迄今为止已知这样一种磁传感器，其应用诸如铁磁磁阻元件(MR元件， ferromagnetic magnetoresistive element)、巨磁阻元件(GMR元件，giant magnetoresistive element)或隧道磁阻元件(TMR元件，tunnel magnetoresistive element)之类的磁阻元件作为磁场检测元件，并且该磁传感器根据磁阻元件 的电阻值，而产生取决于作用在磁阻元件上的外部磁场的输出值。
磁阻元件的电阻值取决于温度。因此，即使在固定磁场强度的磁场作用 下，磁传感器输出值也会因磁阻元件的温度改变而变化。所以，为了高精度 地检测磁场(的场强)，就必定需要对这种温度相关性进行补偿。
在日本专利申请公开(kokai)第H06-77558号中披露的磁传感器装置是 借助于在磁阻元件邻近处设置的温度传感器来实现这种补偿的。预先测量作 为磁传感器输出值的电压和温度之间的相关特性(即与温度相关的特性)并 且将该相关特性存储到存储器中。然后，根据温度传感器实际测得的温度以 及存储器中存储的相关特性，得到一个基准电压，并且将磁传感器实际输出 电压和所述基准电压之间的差值进行放大输出，借此补偿磁传感器的温度相 关特性。
同时，高灵敏度磁传感器的输出值会在地磁作用的影响下发生改变，而 地磁是随时间推移而不断变化的。因此，上述磁传感器装置的存储器中存储 的温度相关特性必须是在一个预先设定的、确信地磁没有改变的短时间段内 测得的；而且在上述测量过程中必须在短时间段内对磁阻元件进行加热或冷 却。
但是，如果通过普通的加热/冷却装置对上述磁阻元件进行加热，则不仅 磁阻元件，而且包含磁阻元件衬底在内的整个磁传感器，都被加热/冷却了。 因此，由于磁传感器热容量大，加热/冷却时间将很长，而且在温度相关性测 量期间地磁因此必将有所改变。结果，就产生了这样一个问题，存储到存储 器中的温度相关特性的可信赖性变小，而且因此将无法实现对温度相关特性 的精确补偿。尽管测量温度相关特性这样一种解决方案在不受地磁影响的环 境条件下还是切实可行的，但是构造这样一种环境条件的设备(磁场消除器) 却非常昂贵，因此就导致了另一个问题即增大了该磁传感器的制造成本。
实用新型内容
所以，本实用新型的一个目的是提供一种磁传感器，其能够测量温度相 关特性，花费不多，在一个短时间段内完成测量，并且测量精确，而且本实 用新型还提供了一种对磁传感器的温度相关特性进行精确补偿的方法。
本实用新型的另一个目的是提供一种单片磁传感器，其可产生磁传感器 输出信号，而且不用连接线(例如Au线)连接磁传感器和外部部件(例如 外部电路)。
本实用新型的另一个目的是提供一种磁传感器，其中外部噪声基本上不 会影响控制电路部分，所述控制电路部分执行各种操作，例如根据磁阻元件 电阻变化产生输出信号的操作、获得关于磁阻元件的温度特性的数据的操 作、磁阻元件的自由层的磁化强度的初始化操作以及为了测试磁阻元件性能 而将外部磁场施加到磁阻元件上的操作。
本实用新型的再一个目的是提供一种磁传感器，其具有适合于简便可靠 地将多个磁阻元件的被钉扎层的磁化强度定向于同一方向上的结构。
本实用新型提供了一种磁传感器，其包括单个衬底、多个磁阻元件、使 所述多个磁阻元件相互连接的布线部分，以及控制电路部分，所述控制电路 部分用于经由所述布线部分获取根据所述多个磁阻元件的电阻值而确定的 物理量，并且对该物理量进行处理从而产生向外输出的输出信号，其中所述 磁传感器还包括多个叠置在所述衬底上的层；所述磁阻元件形成在所述多个 层中的一个层的上表面；所述布线部分和所述控制电路部分形成在所述衬底 以及所述多个层中；并且所述磁阻元件、所述布线部分以及所述控制电路部 分都通过连接部分而在所述多个层中相互连接，所述连接部分由导电物质构 成并且沿着与所述层的层表面相交的方向延伸。
由于采用这种构造，所述磁阻元件、所述布线部分以及所述控制电路部 分都通过连接部分在所述多个层中不交叉地相互连接，所述连接部分由导电 物质构成并且沿着与所述层的层表面相交的方向延伸。因此，提供了一种单 片型磁传感器，其可以不使用连接线而生成磁传感器输出信号，与通常的磁 传感器不同；在通常的磁传感器中芯片分为操作磁阻元件的芯片和操纵控制 电路部分的芯片等等，且使用连接线连接这些芯片。
而且，本实用新型提供了一种磁传感器，其包括衬底、设置于所述衬底 上面部分的多个磁阻元件、设置于所述衬底上面部分并且使所述多个磁阻元 件相互连接的布线部分，以及控制电路部分，所述控制电路部分用于经由所 述布线部分获取根据所述多个磁阻元件的电阻值而确定的物理量，并且对该 物理量进行处理从而产生向外输出的输出信号，其中所述多个磁阻元件从平 面视角看是设置于所述衬底的周围部分；所述布线部分如此设置，即，使得 从平面视角看基本上形成了一个封闭曲线；并且所述控制电路部分从平面视 角看基本上设置于所述封闭曲线的内侧。
由于采用这种构造，所述控制电路部分例如用于根据磁阻元件电阻改变 或者所得到的磁阻元件温度特性数据而产生输出信号，可以将所述控制电路 部分放置到在如平面图所示的衬底中心区域内的一个紧凑空间内。因此，缩 短了所述控制电路部分的布线长度，且因此外部噪声几乎不会对所述布线产 生影响。结果，本实用新型提供了一种磁传感器，其几乎不受外部噪声影响 并且可靠性很高。
而且，本实用新型提供了一种磁传感器，其包括单个衬底和多个元件组， 每一个元件组都包括被钉扎层(pinned layer)磁化方向相同的一对磁阻元件， 其中每一所述元件组都是以这样一种方式设置于所述衬底的上面部分，即， 使得所述每一元件组被钉扎层的磁化方向基本上都平行于距所述衬底的形 心(中心)的距离增大的方向，并且因此所述磁阻元件对在该方向上彼此相 邻设置。
当需要被钉扎层磁化方向为固定方向时，必须连续施加具有稳定方向与 强度的磁场到磁阻元件上。此时，在同一磁力线上相邻两点具有大约相同的 强度和大约相同的方向。而且，在磁传感器中，为了提高磁传感器的温度特 性等，需要提供多个元件组，每一元件组都包括一对被钉扎层磁化方向相同 的(即具有相同磁场检测方向的)磁阻元件，并且桥连接这些磁阻元件。
因此，在以上述方式配置构造磁传感器时，其中多个元件组中的每一组 都是设置于所述衬底的上方区域，因此上述被钉扎层磁化方向基本上平行于 距所述衬底形心(中心)的距离增大的方向(如平面图所示)，且因此磁阻 元件对在该方向上彼此相邻设置，当方向为从所述衬底形心(中心)向着其 周缘部分的磁场作用到所述磁传感器上时，借助于具有相同强度与相同方向 的磁场，可以固定磁阻元件的被钉扎层的磁化。结果，可以简便可靠地在同 一方向上对磁阻元件的被钉扎层进行磁化。
附图说明
图1是根据本实用新型第一实施例的磁传感器的平面示意图；
图2是图1磁传感器的一部分的平面示意图，显示了磁传感器的布线情 形；
图3是图1磁传感器的一部分的剖面示意图，剖切是沿着与构成磁传感 器的各层层表面相垂直的一个预定平面进行的；
图4是描述图1的GMR元件电阻值相对于外部磁场改变而变化的坐标 曲线图；
图5是根据第一实施例改型的磁传感器的平面示意图；
图6是图1磁传感器的局部放大视图；
图7是图1磁传感器的X-轴磁传感器的等效电路图；
图8是描述构成图1磁传感器的X-轴磁传感器的输出电压(输出信号) 相对于外部磁场改变而变化的坐标曲线图；
图9是其上安装有图1磁传感器的蜂窝电话的前视图；
图10是描述构成图1磁传感器的X-轴磁传感器的温度相关特性曲线的 坐标图；
图11是描述构成图1磁传感器一部分的Y-轴磁传感器的温度相关特性 曲线的坐标图；
