JP2003294818A - 磁気センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気センサおよびその製造方法に関し、磁気
収束板と感磁部との位置関係による検出感度の変化を抑
制すること。 【解決手段】 表面に磁気検出素子１が形成された半導
体基板５上に感磁部１０とオーバーラップさせてガイド
用磁気収束板３を形成する。ガイド用磁気収束板３が形
成された該半導体基板５上に接着剤７の層を積層する。
接着剤７の層上に、積層方向から見て感磁部１０と所定
部位をオーバーラップさせるように、メイン磁気収束板
２を積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気センサおよびそ
の製造方法に関し、特に、磁気収束板と感磁部を備えた
磁気センサおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の磁気センサの一例として、図１２
の平面構成図に示すものが知られている。この磁気セン
サは水平方向の磁束を検出するタイプであり、２つの磁
気収束板２と２つのホール素子１を備える。ホール素子
１の中央部には感磁部１０が設けられている。

【０００３】このように磁気収束板と感磁部を備えた従
来の磁気センサによれば、磁性体からなる磁気収束板２
を用いて磁束を収束し、この収束磁界をホール素子１等
の感磁部１０で検知することで、ホール素子１等の感磁
部１０に対して水平（あるいは垂直）な磁界を感度良く
検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、磁気収
束板とホール素子等の感磁部との配置関係が所定の位置
からずれることにより収束磁束が感磁部から外れると、
検出感度が変動してしまう。検出感度を維持したまま配
置関係による感度のばらつきを許容範囲に抑制するため
には、例えば水平磁場検知における磁気収束板のホール
素子に対する許容位置ずれは、例えば数μｍ以内とする
必要があった。

【０００５】本発明の目的は、磁気収束板と垂直あるい
は水平磁場検知の感磁部を備えた磁気センサにおいて、
検出感度を同程度に維持しつつ、または向上させなが
ら、磁気収束板と感磁部との位置関係による検出感度の
変化を抑制することの可能な磁気センサを提供するこ
と、およびその製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本出願人らは、磁気収束
板と垂直・水平磁場検知の感磁部の間において、感磁部
上または直下に別の磁性体を配置することにより感磁部
への磁束を案内することで上記の目的を達成し得ること
を見出し、この知見に基づいて本発明に想到した。

【０００７】すなわち、本発明の一態様では、基板上で
磁束を検知する感磁部と該感磁部に磁束を収束させるた
めの第１の磁気収束板が所定距離離間して配置されてな
る磁気センサにおいて、前記感磁部の近傍であって前記
感磁部を基準として前記第１の磁気収束板と同一側の所
定位置、または前記感磁部の近傍であって前記感磁部を
基準として前記第１の磁気収束板と反対側の所定位置
に、前記第１の磁気収束板によって収束された磁束を前
記感磁部に案内するための第２の磁気収束板を備えた形
態の磁気センサを実施した。

【０００８】ここで、前記第１の磁気収束板と前記感磁
部の表面は略平行に配置されており、前記第２の磁気収
束板は、該表面と略垂直な方向から見たときに、前記感
磁部の略全体とオーバーラップするとともに、前記第１
の磁気収束板の所定部位とオーバーラップする形状とさ
れてなる形態とすることができる。

【０００９】さらに、前記第１の磁気収束板は所定方向
に直線状に延在するギャップによって２分割されてお
り、前記感磁部は前記ギャップを挟んで対向する少なく
とも一対からなる形態とすることができる。

【００１０】さらに、前記感磁部は前記所定方向に複数
対が配列されてなり、前記第２の磁気収束板は、前記表
面と略垂直な方向から見たときに、前記感磁部の一対と
他の対に跨って前記所定方向に配置される一対からなる
形態とすることができる。

【００１１】さらに、前記第１の磁気収束板は前記ギャ
ップを挟んで略対称な形状とされており、前記ギャップ
の近傍の外縁に、前記ギャップを挟んで対向する一対の
切り欠き部が形成されており、さらに、前記ギャップの
略中央に、前記所定方向と略直交して前記ギャップを十
字状とするギャップ部が形成されてなる形態とすること
ができる。

【００１２】上記の目的を達成するために本発明の他の
態様では、表面に感磁部を備えた磁気センサの製造方法
において、磁束検出手段が形成された基板上に該磁束検
出手段の感磁部とオーバーラップさせて第１の磁気収束
板を形成する第１ステップと、前記第１の磁気収束板が
形成された前記基板上に中間層を積層する第２ステップ
と、前記中間層上に、該積層方向から見て前記感磁部と
オーバーラップさせて、第２の磁気収束板を前記第１の
磁気収束板と分離して積層する第３ステップとを有する
形態の磁気センサの製造方法を実施した。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。 （実施形態１）まず、磁気センサの製造方法の実施形態
について図１の工程図を参照して説明するが、ここで説
明する製造方法は、メイン磁気収束板のギャップの有無
および全体形状、ガイド用磁気収束板の数、形状および
配置に関らず適用可能なものである。

