及磁場感測模組的製作方 法

本發明是有關於一種磁場感測模組、量測方法及磁場感測模組的製作方法。

隨著可攜式電子裝置的普及，能夠感應地磁方向的電子羅盤之技術便受到重視。當電子羅盤應用於體積小的可攜式電子裝置(如智慧型手機)時，電子羅盤除了需符合體積小的需求之外，最好還能夠達到三軸的感測，這是因為使用者以手握持手機時，有可能是傾斜地握持，且各種不同的握持角度也都可能產生。

為了達到三軸的感測，一種習知技術是採用傾斜晶圓技術，其為在矽基板上蝕刻出傾斜面，然後再將巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)多層膜結構或穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance,TMR)多層膜結構形成於斜面上。然而，在傾斜面上沉積薄膜容易造成薄膜的厚度不均勻，且傾斜面上的蝕刻製程亦是較為困難且良率較難控制的。

另一種習知技術是採用複合式感測元件的方法來達到三軸的感測，具體而言，其利用兩個彼此垂直配置的巨磁阻多層膜結構(或穿隧磁阻多層膜結構)與一個霍爾元件(Hall element)來達到三軸的感測。然而，由於霍爾元件的感測靈敏度不同於巨磁阻多層膜結構(或穿隧磁阻多層膜結構)的感測靈敏度，這會造成其中一軸上的精確度與其他兩軸上的精確度不同。如此一來，當使用者將可攜式電子裝置旋轉至不同的角度時，將導致對同一磁場的感測靈敏度不同，進而造成使用上的困擾。

在習知技術中，為了達到磁場的多軸感測，通常採用了二次以上的製程，也就是採用了兩塊以上的晶圓的製程來製作出多軸向磁場感測模組，如此將使製程複雜化，且難以降低製作成本。

本發明提供一種磁場感測模組，其可利用多個感測方向相同的單方向磁感測器來達到多軸向的磁場感測。

本發明提供一種量測方法，其可利用簡易的方式來達到多軸向的磁場感測。

本發明提供一種磁場感測模組的製作方法，其可利用簡易的製作過程製作出可達到多軸向磁場感測的磁場感測模組。

本發明的一實施例的一種磁場感測模組包括多個磁通集中器及多個單方向磁感測器。每一磁通集中器沿著一第一方向延 伸，且這些磁通集中器沿著一第二方向排列。這些單方向磁感測器分別配置於對應至這些磁通集中器之間的位置及對應至這些磁通集中器之排列於第二方向上的兩側的位置，其中這些單方向磁感測器的感測方向實質上相同。

本發明的一實施例的一種量測方法用以量測一外來磁場，此量測方法包括：改變外來磁場的磁場分佈，以將外來磁場的在一第一方向上的分量、一第二方向上的分量及一第三方向上的分量在多個不同位置上至少有部分分量轉換至第二方向；以及分別在這些不同位置感測第二方向上的磁場大小，以量測出外來磁場於第一方向上的分量大小、於第二方向上的分量大小及於第三方向上的分量大小。

本發明的一實施例的一種磁場感測模組的製作方法，包括：提供一基板；在基板上形成一磁感測多層膜結構；蝕刻磁感測多層膜結構的一第一部分，其中剩餘的磁感測多層膜結構的一第二部分形成多個彼此分離的單方向磁感測器；形成一覆蓋基板及這些單方向磁感測器的絕緣層；以及在絕緣層上形成多個磁通集中器，其中每一磁通集中器沿著一第一方向延伸，這些磁通集中器沿著一第二方向排列，這些單方向磁感測器分別配置於這些磁通集中器之間的位置的下方、這些磁通集中器之排列於第二方向上的兩側的位置的下方及這些磁通集中器的下方。

在本發明的實施例的磁場感測模組中，由於藉由磁通集中器來使外來磁場彎曲，因此多個單方向磁感測器的感測方向可 以實質上相同，所以此磁場感測模組可以在較為簡化的架構下達到多軸向的磁場感測，進而降低磁場感測模組的製作困難度及成本。在本發明的實施例的量測方法中，由於藉由改變外來磁場的磁場分佈的方式以將外來磁場轉換至同一方向，因此能夠以在同一方向感測外來磁場的方式就能夠在實際上達到多個軸向的磁場感測。因此，此量測方法可藉由較為簡易的方式達到多個軸向的磁場感測。在本發明的實施例的磁場感測模組的製作方法中，由於是將一磁感測多層膜結構蝕刻成多個彼此分離的單方向磁感測器，再搭配磁通集中器的形成，以完成多軸向磁場感測模組的製作。因此，此製作方法可利用較為簡易的製作過程製作出可達到多軸向磁場感測的磁場感測模組。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、100d、100e‧‧‧磁場感測模組

110‧‧‧磁通集中器

120、120a、120a1、120a1'、120a2、120a2'、120b、120b1、 120b2、120b3、120b4、120b1’~120b12’、120b1"~120b12"、120c、120c1、120c2、120c1'~120c6'、120d、120d1~120d12‧‧‧單方向磁感測器

122‧‧‧釘扎層

124‧‧‧受釘扎層

126‧‧‧間隔層

128‧‧‧自由層

130‧‧‧基板

140‧‧‧絕緣層

150‧‧‧磁感測多層膜結構

152‧‧‧第一部分

154‧‧‧第二部分

160‧‧‧光阻層

162‧‧‧經圖案化後的光阻層

163、212‧‧‧開口

170、220‧‧‧蝕刻物質

190‧‧‧鐵磁性材料層

210‧‧‧圖案化光阻層

A~F‧‧‧端點

B_X、B_Y、B_Z‧‧‧分量

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

D3‧‧‧第三方向

E1‧‧‧釘扎方向

E2‧‧‧易磁化軸

GND‧‧‧接地端

P1、P2‧‧‧位置

S‧‧‧感測方向

VDD‧‧‧電壓供應端

V₁、V₂、V_1X、V_2X、V_1Y、V_2Y、V_1Z、V_2Z‧‧‧電壓輸出端

x、y、z‧‧‧方向

圖1A為本發明之一實施例之磁場感測模組的上視結構示意圖。

圖1B與圖1C為圖1A之磁場感測模組於兩個不同方向的側視結構示意圖。

圖2A、圖2B及圖2C分別為沿著x方向、y方向及z方向的外來磁場施加於圖1A至圖1C之磁場感測模組時，外來磁場被磁 通集中器轉變的磁力線模擬圖。

圖3A為圖1A中的單方向磁感測器的多層膜結構之立體示意圖。

圖3B繪示圖3A之單方向磁感測器的釘扎方向與自由層的易磁化軸。

圖3C繪示圖3A中的單方向磁感測器於不同方向的外來磁場的作用下及沒有外來磁場的情況下電阻的變化。

圖4A繪示圖1A之磁場感測模組在感測平行於x方向的磁場時的電路架構。

圖4B繪示當平行於x方向的外來磁場施加於圖4A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖4C繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖4A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖4D繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖4A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖5A繪示圖1A之磁場感測模組在感測平行於y方向的磁場時的電路架構。

圖5B繪示當平行於x方向的外來磁場施加於圖5A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖5C繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖5A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖5D繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖5A之電路架 構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖6A繪示圖1A之磁場感測模組在感測平行於z方向的磁場時的電路架構。

圖6B繪示當平行於x方向的外來磁場施加於圖6A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖6C繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖6A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖6D繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖6A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖7A為本發明之另一實施例之磁場感測模組的上視結構示意圖。