图12是图1磁传感器的平面示意图，显示了磁传感器的加热线圈通电 加热时的等温线。
图13是说明图1磁传感器的加热线圈通电加热后经过的时间和GMR 元件的温度变化之间关系曲线的坐标图；
图14是根据本实用新型第二实施例的磁传感器的平面示意图；
图15是沿着图14中1-1线剖切得到的磁传感器的一部分的剖面示意图；
图16是图14磁传感器的平面示意图，显示了磁传感器的加热线圈通电 加热时的等温线；
图17是根据本实用新型第二实施例改型的磁传感器的平面示意图，显 示了磁传感器的加热线圈通电加热时的等温线；以及
图18是根据本实用新型磁传感器的另一改型实施例的剖面示意图。

(第一实施例)
现在将结合附图描述根据本实用新型的磁传感器的实施例。图1是根据 第一实施例的磁传感器10的平面示意图；图2是磁传感器10的一部分的平 面示意图，显示了磁传感器10的布线情形；而图3是图1和图2所示磁传 感器的一部分的剖面示意图，剖切是沿着与构成磁传感器10的各层层表面 相垂直的一个预定平面进行的。
磁传感器10包括：衬底10a，其由Si3N4/Si、SiO2/Si或石英玻璃制造 而成，并且其形状大致为其侧边沿着相互垂直的X-轴和Y-轴延伸的方形(或 矩形)，并且在与X-轴和Y-轴垂直的Z-轴方向上具有很小的厚度；层INS1 和S1-S3，它们重叠在衬底10a上，并且形状与衬底10a相同(如衬底10a 的平面视图所示)；总共八个GMR元件11-18，它们是形成在层S3(上表面) 上的磁阻元件；以及作为最上一层表面而形成的钝化层PL。
如图1所示，磁传感器10具有：桥接线部分(连接线部分)19，其分 别桥接连通GMR元件11-14和GMR元件15-18，以便构成两个全桥电路； 加热线圈21-24，其用于加热GMR元件11-18；控制电路部分(LSI)31； 温度检测部分32；检测线圈33a-33d；以及焊盘34a-34h，其用于经由焊接 在焊盘上表面的Au线而连接磁传感器10和外部设备。
GMR元件11称为第一X-轴GMR元件11，并且如图1所示，在衬底 10a上形成于沿Y-轴方向延伸的衬底10a左侧的大致中心位置附近。GMR 元件12称为第二X-轴GMR元件12，并且设置在衬底10a左侧的大致中心 位置附近，设置方式是使第二X-轴GMR元件12与第一X-轴GMR元件11 位置相近(邻近)，在X-轴正方向上与第一X-轴GMR元件11间隔开一段 很小的距离。
GMR元件13称为第三X-轴GMR元件13，并且在衬底10a上形成于 沿Y-轴方向延伸的衬底10a右侧的大致中心位置附近。GMR元件14称为第 四X-轴GMR元件14，并且设置在衬底10a右侧的大致中心位置附近，设置 方式是使第四X-轴GMR元件14与第三X-轴GMR元件13位置相近(邻近)， 在X-轴负方向上与第三X-轴GMR元件13间隔开一段很小的距离。
GMR元件15称为第一Y-轴GMR元件15，并且在衬底10a上形成于沿 X-轴方向延伸的衬底10a上侧的大致中心位置附近。GMR元件16称为第二 Y-轴GMR元件16，并且设置在衬底10a上侧的大致中心位置附近，设置方 式是使第二Y-轴GMR元件16与第一Y-轴GMR元件15位置相近(邻近)， 在Y-轴负方向上与第一Y-轴GMR元件15间隔开一段很小的距离。
GMR元件17称为第三Y-轴GMR元件17，并且在衬底10a上形成于沿 X-轴方向延伸的衬底10a下侧的大致中心位置附近。GMR元件18称为第四 Y-轴GMR元件18，并且设置在衬底10a下侧的大致中心位置附近，设置方 式是使第四Y-轴GMR元件18与第三Y-轴GMR元件17位置相近(邻近)， 在Y-轴正方向上与第三Y-轴GMR元件17间隔开一段很小的距离。
构成每个GMR元件11-18的自旋阀层(spin valve layer)包括自由层、电 隔离层、钉住层(pin layer，又称固定磁化层)、以及封盖层，这些层一次叠 一层地叠置(形成)在衬底10a上层S3的上表面上。自由层的磁化方向随 外部磁场改变而自由地改变。钉住层(pin layer)包括钉扎层(pinning layer)和被 钉扎层(pinned layer)；被钉扎层的磁化方向由钉扎层固定，且除了特例情形 之外其不随外部磁场改变而改变。
因此每个GMR元件11-18都具有一个电阻值，其对应于被钉扎层磁化 方向和自由层磁化方向之间的角度。即，每个GMR元件11-18，如图4曲 线图中实线所示，都具有这样一种阻值，即该阻值在-Hc至+Hc范围内的变 化近似与改变被钉扎层中磁化方向的外部磁场呈正比关系；并且，如虚线所 示，在被钉扎层磁化方向的垂直方向上改变的外部磁场作用下，该阻值近似 为恒量。换言之，对于每个GMR元件11-18而言，其被钉扎层磁化方向都 与磁场检测方向相同。
GMR元件11和12的被钉扎层磁化方向都是负X方向。即，第一与第 二X-轴GMR元件11与12构成了一个元件组Gr1，其中在同一方向上(这 里指在X方向上)对磁场强度进行检测的(即具有相同磁场检测方向)的多 个磁阻元件，都彼此相邻设置，以岛的形式形成在衬底10a上叠置的层S3 上。
GMR元件13和14的被钉扎层磁化方向都是正X方向。即，第三与第 四X-轴GMR元件13与14构成了另一个元件组Gr2，其中在同一方向上(这 里指在X方向上)对磁场强度进行检测的多个磁阻元件，都彼此相邻设置， 以岛的形式形成在衬底10a上叠置的层S3上。
GMR元件15和16的被钉扎层磁化方向都是正Y方向。即，第一与第 二Y-轴GMR元件15与16构成了另一个元件组Gr3，其中在同一方向上(这 里指在Y方向上)对磁场强度进行检测的多个磁阻元件，都彼此相邻设置， 以岛的形式形成在衬底10a上叠置的层S3上。
GMR元件17和18的被钉扎层磁化方向都是负Y方向。即，第三与第 四Y-轴GMR元件17与18构成了另一个元件组Gr4，其中在同一方向上(这 里指在Y方向上)对磁场强度进行检测的多个磁阻元件，都彼此相邻设置， 以岛的形式形成在衬底10a上叠置的层S3上。
因此，GMR元件11-18构成了四个元件组(岛)Gr1-Gr4，其中每一元 件组中两个相邻的磁阻元件的磁场检测方向都是相同的。这些元件组 Gr1-Gr4都布置在方形各边(在平面图中所示的方形的桥接线部分19的各 边)的大致中间位置的外侧，所述方形如平面图中所示具有沿循X、Y轴方 向的侧边，并且形成这样一种布局结构，即绕该方形形心(方形的中心点， 即方形的对角线交点)将任意元件组进行90°旋转，则该任意元件组在90 °旋转之前与已被另一个与之相邻的元件组占据的位置相重合。换言之，多 个GMR元件11-18被设置在衬底10a上叠置的层S3上的四个分离的岛上， 并且形成这样一种布局结构，即在与层S3上表面平行的面中绕一个四边形 形心GP将多个磁阻元件11-18进行90°旋转，所述四边形由连接成对相邻 岛的近似中心的四条直线构成，则任意一个岛实质上将会与90°旋转之前就 已被在旋转方向上的另一个与之相邻的岛占据的位置相重合。也就是说，所 得到的四条直线(线段)是连接元件组Gr2和Gr3近似中心部分的直线、连 接元件组Gr3和Gr1近似中心部分的直线、连接元件组Gr1和Gr4近似中心 部分的直线、以及连接元件组Gr4和Gr2近似中心部分的直线，而且，绕由 这些线段构成的四边形的形心将元件组进行90°旋转，则每一元件组都将与 90°旋转之前就已被另一个与之相邻的元件组所占据的位置相重合；即，元 件组Gr2将与元件组Gr3先前的位置重合，元件组Gr3将与元件组Gr1先前 的位置重合，等等。
