WO2015189023A1 - Magnetic field sensor arrangement, corresponding manufacturing method and operating method - Google Patents

Magnetic field sensor arrangement, corresponding manufacturing method and operating method Download PDF

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WO2015189023A1
WO2015189023A1 PCT/EP2015/061530 EP2015061530W WO2015189023A1 WO 2015189023 A1 WO2015189023 A1 WO 2015189023A1 EP 2015061530 W EP2015061530 W EP 2015061530W WO 2015189023 A1 WO2015189023 A1 WO 2015189023A1
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hall sensor
magnetic field
region
sensor
field sensor
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PCT/EP2015/061530
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Christian Patak
Achim BREITLING
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10B61/00Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N52/01Manufacture or treatment
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01R33/07Hall effect devices
    • G01R33/072Constructional adaptation of the sensor to specific applications

Definitions

  • Magnetic field sensor arrangement corresponding manufacturing method
  • the present invention relates to a magnetic field sensor arrangement, a corresponding production method and an operating method.
  • PRIOR ART DE 10 2008 042 800 A1 discloses a device for measuring the direction and / or strength of a magnetic field.
  • the device is arranged on a substrate.
  • a Hall sensor is arranged, which is provided to detect a magnetic field component in the z-direction, which acts substantially perpendicular to the surface of the substrate.
  • two fluxgate sensors are provided to detect a magnetic field component in the X-Y plane of the
  • the Hall sensor is provided in this device on or in a silicon substrate, whereas the two fluxgate sensors are manufactured separately by micromechanical components and subsequently fixed on the surface of the silicon substrate.
  • DE 10 2012 209 232 A1 describes a magnetic field sensor having a first magnetic sensor core for measuring a magnetic field in a first measuring direction and a second magnetic sensor core for measuring a magnetic field in a second measuring direction, wherein the first and second magnetic sensor cores have a common magnetic anisotropy.
  • the sensor cores are components of flip-core fluxgate sensors, which are suitable for detecting magnetic fields in the wafer plane.
  • No. 6,536,123 B1 describes a magnetic field sensor with two fluxgate sensors and a Hall sensor, wherein a hybrid IC is used to evaluate the sensor signals. It is well known that Hall-effect sensors can be fabricated on a substrate with Ill-V semiconductor materials.
  • US Pat. No. 6,803,638 discloses an InSb Hall sensor which is deposited on a GaAs substrate by molecular beam epitaxy.
  • the present invention provides a magnetic field sensor arrangement according to claim 1, a corresponding manufacturing method according to claim 1 1 and an operating method according to claim 13. Preferred developments are the subject of the respective subclaims. Advantages of the invention
  • the idea underlying the present invention is to provide at least one Hall sensor region formed of an III-V semiconductor material above an ASIC substrate.
  • the magnetic field sensor arrangement according to the invention according to claim 1 and the corresponding manufacturing method according to claim 1 1 allow a direct
  • the Hall sensor region formed from the III-V semiconductor material in particular an InSb (indium antimonide) semiconductor region over an ASIC wafer substrate.
  • Ill-V semiconductor material can be directly on a
  • Integrating evaluation wafer of the magnetic field sensor arrangement This allows a smaller size, lower costs, lower power consumption and a higher data rate.
  • the Hall sensor region according to the present invention provides a substantially improved performance. Due to the possible integration of further sensor areas, such as magnetic core areas and magnetic coil devices for fluxgate sensor devices, a compact multidimensional, in particular three-dimensional, magnetic field sensor arrangement with a small housing size can be created.
  • the Hall sensor region is formed from InSb. This material can be particularly controlled by applying sputtering.
  • the Hall sensor region has a layer sequence with material layers of different crystal grain size. This promotes adhesion and cohesion of the Hall sensor area on the substrate.
  • first layers with a first crystal grain size alternating first layers with a first crystal grain size and second layers with a second
  • Crystal grain size is formed, wherein the second crystal grain size is substantially smaller than the first crystal grain size. This leads to an advantageous toothing of the layers
  • Fluxgate sensor device comprising a magnetic core region formed from a ferromagnetic material and a magnetic coil device, embedded in the insulation layer arrangement applied to the front side, wherein the
  • Insulation layer arrangement guided second conductor path means is electrically connected to a fluxgate sensor evaluation circuit means formed in the ASIC substrate.
  • a combination sensor arrangement can be formed, for example an SD sensor.
  • the Hall sensor device and the Fluxgatesensor are identical to each other.
  • Insulating layer arrangement embedded. This enables good insulation and easy processability.
  • the Hall sensor region is arranged above or below adjacent to an end of the magnetic core region.
  • a dual function of the Hall sensor device can be realized, which allows a gain in space.
  • a magnetic field flux concentrator region formed from a ferromagnetic material is embedded in the insulation layer arrangement above or below the Hall sensor region. This increases the measurement performance.
  • the magnetic flux concentrator region is formed as a hollow cylinder whose cylinder axis is substantially perpendicular to the Hall sensor region. This allows a favorable field distribution.
  • the magnetic core region and / or the Flußkonzentrator Scheme of Ni / Fe / Al is formed.
  • This material can be controlled using thin-film technology.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a magnetic field sensor device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the magnetic field sensor device according to the embodiment of the present invention taken along the line A-A 'in FIG. 1;
  • FIG. Fig. 3 is a schematic enlarged cross-sectional view of
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a magnetic field sensor arrangement according to FIG.
  • Fig. 5a is a schematic enlarged cross-sectional view of a
  • Hall sensor area of a magnetic field sensor arrangement according to a third embodiment of the present invention.
  • Magnetic field sensor arrangement according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a magnetic field sensor device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the magnetic field sensor device according to the embodiment of the present invention taken along the line A-A 'in FIG. 1.
  • reference numeral AC denotes an ASIC substrate, in particular
  • Wafer substrate with a front VS and a back RS.
  • Hall sensor device H which has a Hall sensor region HS formed from a 111 V semiconductor material, here of InSb (indium antimonide), is in an applied on the front side VS insulation layer arrangement with a plurality of insulating layers I0, 11, 12, 13, for example of oxide embedded.
  • InSb indium antimonide
  • conductor track layers are deposited and patterned within the insulation layer arrangement 10, 11, 12, 13 and corresponding vias are formed for the plated-through holes.
  • the conductor track device L2 is shown only schematically in FIGS. 1 and 2 for reasons of clarity and in fact has a plurality of conductor tracks which are required for the functions of the Hall sensor device H.
  • two fluxgate sensor devices F1, F2 are embedded in the insulation layer arrangement 10, 11, 12, 13 applied to the front side VS.
  • a first fluxgate sensor device F1 which has a first magnetic core region FC1 and a first magnetic coil device SE1.
