JP2005159273A - Magnetic-electric conversion element, magnetism detecting device, and earth magnetism sensor - Google Patents
Magnetic-electric conversion element, magnetism detecting device, and earth magnetism sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005159273A JP2005159273A JP2004151769A JP2004151769A JP2005159273A JP 2005159273 A JP2005159273 A JP 2005159273A JP 2004151769 A JP2004151769 A JP 2004151769A JP 2004151769 A JP2004151769 A JP 2004151769A JP 2005159273 A JP2005159273 A JP 2005159273A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conversion element
- magnetoelectric conversion
- magnetic
- semiconductor substrate
- magnetic body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 572
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 341
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 313
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 191
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 168
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 74
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 71
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 33
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 30
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 21
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 15
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 72
- 239000010408 film Substances 0.000 description 39
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 11
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 11
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、地磁気に基づいて方位を検出する電子コンパスへの利用に好適な磁気検出装置、及びこれを利用した地磁気センサ、並びに前記磁気検出装置への利用に好適な磁電変換素子に関する。 The present invention relates to a magnetic detection device suitable for use in an electronic compass that detects orientation based on geomagnetism, a geomagnetic sensor using the same, and a magnetoelectric conversion element suitable for use in the magnetic detection device.
近年、GPS(Global Positioning System;全地球測位システム)を利用して位置情報を取得可能とした携帯型のGPS端末装置の需要が増大している。それに伴い、GPS端末装置の向き(方位)を検出するための電子コンパスの需要も増大しつつある。電子コンパスは、GPS端末装置の姿勢に関わりなく地磁気を検出するために、直交3軸方向の磁気検出が可能な小型の磁気検出装置を必要とする。 In recent years, there has been an increasing demand for a portable GPS terminal device that can acquire position information using a GPS (Global Positioning System). Accordingly, demand for an electronic compass for detecting the direction (azimuth) of the GPS terminal device is increasing. The electronic compass requires a small magnetic detection device capable of magnetic detection in three orthogonal axes in order to detect geomagnetism regardless of the attitude of the GPS terminal device.
この種の磁気検出装置として、例えば特許文献1に開示されるように、ホール素子と、ホール素子へ磁束を集束させる磁束集束素子とを備えたものが知られている。図36は、特許文献1に記載される従来の磁気検出装置を示す図であり、図36(a)は、この磁気検出装置の縦断面図、図36(b)は裏面側から見た同装置の斜視図、そして図36(c)は同装置の動作説明図である。この磁気検出装置150では、シリコンを母材とする半導体基板111の第1主面113の上に、磁電変換素子であるホール素子115が形成されており、第2主面117の側のホール素子115に対向する部位に、ホール素子115の近傍にまで達する縦断面台形のエッチング溝119が形成されている。このエッチング溝119は、ホール素子115に対向する矩形の底面120と、底面120を囲む4つの台形の傾斜面とを有している。すなわち、エッチング溝119は、第2主面117から底面120に近づくほど小径となるように、テーパ状に形成されている。また、エッチング溝119には、外部磁界をホール素子115に集束させるために、パーマロイやフェライトなどの高透磁率材料からなる磁性体部121が埋め込まれている。更に、半導体基板111の第1主面113の上には絶縁膜125が積層して形成されており、この絶縁膜125を介してホール素子115に対向する位置に磁性体膜127が積層して形成されている。
As this type of magnetic detection device, as disclosed in
以上のように構成される磁気検出装置150では、ホール素子115が出力するホール電圧は、半導体基板111の第1主面113及び第2主面117の法線方向Z、即ちホール素子115の感度軸方向に外部磁界Hが向くときに、ホール素子115が最大感度を示す。一般に、ホール素子115が出力するホール電圧は、外部磁界Hの上記法線方向Zの成分に比例する。従って、外部磁界Hが地磁気のように一定の方向及び強さを持った磁界である場合には、外部磁界Hと法線方向Zとが交差する角度θが変化するのに伴い、ホール電圧はH・cosθに比例して変化する。従って、ホール電圧を計測することにより、外部磁界Hの方向θを検出することができる。
In the
但し、地磁気による磁界の強さは、東京において約0.3ガウス(=3×10−5テスラ)であり、ホール素子115の検出感度に対して比較的小さい。従って、検出精度を高めるためには、ホール素子115を通過する磁束密度を高める必要がある。図36に示す磁気検出装置150では、ホール素子115の感度軸方向に対向する磁性体部121及び磁性体膜127を設けることにより、磁束密度を外部磁界Hによる磁束密度よりも高め、それによってホール素子115の磁気検出素子としての感度を向上させている。また、磁気検出装置150は、単結晶シリコン基板の面方位を利用して異方性エッチングを実行することにより、エッチング溝119を容易に形成できるという利点をも有している。
However, the strength of the magnetic field due to geomagnetism is about 0.3 gauss (= 3 × 10 −5 Tesla) in Tokyo, which is relatively small with respect to the detection sensitivity of the
しかしながら、磁気検出装置150では、エッチング溝119がホール素子115の近傍まで達するテーパ状の台形状に形成されているので、エッチング溝119の底面120即ちホール素子115を通過せずに、傾斜面を通過する磁束が多くなる。つまり、磁性体部121及び磁性体膜127によって収束された磁束の一部が、ホール素子115を通過せずに漏れ易く、チップサイズに比較して磁束の収束効果が小さいという問題点があった。また、シリコンの面方位を利用した異方性エッチングによってエッチング溝119を形成する場合などは、比較的大きな溝になるので、半導体基板111の強度が低下し、それにより後工程のワイヤボンディングや樹脂形成の際に故障を生じ易いという問題点があった。
However, in the
更に、磁気検出装置150では、第1主面113及び第2主面117の法線方向Zであるホール素子115の感度軸方向に沿った外部磁界Hの成分のみが検出可能であるに過ぎない。即ち、磁気検出装置150は1軸磁気検出装置であって、単一の磁気検出装置150のみでは電子コンパスに必要な直交する3軸方向の磁気検出ができないという問題点があった。また、直交3軸方向の磁気検出を可能にするには、3個の磁気検出装置150を組み合わせて使用する必要があり、その場合には、3個の磁気検出装置150の感度軸を互いに直交するように配置させるための高精度な実装技術が必要になるという問題点があった。また、その場合には、ダイボンド、配線領域などの余分な面積が必要となるので、実装品の寸法が大きくなるという問題点があった。
Further, the
又、本願出願人は、磁気検出装置150の小型化及び省消費電力という観点から、磁気検出装置150への利用に特に望ましい磁電変換素子として、半導体ダイオード磁気センサに注目した。図37は、特許文献2に開示される従来の半導体ダイオード磁気センサ(以下、「ダイオード磁気センサ」と適宜略称する)の構成を示す斜視図である。このダイオード磁気センサ160は、単結晶シリコンを材料とする支持基板166の上に形成された二酸化シリコンを材料とする埋込酸化膜165の上に形成されている。即ち、ダイオード磁気センサ160は、SOI(Semiconductor On Insulator)基板として形成された半導体基板168のうちのSOI層167に形成されている。
Further, the applicant of the present application has focused on a semiconductor diode magnetic sensor as a magnetoelectric conversion element particularly desirable for use in the
ダイオード磁気センサ160は、p+型のアノード領域162、n+型のカソード領域163及びp−型の高抵抗領域161を有している。高抵抗領域161の上面には再結合層164が形成されている。再結合層164は、高抵抗領域161の上面に、欠陥等を導入することにより形成され、キャリアの再結合を促す層として機能する。
The diode
ダイオード磁気センサ160を用いるには、アノード領域162とカソード領域163との間に順バイアスが印加される。それにより、高抵抗領域161にキャリアの二重注入状態が形成される。この状態で、外部磁界Hが半導体基板168の主面に平行で、且つアノード領域162とカソード領域163とを結ぶ軸に垂直な方向に印加されると、二重注入キャリアである電子と正孔とが、外部磁界Hに起因するローレンツ力によって進行方向を曲げられる。外部磁界Hの向きが図示の向きであれば、電子と正孔とは再結合層164の側に進行方向を曲げられる。その結果、流れるキャリアが、再結合により消滅し易くなることにより少なくなるので、二重注入が抑制されるとともに、ダイオード抵抗が高くなる。それにより、アノード領域162とカソード領域163との間を流れる電流が減少する。
In order to use the diode
一方、外部磁界Hの向きが図示の向きとは逆向きであれば、電子と正孔とは再結合層164の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が起こり難くなることにより、二重注入キャリアが十分に流れることとなり、ダイオード抵抗が低くなる。それにより、アノード領域162とカソード領域163との間を流れる電流が増加する。
On the other hand, if the direction of the external magnetic field H is opposite to the illustrated direction, the traveling direction of electrons and holes is bent to the opposite side of the
従って、ダイオード磁気センサ160を用いることにより、電流変化を通じて外部磁界Hの向き或いは大きさを検出することができる。また、ダイオード磁気センサ160は、小型に形成可能であることに加え、消費電力が低いという利点を有している。従って、磁気検出装置150への利用に適している。
しかしながら、特許文献2に開示されるダイオード磁気センサ160は、再結合層40が、高抵抗領域161の上面、即ち、半導体基板168の主面に平行な面に形成されている。このために、ダイオード磁気センサ160の感度軸の方向は、半導体基板168の主面に沿った方向となる。即ち、従来技術によるダイオード磁気センサ160は、磁気検出装置150のように、半導体基板111の主面113の法線方向Zに沿った外部磁界Hを検出する装置には適用できないという問題点があった。このことは、単一の基板を用いて3軸方向の磁気検出を可能にする磁気検出装置を実現したとしても、当該磁気検出装置には、従来技術によるダイオード磁気センサ160を適用することはできないことをも意味する。
However, in the diode
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、磁束の収束効果を高め、且つ機械的強度を高めた磁気検出装置を提供することを目的とする。本発明は又、直交3軸方向の磁気検出を小型で且つ精度良く行うことを可能にする磁気検出装置を提供することを目的とする。本発明は更に、これらの磁気検出装置を用いた地磁気センサを提供することを目的とする。本発明は又、本発明の磁気検出装置への利用に好適な磁電変換素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic detection device that improves the convergence effect of magnetic flux and increases the mechanical strength. Another object of the present invention is to provide a magnetic detection device that can perform magnetic detection in three orthogonal axes in a small size and with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a geomagnetic sensor using these magnetic detection devices. Another object of the present invention is to provide a magnetoelectric conversion element suitable for use in the magnetic detection device of the present invention.
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第1の態様に係るものは半導体基板の主面に形成された磁電変換素子であって、p型半導体領域であるアノード領域と、n型半導体領域であるカソード領域と、前記アノード領域と前記カソード領域とに挟まれ前記アノード領域と前記カソード領域との何れよりも不純物濃度の低い高抵抗領域と、前記高抵抗領域のうち前記アノード領域と前記カソード領域とを結ぶ一側面の少なくとも一部に形成され、再結合中心が導入された再結合層とを備えるものである。 In order to solve the above problems and achieve the above object, the first aspect of the present invention is a magnetoelectric conversion element formed on the main surface of a semiconductor substrate, comprising an anode region which is a p-type semiconductor region, and A cathode region that is an n-type semiconductor region; a high resistance region that is sandwiched between the anode region and the cathode region and has a lower impurity concentration than any of the anode region and the cathode region; and And a recombination layer formed on at least a part of one side surface connecting the anode region and the cathode region and having a recombination center introduced therein.
本発明のうち第2の態様に係るものは第1の態様に係る磁電変換素子であって、前記一側面は、前記主面に対して略垂直であるものである。ここで、「略垂直」とは、製造工程上の精度の範囲を許容する趣旨である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the magnetoelectric conversion element according to the first aspect, wherein the one side surface is substantially perpendicular to the main surface. Here, “substantially vertical” is intended to allow a range of accuracy in the manufacturing process.
本発明のうち第3の態様に係るものは第1の態様に係る磁電変換素子であって、前記一側面は、前記主面の斜め上方を向くように前記主面に対して傾斜しているものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the magnetoelectric conversion element according to the first aspect, wherein the one side surface is inclined with respect to the main surface so as to face obliquely above the main surface. Is.
本発明のうち第4の態様に係るものは第1乃至第3の何れかの態様に係る磁電変換素子において、前記半導体基板がSOI基板であって、前記磁電変換素子は前記SOI基板に含まれるSOI層に形成されているものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the magnetoelectric conversion element according to any one of the first to third aspects, the semiconductor substrate is an SOI substrate, and the magnetoelectric conversion element is included in the SOI substrate. It is formed in the SOI layer.
本発明のうち第5の態様に係るものは第1乃至第4の何れかの態様に係る磁電変換素子であって、前記磁電変換素子は、平面視略コ字形に形成されており、前記アノード領域は、前記略コ字形の一対の脚部の一方先端部に形成されており、前記カソード領域は、前記一対の脚部の他方先端部に形成されており、前記再結合層は、前記高抵抗領域のうち、前記一対の脚部にあって互いに対向する側面又は前記一対の脚部にあって互いに外側を向く側面に形成されているものである。ここで、「略コ字形」とは、厳密に「コ」文字形状に限定することなく、製造工程上の精度の範囲で平行な一対の脚部とそれらの連結部とを有する形状であって、近似的に「コ」文字形状をなすものを含める趣旨である。従って、「略コ字形」は「U字形」を含む。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a magnetoelectric conversion element according to any one of the first to fourth aspects, wherein the magnetoelectric conversion element is formed in a substantially U shape in plan view, and the anode The region is formed at one tip of the pair of substantially U-shaped legs, the cathode region is formed at the other tip of the pair of legs, and the recombination layer is Of the resistance region, the pair of leg portions are formed on the side surfaces facing each other, or the pair of leg portions are formed on the side surfaces facing each other. Here, the “substantially U-shape” is not strictly limited to the “U” character shape, and is a shape having a pair of parallel leg portions and their connecting portions within a range of accuracy in the manufacturing process. In other words, it is intended to include those that approximately have a “U” character shape. Accordingly, “substantially U-shaped” includes “U-shaped”.
本発明のうち第6の態様に係るものは磁電変換素子であって、同一の半導体基板の主面に形成された第1磁電変換素子と第2磁電変換素子とを備え、前記第1磁電変換素子と前記第2磁電変換素子との各々は第1乃至第4の何れかの態様に係る磁電変換素子であり、前記第1磁電変換素子と前記第2磁電変換素子とは、同一の順電流が流れるように直列接続されており、前記第1磁電変換素子と前記第2磁電変換素子との各々は、アノード領域とカソード領域とを結ぶ直線軸に沿って延在するように形成されており、前記第1磁電変換素子と第2磁電変換素子とは、互いに略平行となり、且つ各々の高抵抗領域が互いに横に並ぶように配置されており、前記第1磁電変換素子の再結合層と第2磁電変換素子の再結合層とは、対応する高抵抗領域の互いに向き合う側面又は互いに外側を向く側面の少なくとも一部にそれぞれ形成されているものである。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a magnetoelectric conversion element comprising a first magnetoelectric conversion element and a second magnetoelectric conversion element formed on a main surface of the same semiconductor substrate, wherein the first magnetoelectric conversion element is provided. Each of the element and the second magnetoelectric conversion element is a magnetoelectric conversion element according to any one of the first to fourth aspects, and the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element have the same forward current. The first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element are formed so as to extend along a linear axis connecting the anode region and the cathode region. The first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element are substantially parallel to each other and are arranged so that the respective high resistance regions are arranged side by side, and the recombination layer of the first magnetoelectric conversion element The recombination layer of the second magnetoelectric conversion element is the corresponding high resistance region At least a portion of one another facing side or mutually facing outer sides of the one in which are formed, respectively.
本発明のうち第7の態様に係るものは磁電変換素子であって、同一の半導体基板の主面に形成された第1乃至第4磁電変換素子部を備え、前記第1乃至第4磁電変換素子部の各々は第1乃至第6の何れかの態様に係る磁電変換素子であり、前記第1磁電変換素子部と前記第4磁電変換素子部とは、同一の順電流が流れるように直列接続されて第1直列回路を形成しており、前記第2磁電変換素子部と前記第3磁電変換素子部とは、同一の順電流が流れるように直列接続されて第2直列回路を形成しており、前記第1直列回路と前記第2直列回路とは、順電流がそれぞれを分流するように互いに並列接続されており、前記第1磁電変換素子部の再結合層と前記第3磁電変換素子部の再結合層との各々は、対応する高抵抗領域の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視右側に位置する側面の少なくとも一部に形成されており、前記第2磁電変換素子部の再結合層と前記第4磁電変換素子部の再結合層との各々は、対応する高抵抗領域の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視左側に位置する側面の少なくとも一部に形成されているものである。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a magnetoelectric conversion element comprising first to fourth magnetoelectric conversion element portions formed on a main surface of the same semiconductor substrate, wherein the first to fourth magnetoelectric conversion elements are provided. Each of the element units is a magnetoelectric conversion element according to any one of the first to sixth aspects, and the first magnetoelectric conversion element unit and the fourth magnetoelectric conversion element unit are connected in series so that the same forward current flows. The second magnetoelectric conversion element unit and the third magnetoelectric conversion element unit are connected in series so that the same forward current flows to form a second series circuit. The first series circuit and the second series circuit are connected in parallel so that forward currents are shunted, respectively, and the recombination layer of the first magnetoelectric conversion element section and the third magnetoelectric conversion Each of the recombination layers of the element part is a forward current out of the side surfaces of the corresponding high resistance region. Each of the recombination layer of the second magnetoelectric conversion element portion and the recombination layer of the fourth magnetoelectric conversion element portion is formed on at least a part of the side surface located on the right side in plan view with respect to the traveling direction of Among the side surfaces of the corresponding high-resistance region, they are formed on at least a part of the side surface located on the left side in plan view with respect to the forward current traveling direction.
本発明のうち第8の態様に係るものは磁気検出装置であって、平板状の半導体基板と、該半導体基板の第1の主面側に設けられる磁電変換素子と、前記半導体基板の第1の主面側に前記磁電変換素子と対向するように設けられる第1の磁性体部と、前記半導体基板の第2の主面側に設けられる第2の磁性体部とを備え、前記第1及び第2の磁性体部は、前記磁電変換素子を挟んで対向する部位間の間隔がその他の対向部位間の間隔よりも小さく設定され、前記半導体基板は、第2の主面側から第1の主面に向けて凹所が設けられ、該凹所の底部が前記磁電変換素子に対向し且つ該底部を囲む前記凹所の周壁部が第1及び第2の主面の法線方向と略平行に形成されるとともに、前記第2の磁性体部が少なくとも前記底部を覆うように形成されたことを特徴とするものである。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a magnetic detection device, comprising a flat semiconductor substrate, a magnetoelectric conversion element provided on the first main surface side of the semiconductor substrate, and a first of the semiconductor substrate. A first magnetic body portion provided on the main surface side of the semiconductor substrate so as to face the magnetoelectric conversion element, and a second magnetic body portion provided on the second main surface side of the semiconductor substrate. And the second magnetic body portion is set such that an interval between portions facing each other across the magnetoelectric conversion element is set to be smaller than an interval between other facing portions, and the semiconductor substrate is first from the second main surface side. A recess is provided toward the main surface, the bottom of the recess is opposed to the magnetoelectric conversion element, and the peripheral wall of the recess surrounding the bottom is in the normal direction of the first and second main surfaces. The second magnetic body portion is formed so as to cover at least the bottom portion while being formed substantially in parallel. And it is characterized in and.
本発明のうち第9の態様に係るものは第8の態様に係る磁気検出装置であって、前記第1又は第2の磁性体部の少なくとも何れか一方が略平坦に形成されたことを特徴とするものである。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the eighth aspect, wherein at least one of the first and second magnetic parts is formed substantially flat. It is what.
本発明のうち第10の態様に係るものは第8又は第9の態様に係る磁気検出装置であって、前記第1及び第2の磁性体部は、前記磁電変換素子を挟んで対向する部位が互いに近づく向きに凸となる形状に形成されたことを特徴とするものである。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the eighth or ninth aspect, wherein the first and second magnetic body portions are opposed to each other with the magnetoelectric conversion element interposed therebetween. Are formed in a shape that protrudes toward each other.
本発明のうち第11の態様に係るものは第8乃至第10の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第2の磁性体部が前記凹所の底部並びに周壁部を覆うように形成されたことを特徴とするものである。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any of the eighth to tenth aspects, wherein the second magnetic body portion covers the bottom portion and the peripheral wall portion of the recess. It is characterized by being formed.
本発明のうち第12の態様に係るものは第8乃至第11の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第1及び第2の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する対向部位が平坦且つ互いに略平行となる形状に形成されたことを特徴とするものである。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a magnetic detection device according to any one of the eighth to eleventh aspects, wherein the magnetoelectric conversion elements in the first and second magnetic parts are opposed to each other. The opposing parts are formed in a shape that is flat and substantially parallel to each other.