在图1-3所示的实施例中，两个GMR元件组成一单个岛(一单个的元 件组)，它们在从衬底10a中心处(形心，其与上述的形心GP重合)到衬底 10a一边(边缘)的方向上彼此相邻设置。也就是说，这些元件组Gr1-Gr4 各自都包含一对磁场检测方向相同的磁阻元件，所述元件组Gr1-Gr4中的每 一组都设置在衬底10a的上部区域，设置方式是，磁阻元件的被钉扎层磁化 方向基本上平行于如平面图所示的距离衬底10a形心越来越大的方向，并且 上述磁阻元件对在同一方向上彼此相邻设置。另选地，如图5所示，可以将 一对磁阻元件按衬底10a一个侧边的方向彼此邻接设置。但是，因为GMR 元件根据前一种设置方式与根据后一种设置方式相比更加接近于衬底10a各 边的中心，所以容易使元件特性均匀一致。而且，前一种情形中，磁场在相 同方向上具有相同的磁场强度，与后一种情形相比可以更容易地应用到一对 磁阻元件上。
例如在图6中，图6是GMR元件11、12附近区域的平面放大图， GMR11-14分别连接到桥接线部分19的各条线上，借此通过桥接线部分19 的媒介构成了(全桥连接的)桥电路(桥接线部分19如图7等效电路图所 示)，因此构成了磁场检测方向是X-轴的X-轴磁传感器。在图7中，在每个 GMR元件11-14中标示的箭头表示各个GMR元件11-14的被钉扎层磁化方 向。
更具体地说，X-轴磁传感器是这样一种传感器，即当在节点Va和节点 Vb之间施加一个恒定的电位差时，则可以推导得出节点Vc和节点Vd之间 的电位差(Vc-Vd)作为传感器输出值Vxout，其中节点Va在第一与第四 X-轴GMR元件11与14之间，节点Vb在第三与第二X-轴GMR元件13与 12之间，节点Vc在第一与第三X-轴GMR元件11与13之间，节点Vd在 第二与第四X-轴GMR元件12与14之间。结果，X-轴磁传感器的输出电压 (以电压表示的物理量)近似正比于在-Hc至+Hc区段内的强度沿X-轴改变 的外部磁场强度而变化(如图8中实线所示)；而对于强度沿Y-轴变化的外 部磁场则保持近似为“0”的恒定值。
与GMR元件11-14情形相同，GMR元件15-18分别连接到桥接线部分 19的各条线上，因此构成了磁场检测方向是Y-轴的Y-轴磁传感器。也就是 说，Y-轴磁传感器的输出电压(以电压表示的物理量)Vyout近似正比于在 -Hc至+Hc区段内的强度沿Y-轴改变的外部磁场强度而变化；而对于强度沿 X-轴变化的外部磁场则保持近似为“0”的恒定值。
如图1所示，桥接线部分19形成在近似方形区域的四周外围并且位于 GMR元件11-18的内侧(如平面图所示)，由此基本上构成了(包含直线部 分的)闭合曲线，所述方形具有X-轴、Y-轴方向延伸的侧边。后面将详细说 明，桥接线部分19形成在GMR元件11-18之下的层S3中。
如图1和3所示，加热线圈21-24嵌置在作为布线层的层S3中，刚好 位于元件组Gr1-Gr4的下方(在负Z轴方向上)。加热线圈21-24的外形以 及相对于相应元件组Gr1-Gr4的位置关系彼此大致相同。因此，在后面说明 书中，只对加热线圈21进行详细描述。
加热线圈21是例如由铝薄膜制造而成的发热元件。当通电时，加热线 圈21产生热量，从而加热第一与第二GMR元件11与12(元件组Gr1)。加 热线圈21形成在层S3中且面对着磁阻元件11与12的下表面，由此将加热 线圈21设置在元件组Gr1的正下方。也就是说，如图3所清楚显示的那样， 加热线圈21嵌置形成在绝缘层INS1和层S1-S3之中的层S3中，绝缘层INS1 和层S1-S3一层又一层叠置在衬底10a上，GMR元件11-18都形成在层S3 (用作布线层的层S1-S3中的最上面一层S3)上。在本说明书中，用作布线 层的层是指导线、导线之间的层间绝缘层、以及在导线之间构成连接的接触 孔(包含过孔)。
而且，如图6所示，加热线圈21是所谓的双螺旋线圈，其形状近似为 矩形(如平面图所示)，而且其包括一对线圈导体(即，具有线圈中心P1的 第一导体21-1和具有线圈中心P2的第二导体21-2)；该矩形的Y-方向长度 约为磁阻元件11(12)纵向长度的两倍，而该矩形的X-方向长度约为磁阻 元件11(12)横向(与纵向相垂直的方向)长度的五倍。
此外，第一与第二X-轴GMR元件11与12设置在这两个线圈中心P1 和P2之间(如平面图所示)。而且，如平面图所示，交迭覆盖第一、第二 X-轴GMR元件11、12的第一、第二导体21-1、21-2的那一部分(即刚好 在第一、第二X-轴GMR元件下延展的区域)彼此线性平行地沿着X方向 延伸。各个导体的这些直线部分都采用同一流向的电流，且因此产生一个 Y-轴方向的磁场。也就是说，使用加热线圈21而产生的磁场方向与第一与 第二X-轴GMR元件11与12的纵轴方向一致，并且在没有施加任何外部磁 场的情形下使用加热线圈21而产生的磁场方向在设定的自由层磁化方向(与 被钉扎层ed的固定磁化方向垂直的方向)上。
如上所述，根据第一实施例的磁传感器10包含GMR元件(各自都包含 有自由层和钉住层的磁阻元件)，并且具有加热线圈21-24，加热线圈21-24 设置在自由层之下(且与之相邻近)且在没有施加任何外部磁场的情形下用 于稳定(初始化)自由层磁化方向，并且当在预定条件(例如，在启动磁检 测之前)下对加热线圈21-24通电时，则在自由层产生一个具有预定方向(垂 直于被钉扎层的磁化方向)的磁场(初始化磁场)。而且，以这样一种形式 配置加热线圈24，即当在预定条件下以预定模式通电时，各个加热线圈21-24 都对刚好位于其上的GMR元件(GMR元件组)进行加热。
如图1所示，控制电路部分31形成在一个近似方形中，该方形的各边 都沿X-轴、Y-轴方向，如平面图所示位于桥接线部分19的内侧(如平面图 所示位于桥接线部分19轮廓形成的基本上为闭合曲线的内侧或者位于衬底 10a的中心区域)。如图3所示，控制电路部分31形成在GMR元件11-18 之下的层INS1、S1-S3中。控制电路部分31采用LSI(大规模集成电路) 形式，其包含有模数转换器(ADC)、能够写一次数据并可多次读取数据的 WORM(write once，read many写一次，可读多次)存储器(为了简便起见， 在下文中也称作“第一存储器”)、以及模拟电路部分。控制电路部分31具 有多种不同功能，例如：通过获得X-轴磁传感器和Y-轴磁传感器的输出值 (根据电阻值变化以电压形式检测得到的物理量)并且进行诸如输出值模数 转换之类的数据处理，而产生输出信号；对加热线圈21-24通电；由温度检 测部分32获取检测温度输出；获取温度补偿数据；以及将数据存储(写) 到第一存储器中。
因为控制电路部分31设置在衬底10a的中心区域，所以控制电路部分 31的导线长度可以缩短。因此，减小了该电路的电阻和该电路的尺寸大小， 因此该电路几乎不会受到噪声的干扰影响，而且电路的电阻偏差(多个单个 产品之间的偏差)也减小了。
可以使用熔断型(fuse-break-type)24位存储器作为WORM存储器。另 选地，也可以使用诸如EEPROM或快速存储器之类的存储器(非易失性存 储器)，因此可以将数据写入其中并且即使关断主电源也会一直将数据保持 在其中。
