Title:
Planare Spule
Kind Code:
A1


Abstract:

Es werden einzelne als auch zwei oder mehrere übereinander angeordnet Spulen oder eine Spule in Kombination mit einem Sensor, integrierbar in planare Halbleitertechnologie beschrieben. Eine Spule beinhaltet eine Windung und zwei Zuleitungen zur Zuführung von Strom zur Spule. Die Windung und die Zuleitungen sind aus einer Metalllage gebildet. Eine der zwei Zuleitungen ist mit einem ersten Ende der Windung verbunden und die andere der zwei Zuleitungen ist mit einem zweiten Ende der Windung verbunden.




Inventors:
Lerner, Ralf (99085, Erfurt, DE)
Hering, Siegfried (99098, Erfurt, DE)
Application Number:
DE102016110425A
Publication Date:
12/07/2017
Filing Date:
06/06/2016
Assignee:
X-FAB Semiconductor Foundries AG, 99097 (DE)
Domestic Patent References:
DE102012018013A1N/A2014-03-13



Foreign References:
88662592014-10-21
90086032015-04-14
200601636922006-07-27
200902955672009-12-03
201303414112013-12-26
201403270942014-11-06
EP24163582012-02-08
61149372000-09-05
Attorney, Agent or Firm:
Marks & Clerk LLP, London, GB
Claims:
1. Spule integrierbar in planarer Halbleitertechnologie, wobei die Spule eine Windung und zwei Zuleitungen zur Zuführung von Strom zur Spule beinhaltet, die Windung und die Zuleitungen aus einer Metalllage gebildet sind und eine der zwei Zuleitungen mit einem ersten Ende der Windung verbunden ist und die andere der zwei Zuleitungen mit einem zweiten Ende der Windung verbunden ist.

2. Spule nach Anspruch 1, wobei die Spule und die Zuleitungen im Wesentlichen eine Dicke der Metalllage einnehmen.

3. Spule nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zuleitungen von der Windung nach außen gehend angeordnet sind.

4. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Spule mindestens zwei Windungen beinhaltet und eine der zwei Zuleitungen ein erstes Ende jeder Windung verbindet und die andere der Zuleitungen ein zweites Ende jeder Windung verbindet.

5. Spule nach Anspruch 4, wobei die Windungen durch die Zuleitungen parallel geschaltet sind.

6. Spule nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Windungen konzentrisch angeordnet sind.

7. Spule nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei jede Windung durch eine Leiterbahn gebildet ist und die Leiterbahn eine Breite hat.

8. Spule nach Anspruch 7, wobei die Breite jeder Leiterbahn der Windungen gleich ist.

9. Spule nach Anspruch 7, wobei die Breite jeder Leiterbahn der Windungen unterschiedlich ist.

10. Spule nach Anspruch 7, wobei die Breite der Leiterbahn von außenliegenden Windungen grösser ist als die Breite der Leiterbahn von innenliegenden Windungen.

11. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Windung durch eine Leiterbahn gebildet ist, die eine Breite und einen Dicke hat und das Verhältnis zwischen der Dicke und Breite der Leiterbahn einen Bereich von ungefähr 1:25 bis 1:5 umfasst.

12. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 11, wobei eine/die Breite einer/der Leiterbahn einer/der Windung einen Bereich von ungefähr 5 bis 100 µm umfasst und/oder eine/die Dicke einer/der Leiterbahn einer/der Windung einen Bereich von ungefähr 0,2 bis 20 µm umfasst.

13. Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Spule eine planare Spule oder Flachspule beinhaltet.

14. Spule integrierbar in planarer Halbleitertechnologie, wobei die Spule eine Anzahl von parallel geschalteten Windungen beinhaltet und die Spule aus einer Metalllage gebildet ist.

15. Spule integrierbar in planarer Halbleitertechnologie, wobei die Spule eine Windung beinhaltet und die Spule aus einer Metalllage gebildet ist, wobei die Windung durch eine Leiterbahn gebildet ist, die eine Breite und einen Dicke hat und das Verhältnis zwischen der Dicke und Breite einen Bereich von ungefähr 1:25 bis 1:5 umfasst.

