JP2006064530A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気を検出する磁気センサに関し、特に電子コンパスなどに使用されて地磁気を検出する磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor that detects magnetism, and more particularly to a magnetic sensor that is used in an electronic compass or the like to detect geomagnetism.
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センサを必要とする。 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 sensor capable of detecting magnetic fields in three orthogonal directions in order to detect geomagnetism regardless of the attitude of the GPS terminal device.
この種の磁気センサとして、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14は、特許文献1に記載される従来の磁気センサを示す図であり、図14(a)は、この磁気センサの縦断面図、図14(b)は裏面側から見た同装置の斜視図、そして図15は同装置の動作説明図である。この磁気センサ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 sensor, for example, as disclosed in
以上のように構成される磁気センサ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における法線方向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14に示す磁気センサ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、図15に示すように磁性材料が外部磁界を吸い込むように磁束を収束する性質を利用してホール素子部115を通過する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、磁気センサ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。
しかしながら、上述の磁気センサ150では、エッチング溝119がホール素子部の近傍まで達するテーパ状の台形形状に形成されているので、ホール素子115と対向するエッチング溝119の底面120を通過せずに傾斜面を通過する磁束(漏れ磁束128)が多くなる。つまり、磁性体部121によって収束された磁束の一部がホール素子115を通過せずに漏れやすく、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があった。
However, in the
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができる磁気センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a magnetic sensor capable of improving the convergence efficiency of magnetic flux with respect to a magnetoelectric conversion element.
上述の目的を達成するために、本発明の第1の手段に係る磁気センサは、平板状の基板と、前記基板の一方面に形成された磁電変換素子と、前記基板の一方面における同一平面内に前記磁電変換素子を夾んで両側に相対向して形成された第1及び第2の磁性体部と、を備え、前記第1及び第2の磁性体部は、それぞれ前記磁電変換素子から遠ざかるに従い前記対向方向と垂直な方向の幅が拡がるように形成され、前記基板の一方面で前記第1及び第2の磁性体部における対向方向と垂直な方向に前記磁電変換素子を夾んで両側に相対向して形成された、空気よりも透磁率が低い第1及び第2の低透磁率部をさらに備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a magnetic sensor according to the first means of the present invention includes a flat substrate, a magnetoelectric conversion element formed on one surface of the substrate, and the same plane on one surface of the substrate. First and second magnetic parts formed opposite to each other with the magnetoelectric conversion element sandwiched therebetween, wherein the first and second magnetic parts are respectively separated from the magnetoelectric conversion element. As the distance increases, the width in the direction perpendicular to the facing direction increases, and both sides of the magnetoelectric conversion element are sandwiched in the direction perpendicular to the facing direction in the first and second magnetic parts on one side of the substrate. The first and second low magnetic permeability portions having a lower magnetic permeability than air, which are formed opposite to each other, are further provided.
また、上述の磁気センサにおいて、前記第1及び第2の磁性体部の表面に、空気よりも透磁率が低い第3の低透磁率部が設けられていることを特徴としている。 In the above-described magnetic sensor, a third low magnetic permeability portion having a lower magnetic permeability than air is provided on the surfaces of the first and second magnetic body portions.
さらに、本発明の第2の手段に係る磁気センサは、平板状の基板と、前記基板の一方面に形成された磁電変換素子と、前記基板の一方面に対向する対向面にその厚み方向に凹部を形成するように形成された支持部と、前記凹部内の周壁部表面に形成された、空気よりも透磁率が低い第4の低透磁率部と、前記基板の対向面上に前記第4の低透磁率部と繋がって形成された、空気よりも透磁率が低い第5の低透磁率部と、前記第4及び第5の低透磁率部と前記凹部における底部とを覆うように形成された第3の磁性体部と、を備え、前記磁電変換素子は、前記底部と対向する位置に設けられていることを特徴としている。
Further, the magnetic sensor according to the second means of the present invention includes a flat substrate, a magnetoelectric conversion element formed on one surface of the substrate, and a surface facing the one surface of the substrate in the thickness direction. A support portion formed to form a recess, a fourth low permeability portion having a lower permeability than air, formed on the surface of the peripheral wall portion in the recess, and the first on the opposing surface of the substrate. 4 is formed so as to be connected to the low-
また、上述の磁気センサにおいて、前記基板の一方面上において、前記磁電変換素子が形成されている領域を除く領域に、空気よりも透磁率が低い第6の低透磁率部が形成されていることを特徴としている。 Moreover, in the above-described magnetic sensor, a sixth low magnetic permeability portion having a magnetic permeability lower than that of air is formed in a region excluding the region where the magnetoelectric conversion element is formed on one surface of the substrate. It is characterized by that.