温度检测部分32采用传统的带隙基准电路，其基于内置晶体管的温度 特性而检测温度；并且形成在如平面图所示的桥接线部分19内侧的控制电 路部分31的一个角部。温度检测部分32设置在布线层S1中，与邻近GMR 元件11-16的程度相比其位置更加邻近于GMR元件17和18(元件组Gr4)， 并且其用于输出温度(检测温度)信号，所述温度信号与GMR元件18(元 件组Gr4)的温度具有恒定相关关系。如下文将要说明的那样，因为磁阻元 件11-18被加热至相同温度，所以仅通过检测磁阻元件18的温度就可以确定 其它磁阻元件11-17的温度。
假设温度检测部分32如此设置在桥接线部分19内侧邻近元件组Gr4的 位置上，则温度检测部分32可以精确地检测出磁阻元件18的温度。而且， 因为温度检测部分32与控制电路部分31相连，而它们之间的连接不须横越 桥接线部分19，所以可以缩短温度检测部分32和控制电路部分31之间的导 线长度。
检测线圈33a-33d形成在布线层S1中并且它们刚好设置在各个元件组 Gr1-Gr4的下方；图3示例性地显示了检测线圈33a。当通电时，每个检测 线圈33a-33d分别将各个磁阻元件的磁场检测方向上的磁场(在被钉扎层磁 化方向上的磁场)施加给刚好设置于其上的一个磁阻元件。
现在将对磁传感器10的层结构进行描述。如图3所示，衬底10a的上 部可以被区分为元件隔离区10a1、和用作元件激活区(activation region)的 剩余部分10a2。通过LOCOS或STI技术在衬底10a的上表面形成作为场绝 缘层INS(例如，场氧化层)的元件隔离区10a1。LOCOS技术是公知技术， 是借助于热氧化层使各种各样的元件彼此隔离绝缘的技术。STI技术是公知 技术，也称做浅沟槽元件隔离，我们采用STI技术并通过在浅沟槽中嵌入氧 化层而使各种各样的元件彼此隔离。
在衬底10a正上方且在绝缘层INS的上表面形成绝缘层INS1。在绝缘 层INS1的元件激活区10a2中，形成各种电路元件诸如晶体管Tr。在绝缘层 INS1的元件隔离区10a1中，形成各种元件诸如电阻器R、熔断器和电容器。 而且，在绝缘层INS1中，形成有多个接触孔C1(连接部分、垂直连接部分)， 用于将诸如晶体管Tr之类的电路元件和在绝缘层INS1之上叠置的层S1中 形成的导线等进行电连接，所述多个接触孔C1均垂直于层S1-S3的表面(因 此横穿了层S1-S3的表面)。在接触孔C1中填充导电物质。
在绝缘层INS1之上形成层S1，用作布线层。层S1包含以导电层形式 存在的导线W1、检测线圈33a-33d、层间绝缘层IL1、以及温度检测部分32。 在层间绝缘层IL1中，形成多个过孔V1(连接部分、垂直连接部分)，用于 与在上一层S2中形成的导线等进行电连接，所述多个过孔V1均垂直于层 S1-S3的表面(因此横穿了层S1-S3的表面)。在过孔V1中填充导电物质。
类似地，在层S1之上形成层S2，用作布线层。层S2包含以导电层形 式存在的导线W2、以及层间绝缘层IL2。在层间绝缘层IL2中，形成多个 过孔V2(连接部分、垂直连接部分)，用于与在上一层S3中形成的导线等 进行电连接，所述多个过孔V2均垂直于层S1-S3的表面(因此横穿了层S1-S3 的表面)。在过孔V2中填充导电物质。
同样类似地，在层S2之上形成层S3，用作布线层。层S3包含以导电 层形式存在的导线W3、桥接线部分19、加热线圈21(22-24)、以及层间绝 缘层IL3。在层间绝缘层IL3中，形成多个过孔V3(连接部分、垂直连接部 分)，用于与在层S3的上一层中形成的GMR元件11-18等进行电连接，所 述多个过孔V3均垂直于层S1-S3的表面(因此横穿了层S1-S3的表面)。在 过孔V3中填充导电物质。层间绝缘层IL3可以是包含氮化物膜且与后面将 要说明的钝化层PL不同的钝化层。为了将GMR元件11-18的特性保持在一 个很好的水平上，因此层间绝缘层IL3的上表面优选是光滑的。而且，接触 孔C1和过孔V1-V3是在GMR元件11-18、用作布线区域的桥接线部分19、 控制电路部分31等等之间实现导电连接的连接部分，并且以垂直各层层表 面的方式延伸穿过多个层INS1、S1-S3。
焊盘区域PD是GMR元件11-18形成区域、桥接线部分19、和控制电 路部分31之外的区域；并且设置于平面图所示的磁传感器10的角部(参见 图1)。焊盘区域PD的上表面构成了上述焊盘34a-34h。焊盘34a-34h可以 仅仅形成在最上层S3上；但是在这样一种情形下，当焊接Au线时焊盘 34a-34h将会受到影响。所以，在本实施例中，如平面图所示近似方形的焊 盘部分是贯穿多个层S1-S3而形成的。
形成的钝化层PL覆盖了层S3的上表面以及GMR元件11-18的上表面。 在形成钝化层PL时，首先形成一个覆盖住所有这些元件的预钝化层，而后 将该层对应于焊盘34a-34h的区域去除。因此焊盘34a-34h曝露在外，以便 焊接Au线。
将磁传感器10容纳安装在蜂窝电话40中，蜂窝电话40是移动通信电 子设备的一个示例，而且蜂窝电话40的外观显示在图9正面示意图中。蜂 窝电话40包括：外壳(壳体)41，外壳41具有近似矩形的外形，如正面示 意图所示，所述矩形具有沿垂直相交的x-轴和y-轴方向的四边，而外壳41 的厚度方向则沿与x-轴和y-轴相垂直的z-轴；天线42，其设置在外壳41的 上侧面上；扬声器43，其设置于外壳41前表面的最上部分；液晶显示屏44， 其设置于外壳41前表面扬声器43下方的部分并且用于显示字符与图象；操 作部分(操作信号输入装置)45，其设置于外壳41前表面的液晶显示屏44 下方的部分并且具有用于输入电话号码或其它指令信号的键；麦克风46，其 设置于外壳41前表面的最下部分；以及微型计算机47，其配置形式使其能 够通过总线与磁传感器10、显示屏44等等进行通信，并且其包括RAM和 备用存储器(它可以采用EEPROM，它是即使在主电源断电期间也保持数 据的存储器，并且为了简便起见，称为“第二存储器”)。
天线42、扬声器43、液晶显示屏44、操作部分45、以及麦克风46的 某些或全部包含有永磁元件(漏磁场生成元件)。将磁传感器10以这样一种 方式容纳固定到外壳41中，即，使得磁传感器的X-轴、Y-轴与Z-轴分别对 准外壳的x-轴、y-轴与z-轴。
现在将要描述如此配置的磁传感器10的温度相关特性的补偿方法。通 常，磁阻元件诸如GMR元件具有温度相关特性，例如，由于元件的材料特 性因此电阻随着温度增加而增大；这种温度相关特性对单个元件而言是各不 相同的。因此，上述磁传感器10(每个X-轴磁传感器和Y-轴磁传感器)包 括由四个GMR元件构成的全桥电路，还具有温度相关特性，因此磁传感器 的输出随温度的变化而改变。构成磁传感器10的单个GMR元件的温度相关 特性可区分为两种类型；即，一种类型是磁传感器10的输出随着该GMR 元件的温度增加而增大，而另一种类型是磁传感器10的输出随着该GMR 元件的温度增加而减小。
图10和11是分别描述上述典型的磁传感器的温度相关特性的曲线坐标 图。在这里显示的例子中，X-轴磁传感器具有负温度相关特性；而Y-轴磁传 感器具有正温度相关特性。在这些曲线坐标图中，实线表示各个磁传感器当 外部磁场(例如，在预先设定地点预先设定时间的地磁)的X分量和Y分 量分别为HX0和HY0时的输出值Vxout和Vyout；而单点点划线表示各个 磁传感器当不受任何地磁影响的外部磁场(例如，蜂窝电话40的永磁元件 的漏磁场)分别为HX1和HY1时的输出值Vxout和Vyout。
由图10和11可见，在同一磁场作用下磁传感器10的输出值Vxout和 Vyout随GMR元件的温度变化而近似成比例地改变。所以，在本实施例中， 基于假设各个磁传感器的输出值Vxout和Vyout随GMR元件的温度变化而 成比例改变，补偿温度相关特性。