16. Spule integrierbar in planarer Halbleitertechnologie, wobei die Spule eine Windung beinhaltet und die Spule aus einer Metalllage gebildet ist, wobei die Windung einen Winkel von mindestens 270° und/oder einen Winkel von höchstens 350° beschreibt.

17. Spulenanordnung, wobei die Spulenanordnung mindestens zwei Spulen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder nach Anspruch 14, 15 oder 16 beinhaltet, wobei die zwei Spulen übereinander liegend angeordnet sind.

18. Spulenanordnung, wobei die Spulenanordnung mindestens eine Spule nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder nach Anspruch 14, 15 oder 16 und einen Sensor zur Detektion eines von der Spule erzeugten Magnetfeldes beinhaltet.

Description:

Die Erfindung betrifft Spulen, einzelne als auch zwei oder mehrere übereinander angeordnete Spulen oder eine Spule in Kombination mit einem Sensor, integrierbar in eine planare Halbleitertechnologie.

Spiralförmige Spulen, die beispielsweise in US 6,114,937 gezeigt sind, werden typischerweise aus zwei Metalllagen hergestellt. Dabei kann eine spiralförmige Metallleitung aus einer ersten Metalllage gebildet werden. Um das innere Ende der Metallleitung zu kontaktieren, können beispielsweise Unterführungskontakte, die unterhalb der Metallleitung angeordnet sind, benutzt werden. Unterführungskontakte können durch eine zweite Metalllage gebildet werden und z.B. durch mit Metall gefüllte Vias an das innere Ende der Metallleitung verbunden werden.

Aus DE10 2012 018 013 wurde die dortige 3 teilweise als Stand der Technik in die vorliegende Beschreibung als 1(a) übernommen. Die aus diesem Stand der Technik bekannte planare Spule 10 besteht aus einer ersten Metalllage und beinhaltet mehrere Windungen 16, die spiralförmig angeordnet sind. Wie auch im Schnitt in 1(b) gezeigt, erfolgt die elektrische Zuführung in das Zentrum 10a der Spule 10 über einen Viakontakt 12, der zwischen der ersten Metalllage 11 und einer zweiten Metalllage 15 angeordnet ist. In der Ausführungsform des Standes der Technik in 1(a) und 1(b) erfolgt die elektrische Zuführung über eine Zuleitung 14, die in der zweiten Metalllage 15 gebildet wurde. Die Zuleitung 14 in der zweiten Metalllage 15 verläuft unterhalb der Spule 10 zum Zentrum 10a der Spule, wobei die Zuleitung 14 die Spule 10 teilweise kreuzt, bzw. einige Windungen 16 der Spule 10 kreuzt.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben allerdings erkannt, dass die Vias oder Viakontakte zum Gesamtwiderstand der Spule beitragen und auch die maximale Stromtragfähigkeit der Spule begrenzen können. Die zweite Metalllage und die Vias oder Viakontakte vergrößern außerdem die vertikale Ausdehnung bzw. die Gesamtdicke einer einzelnen Spule, was sich insbesondere bei einer übereinanderliegenden Anordnung von mehreren spiralförmigen Spulen bemerkbar machen kann.

Außerdem haben die Erfinder erkannt, dass in spiralförmigen Spulen die einzelnen Windungen der Spule in Reihe geschaltet sind. Dabei ergibt sich ein Gesamtwiderstand der Spule als Summe der Widerstände pro Windung. Eine Erhöhung der Induktivität der Spule durch eine Erhöhung der Windungszahl hat dadurch einen höheren Gesamtwiderstand der Spule zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom Stand der Technik, eine verbesserte in planarer Halbleitertechnologie integrierbare Spule herstellbar zu machen.

Dieses und andere Probleme können beispielsweise durch die in den Patentansprüchen 1, 14, 15 und 16 aufgeführten Merkmale gelöst werden.

