JP2016017830A - Magnetic sensor - Google Patents

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祐子 石原
Yuko Ishihara
祐子 石原
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Asahi Kasei Electronics Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor with which it is possible to generate a high magnetic field allowing for sensitivity adjustment and adjust sensitivity with high accuracy without incurring an increase in chip area, etc.SOLUTION: The magnetic sensor comprises: hall elements 3a, 3b formed in a semiconductor substrate 2; a magnetic convergence plate 4 provided on the semiconductor substrate 2; and internal coils 5a, 5b disposed above each of the hall elements 3a, 3b, the magnetic convergence plate 4 having projections 4a, 4b projecting to the semiconductor substrate 2 side in its end area, with the hall elements 3a, 3b disposed at positions where they overlap the projections 4a, 4b of the magnetic convergence plate 4 in the top plan view, and the internal coils 5a, 5b being disposed so as to enclose the projections 4a, 4b. As the projections 4a, 4b that are portions of the magnetic convergence plate 4 are disposed inside the internal coils 5a, 5b, the magnetic permeability inside the internal coils 5a, 5b is heightened and the generated magnetic field is augmented.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、磁気を検出する磁気センサに関し、より詳細には、感度調整を行うことの可能な磁気センサに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor for detecting magnetism, and more particularly to a magnetic sensor capable of performing sensitivity adjustment.

従来から磁気センサとして、半導体基板に設けられたホール素子と、このホール素子上に設けられた磁気収束機能を有する磁気収束板とを備え、磁気収束板により磁気収束させて、その磁界強度をホール素子で検出するようにした磁気センサが知られている。
図1は、このように磁気収束板により磁気収束させて、その磁界強度をホール素子で検出するようにした磁気センサを説明するための構成図の一例である。
図1に示すように、磁気センサ100は、半導体回路101を含み、この半導体回路101は、半導体基板103と、この半導体基板103に設けられたホール素子104a、104bとを備える。磁気センサ100は、半導体回路101上に保護層105と接着層106とが順次設けられ、さらに接着層106の上に磁気収束板102が設けられてなる。
Conventionally, as a magnetic sensor, a Hall element provided on a semiconductor substrate and a magnetic focusing plate having a magnetic focusing function provided on the Hall element are provided. 2. Description of the Related Art A magnetic sensor that detects an element is known.
FIG. 1 is an example of a configuration diagram for explaining a magnetic sensor in which magnetic converging is performed by a magnetic converging plate and the magnetic field strength is detected by a Hall element.
As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 100 includes a semiconductor circuit 101, and the semiconductor circuit 101 includes a semiconductor substrate 103 and Hall elements 104 a and 104 b provided on the semiconductor substrate 103. In the magnetic sensor 100, a protective layer 105 and an adhesive layer 106 are sequentially provided on a semiconductor circuit 101, and a magnetic convergence plate 102 is provided on the adhesive layer 106.

このように、ホール素子と磁気収束機能を有する磁気収束板とを組み合わせた磁気センサに関しては、例えば、特許文献1に記載のセンサが提案されている。この特許文献1に記載のセンサは、磁場の方向を2次元で決定できるようにした磁場方向検出センサに関するものであり、平らな形状を有する磁気収束板と、第1のホール素子及び第2のホール素子とを備え、これらホール素子が磁気収束板の端部領域に配置されてなる。
また、例えば図2、図3に示すように、感磁部の感磁方向に水平磁界発生用コイルを設け、感度測定を行うようにした磁気センサも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
図2は感度測定を行うようにした磁気センサの上面図、図3はその断面を模式的に示した断面模式図である。
As described above, for example, a sensor described in Patent Document 1 has been proposed for a magnetic sensor that combines a Hall element and a magnetic focusing plate having a magnetic focusing function. The sensor described in Patent Document 1 relates to a magnetic field direction detection sensor that can determine the direction of a magnetic field in two dimensions, and includes a magnetic converging plate having a flat shape, a first Hall element, and a second Hall element. Hall elements are arranged in the end region of the magnetic flux concentrating plate.
For example, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, a magnetic sensor is proposed in which a horizontal magnetic field generating coil is provided in the magnetic sensing direction of the magnetic sensing unit to perform sensitivity measurement (see, for example, Patent Document 2). ).
FIG. 2 is a top view of a magnetic sensor that performs sensitivity measurement, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing the cross-section thereof.