  • the magnet coil devices SE1, SE2 usually have an excitation coil and a pick-up coil.
  • Magnet coil devices SE1, SE2 via a through the insulating layers I0, 11 of the insulating layer arrangement I0, 11, 12, 13 guided second conductor track device L1 electrically connected to a Fluxgatesensor- evaluation circuit 100 formed in the ASIC substrate AC.
  • the conductor track devices L1, L2 are made of aluminum, for example.
  • the magnetic field sensor arrangement shown in FIGS. 1 and 2 is thus a
  • Hall sensor device H measures the magnetic field component in the z-direction.
  • the ASIC substrate AC forms the basis.
  • On the ASIC substrate AC is a first
  • Insulation layer applied I0 which, for example, of silicon oxide or
  • the ferromagnetic material of the magnetic core regions FC1, FC2 is applied to the first insulating layer 10 by thin-film technology and patterned, for example Ni / Fe / Al
  • a second insulating layer 11 is applied, in which the structured magnetic core areas FC1, FC2 are embedded.
  • the III-V semiconductor material for the Hall sensor region HS is formed by a sputtering method multilayer applied and structured. This Hall sensor area HS is then embedded in a third insulation layer 12 and finally a fourth insulation layer 13 is deposited, which insulates the structure towards the top. Not shown and described are the known process steps of
  • Fig. 3 shows a schematic enlarged cross-sectional view of
  • Hall sensor portion of the magnetic field sensor device according to the first embodiment of the present invention.
  • the Hall sensor area HS is formed by a layer sequence S1, SS1, S2, SS2, S3, etc. with material layers
  • a typical range of variation for the sputtering temperature is 250 to 450 ° C.
  • first layers S1, S2, S3 having a first crystal grain size and second layers SS1, SS2 having a second crystal grain size are alternately formed on a start layer ST of InSb, the second crystal grain size being substantially smaller than the first crystal grain size.
  • Crystal grain sizes for the first and second layers are 5-50nm and 500-1000nm.
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a magnetic field sensor arrangement according to a second embodiment of the present invention.
  • the ASIC chip is designated by reference AC.
  • Embedded on its front VS is a single
  • Insulation layers 10, 11, 12, 13 are analogous to the first described above
  • Fluxgatesensoreinnchtung FO possible because you can use the Hall sensor device H 'for detecting a flux change after excitation of Fluxgatesensoreinnchtung FO.
  • the moment of the remagnetization of the magnetic core region FCO is detected on the basis of the change in the magnetic field in the z direction detected by the Hall sensor device H '.
  • This embodiment has the advantage that the component can be made smaller.
  • Fig. 5a shows a schematic enlarged cross-sectional view of a
  • a magnetic field flux concentrator region FLC formed of a ferromagnetic material is located above, possibly also below, adjacent to the Hall sensor region HS "in FIG Insulation layer arrangement 10, 11, 12, 13, 14, 15 embedded.
  • Flux concentrator area FLC is provided in the form of a hollow cylinder with a cavity HL, wherein the cylinder axis is substantially perpendicular to the Hall sensor area HS ".
  • the preparation of the Flußkonzentrator Systems FLC is preferably done by a thin-film deposition with the same material as that for the
  • Magnetic core regions SE1, SE2 of Fluxgatesensor occasionally for example Ni / Fe / Al (nickel / iron / aluminum).
  • Insulation layer 14 etched a hole and deposited over a Ni / Fe / Al layer and etched back. To isolate the structure upwards here serves a fifth insulating layer 15th
  • the Hall sensor areas are substantially parallel to the front side VS, they can by appropriate
  • Insulation layer stack are provided to be made sensitive to magnetic fields in the x, y plane.
  • the geometries of the embodiments presented above in particular the geometries of the Hall sensor regions, can be varied as required.
  • the present invention is not limited to the III-V semiconductor material InSb but is applicable to any III-V semiconductor materials which are Hall-sensitive.
  • the magnetic coil devices SE1, SE2 each comprise a first and a second coil device, which serve for excitation or for pick-up.
  • a second coil device which serve for excitation or for pick-up.
  • egg first coil which serves both for excitation and for pick-up to provide.

Abstract

The present invention relates to a magnetic field sensor arrangement, to a corresponding manufacturing method and to an operating method. The magnetic field sensor arrangement comprises an ASIC substrate (AC; AC) having a front face (VS) and a rear face (RS) and a hall sensor device (H; Η'; H") which has a hall sensor region (HS; HS'; HS") that consists of a III-V semiconductor material, said region being embedded in an insulation layer arrangement (I0, I1, I2, I3; I0, I1, I2, I3, I4, I5) applied to the front face (VS). The hall sensor region (HS; HS'; HS") is electrically connected to a hall sensor evaluation circuit device (101) formed in the ASIC substrate (AC; AC'), via a conductor unit (L2) guided through the insulation layer arrangement (I0, I1, I2, I3; I0, I1, I2, I3, I4, I5).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Magnetfeldsensoranordnung, entsprechendes Herstellungsverfahren und Magnetic field sensor arrangement, corresponding manufacturing method and
Betriebsverfahren Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetfeldsensoranordnung, ein entsprechendes Herstellungsverfahren sowie ein Betriebsverfahren. Operating Method The present invention relates to a magnetic field sensor arrangement, a corresponding production method and an operating method.
Stand der Technik Aus der DE 10 2008 042 800 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung von Richtung und/oder Stärke eines Magnetfeldes bekannt. Die Vorrichtung ist dabei auf einem Substrat angeordnet. Auf der Oberfläche des Substrats ist ein Hallsensor angeordnet, welcher dazu vorgesehen ist eine Magnetfeldkomponente in z-Richtung nachzuweisen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Substrats wirkt. Des Weiteren sind zwei Fluxgatesensoren vorgesehen, um eine Magnetfeldkomponente in der X-Y Ebene desPRIOR ART DE 10 2008 042 800 A1 discloses a device for measuring the direction and / or strength of a magnetic field. The device is arranged on a substrate. On the surface of the substrate, a Hall sensor is arranged, which is provided to detect a magnetic field component in the z-direction, which acts substantially perpendicular to the surface of the substrate. Furthermore, two fluxgate sensors are provided to detect a magnetic field component in the X-Y plane of the
Substrats nachzuweisen. Zusammen mit dem Hallsensor können somit drei Komponenten in allen drei Raumrichtungen bestimmt werden. Demonstrate substrate. Together with the Hall sensor thus three components in all three spatial directions can be determined.
Der Hallsensor wird bei dieser Vorrichtung auf oder in einem Siliziumsubstrat vorgesehen, wohingegen die zwei Fluxgatesensoren separat durch mikromechanische Bauelemente hergestellt und nachfolgend auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats befestigt werden. The Hall sensor is provided in this device on or in a silicon substrate, whereas the two fluxgate sensors are manufactured separately by micromechanical components and subsequently fixed on the surface of the silicon substrate.