本発明のうち第13の態様に係るものは第8乃至第12の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第1及び第2の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する対向部位の少なくとも何れか一方が、前記磁電変換素子の磁気を検知する部位の当該対向部位への投影面積よりも小さい若しくは同じ面積を有することを特徴とするものである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any of the eighth to twelfth aspects, wherein the magnetoelectric conversion elements in the first and second magnetic body portions are opposed to each other. At least any one of the opposing parts to be performed has a smaller or the same area as the projected area of the part for detecting magnetism of the magnetoelectric conversion element onto the opposing part.
本発明のうち第14の態様に係るものは第8乃至第12の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第1及び第2の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する両対向部位が、前記磁電変換素子の磁気を検知する部位の当該対向部位への投影面積以上の面積を有することを特徴とするものである。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any one of the eighth to twelfth aspects, wherein the magnetoelectric conversion elements in the first and second magnetic body portions are opposed to each other. The two opposing parts have an area larger than the projected area of the part for detecting the magnetism of the magnetoelectric transducer on the opposing part.
本発明のうち第15の態様に係るものは第8乃至第14の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板は主要面方位が(100)のシリコン単結晶基板からなり、前記凹所の開口面側の部位が異方性エッチングにより形成されたことを特徴とするものである。 According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any one of the eighth to fourteenth aspects, wherein the semiconductor substrate comprises a silicon single crystal substrate having a main surface orientation of (100), A portion of the recess on the opening surface side is formed by anisotropic etching.
本発明のうち第16の態様に係るものは第8乃至第15の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、3次元直交座標系の各軸方向における磁気を検知する3つの前記磁電変換素子が前記半導体基板に設けられたことを特徴とするものである。 According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a magnetic detection device according to any of the eighth to fifteenth aspects, wherein the three magnetoelectric conversions for detecting magnetism in each axial direction of a three-dimensional orthogonal coordinate system. An element is provided on the semiconductor substrate.
本発明のうち第17の態様に係るものは磁気検出装置であって、互いに平行な第1主面と第2主面とを有し、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方に凹部が選択的に形成されている半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され前記半導体基板の法線方向に感度軸が設定された第1磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され前記第1磁電変換素子の感度軸に垂直な方向に感度軸が設定された第2磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され前記第1磁電変換素子の感度軸と前記第2磁電変換素子の感度軸との双方に垂直な方向に感度軸が設定された第3磁電変換素子と、前記第1磁電変換素子の感度軸と直交し前記第1磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第1対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第1対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第1主面の側と前記第2主面の側とに形成された一対の磁性体対部と、前記一対の磁性体対部の一方である第1磁性体部と共同して前記第2磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成された第2磁性体部と、前記第1磁性体部と共同して前記第3磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成された第3磁性体部とを備え、前記第1磁性体部と前記第2磁性体部とは、前記第2磁電変換素子の感度軸と直交し前記第2磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第2対向面対を有し、前記第2対向面対において互いが最近接するように形成されており、前記第1磁性体部と前記第3磁性体部とは、前記第3磁電変換素子の感度軸と直交し前記第3磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第3対向面対を有し、前記第3対向面対において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする。 According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a magnetic detection device having a first main surface and a second main surface parallel to each other, and at least one of the first main surface and the second main surface. Formed on the semiconductor substrate, a first magnetoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in a normal direction of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate. A second magnetoelectric conversion element having a sensitivity axis set in a direction perpendicular to the sensitivity axis of the first magnetoelectric conversion element, the sensitivity axis of the first magnetoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate, and the second magnetoelectric element. A third magnetoelectric conversion element having a sensitivity axis set in a direction perpendicular to both the sensitivity axis of the conversion element and a pair orthogonal to the sensitivity axis of the first magnetoelectric conversion element and facing each other across the first magnetoelectric conversion element A first opposing surface pair, at least one of which is the concave portion. A pair of magnets formed on the first main surface side and the second main surface side on the semiconductor substrate so as to be closest to each other in the first opposing surface pair by being formed to cover each other. A second magnetic body portion formed on the semiconductor substrate so as to sandwich the second magnetoelectric conversion element in cooperation with a first magnetic body portion which is one of the pair of magnetic body pair portions; A third magnetic body portion formed on the semiconductor substrate so as to sandwich the third magnetoelectric conversion element in cooperation with the first magnetic body portion, and the first magnetic body portion and the second magnetic body portion The body portion includes a second opposing surface pair that is a pair of opposing surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element and oppose each other with the second magnetoelectric conversion element interposed therebetween. The first magnetic body part and the third magnetic body part are formed so as to be closest to each other. It has a third opposed surface pair that is a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the magnetoelectric conversion element and are opposed to each other with the third magnetoelectric conversion element interposed therebetween, and is formed so that they are closest to each other in the third opposed surface pair. It is characterized by.
本発明のうち第18の態様に係るものは第17の態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の上に形成された第4磁性体部を更に備え、前記第1乃至第4磁性体部は、前記法線方向に沿った軸である対称軸の周りに1/4回転対称となるように、形状及び位置が定められていることを特徴とする。 According to an eighteenth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the seventeenth aspect, further comprising a fourth magnetic body portion formed on the semiconductor substrate, wherein the first to fourth magnetic elements are provided. The shape and position of the body part are determined so as to be ¼ rotationally symmetric about an axis of symmetry that is an axis along the normal direction.
本発明のうち第19の態様に係るものは第18の態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の上に形成され前記第3磁電変換素子の感度軸と同一方向に感度軸が設定された第4磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され前記第2磁電変換素子の感度軸と同一方向に感度軸が設定された第5磁電変換素子とを更に備え、前記第2磁性体部と第4磁性体部とは、前記第4磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成され、且つ前記第4磁電変換素子の感度軸と直交し前記第4磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第4対向面対を有し、前記第4対向面対において互いが最近接するように形成されており、前記第3磁性体部と第4磁性体部とは、前記第5磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成され、且つ前記第5磁電変換素子の感度軸と直交し前記第5磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第5対向面対を有し、前記第5対向面対において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする。 According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the eighteenth aspect, wherein the sensitivity axis is set in the same direction as the sensitivity axis of the third magnetoelectric transducer formed on the semiconductor substrate. A fourth magnetoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate, and a fifth magnetoelectric conversion element having a sensitivity axis set in the same direction as the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element. The body part and the fourth magnetic body part are formed on the semiconductor substrate so as to sandwich the fourth magnetoelectric conversion element, and are orthogonal to the sensitivity axis of the fourth magnetoelectric conversion element and A fourth opposing surface pair that is a pair of opposing surfaces sandwiched therebetween, and is formed so as to be closest to each other in the fourth opposing surface pair; the third magnetic body portion and the fourth magnetic body portion; Is formed on the semiconductor substrate so as to sandwich the fifth magnetoelectric transducer. And a fifth opposed surface pair that is a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the fifth magnetoelectric conversion element and are opposed to each other with the fifth magnetoelectric conversion element interposed therebetween. It is formed so that it may touch.
本発明のうち第20の態様に係るものは第18又は第19の態様に係る磁気検出装置であって、前記凹部が、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方に選択的に複数個形成されており、前記磁気検出装置は、前記半導体基板の上に形成され前記半導体基板の法線方向に感度軸が設定された第6磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され、前記第1磁性体部と対をなす前記磁性体対部の他方である第5磁性体部と共に前記対称軸の周りに1/2回転対称となるように、形状及び位置が定められている第6磁性体部とを更に備え、前記第4磁性体部と前記第6磁性体部とは、前記第6磁電変換素子の感度軸と直交し前記第6磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第6対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第6対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第1主面と前記第2主面との一方側と他方側とに形成されていることを特徴とする。 According to a twentieth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the eighteenth or nineteenth aspect, wherein the recess is selectively formed on at least one of the first main surface and the second main surface. A plurality of magnetic detection devices are formed on the semiconductor substrate, the sixth magnetoelectric conversion element being formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in a normal direction of the semiconductor substrate. The shape and the position are determined so as to be ½ rotation symmetric about the symmetry axis together with the fifth magnetic body portion that is the other of the magnetic body pair that forms a pair with the first magnetic body portion. A sixth magnetic body portion, wherein the fourth magnetic body portion and the sixth magnetic body portion are orthogonal to the sensitivity axis of the sixth magnetoelectric conversion element and face each other with the sixth magnetoelectric conversion element interposed therebetween. A sixth opposed surface pair, at least one of which covers the recess. By being formed in this way, it is formed on one side and the other side of the first main surface and the second main surface on the semiconductor substrate so that they are closest to each other in the sixth opposed surface pair. It is characterized by.
本発明のうち第21の態様に係るものは第20の態様に係る磁気検出装置であって、前記凹部が、前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方に選択的に4個以上形成されており、前記磁気検出装置は、前記半導体基板の上に形成され前記法線方向に感度軸が設定された第7磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され前記法線方向に感度軸が設定された第8磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成された第7磁性体部と、前記半導体基板の上に形成された第8磁性体部とを更に備え、前記第2磁性体部と前記第7磁性体部とは、前記第7磁電変換素子の感度軸と直交し前記第7磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第7対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第7対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第1主面と前記第2主面の一方側と他方側とに形成されており、前記第3磁性体部と前記第8磁性体部とは、前記第8磁電変換素子の感度軸と直交し前記第8磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第8対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第8対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第1主面と前記第2主面との一方側と他方側とに形成されており、前記第5乃至第8磁性体部は、前記対称軸の周りに1/4回転対称となるように、形状及び位置が定められていることを特徴とする。 According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the twentieth aspect, wherein the concave portions are selectively four or more on at least one of the first main surface and the second main surface. The magnetic detecting device is formed on the semiconductor substrate and has a sensitivity axis set in the normal direction. The seventh magnetoelectric conversion element is formed on the semiconductor substrate in the normal direction. An eighth magnetoelectric conversion element having a sensitivity axis; a seventh magnetic body portion formed on the semiconductor substrate; and an eighth magnetic body portion formed on the semiconductor substrate. The two magnetic body portions and the seventh magnetic body portion have a seventh facing surface pair that is a pair of facing surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the seventh magnetoelectric conversion element and face each other with the seventh magnetoelectric conversion element interposed therebetween. And at least one of the seventh opposing surface is formed so as to cover the concave portion. Formed on one side and the other side of the first main surface and the second main surface on the semiconductor substrate so as to be closest to each other in a pair, the third magnetic body portion and the eighth magnetic body The section has an eighth opposed surface pair that is a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the eighth magnetoelectric conversion element and are opposed to each other with the eighth magnetoelectric conversion element interposed therebetween, so that at least one covers the recess. Are formed on one side and the other side of the first main surface and the second main surface on the semiconductor substrate so that they are closest to each other in the eighth opposing surface pair, The fifth to eighth magnetic body portions are defined in shape and position so as to be ¼ rotationally symmetric about the symmetry axis.
本発明のうち第22の態様に係るものは第20又は第21の態様に係る磁気検出装置であって、前記第5磁性体部と前記第6磁性体部とは、互いに分離されていることを特徴とする。 According to a twenty-second aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the twentieth or twenty-first aspect, wherein the fifth magnetic body part and the sixth magnetic body part are separated from each other. It is characterized by.
本発明のうち第23の態様に係るものは第17乃至第22の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記凹部は前記第2主面に選択的に形成されており、前記第1乃至第3磁電変換素子は、前記第1主面側に形成されており、前記第1乃至第3磁性体部は前記第1主面に沿って略平板状に形成されていることを特徴とする。 According to a twenty-third aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any one of the seventeenth to twenty-second aspects, wherein the recess is selectively formed in the second main surface. The first to third magnetoelectric conversion elements are formed on the first main surface side, and the first to third magnetic body portions are formed in a substantially flat plate shape along the first main surface. And
本発明のうち第24の態様に係るものは第23の態様に係る磁気検出装置であって、前記第1乃至第3磁性体部の各々は、前記法線方向に段差を有することを特徴とする。 According to a twenty-fourth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the twenty-third aspect, wherein each of the first to third magnetic body portions has a step in the normal direction. To do.
本発明のうち第25の態様に係るものは第23又は第24の態様に係る磁気検出装置であって、前記第1磁性体部は、前記第2対向面対の一方に隣接する領域であって前記第2磁電変換素子に近接するほど前記第2磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有するとともに、前記第3対向面対の一方に隣接する領域であって前記第3磁電変換素子に近接するほど前記第3磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有し、前記第2磁性体部は、前記第2対向面対の他方に隣接する領域であって前記第2磁電変換素子に近接するほど前記第2磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有し、前記第3磁性体部は、前記第3対向面対の他方に隣接する領域であって前記第3磁電変換素子に近接するほど前記第3磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有していることを特徴とする。 According to a twenty-fifth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the twenty-third or twenty-fourth aspect, wherein the first magnetic body portion is a region adjacent to one of the second opposing surface pair. And a region adjacent to one of the third opposing surface pairs, having a region in which the width of the planar outline perpendicular to the sensitivity axis of the second magnetoelectric transducer decreases monotonously as it approaches the second magnetoelectric transducer The width of the outline in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the third magnetoelectric conversion element monotonously decreases as the distance from the third magnetoelectric conversion element becomes closer to the third magnetoelectric conversion element. 2 is a region adjacent to the other of the pair of opposed surfaces, and has a region in which the width of the outline in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the second magnetoelectric transducer decreases monotonously as it approaches the second magnetoelectric transducer, The third magnetic part is a region adjacent to the other of the third opposing surface pair. There are characterized in that the width of the plan view contour perpendicular to the sensitivity axis of the third electromagnetic element as close to the third electromagnetic element has a region monotonically decreases.
本発明のうち第26の態様に係るものは第23又は第24の態様に係る磁気検出装置であって、前記第1磁性体部は、前記第2対向面対の一方に隣接する領域であって前記第2磁電変換素子に近接するほど前記第2磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有するとともに、前記第3対向面対の一方に隣接する領域であって前記第3磁電変換素子に近接するほど前記第3磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有し、前記第2磁性体部は、前記第2対向面対の他方に隣接する領域であって前記第2磁電変換素子に近接するほど前記第2磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有し、前記第3磁性体部は、前記第3対向面対の他方に隣接する領域であって前記第3磁電変換素子に近接するほど前記第3磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有していることを特徴とする。 According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the twenty-third or twenty-fourth aspect, wherein the first magnetic body portion is a region adjacent to one of the second opposing surface pair. As a result, the closer to the second magnetoelectric conversion element, there is a region in which the width of the plan view outline perpendicular to the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element decreases stepwise and adjacent to one of the third opposing surface pair The region has a region in which the width of the outline in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the third magnetoelectric conversion element decreases stepwise as it approaches the third magnetoelectric conversion element, and the second magnetic body portion is An area adjacent to the other of the second opposing surface pair, and an area in which the width of the planar view outline perpendicular to the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element decreases stepwise as it approaches the second magnetoelectric conversion element. And the third magnetic body portion is adjacent to the other of the third opposed surface pair. Wherein the width of the plan view contour perpendicular has a region of reduced stepwise the sensitivity axis of the third electromagnetic element as close to the third electric transducer an area.
本発明のうち第27の態様に係るものは第23乃至第26の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板がSOI基板であって、前記第1乃至第3磁性体部の各々は、SOI層に形成されていることを特徴とする。 According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided a magnetic detection device according to any one of the twenty-third to twenty-sixth aspects, wherein the semiconductor substrate is an SOI substrate, and the first to third magnetic body portions. Each of these is formed in the SOI layer.
本発明のうち第28の態様に係るものは第17乃至第22の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記凹部は前記第1主面に選択的に3個以上形成されており、前記第1乃至第3磁性体部は、前記凹部を個別に覆うように形成されており、前記第1磁性体部と対をなす前記磁性体対部の他方は、前記第2主面に沿って略平板状に形成されていることを特徴とする。 According to a twenty-eighth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any of the seventeenth to twenty-second aspects, wherein three or more of the recesses are selectively formed on the first main surface. The first to third magnetic body portions are formed so as to individually cover the recesses, and the other of the magnetic body pair portions paired with the first magnetic body portion is formed on the second main surface. It is characterized by being formed in a substantially flat plate shape along.
本発明のうち第29の態様に係るものは第20乃至第22、及び第28の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の平面視輪郭が矩形であり、前記凹部の各々の開口部の輪郭が、前記半導体基板の平面視輪郭と各辺が互いに平行な矩形であることを特徴とする。 According to a twenty-ninth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any one of the twentieth to twenty-second and twenty-eighth aspects, wherein the semiconductor substrate has a rectangular outline in plan view, The outline of each opening is a rectangular shape whose sides are parallel to the outline of the semiconductor substrate in plan view.
本発明のうち第30の態様に係るものは第28の態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の平面視輪郭が矩形であり、前記凹部の各々の開口部の輪郭が、前記半導体基板の平面視輪郭と各辺が互いに45°の角度で傾いている矩形であることを特徴とする。 According to a thirtieth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to the twenty-eighth aspect, wherein the semiconductor substrate has a rectangular outline in plan view, and the outline of each opening of the recess is the semiconductor. The substrate is characterized in that the outline in plan view and each side of the substrate are rectangles inclined at an angle of 45 °.
本発明のうち第31の態様に係るものは第17乃至第30の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第2磁電変換素子が感度軸を同一方向とする複数の磁電変換素子である第1素子群を有しており、前記第2対向面対が前記第1素子群に個別に対向する複数の対向面対に分割配置されており、前記第3磁電変換素子が感度軸を同一方向とする複数の磁電変換素子である第2素子群を有しており、前記第3対向面対が前記第2素子群に個別に対向する複数の対向面対に分割配置されていることを特徴とする。 According to a thirty-first aspect of the present invention, there is provided a magnetic detection device according to any one of the seventeenth to thirtieth aspects, wherein the second magnetoelectric conversion element has a plurality of magnetoelectric conversion elements having a sensitivity axis in the same direction. And the second opposed surface pair is divided into a plurality of opposed surface pairs that individually face the first element group, and the third magnetoelectric transducer has a sensitivity axis. The second element group is a plurality of magnetoelectric conversion elements having the same direction as each other, and the third opposed surface pair is divided and arranged in a plurality of opposed surface pairs individually facing the second element group. It is characterized by that.
本発明のうち第32の態様に係るものは磁気検出装置であって、主面を有する半導体基板と、前記主面側の前記半導体基板の上に形成され前記主面に沿った方向に感度軸が設定された磁電変換素子と、前記主面の法線方向に段差を有する略平板状であって、前記主面側の前記半導体基板の上に形成された第1磁性体部と、前記法線方向に段差を有する略平板状であって、前記第1磁性体部と共同して前記磁電変換素子を挟むように前記主面側の前記半導体基板の上に形成された第2磁性体部とを備え、前記第1磁性体部と前記第2磁性体部とは、前記磁電変換素子の感度軸と直交し前記磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面を有し、前記一対の対向面において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする。 According to a thirty-second aspect of the present invention, there is provided a magnetic detection device, comprising: a semiconductor substrate having a main surface; and a sensitivity axis formed in a direction along the main surface and formed on the semiconductor substrate on the main surface side. And a first magnetic body portion formed on the semiconductor substrate on the main surface side, and a method of the method. A second magnetic body portion that is substantially flat and has a step in the line direction, and is formed on the semiconductor substrate on the main surface side so as to sandwich the magnetoelectric conversion element in cooperation with the first magnetic body portion. The first magnetic body portion and the second magnetic body portion have a pair of facing surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the magnetoelectric conversion element and face each other with the magnetoelectric conversion element sandwiched therebetween, It is characterized in that they are formed so as to be closest to each other on the opposing surfaces.
本発明のうち第33の態様に係るものは第17乃至第32の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の平面視輪郭が正方形であり、前記半導体基板の上に形成されているすべての磁電変換素子及びすべての磁性体部が、前記半導体基板の平面視輪郭における1つの対角線に対して線対称となるように形状及び位置を設定されていることを特徴とする。 According to a thirty-third aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any of the seventeenth to thirty-second aspects, wherein the semiconductor substrate has a square outline in plan view and is formed on the semiconductor substrate. All of the magnetoelectric transducers and all of the magnetic body portions are set in shape and position so as to be line-symmetric with respect to one diagonal line in the plan view outline of the semiconductor substrate.
本発明のうち第34の態様に係るものは第8乃至第33の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の上に形成されているすべての磁電変換素子が半導体ダイオード磁気センサであることを特徴とする。 According to a thirty-fourth aspect of the present invention, there is provided the magnetic detection device according to any one of the eighth to thirty-third aspects, wherein all the magnetoelectric conversion elements formed on the semiconductor substrate are semiconductor diode magnetic elements. It is a sensor.