Vorteile bestimmter Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beinhalten eine Verringerung der vertikalen Ausdehnung einer Spule z.B. durch die Bildung der Spule und der Zuleitungen zur Zuführung von Strom zur Spule aus einer Metalllage. So können z.B. einzelne planare Spulen aus einer Metalllage hergestellt werden. Darüber hinaus können zwei oder mehrere Spulen übereinanderliegend angeordnet werden, wobei die vertikale Ausdehnung bzw. die Gesamtdicke der einzelnen Spulen verringert werden kann. Die einzelnen Spulen in dieser Anordnung können beispielsweise durch eine einzige Verdrahtungsebene pro Spule kontaktiert werden.

In bestimmten Ausführungsbeispielen kann die Spule eine Anzahl von parallel geschalteten Windungen beinhalten, wie zum Beispiel mindestens zwei parallel geschalteten Windungen. Durch die Parallelschaltung einer Anzahl von Windungen kann der Gesamtwiderstand der Spule gesenkt werden, wodurch bei gleicher angelegter Spannung ein erhöhter Strom durch die Spule fließen kann. Dieser erhöhte Strom erzeugt eine erhöhte magnetische Flussdichte. Durch eine Erhöhung der Anzahl von parallel geschalteten Windungen kann der Gesamtwiderstand der Spule verringert werden.

In bestimmten Ausführungsbeispielen kann anstelle oder zusätzlich zu einer Anzahl von Windungen, die Breite einer oder jeder Windung der Spule erhöht werden. Das Verhältnis zwischen der Dicke und der Breite einer oder jeder Windung kann einen Bereich von ungefähr 1:25 bis 1:5 umfassen. Durch die Erhöhung der Breite einer Windung kann die Querschnittsfläche der entsprechenden Windung erhöht werden, was zu einer Verringerung des Widerstandes der entsprechenden Windung führen kann. Die Windung der Spule kann durch eine Leiterbahn gebildet werden. Die Dicke einer Windung kann der Dicke der Leiterbahn entsprechen und/oder die Breite der Windung kann der Breite der Leiterbahn entsprechen. Die Breite der Windung ist somit vom Gesamtdurchmesser der Windung bzw. der Spule zu unterscheiden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände der Ansprüche 1, 14, 15 und 16 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Zuhilfenahme der Zeichnungen erläutert. Es zeigen

1(a) als Stand der Technik eine planare, spiralförmige Spule aus einer ersten Metalllage, bei der die Zuführung in das Zentrum der Spule über eine zweite Metalllage und einen Viakontakt erfolgt,

1(b) einen Querschnitt der Spule in 1(a) entlang der gestrichelten Linie A-A,

2 eine planare Spule aus einer Metalllage, bei der eine Anzahl von Windungen mit gleicher Breite konzentrisch angeordnet sind und durch Zuleitungen zur Zuführung von Strom zur Spule elektrisch parallel geschaltet sind,

3 eine planare Spule aus einer Metalllage, bei der eine Anzahl von Windungen mit unterschiedlicher Breite konzentrisch angeordnet sind und durch Zuleitungen zur Zuführung von Strom zur Spule elektrisch parallel geschaltet sind,

4(a) eine planare Spule mit einer Windung, bei der die Zuleitungen an den Enden der Windung angeschlossen sind und die Windung und Zuleitungen aus einer Metalllage gebildet sind,

4(b) einen Querschnitt der Windung der Spule in 4(a) entlang der gestrichelten Linie C-C,

5 eine Vorderansicht der Spule in 2, 3 oder 4(a),

6(a) eine Anordnung von zwei übereinanderliegenden planaren Spulen,

6(b) eine Anordnung von zwei übereinanderliegenden und zueinander versetzten planaren Spulen,

6(c) eine Anordnung von einer planaren Spule und einem Sensor.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer planaren Spule 20, die in planarer Halbleitertechnologie, wie zum Beispiel Siliziumhalbleitertechnologie oder CMOS Siliziumhalbleitertechnologie, integrierbar ist. Die planare Spule 20 in 2 beinhaltet eine Anzahl von Windungen 22. Jede Windung 22 der Spule 20 ist durch eine entsprechende gekrümmte Leiterbahn 23 gebildet. In dem Ausführungsbeispiel in 2 hat die Spule 20 vier Windungen 22, wobei die Spule 20 in anderen Ausführungsbeispielen mehr als vier oder weniger als vier Windungen haben kann. In anderen Ausführungsbeispielen könnte die Spule 20 z.B. nur eine einzige Windung beinhalten.