圖7B繪示圖7A的磁場感測模組之用以量測x方向磁場的第一惠司同電橋。

圖7C繪示圖7A的磁場感測模組之用以量測y方向磁場的第二惠司同電橋。

圖7D繪示圖7A的磁場感測模組之用以量測z方向磁場的第三惠司同電橋。

圖8A為本發明之又一實施例之磁場感測模組的上視結構示意圖。

圖8B繪示圖8A的磁場感測模組之用以量測x方向磁場的第一惠司同電橋。

圖8C繪示圖8A的磁場感測模組之用以量測y方向磁場的第 二惠司同電橋。

圖8D繪示圖8A的磁場感測模組之用以量測z方向磁場的第三惠司同電橋。

圖9A至圖9F繪示本發明之一實施例之磁場感測模組的製作方法的流程之側視示意圖。

圖10A繪示當平行於x方向的外來磁場施加於用以感測平行於x方向的磁場之本發明之另一實施例之磁場感測模組的電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖10B繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖10A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖10C繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖10A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖11A繪示當平行於x方向的外來磁場施加於用以感測平行於z方向的磁場之本發明之另一實施例之磁場感測模組的電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖11B繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖11A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖11C繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖11A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

圖1A為本發明之一實施例之磁場感測模組的上視結構 示意圖，而圖1B與圖1C為圖1A之磁場感測模組於兩個不同方向的側視結構示意圖。請參照圖1A至圖1C，本實施例之磁場感測模組100包括多個磁通集中器(magnetic flux concentrator)110及多個單方向磁感測器120。每一磁通集中器110沿著一第一方向D1(其平行於x方向)延伸，且這些磁通集中器110沿著一第二方向D2(其平行於y方向)排列。在本實施例中，這些磁通集中器110的殘磁小於其飽和磁化量的10%。舉例而言，磁通集中器110為軟磁材料，例如為鎳鐵合金、鈷鐵或鈷鐵硼合金、鐵氧磁體或其他高導磁率材料。

這些單方向磁感測器120分別配置於對應至這些磁通集中器110之間的位置(例如對應於相鄰兩磁通集中器110之間的中線上的位置)及對應至這些磁通集中器110之排列於第二方向D2上的兩側的位置。舉例而言，這些單方向磁感測器120中的單方向磁感測器120a是配置於對應至這些磁通集中器110之間的位置，從圖1B來看，單方向磁感測器120a即是位於這些磁通集中器110之間的位置的下方。此外，這些單方向磁感測器120中的單方向磁感測器120b是對應至這些磁通集中器110之排列於第二方向D2上的兩側的位置，從圖1B來看，單方向磁感測器120b是位於這些磁通集中器110之排列於第二方向D2上的兩側的下方。在本實施例中，部分的這些單方向磁感測器120(如單方向磁感測器120c)是配置於這些磁通集中器110在一第三方向D3(其平行於z方向)上的一側，從圖1B來看，單方向磁感測器120c 配置於這些磁通集中器110的正下方。此外，在本實施例中，第一方向D1實質上垂直於第二方向D2，且第三方向D3實質上垂直於第一方向D1與第二方向D2。

在本實施例中，這些單方向磁感測器120例如為巨磁阻感測器、穿隧磁阻感測器或其組合。然而，在其他實施例中，這些單方向磁感測器120可以是巨磁阻感測器、穿隧磁阻感測器、磁通閘(flux gate)、磁阻抗感測器(magneto-impedance sensor)、非各向同性磁阻感測器(anisotropic magnetoresistance sensor，AMR sensor)或其組合。此外，在本實施例中，這些單方向磁感測器120的感測方向S實質上相同。舉例而言，這些單方向磁感測器120的感測方向S實質上平行於第二方向D2。

在本實施例中，磁場感測模組100更包括一基板130及一絕緣層140，其中這些單方向磁感測器120配置於基板130上，絕緣層140覆蓋這些單方向磁感測器120，而磁通集中器110配置於絕緣層140上。

圖2A、圖2B及圖2C分別為沿著x方向、y方向及z方向的外來磁場施加於圖1A至圖1C之磁場感測模組時，外來磁場被磁通集中器轉變的磁力線模擬圖。請先參照圖2A，當施加一個沿著x方向的外來磁場時，由於受到磁通集中器110的作用，單方向磁感測器120b的所在位置P2處的磁場被轉變為具有y方向(即平行於第二方向D2)的分量的磁場，因此磁場感測模組100可藉由單方向磁感測器120b在y方向上感測到磁場的大小，來判 斷在x方向上的外來磁場的大小。請再參照圖2B，當施加一個沿著y方向的外來磁場時，受到磁通集中器110的作用，單方向磁感測器120a的所在位置P1處的磁場方向仍然維持實質上平行於y方向(即平行於第二方向D2)的方向上，因此磁場感測模組100可藉由單方向磁感測器120a在y方向上感測到磁場的大小，來判斷在y方向上的外來磁場的大小。請再參照圖2C，當施加一個沿著z方向的外來磁場時，由於受到磁通集中器110的作用，單方向磁感測器120b的所在位置P2處的外來磁場方向被轉變至具有y分量的磁場，因此磁場感測模組100可藉由單方向磁感測器120b在y方向上感測到y分量的磁場的大小，來判斷在z方向上的外來磁場的大小。

圖3A為圖1A中的單方向磁感測器的多層膜結構之立體示意圖，圖3B繪示圖3A之單方向磁感測器的釘扎方向與自由層的易磁化軸，而圖3C繪示圖3A中的單方向磁感測器於不同方向的外來磁場的作用下及沒有外來磁場的情況下電阻的變化。請參照圖3A至圖3C，在本實施例中，單方向磁感測器120包括釘扎層(pinning layer)122、受釘扎層(pinned layer)124、間隔層(spacer layer)126及自由層(free layer)128。釘扎層122固定了受釘扎層124的磁化方向(magnetization direction)，即為釘扎方向E1，而自由層的易磁化軸E2的方向則可與釘扎方向E1實質上垂直。當單方向磁感測器120為巨磁阻感測器時，間隔層126的材質為非磁性金屬(non-magnetic metal)。此外，當單方向磁感測器120 為穿隧磁阻感測器時，間隔層126的材質為絕緣材質。

圖3C中的曲線圖表現了單方向磁感測器120的電阻R相對於外來磁場B的變化。如圖3C的左上圖所示，當單方向磁感測器120被施加一與釘扎方向同向之外來磁場B時，其電阻R會下降，即曲線圖中黑圓點所對應的電阻R的數值，其中此釘扎方向即為單方向磁感測器120的感測方向S。如圖3C的左下圖所示，當單方向磁感測器120被施加一與釘扎方向相反方向之外來磁場B時，其電阻R會上升，即曲線圖中黑圓點所對應的電阻R的數值。如圖3C的右上圖所示，當單方向磁感測器120被施加一與釘扎方向垂直之外來磁場B時，其電阻R維持不變，即曲線圖中黑圓點所對應的電阻R的數值。另外，如圖3C的右下圖所示，當單方向磁感測器120沒有被施加磁場時，其電阻R維持不變，即曲線圖中黑圓點所對應的電阻R的數值。

圖4A繪示圖1A之磁場感測模組在感測平行於x方向的磁場時的電路架構。圖4B繪示當平行於x方向的外來磁場施加於圖4A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖4C繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖4A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖4D繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖4A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。請參照圖4A至圖4D，部分配置於對應至這些磁通集中器110之排列於第二方向D2(即平行於y方向)上的兩側的位置的這些單方向磁感測器120b耦接成一第一惠司同電橋(Wheatstone bridge)，且用以感測一外 來磁場於第一方向D1(即平行於x方向)上的分量B_X。