本発明のうち第35の態様に係るものは第34の態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体ダイオード磁気センサのうち、前記半導体基板の主面の法線方向を感度軸の方向とするものが、本発明の磁電変換素子であることを特徴とする。 According to a thirty-fifth aspect of the present invention is the magnetic detection apparatus according to the thirty-fourth aspect, wherein the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate of the semiconductor diode magnetic sensor is the direction of the sensitivity axis. What is characterized is the magnetoelectric transducer of the present invention.
本発明のうち第36の態様に係るものは地磁気センサであって、本発明に係る磁気検出装置と、前記磁気検出装置の出力信号を増幅する増幅器と、を備えることを特徴とする。 According to a thirty-sixth aspect of the present invention is a geomagnetic sensor, comprising the magnetic detection device according to the present invention and an amplifier for amplifying an output signal of the magnetic detection device.
本発明の第1乃至第7の何れかの態様に係る磁電変換素子によれば、アノード領域とカソード領域との間に順バイアスが印加されると、高抵抗領域に電子及び正孔の二重注入状態が形成される。この状態で外部磁界が印加されると、高抵抗領域を流れるキャリアは、半導体基板の主面に垂直な磁界成分に起因するローレンツ力によって、進行方向が高抵抗領域の側面に向かうように曲げられる。磁界成分の向きに応じて、キャリアの進行方向は再結合層が形成されている高抵抗領域の一側面と反対側面との何れかに向かうように曲げられる。キャリアの進行方向が再結合層へ向かうように曲げられると、キャリアの再結合が促進されるために、磁電変換素子の抵抗が高くなり、逆に再結合層の反対側へ向かうように曲げられると、磁電変換素子の抵抗が低くなる。即ち、本発明の磁電変換素子によれば、磁電変換素子の抵抗或いは順電流の大きさを通じて、半導体基板の主面に垂直な磁界成分の大きさ及び向きを検出することができる。従って、本発明の磁電変換素子は、本発明の磁気検出装置のように、半導体基板の主面に垂直な方向を感度軸の方向に含む磁気検出装置への利用に適している。 According to the magnetoelectric transducer according to any one of the first to seventh aspects of the present invention, when a forward bias is applied between the anode region and the cathode region, the electron and hole doubles in the high resistance region. An injection state is formed. When an external magnetic field is applied in this state, the carriers flowing in the high resistance region are bent so that the traveling direction is directed to the side surface of the high resistance region due to the Lorentz force caused by the magnetic field component perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate. . Depending on the direction of the magnetic field component, the carrier traveling direction is bent so as to be directed to either one side surface or the opposite side surface of the high resistance region where the recombination layer is formed. When the carrier is bent so that the traveling direction is toward the recombination layer, the recombination of the carrier is promoted, so the resistance of the magnetoelectric conversion element is increased, and conversely, the carrier is bent toward the opposite side of the recombination layer. As a result, the resistance of the magnetoelectric transducer decreases. That is, according to the magnetoelectric conversion element of the present invention, the magnitude and direction of the magnetic field component perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate can be detected through the resistance of the magnetoelectric conversion element or the magnitude of the forward current. Therefore, the magnetoelectric conversion element of the present invention is suitable for use in a magnetic detection apparatus including a direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate in the direction of the sensitivity axis, like the magnetic detection apparatus of the present invention.
本発明の第8の態様に係る磁気検出装置によれば、第1及び第2の磁性体部によって磁電変換素子を通過する磁束の収束効果が大きくなり、しかも、底部に第2の磁性体部が形成される凹所は、その周壁部が第1及び第2の主面の法線方向と略平行となるように形成されているため、凹所の開口面積を極力小さくすることができて機械的強度が向上する。更に、凹所の開口面積が第2の磁性体部が形成される底部の面積とほぼ等しくなるから、半導体基板の面積を比較的自由に設計することができる。 According to the magnetic detection device of the eighth aspect of the present invention, the convergence effect of the magnetic flux passing through the magnetoelectric conversion element is increased by the first and second magnetic body portions, and the second magnetic body portion is formed at the bottom. Since the peripheral wall portion is formed so that it is substantially parallel to the normal direction of the first and second main surfaces, the opening area of the recess can be made as small as possible. Mechanical strength is improved. Furthermore, since the opening area of the recess is substantially equal to the area of the bottom where the second magnetic body portion is formed, the area of the semiconductor substrate can be designed relatively freely.
本発明の第9の態様に係る磁気検出装置によれば、略平坦に形成することで磁性体部の構造設計及び製造が容易になる。 According to the magnetic detection device of the ninth aspect of the present invention, the structural design and manufacture of the magnetic body portion are facilitated by forming it substantially flat.
本発明の第10の態様に係る磁気検出装置によれば、第1及び第2の磁性体部の磁電変換素子に対向する部位における距離がその他の部位における距離よりも近くなるから、前記対向部位における磁路の磁気抵抗を前記他の部位における磁路の磁気抵抗よりも容易に低下させることができ、その結果、前記対向部位を通過する磁束密度を増大させて磁気感度の向上が図れる。 According to the magnetic detection device of the tenth aspect of the present invention, the distance between the first and second magnetic parts in the part facing the magnetoelectric transducer is closer than the distance in the other part. The magnetic resistance of the magnetic path at can be easily reduced as compared with the magnetic resistance of the magnetic path at the other part, and as a result, the magnetic flux density passing through the facing part can be increased to improve the magnetic sensitivity.
本発明の第11の態様に係る磁気検出装置によれば、第2の磁性体部内における磁路の断面積が大きくなり、第2の磁性体部内の磁気抵抗を低減して外部の磁気抵抗との差を大きくすることができるため、第2の磁性体部から漏れる磁束を抑制し、より効果的に磁電変換素子に磁束を収束することができる。 According to the magnetic detection device of the eleventh aspect of the present invention, the cross-sectional area of the magnetic path in the second magnetic body portion is increased, and the magnetic resistance in the second magnetic body portion is reduced to reduce the external magnetic resistance. Therefore, the magnetic flux leaking from the second magnetic part can be suppressed, and the magnetic flux can be more effectively converged on the magnetoelectric conversion element.
本発明の第12の態様に係る磁気検出装置によれば、第1及び第2の磁性体部における対向部位間では法線方向に沿った平行磁界となるから、収束された磁界の方向を磁電変換素子の感度軸に一致させて効率的に感度を向上させることができる。 According to the magnetic detection device of the twelfth aspect of the present invention, the parallel magnetic field along the normal direction is formed between the opposing portions in the first and second magnetic body portions. The sensitivity can be improved efficiently by matching the sensitivity axis of the conversion element.
本発明の第13の態様に係る磁気検出装置によれば、第1及び第2の磁性体部で収束される磁束のほぼ全てが磁電変換素子の磁気検知部位を通過することになるから、効率的に感度を向上させることができる。 According to the magnetic detection device of the thirteenth aspect of the present invention, since almost all of the magnetic flux converged by the first and second magnetic bodies passes through the magnetic detection part of the magnetoelectric conversion element, the efficiency Thus, the sensitivity can be improved.
本発明の第14の態様に係る磁気検出装置によれば、製造過程において第1及び第2の磁性体部の対向部位に位置ずれが生じた場合でも磁電変換素子の磁気検知部位のほぼ全面に対して感度軸に一致した磁束を通過させることができ、製造時における特性のばらつきが低減できる。 According to the magnetic detection device of the fourteenth aspect of the present invention, even when a position shift occurs in the opposing portion of the first and second magnetic parts in the manufacturing process, the magnetic detection portion of the magnetoelectric conversion element is almost entirely covered. On the other hand, the magnetic flux that coincides with the sensitivity axis can be passed, and variations in characteristics during manufacturing can be reduced.
本発明の第15の態様に係る磁気検出装置によれば、磁束の収束効果や面積効率を損なうことなく、より容易な工程でスループットの高い製造が可能になる。 According to the magnetic detection device of the fifteenth aspect of the present invention, it is possible to manufacture with a high throughput by an easier process without impairing the magnetic flux convergence effect and the area efficiency.
本発明の第16の態様に係る磁気検出装置によれば、3軸方向の磁気が検出可能な小型の磁気検出装置が実現できる。 With the magnetic detection device according to the sixteenth aspect of the present invention, a small magnetic detection device that can detect magnetism in three axial directions can be realized.
本発明の第17乃至第33の何れかの態様に係る磁気検出装置によれば、第1磁性体部は、一対の磁性体対部を形成することにより第1磁電変換素子の感度軸方向の磁束を第1磁電変換素子へ集束させると同時に、第2磁性体部と共同して第2磁電変換素子の感度軸方向の磁束を第2磁電変換素子へ集束させ、第3磁性体部と共同して第3磁電変換素子の感度軸方向の磁束を第3磁電変換素子へ集束させる。このため、小さい寸法で直交3軸方向の磁気検出が可能な磁気検出装置が実現する。しかも、当該装置は単一の半導体基板によって直交3軸方向の磁気検出を可能にするので、電子コンパス等への利用の際に軸合わせ等が必要でなく、精度の高い磁気検出が可能となる。 According to the magnetic detection device of any one of the seventeenth to thirty-third aspects of the present invention, the first magnetic body portion is formed in the sensitivity axis direction of the first magnetoelectric conversion element by forming a pair of magnetic body pairs. The magnetic flux is focused on the first magnetoelectric conversion element, and at the same time, the magnetic flux in the sensitivity axis direction of the second magnetoelectric conversion element is focused on the second magnetoelectric conversion element in cooperation with the second magnetic body part, and jointed with the third magnetic body part. Then, the magnetic flux in the sensitivity axis direction of the third magnetoelectric conversion element is focused on the third magnetoelectric conversion element. For this reason, a magnetic detection device capable of detecting the magnetic force in the three orthogonal directions with a small size is realized. In addition, since the apparatus enables magnetic detection in three orthogonal axes by using a single semiconductor substrate, it is not necessary to align the axes when used for an electronic compass or the like, and high-precision magnetic detection is possible. .
又、本発明の第34又は第35の態様に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子として半導体ダイオード磁気センサが用いられるので、小型で低消費電力の磁気検出装置が実現する。 In addition, according to the magnetic detection device of the thirty-fourth or thirty-fifth aspect of the present invention, a semiconductor diode magnetic sensor is used as the magnetoelectric conversion element, thereby realizing a small and low power consumption magnetic detection device.
更に、本発明の第36の態様に係る地磁気センサは、本発明に係る磁気検出装置を備えるので、精度の高い地磁気の検出を可能にする。 Furthermore, since the geomagnetic sensor according to the thirty-sixth aspect of the present invention includes the magnetic detection device according to the present invention, it is possible to detect geomagnetism with high accuracy.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1による磁電変換素子の構成を示す図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。図1(a)は基板と磁電変換素子とを含む構造体の斜視図である。図1(b)は図1(a)のA−A’切断線に沿った構造体の断面図である。又、図1(c)は、図1(a)のB−B’切断線に沿った構造体の断面図である。この磁電変換素子171は、半導体基板106の上に形成されている。半導体基板106は、シリコン単結晶基板として形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a magnetoelectric conversion element according to
磁電変換素子171は、ダイオード磁気センサとして形成されており、p+型のアノード領域102、n+型のカソード領域103及び、それらに挟まれたp−型の高抵抗領域101を有している。磁電変換素子171は、アノード領域102、高抵抗領域101及びカソード領域103の順に、直線軸に沿って延在するように形成されている。高抵抗領域101は、i型、即ち真性半導体であってもよく、又n−型であっても良い。アノード領域102とカソード領域103とを結ぶ高抵抗領域101の一側面には、再結合層104が形成されている。再結合層104は、高抵抗領域101の一方の側面に、格子欠陥等のキャリアの再結合中心を導入することにより形成されるもので、キャリアの再結合を促す層として機能する。
The
磁電変換素子171を用いるには、アノード領域102とカソード領域103との間に順バイアスが印加される。それにより、高抵抗領域101にキャリアの二重注入状態が形成される。この状態で、外部磁界Hが半導体基板106の主面に垂直な方向に印加されると、二重注入キャリアである電子と正孔とが、外部磁界Hに起因するローレンツ力によって進行方向を曲げられる。外部磁界Hの向きが図示の向きであれば、電子と正孔とは再結合層104の側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が促進されるので、ダイオード抵抗が高くなる。それにより、アノード領域102からカソード領域103へ流れる順電流が減少する。
In order to use the
一方、外部磁界Hの向きが図示の向きとは逆向きであれば、電子と正孔とは再結合層104の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が起こり難くなるので、ダイオード抵抗が低くなる。それにより、アノード領域102からカソード領域103へ流れる順電流が増加する。
On the other hand, if the direction of the external magnetic field H is opposite to the illustrated direction, the traveling direction of electrons and holes is bent to the opposite side of the
従って、磁電変換素子171を用いることにより、順電流の変化を通じて半導体基板106の主面に垂直な外部磁界Hの大きさと向きを検出することができる。言い換えると、磁電変換素子171を用いることにより、任意の方向を向いた外部磁界のうち、半導体基板106の主面に垂直な方向の磁界成分Hを検出することができる。即ち、磁電変換素子171の感度軸の方向は、従来技術によるダイオード磁気センサ160とは異なり、半導体基板106の主面に垂直な方向である。また、磁電変換素子171は、小型に形成することができ、且つ消費電力が低いというダイオード磁気センサ特有の利点を保有している。従って、磁電変換素子171は、実施形態7以下に述べる磁気検出装置への利用に好適である。
Therefore, by using the
再結合層104を形成するためには、例えば、磁電変換素子171に対応する島状部分を半導体基板106の主面に形成した後に、半導体基板106の主面の上に図略のレジスト膜を塗布し、当該レジスト膜のうちに、高抵抗領域101の一方側面が露出するように開口部を形成するとよい。次に、例えばアルゴン(Ar)ガスと少量の酸素(O2)ガスを流しつつ、開口部を通じて半導体基板106の主面を選択的にスパッタすることにより、再結合層104を形成することができる。又、溶液を利用することにより、開口部を通じて半導体基板106の主面を化学的に荒らすことによっても、再結合層104を形成することができる。また、物理的なスパッタリングと化学的な反応との双方を組み合わせることにより、再結合層104を形成することも可能である。
In order to form the
或いは、金(Au)又は白金(Pt)を開口部を通じて半導体基板106の主面へ選択的に注入又は拡散させることにより、半導体基板106の主面へ選択的にキラーセンターを導入し、それにより再結合層104を形成することも可能である。アルゴンガスのイオンによるスパッタリングを通じて、半導体基板106の主面に選択的に欠陥を形成した後に、熱拡散を施すことにより欠陥の付近を部分酸化したり、薬品処理を施すことにより、結晶化による経時変化を抑制ないし防止することができる。
Alternatively, by selectively injecting or diffusing gold (Au) or platinum (Pt) into the main surface of the
アノード領域102は、例えば、アノード領域102を形成すべき部位に開口部を有する図略のレジスト膜を、半導体基板106の主面の上に形成し、当該開口部を通じてp型不純物を導入することにより形成することができる。同様に、カソード領域103は、例えば、カソード領域103を形成すべき部位に開口部を有する図略のレジスト膜を、半導体基板106の主面の上に形成し、当該開口部を通じてn型不純物を導入することにより形成することができる。再結合層104、アノード領域102、及びカソード領域103を形成する順序は、何れが先であっても良い。
In the
アノード領域102及びカソード領域103を形成した後、或いはその前に、図1に示すように、半導体基板106のうちの磁電変換素子171に対応する部分の周辺領域(以下、単に「周辺領域」と仮称する)を除去することにより、磁電変換素子171に対応する部分が島状に形成される。磁電変換素子171を島状に形成することにより、アノード領域102とカソード領域103とに順バイアスが印加されたときに、それらの間を流れる順電流は、高抵抗領域101のみを通じて流れることとなる。それにより、磁電変換素子171の外部磁界Hに対する感度が向上する。
After or before the formation of the
半導体基板106のうちの周辺領域を除去するには、垂直深掘技術であるICP(Inductively Coupled Plasma;誘導結合プラズマ)エッチング技術を用いることができる。この技術を用いることによって、エッチング側面が半導体基板106の主面に略垂直な壁面となる。それにより、小型の磁電変換素子171を得ることができる。ここで、「略垂直」とは、製造工程上の精度の範囲内で垂直の意である。
In order to remove the peripheral region of the
半導体基板106のうち、再結合層104の周囲のみを除去し、それ以外の周辺領域を除去することなく、そのまま残しても良い。この場合には、磁電変換素子171は島状に形成されることなく半導体基板106の主面の一部を占めることとなる。又、この場合には、半導体基板106の主面のうち除去されない周辺領域にイオン注入を施すことにより、周辺領域を真性半導体と同等の高抵抗にしたり、或いは、周辺領域に部分酸化を施すことにより周辺領域を絶縁体とするのが望ましい。それにより、順バイアスの印加によってアノード領域102からカソード領域103へ流れる順電流のうち、高抵抗領域101以外の領域を通じて流れる成分を、高抵抗領域101を通じて流れる成分に比べて無視できるほどの大きさに抑えることができる。即ち、磁電変換素子171の外部磁界Hに対する感度を高めることができる。
Of the
なお、図1に示すように、再結合層104は、高抵抗領域101の一側面の全体にわたって形成されるのが望ましいが、高抵抗領域101の一側面のうちの一部に形成されても、外部磁界Hを検出する機能は相応に得られる。
As shown in FIG. 1, the
(実施形態2)
図2は、本発明の実施形態2による磁電変換素子の構成を示す図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。図2(a)は基板と磁電変換素子とを含む構造体の斜視図である。図2(b)は図2(a)のA−A’切断線に沿った構造体の断面図である。又、図2(c)は、図2(a)のB−B’切断線に沿った構造体の断面図である。この磁電変換素子172は、その側面が半導体基板106の主面に対して傾斜している点において、図1に示した磁電変換素子171とは異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a magnetoelectric conversion element according to
例えば、半導体基板106の主面の上に、磁電変換素子172に対応する部分を覆う図略のレジスト膜を形成した後に、溶液を用いた異方性エッチングを施すことにより、磁電変換素子172の側面を傾斜面として形成することができる。溶液として、例えば、KOH(水酸化カリウム)、或いはTMAH(ハイドロオキサイド)を用いることができる。例えば、単結晶シリコンである半導体基板106の主面、即ち(100)面をエッチングすると、半導体基板106の主面に対して54.74°の角度をもった(111)面が、磁電変換素子172の側面として得られる。
For example, an unillustrated resist film that covers a portion corresponding to the