そして、上述の磁気センサにおいて、前記第6の低透磁率部の表面と、前記磁電変換素子の表面とを覆うように、第4の磁性体部が形成されていることを特徴としている。 And in the above-mentioned magnetic sensor, the 4th magnetic body part is formed so that the surface of the said 6th low magnetic permeability part and the surface of the said magnetoelectric conversion element may be covered.
さらに、上述の磁気センサにおいて、前記基板における前記凹部の底部と前記磁電変換素子とに夾まれた領域を除く領域の透磁率が、空気よりも低いことを特徴としている。 Furthermore, in the above-described magnetic sensor, the magnetic permeability of a region other than a region sandwiched between the bottom of the concave portion and the magnetoelectric conversion element in the substrate is lower than that of air.
また、本発明の第3の手段に係る磁気センサは、平板状の基板と、前記基板の一方面に形成された第1の磁気センサと、前記基板の厚み方向に形成された第2の磁気センサと、を備え、前記第1の磁気センサ及び前記第2の磁気センサは上述の磁気センサであることを特徴とする磁気センサ。 The magnetic sensor according to the third means of the present invention includes a flat substrate, a first magnetic sensor formed on one surface of the substrate, and a second magnet formed in the thickness direction of the substrate. A magnetic sensor, wherein the first magnetic sensor and the second magnetic sensor are the above-described magnetic sensors.
そして、上述の磁気センサにおいて、前記低透磁率部は、ポリイミドを用いて構成されていることを特徴としている。 And in the above-mentioned magnetic sensor, the said low-permeability part is comprised using the polyimide, It is characterized by the above-mentioned.
このような構成の磁気センサは、磁電変換素子を夾んで両側に相対向して形成された第1及び第2の磁性体部がそれぞれ磁電変換素子から遠ざかるに従い第1及び第2の磁性体部の対向方向と垂直な方向の幅が拡がるように形成され、第1及び第2の磁性体部における対向方向と垂直な方向に磁電変換素子を夾んで両側に相対向して形成された、空気よりも透磁率が低い第1及び第2の低透磁率部がさらに設けられているので、磁電変換素子の両側に設けられた第1及び第2の磁性体部によって、第1及び第2の磁性体部を通る磁束が磁電変換素子に収束されると共に、第1及び第2の低透磁率部によって磁電変換素子を通らない漏れ磁束の発生が抑制されるので、磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができる。 In the magnetic sensor having such a configuration, the first and second magnetic body portions are formed as the first and second magnetic body portions formed opposite to each other on both sides of the magnetoelectric conversion element move away from the magnetoelectric conversion element. The air is formed so that the width in the direction perpendicular to the opposite direction of the first and second magnetic body portions is widened, and the air is formed opposite to each other with the magnetoelectric conversion element sandwiched in the direction perpendicular to the opposite direction in the first and second magnetic body portions. Since the first and second low magnetic permeability portions having lower magnetic permeability are further provided, the first and second magnetic body portions provided on both sides of the magnetoelectric conversion element allow the first and second magnetic body portions to be The magnetic flux passing through the magnetic body portion is converged on the magnetoelectric conversion element, and the generation of leakage magnetic flux that does not pass through the magnetoelectric conversion element is suppressed by the first and second low permeability portions, so that the magnetic flux converges on the magnetoelectric conversion element. Efficiency can be improved.