具體而言，請參照圖4B，當外來磁場只有分量B_X時，在磁通集中器110的作用下，於單方向磁感測器120b1處的磁場會有-y方向上的分量(即與單方向磁感測器120b1的感測方向S方向相反)，因此單方向磁感測器120b1的電阻會上升。此外，單方向磁感測器120b2處的磁場則會有+y方向上的分量(即與單方向磁感測器120b1的感測方向S方向相同)，因此單方向磁感測器120b2的電阻會下降。同理，單方向磁感測器120b3處的磁場則會有+y方向上的分量(即與單方向磁感測器120b1的感測方向S方向相同)，因此單方向磁感測器120b2的電阻會下降。此外，於單方向磁感測器120b4處的磁場會有-y方向上的分量(即與單方向磁感測器120b1的感測方向S方向相反)，因此單方向磁感測器120b4的電阻會上升。在第一惠司同電橋中，電壓供應端VDD是耦接於單方向磁感測器120b1與單方向磁感測器120b2之間，接地端GND是耦接於單方向磁感測器120b3與單方向磁感測器120b4之間。此外，電壓輸出端V_1X是耦接於單方向磁感測器120b1與單方向磁感測器120b3之間，且電壓輸出端V_2X是耦接於單方向磁感測器120b2與單方向磁感測器120b4之間。由於電壓供應端VDD與電壓輸出端V_1X之間的電阻(即單方向磁感測器120b1的電阻)大於電壓供應端VDD與電壓輸出端V_2X之間的電阻(即單方向磁感測器120b2的電阻)，但電壓輸出端V_1X與接地端GND之間的電阻(即單方向磁感測器120b3的電阻)小於電壓輸出端 V_2X與接地端GND之間的電阻(即單方向磁感測器120b4的電阻)，因此電壓輸出端V_1X的電壓值會小於電壓輸出端V_2X的電壓值。如此一來，便可藉由量測電壓輸出端V_1X與電壓輸出端V_2X之間的電壓差訊號的大小與正負值，來判斷出外來磁場在x方向上的分量B_X的大小與正負值。

請再參照圖4C，當外來磁場只有分量B_Y時，在磁通集中器110的作用下，於單方向磁感測器120b1、120b2、120b3及120b4處的磁場均會有+y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b1、120b2、120b3及120b4的電阻均會下降。此時，由於第一惠司同電橋中的四個單方向磁感測器120b的電阻均相同，因此電壓輸出端V_1X的電壓值會實質上等於電壓輸出端V_2X的電壓值。如此一來，當量測電壓輸出端V_1X與電壓輸出端V_2X之間的電壓差訊號的大小與正負值時，會發現測得的結果為0，也就是說，外來磁場的分量B_Y並不會被第一惠司同電橋的架構感測到。

請再參照圖4D，當外來磁場只有分量B_Z時，在磁通集中器110的作用下，於單方向磁感測器120b1及單方向磁感測器120b2處的磁場會有-y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b1與120b2的電阻會上升。此外，單方向磁感測器120b3、120b4處的磁場則會有+y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b3、120b4的電阻會下降。由於單方向磁感測器120b1與單方向磁感測器120b3的電阻值比例實質上相同於單方向磁感測器120b2與單方向磁感測器120b4的電阻值比例，因此電壓輸出端V_1X的電壓值 會實質上等於電壓輸出端V_2X的電壓值。如此一來，當量測電壓輸出端V_1X與電壓輸出端V_2X之間的電壓差訊號的大小與正負值時，會發現測得的結果為0，也就是說，外來磁場的分量B_Z並不會被第一惠司同電橋的架構感測到。

圖5A繪示圖1A之磁場感測模組在感測平行於y方向的磁場時的電路架構。圖5B繪示當平行於x方向的外來磁場施加於圖5A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖5C繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖5A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖5D繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖5A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。請參照圖5A至圖5D，在本實施例中，配置於對應至這些磁通集中器110之間的位置的單方向磁感測器120a及配置於這些磁通集中器110在第三方向D3上的一側的這些單方向磁感測器120c耦接成一第二惠司同電橋，且用以感測外來磁場於第二方向D2(即平行於y方向)上的分量B_Y。

具體而言，請參照圖5B，當外來磁場只有分量B_X時，在磁通集中器110的作用下，於單方向磁感測器120a1與120a2處的磁場的淨y分量為0，因此單方向磁感測器120a1與120a2的電阻維持不變。此外，由於單方向磁感測器120c1與120c2是配置於磁通集中器110下方，因此藉由鐵磁屏蔽(ferromagnetic shielding)效應，單方向磁感測器120c1與120c2不會受到外來磁場的分量B_X的影響，所以單方向磁感測器120c1與120c2的電阻 維持不變。在第二惠司同電橋中，電壓供應端VDD是耦接於單方向磁感測器120a1與單方向磁感測器120c1之間，接地端GND是耦接於單方向磁感測器120a2與單方向磁感測器120c2之間。此外，電壓輸出端V_1Y是耦接於單方向磁感測器120a1與單方向磁感測器120c2之間，且電壓輸出端V_2Y是耦接於單方向磁感測器120a2與單方向磁感測器120c1之間。由於單方向磁感測器120a1、120a2、120c1及120c2均沒有變化，因此電壓輸出端V_1Y的電壓值會實質上等於電壓輸出端V_2Y的電壓值。如此一來，電壓輸出端V_1Y與電壓輸出端V_2Y之間所測得的電壓差訊號會為0，也就是說，外來磁場在x方向上的分量B_X不會對此惠斯同電路的架構產生影響。

請再參照圖5C，當外來磁場只有分量B_Y時，在磁通集中器110的作用下，於單方向磁感測器120a1與120a2處的磁場均會有+y方向上的分量，因此單方向磁感測器120a1與120a2的電阻均會下降。另一方面，由於單方向磁感測器120c1與120c2是配置於磁通集中器110下方，因此藉由鐵磁屏蔽效應，單方向磁感測器120c1與120c2不會受到外來磁場的分量B_Y的影響，所以單方向磁感測器120c1與120c2的電阻維持不變。如此一來，在第二惠司同電橋中，由於單方向磁感測器120a1的電阻小於單方向磁感測器120c1的電阻，但單方向磁感測器120c2的電阻大於單方向磁感測器120a2的電阻，因此電壓輸出端V_1Y的電壓值會大於電壓輸出端V_2Y的電壓值。所以，便可藉由量測電壓輸出 端V_1Y與電壓輸出端V_2Y之間的電壓差訊號的大小與正負值，來判斷出外來磁場在y方向上的分量B_Y的大小與正負值。

請再參照圖5D，當外來磁場只有分量B_Z時，在磁通集中器110的作用下，於單方向磁感測器120a1及單方向磁感測器120a2處的淨磁場的方向實質上平行於z方向，此方向會與單方向磁感測器120a1與120a2的感測方向S垂直，而此方向的磁場不會使單方向磁感測器120a1與120a2的電阻產生變化。另一方面，於單方向磁感測器120c1與120c2處的磁場方向亦是實質上平行於z方向(可參考圖2C所繪示者)，而此方向的磁場不會使單方向磁感測器120c1與120c2的電阻產生變化。此時，由於在第三惠司同電橋中，所有的單方向磁感測器120a1、120a2、120c1及120c2的電阻都實質上相同，因此電壓輸出端V_1Y的電壓值會實質上等於電壓輸出端V_2Y的電壓值。如此一來，當量測電壓輸出端V_1Y與電壓輸出端V_2Y之間的電壓差訊號的大小與正負值時，會發現測得的結果為0，也就是說，外來磁場的分量B_Z並不會被第二惠司同電橋的架構感測到。

圖6A繪示圖1A之磁場感測模組在感測平行於z方向的磁場時的電路架構。圖6B繪示當平行於x方向的外來磁場施加於圖6A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖6C繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖6A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖6D繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖6A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。請參照圖6A至 圖6D，配置於對應至這些磁通集中器110之排列於第二方向D2上的兩側的位置的這些單方向磁感測器120b藉由一第一導電路徑耦接成第一惠司同電橋(如圖4A所繪示的第一惠司同電橋)，且藉由一第二導電路徑耦接成一第三惠司同電橋(如圖6A所繪示的惠司同電橋)。第一惠司同電橋用以感測外來磁場於第一方向D1上的分量B_X，而第三惠司同電橋用以感測外來磁場於第三方向D3(即z方向)上的分量B_Z，其中第一導電路徑耦接這些單方向磁感測器120b的順序不同於第二導電路徑耦接這些單方向磁感測器120b的順序，此可由圖6A中繪示的交錯式第二導電路徑不同於圖4A中繪示的非交錯式的第一導電路徑看出。