このように磁電変換素子172の側面が、半導体基板106の主面の斜め上方を向く傾斜面として形成されるので、半導体基板106の主面の上方から見たときの高抵抗領域101の側面の投影面積が、磁電変換素子171の場合に比べて大きくなる。このため、アルゴンガスを用いたスパッタリング等によって再結合層104を形成する工程が、より簡易となる。
As described above, the side surface of the
(実施形態3)
図3は、本発明の実施形態3による磁電変換素子の構成を示す斜視図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。この磁電変換素子173は、互いに直列に接続された一対の磁電変換素子171を有する点において、図1に示した磁電変換素子171とは異なっている。一対の磁電変換素子171は、順電流が互いに逆向きの略平行に流れるように、半導体基板106の主面に配置されている。ここで、「略平行」とは、製造工程上の精度の範囲内で平行の意である。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a magnetoelectric conversion element according to
又、一対の磁電変換素子171の高抵抗領域101は、互いに横に並ぶように形成されている。更に、一対の磁電変換素子171の再結合層104は、互いに逆向きに形成され、図3では特に、一対の高抵抗領域101の互いに対向する側面に形成されている。一対の磁電変換素子171の一方のアノード領域102と他方のカソード領域103とは、例えばアルミニウム等の導電体を材料とする接続配線107により電気的に接続されている。それにより、一対の磁電変換素子171は、順電流が共通に流れるように直列接続されている。アルミニウム等による配線技術自体は従来周知であるので、図3では、接続配線107の形状を模式的に描いている。
Further, the
磁電変換素子173に順バイアスを印加した状態で、外部磁界Hが半導体基板106の主面に垂直な方向に印加されると、二重注入キャリアである電子と正孔とが、外部磁界Hに起因するローレンツ力によって進行方向を曲げられる。外部磁界Hの向きが図示の向きであれば、一対の磁電変換素子171の何れにおいても、電子と正孔とは再結合層104の側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が促進されるので、ダイオード抵抗が高くなる。それにより、磁電変換素子173を流れる順電流が減少する。
When an external magnetic field H is applied in a direction perpendicular to the main surface of the
一方、外部磁界Hの向きが図示の向きとは逆向きであれば、電子と正孔とは再結合層104の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が起こり難くなるので、ダイオード抵抗が低くなる。それにより、磁電変換素子173を流れる順電流が増加する。従って、磁電変換素子173を用いることにより、磁電変換素子171及び172と同様に、電流変化を通じて半導体基板106の主面に垂直な外部磁界Hの大きさ及び向きを検出することができる。
On the other hand, if the direction of the external magnetic field H is opposite to the illustrated direction, the traveling direction of electrons and holes is bent to the opposite side of the
磁電変換素子171及び172においては、外部磁界Hに対する感応部に相当する再結合層104を、高抵抗領域101の一側面に精度良く形成することが重要となる。再結合層104の位置に変動があると、それに伴って外部磁界Hに対する感度が変動する。これに対して、磁電変換素子173では、再結合層104を形成する際に用いられる図略のレジスト膜にリソグラフィを用いてパターン転写するためのマスクに位置ずれがあっても、磁電変換素子173の全体としては、位置ずれの影響を相殺することができる。
In the
より具体的には、マスクずれによって、一対の磁電変換素子171のうちの一方の再結合層104が目標よりも厚さDだけ厚く形成されるときには、他方の再結合層104が目標よりも厚さDだけ薄く形成されることとなる。その結果、磁電変換素子173の全体としては、同一の外部磁界Hに対して、目標通りの順電流が流れることとなる。このように磁電変換素子173は、マスクずれによる感度の変動を抑制するので、精度の高い磁界検出を実現する。
More specifically, when one
再結合層104は、一対の高抵抗領域101のうち、互いに外側を向いた側面に形成することもできる。この場合においても、マスクずれによる感度の変動を抑制する効果は、同様に得られる。又、一対の磁電変換素子171の代わりに、一対の磁電変換素子172を用いても、同様の効果を得ることができる。
The
(実施形態4)
図4は、本発明の実施形態4による磁電変換素子の構成を示す斜視図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。この磁電変換素子174は、半導体基板106の主面に平面視略コ字形に形成されている点において、図1に示した磁電変換素子171とは異なっている。平面視略コ字形の磁電変換素子174の一対の脚部の一方先端部にアノード領域102が形成され、他方先端部にカソード領域103が形成されている。アノード領域102とカソード領域103とを連結する高抵抗領域101のうち、一対の脚部にあって且つ互いに対向する側面に、再結合層104が形成されている。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a magnetoelectric conversion element according to
磁電変換素子174に順バイアスを印加した状態で、外部磁界Hが半導体基板106の主面に垂直な方向、且つ図示の向きに印加されると、一対の脚部の何れにおいても、電子と正孔とは再結合層104の側に進行方向を曲げられる。その結果、磁電変換素子174を流れる順電流が減少する。一方、外部磁界Hの向きが図示の向きとは逆向きであれば、電子と正孔とは再結合層104の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、磁電変換素子174を流れる順電流が増加する。従って、磁電変換素子174を用いることにより、磁電変換素子171〜173と同様に、電流変化を通じて半導体基板106の主面に垂直な外部磁界Hの大きさ及び向きを検出することができる。
When a forward bias is applied to the
磁電変換素子174も、磁電変換素子173と同様の効果により、マスクずれによる感度の変動を抑制するので、精度の高い磁界検出を実現する。又、再結合層104は、高抵抗領域101のうち、一対の脚部にあって且つ互いに外側を向いた側面に形成することもできる。この場合においても、マスクずれによる感度の変動を抑制する効果は、同様に得られる。更に、磁電変換素子174の側面を、磁電変換素子172の場合と同様に、半導体基板106の主面に対して傾斜した壁面として形成しても、同様の効果を得ることができる。
The
磁電変換素子174の形状は、一対の脚部が平行であることが本質である。従って、磁電変換素子174の平面視輪郭は、厳密に「コ」文字形状である必要はなく、互いに平行な一対の脚部とそれらの連結部とを有する形状であって、近似的に「コ」文字形状をなすものであってもよい。又、一対の脚部は、製造工程上の精度の範囲内で平行であってよい。「略コ字形」とは、このような形状を含む趣旨である。従って、「略コ字形」は「U字形」を含む。
The shape of the
(実施形態5)
図5は、本発明の実施形態5による磁電変換素子の構成を示す斜視図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。この磁電変換素子175は、ホイーストンブリッジを形成するように接続された4個の磁電変換素子171を有する点において、図1に示した磁電変換素子171とは異なっている。4個の磁電変換素子171には、互いを区別するために、符号171A〜171Dが付されている。また、4個の磁電変換素子171を互いに接続する4個の接続配線107には、互いを区別するために符号107A〜107Dが付されている。なお、図5においても、接続配線107A〜107Dは、図3の接続配線107と同様に模式的に描かれている。
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a magnetoelectric conversion element according to
磁電変換素子171A及び171Dは、同一の順電流が流れるように接続配線107Dによって互いに直列接続されている。又、磁電変換素子171B及び171Cは、同一の順電流が流れるように接続配線107Bによって互いに直列接続されている。更に、磁電変換素子171A及び171Dによる直列回路と、磁電変換素子171B及び171Cによる直列回路とは、順電流がそれぞれを分流するように接続配線107A及び107Cによって互いに並列に接続されている。即ち、磁電変換素子175を図19に示すホイーストンブリッジに対比するならば、磁電変換素子171A〜171Dは素子R1〜R4にそれぞれ対応する。
The
磁電変換素子171Aと171Cとにおいては、高抵抗領域101の一対の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視右側に位置する側面に再結合層104が形成されている。一方、磁電変換素子171Bと171Dとにおいては、高抵抗領域101の一対の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視左側に位置する側面に再結合層104が形成されている。図5の例では、4個の磁電変換素子171A〜171Dは、アノード領域102とカソード領域103とを結ぶ軸が互いに平行となるように配置されているが、磁電変換素子105がホイーストンブリッジとして機能する上で、必ずしも平行であることを要しない。
In the
接続配線107Aから接続配線107Cへ電流を供給することにより磁電変換素子175に順バイアスを印加した状態で、外部磁界Hが半導体基板106の主面に垂直な方向、且つ図示の向きに印加されると、磁電変換素子171B及び171Dでは、電子と正孔とは再結合層104の側に進行方向を曲げられる。その結果、磁電変換素子171B及び171Dではダイオード抵抗が高くなる。一方、磁電変換素子171A及び171Cでは、電子と正孔とは再結合層104の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、磁電変換素子171A及び171Cではダイオード抵抗が低くなる。従って、外部磁界Hの強度に応じて、一対の接続配線107B及び107Dの間には電位差が発生する。このときの電位は、接続配線107Dの方が接続配線107Bよりも高くなる。
The external magnetic field H is applied in a direction perpendicular to the main surface of the
外部磁界Hの向きが図示の向きとは逆向きであれば、上記とは逆に、磁電変換素子171B及び171Dではダイオード抵抗が低くなり、磁電変換素子171A及び171Cではダイオード抵抗が高くなる。その結果、外部磁界Hの強度に応じて、一対の接続配線107B及び107Dの間には電位差が発生する。このときの電位は、接続配線107Bの方が接続配線107Dよりも高くなる。即ち、磁電変換素子175に順電流を供給することにより、半導体基板106の主面に垂直な外部磁界Hの大きさと向きとを反映した電位差を、一対の接続配線107B及び107Dから取り出すことができる。
If the direction of the external magnetic field H is opposite to the direction shown in the drawing, the diode resistance is low in the
磁電変換素子175は、4個の磁電変換素子171を用いてホイーストンブリッジを形成するので、外部磁界Hに対する感度が高く、且つ、温度特性等によるオフセットを相殺して精度の高い磁界検出を実現する。なお、4個の磁電変換素子171A〜171Dの各々を磁電変換素子172〜174の何れかに置き換えても、同様の効果を得ることができる。又、4個の磁電変換素子171A〜171Dのうち、1〜3個の磁電変換素子を抵抗素子に置き換えても、外部磁界Hの検出は可能である。
Since the
(実施形態6)
図6は、本発明の実施形態6による磁電変換素子の構成を示す斜視図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。この磁電変換素子176は、単結晶シリコンを材料とする支持基板177の上に形成された二酸化シリコンを材料とする埋込絶縁膜108の上に形成されている。即ち、ダイオード磁気センサ176は、SOI(Semiconductor On Insulator)基板として形成された半導体基板178のうちの単結晶シリコン薄膜層であるSOI層179に形成されている。図6では、磁電変換素子176は磁電変換素子171と同様の構造を有しているが、磁電変換素子172〜175の何れかと同様に構成することも可能である。
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a magnetoelectric conversion element according to
磁電変換素子176は、SOI層179に形成されているので、同一のSOI層179の中に磁電変換素子176の駆動回路、増幅回路或いは補償回路等の周辺回路を集積回路として形成することができる。更に、磁電変換素子176の周囲においてSOI層179を選択的に除去することにより、磁電変換素子176を他の回路部分から容易にかつ高抵抗で電気的に分離することができる。それにより、他の回路部分からの電流の流れ込み等によるノイズの影響を低く抑えることができる。
Since the
SOI基板として、シリコンと格子定数が整合する絶縁基板であるサファイア基板の上にシリコンをエピタキシャル成長させたものを用い、このエピタキシャル成長層に磁電変換素子176を形成しても良い。又、SOI基板に代えて、半導体基板の上に単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させた、いわゆるエピ基板を用い、エピタキシャル成長層に磁電変換素子176を形成しても良い。更に、SOI基板に代えて、素子間を誘電体分離したDI基板を用いても良い。
As the SOI substrate, a substrate obtained by epitaxially growing silicon on a sapphire substrate which is an insulating substrate having a lattice constant matching that of silicon may be used, and the
(実施形態7)
以下、本発明の実施の形態による磁気検出装置について説明する。但し、本発明の磁気検出装置は、磁電変換素子に磁気を収束させる構造に特徴を有するものであるから、磁電変換素子の種類は半導体基板に形成可能な素子、例えば、ダイオード磁気センサの他、MR素子、ホール素子、磁気インピーダンス素子、或いはフラックスゲート素子などが利用可能である。ダイオード磁気センサのうち、感度軸が基板の主面に垂直な方向に設定されるものについては、実施形態1〜6によるダイオード磁気センサである磁電変換素子171〜176を利用することができ、感度軸が基板の主面に沿った方向に設定されるものについては、特許文献2に開示されるダイオード磁気センサ160を利用することができる。
(Embodiment 7)
Hereinafter, a magnetic detection device according to an embodiment of the present invention will be described. However, since the magnetic detection device of the present invention is characterized by a structure that converges magnetism on the magnetoelectric conversion element, the type of magnetoelectric conversion element is an element that can be formed on a semiconductor substrate, for example, a diode magnetic sensor, An MR element, Hall element, magneto-impedance element, fluxgate element or the like can be used. Among the diode magnetic sensors, those whose sensitivity axis is set in a direction perpendicular to the main surface of the substrate can use the
実施形態7による磁気検出装置A1は、図7に示すようにシリコン基板からなる支持基板201の第1主面(図7(b)における上面)側に埋込酸化膜202を介してp型のSOI層203が形成されたSOI基板を有し、このSOI層203の第1主面側から分離領域204によって分離形成された島状領域に磁電変換素子205が形成されている。この磁電変換素子205は、p+型のアノード領域206と、n+型のカソード領域207と、p型の高抵抗領域208とを有し、アノード領域206とカソード領域207とには中間酸化膜209を介してアノード電極210とカソード電極211とが形成され、各電極210、211がそれぞれ中間酸化膜209に設けられているコンタクトホール部209a、209bを介してアノード領域206並びにカソード領域207と接続され、さらに各電極210、211の第1主面側にはこれらを保護するための保護膜212が形成されている。ここで本実施形態における磁電変換素子205は、SOI基板上の単結晶シリコン薄膜層に形成されたp−p−nダイオードの順方向二重注入を利用するものであって、二重注入キャリアである電子と正孔が磁界によるローレンツ力により曲げられ、再結合領域側に曲げられると電流が減少し、非再結合側に曲げられると電流が増加するという性質を利用して、印加磁界の向きと大きさによる電流変化を検出するものである。磁電変換素子205は、例えば磁電変換素子171である。
As shown in FIG. 7, the magnetic detection device A <b> 1 according to the seventh embodiment has a p-type conductivity via a buried
又、支持基板201の第2主面(図7(b)における下面)側には、酸化膜213の開口部をマスクとしてICP(誘導結合プラズマ)型のエッチング装置などによって支持基板201を垂直方向(第2主面の法線方向)にエッチングすることで平坦な底部が磁電変換素子205に対向し且つ底部を囲む周壁部が第1及び第2の周面の法線方向と略平行となる有底角筒状の凹所214が形成されると共に、支持基板201の第2主面全体と凹所214の底部並びに周壁部の表面を覆うように磁性体膜(第2の磁性体部)215が形成されている。更に、支持基板201の第1主面側に形成されている保護膜212上には、本装置のチップ面積並びに磁束収束効果から適切に設計された大きさの磁性体膜(第1の磁性体部)216が少なくとも磁電変換素子205の形成領域と第1主面の法線方向において重なるように形成されている。凹所214の底部は埋込酸化膜202まで達しており、底部は磁電変換素子205の磁気検知領域である高抵抗領域208と支持基板201の主面の法線方向から見て重なり、且つ磁気検知領域208の主面への投影像を包含する寸法に形成されている。
Further, on the second main surface (the lower surface in FIG. 7B) side of the
ここで、第1の磁性体部216は、磁電変換素子205並びに凹所214の底部を挟んで第2の磁性体部215と対向する部位が第2の磁性体部215に近づく向き(図7(b)における下向き)に凸となる形状に形成され、この凸部216aにおいて第1及び第2の磁性体部216、215の間隔が最も狭くなっている。
Here, the first
次に、本実施形態の磁気検出装置A1を地磁気などによる一定の磁界中に置いたときの磁束の変化について説明する。 Next, changes in magnetic flux when the magnetic detection device A1 of the present embodiment is placed in a constant magnetic field such as geomagnetism will be described.
図8は、本実施形態の磁気検出装置A1を一定の磁界中に置いた場合の磁束Mの様子を表した概略図である。磁束は磁気抵抗が最も小さくなる経路を選択的に通過するという性質を有するが、本実施形態の磁気検出装置A1では第1及び第2の磁性体部216、215が空気中よりも透磁率が極めて大きい領域を形成し、磁電変換素子205の磁気検知部位たる高抵抗領域208を挟んで対向する部位において第1及び第2の磁性体部216、215の間の距離が最も近くなるため、高抵抗領域208を通過する経路の磁気抵抗が最も小さくなる。しかも、凹所214が支持基板201の主面の法線方向に対してほぼ平行に形成されているから、磁束Mは図8において破線で示した経路を通ることになる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the state of the magnetic flux M when the magnetic detection device A1 of the present embodiment is placed in a constant magnetic field. The magnetic flux has the property of selectively passing through the path with the smallest magnetic resistance. However, in the magnetic detection device A1 of the present embodiment, the first and second
したがって、本実施形態の磁気検出装置A1においては磁束を最も効率よく収束させて磁電変換素子205を通過させることができるから、大きな領域(本実施形態の場合にはおおむね第1の磁性体部216の面積)の磁束が磁気検知領域である高抵抗領域208に集中することになり、エッチング溝219のように周壁部が支持基板201の主面の法線方向に対して傾けて形成される場合に比較して効率よく磁束を収束することができて感度向上が図れる。又、凹所214の底部が磁電変換素子205の磁気検知領域である高抵抗領域208と支持基板201の主面の法線方向から見て重なり、磁気検知領域である高抵抗領域208の主面への投影像を包含する寸法に形成されると共に、第1及び第2の磁性体部216、215がその間の距離を最小とするように形成されているから、磁電変換素子205の磁気検知領域である高抵抗領域208を通過する磁束の向きが第1及び第2の磁性体部216、215の底部と対向する部位の法線方向にほぼ一致する。よって、ほとんどの磁束が磁電変換素子205の感度軸方向に沿って通過することになり、磁気検出の感度が大きく且つ精度の高い検出が可能となる。
Therefore, in the magnetic detection device A1 of the present embodiment, the magnetic flux can be most efficiently converged and allowed to pass through the
このように本実施形態の磁気検出装置A1では、第1及び第2の磁性体部216、215によって磁電変換素子205を通過する磁束Mの収束効果が大きくなり、しかも、底部に第2の磁性体部215が形成される凹所214は、その周壁部が支持基板201の第1及び第2主面の法線方向と略平行となるように形成されているため、凹所214の開口面積を極力小さくすることができ、従来例に比較して小型でありながら機械的強度が向上するものである。更に、凹所214の開口面積が第2の磁性体部215が形成される底部の面積とほぼ等しくなるから、支持基板201の面積を比較的自由に設計することができる。又、本実施の形態では第1の磁性体部216をほぼ平坦に形成しているから構造設計並びに製造が容易であり、第1及び第2の磁性体部216、215は、磁電変換素子205を挟んで対向する部位が互いに近づく向きに凸となる形状に形成されているから、第1及び第2の磁性体部216、215の磁電変換素子205に対向する部位における距離がその他の部位における距離よりも近くなり、対向部位における磁路の磁気抵抗を他の部位における磁路の磁気抵抗よりも容易に低下させることができ、その結果、対向部位(磁電変換素子205の高抵抗領域208)を通過する磁束密度を増大させて磁気感度の向上が図れる。
As described above, in the magnetic detection device A1 of the present embodiment, the effect of converging the magnetic flux M passing through the
又、本実施形態では第2の磁性体部215が凹所214の底部並びに周壁部を覆うように形成されているから、第2の磁性体部215内における磁路の断面積が大きくなり、第2の磁性体部215内の磁気抵抗を低減して外部の磁気抵抗との差を大きくすることができるため、第2の磁性体部215から漏れる磁束を抑制し、より効果的に磁電変換素子205に磁束を収束することができる。更に、第1及び第2の磁性体部216、215における磁電変換素子205を挟んで対向する対向部位が平坦且つ互いに略平行となる形状に形成されているため、対向部位間では法線方向に沿った平行磁界となるから、収束された磁界の方向を磁電変換素子205の感度軸に一致させて効率的に感度を向上させることができる。なお、第1及び第2の磁性体部216、215の磁電変換素子205を挟んで対向する部位の面積が高抵抗領域208に対して余裕を持った大きさに設計されているから、SOI層203面側と支持基板201の第1主面側の加工の合わせ精度を厳密に管理する必要がなく、適当な余裕があるので製造が容易になるという利点もある。
Further, in the present embodiment, since the second
(実施形態8)
本実施形態の磁気検出装置A2は、図9に示すように基本的な構造は実施形態7と共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施の形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
(Embodiment 8)
Since the basic structure of the magnetic detection device A2 of this embodiment is the same as that of the seventh embodiment as shown in FIG. 9, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Only the configuration which is a feature of this embodiment will be described.
本実施形態は、磁電変換素子205における高抵抗領域208が実施形態7に比べて大きくなっており、第1及び第2の磁性体部216、215における磁電変換素子205を挟んで対向する対向部位が、磁電変換素子205の磁気検知部位である高抵抗領域208の当該対向部位への投影面積よりも小さい面積としてある点に特徴を有する。
In the present embodiment, the
而して、上述のように構成した本実施形態の磁気検出装置A2では、対向部位の面積を小さくした分だけ収束効果が高くなって高抵抗領域208を通過する磁束が増大し(図10参照)、効率的に感度を向上させることができる。なお、対向部位間の距離を近づけるほど、磁束の収束効果も高くなるから、感度向上には対向部位間の距離を狭くすることが有効である。
Thus, in the magnetic detection device A2 of the present embodiment configured as described above, the convergence effect is enhanced by the amount of the area of the opposing portion being reduced, and the magnetic flux passing through the
(実施形態9)
本実施形態の磁気検出装置A3は、図11に示すように基本的な構造は実施形態7と共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
(Embodiment 9)
Since the basic structure of the magnetic detection device A3 of the present embodiment is the same as that of the seventh embodiment as shown in FIG. 11, the same reference numerals are given to common components, and the description thereof is omitted. Only the configuration that is characteristic of the embodiment will be described.
本実施形態は、支持基板201にシリコンのバルク基板を用いた点、並びに第1の磁性体部216が平坦に形成されている点に特徴を有しており、支持基板201としてSOI基板よりも安価なバルク基板を用いることでコストダウンを図れるという利点がある。又、第1の磁性体部216を平坦に形成したことで磁性体部216の構造設計及び製造が容易になるという利点もある。但し、実施形態7に対して磁電変換素子205の製造工程が変わることと、第1及び第2の磁性体部216、215の磁電変換素子205を挟んで対向する部位のギャップを精度良く製造することが困難であるために感度のばらつきが若干大きくなることを除いて、実施形態7の磁気検出装置A1と概ね同等の効果を奏する。
The present embodiment is characterized in that a silicon bulk substrate is used as the
(実施形態10)
本実施形態の磁気検出装置A4は、図12に示すように基本的な構造は実施形態7と共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
(Embodiment 10)
Since the basic structure of the magnetic detector A4 of this embodiment is the same as that of the seventh embodiment as shown in FIG. 12, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only the configuration that is characteristic of the embodiment will be described.