また、このような構成の磁気センサは、磁電変換素子が形成された基板の一方面に対向する対向面からその厚み方向に形成された凹部と、凹部内の周壁部表面に形成された、空気よりも透磁率が低い第3の低透磁率部と、基板の対向面上に第3の低透磁率部と繋がって形成された、空気よりも透磁率が低い第4の低透磁率部と、第3及び第4の低透磁率部と凹部における底部とを覆うように形成された第3の磁性体部とを備え、磁電変換素子は、凹部の底部と対向する位置に設けられているので、第3の磁性体部によって磁電変換素子と最も近づく凹部の底部に磁束が収束されて磁電変換素子に磁束が収束されると共に、第3及び第4の低透磁率部によって凹部の底部以外からの漏れ磁束が低減され、磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができる。 In addition, the magnetic sensor having such a configuration includes a recess formed in the thickness direction from an opposing surface facing one surface of the substrate on which the magnetoelectric conversion element is formed, and an air formed on the peripheral wall surface in the recess. A third low magnetic permeability portion having a lower magnetic permeability than the air, and a fourth low magnetic permeability portion having a lower magnetic permeability than air formed on the opposing surface of the substrate in connection with the third low magnetic permeability portion, The third and fourth low magnetic permeability portions and a third magnetic body portion formed so as to cover the bottom portion of the concave portion, and the magnetoelectric conversion element is provided at a position facing the bottom portion of the concave portion. Therefore, the magnetic flux is converged on the bottom of the recess closest to the magnetoelectric conversion element by the third magnetic body portion, and the magnetic flux is converged on the magnetoelectric conversion element, and other than the bottom of the recess by the third and fourth low permeability portions. Magnetic flux leakage efficiency from the magnetoelectric transducer is reduced. It is possible to above.
そして、このような構成の磁気センサは、基板の一方面と平行な方向の磁束を収束する第1の磁気センサと、基板の厚み方向の磁束を収束する第2の磁気センサとが同一基板上に形成されるので、複数の軸方向に感度を有する磁気センサを小型化することができる。 In the magnetic sensor having such a configuration, the first magnetic sensor for converging the magnetic flux in the direction parallel to the one surface of the substrate and the second magnetic sensor for converging the magnetic flux in the thickness direction of the substrate are on the same substrate. Therefore, the magnetic sensor having sensitivity in a plurality of axial directions can be reduced in size.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る磁気センサ1の構成の一例を示す斜視図である。また、図2(a)は図1に示す磁気センサ1の上面図、図2(b)はX−X’断面図、図2(c)はY−Y’断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of the
図1に示す磁気センサ1は、例えば平板状の半導体基板、例えばシリコン基板の第1主面U(図1における上面)側から順に、SOI(Semiconductor On Insulator)層4、埋込酸化膜層3、及び支持層2が形成されたSOI基板Sを有し、このSOI層4の第1主面U側に、例えばホール素子である磁電変換素子5が形成されている。この磁電変換素子5は、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り、磁電変換素子5の感度軸は、SOI基板の主面に沿った一方向(以下、X軸方向と称する)に設定されている。