【００１４】図１において、半導体製造プロセスを用い
て半導体基板５に、まず、ホール素子１等の磁気センサ
を形成する。ホール素子１に代えて他の磁気検出素子を
形成することも本発明のサブジェクトマターに反するも
のではない。ここで、ホール素子１の感磁部１０が基板
面に対し平行となるように形成することで、基板面に対
して垂直な磁束をホール素子１によって検知可能に構成
する。したがって、この磁気検出素子（ホール素子１）
は垂直磁場検知型センサと称することができる。さら
に、ガイド用磁気収束板３を所望の形状および寸法、
数、配置で形成するため、フォトリソグラフィー技術を
用いて感光性レジストからなる所定形状のマスクパター
ン６を半導体基板５の上部に形成する（図１（ａ））。

【００１５】なお、図１の工程図、および他の構成図
（図２，図３，図４，図６，図９）は発明の説明の便宜
上、本発明に必須の要件のみが明らかになるよう模式的
に示したものにすぎず、図示された各要素の形状、寸
法、個数、配置等は本発明のベストモードを開示するも
のではないことに留意されたい。また、ホール素子１を
含む半導体基板表面は通常、保護膜によって覆われてい
るが、図１ではこれを省略した。

【００１６】図１に戻って説明すると、鍍金またはスパ
ッタリング技術を用いて、垂直磁場検知型センサとされ
たホール素子１の上方にガイド用磁気収束板３とされる
磁性体薄膜を成膜する（図１（ｂ））。

【００１７】続いて、役目を果した上記マスクパターン
６を剥離し、所望の形状および寸法、数、配置とされた
ガイド用磁気収束板３を得る（図１（ｃ））。

【００１８】マスクパターン剥離後、スピンコーターを
使用して半導体基板５およびガイド用磁気収束板３の上
面に均一に薄く接着剤７を塗布する（図１（ｄ））。接
着剤７から形成されるこの層は、メイン磁気収束板とガ
イド用磁気収束板の間の中間層とされる。

【００１９】さらに、上記中間層（接着剤７）上に、磁
性体からなるメイン磁気収束板２を所望の形状に形成す
る（図１（ｅ））。この形状は、上記フォトリソグラフ
ィー技術を用いて実現することができる。この形状はま
た、積層方向（図中垂直方向）から見て、ガイド用磁気
収束板３がホール素子１の感磁部１０の略全体とオーバ
ーラップするとともに、メイン磁気収束板２の少なくと
も所定部位とオーバーラップする必要がある。必要に応
じて、不要な部分の接着剤７は剥離する。図示したメイ
ン磁気収束板２にはギャップ４が直線状に形成されてい
るが、次の実施形態２に挙げる回転位置センサに用いる
磁気センサではギャップを形成しないでよい。

【００２０】このような形状および配置としてホール素
子１、ガイド用磁気収束板３、メイン磁気収束板２等を
備える本発明に係る磁気センサによれば、半導体基板５
の例えば下部に導体（図示せず）を配置して、該導体を
流れる電流によって発生される磁束をメイン磁気収束板
２によって収束させ、この収束させた磁束をガイド用磁
気収束板３によって効率的にホール素子１の感磁部１０
に案内することができる。

【００２１】同様に、回転位置（角度）センサ、方位セ
ンサ等においても、外部磁界による磁束をメイン磁気収
束板２によって収束させ、この収束させた磁束をガイド
用磁気収束板３によって収束させて、ホール素子１の感
磁部１０に案内することができる。

【００２２】上記製造方法によって生産される磁気セン
サにあってはホール素子１の直上にガイド用磁気収束板
３が配置されるが、ガイド用磁気収束板３をホール素子
１の感磁部１０の近傍であって感磁部１０を基準として
図中のガイド用磁気収束板３と反対側（ガイド用磁気収
束板３の下方）の所定位置に配置しても、本質的に同様
の作用効果を得ることができる。また、ガイド用磁気収
束板３の層構造を複数層からなるものとしてもよい。

【００２３】また、製造プロセスについても、感磁部１
０、メイン磁気収束板２、およびガイド用磁気収束板３
の形成・積層を、貼り付けによって同一の積層構造を実
現しても上記と同様に本発明を実施することが出来る。
また、半導体基板に代えて、例えばプリント基板を使用
しても本発明を実施することが出来る。