具體而言，請參照圖6B，當外來磁場只有分量B_X時，在磁通集中器110的作用下，於單方向磁感測器120b1處的磁場會有-y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b1的電阻會上升。此外，單方向磁感測器120b2處的磁場則會有+y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b2的電阻會下降。同理，單方向磁感測器120b3處的磁場則會有+y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b2的電阻會下降。此外，於單方向磁感測器120b4處的磁場會有-y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b4的電阻會上升。在第三惠司同電橋中，電壓供應端VDD是耦接於單方向磁感測器120b1與單方向磁感測器120b4之間，接地端GND是耦接於單方向磁感測器120b2與單方向磁感測器120b3之間。此外，電壓輸出端V_1Z是耦接於單方向磁感測器120b1與單方向磁感測器120b3 之間，且電壓輸出端V_2Z是耦接於單方向磁感測器120b2與單方向磁感測器120b4之間。由於電壓供應端VDD與電壓輸出端V_1Z之間的電阻(即單方向磁感測器120b1的電阻)以及電壓供應端VDD與電壓輸出端V_2Z之間的電阻(即單方向磁感測器120b4的電阻)皆受到提升而彼此實質上相等，且電壓輸出端V_1Z與接地端GND之間的電阻(即單方向磁感測器120b3的電阻)以及電壓輸出端V_2Z與接地端GND之間的電阻(即單方向磁感測器120b2的電阻)皆為下降而彼此實質上相等，因此電壓輸出端V_1Z的電壓值會實質上等於電壓輸出端V_2Z的電壓值。如此一來，在量測電壓輸出端V_1Z與電壓輸出端V_2Z之間的電壓差訊號的大小與正負值時，會發現此電壓差為0，也就是說，外來磁場的分量B_X不會被第三惠司同電橋的架構量測到。

請再參照圖6C，當外來磁場只有分量B_Y時，在磁通集中器110的作用下，於單方向磁感測器120b1、120b2、120b3及120b4處的磁場均會有+y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b1、120b2、120b3及120b4的電阻均會下降。此時，由於第三惠司同電橋中的四個單方向磁感測器120b的電阻均相同，因此電壓輸出端V_1Z的電壓值會實質上等於電壓輸出端V_2Z的電壓值。如此一來，當量測電壓輸出端V_1Z與電壓輸出端V_2Z之間的電壓差訊號的大小與正負值時，會發現測得的結果為0，也就是說，外來磁場的分量B_Y並不會被第三惠司同電橋的架構感測到。

請再參照圖6D，當外來磁場只有分量B_Z時，在磁通集 中器110的作用下，於單方向磁感測器120b1及單方向磁感測器120b2處的磁場會有-y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b1與120b2的電阻會上升。此外，單方向磁感測器120b3、120b4處的磁場則會有+y方向上的分量，因此單方向磁感測器120b3、120b4的電阻會下降。此時，由於電壓供應端VDD與電壓輸出端V_1Z之間的電阻(即單方向磁感測器120b1的電阻)大於電壓供應端VDD與電壓輸出端V_2Z之間的電阻(即單方向磁感測器120b4的電阻)，但電壓輸出端V_1Z與接地端GND之間的電阻(即單方向磁感測器120b3的電阻)小於電壓輸出端V_2Z與接地端GND之間的電阻(即單方向磁感測器120b2的電阻)，因此電壓輸出端V_1Z的電壓值會小於電壓輸出端V_2Z的電壓值。如此一來，便可藉由量測電壓輸出端V_1Z與電壓輸出端V_2Z之間的電壓差訊號的大小與正負值，來判斷出外來磁場在z方向上的分量B_Z的大小與正負值。

綜合圖4A至圖6D的分析可知，由於圖4A至圖4D的第一惠司同電橋的架構只會偵測到第一方向D1上的磁場而不受第二方向D2與第三方向D3上的磁場的影響，且由於圖5A至圖5D的第二惠司同電橋的架構只會偵測到第二方向D2上的磁場而不受第一方向D1與第三方向D3上的磁場的影響，且由於圖6A至圖6D的第三惠司同電橋的架構只會偵測到第三方向D3上的磁場而不受第一方向D1與第二方向D2上的磁場的影響，因此無論外來磁場是具有第一方向D1至第三方向D3中的哪幾個方向的分量，或同時具有第一方向D1至第三方向D3上的分量，或外來磁 場為0，均可以利用第一、第二及第三惠司同電橋來分別偵測第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3上的外來磁場的分量，並根據所測得的分量作向量和的計算，以得到外來磁場的大小與方向。換言之，本實施例之磁場感測模組100可以達到三軸的磁場量測。

在本實施例的磁場感測模組100中，由於藉由磁通集中器110來使外來磁場彎曲，因此多個單方向磁感測器120的感測方向S可以實質上相同，所以此磁場感測模組100可以在較為簡化的架構下達到多軸向的磁場感測，進而降低磁場感測模組100的製作困難度及成本。

此外，第一、第二及第三惠司同電橋的電路可以利用電路開關設計的方式，在一個週期時間中的三個不同的子時間中被形成，以分別在不同的子時間量測外來磁場在第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3上的分量B_X、B_Y及B_Z。藉由此方式，即使第一惠司同電橋與第三惠司同電橋共用單方向磁感測器120b1、120b2、120b3及120b4也仍能正常運作，這是因為第一惠司同電橋與第三惠司同電橋是在不同的子時間中形成的。當第一、第二及第三惠司同電橋在多個週期時間中反覆依序地被形成，則磁場感測模組100便能夠即時地監控外來磁場的變化。

在另一實施例中，第一惠司同電橋與第三惠司同電橋也可以不要共用單方向磁感測器120b，而可以在單方向磁感測器120b1、120b2、120b3及120b4附近分別額外配置四個單方向磁感 測器120b(未繪示於圖4A至圖6D中，但在以下的實施例中會以其他圖式來繪示此概念)。換言之，另一部分配置於對應至這些磁通集中器110之排列於第二方向D2上的兩側的位置的這些單方向磁感測器120b耦接成第三惠司同電橋，且用以感測外來磁場於第三方向D3上的分量。在此情況下，第一、第二及第三惠司同電橋可以在一週期時間中的多個不同的子時間中形成，但也可以是同時存在。

另外，在其他實施例中，由於單方向磁感測器120c實際上對外來磁場是沒有反應的，因此亦可將單方向磁感測器120c(例如單方向磁感測器120c1與120c2)取代成電阻器(如分別取式成兩個電阻器)，而此電阻器的電阻值與第二惠司同電橋中的單方向磁感測器120a在沒有受到外來磁場作用下的原始電阻值實質上相同。換言之，磁場感測模組100可包括多個電阻器，其與配置於對應至這些磁通集中器110之間的位置的這些單方向磁感測器120a耦接成第二惠司同電橋，且用以感測外來磁場於第二方向D2上的分量。