本実施形態は、支持基板201として主要面方位が(100)のシリコン単結晶基板を用いると共に、凹所214の開口面側(第2主面側)の部位(以下、「第2凹所」と呼ぶ)214’が異方性エッチングにより形成された点に特徴を有する。
In the present embodiment, a silicon single crystal substrate having a main surface orientation of (100) is used as the
本実施形態における凹所214並びに第2凹所214’の形成方法を簡単に説明する。まず、支持基板201の第2主面(図12(b)における下面)側に、酸化膜213の開口部をマスクとして異方性エッチングにより第2主面から第1主面までのおよそ中間の深さ程度まで四角錐状の第2凹所214’を形成する。その後、実施形態7と同様にICP型のエッチング装置などによって第2凹所214’の底面から支持基板201を垂直方向(第2主面の法線方向)にエッチングすることで底部を囲む周壁部が第1及び第2の主面の法線方向と略平行となる有底角筒状の凹所214を形成する。
A method for forming the
而して、従来例のように全体が角錐状の凹所(エッチング溝69)を形成する場合に比べて支持基板201の機械的強度を保つことができるとともに、凹所214を形成する深さ寸法が実施形態7に比べて小さくなるから磁束の収束効果や面積効率を損なうことなく、より容易な工程でスループットの高い製造が可能になる。
Thus, the mechanical strength of the
(実施形態11)
本実施形態の磁気検出装置A5は、図13(a)に示すように支持基板201の主面の法線方向に沿った磁気を検出する第1の磁気検出装置B1と、支持基板201の主面の法線方向に直交する2方向(図13(a)における左右方向及び上下方向)の磁気を検出する第2及び第3の磁気検出装置B2、B3と、各磁気検出装置B1〜B3の出力を取り出すための電極パッド217とを備えている。
(Embodiment 11)
As shown in FIG. 13A, the magnetic detection device A5 of the present embodiment includes a first magnetic detection device B1 that detects magnetism along the normal direction of the main surface of the
第1の磁気検出装置B1は実施形態7の磁気検出装置A1とほぼ共通の構成を有するものであるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。 Since the first magnetic detection device B1 has substantially the same configuration as that of the magnetic detection device A1 of the seventh embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
一方、第2及び第3の磁気検出装置B2、B3は互いに同一の構成を有するものであって、支持基板201の第1主面側に形成される第1の磁気検出装置B1と同一構造の磁電変換素子205と、第1主面側に形成されて第1主面に平行な方向の磁気を磁電変換素子205に対して収束する一対の磁気収束部218とを備えている。但し、磁電変換素子205の感度軸は支持基板201の主面の法線方向と直交する方向としてある。例えば、磁気検出装置B1の磁電変換素子205には、実施形態1によるダイオード磁気センサである磁電変換素子171が用いられ、磁気検出装置B2及びB3の磁電変換素子205には、特許文献2に開示されるダイオード磁気センサ160が用いられる。又、磁気収束部218は平面視の形状がほぼ野球の本塁ベースと同形状に形成されており、磁電変換素子205を挟んで互いに先細の先端部を対向させるようにして形成されている。
On the other hand, the second and third magnetic detection devices B2 and B3 have the same configuration, and have the same structure as the first magnetic detection device B1 formed on the first main surface side of the
本実施形態は上述のように構成され、支持基板201の主面の法線方向に沿った磁気を第1の磁気検出装置B1で検出し、支持基板201の主面の法線方向に直交する2方向の磁気を第2又は第3の磁気検出装置B2、B3で検出することにより3次元直交座標系の各軸方向における磁気が検出可能な小型の磁気検出装置A5であって、電子コンパスなどに好適なものである。なお、本実施形態では磁気検出装置B1〜B3を各軸方向について各々1つずつしか設けていないが、例えば、それぞれの軸方向について一対ずつの磁気検出装置B1〜B3と、磁気シールドされた一対ずつの補正用磁気検出装置を設け、それらの磁気検出装置でホイーストンブリッジ回路を構成すれば、温度などの環境に対する検出値の補正が可能になる。又、支持基板201をシリコンウェハで形成する場合、制御や信号処理用の回路素子を同一基板(支持基板201)内に形成することができ、温度補正等が可能な小型の磁気検出装置が実現できると共に、検出信号を増幅するアンプを同一基板内に形成すれば配線長が短くなることで耐ノイズ性が向上するという利点もある。
The present embodiment is configured as described above, and magnetism along the normal direction of the main surface of the
(実施形態12)
次に、本発明の実施形態12による磁気検出装置について説明する。
Next, a magnetic detection device according to
(装置の構成)
図14及び図15は、本実施形態による磁気検出装置の構成を示すもので、図14(a)は、当該磁気検出装置の平面図、図14(b)は図14(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図14(c)は図14(a)のY−Y切断線に沿った同装置の断面図である。また、図15(a)は同装置の斜視図、図15(b)は図14(a)の部分Aの拡大図、図15(c)は磁電変換素子の一例としての半導体ダイオード磁気センサの概略構成図である。本実施形態による磁気検出装置100は、半導体基板としてSOI(Semiconductor On Insulator)基板10を有している。SOI基板10は、上主面(第1主面)と下主面(第2主面)とを有し平面視輪郭が正方形の平板状であって、単結晶シリコンを材料とする支持基板1、その上に形成された二酸化シリコンを材料とする埋込酸化膜2、及びその上に形成されたp−型の単結晶シリコン薄膜層であるSOI層3を備えている。SOI層3には磁電変換素子21、22及び23が形成されている。
(Device configuration)
14 and 15 show the configuration of the magnetic detection device according to the present embodiment. FIG. 14 (a) is a plan view of the magnetic detection device, and FIG. 14 (b) is an X-axis of FIG. 14 (a). FIG. 14C is a cross-sectional view of the device along the line Y-Y in FIG. 14A. 15A is a perspective view of the device, FIG. 15B is an enlarged view of a portion A in FIG. 14A, and FIG. 15C is a semiconductor diode magnetic sensor as an example of a magnetoelectric conversion element. It is a schematic block diagram. The
磁電変換素子21〜23として、図15(c)に示すダイオード磁気センサ130が用いられている。ダイオード磁気センサ130は、p+型のアノード領域132、n+型のカソード領域133及びp−型の高抵抗領域131を有している。高抵抗領域131の一面には再結合層134が形成されており、これと反対面には非再結合領域135が形成されている。ダイオード磁気センサ130は、p−π−nダイオードの順方向二重注入を利用するものである。即ち、ダイオード磁気センサ130は、二重注入キャリアである電子と正孔とが、磁界に起因するローレンツ力によって進行方向を曲げられ、再結合層134の側に曲げられると電流が減少し、非再結合領域135の側に曲げられると電流が増加するという性質を利用することにより、電流変化を通じて印加磁界Hの向き或いは大きさを検出するものである。従って、図15(c)の磁界Hの方向が、ダイオード磁気センサ130の感度軸の方向となる。
A diode
ダイオード磁気センサ130は、磁電変換素子21のように感度軸がSOI基板10の主面に垂直な方向に設定される磁電変換素子として用いられるものについては、実施形態1〜6によるダイオード磁気センサである磁電変換素子171〜176の何れかとして構成することができる。一方、ダイオード磁気センサ130は、磁電変換素子22及び23のように感度軸がSOI基板10の主面に沿った方向に設定される磁電変換素子として用いられるものについては、特許文献2に開示されるダイオード磁気センサ160として構成することができる。
The diode
磁気検出装置100では、磁電変換素子21(第1磁電変換素子)の感度軸がSOI基板10の主面の法線方向(以下、Z軸方向)に設定され、磁電変換素子22(第2磁電変換素子)の感度軸がZ軸方向に垂直な一方向、即ちSOI基板10の主面に沿った一方向(以下、X軸方向)に設定され、磁電変換素子23(第3磁電変換素子)の感度軸がSOI基板10の主面に沿い且つX軸に直交する方向(以下、Y軸方向)に設定されている。後述する磁気検出の対称性の観点から、好ましくは、図14及び図15に示すようにX軸及びY軸はSOI基板10の正方形の平面視輪郭の二辺に沿った方向に設定される。以下の実施形態においても、X、Y及びZ軸方向は同様に設定される。
In the
支持基板1の裏面、即ちSOI基板10の下主面には、凹部31が選択的に形成されている。凹部31は、正方形の開口部を有し、平坦な正方形の底面部が磁電変換素子21に対向し、4つの台形の側面部を有するテーパ状に形成されている。凹部31のこのような形状は、酸化膜の開口部などをマスクとして、単結晶シリコンを材料とする支持基板1に異方性エッチングを施すことにより、容易に形成可能である。支持基板1の裏面全体と、凹部31の側面部及び底面部とを覆うように、磁性体部40が膜状乃至板状に形成されている。凹部31の底面部は、埋込酸化膜2にまで達しており、磁電変換素子21の磁気検知領域である高抵抗領域131の埋込酸化膜2への投影像を包含するように、その寸法が設定されている。
A
一方、SOI層3の表面側、即ち上主面側のSOI基板10の上には、磁性体部11(第1磁性体部)、磁性体部12(第2磁性体部)及び磁性体部13(第3磁性体部)が形成されている。磁性体部11〜13、40の材料として、従来周知の高透磁率材料、例えばパーマロイ、フェライト等を使用することが可能である。磁性体部11〜13は、略正方形の平面視輪郭を有する略平板状であって、主としてSOI層3の上に形成され、磁電変換素子22及び23の周辺において選択的にSOI層3が除去され埋込酸化膜2が露出する領域においては、当該埋込酸化膜2の上に形成されている。なお本明細書では、主面だけでなく、凹部を含めた表面の上、中、或いはその直下の領域、即ち表面の近傍を含めて、「SOI基板10(一般には半導体基板)の上」と表現する。この意味において、磁電変換素子21〜23、及び磁性体部11〜13、40は何れも、SOI基板10の上に形成されている、と表現することができる。
On the other hand, on the
磁性体部11〜13は、互いに略合同形状であり、平面視輪郭の対角線がX軸方向及びY軸方向を向くように配置されている。磁性体部11〜13の寸法は、SOI基板10の面積(いわゆるチップ面積)及び磁束集束効果の観点から適切な大きさに設定される。このうち磁性体部11は、磁電変換素子21を覆い、且つその中央部が磁電変換素子21の直上に位置するように配置されている。磁性体部11と磁性体部12とは、X軸方向の対角線が一致するようにX軸方向に並んで配置されており、磁性体部11と磁性体部13とは、Y軸方向の対角線が一致するようにY軸方向に並んで配置されている。
The
磁性体部11と磁性体部40のうち凹部31を覆う部分41(第5磁性体部)とは、磁電変換素子21を挟んでおり、磁電変換素子21へ磁束を集束させる一対の磁性体対部を形成している。より詳細には、磁性体部11の中央部と、磁性体部40のうち凹部31の底面部を覆う部分とは、磁電変換素子21の感度軸の方向であるZ軸方向に直交し、磁電変換素子21を挟んで対向する一対の対向面(第1対向面対)をなしている。磁性体部40は、凹部31を覆うように形成されているので、磁性体部11と磁性体部40との対は、この対向面において互いが最近接する。
Of the
また、磁性体部11と磁性体部12とは、磁電変換素子22を挟んでおり、磁電変換素子22へ磁束を集束させる機能を果たす。より詳細には、磁性体部11と磁性体部12とは、それらのX軸方向の角部において、磁電変換素子22の感度軸の方向であるX軸方向に直交し、磁電変換素子22を挟んで対向する一対の対向面(第2対向面対)を有している。そして、磁性体部11と磁性体部12とは、この対向面において互いが最近接する。
Further, the
同様に、磁性体部11と磁性体部13とは、磁電変換素子23を挟んでおり、磁電変換素子23へ磁束を集束させる機能を果たす。より詳細には、磁性体部11と磁性体部13とは、それらのY軸方向の角部において、磁電変換素子23の感度軸の方向であるY軸方向に直交し、磁電変換素子23を挟んで対向する一対の対向面(第3対向面対)を有している。そして、磁性体部11と磁性体部13とは、この対向面において互いが最近接する。
Similarly, the
また、磁性体部11のうち磁電変換素子22に対向する対向面に隣接する一定の領域であってY軸方向対角線に対して磁性体部12側に位置する半分の領域では、磁電変換素子22に近接するほど磁電変換素子22の感度軸方向(X軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。同様に、磁性体部12のうち磁電変換素子22に対向する対向面に隣接する一定の領域であってY軸方向対角線に対して磁性体部11側に位置する半分の領域では、磁電変換素子22に近接するほど磁電変換素子22の感度軸方向(X軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。
Further, in a certain region adjacent to the facing surface facing the
また、磁性体部11のうち磁電変換素子23に対向する対向面に隣接する一定の領域であってX軸方向対角線に対して磁性体部13側に位置する半分の領域では、磁電変換素子23に近接するほど磁電変換素子23の感度軸方向(Y軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。同様に、磁性体部13のうち磁電変換素子23に対向する対向面に隣接する一定の領域であってX軸方向対角線に対して磁性体部11側に位置する半分の領域では、磁電変換素子23に近接するほど磁電変換素子23の感度軸方向(Y軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。
Further, in a certain region adjacent to the facing surface facing the
更に、磁性体部11は、磁電変換素子22に対向する部位の近傍、及び磁電変換素子23に対向する部位の近傍において段差51を有している。同様に、磁性体部12は、磁電変換素子22に対向する部位の近傍において段差52を有し、磁性体部13は、磁電変換素子23に対向する部位の近傍において段差53を有している。段差51〜53は、上述したようにSOI層3がエッチング等により選択的に除去された領域の上とSOI層3の上とに跨って磁性体部11〜13が形成されることにより、Z軸方向に高さがずれるように形成されている。
Furthermore, the
(装置の動作と利点)
次に、磁気検出装置100の動作について説明する。磁気検出装置100は、感度軸がX、Y及びZ軸方向に設定された磁電変換素子21〜23を備え、これらの磁電変換素子21〜23へ磁束を集束する磁性体部11〜13及び40を備えるので、地磁気のような弱い外部磁界に対して直交3軸方向の磁気検出が可能な3軸磁気検出装置として機能する。
(Operation and advantages of the device)
Next, the operation of the
図15(b)には、地磁気の磁界がY軸方向に沿うように磁気検出装置100を置いた場合の磁束密度Bが描かれている。磁束は、磁気抵抗が最も低くなる経路を選択的に通過するという性質を有する。磁気検出装置100では、磁性体部11及び13が、空気中よりも透磁率が極めて大きい領域を形成し、磁電変換素子23を挟んで対向する一対の対向面において、互いの距離が最も近くなるので、磁電変換素子23を通過する経路において磁気抵抗が最も低くなる。このため、磁束Bは、図15(b)に示すように、磁電変換素子23に集束する。しかも、磁性体部11及び13は、上記対向面に隣接する領域において、Y軸に垂直な方向の平面視輪郭の幅が、磁電変換素子23に近接するほど単調に狭くなっているので、磁束がより効果的に磁電変換素子23に集束する。
FIG. 15B shows the magnetic flux density B when the
従って、磁電変換素子23には、磁性体部11及び13のX軸方向対角線の部位におけるY軸に垂直な断面の断面積、即ちX軸方向対角線の長さとSOI層3の上に形成された磁性体部11及び13の厚さとの積に相当する面積を通過する磁束が集束する。更に、磁性体部11及び13には、段差51及び53が形成されているので、磁電変換素子23には、段差51及び53における磁性体部11及び13のX軸方向の幅と段差51及び53の大きさ(即ち、段差51及び53の前後での磁性体部11及び13の高さの差)との積に相当する断面積を通過する磁束が、更に加わって磁電変換素子23に集束する。このため、磁電変換素子23によるY軸方向の磁気検出感度が効果的に高められる。
Therefore, the
磁性体部11及び12に挟まれた磁電変換素子22についても、上記と同様の機構により、X軸方向の磁気検出感度が効果的に高められる。磁性体部11及び40に挟まれた磁電変換素子21については、従来技術による磁気検出装置150について説明した機構と同様の機構によって、Z軸方向に高い磁気検出感度が得られる。また、磁性体部11のX−Y平面に沿った幅が、磁気検出装置150の磁性体膜127とは異なり、磁電変換素子21に比べて広く設定されているので、磁電変換素子21に集束する磁束が更に強められる。
Also for the
以上のように、磁気検出装置100は、直交するX、Y及びZ軸方向の外部磁界を感度良く検出することを可能にする。また、磁気検出装置100は、単一のSOI基板10の上主面と下主面との両面を用いて磁電変換素子21〜23へ磁束を集束させる構造を実現するとともに、磁性体部11が、3軸方向の磁束を磁電変換素子21〜23へそれぞれ集束する機能を同時に果たすように構成されている。このため、磁気検出装置100は、基板面積(いわゆるチップ面積)の利用効率を高めることができ、それによって小さい装置寸法で直交3軸方向の磁気検出を実現する。また、磁気検出装置100は、単一のSOI基板10を用いて直交3軸方向の磁気検出を可能にするので、電子コンパス等への利用に際して、軸合わせを必要としない。磁気検出装置100は、この点においても、精度の高い磁気検出を可能にする。
As described above, the
更に、図14(a)に示すように、磁気検出装置100では、SOI基板10の平面視輪郭が正方形であって、磁電変換素子21〜23及び磁性体部11〜13、40が、SOI基板10の平面視輪郭の1つの対角線Lに対して線対称となるように、それらの形状及び位置が設定されている。このため、外部磁界がX−Y平面内で回転した場合に、磁電変換素子22及び23に入力される磁束の変化の対称性が向上する。即ち、外部磁界のX−Y平面内の回転に対して、歪の小さい磁気検出出力を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 14A, in the
また、対角線Lに対する上記対称性のために、限られた面積の基板の上に磁性体部11〜13を効率よく配置することができ、基板面積を有効に利用し得る。即ち、磁気検出装置100の小型化がより容易となる。更に、単結晶シリコンの結晶方位を利用して支持基板1に異方性エッチングを施すことにより凹部31を形成する上でも、上記対称性は好都合である。
In addition, because of the symmetry with respect to the diagonal L, the
また、磁気検出装置100は、半導体基板としてSOI基板10を用いているので、Z軸方向を感度軸とする磁電変換素子21を挟む磁性体部11及び40の一対の対向面の間の距離が、埋込酸化膜2とSOI層3とその上に形成される保護膜(不図示)との厚さによって精度良く定められる。半導体基板としてバルクのシリコン基板を用いた場合には、シリコン基板にエッチングを行うことによって凹部31を形成する過程で上記一対の対向面間の距離を精度良く設定するためには、高精度のエッチング制御を必要とする。これに対し、半導体基板としてSOI基板10を用いた場合には、埋込酸化膜2をエッチングストッパとして活用することができ、それによって高度なエッチング精度を要することなく、上記対向面間の距離を精度良く設定することが可能となる。磁束を集束する効果は、上記対向面間の距離に敏感に依存して変化することがシミュレーションの結果から分かっている。磁気検出装置100によれば、上記対向面間の距離を高精度で制御することができるので、Z軸方向の磁気検出感度のばらつきの小さい装置を容易に得ることができる。
In addition, since the
更に、磁気検出装置100はSOI基板10を有し、磁電変換素子21〜23がSOI層3に形成されるので、磁電変換素子21〜23の周囲においてSOI層3を選択的に除去することにより、磁電変換素子21〜23を他の回路部分から容易にかつ高抵抗で電気的に分離することができる。それにより、他の回路部分からの電流の流れ込み等によるノイズの影響を低く抑えることができる。
Furthermore, since the
また、磁性体部11〜13がSOI基板10の上主面の側に略平板状に形成され、それに伴い磁電変換素子21〜23が何れもSOI基板10の上主面の側に形成されている。このため、磁電変換素子21〜23へ接続される配線を、SOI基板10の上に、より具体的にはSOI層3に、容易に形成することができる。
Further, the
更に、磁気検出装置100では、凹部31は単一であるため、基板面積に占める凹部31の開口部の割合が低い。このため、磁気検出装置100は、SOI基板10の機械的強度が高いという利点を有する。
Further, in the
また、磁気検出装置100は、SOI基板10の上主面に、磁性体部11〜13で覆われない領域を比較的広い面積で有する。このため、磁気検出装置100は、磁電変換素子21〜23の制御、駆動回路等(例えば、後述するブリッジ回路或いは増幅器)を集積することにより、有用性の高い磁気検出装置或いは地磁気センサ等を単一基板(いわゆるワンチップ)で容易に実現することできる。
In addition, the
(実施形態13)
図16及び図17は、本発明の実施形態13による磁気検出装置の構成を示すもので、図16は、同装置の平面図、図17は同装置の斜視図である。なお、図14〜図35を通じて、同一部分及び対応する部分には同一符号を付している。本実施形態による磁気検出装置200は、上主面側のSOI基板10の上に、磁性体部11〜13に加えて磁性体部14(第4磁性体部)を有している点において、図14及び図15に示した実施形態1による磁気検出装置100とは異なっている。磁性体部11〜14は、SOI基板10の上主面(下主面でも同じ)の中心を通りZ軸方向に向いた中心軸(対称軸)Nの周りに1/4回転対称、即ち90°ずつの回転に対して軸対称となるように、それらの形状及び位置が定められている。従って、磁性体部14は、磁性体部12及び13の双方に隣接するように配置され、かつ磁性体部11〜13と同一の形状を有する。
(Embodiment 13)
16 and 17 show the configuration of the magnetic detection device according to the thirteenth embodiment of the present invention. FIG. 16 is a plan view of the same device, and FIG. 17 is a perspective view of the same device. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part and corresponding part through FIGS. 14-35. The
磁気検出装置200は以上のように構成されているので、外部磁界がX−Y平面内で回転した場合に、磁電変換素子22及び23に入力される磁束の変化の対称性が更に向上する。即ち、外部磁界のX−Y平面内の回転に対して、歪が更に小さい磁気検出出力を得ることができる。
Since the
(実施形態14)