首先，当达到预先设定条件时，相应于例如从外部输入的指令信号，构 造用于补偿温度相关特性的数据，控制电路部分31获取由温度检测部分32 输出的检测温度作为第一温度T1s，该温度对应于GMR元件18的当前温度 T1。此时，由于整个磁传感器10具有均一温度(室温)，温度检测部分32 输出的检测温度Ts1等于GMR元件18的温度T1。同时，控制电路部分31 获得了X-轴磁传感器的当前输出值X1(X-轴磁传感器的第一输出值X1) 和Y-轴磁传感器的当前输出值Y1(Y-轴磁传感器的第一输出值Y1)。因此， 控制电路部分31为每个加热线圈21-24依次提供持续100ms的100mA电流。 从而将元件组Gr1-Gr4加热到相同温度。
图12是说明在形成有元件组Gr1-Gr4的磁传感器表面的等温线的视图， 等温线由曲线Lh1-Lh4和Lo1-Lo4表示。由相应曲线Lh1-Lh4表示的每条等 温线上的点的温度Temp都近似相等。由相应曲线Lo1-Lo4表示的每条等温 线上的点的温度都彼此相等但是低于上述温度Temp。因此，由于加热线圈 21-24当其通电时主要加热相应的元件组Gr1-Gr4(刚好设置于各个加热线圈 上方)，但却不能对整个磁传感器10(微芯片)实现均匀加热，所以其上形 成有元件组Gr1-Gr4的层S3的上表面温度是不均的，并且在层S3整个上表 面的这种不规则的温度要低于元件组Gr1-Gr4的温度。
在这种情形下，控制电路部分31首先获得由温度检测部分32输出的当 前检测温度作为温度T2s，而后根据温度检测部分32输出温度和GMR元件 18温度之间的恒定关系来计算GMR元件18的第二温度T2，该关系表达公 式为T2＝T1s+k·(T2s-T1s)(k是通过实验预先设定的常数)。另外，控制电 路部分31获得X-轴磁传感器的当前输出值(X-轴磁传感器的第二输出值 X2)和Y-轴磁传感器的当前输出值Y2(Y-轴磁传感器的第二输出值Y2)。
而且，控制电路部分31计算梯度Mx和My(每单位温度改变引起的输 出变化量)作为补偿温度相关特性的基础数据，并且将梯度Mx和My写入 到上述第一存储器中(这项功能对应于温度相关特性写入装置的功能)，梯 度Mx和My由下列公式(1)和(2)确定。梯度Mx是X-轴磁传感器的第 一与第二输出值X1与X2之间差值和第一与第二温度T1与T2之间差值的 “比值”；而梯度My是Y-轴磁传感器的第一与第二输出值Y1与Y2之间差 值和第一与第二温度T1与T2之间差值的“比值”。
Mx＝(X2-X1)/(T2-T1)           ...(1)
My＝(Y2-Y1)/(T2-T1)           ...(2)
通过上述步骤，在将磁传感器安装到蜂窝电话中之前，完成补偿温度相 关特性的基础数据的采集。随后，在磁传感器10冷却到足够程度之前磁传 感器10可一直保持不应状态，于是制造过程进行到了下一步骤。图13是说 明加热线圈21-24通电加热(为了获取上述补偿温度相关特性的基础数据) 结束后经过的时间和GMR元件11-18温度变化之间关系曲线的的曲线坐标 图。
如果通过传统的加热/冷却装置使GMR元件11-18经受模拟温度改变， 则整个磁传感器10被加热/冷却，而这将需要更长的加热时间。而且，终止 加热之后，GMR元件11-18的温度下降速率较慢，因此GMR元件所需冷却 时间有时达几分钟至20分钟。相反，在本实施例中，因为主要加热的是元 件组Gr1-Gr4(GMR元件11-18)，所以加热GMR元件11-18所需时间可以 大大缩短。而且，因为GMR元件11-18的温度在终止加热之后以一个增大 了的速率下降(即下降速率比较大)，所以需要的冷却时间在大约几分钟， 如图13所示。因此，可以在很短时间内获得用于补偿温度相关特性的基础 数据，并且在获得上述基础数据之后的很短时间内就可继续制造过程至下一 个步骤。
随后，在完成制造磁传感器10所必需的这些步骤后，将磁传感器10安 装(容纳)到带有诸如扬声器43之类永磁元件的蜂窝电话40的外壳41中， 并且用作地磁传感器。结果，永磁元件将一个具有恒定方向的漏磁场连续施 加给蜂窝电话40(不考虑蜂窝电话40的方向如何)的磁传感器10，且因此， 磁传感器10的输出由于该漏磁场而产生一个偏差(偏离了无地磁情形下的 零点)。而且，由于X-轴磁传感器和Y-轴磁传感器都采用全桥电路，所以任 一磁传感器的输出还都包含这样一个偏差，即因构成磁传感器的磁阻元件的 电阻值偏差而引起的偏差。
此时，磁传感器10的X-轴磁传感器的输出值相应于构成X-轴磁传感器 的GMR元件11-14的温度T而成比例变化(如图10中单点点划线所示)。 在这个实施例中，图10中单点点划线直线的斜率(梯度)等于图10中实线 直线的斜率(梯度)。同样，磁传感器10的Y-轴磁传感器的输出值相应于构 成Y-轴磁传感器的GMR元件15-18的温度T而成比例变化(如图11中单 点点划线所示)。同样在这个实施例中，图11中单点点划线直线的斜率(梯 度)等于图11中实线直线的斜率(梯度)。
当使用者根据例如蜂窝电话40的操作部分45的操作来确定预定条件 (偏置所获得的条件)时，则蜂窝电话40的微型计算机47获取由漏磁场和 GMR元件11-18电阻值偏差引致的磁传感器10(X-轴磁传感器，Y-轴磁传 感器)的偏置数据(偏置值)。在一个更具体的实施例中，微型计算机47在 液晶显示屏44显示一条消息，提示使用者首先将蜂窝电话40前表面朝上放 置到桌面上(即，蜂窝电话40前表面具有近似水平的姿态而使显示屏44垂 直朝上)，而后按下操作部分45的偏置键直至该偏置键呈现为“ON”状态 为止，所述偏置键是一个特定键。
当使用者进行上述操作时，微型计算机47获得各个X-轴磁传感器与Y- 轴磁传感器的输出值且将之作为X-轴第一基准数据Sx1和Y-轴第一基准数 据Sy1，并且将这些数据存储/记忆到与微型计算机47相连的暂时存储器(例 如RAM)中。
然后，微型计算机47在显示屏44上显示一条消息，提示使用者将蜂窝 电话40上表面朝上在桌面上(即在水平面上)转动180°并且再次按下偏置 键。当使用者进行这一操作时，微型计算机47获得各个X-轴磁传感器与Y- 轴磁传感器的输出值且将之作为X-轴第二基准数据Sx2和Y-轴第二基准数 据Sy2，并且将这些数据存储/记忆到暂时存储器中。
还有，微型计算机47将X-轴第一基准数据Sx1和X-轴第二基准数据 Sx2的平均值存储/记忆到第二存储器，作为X-轴偏置基准数据X0；将Y- 轴第一基准数据Sy1和Y-轴第二基准数据Sy2的平均值存储/记忆到第二存 储器，作为Y-轴偏置基准数据Y0；并且将温度检测部分32的当前检测温度 T0s存储/记忆到第二存储器，作为GMR元件温度T0。之所以将各个磁传感 器在将蜂窝电话40转动180°之前和之后的输出平均值记录作为偏置基准 数据X0和Y0，是为了获得用以去除地磁影响的偏置值。因为当获取检测温 度T0时磁传感器10温度均匀(室温)，所以检测温度T0s等于GMR元件 温度T0。
之后，蜂窝电话40返回到正常工作模式进行使用，并且当必要时再通 过磁传感器10测量地磁。此时，微型计算机47获得温度检测部分32的实 际检测温度TCs，作为GMR元件温度TC，从而根据公式(3)和(4)分别 估算X-轴磁传感器的当前偏置Xoff和Y-轴磁传感器的当前偏置Yoff。因为 当获取检测温度TCs时磁传感器10温度均匀(室温)，所以检测温度TCs 等于GMR元件温度TC。
Xoff＝Mx·(TC-T0)+X0        ...(3)