圖7A為本發明之另一實施例之磁場感測模組的上視結構示意圖，圖7B繪示圖7A的磁場感測模組之用以量測x方向磁場的第一惠司同電橋，圖7C繪示圖7A的磁場感測模組之用以量測y方向磁場的第二惠司同電橋，且圖7D繪示圖7A的磁場感測模組之用以量測z方向磁場的第三惠司同電橋。請參照圖7A至圖7D，本實施例的磁場感測模組100d與圖4A的磁場感測模組類 似，而兩者的差異是在於磁通集中器110與單方向磁感測器120的數量上的差異。事實上，本發明不限制在磁場感測模組中的磁通集中器110與單方向磁感測器120的數量，只要這些單方向磁感測器120是相對於磁通集中器110是配置在與圖4A相對應的相對位置上即可，而圖7A至圖7D只是舉出其中一個例子，且本發明不以此為限。在圖7A至圖7D中，標示X的單方向磁感測器120b的位置是與圖4A中的單方向磁感測器120b的位置相對應，亦即標示X的單方向磁感測器120b是配置於磁通集中器110之排列於第二方向D2上的兩側的位置。此外，標示Z的單方向磁感測器120d的位置是與圖4A中的單方向磁感測器120b的位置相對應，而標示X的單方向磁感測器120b與標示Z的單方向磁感測器120d分別形成第一惠司同電橋(如圖7B所繪示)與第三惠司同電橋(如圖7C所繪示)，這就是上面實施例提到的第一惠司同電橋與第三惠司同電橋沒有共用單方向磁感測器的情形。此外，標示Y的單方向磁感測器120a與120c形成第二惠司同電橋。此外，在本實施例中，對於那些配置於相鄰兩磁通集中器110之間的單方向磁感測器120b與120d而言，它們並不會配置於相鄰兩磁通集中器110之間的中線上，而是會較靠近其中一個磁通集中器110，然而，單方向磁感測器120a則是會配置在相鄰兩磁通集中器110之間的中線上。

在第一惠司同電橋中，如圖7B所繪示，電壓供應端VDD是依序經過單方向磁感測器120b1’、120b2’及120b3’後才抵 達電壓輸出端V_1X，且電壓輸出端V_1X是依序經過單方向磁感測器120b4’、120b5’及120b6’後才才抵達接地端GND。另一方面，電壓供應端VDD是依序經過單方向磁感測器120b7’、120b8’及120b9’後才抵達電壓輸出端V_2X，且電壓輸出端V_2X是依序經過單方向磁感測器120b10’、120b11’及120b12’後才才抵達接地端GND。此外，這些單方向磁感測器120b1’~120b12’的感測方向S都朝向+y方向。也就是說，單方向磁感測器120b1’、120b2’及120b3’的位置與功能都是對應至圖4A的單方向磁感測器120b3的位置與功能，單方向磁感測器120b4’、120b5’及120b6’的位置與功能都是對應至圖4A的單方向磁感測器120b1的位置與功能，單方向磁感測器120b7’、120b8’及120b9’的位置與功能是對應至圖4A的單方向磁感測器120b4的位置與功能，而單方向磁感測器120b10’、120b11’及120b12’的位置與功能是對應至圖4A的單方向磁感測器120b2的位置與功能。因此，圖7B的第一惠司同電橋除了在單方向磁感測器120b的數量上與圖4B的第一惠司同電橋不一樣，以及電源供應端VDD及接地端GND與圖4B的接法是相反之外，圖4A與圖7B的第一惠司同電橋的運作原理是相似而可以類推的，因此再此就不再詳細解釋圖7B的第一惠司同電橋的運作細節。

此外，在圖7C的第二惠司同電橋中，電壓供應端VDD是經由單方向磁感測器120a1'連接至電壓輸出端V_2Y，而電壓輸出端V_2Y是依序經由單方向磁感測器120c1'、120c2'及120c3'連接至 接地端GND。另一方面，電壓供應端VDD是依序經由單方向磁感測器120c4'、120c5'及120c6'連接至電壓輸出端V_1Y，而電壓輸出端V_1Y經由單方向磁感測器120a2'連接至接地端GND。也就是說，單方向磁感測器120a1'的位置與功能是對應於圖5B之單方向磁感測器120a1的位置與功能，單方向磁感測器120c1'、120c2'及120c3'的位置與功能是對應於圖5B之單方向磁感測器120c2的位置與功能，單方向磁感測器120c4'、120c5'及120c6'的位置與功能是對應於圖5B之單方向磁感測器120c1的位置與功能，而單方向磁感測器120a2'的位置與功能是對應於圖5B之單方向磁感測器120a2的位置與功能。

此外，在圖7D的第三惠司同電橋中，電壓供應端VDD是依序經由單方向磁感測器120d4、120d5及120d6連接至電壓輸出端V_1Z，而電壓輸出端V_1Z是依序經由單方向磁感測器120d1、120d2及120d3連接至接地端GND。另一方面，電壓供應端VDD是依序經由單方向磁感測器120d9、120d8及120d7連接至電壓輸出端V_2Z，而電壓輸出端V_2Z是依序經由單方向磁感測器120d12、120d11及120d10連接至接地端GND。也就是說，單方向磁感測器120d4、120d5及120d6的位置與功能是對應至圖6B之單方向磁感測器120b1的位置與功能，單方向磁感測器120d1、120d2及120d3的位置與功能是對應至圖6B之單方向磁感測器120b3的位置與功能，單方向磁感測器120d9、120d8及120d7的位置與功能是對應至圖6B之單方向磁感測器120b4的位置與功能，且單方向 磁感測器120d12、120d11及120d10的位置與功能是對應至圖6B之單方向磁感測器120b2的位置與功能，其中單方向磁感測器120d1~120d12的感測方向S均朝向y方向。

比較圖7A至圖7D與圖4A至圖6D可知，本實施例之磁場感測模組100d亦可實現類似於圖4A至圖6D的磁場感測模組100之第一、第二及第三惠司同電橋，進而達到多軸向的磁場感測。此外，相較於圖4A至圖6D之第一、第二及第三惠司同電橋，本實施例之磁場感測模組100d中的第一、第二及第三惠司同電橋均串接了較多的單方向磁感測器，因此可具有更為靈敏的感測效果。

圖8A為本發明之又一實施例之磁場感測模組的上視結構示意圖，圖8B繪示圖8A的磁場感測模組之用以量測x方向磁場的第一惠司同電橋，圖8C繪示圖8A的磁場感測模組之用以量測y方向磁場的第二惠司同電橋，且圖8D繪示圖8A的磁場感測模組之用以量測z方向磁場的第三惠司同電橋。請參照圖8A至圖8D，本實施例之磁場感測模組100e與圖7A至圖7D之磁場感測模組100d類似，而兩者的差異在於本實施例之磁場感測模組100e中的第一惠司同電橋與第三惠司同電橋共用了單方向磁感測器120b。在圖8A至圖8B中，標示著「X or Z」的單方向磁感測器120b在一個週期時間中的兩個不同的子時間中分別用以感測x方向與z方向上的磁場。

在本實施例中，第一、第二及第三惠司同電橋分別是在 一個週期時間中的三個不同的子時間中分別形成。當如圖8B形成第一惠司同電橋時，電壓供應端VDD被切換以連接至端點B與端點E，且接地端被切換以連接至端點C與端點D，此時，電壓供應端VDD是依序經由單方向磁感測器120b1"、120b2"及120b3"連接至電壓輸出端V₁，且電壓輸出端V₁是依序經由單方向磁感測器120b4"、120b5"及120b6"連接至接地端GND。另一方面，電壓供應端VDD依序經由單方向磁感測器120b7"、120b8"及120b9"連接至電壓輸出端V₂，且電壓輸出端V₂依序經由單方向磁感測器120b10"、120b11"及120b12"連接至接地端GND。

也就是說，單方向磁感測器120b1"、120b2"及120b3"的位置與功能都是對應至圖4A的單方向磁感測器120b3的位置與功能，單方向磁感測器120b4"、120b5"及120b6"的位置與功能都是對應至圖4A的單方向磁感測器120b1的位置與功能，單方向磁感測器120b7"、120b8"及120b9"的位置與功能是對應至圖4A的單方向磁感測器120b4的位置與功能，而單方向磁感測器120b10"、120b11"及120b12"的位置與功能是對應至圖4A的單方向磁感測器120b2的位置與功能。