【００２４】以下、上述した製造方法によって得られる
本発明に係る磁気センサの他の種々実施形態について詳
細に説明する。

【００２５】（実施形態２）図２および図３は実施形態
２に係る磁気センサの構造を示す平面図および断面図で
ある。本実施形態の磁気センサは、ギャップで分離され
ていない１つのメイン磁気収束板２、２つのホール素子
１、および、ホール素子１に対応する２つのガイド用磁
気収束板３を有する構成からなっている。両図では、ホ
ール素子１全体を表記する代わりに感磁部１０を表記し
た。

【００２６】図３では水平（Ｘ軸）方向の磁束を検出す
る様子を示しているが、垂直（Ｚ軸）方向の検出につい
ても同様の作用効果を得ることができる。さらに、本発
明の本質として、メイン磁気収束板の形状、個数が１つ
に限定されないことは上述した通りであり、当業者にと
って自明である。同様に、ホール素子および、それに対
応したガイド用磁気収束板が２つに限定されないことも
当業者にとって自明である。

【００２７】本実施形態の磁気センサを用いて、例え
ば、その上部または下部に導体を配置する構成とするこ
とで、電流が該導体を流れることによって発生した磁束
を検出できるので、本実施形態の磁気センサは電流セン
サにも適用できることは当業者にとって自明である。

【００２８】また、回転軸に固着された薄い円筒状磁石
の例えば下方に本実施形態の磁気センサを配置すること
で、例えば回転位置（角度）センサを構成できることは
当業者にとって自明である。同様に、本実施形態の磁気
センサを例えば方位センサにも適用できることは当業者
にとって自明である。

【００２９】（実施形態３）図４は実施形態３に係る磁
気センサの構造を示す平面図である。本実施形態の磁気
センサは水平方向の磁束を検出するためのもので、１対
のメイン磁気収束板２と、２対の感磁部１０と、対応す
る２対の略正方形のガイド用磁気収束板３を有する構成
からなっている。

【００３０】なお、図４においては、十字形ホール素子
の実効的感磁部となる交差領域の代表的な形状として、
略正方形形状（参照符号１０）を用いて表現した。交差
領域の形状については、実施形態４および実施形態５
（図６および図９）の場合も同様に表現した。

【００３１】ホール素子１が形成された半導体基板上
に、ホール素子１の真上に感磁部１０だけを覆うように
ガイド用磁気収束板３が形成される。ガイド用磁気収束
板３の厚みは０．１μｍとする。接着剤７を塗布した後
に、さらに、メイン磁気収束板２が直線状のギャップ４
を挟んで対向して形成されている。

【００３２】図５は上記構成を備えた磁気センサの感度
特性を示す特性図であり、メイン磁気収束板２が配置さ
れる位置のずれ（横軸のシフト量）に対する検出感度の
相対的な変化（縦軸の相対磁界強度）を示している。な
おここで、シフト量は標準の設計値に対するずれ量であ
り、マイナスのシフト量はメイン磁気収束板２の間隔が
標準の設計値よりも狭く配置された場合、プラスのシフ
ト量は標準の設計値よりも広く配置された場合を示して
いる。

【００３３】図５における実線がガイド用磁気収束板３
を配置した本実施形態の磁気センサの特性を表わす。比
較のための破線は、ガイド用磁気収束板３を配置しない
場合を示している。

【００３４】図５から、本実施形態の磁気センサによれ
ば相対磁界強度が略フラットなシフト範囲が見られ、メ
イン磁気収束板２と感磁部１０との配置位置ずれに対す
る検出感度の変動（低下を含む）が抑制されていること
が解る。この平坦化効果を数量的に示すと、図１１の特
性比較図に示す通り、本実施形態の磁気センサでは相対
磁界強度の変化を１％以内に収めるシフト量の範囲は
６．６μｍであり、ガイド用磁気収束板３を配置しない
場合の参考値（３．６μｍ）に対し１．８３倍である。

【００３５】なお、本発明の本質から、第１の磁気収束
板、感磁部、および第２の磁気収束板の形状、寸法、個
数、配置等は、当業者には自明な通り本実施形態のもの
に限定されるものではない。

【００３６】（実施形態４）図６は実施形態４に係る磁
気センサの構造を示す平面図、図７は実施形態４に係る
磁気センサの感度特性を示す特性図である。本実施形態
の磁気センサは、実施形態３と同一のメイン磁気収束板
２を備え、異なったガイド用磁気収束板３を備える構成
である。すなわち、ガイド用磁気収束板３は、二対設け
られたホール素子１の感磁部１０の一方と他方に跨る短
冊状の長方形状のもの一対で構成される。一対のガイド
用磁気収束板３は、ギャップ４を挟んで対向し、互いに
平行とされる。