図18は、本発明の実施形態14による磁気検出装置の構成を示すもので、図18(a)は同装置の平面図、図18(b)は図18(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図18(c)は図18(a)のY−Y切断線に沿った同装置の断面図である。本実施形態による磁気検出装置300は、SOI層3に磁電変換素子21〜23に加えて磁電変換素子24(第4磁電変換素子)及び磁電変換素子25(第5磁電変換素子)を有している点において、図16及び図17に示した実施形態13による磁気検出装置200とは異なっている。磁電変換素子24及び25は、磁電変換素子21〜23と同様に、ダイオード磁気センサ130として形成されており、磁電変換素子24の感度軸は磁電変換素子23の感度軸と同一方向、即ちY軸方向に設定され、磁電変換素子25の感度軸は磁電変換素子22の感度軸と同一方向、即ちX軸方向に設定されている。
(Embodiment 14)
18 shows the configuration of a magnetic detection device according to
磁気検出装置300では、磁性体部11〜14に加えて磁電変換素子22〜25についても、中心軸Nの周りに1/4回転対称となるように、それらの形状及び位置が定められている。従って、磁電変換素子24及び25と、それらを挟む磁性体部12〜14とは、以下のように形状及び位置が定められている。
In the
磁性体部12と磁性体部14とは、磁電変換素子24を挟んでおり、磁電変換素子24へ磁束を集束させる機能を果たす。より詳細には、磁性体部12と磁性体部14とは、それらのY軸方向の角部において、磁電変換素子24の感度軸の方向であるY軸方向に直交し、磁電変換素子24を挟んで対向する一対の対向面(第4対向面対)を有している。そして、磁性体部12と磁性体部14とは、この対向面において互いが最近接する。
The
同様に、磁性体部13と磁性体部14とは、磁電変換素子25を挟んでおり、磁電変換素子25へ磁束を集束させる機能を果たす。より詳細には、磁性体部13と磁性体部14とは、それらのX軸方向の角部において、磁電変換素子25の感度軸の方向であるX軸方向に直交し、磁電変換素子25を挟んで対向する一対の対向面(第5対向面対)を有している。そして、磁性体部13と磁性体部14とは、この対向面において互いが最近接する。
Similarly, the
また、磁性体部12のうち磁電変換素子24に対向する対向面に隣接する一定の領域であってX軸方向対角線に対して磁性体部14側に位置する半分の領域では、磁電変換素子24に近接するほど磁電変換素子24の感度軸方向(Y軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。同様に、磁性体部14のうち磁電変換素子24に対向する対向面に隣接する一定の領域であってX軸方向対角線に対して磁性体部12側に位置する半分の領域では、磁電変換素子24に近接するほど磁電変換素子24の感度軸方向(Y軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。
Further, in a certain region adjacent to the facing surface facing the
また、磁性体部13のうち磁電変換素子25に対向する対向面に隣接する一定の領域であってY軸方向対角線に対して磁性体部14側に位置する半分の領域では、磁電変換素子25に近接するほど磁電変換素子25の感度軸方向(X軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。同様に、磁性体部14のうち磁電変換素子25に対向する対向面に隣接する一定の領域であってY軸方向対角線に対して磁性体部13側に位置する半分の領域では、磁電変換素子25に近接するほど磁電変換素子25の感度軸方向(X軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。
Further, in a certain region adjacent to the opposing surface facing the
更に、磁性体部14は、磁電変換素子24に対向する部位の近傍、及び磁電変換素子25に対向する部位の近傍において段差54を有している。同様に、磁性体部12は、磁電変換素子24に対向する部位の近傍において段差52を有し、磁性体部13は、磁電変換素子25に対向する部位の近傍において段差53を有している。これらの段差52〜54は、SOI層3がエッチング等により選択的に除去された領域の上とSOI層3の上とにまたがって磁性体部12〜14が形成されることにより、Z軸方向に高さがずれるように形成されている。
Further, the
磁気検出装置300は以上のように構成されているので、外部磁界の中に置かれたときに、磁電変換素子22と磁電変換素子25とは同一の磁気検信号を出力し、磁電変換素子23と磁電変換素子24とは同一の磁気検出信号を出力する。従って、磁気検出装置100及び200と同一の基板面積で、X軸方向及びY軸方向に2倍の強さの磁気検出出力を得ることができ、磁気検出感度が倍増する。更に、図19に示す周知のホイーストンブリッジを利用し、その対向辺、例えば素子R1と素子R3とに、磁電変換素子22と磁電変換素子25と(又は磁電変換素子23と磁電変換素子24と)を配置することにより、温度変化等に伴う磁気検出出力の変動分、すなわちコモンモードノイズを除去しつつ、磁気検出感度を高めることができる。
Since the
ホイーストンブリッジの他の対向辺、例えば素子R2と素子R4として、図20に例示するように、SOI層3に形成された他の磁電変換素子61及び62を用いると良い。この場合、磁電変換素子61及び62は、外部磁界の影響を抑えるように、磁性体部11〜14が磁束を集束する領域から離れた部位に配置される。磁電変換素子61及び62は、図20(a)の例では、磁電変換素子23及び24の外側に配置されており、図20(b)の例では、磁電変換素子23及び24の内側に配置されている。磁電変換素子61及び62は、弱いながらも外部磁界の影響が互いに同一となるように、中心軸Nの周りに1/2回転対称となる部位に配置されるのが望ましい。
As other opposing sides of the Wheatstone bridge, for example, the elements R2 and R4, other
(実施形態15)
図21及び図22は、本発明の実施形態15による磁気検出装置の構成を示すもので、図21(a)は同装置の平面図、図21(b)は図21(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図22は同装置の斜視図である。図21(a)のY−Y切断線に沿った断面図は、図14(c)と同一に表される。本実施形態による磁気検出装置400は、SOI層3に磁電変換素子21〜25に加えて磁電変換素子26(第6磁電変換素子)が形成されており、支持基板1の裏面、即ちSOI基板10の下主面に、凹部31に加えて凹部34が選択的に形成されている点において、磁気検出装置300とは異なっている。磁性体部40は、凹部31だけでなく凹部34をも覆うように形成されており、凹部34を覆う部分44が本発明の第6磁性体部に対応する。
(Embodiment 15)
21 and 22 show the configuration of the magnetic detection device according to the fifteenth embodiment of the present invention. FIG. 21 (a) is a plan view of the same, and FIG. 21 (b) is an X-axis of FIG. 21 (a). FIG. 22 is a perspective view of the apparatus along the X-section line. A cross-sectional view taken along the line YY in FIG. 21A is the same as FIG. 14C. In the
磁電変換素子26は、磁電変換素子21〜25と同様に、ダイオード磁気センサ130として形成されている。磁電変換素子26の感度軸は磁電変換素子21の感度軸と同一方向、即ちZ軸方向に設定されている。磁性体部14、磁電変換素子26、凹部34及び磁性体部40の部分44は、磁性体部11、磁電変換素子21、凹部31及び磁性体部40の部分41と、互いに同一の関係となるように形状及び位置が定められている。従って、磁性体部14の中央部と、磁性体部40のうち凹部31の底面部を覆う部分とは、磁電変換素子26を挟んで対向する一対の対向面(第6対向面対)をなしている。また、磁電変換素子21〜26、磁性体部11〜14、40、及び凹部31、34は、中心軸Nに対して1/2回転対称となる。
The
磁気検出装置400は以上のように構成されているので、外部磁界の中に置かれたときに、磁電変換素子21と磁電変換素子26とは同一の磁気検信号を出力する。従って、磁気検出装置100〜300と同一の基板面積で、Z軸方向の外部磁界に対して2倍の強さの磁気検出出力を得ることができ、磁気検出感度が倍増する。更に、図19に示したホイーストンブリッジを利用し、その対向辺、例えば素子R1と素子R3とに、磁電変換素子21と磁電変換素子26とを配置することにより、温度変化等に伴う磁気検出出力の変動分、すなわちコモンモードノイズを除去しつつ、磁気検出感度を高めることができる。
Since the
(実施形態16)
図23及び図24は、本発明の実施形態16による磁気検出装置の構成を示すもので、図23(a)は同装置の平面図、図23(b)は図23(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図23(c)は図23(a)のY−Y切断線に沿った同装置の断面図、図24は同装置の斜視図である。本実施形態による磁気検出装置500は、SOI層3に磁電変換素子21〜26に加えて磁電変換素子27(第7磁電変換素子)及び磁電変換素子28(第8磁電変換素子)が形成されており、支持基板1の裏面、即ちSOI基板10の下主面に、凹部31及び34に加えて凹部32及び33が選択的に形成されている点において、磁気検出装置400とは異なっている。磁性体部40は、凹部31及び34だけでなく、凹部32及び33をも覆うように形成されており、凹部32を覆う部分42が本発明の第7磁性体部に対応し、凹部33を覆う部分43が本発明の第8磁性体部に対応する。
(Embodiment 16)
23 and 24 show the configuration of the magnetic detection device according to the sixteenth embodiment of the present invention. FIG. 23 (a) is a plan view of the same, and FIG. 23 (b) is an X-axis of FIG. 23 (a). FIG. 23C is a cross-sectional view of the apparatus along the line Y-Y in FIG. 23A, and FIG. 24 is a perspective view of the apparatus along the X-cut line. In the
磁電変換素子27及び28は、磁電変換素子21〜26と同様に、ダイオード磁気センサ130として形成されている。磁電変換素子27及び28の感度軸は磁電変換素子21及び26の感度軸と同一方向、即ちZ軸方向に設定されている。磁性体部12、磁電変換素子27、凹部32及び磁性体部40の部分42は、磁性体部11、磁電変換素子21、凹部31及び磁性体部40の部分41と、互いに同一の関係となるように形状及び位置が定められている。同様に、磁性体部13、磁電変換素子28、凹部33及び磁性体部40の部分43は、磁性体部11、磁電変換素子21、凹部31及び磁性体部40の部分41と、互いに同一の関係となるように形状及び位置が定められている。従って、磁性体部12の中央部と、磁性体部40のうち凹部32の底面部を覆う部分とは、磁電変換素子27を挟んで対向する一対の対向面(第7対向面対)をなし、磁性体部13の中央部と、磁性体部40のうち凹部33の底面部を覆う部分とは、磁電変換素子28を挟んで対向する一対の対向面(第8対向面対)をなしている。また、磁電変換素子21〜28、磁性体部11〜14、40、及び凹部31〜34は、中心軸Nに対して1/4回転対称となる。
The
磁気検出装置500は以上のように構成されているので、外部磁界の中に置かれたときに、磁電変換素子21、26〜28は同一の磁気検信号を出力する。従って、磁気検出装置100〜300と同一の基板面積で、Z軸方向の外部磁界に対して4倍の強さの磁気検出出力を得ることができ、磁気検出感度が高められる。更に、図19に示したホイーストンブリッジを利用し、その対向辺、例えば素子R1と素子R3とに、磁電変換素子21と磁電変換素子26とを配置し、他の対向辺、例えば素子R2と素子R4とに、磁電変換素子27と磁電変換素子28とを配置し、磁電変換素子21及び26と、磁電変換素子27及び28との間で、同一の外部磁界に対して逆方向に磁気検出出力が変化するように、即ち逆位相の磁気検出出力が得られるように接続することにより、温度変化等に伴う磁気検出出力の変動分、すなわちコモンモードノイズを除去しつつ、磁気検出感度を更に高めることができる。
Since the
また、磁電変換素子22〜25及び磁性体部11〜14だけでなく、凹部31〜34及び磁性体部40の部分41〜44を含めて、中心軸Nの周りに1/4回転対称になるように各部材が配置されるので、外部磁界がX−Y平面内で回転した場合に、磁電変換素子22〜25に入力される磁束の変化の対称性が更に向上する。即ち、外部磁界のX−Y平面内の回転に対して、歪が更に小さい磁気検出出力を得ることができる。
Further, not only the
また、凹部31〜34は、各々の開口部の正方形輪郭の二辺が、X軸方向及びY軸方向、即ちSOI基板10の平面視輪郭の二辺に平行となるように形成されているので、限られた基板面積の中に、効率よく凹部31〜34を配置することができる。即ち、同じ大きさの凹部31〜34を形成するのに、基板面積を最小に設定することが可能であり、小型で高感度の磁気検出装置が得られる。
Further, the
(実施形態17)
図25及び図26は、本発明の実施形態17による磁気検出装置の構成を示すもので、図25(a)は同装置の平面図、図25(b)は図25(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図25(c)は図25(a)のY−Y切断線に沿った同装置の断面図、図26(a)は同装置の斜視図、図26(b)は図25(a)の部分Cの拡大図である。本実施形態による磁気検出装置600は、磁性体部11〜14の各々の平面視輪郭における4つの角部が二股に分離されて、1つの角部に2つの尖頭部を有しており、磁電変換素子22〜25の各々が感度軸を同一方向とする2個の磁電変換素子を有する点において、磁気検出装置500とは異なっている。
(Embodiment 17)
25 and 26 show the configuration of the magnetic detection device according to the seventeenth embodiment of the present invention. FIG. 25 (a) is a plan view of the same device, and FIG. 25 (b) is an X-axis of FIG. 25 (a). FIG. 25C is a cross-sectional view of the apparatus along the line Y-Y in FIG. 25A, and FIG. 26A is a perspective view of the apparatus. FIG. 26B is an enlarged view of a portion C in FIG. In the
図26(b)に示すように、磁電変換素子23を挟む磁性体部11及び13の各々は、2つの先頭部の先端に、磁電変換素子23a及び23bの感度軸(Y軸方向)に垂直な対向面を有している。そして、これらの対向面が、磁電変換素子23a及び23bに個別に対向している。即ち、磁性体部11及び13の対向面対(第3対向面対)は、磁電変換素子23a及び23bに個別に対向する2つの対向面対に分割配置されている。他の磁電変換素子22、24及び25とそれらを挟む磁性体部との形状及び配置も同様である。
As shown in FIG. 26B, each of the
磁気検出装置600は以上のように構成されるので、図19に示したホイーストンブリッジを利用し、その対向辺、例えば素子R1と素子R3とに、磁電変換素子22aと磁電変換素子25aとを配置し、他の対向辺、例えば素子R2と素子R4とに、磁電変換素子22bと磁電変換素子25bとを配置し、磁電変換素子22a及び25aと、磁電変換素子22b及び25bとの間で、同一の外部磁界に対して逆方向に磁気検出出力が変化するように、即ち逆位相の磁気検出出力が得られるように接続することにより、温度変化等に伴う磁気検出出力の変動分、すなわちコモンモードノイズを除去しつつ、X軸方向の磁気検出感度を更に高めることができる。同様に、例えば素子R1と素子R3とに、磁電変換素子23aと磁電変換素子24aとを配置し、例えば素子R2と素子R4とに、磁電変換素子23bと磁電変換素子24bとを配置し、磁電変換素子23a及び24aと、磁電変換素子23b及び24bとの間で、逆位相の磁気検出出力が得られるように接続することにより、コモンモードノイズを除去しつつ、Y軸方向の磁気検出感度を更に高めることができる。
Since the
(実施形態18)
図27は、本発明の実施形態18による磁気検出装置の構成を示すもので、図27(a)は同装置の斜視図、図27(b)は同装置の縦断面図、図27(c)は同装置の裏面図である。同装置の平面図は、図25(a)と同一に表され、図27(b)は、図25(a)のX−X切断線に沿った本実施形態による装置の断面図に相当する。本実施形態による磁気検出装置700は、支持基板1の裏面を覆う磁性体部40が、凹部31〜34を個別に覆う部分41〜44に分離されている点において、磁気検出装置600とは異なっている。
(Embodiment 18)
FIG. 27 shows a configuration of a magnetic detection device according to Embodiment 18 of the present invention. FIG. 27 (a) is a perspective view of the same device, FIG. 27 (b) is a longitudinal sectional view of the same device, and FIG. ) Is a rear view of the apparatus. A plan view of the device is the same as FIG. 25A, and FIG. 27B corresponds to a cross-sectional view of the device according to the present embodiment along the line XX in FIG. . The
磁気検出装置700においては、磁性体部40の部分41〜44が互いに分離されているので、例えば磁性体部11から磁性体部41及び42を通過し磁性体部12へ至る経路における磁気抵抗が高くなる。このため、磁性体部11及び12を通過する磁束のうち、上記経路に分割される割合が低くなるので、磁電変換素子22a及び22bへ集束される磁束が増大する。即ち、磁性体部11及び12が磁電変換素子22a及び22bへ磁束を集束する効果がより高められ、磁電変換素子22a及び22bによる磁気検出感度が向上する。このことは、他の磁電変換素子23a、23b、24a、24b、25a及び25bについても同様である。
In the
好ましくは、磁性体部分41〜44の間の間隔は、磁性体部11〜14の間の間隔よりも広く設定される。それにより、磁性体部分41〜44を通過する経路の磁気抵抗が、磁電変換素子22a〜25a及び22b〜25bを通過する経路の磁気抵抗に比べて高くなるので、磁気検出感度が更に高められる。
Preferably, the interval between the
(実施形態19)
図28及び図29は、本発明の実施形態19による磁気検出装置の構成を示すもので、図28(a)は同装置の平面図、図28(b)は図28(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図28(c)は図28(a)のY−Y切断線に沿った同装置の断面図、図29(a)は同装置の斜視図、図29(b)は図28(a)の部分Dの拡大図である。本実施形態による磁気検出装置800は、磁性体部11〜14の各々の略正方形の平面視輪郭の二辺が、SOI基板10の正方形の平面視輪郭の二辺に平行となるように、即ちX軸方向及びY軸方向に沿うように配置されており、磁性体部11〜14の各々の平面視輪郭において、磁電変換素子22a〜25a及び22b〜25bに対向する辺に、磁電変換素子22a〜25a及び22b〜25bへ向かって突出した凸部を有する点において、磁気検出装置600とは異なっている。
(Embodiment 19)
28 and 29 show the configuration of the magnetic detection device according to the nineteenth embodiment of the present invention. FIG. 28 (a) is a plan view of the same, and FIG. 28 (b) is a cross-sectional view of FIG. FIG. 28C is a cross-sectional view of the apparatus along the line Y-Y of FIG. 28A, FIG. 29A is a perspective view of the apparatus, FIG. 29B is an enlarged view of a portion D in FIG. In the
図29(b)に示すように、磁性体部11及び13の各々は、2つの凸部の先端に、磁電変換素子23a及び23bの感度軸(Y軸方向)に垂直な対向面を有している。そして、これらの対向面が、磁電変換素子23a及び23bに個別に対向している。その結果、磁性体部11のうち上記対向面に隣接する一定の領域では、磁電変換素子23a及び23bに近接するほど磁電変換素子23a及び23bの感度軸方向(Y軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する。同様に、磁性体部13のうち上記対向面に隣接する一定の領域では、磁電変換素子23a及び23bに近接するほど磁電変換素子23a及び23bの感度軸方向(Y軸方向)に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する。他の磁電変換素子22a、22b、24a、24b、25a及び25bとそれらを挟む磁性体部との形状及び配置も同様である。
As shown in FIG. 29 (b), each of the
磁気検出装置800では、磁性体部11〜14が上記のような平面視輪郭形状を有するので、各磁電変換素子を挟む一対の磁性体部の間の間隔が、その対向面対において最も狭くなるとともに、対向面対を除く部分どうしの間隔が、対向面対の間隔に比べて不連続的に(すなわち飛躍して)大きくなる。このため、対向する磁電変換素子へ磁束を集束する効果が更に高められ、それによって磁気検出感度が更に向上する。
In the
また、磁性体部11〜14の各々の略正方形の平面視輪郭の二辺が、SOI基板10の正方形の平面視輪郭の二辺に平行となるように、磁性体部11〜14が配置されているので、SOI基板10の上主面の広い領域を覆うように磁性体部11〜14を形成することができる。即ち、限られた基板面積を有効に利用することができるので、磁気検出感度を高く維持しつつ、装置を更に小型化することが可能となる。
Further, the
(実施形態20)
図30及び図31は、本発明の実施形態20による磁気検出装置の構成を示すもので、図30(a)は同装置の平面図、図30(b)は図30(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図30(c)は図30(a)のY−Y切断線に沿った同装置の断面図、図31は同装置の斜視図である。本実施形態による磁気検出装置900は、SOI基板10の代わりにシリコンを材料とする半導体基板5が用いられ、図23及び図24に示した磁気検出装置500の凹部31〜34と同等形状の凹部71〜74が、半導体基板5の上主面に開口するように形成されており、磁性体部11〜14が、凹部71〜74を膜状乃至板状に個別に覆うように形成されており、磁電変換素子21、26〜28が、半導体基板5の下主面側に形成されている点において、磁気検出装置500とは異なっている。支持基板1の裏面側、即ち下主面側の半導体基板5の上には、その全体を膜状乃至板状に覆うように磁性体部45が形成されている。
(Embodiment 20)
30 and 31 show the configuration of the magnetic detection device according to the twentieth embodiment of the present invention. FIG. 30 (a) is a plan view of the same device, and FIG. 30 (b) is an X-axis in FIG. 30 (a). FIG. 30C is a cross-sectional view of the apparatus along the line Y-Y in FIG. 30A, and FIG. 31 is a perspective view of the apparatus along the line X. In the
凹部71〜74の各々は、その正方形の開口部の対角線がX軸方向及びY軸方向に平行となるように形成されている。言い換えると、開口部の二辺が半導体基板5の平面視輪郭の二辺に対して45°の角度で傾いている。それにより、凹部71の開口部と凹部72の開口部とは、X軸方向の角部が互いに対向しており、同様に凹部73の開口部と凹部74の開口部とは、X軸方向の角部が互いに対向している。また、凹部71の開口部と凹部73の開口部とは、Y軸方向の角部が互いに対向しており、同様に凹部72の開口部と凹部74の開口部とは、Y軸方向の角部が互いに対向している。
Each of the