In der Spule 20 in 2 sind die Windungen 22 konzentrisch zueinander angeordnet. Ein erstes Ende jeder Windung 22 ist mit einer ersten Zuleitung 24a verbunden und ein zweites Ende jeder Windung 22 ist mit einer zweiten Zuleitung 24b verbunden. Durch den Anschluss der ersten und zweiten Enden der Windungen 22 an entsprechende erste und zweite Zuleitungen 24a, 24b sind die Windungen 22 elektrisch parallel geschaltet. Bedingt durch die Parallelschaltung der Windungen 22 sinkt der Gesamtwiderstand der Spule 20 und dadurch vergrößert sich der Strom, der bei gleicher angelegter Spannung durch die Spule 20 fließen kann, wobei der Strom eine erhöhte magnetische Flussdichte erzeugt. Durch eine Erhöhung der Anzahl der parallel geschalteten Windungen 22 kann der Gesamtwiderstand der Spule weiter verringert werden.

In der Spule 20 in 2 sind die ersten und zweiten Zuleitungen 24a, 24b von den Windungen 22 nach außen gehend angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel verlaufen also die ersten und zweiten Zuleitungen 24a, 24b parallel zueinander von den Enden der Windungen 22 zu einem Bereich außerhalb des Grundrisses der Windungen 22.

In 2 ist die Breite B der Leiterbahn 23 jeder Windung 22 gleich, wobei in anderen Ausführungsbeispielen die Breite der Leiterbahn 23 der einzelnen Windungen unterschiedlich sein kann.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer planaren Spule 30, welches dem Ausführungsbeispiel in 2 ähnelt. In dem Ausführungsbeispiel in 3 haben die Leiterbahnen 33 der Windungen 32 unterschiedliche Breiten B, wobei die Breite B der Leiterbahn 33 der im Zentrum der Spule 30 angeordneten Windung 32 am geringsten ist und die Breite B der Leiterbahn 33 der am äußersten Rand der Spule 30 angeordneten Windung 32 am größten ist. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Breite der Leiterbahn 33 der am äußersten Rand der Spule 30 angeordneten Windung 32 einer dreifachen Breite der Leiterbahn 33 der im Zentrum der Spule 30 angeordneten Windung 32. Beispielsweise kann die Leiterbahn 33 der im Zentrum der Spule 30 angeordneten Windung 32 eine Breite von ungefähr 1µm und die Leiterbahn 33 der am äußersten Rand der Spule 30 angeordneten Windung 32 eine Breite von ungefähr 3µm haben. In anderen Ausführungsbeispielen könnte dagegen die Breite B der Leiterbahn der im Zentrum der Spule angeordneten Windung einen Bereich von 0,5 bis 2µm und die Breite B der Leiterbahn der am äußersten Rand der Spule 30 angeordneten Windung 32 einen Bereich von 1,5 bis 6µm umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel nimmt also die Breite der Leiterbahnen 33 der einzelnen Windungen 32 mit dem Durchmesser der Windungen 32 zu. In anderen Ausführungsbeispielen könnte dagegen die Breite der Leiterbahnen 33 der Windungen 32 mit dem Durchmesser der Windungen abnehmen. In der Anordnung der Windungen 32 der Spule 30 in 3 haben die Windungen 32 unterschiedliche Längen. Die unterschiedlichen Breiten B der Leiterbahnen 33 der Windungen 32 können benutzt werden, um die unterschiedlichen Längen der Windungen zu kompensieren und den Widerstand jeder Windung 32 zu variieren und/oder anzugleichen. Die Stromversorgung erfolgt wiederum durch für alle Windungen 32 gemeinsame Zuleitungen 34a, 34b, die in diesem Ausführungsbeispiel von den Windungen 32 nach außen gehend angeordnet sind. Die ersten und zweiten Zuleitungen 34a, 34b verlaufen also parallel zueinander von den Enden der Windungen 32 zu einem Bereich außerhalb des Grundrisses der Windungen 32.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer planaren Spule 40 ist in 4(a) gezeigt. Die Spule 40 in 4(a) ähnelt den Spulen 20, 30 in 2 und 3. Im Gegensatz zu den Spulen 20, 30 in den obigen Ausführungsbeispielen hat die Spule 40 in diesem Ausführungsbeispiel aber nur eine einzelne Windung 42. Wie in den obigen Ausführungsbeispielen ist die einzelne Windung 42 durch eine gekrümmte Leiterbahn 43 gebildet. Im Vergleich z.B. zu den Windungen 22 der Spule 20 in 2 ist die Breite der Leiterbahn 43 in diesem Ausführungsbeispiel größer. Die Stromversorgung zur Spule 40 erfolgt durch Zuleitungen 44a, 44b, wobei die ersten und zweiten Zuleitungen 44a, 44b wiederum von der Windung 43 nach außen gehend angeordnet sind.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Breite der Leiterbahn 43 grösser als die Breite der Leiterbahnen 23, 33 der in 2 und 3 gezeigten Spulen 20, 30. In dem Ausführungsbeispiel von 4(a) ist die Breite B der Leiterbahn 43 grösser als ein Abstand F zwischen den ersten und zweiten Zuleitungen 44a, 44b. Beispielsweise kann die Breite der Leiterbahn 43 der in 4(a) gezeigten Spule 40 ungefähr 25% des Gesamtdurchmessers E der Spule 40 entsprechen. In anderen Ausführungsbeispielen könnte die Breite der Leiterbahn beispielsweise zwischen 20% und 35% des Gesamtdurchmessers der Spule entsprechen.