A
また、磁電変換素子5の周辺においてエッチングにより埋込酸化膜層3に達するまで選択的にSOI層4が除去され、埋込酸化膜層3の上には、同一平面内に磁電変換素子5を夾んで両側に相対向して磁性体部6(第1の磁性体部)及び磁性体部7(第2の磁性体部)が形成されている。磁性体部6,7の材料として、従来周知の高透磁率材料、たとえば、パーマロイ、フエライト等を使用することが可能である。
Further, the
磁性体部6,7は、外部から磁電変換素子5を貫通する磁束を収束させるもので、磁電変換素子5に接し、磁電変換素子5を両側から挟んで相対向する対向面61,71を有して形成されており、磁性体部6と磁性体部7とは対向面61と対向面71とにおいて互いに最近接するようにされている。さらに、磁性体部6と磁性体部7とは、それぞれ磁電変換素子5から遠ざかるに従い磁電変換素子5の感度軸方向(X軸方向)と垂直な方向(以下、Y軸方向と称する)の幅が拡がるように形成されている。
The
また、SOI層4の第1主面U側において、磁電変換素子5における対向面61,71とは対向しない側面のうち一方と、磁性体部6,7の斜めに拡がるように形成された傾斜面と、に接する領域においてエッチングにより埋込酸化膜層3に達するまで選択的にSOI層4が除去され、埋込酸化膜層3の上には、上記磁電変換素子5における一方の側面と、磁性体部6,7の斜めに拡がるように形成された傾斜面とに接するように第1の低透磁率部の一例である低透磁率部8が形成されている。
Further, on the first main surface U side of the
同様に、SOI層4の第1主面U側において、磁電変換素子5における対向面61,71とは対向しない他方の側面と、磁性体部6,7の斜めに拡がるように形成された傾斜面と、に接する領域においてエッチングにより埋込酸化膜層3に達するまで選択的にSOI層4が除去され、埋込酸化膜層3の上には、上記磁電変換素子5における他方の側面と、磁性体部6,7の斜めに拡がるように形成された傾斜面とに接するように第2の低透磁率部の一例である低透磁率部9が形成され、埋込酸化膜層3の上には、磁電変換素子5と磁性体部6,7とをY軸方向で両側から挟んで相対向するように低透磁率部8及び9が形成されている。
Similarly, on the first main surface U side of the
また、低透磁率部8及び9は、空気の透磁率である1.0H/mに満たない低透磁率の材料、例えば、非透磁率が0.005のポリイミドや、空気よりも透磁率が低い組成のガラス等を半導体基板に貼り付けることによって、形成されている。
Further, the low
次に、上述のように構成された磁気センサ1の動作について説明する。図2(a)には、地磁気の磁界がX軸方向に沿うように磁気センサ1を置いた場合の磁束Bが破線で示されている。磁束B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。磁気センサ1では、磁性体部6及び7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5を挟んで対向する一対の対向面61,71において、磁性体部6及び7の互いの距離が最も小さくなるので、磁性体部6及び7における対向面61,71を通過する経路、すなわち磁電変換素子5を通過する経路において磁気抵抗が最も小さくなる。
Next, the operation of the
従って、磁束Bは、図2(a)に示すように、磁電変換素子5から遠ざかるに従い、対向面61,71の対向方向と垂直な方向すなわち磁電変換素子5の感度軸方向の磁束Bを横切る方向に、拡がるように形成された磁性体部6,7によって、磁束Bが磁電変換素子5に集められて収束する。さらに、磁電変換素子5と磁性体部6,7とをY軸方向で両側から挟んで相対向するように低透磁率部8,9が形成されているので、磁性体部6,7の傾斜面を通過する経路の磁気抵抗が増大される結果、対向面61,71を通過せずに磁性体部6,7の傾斜面を通過する漏れ磁束が低減され、磁電変換素子5に対する磁束Bの収束効率を向上させることができ、磁気センサ1の磁気感度を向上させることができる。
Accordingly, as shown in FIG. 2A, the magnetic flux B crosses the magnetic flux B in the direction perpendicular to the facing direction of the facing surfaces 61 and 71, that is, in the sensitivity axis direction of the magnetoelectric converting
なお、磁気センサ1において低透磁率部8,9を備えない構成としてもよい。図3は、磁気センサ1において低透磁率部8,9を備えない場合の磁束Bの経路を示す上面図である。図3に示すように、低透磁率部8,9を備えない場合においても、磁性体部6及び7における対向面61,71を通過する経路、すなわち磁電変換素子5を通過する経路において磁気抵抗が最も小さくなるので、図3に示すように、磁束Bが磁電変換素子5に収束される。しかし、低透磁率部8,9を備えない場合には、図3に示すように、SOI層4に形成された磁電変換素子5、及び磁性体部6,7と同一平面上において、磁性体部6,7の傾斜面を通過する漏れ磁束10が生じて磁束Bの収束効率が低下するので、低透磁率部8,9を備えることが望ましい。
The