X軸方向又はY軸方向に感度軸を有する磁電変換素子22〜25は、上主面側の半導体基板5の上に形成されており、凹部71〜74の開口部の角部に挟まれるように配置されている。磁性体部11〜14は、凹部71〜74の縁部をも膜状乃至板状に個別に覆うように形成されており、しかも磁気検出装置500の場合と同様に、平面視輪郭の角部に形成された対向面(不図示)において磁電変換素子22〜25に最近接し且つ対向している。
Z軸方向に感度軸を有する磁電変換素子21、26〜28は、凹部71〜74の底面部に形成されている。凹部71〜74の底面部は、対応する磁電変換素子21、26〜28の磁気検知領域である高抵抗領域131を包含するように、その寸法が設定されている。磁性体部11と磁性体部45とは、磁電変換素子21を挟んでおり、磁電変換素子21へ磁束を集束させる一対の磁性体対部を形成している。より詳細には、磁性体部11のうち凹部71の底面部を覆う部分と、これに対向する磁性体部45の部分とは、磁電変換素子21の感度軸の方向であるZ軸方向に直交し、磁電変換素子21を挟んで対向する一対の対向面をなしている。磁性体部11は、凹部71を覆うように形成されているので、磁性体部11と磁性体部45との対は、この対向面において互いが最近接する。磁性体部12、磁電変換素子27、凹部72及び磁性体部45は、磁性体部11、磁電変換素子21、凹部71及び磁性体部45と、互いに同一の関係となるように形状及び位置が定められている。磁性体部13、磁電変換素子28、凹部73及び磁性体部45、並びに磁性体部14、磁電変換素子26、凹部74及び磁性体部45についても同様である。
磁気検出装置900は以上のように構成されるので、例えば磁性体部11及び12のX軸方向に垂直な断面が、半導体基板5の上主面に沿ったY軸方向だけでなく、凹部71及び72の深さ方向、即ちZ軸方向にも広がるので、この広い断面積を通過する磁束が磁電変換素子22に集束する。このため、磁電変換素子22によるX軸方向の磁気検出感度が更に向上する。他の磁電変換素子23〜25についても同様のことがいえる。従って、磁気検出装置900は、X−Y平面内の外部磁界に対して更に高い検出感度を得ることができるという利点を有する。また、凹部71〜74の開口部の二辺が半導体基板5の平面視輪郭の二辺に対して45°の角度で傾いているために、磁性体部11〜14によって磁電変換素子22〜25を挟む構造を容易に実現し得る。
Since the
(実施形態21)
図32及び図33は、本発明の実施形態21による磁気検出装置の構成を示すもので、図32(a)は同装置の平面図、図32(b)は図32(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図32(c)は図32(a)のY−Y切断線に沿った同装置の断面図、図33は同装置の斜視図である。本実施形態による磁気検出装置1000は、支持基板1の裏面、即ちSOI基板10の下主面に選択的に形成される凹部31〜34が、当該下主面に垂直な溝、即ち垂直溝として形成されている点において、実施形態17による磁気検出装置600とは異なっている。このような垂直溝は、ディープRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いて容易に形成することができる。
(Embodiment 21)
32 and 33 show the configuration of the magnetic detection device according to the twenty-first embodiment of the present invention. FIG. 32 (a) is a plan view of the same, and FIG. 32 (b) is an X-axis of FIG. 32 (a). FIG. 32C is a sectional view of the apparatus along the line Y-Y in FIG. 32A, and FIG. 33 is a perspective view of the apparatus along the line X. In the
磁気検出装置1000では、異方性エッチングを用いて凹部31〜34をテーパ状に形成した磁気検出装置600等に比較して、凹部31〜34の底面部の寸法(それらの開口部の寸法と略同一となる)を精度良く設定することが可能となる。異方性エッチングでは、支持基板1の厚さのばらつきに従って、凹部31〜34の底面部の大きさが変化する。例えば、(100)シリコン基板を支持基板1として用いた場合には、支持基板1の厚さがΔtだけ変化すると、凹部31〜34の底面部の一辺の寸法(これをLとする)は、√2×Δtだけ変化する。一般的な支持基板1の厚さの公差である±10μmを想定すると、この寸法Lは最大で28μm変化することとなる。一方、ディープRIEを用いて凹部31〜34を形成した場合には、支持基板1の厚さの公差による寸法Lへの影響は小さく、工程ばらつきを制御することによって、寸法Lの公差を約10μm以内に抑えることができる。その結果、磁気検出装置1000では、磁束を集束する作用のばらつきが低く抑えられるので、更に高精度での磁気検出が実現する。特に、磁電変換素子21、26〜28の寸法が、約10μm〜約20μmと、上記公差が無視できない程度に小さい場合などでは、この効果が顕著である。また、凹部31〜34の開口面積を小さく設定できるので、SOI基板10の機械的強度が向上するという利点が得られる。
In the
(実施形態22)
図34は、本発明の実施形態22による磁気検出装置の構成を示すもので、図34(a)は同装置の平面図、図34(b)は図34(a)のX−X切断線に沿った同装置の断面図、図34(c)は図34(a)のY−Y切断線に沿った同装置の断面図である。本実施形態による磁気検出装置1100は、磁性体部41〜44がそれぞれ凹部31〜34に埋め込まれている点において、実施形態21による磁気検出装置1000とは異なっている。このため、磁電変換素子21,26〜28に対向する磁性体部41〜44の対向面を通過する磁束が均一に分布するという利点が得られる。磁性体部41〜44は、メッキ工程等を用いることにより、凹部31〜34に容易に埋め込むことができる。
(Embodiment 22)
FIG. 34 shows a configuration of a magnetic detection device according to the twenty-second embodiment of the present invention. FIG. 34 (a) is a plan view of the same, and FIG. 34 (b) is an XX section line of FIG. 34 (a). FIG. 34C is a cross-sectional view of the apparatus taken along the line YY of FIG. 34A. The
図32(b)及び図32(c)に示したように、磁性体部41〜44を凹部31〜34の側壁面に膜状乃至板状に形成した場合には、凹部31〜34の底面部とSOI基板10の上主面側の磁性体部11〜14との対向領域であって、磁電変換素子22、26〜28が設けられた領域を通過するSOI基板10に垂直方向(Z軸方向)の磁束は、平面視において凹部31〜34の側壁に設けられた磁性体部41〜44に多く集中し、平面視において磁電変換素子22、26〜28に十分には集束しない。一方、図34に示すように、凹部31〜34を、磁性体部41〜44で埋め込むことにより、凹部31〜34の底面部とSOI基板10の上主面側の磁性体部11〜14との対向領域であって磁電変換素子22、26〜28が設けられた領域を通過するSOI基板10に垂直方向(Z軸方向)の磁束は、その領域で略均一となることが、磁気シミュレーションにより分かっている。
As shown in FIGS. 32B and 32C, when the
磁束が不均一な場合には、磁電変換素子22、26〜28の磁気感度領域でない領域に磁束が集中したり、磁気感度領域の一部のみに磁束が集中したりするため、集束磁束が磁気感度に対して有効に働かない場合がある。これに対し、磁気検出装置1100では、集束された磁束を磁電変換素子22、26〜28の磁気感度領域に有効に通過させることができるので、磁気感度を更に向上させることができるという利点が得られる。特に、磁電変換素子22,26〜28の寸法が、凹部31〜34の底面部の寸法よりも小さい場合には、この効果が顕著である。
If the magnetic flux is not uniform, the magnetic flux concentrates in a region that is not the magnetic sensitivity region of the
(実施形態23)
図35は、本発明の実施形態23による地磁気センサの構成を示すブロック図である。この地磁気センサ90は、実施形態7〜22の何れかによる磁気検出装置91及び増幅器92を備えている。増幅器92は、磁気検出装置91による磁気検出信号を増幅する。増幅器92は、好ましくは磁気検出装置91が備える磁電変換素子に電流を供給する電源をも有し、磁気検出装置91は、好ましくは、図19に例示したホイーストンブリッジを備えている。また、磁気検出装置91と増幅器92とは別個の半導体基板を有しても良いが、共通の半導体基板を有しても良い。即ち、磁気検出装置91が備えるSOI基板10又は半導体基板5に、増幅器92の回路を集積化することにより、地磁気センサを単一基板(いわゆるシングルチップ)で実現してもよい。地磁気センサ90は、実施形態7〜22の何れかによる磁気検出装置91を備えるので、微弱な磁界である地磁気に対して高感度の検出を可能にする。又、地磁気センサ90は、磁気検出装置91として、実施形態11による磁気検出装置、或いは実施形態12〜22による磁気検出装置100〜1100の何れかを備える場合には、小型且つ高感度で直交3軸方向の地磁気の検出を可能にする。
(Embodiment 23)
FIG. 35 is a block diagram showing a configuration of a geomagnetic sensor according to
(その他の実施形態)
(1)実施形態7〜23では、磁電変換素子205、21等としてダイオード磁気センサが用いられる例を示したが、既に述べたように、本発明の磁気検出装置には磁電変換素子として広く一般に、磁電変換素子171〜176及び160のほか、半導体基板に形成可能な素子、例えば、MR素子、ホール素子、磁気インピーダンス素子、或いはフラックスゲート素子などを用いることが可能である。
(Other embodiments)
(1) In Embodiments 7 to 23, an example in which a diode magnetic sensor is used as the
(2)以上の各実施形態では、凹部31〜34、71〜74が半導体基板の上主面又は下主面の一方にのみ形成される例を示したが、双方に形成することも可能である。それにより、凹部の開口部の面積を小さくすることができるので、磁気検出装置を更に小型化し易いという利点が得られる。
(2) In the above embodiments, the example in which the
(3)実施形態12〜21では、磁性体部41〜44、11〜14が凹部31〜34、71〜74を膜状乃至板状に覆う例を示したが、これらの実施形態においても実施形態22のように、磁性体部41〜44、11〜14を凹部31〜34、71〜74に埋め込むように形成してもよい。それにより、磁気検出感度を更に高めることができる。
(3) In the
3 SOI層 5 半導体基板 10 SOI基板(半導体基板)
11 磁性体部(第1磁性体部) 12 磁性体部(第2磁性体部)
13 磁性体部(第3磁性体部) 14 磁性体部(第4磁性体部)
21 磁電変換素子(第1磁電変換素子)
22、22a、22b 磁電変換素子(第2磁電変換素子)
23、23a、23b 磁電変換素子(第3磁電変換素子)
24、24a、24b 磁電変換素子(第4磁電変換素子)
25、25a、25b 磁電変換素子(第5磁電変換素子)
26 磁電変換素子(第6磁電変換素子)
27 磁電変換素子(第7磁電変換素子)
28 磁電変換素子(第8磁電変換素子)
31〜34、71〜74 凹部 41 磁性体部の部分(第5磁性体部)
42 磁性体部の部分(第7磁性体部)
43 磁性体部の部分(第8磁性体部)
44 磁性体部の部分(第6磁性体部)
51〜54 段差 90 地磁気センサ 91、100、200、300、400、500、600、700、800、900 磁気検出装置
92 増幅器 Z 法線方向 101 高抵抗領域
102 アノード領域 103 カソード領域 104 再結合層
106、178 半導体基板 171〜176 磁電変換素子
201 支持基板(半導体基板) 205 磁電変換素子
214 凹所 215 第1の磁性体部 216 第2の磁性体部
3
11 Magnetic body part (first magnetic body part) 12 Magnetic body part (second magnetic body part)
13 Magnetic body part (third magnetic body part) 14 Magnetic body part (fourth magnetic body part)
21 Magnetoelectric conversion element (first magnetoelectric conversion element)
22, 22a, 22b Magnetoelectric conversion element (second magnetoelectric conversion element)
23, 23a, 23b Magnetoelectric conversion element (third magnetoelectric conversion element)
24, 24a, 24b Magnetoelectric conversion element (fourth magnetoelectric conversion element)
25, 25a, 25b Magnetoelectric conversion element (5th magnetoelectric conversion element)
26 Magnetoelectric conversion element (6th magnetoelectric conversion element)
27 Magnetoelectric Conversion Element (Seventh Magnetoelectric Conversion Element)
28 Magnetoelectric conversion element (8th magnetoelectric conversion element)
31-34, 71-74
42 Parts of the magnetic part (seventh magnetic part)
43 Part of magnetic body part (8th magnetic body part)
44 Part of the magnetic part (sixth magnetic part)
51 to 54
Claims (36)
p型半導体領域であるアノード領域と、
n型半導体領域であるカソード領域と、
前記アノード領域と前記カソード領域とに挟まれ前記アノード領域と前記カソード領域との何れよりも不純物濃度の低い高抵抗領域と、
前記高抵抗領域のうち前記アノード領域と前記カソード領域とを結ぶ一側面の少なくとも一部に形成され、再結合中心が導入された再結合層とを備える磁電変換素子。 A magnetoelectric transducer formed on a main surface of a semiconductor substrate,
an anode region which is a p-type semiconductor region;
a cathode region which is an n-type semiconductor region;
A high resistance region having an impurity concentration lower than any of the anode region and the cathode region sandwiched between the anode region and the cathode region;
A magnetoelectric conversion element comprising: a recombination layer formed on at least a part of one side surface connecting the anode region and the cathode region in the high resistance region and having a recombination center introduced therein.
前記アノード領域は、前記略コ字形の一対の脚部の一方先端部に形成されており、
前記カソード領域は、前記一対の脚部の他方先端部に形成されており、
前記再結合層は、前記高抵抗領域のうち、前記一対の脚部にあって互いに対向する側面又は前記一対の脚部にあって互いに外側を向く側面に形成されている請求項1乃至4の何れかに記載の磁電変換素子。 The magnetoelectric conversion element is formed in a substantially U shape in plan view,
The anode region is formed at one tip of the pair of substantially U-shaped legs,
The cathode region is formed at the other tip of the pair of legs,
5. The recombination layer according to claim 1, wherein the recombination layer is formed on a side surface of the pair of leg portions facing each other or on a side surface of the pair of leg portions facing outward from each other in the high resistance region. Any one of the magnetoelectric conversion elements.
前記第1磁電変換素子と前記第2磁電変換素子との各々は請求項1乃至4の何れかに記載の磁電変換素子であり、
前記第1磁電変換素子と前記第2磁電変換素子とは、同一の順電流が流れるように直列接続されており、
前記第1磁電変換素子と前記第2磁電変換素子との各々は、アノード領域とカソード領域とを結ぶ直線軸に沿って延在するように形成されており、
前記第1磁電変換素子と第2磁電変換素子とは、互いに略平行となり、且つ各々の高抵抗領域が互いに横に並ぶように配置されており、
前記第1磁電変換素子の再結合層と第2磁電変換素子の再結合層とは、対応する高抵抗領域の互いに向き合う側面又は互いに外側を向く側面の少なくとも一部にそれぞれ形成されている磁電変換素子。 A first magnetoelectric conversion element and a second magnetoelectric conversion element formed on the main surface of the same semiconductor substrate;
Each of the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element is a magnetoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4,
The first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element are connected in series so that the same forward current flows,
Each of the first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element is formed to extend along a linear axis connecting the anode region and the cathode region,
The first magnetoelectric conversion element and the second magnetoelectric conversion element are substantially parallel to each other, and the respective high resistance regions are arranged side by side,
The recombination layer of the first magnetoelectric conversion element and the recombination layer of the second magnetoelectric conversion element are respectively formed on at least a part of the side surfaces facing each other or the side surfaces facing each other in the corresponding high resistance region. element.
前記第1乃至第4磁電変換素子部の各々は請求項1乃至6の何れかに記載の磁電変換素子であり、
前記第1磁電変換素子部と前記第4磁電変換素子部とは、同一の順電流が流れるように直列接続されて第1直列回路を形成しており、
前記第2磁電変換素子部と前記第3磁電変換素子部とは、同一の順電流が流れるように直列接続されて第2直列回路を形成しており、
前記第1直列回路と前記第2直列回路とは、順電流がそれぞれを分流するように互いに並列接続されており、
前記第1磁電変換素子部の再結合層と前記第3磁電変換素子部の再結合層との各々は、対応する高抵抗領域の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視右側に位置する側面の少なくとも一部に形成されており、
前記第2磁電変換素子部の再結合層と前記第4磁電変換素子部の再結合層との各々は、対応する高抵抗領域の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視左側に位置する側面の少なくとも一部に形成されている磁電変換素子。 Comprising first to fourth magnetoelectric transducer elements formed on the main surface of the same semiconductor substrate;
Each of the first to fourth magnetoelectric conversion element units is the magnetoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 6,
The first magnetoelectric conversion element part and the fourth magnetoelectric conversion element part are connected in series so that the same forward current flows to form a first series circuit,
The second magnetoelectric conversion element portion and the third magnetoelectric conversion element portion are connected in series so that the same forward current flows to form a second series circuit,
The first series circuit and the second series circuit are connected in parallel with each other so that forward currents shunt each other.
Each of the recombination layer of the first magnetoelectric conversion element portion and the recombination layer of the third magnetoelectric conversion element portion is on the right side in a plan view with respect to the forward current traveling direction, among the corresponding side surfaces of the high resistance region. Formed on at least a part of the side surface,
Each of the recombination layer of the second magnetoelectric conversion element unit and the recombination layer of the fourth magnetoelectric conversion element unit is on the left side in a plan view with respect to the forward current traveling direction, among the corresponding side surfaces of the high resistance region. A magnetoelectric conversion element formed on at least a part of the side surface.