4(b) zeigt einen Querschnitt der Leiterbahn 43 der Windung 42 in diesem Ausführungsbeispiel. Durch die größere Breite B der Leiterbahn 43 in 4(a) und 4(b) ist der Widerstand der einzelnen Windung 42 kleiner als der Widerstand einer einzelnen Windung 22 in der in 2 gezeigten Spule 20, unter der Voraussetzung, dass die Dicke D der Leiterbahnen 23, 43 gleich ist. Das heißt, dass anstelle oder zusätzlich zu einer Erhöhung der Anzahl von Windungen die Breite B einer oder jeder Windung einer Spule erhöht werden kann, um den Widerstand der Spule zu verringern. Das Verhältnis zwischen der Dicke D und Breite B der Leiterbahn 43 in diesem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise einen Bereich von ungefähr 1:25 bis 1:5 umfassen. Beispielsweise könnte die Breite B der Leiterbahn 43 von der Spule 40 in 4(a) einen Bereich von ungefähr 5 bis 100 µm umfassen, wobei die Dicke D einen Bereich von ungefähr 0,2 bis 20 µm umfassen könnte.

In den Ausführungsbeispielen von 2, 3 und 4(a) beschreibt die oder jede Windung 22, 32, 42 einen Winkel von ungefähr 300° bis 320°. Dabei kann der Winkel durch die Ausdehnung der oder jeder Windung 22, 32, 42 von der ersten Zuleitung 24a, 34a, 44a zu der zweiten Zuleitung 24b, 34b, 44b beschrieben werden. In anderen Ausführungsbeispielen könnte die oder jede Windung einen Winkel von mindestens 270° und/oder einen Winkel von höchstens 350° beschreiben.

5 zeigt eine schematische Vorderansicht der in 2, 3 oder 4(a) gezeigten Spule 20, 30, 40. In den obigen Ausführungsbeispielen sind die Windungen 22, 32, 42 der Spulen 20, 30, 40 und die ersten und zweiten Zuleitungen 24a, 24b, 34a, 34b, 44a, 44b, durch eine Metalllage 26, 36, 46 gebildet. In 5 nehmen die Windungen 22, 32, 42 der Spule 20, 30, 40 und die ersten und zweiten Zuleitungen 24a, 24b, 34a, 34b, 44a, 44b im Wesentlichen eine Dicke D der Metalllage 26, 36, 46 ein. Dabei entspricht die vertikale Ausdehnung der jeweiligen Spule 20, 30, 40 bzw. der Windung(en) 22, 32, 42 und der ersten und zweiten Zuleitungen 24a, 24b, 34a, 34b, 44a, 44b im Wesentlichen der Dicke D der entsprechenden Metalllage 26, 36, 46. Die Dicke D der Metalllage 26, 36, 46 bestimmt außerdem eine Dicke D der Leiterbahn 23, 33, 43 der oder jeder Windungen 22, 32, 42.