當如圖8C形成第二惠司同電橋時，電壓供應端VDD被切換以連接至端點A，且接地端GND被切換以連接至端點F。此時，電壓供應端VDD是經由單方向磁感測器120a1'連接至電壓輸出端V₂，且電壓輸出端V₂是依序經由單方向磁感測器120c3'、120c2'及120c1'連接至接地端GND。另一方面，電壓供應端VDD 是依序經由單方向磁感測器120c4'、120c5'及120c6'連接至電壓輸出端V₁，且電壓輸出端V₁是經由單方向磁感測器120a2'連接至接地端GND。

也就是說，單方向磁感測器120a1'的位置與功能是對應於圖5B之單方向磁感測器120a1的位置與功能，單方向磁感測器120c3'、120c2'及120c1'的位置與功能是對應於圖5B之單方向磁感測器120c2的位置與功能，單方向磁感測器120c4'、120c5'及120c6'的位置與功能是對應於圖5B之單方向磁感測器120c1的位置與功能，而單方向磁感測器120a2'的位置與功能是對應於圖5B之單方向磁感測器120a2的位置與功能。再者，單方向磁感測器120a1'、120a2'及120c1'~120c6'的感測方向S均朝向y方向。

當如圖8D形成第二惠司同電橋時，電壓供應端VDD被切換而連接至端點B與端點D，且接地端GND被切換而連接至端點C與端點E。此時，電壓功應端VDD依序經由單方向磁感測器120b1"、120b2"及120b3"連接至電壓輸出端V₁，且電壓輸出端V₁依序經由單方向磁感測器120b4"、120b5"及120b6"連接至接地端GND。另一方面，電壓供應端VDD依序經由單方向磁感測器120b12"、120b11"及120b10"連接至電壓輸出端V₂，且電壓輸出端V₂是依序經由單方向磁感測器120b9"、120b8"及120b7"連接至接地端GND。

藉由電壓輸出端與接地端以上述方式經切換而連接至端點A~F，磁場感測模組100e可以在一個週期時間中的三個子時 間中分別形成第一惠司同電橋、第二惠司同電橋及第三惠司同電橋，以分別感測x方向、y方向及z方向上的磁場。上述電壓輸出端與接地端相對於端點A~F之切換可利用積體電路中的切換電路來達成，這些切換電路可整合至特定應用積體電路(application specific integrated circuit,ASIC)中，或者整個磁場感測模組100e亦可以與特定應用積體電路整合在同一個晶片當中。

相較於圖7A至圖7D的磁場感測模組100d中的第一、第二及第三惠司同電橋分別具有各自的單方向磁感測器120b、120a及120d，圖8A至圖8D的磁場感測模組100e中的第一及第三惠司同電橋則是共用單方向磁感測器120b，因此圖8之磁場感測模組100e具有體積小、設計簡單、走線較簡單、電極墊較少等優點，且這些惠司同電橋的線路甚至可以利用單一層的重配置線路層(redistribution layer,RDL)來完成。然而，圖7A至圖7D的磁場感測模組100d所具有的優點則是可分別獨立地調整第一、第二及第三惠司同電橋的輸出電壓的電壓增益值，也就是在電壓為類比狀態的時候，就可以各自調整其電壓增益值。如此一來，可藉由各自獨立調整電壓增益值，而讓x、y及z方個中相同的磁場量值能夠對應到相同大小的電壓值，進而簡化後端(如數位電路)的運算與設計。

請再參照圖1A、圖1B及圖1C，本發明的一實施例提出一種量測方法，用以量測一外來磁場。此量測方法包括改變外來磁場的磁場分佈，以將外來磁場的在第一方向D1上的分量、第二 方向D2上的分量及第三方向D3上的分量在多個不同位置上至少有部分分量轉換至第二方向D2。在本實施例中，改變外來磁場的磁場分佈的方法包括在第二方向D2上排列多個磁通集中器110，來改變外來磁場的分佈，其中每一磁通集中器110沿著第一方向D1延伸。改變磁場的情形可參照圖2A至圖2C所繪示。

此外，上述的這些不同位置例如是這些單方向磁感測器120所配置的位置。另外，如圖4A至圖6D的實施例所述，外來磁場的分量B_X、分量B_Y及分量B_Z分別在不同的位置被磁通集中器110導引至具有y方向上的分量之方向上。再者，此量測方法更包括分別在這些不同位置感測第二方向D2上的磁場大小，以量測出外來磁場於第一方向D1上的分量大小、於第二方向D2上的分量大小及於第三方向D3上的分量大小。亦即可如圖4A至圖6D的實施例所述，將單方向磁感測器120配置於如圖4A至圖6D之單方向磁感測器120a、120b及120c的位置，以感測外來磁場的分量B_X、分量B_Y及分量B_Z。

本實施例的量測方法可選取這些單方向磁感測器120的一第一部分(例如單方向磁感測器120b)耦接成第一惠斯同電橋，選取這些單方向磁感測器120的一第二部分(例如單方向磁感測器120a及120c)耦接成一第二惠斯同電橋，且選取這些單方向磁感測器120的第一部分(例如單方向磁感測器120b)耦接成一第三惠斯同電橋。此外，本實施例的量測方法可分別利用第一惠斯同電橋、第二惠斯同電橋及第三惠斯同電橋量測出外來磁場於第 一方向D1上的分量B_X的大小、於第二方向D2上的分量B_Y的大小及於第三方向D3上的分量B_Z的大小，其中在第三惠司同電橋中耦接這些單方向磁感測器120b的順序不同於在第一惠司同電橋中耦接這些單方向磁感測器120b的順序。

在另一施例中，量測方法可包括選取這些單方向磁感測器120的第一部分(例如單方向磁感測器120b)耦接成一第一惠斯同電橋，選取這些單方向磁感測器120的一第二部分(例如單方向磁感測器120a及120c)耦接成一第二惠斯同電橋，且選取這些單方向磁感測器120的一額外的第三部分耦接成一第三惠斯同電橋，其中此額外的第三部分的位置與功能與第一部分相對應，此第三部分例如為圖7A之單方向磁感測器120d。

在本實施例的量測方法中，由於藉由改變外來磁場的磁場分佈的方式以將外來磁場轉換至同一方向，因此能夠以在同一方向感測外來磁場的方式就能夠在實際上達到多個軸向的磁場感測。因此，此量測方法可藉由較為簡易的方式達到多個軸向的磁場感測。此外，上述之量測方法亦圖以用上述其他的磁場感測模組來實現。

圖9A至圖9F繪示本發明之一實施例之磁場感測模組的製作方法的流程之側視示意圖。請參照圖9A至圖9F，本實施例之磁場感測模組的製作方法可用以製作上述磁場感測模組100或其他實施例的磁場感測模組，而以下以製作上述磁場感測模組100為例。此製作方法包括下列步驟。首先，請參照圖9A，提供基板 130。接著，在基板130上形成磁感測多層膜結構150，其中磁感測多層膜結構150例如為在基板上由下往上堆疊之釘扎層122、受釘扎層124、間隔層126及自由層128(如圖3A所繪示)。在本實施例中，磁感測多層膜結構150的感測方向(即為圖3A之釘扎方向E1)實質上平行於第二方向D2。

然後，在本實施例中，可在磁感測多層膜結構150上形成一光阻層160，然後如圖9B所繪示，再將光阻層160圖案化，以形成經圖案化後的光阻層162。經圖案化後的光阻層162具有曝露出磁感測多層膜結構150的第一部分152的開口163，且經圖案化後的光阻層162覆蓋磁感測多層膜結構150的第二部分154。圖案化光阻層160的方法可利用一般微影製程中的步驟來達成。

之後，蝕刻磁感測多層膜結構150的第一部分152，其中剩餘的磁感測多層膜結構150的第二部分154形成多個彼此分離的單方向磁感測器120。在本實施例中，可使蝕刻物質170穿透經圖案化後的光阻層162的開口163，以蝕刻磁感測多層膜結構150的第一部分152。其中，蝕刻物質170可為濕式蝕刻中的蝕刻液，或者是乾式蝕刻中的電漿。然後，再將經圖案化後的光阻層160移除。接著，如圖9C所繪示，形成一覆蓋基板130及這些單方向磁感測器120的絕緣層140。