Die DE 10 2012 209 232 A1 beschreibt einen Magnetfeldsensor mit einem ersten magnetischen Sensorkern zum Messen eines Magnetfelds in einer ersten Messrichtung und einem zweiten magnetischen Sensorkern zum Messen eines Magnetfelds in einer zweiten Messrichtung, wobei der erste und zweite magnetische Sensorkern eine gemeinsame magnetische Anisotropie aufweisen. Die Sensorkerne sind Bestandteile von Flipcore-Fluxgatesensoren, welche geeignet sind, Magnetfelder in der Waferebene zu detektieren. Die US 6,536,123 B1 beschreibt einen Magnetfeldsensor mit zwei Fluxgatesensoren und einem Hallsensor, wobei ein Hybrid -IC zur Auswertung der Sensorsignale verwendet wird. Es ist allgemein bekannt, dass mit Ill-V-Halbleitermaterialien Hallsensoren auf einem Substrat hergestellt werden können. Aus der US 6,803,638 ist ein InSb-Hallsensor bekannt, der auf einem GaAs-Substrat durch Molekularstrahlepitaxie abgeschieden wird. DE 10 2012 209 232 A1 describes a magnetic field sensor having a first magnetic sensor core for measuring a magnetic field in a first measuring direction and a second magnetic sensor core for measuring a magnetic field in a second measuring direction, wherein the first and second magnetic sensor cores have a common magnetic anisotropy. The sensor cores are components of flip-core fluxgate sensors, which are suitable for detecting magnetic fields in the wafer plane. No. 6,536,123 B1 describes a magnetic field sensor with two fluxgate sensors and a Hall sensor, wherein a hybrid IC is used to evaluate the sensor signals. It is well known that Hall-effect sensors can be fabricated on a substrate with Ill-V semiconductor materials. US Pat. No. 6,803,638 discloses an InSb Hall sensor which is deposited on a GaAs substrate by molecular beam epitaxy.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 1 , ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 1 sowie ein Betriebsverfahren nach Anspruch 13. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Vorteile der Erfindung The present invention provides a magnetic field sensor arrangement according to claim 1, a corresponding manufacturing method according to claim 1 1 and an operating method according to claim 13. Preferred developments are the subject of the respective subclaims. Advantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, zumindest einen aus einem Ill-V-Halbleitermaterial gebildeten Hallsensorbereich oberhalb eines ASIC- Substrats vorzusehen. The idea underlying the present invention is to provide at least one Hall sensor region formed of an III-V semiconductor material above an ASIC substrate.
Die erfindungsgemäße Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 1 und das entsprechende Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 1 erlauben eine direkte The magnetic field sensor arrangement according to the invention according to claim 1 and the corresponding manufacturing method according to claim 1 1 allow a direct
Abscheidung des aus dem Ill-V-Halbleitermaterial gebildeten Hallsensorbereichs, insbesondere eines InSb (Indiumantimonid)-Halbleiterbereichs über einem ASIC- Wafersubstrat. Somit lässt sich das Ill-V-Halbleitermaterial direkt auf einem Deposition of the Hall sensor region formed from the III-V semiconductor material, in particular an InSb (indium antimonide) semiconductor region over an ASIC wafer substrate. Thus, the Ill-V semiconductor material can be directly on a
Auswertewafer der Magnetfeldsensoranordnung integrieren. Dies ermöglicht eine kleinere Baugröße, geringere Kosten, einen geringeren Stromverbrauch sowie eine höhere Daten rate. Integrating evaluation wafer of the magnetic field sensor arrangement. This allows a smaller size, lower costs, lower power consumption and a higher data rate.
Gegenüber einem in einen Siliziumwafer integrierten Hallsensorbereich liefert der Hallsensorbereich gemäß der vorliegenden Erfindung eine wesentlich verbesserte Performance. Durch die mögliche Integration weiterer Sensorbereiche, wie z.B. Magnetkernbereiche und Magnetspuleneinrichtungen für Fluxgatesensoreinrichtungen kann eine kompakte mehrdimensionale, insbesondere dreidimensionale, Magnetfeldsensoranordnung mit geringer Gehäusegröße geschaffen werden. In contrast to a Hall sensor region integrated in a silicon wafer, the Hall sensor region according to the present invention provides a substantially improved performance. Due to the possible integration of further sensor areas, such as magnetic core areas and magnetic coil devices for fluxgate sensor devices, a compact multidimensional, in particular three-dimensional, magnetic field sensor arrangement with a small housing size can be created.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hallsensorbereich aus InSb gebildet. Dieses Material läßt sich besonders kontrolliert durch Sputtern aufbringen. According to a preferred embodiment, the Hall sensor region is formed from InSb. This material can be particularly controlled by applying sputtering.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Hallsensorbereich eine Schichtenfolge mit Materialschichten unterschiedlicher Kristallkorngröße auf. Dies fördert die Haftung und den Zusammenhalt des Hallsensorbereich auf dem Substrat. According to a further preferred embodiment, the Hall sensor region has a layer sequence with material layers of different crystal grain size. This promotes adhesion and cohesion of the Hall sensor area on the substrate.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind abwechselnd erste Schichten mit einer ersten Kristallkorngröße und zweite Schichten mit einer zweiten According to a further preferred embodiment, alternating first layers with a first crystal grain size and second layers with a second
Kristallkorngröße gebildet, wobei die zweite Kristallkorngröße wesentlich kleiner als die erste Kristallkorngröße ist. Dies führt zu einer vorteilhaften Verzahnung der Schichten Crystal grain size is formed, wherein the second crystal grain size is substantially smaller than the first crystal grain size. This leads to an advantageous toothing of the layers
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine According to a further preferred embodiment, at least one
Fluxgatesensoreinrichtung, welche einen aus einem ferromagnetischen Material gebildeten Magnetkernbereich und eine Magnetspuleneinrichtung aufweist, in die auf die Vorderseite aufgebrachte Isolationsschichtenanordnung eingebettet, wobei der Fluxgate sensor device comprising a magnetic core region formed from a ferromagnetic material and a magnetic coil device, embedded in the insulation layer arrangement applied to the front side, wherein the
Magnetkernbereich und die Magnetspuleneinrichtung über eine durch die Magnetic core region and the solenoid device via a through the
Isolationsschichtenanordnung geführte zweite Leiterbahneinrichtung elektrisch mit einer im ASIC-Substrat gebildeten Fluxgatesensor-Auswerteschaltungseinrichtung verbunden ist. So läßt sich eine Kombi-Sensoranordnung bilden, beispielsweise ein SD-Insulation layer arrangement guided second conductor path means is electrically connected to a fluxgate sensor evaluation circuit means formed in the ASIC substrate. Thus, a combination sensor arrangement can be formed, for example an SD sensor.