(第2実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る磁気センサについて説明する。図4は、本発明の第2の実施形態に係る磁気センサ1aの構成の一例を示す斜視図である。また、図5(a)は図4に示す磁気センサ1aの上面図、図5(b)はX−X’断面図、図5(c)はY−Y’断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a magnetic sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a perspective view showing an example of the configuration of the
図4に示す磁気センサ1aは、図1に示す磁気センサ1においてさらに、磁性体部6,7、磁電変換素子5、及び低透磁率部8,9の上面に、低透磁率部8,9と同様に透磁率が空気の透磁率である1.0H/mに満たない低透磁率の材料で構成された第3の低透磁率部の一例である低透磁率部11が形成されている。なお、図4においては、低透磁率部11を透視して磁電変換素子5と磁性体部6,7とを示している。
The
その他の構成は図1に示す磁気センサ1と同様であるのでその説明を省略し、以下、図4に示す磁気センサ1aの動作について説明する。図6は、図4に示す磁気センサ1aにおいて低透磁率部11を備えない場合における漏れ磁束12を示す斜視図である。図6に示すように、低透磁率部11を備えない場合には、磁性体部6と磁性体部7との間で第1主面Uの法線方向(以下、Z軸方向と称する)に漏れ磁束12が生じて、磁電変換素子5への磁束Bの収束効率が低下する場合がある。
Since the other configuration is the same as that of the
一方、図4に示す磁気センサ1aによれば、磁性体部6,7、磁電変換素子5、及び低透磁率部8,9の上面に設けられた、空気よりも透磁率が低い低透磁率部11によって、Z軸方向の磁気抵抗が増大され、漏れ磁束12の発生が低減されるので、磁電変換素子5に対する磁束Bの収束効率を向上させることができ、磁気センサ1aの磁気感度を向上させることができる。
On the other hand, according to the
なお、本実施形態においては、低透磁率部11を磁性体部6,7、磁電変換素子5、及び低透磁率部8,9の上面に設ける例を示したが、磁電変換素子5及び低透磁率部8,9の上面には低透磁率部11を設けず、磁性体部6,7の上面のみに低透磁率部11を形成する構成としてもよい。
In the present embodiment, an example in which the low
(第3実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る磁気センサについて説明する。図7は、本発明の第3の実施形態に係る磁気センサ1bの構成の一例を示す斜視図である。また、図8(a)は図7に示す磁気センサ1bの上面図、図8(b)はX−X’断面図、図8(c)はY−Y’断面図である。
(Third embodiment)
Next, a magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a perspective view showing an example of the configuration of the
図7及び図8に示す磁気センサ1bは、例えば平板状の半導体基板、例えばシリコン基板の第1主面U(図8における上面)側から順に、SOI層4、埋込酸化膜層3、及び支持部である支持層2が形成されたSOI基板Sを有し、このSOI層4の第1主面U側に、例えばホール素子である磁電変換素子5が形成されている。磁電変換素子5の感度軸は、第1主面Uの法線方向(以下、Z軸方向と称する)に設定されている。
The
また、支持層2における第1主面Uと対向する下面である第2主面D側には、例えば開口部を有する酸化膜をマスクとして例えばICP(誘導結合プラズマ)エッチングにより支持層2を第2主面DからZ軸方向に埋込酸化膜層3に達するまでエッチングすることで、凹部13が形成されている。図7において、凹部13を支持層2の側面に投影した図を破線で示している。また、凹部13の底面14は略平坦に形成され、底面14と磁電変換素子5とが埋込酸化膜層3を夾んで相対向する位置に配置されている。そして、この底面14の面積は、磁電変換素子5における磁気検出感度を有する領域である感度領域の面積と同等、又はそれ以下の面積とされている。
Further, on the second main surface D side which is the lower surface of the
底面14を除く、凹部13における周壁部の表面、及び支持層2における第2主面Dの表面に、空気よりも透磁率の低い材料により第4及び第5の低透磁率部の一例である低透磁率部15が形成されている。さらに、底面14の表面と、凹部13の周壁部及び第2主面Dの表面に形成された低透磁率部15の表面とに高透磁率の材料により構成された磁性体部16(第3の磁性体部)が形成されている。磁性体部16は、磁性体部16の平面内における磁束の通過が容易となる膜厚を有して形成されており、例えば2〜5μm程度の膜厚にされている。
It is an example of the 4th and 5th low-permeability part by the material whose magnetic permeability is lower than air on the surface of the surrounding wall part in the recessed