Durch die Bildung der Spulen 20, 30, 40 und der entsprechenden ersten und zweiten Zuleitungen 24a, 24b, 34a, 34b, 44a, 44b durch eine Metalllage 26, 36, 46, werden keine Viakontakte benötigt und die einzelnen Spulen können beispielsweise an einem äußeren Bereich jeder Spule kontaktiert werden. Da die Spulen 20, 30, 40 in den obigen Ausführungsbeispielen keine Viakontakte benötigen, kann der Widerstand jeder Spule 20, 30, 40 verringert werden.

Die Bildung der Spulen 20, 30, 40 und der ersten und zweiten Zuleitungen 24a, 24b, 34a, 34b, 44a, 44b durch eine Metalllage 26, 36, 46 ermöglicht außerdem eine übereinanderliegende Anordnung von mehreren planaren Spulen.

6(a) zeigt ein Ausführungsbeispiel von einer Anordnung 50, in der zwei Spulen 40 übereinanderliegend gezeigt sind, wobei in anderen Ausführungsbeispielen mehr als zwei Spulen übereinanderliegend angeordnet werden können.

Die Spulen 40 in 6(a) und 6(b) entsprechen der in 4(a) gezeigten Spule 40. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Anordnung 50 z.B. die in 2 und/oder 3 gezeigten Spulen 20, 30 beinhalten. 6(a) zeigt, dass die einzelnen Spulen 40 durch eine entsprechende Metalllage 46 gebildet sind und in oder auf einer Isolatorschicht 52 angeordnet sind, wobei die Isolatorschicht 52 der oberen Spule 40 zwischen den zwei Spulen 40 angeordnet ist und dadurch die zwei Spulen 40 elektrisch voneinander isoliert. Beispielsweise könnte die Isolatorschicht 52 durch ein ILD („Inter Layer Dielectric) oder Viaoxid geformt sein.

In dem in 6(b) gezeigten Ausführungsbeispiel ist die obere Spule 40 um 90° versetzt zur unteren Spule 40 angeordnet. Durch diese Anordnung verlaufen die Zuleitungen 44a, 44b der oberen Spule 40 relativ zu den Zuleitungen der unteren Spule 40 in eine um 90° versetzte Richtung. In anderen Ausführungsbeispielen könnten andere Anordnungen der oberen und unteren Spulen vorgesehen sein. Beispielsweise könnten die zwei Spulen um 180° oder 270° zueinander versetzt angeordnet sein.

Die Spulen 40 in 6(a) und 6(b) können gleichartig oder verschieden sein.

Dadurch dass jede einzelne Spule 40 in den Ausführungsbeispielen von 6(a) und 6(b) durch eine entsprechende Metalllage 46 gebildet ist, könnte z.B. eine Verdrahtungsebene pro Spule 40 benutzt werden, um die einzelnen Spulen 40 zu kontaktieren. Durch das Wegfallen der Viakontake in einer solchen Anordnung lässt sich die Anzahl der benötigten Metalllagen und dadurch die vertikale Ausdehnung bzw. Gesamtdicke der Anordnung und/oder jeder einzelnen Spule reduzieren. Eine Anordnung von mehreren übereinanderliegenden planaren Spulen 40 kann beispielsweise Anwendung in Halbleiterbauelementen wie zum Beispiel in Halbleitertransformatoren finden. Wenn die Spulen in Halbleitertransformatoren angewendet werden, könnte man die jeweiligen Spulen 40 beispielsweise mit einem Ferritkern versehen, der in die jeweiligen Spulen integriert wird, um das von der Spule erzeugte Magnetfeld zu erhöhen.