【００３７】図７における実線がガイド用磁気収束板３
を配置した本実施形態の磁気センサの特性を表わす。比
較のための破線は、ガイド用磁気収束板３を配置しない
場合を示している。

【００３８】図７から、本実施形態の磁気センサによれ
ば相対磁界強度が略フラットなシフト範囲が実施形態３
の場合よりも広がって見られ、感磁部１０に対するメイ
ン磁気収束板２の配置位置がずれた場合でも、本実施形
態の磁気センサによって検出感度を向上させつつ、より
広範囲にわたってほぼ一様な感度を維持することが可能
なことが解る。この平坦化効果を数量的に示すと、図１
１の特性比較図に示す通り、本実施形態の磁気センサで
は相対磁界強度の変化を３％以内に収めるシフト量の範
囲は９．４μｍであり、ガイド用磁気収束板３を配置し
ない場合の参考値（６．６μｍ）に対し１．４２倍であ
る。

【００３９】（実施形態５）上記実施形態３，４におけ
るメイン磁気収束板２の形状は、ギャップ近傍のエッジ
（縁）に切り欠き、切り込み等がない形状であった。こ
のような形状のメイン磁気収束板２を用いた場合には、
ギャップ近傍では図８（ａ）に示すように磁束が分布す
る。メイン磁気収束板２のギャップ近傍を図８（ｂ）に
示すように切り欠きを持つ形状として幅を狭めると、同
図のように磁束が集中する。さらに、切り欠きとともに
ギャップが十文字状となるように切り込みを持つ形状と
すると、図８（ｃ）のようにさらに磁束が集中する。し
たがって、検出感度を向上させることができる。切り欠
き、切り込みの形状や寸法にもよるが、図８（ａ）に対
して同（ｂ）では例えば１４．８パーセントの感度向
上、同（ｃ）では例えば１８．３パーセントの感度向上
を実現することができる。

【００４０】図９は実施形態５に係る磁気センサの構造
を示す平面図であり、感磁部１０への磁束の集中度合い
を高めることで検出感度のさらなる向上を図りつつ、配
置位置ずれによる感度変化の低減をも実現した例を示
す。図１０は実施形態５に係る磁気センサの感度特性を
示す特性図である。

【００４１】本実施形態の磁気センサは、図９に示す通
り、実施形態３と同一のガイド用磁気収束板３を備え、
図８（ｃ）で説明したものと同様の形状のメイン磁気収
束板２を備える構成である。すなわち、メイン磁気収束
板２には、その周縁に切り欠き部８が形成され、ギャッ
プ４とで十字状となるように切り込み部９が形成されて
いる。

【００４２】本実施形態の構成を採用した場合は、メイ
ン磁気収束板２の感磁部１０に対する配置位置ずれによ
る検出感度の変化は、切り欠き部８と切り込み部９の構
成によっては特に大きくなる。ガイド用磁気収束板３を
配置しない場合の検出感度特性の一例は、図１０中の破
線のようになる。

【００４３】そこで、上記形状のガイド用磁気収束板３
を挿入することによって感度変化低減を図る構成を採用
することで、高検出感度を維持したまま、図１０中の実
線のように平坦化することができた。この平坦化効果を
数量的に示すと、図１１の特性比較図に示す通り、本実
施形態の磁気センサでは相対磁界強度の変化を１％以内
に収めるシフト量の範囲は６．７μｍであり、ガイド用
磁気収束板３を配置しない場合の参考値（３．６μｍ）
に対し１．８６倍である。

【００４４】したがって、本実施形態の磁気センサによ
れば、磁気収束板による感度調整がより実用的になり、
ＩＣの感度調整機能に頼らなくても容易に感度調整を行
なえることになる。もちろん、ＩＣの感度調整機能を併
用することもできるが、ＩＣの感度調整機能の機能範囲
は小さくて済むことになる。このように、ガイド用磁気
収束板を併用することにより、ＩＣ部修正作業の省略、
ＩＣ部構成の簡略化、さらにはＩＣ部構成自体の省略
等、磁気センサアセンブリ時の工数削減とコスト低減を
実現することができる。