Magnetsensor. Magnetic sensor.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Hallsensoreinrichtung und die Fluxgatesensoreinrichtung in verschiedenen Ebenen der According to a further preferred embodiment, the Hall sensor device and the Fluxgatesensoreinrichtung in different levels of
Isolationsschichtenanordnung eingebettet. Dies ermöglicht eine gute Isolation und eine einfache Prozessierbarkeit. Insulating layer arrangement embedded. This enables good insulation and easy processability.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hallsensorbereich oberhalb oder unterhalb benachbart zu einem Ende des Magnetkernbereichs angeordnet. So läßt sich eine Doppelfunktion der Hallsensoreinrichtung realisieren, die einen Platzgewinn ermöglicht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein aus einem ferromagnetischen Material gebildeter Magnetfeld-Flußkonzentratorbereich oberhalb oder unterhalb benachbart zum Hallsensorbereich in die Isolationsschichtenanordnung eingebettet. Dies erhöht die Messperformance. According to a further preferred embodiment, the Hall sensor region is arranged above or below adjacent to an end of the magnetic core region. Thus, a dual function of the Hall sensor device can be realized, which allows a gain in space. According to a further preferred embodiment, a magnetic field flux concentrator region formed from a ferromagnetic material is embedded in the insulation layer arrangement above or below the Hall sensor region. This increases the measurement performance.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Magnetfeld- Flußkonzentratorbereich als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Zylinderachse im wesentlichen senkrecht zum Hallsensorbereich steht. Dies ermöglicht eine günstige Feldverteilung. According to a further preferred embodiment, the magnetic flux concentrator region is formed as a hollow cylinder whose cylinder axis is substantially perpendicular to the Hall sensor region. This allows a favorable field distribution.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Magnetkernbereich und/oder der Flußkonzentratorbereich aus Ni/Fe/Al gebildet. Dieses Material läßt sich kontrolliert in Dünnschichttechnik verarbeiten. According to a further preferred embodiment, the magnetic core region and / or the Flußkonzentratorbereich of Ni / Fe / Al is formed. This material can be controlled using thin-film technology.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings.
Es zeigen Show it
Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Magnetfeldsensoranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 is a schematic plan view of a magnetic field sensor device according to a first embodiment of the present invention;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung der Magnetfeldsensoranordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A' in Fig. 1 ; Fig. 3 eine schematische vergrößerte Querschnittsdarstellung des FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the magnetic field sensor device according to the embodiment of the present invention taken along the line A-A 'in FIG. 1; FIG. Fig. 3 is a schematic enlarged cross-sectional view of
Hallsensorbereichs der Magnetfeldsensoranordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;  Hall sensor portion of the magnetic field sensor device according to the first embodiment of the present invention;
Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer Magnetfeldsensoranordnung gemäß 4 is a schematic plan view of a magnetic field sensor arrangement according to FIG
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 5a) eine schematische vergrößerte Querschnittsdarstellung einessecond embodiment of the present invention; Fig. 5a) is a schematic enlarged cross-sectional view of a
Hallsensorbereichs einer Magnetfeldsensoranordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und eine schematische Draufsicht des Hallsensorbereichs der Hall sensor area of a magnetic field sensor arrangement according to a third embodiment of the present invention; and a schematic plan view of the Hall sensor area of
Magnetfeldsensoranordnung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.  Magnetic field sensor arrangement according to the third embodiment of the present invention.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical
Elemente. Elements.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Magnetfeldsensoranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der Magnetfeldsensoranordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der Linie A-A' in Fig. 1. 1 is a schematic plan view of a magnetic field sensor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the magnetic field sensor device according to the embodiment of the present invention taken along the line A-A 'in FIG. 1.
In Fig. 1 und 2 bezeichnet Bezugszeichen AC ein ASIC-Substrat, insbesondere In Figs. 1 and 2, reference numeral AC denotes an ASIC substrate, in particular
Wafersubstrat, mit einer Vorderseite VS und einer Rückseite RS. Eine Wafer substrate, with a front VS and a back RS. A
Hallsensoreinrichtung H, welche einen aus einem 111-V-Halbleitermaterial gebildeten Hallsensorbereich HS, hier aus InSb (Indiumantimonid), aufweist, ist in einer auf der Vorderseite VS aufgebrachte Isolationsschichtenanordnung mit einer Mehrzahl von Isolationsschichten I0, 11 , 12, 13, beispielsweise aus Oxid, eingebettet.  Hall sensor device H, which has a Hall sensor region HS formed from a 111 V semiconductor material, here of InSb (indium antimonide), is in an applied on the front side VS insulation layer arrangement with a plurality of insulating layers I0, 11, 12, 13, for example of oxide embedded.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Hallsensorbereich HS über eine durch die As can be seen from Fig. 2, the Hall sensor area HS via a through the
Isolationsschichten I0, 11 , 12 der Isolationsschichtenanordnung I0, 11 , 12, 13 geführte erste Leiterbahneinrichtung L2 elektrisch mit einer im ASIC-Substrat AC gebildeten Hallsensor- Auswerteschaltungseinrichtung 101 verbunden. Insulating layers I0, 11, 12 of the insulating layer arrangement I0, 11, 12, 13 guided first conductor track device L2 electrically connected to a Hall sensor in the ASIC substrate evaluation circuit 101 formed.
Dazu werden innerhalb der Isolationsschichtenanordnung I0, 11 , 12, 13 (nicht dargestellte) Leiterbahnschichten abgeschieden und strukturiert sowie entsprechende Vias für die Durchkontaktierungen gebildet. Die Leiterbahneinrichtung L2 ist in Fig. 1 und 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur schematisch dargestellt und weist tatsächlich eine Mehrzahl von Leiterbahnen auf, welche für die Funktionen der Hallsensoreinrichtung H erforderlich sind. Des Weiteren sind zwei Fluxgatesensoreinrichtungen F1 , F2 in die auf die Vorderseite VS aufgebrachte Isolationsschichtenanordnung I0, 11 , 12, 13 eingebettet. For this purpose, conductor track layers (not shown) are deposited and patterned within the insulation layer arrangement 10, 11, 12, 13 and corresponding vias are formed for the plated-through holes. The conductor track device L2 is shown only schematically in FIGS. 1 and 2 for reasons of clarity and in fact has a plurality of conductor tracks which are required for the functions of the Hall sensor device H. Furthermore, two fluxgate sensor devices F1, F2 are embedded in the insulation layer arrangement 10, 11, 12, 13 applied to the front side VS.