然後，如圖9D所繪示，在絕緣層140上形成一鐵磁性材料層190。在此之後，如圖9E與圖9F所繪示，圖案化鐵磁性材料層190，以形成彼此分離的多個磁通集中器110。在本實施例中， 在圖9D的步驟之後，可如圖9E所繪示，在鐵磁性材料層190上形成圖案化光阻層210。形成圖案化光阻層210的方式可為先塗佈一層連續地光阻層，然後再利用一般微影製程中的步驟將連續地光阻層曝光及顯影成如圖9E所繪示的圖案化光阻層210。接著，使蝕刻物質220穿過圖案化光阻層210的開口212而蝕刻鐵磁性材料層190中未被圖案化光阻層210覆蓋的部分，而剩餘未被蝕刻的鐵磁性材料層190即形成多個彼此分離的磁通集中器110。然後，再將圖案化光阻層210移除。

與圖1A所繪示者相同的是，每一磁通集中器110沿著第一方向D1延伸，且這些磁通集中器110沿著第二方向D2排列。在本實施例中，第一方向D1與第二方向D2實質上平行於基板130。這些單方向磁感測器120分別配置於這些磁通集中器110之間的位置的下方(例如單方向磁感測器120a)、這些磁通集中器110之排列於第二方向D2上的兩側的位置的下方(例如單方向磁感測器120b)及這些磁通集中器110的下方，例如正下方(例如單方向磁感測器120c)。至此，即完成磁場感測模組100的製作。

在本實施例的磁場感測模組的製作方法中，由於是將一磁感測多層膜結構150蝕刻成多個彼此分離的單方向磁感測器120，再搭配磁通集中器110的形成，以完成多軸向磁場感測模組100的製作。因此，此製作方法可利用較為簡易的製作過程製作出可達到多軸向磁場感測的磁場感測模組，進而節省製程時間及製作成本。此外，在本實施例的磁場感測模組的製作方法中，可利 用單一晶圓的製程，就可完成磁場感測模組100的製作。因此，相較於習知技術使用二個以上的晶圓的製程來製作多軸向磁場感測模組，本實施例的磁場感測模組的製作方法能利用較簡單的製程及較低的製作成本來製作出多軸向的磁場感測模組。

值得注意的是，第一惠司同電橋、第二惠司同電橋及第三惠司同電橋的電路連接方式並不以上述實施例所描述的為限，在相同的元件配置形式下，亦可採用不同的電路連接方式來形成第一惠司同電橋、第二惠司同電橋及第三惠司同電橋，但所達到的功能與效果是相同或類似的，以下舉出本發明的另一實施例來說明此點。

圖10A繪示當平行於x方向的外來磁場施加於用以感測平行於x方向的磁場之本發明之另一實施例之磁場感測模組的電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖10B繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖10A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖10C繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖10A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖11A繪示當平行於x方向的外來磁場施加於用以感測平行於z方向的磁場之本發明之另一實施例之磁場感測模組的電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖11B繪示當平行於y方向的外來磁場施加於圖11A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。圖11C繪示當平行於z方向的外來磁場施加於圖11A之電路架構時，單方向磁感測器的電阻變化。

請參照圖10A至圖10C及圖11A至圖11C，本實施例之圖10A至圖10C之第一惠司同電橋的功能類似於圖4A之第一惠司同電橋的功能，且本實施例之圖11A至圖11C的第三惠司同電橋的功能類似於圖6A之第三惠司同電橋的功能，而其差異如下所述。在圖10A至圖10C之第一惠司同電橋中，電壓供應端VDD經由單方向磁感測器120b1連接至電壓輸出端V_1X，且電壓輸出端V_1X經由單方向磁感測器120b2連接至接地端GND。另一方面，電壓供應端VDD經由單方向磁感測器120b3連接至電壓輸出端V_2X，且電壓輸出端V_2X經由單方向磁感測器120b4連接至接地端GND。在圖10A中，由於單方向磁感測器120b1的電阻大於單方向磁感測器120b3的電阻，但單方向磁感測器120b2的電阻小於單方向磁感測器120b4的電阻，因此電壓輸出端V_1X的電壓小於電壓輸出端V_2X的電壓，所以電壓輸出端V_1X與電壓輸出端V_2X之間的電壓差會形成對應於外來磁場的分量B_X的訊號。在圖10B中，由於四個單方向磁感測器120b1~120b4的電阻皆下降，因此電壓輸出端V_1X與電壓輸出端V_2X之間的電壓差為0，而沒有訊號產生。在圖10C中，由於單方向磁感測器120b1與120b2的電阻皆下降，且單方向磁感測器120b3與120b4的電阻皆下降，所以單方向磁感測器120b1與單方向磁感測器120b2的比例實質上等於單方向磁感測器120b3與單方向磁感測器120b4的比例，因此因此電壓輸出端V_1X與電壓輸出端V_2X之間的電壓差為0，而沒有訊號產生。所以，如圖10A之第一惠司同電橋也可實現x方向的 感測。

在圖11A至圖11C的第三惠司同電橋中，電壓供應端VDD經由單方向磁感測器120b1連接至電壓輸出端V_1Z，且電壓輸出端V_1Z經由單方向磁感測器120b4連接至接地端GND。另一方面，電壓供應端VDD經由單方向磁感測器120b3連接至電壓輸出端V_2Z，且電壓輸出端V_2Z經由單方向磁感測器120b4連接至接地端GND。在圖11A中，單方向磁感測器120b1與120b4的電阻皆上升，而單方向磁感測器120b3及120b2的電阻皆下降，因此單方向磁感測器120b1與單方向磁感測器120b4的比例實質上相等於單方向磁感測器120b3與單方向磁感測器120b2的比例，因此電壓輸出端V_1Z與電壓輸出端V_2Z的電壓實質上相等。所以，電壓輸出端V_1Z與電壓輸出端V_2Z之間的電壓差為0而沒有訊號輸出。在圖11B中，四個單方向磁感測器120b1~120b4的電阻皆下降，因此電壓輸出端V_1Z與電壓輸出端V_2Z之間的電壓差為0而沒有訊號輸出。在圖11C中，單方向磁感測器120b1的電阻大於單方向磁感測器120b3的電阻，而單方向磁感測器120b4的電阻小於單方向磁感測器120b2的電阻，因此電壓輸出端V_1Z的電壓小於電壓輸出端V_2Z的電壓，所以電壓輸出端V_1Z與電壓輸出端V_2Z之間的電壓差會形成對應於外來磁場的分量B_Z的訊號。因此，圖11A至圖11C所繪示的第三惠司同電橋亦可用以感測z方向的磁場。

綜上所述，在本發明的實施例的磁場感測模組中，由於 藉由磁通集中器來使外來磁場彎曲，因此多個單方向磁感測器的感測方向可以實質上相同，所以此磁場感測模組可以在較為簡化的架構下達到多軸向的磁場感測，進而降低磁場感測模組的製作困難度及成本。在本發明的實施例的量測方法中，由於藉由改變外來磁場的磁場分佈的方式以將外來磁場轉換至同一方向，因此能夠以在同一方向感測外來磁場的方式就能夠在實際上達到多個軸向的磁場感測。因此，此量測方法可藉由較為簡易的方式達到多個軸向的磁場感測。在本發明的實施例的磁場感測模組的製作方法中，由於是將一磁感測多層膜結構蝕刻成多個彼此分離的單方向磁感測器，再搭配磁通集中器的形成，以完成多軸向磁場感測模組的製作。因此，此製作方法可利用較為簡易的製作過程製作出可達到多軸向磁場感測的磁場感測模組。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧磁場感測模組