Yoff＝My·(TC-T0)+Y0        ...(4)
然后，微型计算机47获得X-轴磁传感器的当前输出值XC和Y-轴磁传 感器的当前输出值YC，因此通过下列公式(5)和(6)分别计算X-轴方向 上的磁场强度Sx和Y-轴方向上的磁场强度Sy。在以前述方式完成对磁传感 器10温度相关特性的补偿后，磁传感器10可用作地磁传感器。
Sx＝XC-Xoff                 ...(5)
Sy＝YC-Yoff                 ...(6)
如上所述，根据第一实施例的磁传感器10，因为是用加热线圈21-24加 热大体上刚好形成在各个加热线圈21-24之上的GMR元件11-18(即，包含 衬底的磁传感器10的一部分区域加热达到的温度与加热达到同一温度的磁 阻元件11-18的温度相比较低)，所以与用加热装置加热整个磁传感器10的 情形相比，可以在很短时间内获得用于补偿温度相关特性的基础数据。因此， 在为了获取用于补偿温度相关特性的基础数据的测量期间是非常不希望出 现地磁改变的；且因此可以精确获取这种数据。而且，与已经用加热装置加 热之后再冷却磁传感器的情形相比，由于可以在很短时间内冷却磁传感器 10，所以磁传感器10所需制造时间就可以大大缩短，从而降低制造成本。
通常，在使用诸如GMR元件这些磁阻元件的磁传感器中，当强大的外 部磁场作用在磁传感器上时，磁阻元件自由层的磁化方向可能就不会再回复 到其初始状态。所以，磁传感器优选地以这样一种结构形式进行配置，即， 将初始化线圈刚好设置于磁阻元件之下，并且由于确立了预定条件(例如， 对操作部分45的特定键的操作)，故当初始化线圈通电时，初始化线圈产生 一个使自由层磁化方向回复到其初始状态的磁场。
在这个实施例中，在磁传感器中，上述初始化线圈可以独立于上述加热 线圈21-24之外进行设置。例如，可以在形成加热线圈21-24的层(在本实 施例中指层S3)之外的层中形成初始化线圈(在本实施例中指层S1或层S2)。 如果初始化线圈和加热线圈这样彼此独立设置，则可以将单独的加热线圈设 计成理想的形状(适合于加热的形状)。例如，加热线圈可以采用回转加热 器(发热元件)的形式，其一端设置在远离线圈中心的位置。而且，除了这 种加热线圈之外，还可以使用片状加热器(发热元件)。
另选地，加热线圈21-24如上所述还可以用作初始化线圈。在这个实施 例中，不需要提供专用的初始化线圈，因此降低了磁传感器10的制造成本。 而且，当加热线圈21-24一旦通电时，则可以同时执行元件11-18的加热和 初始化，从而获取补偿温度特性的基础数据，因此简化了制造步骤并且降低 了制造成本。
而且，如上所述，还可以将使用诸如GMR元件11-18这些磁阻元件的 磁传感器用作地磁传感器，通过算术方法对磁阻元件的输出值进行处理而计 算方向，所述磁阻元件的输出值随着外部磁场的改变而变化。在这个实施例 中，在发货等阶段，必须执行一种测试，用以检查磁阻元件在外部磁场中是 否正确运行。
在这种测试中，必须将已知的外部磁场施加到磁阻元件上。为了施加这 种已知的外部磁场给磁阻元件，需要外部磁场生成设备。但是，这种设备非 常昂贵。所以，另一种选择是，可以这样配置磁传感器，即，将测试线圈设 置在邻近(例如，刚好位于其下面)磁阻元件的位置上，并且当通电时，测 试线圈施加一个用于测试的外部磁场给磁阻元件。
在这种情况下，在磁传感器10中，上述测试线圈可以独立于上述加热 线圈21-24进行设置。例如，可以在形成加热线圈21-24的层(在本实施例 中指层S3)之外的层中形成测试线圈(在本实施例中指层S1或层S2)。如 果测试线圈和加热线圈这样彼此独立设置，则可以将单独的加热线圈设计成 理想的形状(适合于加热的形状)。例如，加热线圈可以采用回转加热器(发 热元件)的形式，其一端设置在远离线圈中心的位置。而且，除了这种加热 线圈之外，还可以使用片状加热器(发热元件)。
另选地，如平面图所示，可以将加热线圈21-24进行90°旋转，因此加 热线圈21-24还可以用作上述测试线圈。在这个实施例中，不需要提供专用 的测试线圈，因此降低了磁传感器10的制造成本。
而且，在上述磁传感器10中，每个加热线圈21(22-24)都包含如平面 图所示形成螺旋的第一导线21-1和如平面图所示形成螺旋的第二导线21-2； 元件组Gr1-Gr4设置于如平面图所示第一导线螺旋中心P1和第二导线螺旋 中心P2之间；并且如平面图所示第一与第二导线以这样一种方式相连接， 即，在与任意元件组相重迭的部分第一导线和与任意元件组相重迭的部分第 二导线中的电流以大致相同方向流动。
结果，可以将强大的磁场(例如，磁场初始时足够强大)施加给磁阻元 件11-18，而如平面图所示，将也用作初始化线圈(或测试线圈)的加热线 圈21-24的区域最小化，因此可以减小磁传感器10的尺寸。
在第一实施例中，为了加热GMR元件，依次给每一个加热线圈21-24 提供100mA电流100ms；另选地，例如，也可以同时给所有加热线圈21-24 提供25mA电流400ms。在这种同时通电情形中，在加热线圈21-24之间可 以达到与依次供电相比更好的温度平衡。
(第二实施例)
现在将参照附图14和15描述根据本实用新型第二实施例的磁传感器 50，图14显示了磁传感器50的平面示意图，而图15是沿着图14中1-1线 剖切得到的磁传感器50的局部剖视图。磁传感器50的结构与第一实施例中 的磁传感器10相比，除了用于加热GMR元件11-18(元件组Gr1-Gr4)的 加热线圈70是与初始化线圈61-64相互独立设置之外，其它相同。因此， 下文将集中对这一改进之处进行说明。
类似于相对应的加热线圈21-24，图14和15中的初始化线圈61-64都 嵌置在层S3中，刚好分别位于元件组Gr1-Gr4之下(在负Z轴方向上)。当 在预定条件(例如，在磁检测之前)下通电时，初始化线圈61-64，在每个 设置在各个加热线圈之上的磁阻元件的自由层中，产生具有预定方向(方向 垂直于相应的被钉扎层的被钉扎磁化方向)的磁场(初始化磁场)。
加热线圈70例如是由铝薄膜形成的并且如平面图所示具有螺旋形形状 (未示出)。加热线圈70的形状近似为一方形，该方形的边都和由桥接线部 分19限定的方形的相应边平行，并且该方形的形心也和由桥接线部分19限 定的方形的形心相重合。如平面图所示，加热线圈70形成在桥接线部分19 的内侧。而且，由图15可知，在衬底50a上依次叠置有绝缘层INS1和布线 层S1-S3，加热线圈70嵌置形成在层S3(用作布线层的层S1-S3的最上一 层)上，GMR元件11-18形成在层S3的上表面上。
而且，以这样一种方式设置加热线圈70，即，使由加热线圈70传送给 多个GMR元件11-18中任意一个的热量约等于由加热线圈70传送给多个 GMR元件11-18中另一个的热量。
在这个磁传感器50中，与磁传感器10一样，实现了对温度相关特性的 补偿。也就是说，在磁传感器尚未安装到蜂窝电话中之前，对加热线圈70 通电以获取上述比值(梯度)Mx和My，上述比值(梯度)Mx和My是用 于补偿温度相关特性的基础数据。图16利用曲线Lj1和Lj2表示在元件组 Gr1-Gr4形成表面上的等温线。曲线Lj1代表的等温线温度高于曲线Lj2代 表的等温线温度。
也就是说，当通电时，加热线圈70主要是加热元件组Gr1-Gr4。结果， 元件组Gr1-Gr4温度变得近似相等。反之，当为了获取用于补偿温度相关特 性的基础数据而将元件组Gr1-Gr4加热到足够高温度时，整个磁传感器50 包含衬底50a在内受热不均匀，因此其表面上形成有元件组Gr1-Gr4的层S3 的上表面将因加热线圈70发热而变得温度不均匀。