Beim vorliegenden Beispiel ist eine erste Fluxgatesensoreinrichtung F1 vorgesehen, welche einen ersten Magnetkernbereich FC1 und eine erste Magnetspuleneinrichtung SE1 aufweist. Eine zweite Fluxgatesensoreinrichtung F2, welche orthogonal zur ersten Fluxgatesensoreinrichtung F1 angeordnet ist, weist einen zweiten Magnetkernbereich FC2 und eine zweite Magnetspuleneinrichtung SE2 auf. Die Magnetspuleneinrichtungen SE1 , SE2 weisen üblicherweise eine Anregungsspule und eine Pick-Up-Spule auf. In the present example, a first fluxgate sensor device F1 is provided which has a first magnetic core region FC1 and a first magnetic coil device SE1. A second fluxgate sensor device F2, which is arranged orthogonal to the first fluxgate sensor device F1, has a second magnetic core region FC2 and a second magnetic coil device SE2. The magnet coil devices SE1, SE2 usually have an excitation coil and a pick-up coil.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Magnetkernbereiche FC1 , FC2 und die As can be seen from Fig. 2, the magnetic core portions FC1, FC2 and the
Magnetspuleneinrichtungen SE1 , SE2 über eine durch die Isolationsschichten I0, 11 der Isolationsschichtenanordnung I0, 11 , 12, 13 geführte zweite Leiterbahneinrichtung L1 elektrisch mit einer im ASIC-Substrat AC gebildeten Fluxgatesensor- Auswerteschaltungseinrichtung 100 verbunden. Magnet coil devices SE1, SE2 via a through the insulating layers I0, 11 of the insulating layer arrangement I0, 11, 12, 13 guided second conductor track device L1 electrically connected to a Fluxgatesensor- evaluation circuit 100 formed in the ASIC substrate AC.
Die Leiterbahneinrichtungen L1 , L2 sind beispielsweise aus Aluminium hergestellt. The conductor track devices L1, L2 are made of aluminum, for example.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Magnetfeldsensoranordnung ist somit ein The magnetic field sensor arrangement shown in FIGS. 1 and 2 is thus a
dreidimensionaler Magnetfeldsensor, wobei die Fluxgatesensoreinrichtungen F1 , F2 die Magnetfeldkomponenten in x- bzw. y-Richtung messen, wohingegen die Three-dimensional magnetic field sensor, wherein the fluxgate sensor devices F1, F2 measure the magnetic field components in the x- and y-direction, whereas the
Hallsensoreinrichtung H die Magnetfeldkomponente in z-Richtung misst.  Hall sensor device H measures the magnetic field component in the z-direction.
Zur Herstellung der in Fig. 1 und 2 dargestellten Magnetfeldsensoranordnung bildet das ASIC-Substrat AC die Grundlage. Auf das ASIC-Substrat AC wird eine erste For the production of the magnetic field sensor arrangement shown in FIGS. 1 and 2, the ASIC substrate AC forms the basis. On the ASIC substrate AC is a first
Isolationsschicht I0 aufgebracht, welche beispielsweise aus Siliziumoxid oder Insulation layer applied I0, which, for example, of silicon oxide or
Siliziumnitrid besteht. In einem darauffolgenden Prozessschritt wird das ferromagnetische Material der Magnetkernbereiche FC1 , FC2 mittels Dünnschichttechnik auf die erste Isolationsschicht I0 aufgebracht und strukturiert, beispielsweise Ni/Fe/Al  Silicon nitride exists. In a subsequent process step, the ferromagnetic material of the magnetic core regions FC1, FC2 is applied to the first insulating layer 10 by thin-film technology and patterned, for example Ni / Fe / Al
(Nickel/Eisen/Aluminium). Anschließend wird eine zweite Isolationsschicht 11 aufgebracht, in die die strukturierten Magnetkernbereiche FC1 , FC2 eingebettet werden. Anschließend wird das Ill-V-Halbleitermaterial für den Hallsensorbereich HS durch ein Sputterverfahren mehrlagig aufgebracht und strukturiert. Dieser Hallsensorbereich HS wird dann in eine dritte Isolationsschicht 12 eingebettet und schließlich eine vierte Isolationsschicht 13 abgeschieden, welche die Struktur nach oben hin isoliert. Nicht dargestellt und beschrieben sind die an sich bekannten Verfahrensschritte des(Nickel / iron / aluminum). Subsequently, a second insulating layer 11 is applied, in which the structured magnetic core areas FC1, FC2 are embedded. Subsequently, the III-V semiconductor material for the Hall sensor region HS is formed by a sputtering method multilayer applied and structured. This Hall sensor area HS is then embedded in a third insulation layer 12 and finally a fourth insulation layer 13 is deposited, which insulates the structure towards the top. Not shown and described are the known process steps of
Bildens von Leiterbahnebenen und weiteren Isolationsebenen sowie von Vias zur Bildung der Leiterbahneinrichtungen L1 , L2 sowie die Schritte zum Bilden der ersten und zweiten Spuleneinrichtungen SE1 , SE2. Die Hallsensoreinrichtung H und die Fluxgatesensoreinrichtungen F1 , F2 sind somit in verschiedenen Ebenen der Isolationsschichtenanordnungen I0, 11 , 12, 13 eingebettet, was jedoch ggfs. nicht erforderlich ist. Forming conductor tracks and other isolation levels and vias to form the conductor tracks L1, L2 and the steps for forming the first and second coil devices SE1, SE2. The Hall sensor device H and the Fluxgatesensoreinrichtungen F1, F2 are thus embedded in different levels of the insulation layer arrangements I0, 11, 12, 13, which, however, if necessary. Not required.
Fig. 3 zeigt eine schematische vergrößerte Querschnittsdarstellung des Fig. 3 shows a schematic enlarged cross-sectional view of
Hallsensorbereichs der Magnetfeldsensoranordnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hall sensor portion of the magnetic field sensor device according to the first embodiment of the present invention.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird bei dieser Ausführungsform der Hallsensorbereich HS durch eine Schichtenfolge S1 , SS1 , S2, SS2, S3 usw. mit Materialschichten As can be seen from FIG. 3, in this embodiment, the Hall sensor area HS is formed by a layer sequence S1, SS1, S2, SS2, S3, etc. with material layers
unterschiedlicher Korngröße durch einen Sputterprozess gebildet, wobei die different grain size formed by a sputtering process, wherein the
unterschiedliche Korngröße insbesondere durch Temperaturvariationen beim Sputtern erreicht wird, um so eine möglichst glatte Morphologie zu erhalten. different grain size is achieved in particular by temperature variations during sputtering, so as to obtain the smoothest possible morphology.