また、SOI層4の第1主面U側には、第1主面Uの法線方向(Z軸方向)に磁電変換素子5と重なる領域(磁電変換素子5の上面)を除く第1主面U(SOI層4の表面)に、空気よりも透磁率の低い材料により低透磁率部17(第6の低透磁率部)が形成されている。さらに、第1主面U側において、磁電変換素子5の上面、及び低透磁率部17の表面に、高透磁率の材料により構成された磁性体部18(第4の磁性体部)が形成されている。
Further, on the first main surface U side of the
低透磁率部15,17は、例えば、非透磁率が0.005のポリイミドや、空気よりも透磁率が低い組成のガラス等を半導体基板に貼り付けることによって形成され、さらにその表面に例えばスパッタによりフェライトを形成することにより、磁性体部16,18を形成してもよい。
The low
ここで、磁性体部18は、図8(a),(b)に示すように、磁電変換素子5と埋込酸化膜層3とを挟んで底面14の表面に形成された磁性体部16と対向する部位が磁性体部16に近づく方向(Z軸方向下向き)に凸となる形状に形成され、この凸部19において磁性体部16と磁性体部18との間の距離が最も短くなっている。これにより、磁性体部18における凸部19から、磁電変換素子5と埋込酸化膜層3とを夾んで底面14表面の磁性体部16に至る経路の磁気抵抗が、磁気センサ1bにおいてZ軸方向に最も磁気抵抗が小さくなるようにされている。
Here, as shown in FIGS. 8A and 8B, the
次に、上述のように構成された磁気センサ1bの動作について説明する。図9は、磁気センサ1bの動作を説明するための図8(a)におけるX−X’断面図である。図9は、Z軸方向の磁界中に磁気センサ1bを配置した場合の磁束Bを破線で示している。図9に示す磁気センサ1bでは、上述したように、磁束Bは磁気抵抗が最も小さくなる経路を選択的に通過する性質を有するので、磁性体部18によって収束された磁束Bは、磁気抵抗が低い凸部19と底面14表面の磁性体部16との対向部、すなわち磁電変換素子5を通過する。これにより、磁電変換素子5に磁束Bが収束され、磁電変換素子5に対する磁束Bの収束効率を向上させることができる。
Next, the operation of the
さらに、磁気センサ1bをZ軸方向に見ると、磁性体部16と磁性体部18とが磁電変換素子5を間に夾んで対向する領域以外の部位は、低透磁率部15及び17によってZ軸方向の磁気抵抗が増大されるため、磁電変換素子5を通過せずに磁性体部18から磁性体部16へ通過する漏れ磁束が低減されるので、さらに磁電変換素子5に対する磁束Bの収束効率を向上させることができ、磁気センサ1bの磁気感度を向上させることができる。
Further, when the
なお、底面14の面積は、磁電変換素子5における感度領域の面積と同等、又はそれ以下の面積とされている例を示したが、図10に示すように、底面14の面積が磁電変換素子5における感度領域の面積、及び磁電変換素子5におけるZ軸方向の投影面積よりも大きい構成としてもよい。
In addition, although the example of the area of the
例えば、図16に示すように、背景技術に係る磁気センサ150において、エッチング溝119の底面120の面積が、ホール素子115におけるZ軸方向の投影面積よりも大きい構成とした場合、底面120からホール素子115を通過せずに磁気センサ150を通り抜ける漏れ磁束130が増大し、磁電変換素子5に対する磁束Bの収束効率が低下する。
For example, as shown in FIG. 16, in the
一方、図10に示すように、磁気センサ1bにおいて底面14の面積が磁電変換素子5におけるZ軸方向の投影面積よりも大きい構成とした場合には、低透磁率部17によって、底面14から磁電変換素子5を通過せずに磁気センサ1bを通り抜ける経路の磁気抵抗が上昇されるので、このような漏れ磁束の発生が低減され、底面14の面積を磁電変換素子5におけるZ軸方向の投影面積よりも大きい構成とした場合においても、磁電変換素子5に対する磁束Bの収束効率を向上させることができ、磁気センサ1bの磁気感度を向上させることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 10, when the area of the
この場合、底面14の面積を、磁電変換素子5におけるZ軸方向の投影面積よりも大きくすることが出来るので、凹部13の加工精度、及び磁電変換素子5と凹部13との位置合わせ精度の余裕度が増大し、磁気センサ1bの製造が容易となる。
In this case, the area of the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る磁気センサについて説明する。図11は、本発明の第4の実施形態に係る磁気センサ1cの構成の一例を示す図であり、図11(a)は上面図、図11(b)はX−X’断面図、図11(c)はY−Y’断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a magnetic sensor according to a fourth embodiment of the invention will be described. 11A and 11B are diagrams showing an example of the configuration of a magnetic sensor 1c according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 11A is a top view, FIG. 11B is a cross-sectional view along XX ′, and FIG. 11 (c) is a YY ′ sectional view.