换言之，在磁传感器50中，当获取用于补偿温度相关特性的基础数据 时，GMR元件11-18未被加热到(不需要被加热到)使整个磁传感器50包 含衬底50a在内受热均匀这样一种温度。因此，与由加热装置加热整个磁传 感器50的情形相比，可以缩短加热/冷却GMR元件11-18所需的时间长度。
因此，根据磁传感器50，可以在很短时间内获得用于补偿温度相关特性 的基础数据，在很短时间内发生地磁改变的可能性很小，因此获得的数据精 度很高。结果是，可以对磁传感器50的温度相关特性进行精确补偿。
而且，因为与使用加热装置加热之后对磁传感器50进行冷却相比，可 以在很短时间内冷却磁传感器50，所以可以缩短制造磁传感器50的时间周 期，并且可以降低制造成本。此外，因为加热线圈70嵌置在层S3中，层 S3是三个布线层S1-S3中最上一层并且最靠近GMR元件11-18，所以可以 高效率地加热GMR元件11-18。
另选地，替代上述初始化线圈61-64，上述测试线圈可以设置于初始化 线圈原先占据的相同位置上。另一种选择是，可以独立于初始化线圈61-64 和加热线圈70之外而形成测试线圈，因此直接设置在初始化线圈61-64的 下方。再一种选择是，可以在较低层例如层S1中形成初始化线圈，而在较 高层例如层S3中形成测试线圈。
如上所述，利用本实用新型的磁传感器以及用于对该磁传感器的温度相 关特性进行补偿的方法，可以精确地对磁传感器的温度相关特性进行补偿。 而且，考虑到如下事实，即磁传感器10、50包括X-轴磁传感器与Y-轴磁传 感器，配置形成为全桥电路，而且磁传感器的温度相关特性随磁阻元件温度 改变而成比例地进行变化，上述“比值”Mx、My存储在磁传感器的WORM 存储器中。因此，在将磁传感器安装到电子设备中之后，电子设备可以从存 储器中读取该“比值”，从而获得磁传感器的温度相关特性的数据，并且可 以利用所获得数据对磁传感器的温度相关特性进行补偿。
而且，因为通过只将上述“比值”(梯度Mx、My)存储到磁传感器10、 50的存储器中，就可以将各个磁传感器10、50的温度相关特性数据保存在 磁传感器中，所以与将大量包含有元件温度和磁传感器输出值的数据集存储 到存储器中的情形相比，可以大大减低存储器中所要存储的数据量。此外， 因为上述“比值”(梯度Mx和My)没有变化，所以存储器可以选用价格便 宜的WORM型存储器。结果，可以降低磁传感器的成本。
本实用新型并不局限于前述的实施例，并且可以在本实用新型实用新型 范围内对这些实施例进行各种各样的变型。例如，对于磁传感器10或50的 磁阻元件，可以利用TMR元件替代GMR元件。而且，安装磁传感器10或 50的电子设备并不仅限于蜂窝电话。也就是说，可以将它们放置到另外的电 子设备中，例如便携式计算机、便携式导航系统、或PDA(称为“Personal Digital Assistant”即个人数字助理的个人信息设备)。
而且，在每一个前述实施例中，GMR元件18的第一温度T1、X-轴磁 传感器的第一输出值X1、和Y-轴磁传感器的第一输出值Y1，都是在加热线 圈21-24或70通电之前获取的数据；而GMR元件18的第二温度T2、X- 轴磁传感器的第二输出值X2、和Y-轴磁传感器的第二输出值Y2，都是在加 热线圈21-24或70通电之后获取的数据；基于这些数据计算出梯度Mx、 My。然而，该实施例还可以变型改做这样一种方式，即：GMR元件18的 第一温度T1、X-轴磁传感器的第一输出值X1、和Y-轴磁传感器的第一输出 值Y1，都是在加热线圈21-24或70通电之后获取的数据；而GMR元件18 的第二温度T2、X-轴磁传感器的第二输出值X2、和Y-轴磁传感器的第二输 出值Y2，都是在从加热线圈21-24或70通电结束起经过一个预先设定时间 之后所获取的数据；且因此计算出梯度Mx、My。
此外，如图17所示，第二实施例的加热线圈70可以用加热线圈80替 代，加热线圈80在对应加热线圈70中心区域处被挖空。根据这个另选的加 热线圈80，当加热线圈80通电时可以将磁阻元件11-18加热到近似相同的 温度；而磁传感器50(衬底50a)中心区域不会出现过热现象。因此，可以 更高的效率对GMR元件11-18进行加热。
再有，加热线圈、初始化线圈和测试线圈可以彼此相互独立地形成，一 个压叠一个地设置于各个GMR元件组的正下方。在这种情形下，如在图18 中所清楚地显示的那样，层INS1和四个布线层S1-S4都一个压叠一个地顺 次叠置在衬底上；而加热线圈101、初始化线圈102和测试线圈103可以分 别形成在层S4、层S3、和层S1中。而且，桥接线可以贯穿多个层。
而且，本实用新型不仅可以使用具有X-轴磁传感器和Y-轴磁传感器的 双轴方向检测型磁传感器，而且可以使用具有X-轴磁传感器、Y-轴磁传感器 和Z-轴磁传感器的三轴方向检测型磁传感器，或者单轴方向检测型磁传感 器。
本实用新型提供了一种磁传感器，其包括多个磁阻元件和多个发热元 件，多个磁阻元件形成在衬底上叠置的层的上表面上，多个发热元件用于在 通电时产生热量，并且该磁传感器根据所述多个磁阻元件的电阻值而产生对 应于作用在所述磁阻元件上的外部磁场的输出值，其中所述多个发热元件以 这样一种方式安排布置，即当所述多个发热元件中每一个发热元件产生的热 量近似等于其余发热元件中任意一个产生的热量时，所述多个磁阻元件的温 度将变得彼此大致相等，并且其上形成有所述多个磁阻元件的所述层的上表 面的温度将变得不均匀(不一致)。所述磁阻元件例如是MR元件、GMR元 件以及TMR元件。
由于采用上述配置构造，所以包括所述衬底在内的整个磁传感器不会被 加热到同一温度；而所述多个磁阻元件将可加热到大致相同的温度(一个与 衬底温度有差异的温度)。这样，可以缩短加热/冷却磁阻元件所需要的时间， 因此可以在相同地磁作用在磁阻元件上的时间段内测得磁阻元件的温度相 关特性。
在这种情形下，所述多个磁阻元件可以配置形成多个岛状元件组，每一 个元件组都包含有磁场检测方向相同并且在所述层的上表面上彼此位置相 邻的多个磁阻元件；而且如此形成所述发热元件，即在每个元件组的上方或 下方设置一个发热元件。在这种情形下，因为加热元件主要加热对象是磁阻 元件，所以可以进一步缩短加热/冷却磁阻元件所需要的时间。
优选地，每个所述发热元件都假定为线圈形式(加热线圈)，该线圈能 够给在所述发热元件的上方或下方设置形成的所述磁阻元件施加一个在与 所述磁阻元件的磁场检测方向近似相同或近似垂直的方向上的磁场。在这种 情形下，磁场方向与所述磁阻元件的磁场检测方向近似相同的磁场可以用作 测试磁场，用于测定磁传感器是否在正常地检测磁场；而磁场方向与所述磁 阻元件的磁场检测方向近似垂直的磁场例如可以用作对所述磁阻元件的自 由层进行初始化的磁场。
由于采用上述配置构造，因为所述发热元件(加热线圈)还可以用作产 生与所述磁阻元件磁场检测方向近似相同或近似垂直的磁场的线圈(测试线 圈或初始化线圈)，所以缩减了制造步骤并减少了制造过程中使用的掩模数 目，从而可以减少磁传感器的制造成本。而且，当这种线圈通电时，可以同 时完成对磁传感器的温度相关特性的测量、对磁传感器的部分或全部的测 试、对磁传感器的部分或全部的初始化；因此，可以缩短制造(测试)周期， 从而减少制造成本。