前記半導体基板の上に形成され前記半導体基板の法線方向に感度軸が設定された第1磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され前記第1磁電変換素子の感度軸に垂直な方向に感度軸が設定された第2磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され前記第1磁電変換素子の感度軸と前記第2磁電変換素子の感度軸との双方に垂直な方向に感度軸が設定された第3磁電変換素子と、
前記第1磁電変換素子の感度軸と直交し前記第1磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第1対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第1対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第1主面の側と前記第2主面の側とに形成された一対の磁性体対部と、
前記一対の磁性体対部の一方である第1磁性体部と共同して前記第2磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成された第2磁性体部と、
前記第1磁性体部と共同して前記第3磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成された第3磁性体部とを備え、
前記第1磁性体部と前記第2磁性体部とは、前記第2磁電変換素子の感度軸と直交し前記第2磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第2対向面対を有し、前記第2対向面対において互いが最近接するように形成されており、
前記第1磁性体部と前記第3磁性体部とは、前記第3磁電変換素子の感度軸と直交し前記第3磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第3対向面対を有し、前記第3対向面対において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする磁気検出装置。 A semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface parallel to each other, wherein a recess is selectively formed in at least one of the first main surface and the second main surface;
A first magnetoelectric transducer formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in a normal direction of the semiconductor substrate;
A second magnetoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in a direction perpendicular to the sensitivity axis of the first magnetoelectric conversion element;
A third magnetoelectric transducer formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in a direction perpendicular to both the sensitivity axis of the first magnetoelectric transducer and the sensitivity axis of the second magnetoelectric transducer;
The first magnetoelectric transducer has a first opposed surface pair that is a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the first magnetoelectric transducer and are opposed to each other with the first magnetoelectric transducer interposed therebetween, and at least one is formed to cover the recess. A pair of magnetic material pairs formed on the first main surface side and the second main surface side on the semiconductor substrate so that the first opposed surface pairs are closest to each other,
A second magnetic body portion formed on the semiconductor substrate so as to sandwich the second magnetoelectric conversion element in cooperation with the first magnetic body portion which is one of the pair of magnetic body pairs;
A third magnetic part formed on the semiconductor substrate so as to sandwich the third magnetoelectric conversion element in cooperation with the first magnetic part;
The first magnetic body portion and the second magnetic body portion are a pair of opposed surfaces that are a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element and face each other with the second magnetoelectric conversion element interposed therebetween. And are formed so that they are closest to each other in the second opposed surface pair,
The first magnetic body portion and the third magnetic body portion are a third opposed surface pair that is a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the third magnetoelectric conversion element and face each other across the third magnetoelectric conversion element. And the third opposing surface pair is formed so as to be closest to each other.
前記第1乃至第4磁性体部は、前記法線方向に沿った軸である対称軸の周りに1/4回転対称となるように、形状及び位置が定められていることを特徴とする請求項17記載の磁気検出装置。 A fourth magnetic part formed on the semiconductor substrate;
The shape and position of the first to fourth magnetic body portions are determined so as to be ¼ rotationally symmetric about an axis of symmetry that is an axis along the normal direction. Item 18. The magnetic detection device according to Item 17.
前記半導体基板の上に形成され前記第2磁電変換素子の感度軸と同一方向に感度軸が設定された第5磁電変換素子とを更に備え、
前記第2磁性体部と第4磁性体部とは、前記第4磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成され、且つ前記第4磁電変換素子の感度軸と直交し前記第4磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第4対向面対を有し、前記第4対向面対において互いが最近接するように形成されており、
前記第3磁性体部と第4磁性体部とは、前記第5磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成され、且つ前記第5磁電変換素子の感度軸と直交し前記第5磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第5対向面対を有し、前記第5対向面対において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする請求項18記載の磁気検出装置。 A fourth magnetoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in the same direction as the sensitivity axis of the third magnetoelectric conversion element;
A fifth magnetoelectric conversion element formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in the same direction as the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element;
The second magnetic body portion and the fourth magnetic body portion are formed on the semiconductor substrate so as to sandwich the fourth magnetoelectric conversion element, and are orthogonal to the sensitivity axis of the fourth magnetoelectric conversion element. A fourth opposed surface pair that is a pair of opposed surfaces facing each other with the magnetoelectric conversion element interposed therebetween, and is formed so that the fourth opposed surface pair is closest to each other;
The third magnetic body portion and the fourth magnetic body portion are formed on the semiconductor substrate so as to sandwich the fifth magnetoelectric conversion element, and are orthogonal to the sensitivity axis of the fifth magnetoelectric conversion element. The fifth opposed surface pair, which is a pair of opposed surfaces facing each other with the magnetoelectric conversion element interposed therebetween, is formed so as to be closest to each other in the fifth opposed surface pair. Magnetic detection device.
前記磁気検出装置は、
前記半導体基板の上に形成され前記半導体基板の法線方向に感度軸が設定された第6磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され、前記第1磁性体部と対をなす前記磁性体対部の他方である第5磁性体部と共に前記対称軸の周りに1/2回転対称となるように、形状及び位置が定められている第6磁性体部とを更に備え、
前記第4磁性体部と前記第6磁性体部とは、前記第6磁電変換素子の感度軸と直交し前記第6磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第6対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第6対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第1主面と前記第2主面との一方側と他方側とに形成されていることを特徴とする請求項18又は19記載の磁気検出装置。 A plurality of the recesses are selectively formed on at least one of the first main surface and the second main surface;
The magnetic detection device includes:
A sixth magnetoelectric transducer formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in a normal direction of the semiconductor substrate;
Formed on the semiconductor substrate so as to be ½ rotationally symmetric about the symmetry axis together with the fifth magnetic body portion that is the other of the magnetic body pair portion that forms a pair with the first magnetic body portion, A sixth magnetic body portion whose shape and position are defined,
The fourth magnetic body portion and the sixth magnetic body portion are a pair of opposing surfaces that are a pair of opposing surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the sixth magnetoelectric conversion element and oppose each other with the sixth magnetoelectric conversion element interposed therebetween. And at least one of the first main surface and the second main surface on the semiconductor substrate so as to be closest to each other in the sixth facing surface pair. The magnetic detection device according to claim 18, wherein the magnetic detection device is formed on one side and the other side.
前記磁気検出装置は、
前記半導体基板の上に形成され前記法線方向に感度軸が設定された第7磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され前記法線方向に感度軸が設定された第8磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成された第7磁性体部と、
前記半導体基板の上に形成された第8磁性体部とを更に備え、
前記第2磁性体部と前記第7磁性体部とは、前記第7磁電変換素子の感度軸と直交し前記第7磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第7対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第7対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第1主面と前記第2主面との一方側と他方側とに形成されており、
前記第3磁性体部と前記第8磁性体部とは、前記第8磁電変換素子の感度軸と直交し前記第8磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第8対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第8対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第1主面と前記第2主面との一方側と他方側とに形成されており、
前記第5乃至第8磁性体部は、前記対称軸の周りに1/4回転対称となるように、形状及び位置が定められていることを特徴とする請求項20記載の磁気検出装置。 4 or more of the recesses are selectively formed in at least one of the first main surface and the second main surface,
The magnetic detection device includes:
A seventh magnetoelectric transducer formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in the normal direction;
An eighth magnetoelectric transducer formed on the semiconductor substrate and having a sensitivity axis set in the normal direction;
A seventh magnetic part formed on the semiconductor substrate;
An eighth magnetic body portion formed on the semiconductor substrate;
The second magnetic body portion and the seventh magnetic body portion are a pair of opposed surfaces that are a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the seventh magnetoelectric conversion element and face each other with the seventh magnetoelectric conversion element interposed therebetween. And at least one of the first main surface and the second main surface on the semiconductor substrate so as to be closest to each other in the seventh opposed surface pair. Formed on one side and the other side,
The third magnetic body portion and the eighth magnetic body portion are a pair of opposed surfaces that are a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the eighth magnetoelectric conversion element and face each other with the eighth magnetoelectric conversion element interposed therebetween. And at least one of the first main surface and the second main surface on the semiconductor substrate so as to be closest to each other in the eighth opposed surface pair. Formed on one side and the other side,
21. The magnetic detection device according to claim 20, wherein the fifth to eighth magnetic body portions are shaped and positioned so as to be ¼ rotationally symmetric about the symmetry axis.
前記第1乃至第3磁電変換素子は、前記第1主面側に形成されており、
前記第1乃至第3磁性体部は前記第1主面に沿って略平板状に形成されていることを特徴とする請求項17乃至22の何れかに記載の磁気検出装置。 The recess is selectively formed in the second main surface;
The first to third magnetoelectric transducers are formed on the first main surface side,
23. The magnetic detection device according to claim 17, wherein the first to third magnetic body portions are formed in a substantially flat plate shape along the first main surface.
前記第2磁性体部は、前記第2対向面対の他方に隣接する領域であって前記第2磁電変換素子に近接するほど前記第2磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有し、
前記第3磁性体部は、前記第3対向面対の他方に隣接する領域であって前記第3磁電変換素子に近接するほど前記第3磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有していることを特徴とする請求項23又は24記載の磁気検出装置。 The width of the contour in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element as the first magnetic body portion is a region adjacent to one of the second opposed surface pairs and is closer to the second magnetoelectric conversion element. Has a region that decreases monotonously, and is a region adjacent to one of the third opposed surface pairs, and is closer to the third magnetoelectric conversion element, the contour in plan view that is orthogonal to the sensitivity axis of the third magnetoelectric conversion element Has a region where the width of monotonously decreases,
The width of the contour in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element as the second magnetic body portion is a region adjacent to the other of the second opposing surface pair and is closer to the second magnetoelectric conversion element Has a region that decreases monotonously,
The width of the contour in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the third magnetoelectric conversion element as the third magnetic body portion is a region adjacent to the other of the third opposing surface pair and is closer to the third magnetoelectric conversion element 25. The magnetic detection device according to claim 23, wherein the magnetic detection device has a monotonically decreasing region.
前記第2磁性体部は、前記第2対向面対の他方に隣接する領域であって前記第2磁電変換素子に近接するほど前記第2磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有し、
前記第3磁性体部は、前記第3対向面対の他方に隣接する領域であって前記第3磁電変換素子に近接するほど前記第3磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有していることを特徴とする請求項23又は24記載の磁気検出装置。 The width of the contour in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element as the first magnetic body portion is a region adjacent to one of the second opposed surface pairs and is closer to the second magnetoelectric conversion element. In a plan view perpendicular to the sensitivity axis of the third magnetoelectric conversion element as it is adjacent to the third magnetoelectric conversion element and is adjacent to one of the third opposing surface pairs. Having an area where the width of the contour decreases stepwise,
The width of the contour in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the second magnetoelectric conversion element as the second magnetic body portion is a region adjacent to the other of the second opposing surface pair and is closer to the second magnetoelectric conversion element Has an area that gradually decreases,
The width of the contour in plan view perpendicular to the sensitivity axis of the third magnetoelectric conversion element as the third magnetic body portion is a region adjacent to the other of the third opposing surface pair and is closer to the third magnetoelectric conversion element 25. The magnetic detection device according to claim 23, wherein the magnetic detection device has a region that gradually decreases.
前記第1乃至第3磁性体部は、前記凹部を個別に覆うように形成されており、
前記第1磁性体部と対をなす前記磁性体対部の他方は、前記第2主面に沿って略平板状に形成されていることを特徴とする請求項17乃至22の何れかに記載の磁気検出装置。 3 or more of the recesses are selectively formed on the first main surface,
The first to third magnetic parts are formed so as to individually cover the recesses,
23. The other of the pair of magnetic bodies paired with the first magnetic body section is formed in a substantially flat plate shape along the second main surface. Magnetic detection device.
前記凹部の各々の開口部の輪郭が、前記半導体基板の平面視輪郭と各辺が互いに平行な矩形であることを特徴とする請求項20乃至22、及び28の何れかに記載の磁気検出装置。 The semiconductor substrate has a rectangular outline in plan view,
29. The magnetic detection device according to claim 20, wherein a contour of each opening of the concave portion is a rectangle parallel to each other and a contour in plan view of the semiconductor substrate. .
前記凹部の各々の開口部の輪郭が、前記半導体基板の平面視輪郭と各辺が互いに45°の角度で傾いている矩形であることを特徴とする請求項28記載の磁気検出装置。 The semiconductor substrate has a rectangular outline in plan view,
29. The magnetic detection device according to claim 28, wherein an outline of each opening of the concave portion is a rectangle in which each side is inclined at an angle of 45 [deg.] With respect to the outline in plan view of the semiconductor substrate.
前記第3磁電変換素子が感度軸を同一方向とする複数の磁電変換素子である第2素子群を有しており、前記第3対向面対が前記第2素子群に個別に対向する複数の対向面対に分割配置されていることを特徴とする請求項17乃至30の何れかに記載の磁気検出装置。 The second magnetoelectric conversion element has a first element group that is a plurality of magnetoelectric conversion elements having a sensitivity axis in the same direction, and the second opposing surface pair individually faces the first element group. It is divided into opposed surface pairs,
The third magnetoelectric conversion element has a second element group that is a plurality of magnetoelectric conversion elements having a sensitivity axis in the same direction, and the third opposed surface pair individually faces the second element group. The magnetic detection device according to any one of claims 17 to 30, wherein the magnetic detection device is divided and arranged in a pair of opposed surfaces.
前記主面側の前記半導体基板の上に形成され前記主面に沿った方向に感度軸が設定された磁電変換素子と、
前記主面の法線方向に段差を有する略平板状であって、前記主面側の前記半導体基板の上に形成された第1磁性体部と、
前記法線方向に段差を有する略平板状であって、前記第1磁性体部と共同して前記磁電変換素子を挟むように前記主面側の前記半導体基板の上に形成された第2磁性体部とを備え、
前記第1磁性体部と前記第2磁性体部とは、前記磁電変換素子の感度軸と直交し前記磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面を有し、前記一対の対向面において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする磁気検出装置。 A semiconductor substrate having a main surface;
A magnetoelectric transducer formed on the semiconductor substrate on the main surface side and having a sensitivity axis set in a direction along the main surface;
A substantially flat plate having a step in the normal direction of the main surface, the first magnetic body portion formed on the semiconductor substrate on the main surface side;
A second magnetic layer having a substantially flat shape having a step in the normal direction and formed on the semiconductor substrate on the main surface side so as to sandwich the magnetoelectric conversion element in cooperation with the first magnetic body portion. With a body,
The first magnetic body portion and the second magnetic body portion have a pair of opposed surfaces that are orthogonal to the sensitivity axis of the magnetoelectric conversion element and are opposed to each other with the magnetoelectric conversion element interposed therebetween. Is formed so as to be closest to each other.
前記半導体基板の上に形成されているすべての磁電変換素子及びすべての磁性体部が、前記半導体基板の平面視輪郭における1つの対角線に対して線対称となるように形状及び位置を設定されていることを特徴とする請求項17乃至32の何れかに記載の磁気検出装置。 The planar view outline of the semiconductor substrate is a square,
The shape and position are set so that all the magnetoelectric conversion elements and all the magnetic body parts formed on the semiconductor substrate are line-symmetric with respect to one diagonal line in the plan view outline of the semiconductor substrate. The magnetic detection device according to claim 17, wherein the magnetic detection device is a magnetic detection device.
前記磁気検出装置の出力信号を増幅する増幅器と、を備えることを特徴とする地磁気センサ。 A magnetic detection device according to any one of claims 8 to 35;
And an amplifier that amplifies an output signal of the magnetic detection device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004151769A JP2005159273A (en) | 2003-05-27 | 2004-05-21 | Magnetic-electric conversion element, magnetism detecting device, and earth magnetism sensor |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003149756 | 2003-05-27 | ||
JP2003368126 | 2003-10-28 | ||
JP2004151769A JP2005159273A (en) | 2003-05-27 | 2004-05-21 | Magnetic-electric conversion element, magnetism detecting device, and earth magnetism sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005159273A true JP2005159273A (en) | 2005-06-16 |
Family
ID=34743408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004151769A Pending JP2005159273A (en) | 2003-05-27 | 2004-05-21 | Magnetic-electric conversion element, magnetism detecting device, and earth magnetism sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005159273A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010199320A (en) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Tdk Corp | Method of manufacturing silicon spin conducting element, and silicon spin conducting element |
WO2010110456A1 (en) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | 愛知製鋼株式会社 | Magnetic detection device |
KR101479426B1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-01-05 | 인하대학교 산학협력단 | Conductive Nanowiere Device Of Semicircle Structure |
JP2016125831A (en) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | ローム株式会社 | Magnetism detection device |
CN108461627A (en) * | 2017-02-22 | 2018-08-28 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor and its manufacturing method |
JPWO2017204151A1 (en) * | 2016-05-24 | 2019-03-22 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor |
-
2004
- 2004-05-21 JP JP2004151769A patent/JP2005159273A/en active Pending
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8481337B2 (en) | 2009-02-25 | 2013-07-09 | Tdk Corporation | Manufacturing method of silicon spin transport device and silicon spin transport device |
JP2010199320A (en) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Tdk Corp | Method of manufacturing silicon spin conducting element, and silicon spin conducting element |
CN102356328B (en) * | 2009-03-26 | 2014-04-02 | 爱知制钢株式会社 | Magnetic detection device |
CN102356328A (en) * | 2009-03-26 | 2012-02-15 | 爱知制钢株式会社 | Magnetic detection device |
JPWO2010110456A1 (en) * | 2009-03-26 | 2012-10-04 | 愛知製鋼株式会社 | Magnetic detector |
US8339132B2 (en) | 2009-03-26 | 2012-12-25 | Aichi Steel Corporation | Magnetic detection device |
KR101235524B1 (en) | 2009-03-26 | 2013-02-20 | 아이치 세이코우 가부시키가이샤 | Magnetic detection device |
JP4626728B2 (en) * | 2009-03-26 | 2011-02-09 | 愛知製鋼株式会社 | Magnetic detector |
WO2010110456A1 (en) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | 愛知製鋼株式会社 | Magnetic detection device |
KR101479426B1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-01-05 | 인하대학교 산학협력단 | Conductive Nanowiere Device Of Semicircle Structure |
WO2015068974A1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-05-14 | 인하대학교 산학협력단 | Nano-wire device having conductive semicircular structure |
JP2016125831A (en) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | ローム株式会社 | Magnetism detection device |
JPWO2017204151A1 (en) * | 2016-05-24 | 2019-03-22 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor |
JP7014159B2 (en) | 2016-05-24 | 2022-02-01 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor |
CN108461627A (en) * | 2017-02-22 | 2018-08-28 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor and its manufacturing method |
JP2018136212A (en) * | 2017-02-22 | 2018-08-30 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor and method for manufacturing the same |
US10527687B2 (en) | 2017-02-22 | 2020-01-07 | Tdk Corporation | Magnetic sensor and method of manufacturing the same |
US11067648B2 (en) | 2017-02-22 | 2021-07-20 | Tdk Corporation | Magnetic sensor and method of manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11287490B2 (en) | Magnetoresistive sensor with sensing elements and permanent magnet bars oriented at non-orthogonal and non-parallel angles with respect to the sensing direction of the sensing elements | |
TWI440875B (en) | Structure of tmr and fabrication method of integrated 3-axis magnetic field sensor and sensing circuit | |
EP3199963B1 (en) | Magnetic field sensor with multiple sense layer magnetization orientations | |
US9069033B2 (en) | 3-axis magnetic field sensor, method for fabricating magnetic field sensing structure and magnetic field sensing circuit | |
EP3223029B1 (en) | Magnetic sensor | |
US9279866B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP5297539B2 (en) | Magnetic sensor | |
EP3223028A1 (en) | Multiple axis magnetic sensor | |
JP2008008883A (en) | Magnetometric sensor and sensor | |
US20130000136A1 (en) | Magnetoresistive sensor and manufacturing method thereof | |
JP2009020092A (en) | Magnetic sensor and method of manufacturing the same | |
US11927606B2 (en) | Current sensor device | |
JP2009216390A (en) | Triaxial magnetic sensing device, and manufacturing method therefor | |
US10062836B2 (en) | Magnetic sensor and method of manufacturing the same | |
JP2000514920A (en) | Thin layer magnetic field sensor | |
EP3236276B1 (en) | Magnetic field sensor with multiple axis sense capability | |
CN204730842U (en) | A kind of micromechanical gyro based on tunnel magneto-resistance effect | |
JP2005159273A (en) | Magnetic-electric conversion element, magnetism detecting device, and earth magnetism sensor | |
JP5186533B2 (en) | Magnetic detection device, geomagnetic sensor | |
US20190173002A1 (en) | Two-dimensional magnetic field sensor with a single integrated magnetic field concentrator | |
US20150198430A1 (en) | Magnetism detection element and rotation detector | |
JP3961265B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP5240657B2 (en) | Sensing element, sensing device, orientation detection device, and information device | |
KR102419004B1 (en) | Integrated 3-axis hall sensor and manufacturing method thereof | |
US12044753B2 (en) | Sensor having at least part of sensor element disposed on inclined surface of protruding portion of support member |