Beim vorliegenden Beispiel ist ein typischer Variationsbereich für die Sputtertemperatur 250 bis 450°C. Dabei werden beim vorliegenden Beispiel auf eine Startschicht ST aus InSb abwechselnd erste Schichten S1 , S2, S3 mit einer ersten Kristallkorngröße und zweite Schichten SS1 , SS2 mit einer zweiten Kristallkorngröße gebildet, wobei die zweite Kristallkorngröße wesentlich kleiner als die erste Kristallkorngröße ist. Typische In the present example, a typical range of variation for the sputtering temperature is 250 to 450 ° C. Here, in the present example, first layers S1, S2, S3 having a first crystal grain size and second layers SS1, SS2 having a second crystal grain size are alternately formed on a start layer ST of InSb, the second crystal grain size being substantially smaller than the first crystal grain size. typical
Kristallkorngrößen für die ersten und zweiten Schichten sind 5-50nm und 500-1000nm. Crystal grain sizes for the first and second layers are 5-50nm and 500-1000nm.
Eine derartige glatte Morphologie des Hallelements bringt eine bessere Prozessierbarkeit für folgende Prozessebenen, da die Justiermarken sichtbar bleiben, sowie einen geringeren elektrischen Offset. Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht einer Magnetfeldsensoranordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist der ASIC-Chip mit Bezugszeichen AC bezeichnet. Auf seiner Vorderseite VS eingebettet ist eine einzige Such smooth morphology of the Hall element brings better processability for the following process levels, as the alignment marks remain visible, and a lower electrical offset. 4 shows a schematic plan view of a magnetic field sensor arrangement according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment according to FIG. 4, the ASIC chip is designated by reference AC. Embedded on its front VS is a single
Fluxgatesensoreinnchtung FO mit einem aus einem ferromagnetischen Material gebildeten Magnetkernbereich FCO und einer Magnetspuleneinrichtung SEO mit einer einzelnen Magnetspule, welche lediglich zur Anregung dient. Ein Hallsensorbereich HS' ist oberhalb oder unterhalb benachbart zu einem ersten Ende E1 des Magnetkernbereichs FCO angeordnet, wobei das zweite Ende mit Bezugszeichen E2 bezeichnet ist. Die Einbettung des Hallsensorbereichs HS' und der Fluxgatesensoreinnchtung FO mit dem Magnetkernbereich FCO und der Magnetspuleneinrichtung SEO in die Fluxgate sensor device FO with a magnetic core region FCO formed from a ferromagnetic material and a magnet coil device SEO with a single magnet coil which merely serves for excitation. A Hall sensor area HS 'is arranged above or below a first end E1 of the magnetic core area FCO, the second end being designated by reference E2. The embedding of the Hall sensor area HS 'and the Fluxgatesensoreinnchtung FO with the magnetic core area FCO and the solenoid coil SEO in the SEO
Isolationsschichten 10, 11 , 12, 13 erfolgt analog zur oben beschriebenen ersten Insulation layers 10, 11, 12, 13 are analogous to the first described above
Ausführungsform. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist eine Einsparung der Pick-up-Spule der Embodiment. In this second embodiment, a saving of the pick-up coil is the
Fluxgatesensoreinnchtung FO möglich, da man die Hallsensoreinrichtung H' zur Erfassung einer Flussänderung nach Anregung der Fluxgatesensoreinnchtung FO verwenden kann. Insbesondere wird dazu der Moment der Ummagnetisierung des Magnetkernbereichs FCO anhand der von der Hallsensoreinrichtung H' erfassten Änderung des Magnetfeldes in z-Richtung detektiert.  Fluxgatesensoreinnchtung FO possible because you can use the Hall sensor device H 'for detecting a flux change after excitation of Fluxgatesensoreinnchtung FO. In particular, the moment of the remagnetization of the magnetic core region FCO is detected on the basis of the change in the magnetic field in the z direction detected by the Hall sensor device H '.
Selbstverständlich ist es auch möglich, einen weiteren Hallsensorbereich an das zweite Ende E2 des Magnetkernbereichs FCO entweder oberhalb oder unterhalb davon zu platzieren, um die Messsensitivität bzw. Messgenauigkeit zu erhöhen. Of course, it is also possible to place a further Hall sensor region at the second end E2 of the magnetic core region FCO either above or below it in order to increase the measurement sensitivity or measurement accuracy.
Dies Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Bauteil kleiner gestaltet werden kann. This embodiment has the advantage that the component can be made smaller.
Fig. 5a) zeigt eine schematische vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Fig. 5a) shows a schematic enlarged cross-sectional view of a
Hallsensorbereichs einer Magnetfeldsensoranordnung gemäß einer dritten Hall sensor area of a magnetic field sensor arrangement according to a third
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 5b) zeigt eine schematischeEmbodiment of the present invention, and Fig. 5b) shows a schematic
Draufsicht des Hallsensorbereichs der Magnetfeldsensoranordnung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Top view of the Hall sensor area of the magnetic field sensor arrangement according to the third embodiment of the present invention.
Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist ein aus einem ferromagnetischen Material gebildeter Magnetfeld-Flusskonzentratorbereich FLC oberhalb, möglicherweise auch unterhalb, benachbart zum Hallsensorbereich HS" in die Isolationsschichtenanordnung 10, 11 , 12, 13, 14, 15 eingebettet. Der In the third embodiment shown in FIG. 5, a magnetic field flux concentrator region FLC formed of a ferromagnetic material is located above, possibly also below, adjacent to the Hall sensor region HS "in FIG Insulation layer arrangement 10, 11, 12, 13, 14, 15 embedded. Of the
Flusskonzentratorbereich FLC ist in Form eines Hohlzylinders mit einem Hohlraum HL vorgesehen, wobei die Zylinderachse im Wesentlichen senkrecht zum Hallsensorbereich HS" steht. Flux concentrator area FLC is provided in the form of a hollow cylinder with a cavity HL, wherein the cylinder axis is substantially perpendicular to the Hall sensor area HS ".
Die Herstellung des Flusskonzentratorbereichs FLC geschieht vorzugsweise durch eine Dünnschicht-Abscheidung mit demselben Material wie demjenigen für die The preparation of the Flußkonzentratorbereichs FLC is preferably done by a thin-film deposition with the same material as that for the
Magnetkernbereiche SE1 , SE2 der Fluxgatesensoreinrichtungen, also beispielsweise Ni/Fe/Al (Nickel/Eisen/Aluminium). Magnetic core regions SE1, SE2 of Fluxgatesensoreinrichtungen, so for example Ni / Fe / Al (nickel / iron / aluminum).