110‧‧‧磁通集中器

120、120a、120b、120c‧‧‧單方向磁感測器

130‧‧‧基板

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

S‧‧‧感測方向

x、y、z‧‧‧方向

Claims (23)

1. 一種磁場感測模組，包括：多個磁通集中器，每一該磁通集中器沿著一第一方向延伸，且該些磁通集中器沿著一第二方向排列；以及多個單方向磁感測器，分別配置於對應至該些磁通集中器之間的位置及對應至該些磁通集中器之排列於該第二方向上的兩側的位置，其中該些單方向磁感測器的感測方向實質上相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測模組，其中該些單方向磁感測器的感測方向實質上平行於該第二方向。
3. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測模組，其中該第一方向實質上垂直於該第二方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測模組，其中部分的該些單方向磁感測器配置於該些磁通集中器在一第三方向上的一側，其中該第三方向實質上垂直於該第一方向與該第二方向。
5. 如申請專利範圍第4項所述的磁場感測模組，其中部分配置於對應至該些磁通集中器之排列於該第二方向上的兩側的位置的該些單方向磁感測器耦接成一第一惠司同電橋，且用以感測一外來磁場於該第一方向上的分量。
6. 如申請專利範圍第5項所述的磁場感測模組，其中配置於對應至該些磁通集中器之間的位置及配置於該些磁通集中器在該第三方向上的一側的該些單方向磁感測器耦接成一第二惠司同電橋，且用以感測該外來磁場於該第二方向上的分量。
7. 如申請專利範圍第6項所述的磁場感測模組，其中另一部分配置於對應至該些磁通集中器之排列於該第二方向上的兩側的位置的該些單方向磁感測器耦接成一第三惠司同電橋，且用以感測該外來磁場於該第三方向上的分量，其中在該第三惠司同電橋中耦接該些單方向磁感測器的順序不同於在該第一惠司同電橋中耦接該些單方向磁感測器的順序。
8. 如申請專利範圍第4項所述的磁場感測模組，其中配置於對應至該些磁通集中器之排列於該第二方向上的兩側的位置的該些單方向磁感測器藉由一第一導電路徑耦接成一第一惠司同電橋，且藉由一第二導電路徑耦接成一第三惠司同電橋，該第一惠司同電橋用以感測一外來磁場於該第一方向上的分量，該第三惠司同電橋用以感測該外來磁場於該第三方向上的分量，該第一導電路徑耦接該些單方向磁感測器的順序不同於該第二導電路徑耦接該些單方向磁感測器的順序。
9. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測模組，更包括多個電阻器，其與配置於對應至該些磁通集中器之間的位置的該些單方向磁感測器耦接成一惠司同電橋，且用以感測一外來磁場於該第二方向上的分量。
10. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測模組，其中該些單方向磁感測器為巨磁阻感測器、穿隧磁阻感測器或其組合。
11. 如申請專利範圍第1項所述的磁場感測模組，其中該些磁通集中器的殘磁小於其飽和磁化量的10%。
12. 一種量測方法，用以量測一外來磁場，該量測方法包括：改變該外來磁場的磁場分佈，以將該外來磁場的在一第一方向上的分量、一第二方向上的分量及一第三方向上的分量在多個不同位置上至少有部分分量轉換至該第二方向；以及分別在該些不同位置感測該第二方向上的磁場大小，以量測出該外來磁場於該第一方向上的分量大小、於該第二方向上的分量大小及於該第三方向上的分量大小。
13. 如申請專利範圍第12項所述的量測方法，其中改變該外來磁場的磁場分佈的方法包括在該第二方向上排列多個磁通集中器，且每一該磁通集中器沿著該第一方向延伸。
14. 如申請專利範圍第13項所述的量測方法，其中該些不同位置包括對應至該些磁通集中器之間的位置及對應至該些磁通集中器之排列於該第二方向上的兩側的位置。
15. 如申請專利範圍第13項所述的量測方法，其中該些磁通集中器的殘磁小於其飽和磁化量的10%。
16. 如申請專利範圍第12項所述的量測方法，其中該第一方向、該第二方向及該第三方向彼此實質上垂直。
17. 如申請專利範圍第12項所述的量測方法，其中分別在該些不同位置感測該第二方向上的磁場大小，以量測出該外來磁場於該第一方向上的分量大小、於該第二方向上的分量大小及於該第三方向上的分量大小的方法包括：在該些不同位置上分別設置多個單方向磁感測器，其中該些 單方向磁感測器的感測方向皆為該第二方向；以及選取該些單方向磁感測器的一第一部分耦接成一第一惠斯同電橋，選取該些單方向磁感測器的一第二部分耦接成一第二惠斯同電橋，選取該些單方向磁感測器的該第一部分耦接成一第三惠斯同電橋，且分別利用該第一惠斯同電橋、該第二惠斯同電橋及該第三惠斯同電橋量測出該外來磁場於該第一方向上的分量大小、於該第二方向上的分量大小及於該第三方向上的分量大小，其中在該第三惠司同電橋中耦接該些單方向磁感測器的順序不同於在該第一惠司同電橋中耦接該些單方向磁感測器的順序。
18. 如申請專利範圍第12項所述的量測方法，其中分別在該些不同位置感測該第二方向上的磁場大小，以量測出該外來磁場於該第一方向上的分量大小、於該第二方向上的分量大小及於該第三方向上的分量大小的方法包括：在該些不同位置上分別設置多個單方向磁感測器，其中該些單方向磁感測器的感測方向皆為該第二方向；以及選取該些單方向磁感測器的一第一部分耦接成一第一惠斯同電橋，選取該些單方向磁感測器的一第二部分耦接成一第二惠斯同電橋，選取該些單方向磁感測器的一第三部分耦接成一第三惠斯同電橋，且分別利用該第一惠斯同電橋、該第二惠斯同電橋及該第三惠斯同電橋量測出該外來磁場於該第一方向上的分量大小、於該第二方向上的分量大小及於該第三方向上的分量大小。
19. 一種磁場感測模組的製作方法，包括： 提供一基板；在該基板上形成一磁感測多層膜結構；蝕刻該磁感測多層膜結構的一第一部分，其中剩餘的該磁感測多層膜結構的一第二部分形成多個彼此分離的單方向磁感測器；形成一覆蓋該基板及該些單方向磁感測器的絕緣層；以及在該絕緣層上形成多個磁通集中器，其中每一該磁通集中器沿著一第一方向延伸，該些磁通集中器沿著一第二方向排列，該些單方向磁感測器分別配置於該些磁通集中器之間的位置的下方、該些磁通集中器之排列於該第二方向上的兩側的位置的下方及該些磁通集中器的下方，且該些單方向磁感測器的感測方向實質上相同。
20. 如申請專利範圍第19項所述的磁場感測模組的製作方法，其中蝕刻該磁感測多層膜結構的該部分的方法包括：在該磁感測多層膜結構上形成一光阻層；圖案化該光阻層，以使經圖案化後的該光阻層具有曝露出該磁感測多層膜結構的該第一部分的開口，且使經圖案化後的該光阻層覆蓋該磁感測多層膜結構的該第二部分；以及使蝕刻物質穿透經圖案化後的該光阻層的該開口，以蝕刻該磁感測多層膜結構的該第一部分。
21. 如申請專利範圍第19項所述的磁場感測模組的製作方法，其中在該絕緣層上形成該些磁通集中器的方法包括： 在該絕緣層上形成一鐵磁性材料層；以及圖案化該鐵磁性材料層，以形成彼此分離的多個磁通集中器。
22. 如申請專利範圍第19項所述的磁場感測模組的製作方法，其中該第一方向與該第二方向實質上平行於該基板，且該第一方向實質上垂直於該第二方向。
23. 如申請專利範圍第19項所述的磁場感測模組的製作方法，其中在該基板上形成該磁感測多層膜結構的步驟包括：使該磁感測多層膜結構的感測方向實質上平行於該第二方向。