【００４５】上述した通り、本発明に係る各実施形態の
磁気センサによれば、ガイド用磁気収束板３を感磁部１
０上に配置したことにより、感磁部１０に対するメイン
磁気収束板２の配置位置ばらつきによる検出感度の変動
（低下を含む）が抑制されており、電流の検出または回
転位置の検出において極めて有用であることが理解でき
よう。ガイド用磁気収束板３は、垂直方向から見て必ず
しも感磁部１０全面を覆うことが必要なわけではなく、
ガイド用磁気収束板３の形状・寸法・位置等の組み合わ
せによって、磁束の収束、ガイドの効果を感磁部に対し
集中的に発揮させることが本発明の本質である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明した通り本発明に係る磁気セン
サおよびその製造方法によれば、検出感度を従来のもの
と同程度に維持しつつ、または向上させながら、第１の
磁気収束板と磁気センサの感磁部との位置関係のずれに
起因する検出感度の変化を抑制することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気センサの製造方法における工
程および当該方法により生産された実施形態１に係る磁
気センサの構造を示す断面図である。

【図２】実施形態２に係る磁気センサの構造を示す平面
図である。

【図３】実施形態２に係る磁気センサの構造を示す断面
図である。

【図４】実施形態３に係る磁気センサの構造を示す平面
図である。

【図５】実施形態３に係る磁気センサの感度特性を示す
特性図である。

【図６】実施形態４に係る磁気センサの構造を示す平面
図である。

【図７】実施形態４に係る磁気センサの感度特性を示す
特性図である。

【図８】メイン磁気収束板の形状に応じたギャップ付近
の磁束分布を模式的に示す磁束分布説明図である。

【図９】実施形態５に係る磁気センサの構造を示す平面
図である。

【図１０】実施形態５に係る磁気センサの感度特性を示
す特性図である。

【図１１】本発明に係る磁気センサの種々実施形態によ
る効果を数値的に示した特性比較図である。

【図１２】従来の磁気センサの一例の構造を示す平面図
である。

【符号の説明】

１ ホール素子等（磁気検出素子） ２ メイン磁気収束板 ３ ガイド用磁気収束板 ４ ギャップ ５ 半導体基板 ６ マスクパターン ７ 接着剤 ８ 切り欠き部 ９ 切り込み部 １０ 感磁部 １１ 磁束

フロントページの続き (72)発明者 ロバート ラッツ スイス 6300 ツーク ブライクストラー セ ９ Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AC07 AD53 AD65

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上で磁束を検知する感磁部と該感磁
   部に磁束を収束させるための第１の磁気収束板が所定距
   離離間して配置されてなる磁気センサにおいて、 前記感磁部の近傍であって前記感磁部を基準として前記
   第１の磁気収束板と同一側の所定位置、または前記感磁
   部の近傍であって前記感磁部を基準として前記第１の磁
   気収束板と反対側の所定位置に、前記第１の磁気収束板
   によって収束された磁束を前記感磁部に案内するための
   第２の磁気収束板を備えたことを特徴とする磁気セン
   サ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気センサにおいて、 前記第１の磁気収束板と前記感磁部の表面は略平行に配
   置されており、 前記第２の磁気収束板は、該表面と略垂直な方向から見
   たときに、前記感磁部の略全体とオーバーラップすると
   ともに、前記第１の磁気収束板の所定部位とオーバーラ
   ップする形状とされてなることを特徴とする磁気セン
   サ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の磁気センサに
   おいて、 前記第１の磁気収束板は所定方向に直線状に延在するギ
   ャップによって２分割されており、 前記感磁部は前記ギャップを挟んで対向する少なくとも
   一対からなることを特徴とする磁気センサ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の磁気センサにおいて、 前記感磁部は前記所定方向に複数対が配列されてなり、 前記第２の磁気収束板は、前記表面と略垂直な方向から
   見たときに、前記感磁部の一対と他の対に跨って前記所
   定方向に配置される一対からなることを特徴とする磁気
   センサ。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の磁気センサにおいて、 前記第１の磁気収束板は前記ギャップを挟んで略対称な
   形状とされており、 前記ギャップの近傍の外縁に、前記ギャップを挟んで対
   向する一対の切り欠き部が形成されており、さらに、 前記ギャップの略中央に、前記所定方向と略直交して前
   記ギャップを十字状とするギャップ部が形成されてなる
   ことを特徴とする磁気センサ。
6. 【請求項６】 感磁部を備えた磁気センサの製造方法に
   おいて、 表面に磁束検出手段が形成された基板上に該磁束検出手
   段の感磁部とオーバーラップさせて第１の磁気収束板を
   形成する第１ステップと、 前記第１の磁気収束板が形成された前記基板上に中間層
   を積層する第２ステップと、 前記中間層上に、該積層方向から見て前記感磁部とオー
   バーラップさせて、第２の磁気収束板を前記第１の磁気
   収束板と分離して積層する第３ステップとを有すること
   を特徴とする磁気センサの製造方法。