Hierzu wird in eine oberhalb der dritten Isolationsschicht aufgebrachte vierte For this purpose, in a fourth above the third insulating layer applied
Isolationsschicht 14 ein Loch geätzt und darüber eine Ni/Fe/Al-Schicht abgeschieden und zurückgeätzt. Zur Isolation der Struktur nach oben dient hier eine fünfte Isolationsschicht 15. Insulation layer 14 etched a hole and deposited over a Ni / Fe / Al layer and etched back. To isolate the structure upwards here serves a fifth insulating layer 15th
Das zusätzliche Vorsehen des Flusskonzentratorbereichs FLC bewirkt eine erhöhte Empfindlichkeit der Hallsensoreinrichtung H" sowie ein geringeres Rauschen. The additional provision of the Flußkonzentratorbereichs FLC causes increased sensitivity of the Hall sensor H "and a lower noise.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Although the present invention has been fully described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto but is modifiable in a variety of ways.
Selbstverständlich ist es möglich, mehr als nur eine Hallsensoreinrichtung mit mehreren Hallsensorbereichen in der Isolationsschichtenanordnung vorzusehen, um Offset durch Verpackungsspannungen zu reduzieren. Auch können weitere Of course, it is possible to provide more than just a Hall sensor device with a plurality of Hall sensor regions in the insulation layer arrangement in order to reduce offset by packaging voltages. Also can more
Fluxgatesensoreinrichtungen vorgesehen werden.  Fluxgatesensoreinrichtungen be provided.
Obwohl bei den obigen Ausführungsformen die Hallsensorbereiche im Wesentlichen parallel zur Vorderseite VS verlaufen, können diese durch entsprechende Although in the above embodiments, the Hall sensor areas are substantially parallel to the front side VS, they can by appropriate
Strukturierungstechniken auch auf schrägen Ebenen innerhalb des Structuring techniques also on inclined planes within the
Isolationsschichtenstapels vorgesehen werden, um auf magnetische Felder in der x-, y- Ebene sensitiv gestaltet zu werden.  Insulation layer stack are provided to be made sensitive to magnetic fields in the x, y plane.
Die Geometrien der oben dargestellten Ausführungsformen, insbesondere die Geometrien der Hallsensorbereiche, lassen sich je nach Anforderung variieren. Auch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Ill-V-Halbleitermaterial InSb beschränkt, sondern für beliebige Ill-V-Halbleitermaterialien, welche hallsensitiv sind, anzuwenden. The geometries of the embodiments presented above, in particular the geometries of the Hall sensor regions, can be varied as required. Also, the present invention is not limited to the III-V semiconductor material InSb but is applicable to any III-V semiconductor materials which are Hall-sensitive.
Bei der ersten Ausführungsform umfassen die Magnetspuleneinrichtungen SE1 , SE2 jeweils eine erste und eine zweite Spuleneinrichtung, welche zur Anregung bzw. zum Pick-up dienen. Es ist jedoch auch möglich, bei der ersten Ausführungsform lediglich ei erste Spule, welche sowohl zur Anregung als auch zum Pick-up dient, vorzusehen. In the first embodiment, the magnetic coil devices SE1, SE2 each comprise a first and a second coil device, which serve for excitation or for pick-up. However, it is also possible in the first embodiment, only egg first coil, which serves both for excitation and for pick-up to provide.

Claims

Ansprüche Patentansprüche Claims Claims
1. Magnetfeldsensoranordnung mit: einem ASIC-Substrat (AC; AC) mit einer Vorderseite (VS) und einer Rückseite (RS); und einer Hallsensoreinrichtung (H; Η'; H"), welche einen aus einem Ill-V-Halbleitermaterial gebildeten Hallsensorbereich (HS; HS'; HS") aufweist, der in eine auf die Vorderseite (VS) aufgebrachte Isolationsschichtenanordnung (10, 11 , 12, 13; I0, 11 , 12, 13, 14, 15) eingebettet ist; wobei der Hallsensorbereich (HS; HS'; HS") über eine durch die A magnetic field sensor device comprising: an ASIC substrate (AC; AC) having a front side (VS) and a back side (RS); and a Hall sensor device (H; Η '; H ") which has a Hall sensor region (HS, HS', HS") formed from an III-V semiconductor material which is inserted into an insulation layer arrangement (10, 11) applied to the front side (VS) , 12, 13, 10, 11, 12, 13, 14, 15); wherein the Hall sensor area (HS, HS ', HS ") via a through the
Isolationsschichtenanordnung (10, 11 , 12, 13; 10, 11 , 12, 13, 14, 15) geführte erste Insulation layer arrangement (10, 11, 12, 13, 10, 11, 12, 13, 14, 15) guided first
Leiterbahneinrichtung (L2) elektrisch mit einer im ASIC-Substrat (AC; AC) gebildeten Hallsensor-Auswerteschaltungseinrichtung (101) verbunden ist. Conductor device (L2) is electrically connected to a Hall sensor evaluation circuit means (101) formed in the ASIC substrate (AC; AC).
2. Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 1 , wobei der Hallsensorbereich (HS; HS'; HS") aus InSb (Indiumantimonid) gebildet ist. 2. Magnetic field sensor arrangement according to claim 1, wherein the Hall sensor area (HS, HS ', HS ") is formed from InSb (indium antimonide).
3. Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hallsensorbereich (HS; HS'; HS") eine Schichtenfolge (S1 , SS1 , S2, SS2, S3) mit Materialschichten unterschiedlicher Kristallkorngröße aufweist. 3. Magnetic field sensor arrangement according to claim 1 or 2, wherein the Hall sensor area (HS, HS ', HS ") has a layer sequence (S1, SS1, S2, SS2, S3) with material layers of different crystal grain size.
4. Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 3, wobei abwechselnd erste Schichten (S1 , S2, S3) mit einer ersten Kristallkorngröße und zweite Schichten (SS1 , SS2) mit einer zweiten Kristallkorngröße gebildet sind, wobei die zweite Kristallkorngröße wesentlich kleiner als die erste Kristallkorngröße ist. The magnetic field sensor device according to claim 3, wherein first layers (S1, S2, S3) having a first crystal grain size and second layers (SS1, SS2) having a second crystal grain size are alternately formed, wherein the second crystal grain size is substantially smaller than the first crystal grain size.
5. Magnetfeldsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Fluxgatesensoreinrichtung (F1 , F2; F0), welche einen aus einem ferromagnetischen Material gebildeten Magnetkernbereich (FC1 , FC2; FCO) und eine Magnetspuleneinrichtung (SE1 , SE2; SE0) aufweist, in die auf die Vorderseite (VS) aufgebrachte Isolationsschichtenanordnung (I0, 11 , 12, 13; I0, 11 , 12, 13, 14, 15) eingebettet ist; und wobei der Magnetkernbereich (FC1 , FC2; FCO) und die Magnetspuleneinrichtung (SE1 , SE2; SEO) über eine durch die Isolationsschichtenanordnung (I0, 11 , 12, 13; I0, 11 , 12, 13, 14, 15) geführte zweite Leiterbahneinrichtung (L1 ) elektrisch mit einer im ASIC-Substrat (AC; AC) gebildeten Fluxgatesensor-Auswerteschaltungseinrichtung (100) verbunden ist. Magnetic field sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein at least one fluxgate sensor device (F1, F2; F0), which comprises a magnetic core region (FC1, FC2; FCO) formed from a ferromagnetic material, and a magnet coil device (SE1, SE2; SE0) into which on the front side (VS) embedded insulating layer arrangement (10, 11, 12, 13, 10, 11, 12, 13, 14, 15) is embedded; and wherein the magnetic core region (FC1, FC2; FCO) and the magnetic coil device (SE1, SE2; SEO) pass over a second wiring device guided through the insulation layer assembly (10, 11, 12, 13; 10, 11, 12, 13, 14, 15) (L1) is electrically connected to a fluxgate sensor evaluation circuit means (100) formed in the ASIC substrate (AC; AC).
6. Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 5, wobei die Hallsensoreinrichtung (H; H'; H") und die Fluxgatesensoreinrichtung (F1 , F2; FO) in verschiedenen Ebenen der 6. The magnetic field sensor arrangement according to claim 5, wherein the Hall sensor device (H; H '; H' ') and the fluxgate sensor device (F1, F2; FO) in different planes of the
Isolationsschichtenanordnung (I0, 11 , 12, 13; I0, 11 , 12, 13, 14, 15) eingebettet sind. Insulating layer arrangement (I0, 11, 12, 13; I0, 11, 12, 13, 14, 15) are embedded.
7. Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 6, wobei der Hallsensorbereich (HS') oberhalb oder unterhalb benachbart zu einem Ende (E1) des Magnetkernbereichs (FCO) angeordnet ist. The magnetic field sensor device according to claim 6, wherein the Hall sensor region (HS ') is disposed above or below adjacent one end (E1) of the magnetic core region (FCO).
8. Magnetfeldsensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein aus einem ferromagnetischen Material gebildeter Magnetfeld-Flußkonzentratorbereich (FLC) oberhalb oder unterhalb benachbart zum Hallsensorbereich (HS") in die Magnetic field sensor arrangement according to one of the preceding claims, wherein a magnetic field flux concentrator region (FLC) formed of a ferromagnetic material above or below adjacent to the Hall sensor region (HS ") in the
Isolationsschichtenanordnung (10, 11 , 12, 13, 14, 15) eingebettet ist. Insulation layer arrangement (10, 11, 12, 13, 14, 15) is embedded.
9. Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 8, wobei Magnetfeld-9. Magnetic field sensor arrangement according to claim 8, wherein magnetic field
Flußkonzentratorbereich (FLC) als Hohlzylinder ausgebildet ist, dessen Zylinderachse (ZA) im wesentlichen senkrecht zum Hallsensorbereich (HS") steht. Flux Concentrator (FLC) is designed as a hollow cylinder whose cylinder axis (ZA) is substantially perpendicular to the Hall sensor area (HS ").
10. Magnetfeldsensoranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der 10. Magnetic field sensor arrangement according to one of claims 5 to 9, wherein the
Magnetkernbereich (FC1 , FC2; FCO) und/oder der Flußkonzentratorbereich (FLC) ausMagnetic core region (FC1, FC2; FCO) and / or the flux concentrator region (FLC)
Ni/Fe/Al (Nickel/Eisen/Aluminium) gebildet ist. Ni / Fe / Al (nickel / iron / aluminum) is formed.
1 1. Herstellungsverfahren für Magnetfeldsensoranordnung mit den Schritten: Bereitstellen von einem ASIC-Substrat (AC; AC) mit einer Vorderseite (VS) und einer1 1. A magnetic field sensor assembly manufacturing method comprising the steps of: providing an ASIC substrate (AC; AC) having a front surface (VS) and a surface
Rückseite (RS) mit einer im ASIC-Substrat (AC; AC) gebildeten Hallsensor- Auswerteschaltungseinrichtung (101 ); Rear side (RS) with a Hall sensor evaluation circuit device (101) formed in the ASIC substrate (AC; AC);
Einbetten von einen aus einem Ill-V-Halbleitermaterial gebildeten Hallsensorbereich (HS; HS'; HS") in eine auf die Vorderseite (VS) aufgebrachte Isolationsschichtenanordnung (I0, 11 , 12, 13; I0, 11 , 12, 13, 14, 15); und elektrisches Verbinden des Hallsensorbereichs (HS; HS'; HS") über eine durch die Isolationsschichtenanordnung (I0, 11 , 12, 13; I0, 11 , 12, 13, 14, 15) geführte erste Embedding a Hall sensor region (HS, HS ', HS ") formed from an III-V semiconductor material into an insulation layer arrangement (10, 11, 12, 13, 10, 11, 12, 13, 14, 15), and electrically connecting the Hall sensor region (HS, HS ', HS ") via a first through the insulating layer arrangement (I0, 11, 12, 13, 10, 11, 12, 13, 14, 15)
Leiterbahneinrichtung (L2) mit einer im ASIC-Substrat (AC; AC) gebildeten Hallsensor- Auswerteschaltungseinrichtung (101). Printed conductor device (L2) with a Hall sensor evaluation circuit device (101) formed in the ASIC substrate (AC; AC).
12. Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 , wobei der Hallsensorbereich (HS; HS'; HS") dadurch gebildet wird, dass eine Schichtenfolge (S1 , SS1 , S2, SS2, S3) mit 12. Manufacturing method according to claim 11, wherein the Hall sensor area (HS, HS ', HS ") is formed by a layer sequence (S1, SS1, S2, SS2, S3) having
Materialschichten unterschiedlicher Kristallkorngröße abgeschieden und anschließend strukturiert wird. Material layers of different crystal grain size is deposited and then patterned.
13. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei der Hallsensorbereich (HS; HS'; HS") durch ein Sputterverfahren gebildet wird. The manufacturing method according to claim 11 or 12, wherein the hall sensor area (HS, HS ', HS ") is formed by a sputtering method.
14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 1 , 12 oder 13, wobei der Hallsensorbereich (HS; HS'; HS") aus InSb (Indiumantimonid) gebildet wird. 14. A manufacturing method according to claim 11, 12 or 13, wherein the Hall sensor region (HS, HS ', HS ") is formed of InSb (indium antimonide).
15. Betriebsverfahren für eine Magnetfeldsensoranordnung nach Anspruch 7, wobei die Hallsensoreinrichtung (H; Η'; H") zur Erfassung einer Flussänderung nach Anregung der Fluxgatesensoreinrichtung (F1 , F2; F0) verwendet wird. 15. A method of operating a magnetic field sensor array according to claim 7, wherein said Hall sensor means (H; Η '; H' ') is used to detect a flux change upon excitation of said flux gate sensor means (F1, F2; F0).
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