図11に示す磁気センサ1cは、図7に示す磁気センサ1bとは、低透磁率部15及び17を備えず、代わりに支持層2a及びSOI層4aが、空気よりも透磁率が低い材料、例えば空気よりも透磁率が低い組成のガラス、ポリイミド等で構成されている。その他の構成は図7に示す磁気センサ1bと同様であるのでその説明を省略し、以下、図11に示す磁気センサ1cの動作について説明する。
The magnetic sensor 1c shown in FIG. 11 does not include the low
図12は、Z軸方向の磁界中に磁気センサ1cを配置した場合の磁束Bを破線で示している。このような構成では、支持層2a及びSOI層4aが、低透磁率部15及び低透磁率部17の代わりにZ軸方向の磁気抵抗を増大させると共に、支持層2a及びSOI層4aを低透磁率の材料で構成することにより透磁率が空気よりも低い低透磁率層の厚みを増大させることが容易となる結果、磁電変換素子5を除く領域の磁気抵抗が増加するため、磁電変換素子5を除く領域を通過する漏れ磁束が低減され、磁電変換素子5に対する磁束Bの収束効率を向上させることができ、磁気センサ1cの磁気感度を向上させることができる。
FIG. 12 shows the magnetic flux B in a broken line when the magnetic sensor 1c is arranged in the magnetic field in the Z-axis direction. In such a configuration, the
また、図11に示す磁気センサ1cは、例えば平板状の半導体基板、例えばシリコン基板の第1主面U側から順に、SOI層4、埋込酸化膜層3、及び支持層2が形成されたSOI基板において、支持層2を埋込酸化膜層3まで研磨し、その後研磨した埋込酸化膜層3の表面と空気よりも透磁率が低い組成のガラス基板とをポリイミド等の接着部材により貼り合わせることによりガラス基板を支持層2aとすれば、半導体プロセスを用いて製造することができる。
Further, in the magnetic sensor 1c shown in FIG. 11, for example, an
なお、本実施形態では、底面14の面積が、磁電変換素子5におけるZ軸方向の投影面積よりも大きい例を示したが、底面14の面積は、磁電変換素子5における感度領域の面積と同等、又はそれ以下の面積としてもよい。
In the present embodiment, an example in which the area of the
また、例えば、図13に示す磁気センサ1dのように、図4に示す磁気センサ1a(第1の磁気センサ)を二つ、図7に示す磁気センサ1b(第2の磁気センサ)を一つ、磁電変換素子5の感度軸が互いに直交する向きに、同一の半導体基板上に形成するようにしてもよい。また、図4に示す磁気センサ1aの代わりに図1に示す磁気センサ1を用いてもよく、図7に示す磁気センサ1bの代わりに図11に示す磁気センサ1cを用いてもよい。
Further, for example, like the
この場合、直交する三軸方向の磁気を単一の磁気センサ1dを用いて検出することが出来るので、例えば電子コンパスに用いられる三軸方位センサを単一の磁気センサ1dにより構成することが出来る。また、磁電変換素子5の感度軸を互いに直交するように、二つの磁気センサ1a及び一つの磁気センサ1bを、単一の半導体基板に形成することが出来るので、三軸方位センサを小型化することができる。
In this case, magnetism in three orthogonal directions can be detected by using a single
1,1a,1b,1c,1d 磁気センサ
2,2a 支持層
3 埋込酸化膜層
4,4a SOI層
5 磁電変換素子
6,7,8,9,11,15,17 低透磁率部
13 凹部
14 底面
16,18 磁性体部
19 凸部
61,71 対向面
S SOI基板
D,U 主面
1, 1a, 1b, 1c, 1d
Claims (8)
前記基板の一方面に形成された磁電変換素子と、
前記基板の一方面における同一平面内に前記磁電変換素子を夾んで両側に相対向して形成された第1及び第2の磁性体部と、
を備え、
前記第1及び第2の磁性体部は、それぞれ前記磁電変換素子から遠ざかるに従い前記対向方向と垂直な方向の幅が拡がるように形成され、
前記基板の一方面で前記第1及び第2の磁性体部における対向方向と垂直な方向に前記磁電変換素子を夾んで両側に相対向して形成された、空気よりも透磁率が低い第1及び第2の低透磁率部をさらに備えることを特徴とする磁気センサ。 A flat substrate;
A magnetoelectric transducer formed on one surface of the substrate;
First and second magnetic parts formed opposite to each other with the magnetoelectric conversion element sandwiched in the same plane on one side of the substrate;
With
The first and second magnetic parts are formed such that the width in the direction perpendicular to the facing direction increases as the distance from the magnetoelectric conversion element increases.
A first lower permeability than air formed on one side of the substrate opposite to both sides of the magnetoelectric conversion element in a direction perpendicular to the opposing direction of the first and second magnetic body portions. And a second low magnetic permeability part.