本实用新型还提供了一种磁传感器，其包括多个磁阻元件和一个发热元 件，所述多个磁阻元件形成在衬底上叠置的层的上表面上，所述发热元件用 于在通电时产生热量，并且该磁传感器根据所述多个磁阻元件的电阻值而产 生对应于作用在所述磁阻元件上的外部磁场的输出值，其中所述发热元件以 这样一种方式安排布置，即所述多个磁阻元件的温度变得彼此大致相等，而 其上形成有所述多个磁阻元件的所述层的上表面的温度变得不均匀。
也由于采用了这种可供选择的配置构造，包括所述衬底在内的整个磁传 感器不会被加热到同一温度；而所述多个磁阻元件将可加热到大致相同的温 度(一个与衬底温度有差异的温度)。这样，可以缩短加热/冷却磁阻元件所 需要的时间，因此可以在相同地磁作用在磁阻元件上的时间段内测得磁阻元 件的温度相关特性。
在这种情形下，所述发热元件和所述多个磁阻元件以这样一种方式布 置，即使得由所述发热元件传送给所述多个磁阻元件中任意一个的热量约等 于由所述发热元件传送给其余磁阻元件之一的热量。
所述发热元件和所述多个磁阻元件以这样一种方式布置，即使得所述发 热元件和所述多个磁阻元件中任意一个之间的相对位置关系大致等于所述 发热元件和其余磁阻元件之一的相对位置关系。
优选地，所述多个磁阻元件都各自被安排在所述衬底上叠置的层的上表 面上彼此间隔分开的四个岛中，并且都以这样一种方式形成，即当在与所述 层上表面平行的面中绕一个四边形(所述四边形由连接相邻岛的近似中心的 四条直线构成)形心将所述多个磁阻元件进行90°旋转时，则任意一个岛将 会与90°旋转之前被在旋转方向上与之相邻的另一个岛所占据的位置基本 上相重合。
而且，具有任何上述特征的磁传感器可进一步包括温度检测部分，当 所述多个磁阻元件的温度变得彼此大致相等，而其上形成有所述多个磁阻元 件的所述层的上表面的温度变得不均匀时，该温度检测部分输出与所述多个 磁阻元件中至少一个的温度具有定量关系的温度，作为检测温度。
如上所述，发热元件产生热辐射将所述多个磁阻元件加热到大致相同的 温度。因此，在温度检测部分与所述多个磁阻元件中至少一个关于温度具有 定量关系这种情形下，温度检测部分可以检测基本上所有的具有相同结构配 置的磁阻元件的温度。因此，根据上述结构配置，不需要增加温度检测部分 的数目，而因此可以降低磁传感器的成本。
而且，在包含有上述温度检测部分的磁传感器中，优选地，所述多个磁 阻元件以这样一种方式相连，即在所述磁阻元件中，磁场检测方向相同的元 件构成一个桥电路，以便生成对应于所述外部磁场的输出值；并且所述磁传 感器还包括存储器和温度相关特性写入装置，温度相关特性写入装置用于将 一个数值写入到所述存储器中，所述数值是根据以下值确定的：即“基于温 度检测部分输出的检测温度确定的表示所述磁阻元件第一温度的数据，以及 所述磁传感器在第一温度下输出的第一输出值”和“基于温度检测部分输出 的检测温度确定的表示所述磁阻元件第二温度(与第一温度不同)的数据， 以及所述磁传感器在第二温度下输出的第二输出值”，上述写入到所述存储 器中的数值对应于第一输出值、第二输出值之间差值和第一温度、第二温度 之间差值的比值。
其中由多个磁阻元件构成桥电路(全桥电路)的磁传感器的温度相关特 性是这样的，即磁传感器的输出根据磁阻元件温度改变而成比例改变。因此， 假如将相应于上述“比值”(即，磁传感器的输出值改变量对磁阻元件温度 改变量的比值，其中数值可以是比值本身，也可以是比值的倒数等等)的数 值提前存储到存储器中，则在将磁传感器安装到电子设备之后，电子设备可 以通过从磁传感器读取“比值”而获得磁传感器的温度相关特性数据。因此， 可以利用该数据对磁传感器的温度相关特性进行补偿。
换言之，每个磁传感器的关于温度相关特性的数据都可以通过将对应于 上述“比值”的数值存储到磁传感器存储器中的简单操作而保存在磁传感器 中。因此，可以使保存磁传感器的温度相关特性数据所需的存储器容量最小， 从而降低磁传感器的成本。
本实用新型还提供了一种对磁传感器的温度相关特性进行补偿的方法， 所述磁传感器包括：磁阻元件，磁阻元件的电阻随着外部磁场的改变而变化； 第一存储器；温度检测部分，其用于将与所述磁阻元件的温度具有恒定关系 的温度输出作为检测温度；以及发热元件，其用于通电发热；并且所述磁传 感器基于所述磁阻元件的电阻值生成对应于外部磁场的输出值；所述磁传感 器被应用结合到电子设备中，所述电子设备包括永磁元件、外壳以及第二存 储器，其中所述外壳将所述磁传感器、所述永磁元件以及第二存储器容纳在 内；所述方法包括如下步骤：在将所述磁传感器放置到所述外壳中之前，根 据由所述温度检测部分输出的检测温度得到所述磁阻元件的第一温度，并且 得到由所述磁传感器在第一温度下输出的第一输出值；在将所述磁传感器放 置到所述外壳中之前，改变所述发热元件的通电状态；在将所述磁传感器放 置到所述外壳中之前，根据由所述温度检测部分输出的检测温度得到所述磁 阻元件的第二温度，并且得到由所述磁传感器在第二温度下输出的第二输出 值；将与所述第一输出值、第二输出值之差和所述第一温度、第二温度之差 的比值相对应的数值存储到所述第一存储器中；在将所述磁传感器连同所述 永磁元件一起放置到所述外壳中之后，将作为基准数据的所述磁传感器输出 值的偏置值(offset)以及由所述温度检测部分输出的检测温度存储到所述第 二存储器中；并且此后，根据存储在所述第一存储器中的与比值对应的数值、 存储在所述第二存储器中的基准数据、以及由所述温度检测部分输出的检测 温度，对所述磁传感器的输出值进行校正。
通过这种方法，在还没有将磁传感器安装到电子设备中的时候，测取与 上述“比值”相对应的数值数据，作为表示磁传感器温度相关特性的数据， 并且/或者将该数据存储到第一存储器中。然后，在将所述磁传感器连同所述 永磁元件以及所述第二存储器一起容纳放置到所述外壳中之后，在测得所述 磁传感器输出值偏置值的情形下将所述磁传感器输出值偏置值以及所述温 度检测部分检测的温度存储到所述第二存储器中。随后，根据温度检测部分 实际检测的温度和第二存储器中存储的温度之间的差值、对应于“比值”且 存储在第一存储器中的数值、以及第二存储器中存储的偏置值，来校正磁传 感器的实际输出值。
注意，甚至在将所述磁传感器容纳安装到所述外壳中之后，也可以完成 将对应于比值的数值存储到第一存储器中的操作。
将利用具体实施例来说明这种方法。将温度检测部分实际检测的温度和 第二存储器中存储的温度之差乘以第一存储器中存储的“比值”，因此得到 由磁传感器温度的改变而导致的偏置值改变量。随后，将第二存储器中存储 的偏置值和所述偏置值改变量相加，因此得到温度改变后的偏置值；并且将 所述磁传感器的实际输出值和温度改变后的偏置值的差值作为与被测外部 磁场对应的数值。
因此，根据本实用新型的温度相关特性补偿方法，在磁传感器还没有安 装到电子设备中的时候测量根据上述“比值”的数值，并且将该数值存储到 第一存储器中。因此，磁传感器自身就可以支配表示所述磁传感器温度相关 特性的数据。而且，因为在将磁传感器连同永磁元件一起安装到电子设备的 外壳中之后，偏置值以及由温度检测部分输出的检测温度都存储在第二存储 器中，所以在得到偏置值时就不再需要将磁传感器自身偏置值以及温度检测 部分输出的检测温度存储到第一存储器中去。因此，可以使第一存储器的存 储容量最小，从而降低了磁传感器的成本。而且，由于在将磁传感器安装到 所述外壳中之后，可以同时测取磁传感器所具有的两种类型偏差：即源于磁 阻元件个体差异(阻值的差异)的磁传感器偏差(基准漂移)和可归因于永 磁元件漏磁场的磁传感器偏差(基准漂移)，而不需要对偏置值进行两次测 取。所以，根据本实用新型，可以用一种简单方法对所述磁传感器的温度相 关特性进行补偿。