6(c) zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spulenanordnung 60. Die Spulenanordnung 60 in 6(c) ähnelt der Spulenanordnung 50 in 6(a). Die Anordnung in 6(c) beinhaltet eine Spule 40 in Kombination mit einem Sensor 64, wie zum Beispiel einem Hallsensor 64, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Spule 40 über dem Hallsensor angeordnet ist. In dieser beispielsweisen Anordnung 60 kann die Spule 40 zur Magnetfelderzeugung und der Hallsensor 64 zur Detektion des von der Spule 40 erzeugten Magnetfeldes benutzt werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Anordnung 60 z.B. die in 2 oder 3 gezeigte Spule 20, 30 beinhalten. In bestimmten Ausführungsbeispielen könnte auch der Hallsensor 64 durch eine Metalllage gebildet werden.

Die Spulen 20, 30, 40 in den obigen Ausführungsbeispielen können beispielsweise aus Metall und/oder Metalllegierungen gebildet werden, welche z.B. Aluminium, Zinn, Gold, Silber, Aluminium-Silizium, Aluminium-Kupfer, Aluminium-Silizium-Kupfer und/oder Kupfer beinhalten können. Die Metalllage der Spule 20, 30, 40 kann sich beispielsweise in oder auf einer Nichtleiterschicht bzw. Isolatorschicht befinden, die auf einem Halbleitersubstrat bzw Wafer, wie zum Beispiel Germanium, Silizium, SOI (Silizium auf einen Nichtleiter oder „silicon-on-insulator“) oder SOS (Silizium auf Saphir oder „silicon-on-sapphire“), gebildet ist. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Halbleitersubstrat beispielsweise Silizium-Germanium (SiGe), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Indiumarsenid (InAs) oder andere III-V-Halbleiter beinhalten.

Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung der Spulen 20, 30, 40 kann z.B. Abscheiden der Metalllage, Fotochemie, Ätzen des Halbleitersubstrats, den Damasceneprozess und/oder Fotochemie in Kombination mit Elektroplating beinhalten.

Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen die Windungen der Spulen 20, 30, 40 in einer im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Form gezeigt sind, können die Windungen der Spulen in anderen Ausführungsbeispielen andere Formen annehmen, wie z.B. kreisförmig, elliptisch oder oval.

Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen die Windungen 22, 32 konzentrisch angeordnet sind, können die Windungen in einer anderen Weise zueinander angeordnet sein. Zum Beispiel können die Windungen exzentrisch zueinander angeordnet sein.

In den obigen Ausführungsbeispielen können die Zuleitungen 24a, 24b, 34a, 34b, 44a, 44b in den entsprechenden Spulen 20, 30, 40 beinhaltet sein. In anderen Ausführungsbeispielen können die Zuleitungen separat von den Spulen zur Verfügung gestellt werden.

Bezugszeichenliste

20
Spule entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels
22
Windungen der Spule 20
23
Leiterbahn der Windungen 22
24a
erste Zuleitung der Spule 20
24b
zweite Zuleitung der Spule 20
26
Metalllage der Spule 20
30
Spule entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels
32
Windungen der Spule 30
33
Leiterbahn der Windungen 32
34a
erste Zuleitung der Spule 30
34b
zweite Zuleitung der Spule 30
36
Metalllage der Spule 30
40
Spule entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels
42
Windung der Spule 40
43
Leiterbahn der Windung 42
44a
erste Zuleitung der Spule 40
44b
zweite Zuleitung der Spule 40
46
Metalllage der Spule 40
50
Spulenanordnung entsprechend eines vierten Ausführungsbeispiels
52
Isolatorschicht eines vierten Ausführungsbeispiels
60
Spulenanordnung entsprechend eines fünften Ausführungsbeispiels
62
Isolatorschicht eines fünften Ausführungsbeispiels
64
Sensor
B
Breite der Leiterbahn der Windung 42 oder der Windungen 22, 32
D
Dicke der Metalllage 26, 36, 46 und/oder der Leiterbahn der Windung 42 oder der Windungen 22, 32
E
Gesamtdurchmesser der Windung 42
F
Abstand zwischen den ersten und zweiten Zuleitungen 44a, 44b der Spule 40

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • US 6114937 [0002]
  • DE 102012018013 [0003]