前記基板の一方面に形成された磁電変換素子と、
前記基板の一方面に対向する対向面にその厚み方向に凹部を形成するように形成された支持部と、
前記凹部内の周壁部表面に形成された、空気よりも透磁率が低い第4の低透磁率部と、
前記基板の対向面上に前記第4の低透磁率部と繋がって形成された、空気よりも透磁率が低い第5の低透磁率部と、
前記第4及び第5の低透磁率部と前記凹部における底部とを覆うように形成された第3の磁性体部と、
を備え、
前記磁電変換素子は、前記底部と対向する位置に設けられていることを特徴とする磁気センサ。 A flat substrate;
A magnetoelectric transducer formed on one surface of the substrate;
A support portion formed so as to form a recess in the thickness direction on the facing surface facing the one surface of the substrate;
A fourth low-permeability portion formed on the surface of the peripheral wall portion in the recess and having a lower magnetic permeability than air;
A fifth low magnetic permeability portion having a lower magnetic permeability than air formed on the opposing surface of the substrate connected to the fourth low magnetic permeability portion;
A third magnetic body portion formed to cover the fourth and fifth low magnetic permeability portions and a bottom portion of the recess;
With
The magnetic sensor, wherein the magnetoelectric conversion element is provided at a position facing the bottom.
前記基板の一方面に形成された第1の磁気センサと、
前記基板の厚み方向に形成された第2の磁気センサと、
を備え、
前記第1の磁気センサは請求項1記載の磁気センサであり、前記第2の磁気センサは請求項3記載の磁気センサであることを特徴とする磁気センサ。 A flat substrate;
A first magnetic sensor formed on one side of the substrate;
A second magnetic sensor formed in the thickness direction of the substrate;
With
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the first magnetic sensor is a magnetic sensor according to claim 1, and the second magnetic sensor is a magnetic sensor according to claim 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004247310A JP2006064530A (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Magnetic sensor |
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JP2004247310A JP2006064530A (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Magnetic sensor |
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ID=36111142
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JP2004247310A Pending JP2006064530A (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Magnetic sensor |
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Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009014603A (en) * | 2007-07-06 | 2009-01-22 | Fujikura Ltd | Magnetic detecting element and its manufacturing method |
JP2014006127A (en) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Multiaxial magnetic sensor and method of manufacturing the same |
-
2004
- 2004-08-26 JP JP2004247310A patent/JP2006064530A/en active Pending
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