図2、図3に示す磁気センサ100aは、互いに離間して複数のホール素子121a、121b(X軸ホール素子)及び121c、121d(Y軸ホール素子)が半導体基板(図示せず)上に設けられ、この半導体基板上に各ホール素子121a〜121dを覆うように磁気収束機能を有する、円盤状の磁気収束板122が設けられている。磁気収束板122の中央領域の下方には、ホール素子121a〜121dの感磁部の感磁方向に垂直な方向に水平磁界成分を発生させる感度測定のための水平方向磁界発生用コイル123が設けられている。この水平方向磁界発生用コイル123により発生した水平磁界成分を、磁気収束板122の端部領域に設けられたホール素子121a〜121dで検出するように構成されている。なお、垂直磁界発生用コイル124a〜124dは、ホール素子121a〜121dの感磁部の感磁方向に並行な方向に垂直磁界成分を発生させる感度測定のために設けられている。   The magnetic sensor 100a shown in FIGS. 2 and 3 is provided with a plurality of Hall elements 121a and 121b (X-axis Hall elements) and 121c and 121d (Y-axis Hall elements) on a semiconductor substrate (not shown) spaced apart from each other. A disk-shaped magnetic converging plate 122 having a magnetic converging function is provided on the semiconductor substrate so as to cover the Hall elements 121a to 121d. Below the central region of the magnetic flux concentrating plate 122, a horizontal magnetic field generating coil 123 is provided for sensitivity measurement for generating a horizontal magnetic field component in a direction perpendicular to the magnetic sensitive direction of the magnetic sensitive portions of the Hall elements 121a to 121d. It has been. A horizontal magnetic field component generated by the horizontal magnetic field generating coil 123 is configured to be detected by Hall elements 121 a to 121 d provided in the end region of the magnetic flux concentrating plate 122. The vertical magnetic field generating coils 124a to 124d are provided for sensitivity measurement for generating a vertical magnetic field component in a direction parallel to the magnetic sensitive direction of the magnetic sensitive portions of the Hall elements 121a to 121d.

特開2002−071381号公報JP 2002-071381 A 国際公開2008/123144号パンフレットInternational Publication No. 2008/123144 Pamphlet

しかしながら、従来の構成では、例えば、磁気センサのテストを行うテスト工程において、感度測定用のコイルが発生する磁場が小さく、精度良く感度調整を行うことができない。また、高い磁場を発生させるためには、大きな電流を流す必要があり、その分、チップ面積が増大するという問題もある。テスト工程以外でも、信号を検出しながら、磁気センサ素子の感度調整を行うようなアプリケーションにおいても同様で、精度良く感度調整できない、または、消費電流が大きくなるという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、チップ面積の増大などを伴うことなく大きい磁場を発生させることができ、精度良く感度調整を行うことができる磁気センサを提供することにある。
However, in the conventional configuration, for example, in a test process for testing a magnetic sensor, a magnetic field generated by a sensitivity measurement coil is small, and sensitivity adjustment cannot be performed with high accuracy. In addition, in order to generate a high magnetic field, it is necessary to flow a large current, and there is a problem that the chip area increases accordingly. The same applies to applications other than the test process in which the sensitivity of the magnetic sensor element is adjusted while detecting a signal, and there is a problem that the sensitivity cannot be adjusted accurately or the current consumption increases.
The present invention has been made in view of such a problem. The object of the present invention is to generate a large magnetic field without increasing the chip area and to perform sensitivity adjustment with high accuracy. It is to provide a magnetic sensor.

本発明の一態様による磁気センサは、半導体基板に形成された磁気センサ素子(例えば図5に示す、ホール素子3a、3b)と、前記磁気センサ素子の上方に設けられた磁気収束板(例えば図5に示す、磁気収束板4)と、前記磁気センサ素子と前記磁気収束板との間に配置された第1内蔵コイル(例えば図5に示す、内蔵コイル5a、5b)と、を備え、前記磁気収束板は前記磁気センサ素子側に突出した突出部(例えば図5に示す、突出部4a、4b)を有し、前記第1内蔵コイルは、前記突出部を囲むように配置されていることを特徴とする。
前記磁気収束板が円盤形状であり、前記磁気収束板の端部領域に、前記突出部を有していてもよい。
前記半導体基板と前記磁気収束板との間に層間絶縁層(例えば図5に示す、層間絶縁層6)をさらに備え、前記突出部及び前記第1内蔵コイルは、前記層間絶縁層中に配置されていてよい。
A magnetic sensor according to one aspect of the present invention includes a magnetic sensor element (for example, Hall elements 3a and 3b shown in FIG. 5) formed on a semiconductor substrate, and a magnetic convergence plate (for example, FIG. 5) provided above the magnetic sensor element. 5) and a first built-in coil (for example, built-in coils 5a and 5b shown in FIG. 5) disposed between the magnetic sensor element and the magnetic focusing plate, The magnetic flux concentrating plate has a protruding portion (for example, protruding portions 4a and 4b shown in FIG. 5) protruding toward the magnetic sensor element side, and the first built-in coil is disposed so as to surround the protruding portion. It is characterized by.
The magnetic converging plate may have a disk shape, and the protrusion may be provided in an end region of the magnetic converging plate.
An interlayer insulating layer (for example, an interlayer insulating layer 6 shown in FIG. 5) is further provided between the semiconductor substrate and the magnetic flux concentrating plate, and the protruding portion and the first built-in coil are disposed in the interlayer insulating layer. It may be.

前記磁気収束板は、磁気収束板本体(例えば図9に示す、磁気収束板10)と、当該磁気収束板本体とは別体からなる前記突出部(例えば図9に示す、内蔵磁気収束板10a、10b)とを有し、前記突出部は、前記磁気収束板本体と前記磁気センサ素子との間に配置され、前記第1内蔵コイルは、前記突出部を囲むように配置されていてよい。
前記磁気収束板の中央領域の前記磁気センサ素子側に、前記第1内蔵コイルとは別の第2内蔵コイル(例えば図8に示す、内蔵コイル7)を備えていてよい。
前記1内蔵コイルまたは前記第2内蔵コイルへ、コイル電流を供給するコイル電流源をさらに備えていてよい。
The magnetic converging plate includes a magnetic converging plate main body (for example, magnetic converging plate 10 shown in FIG. 9) and the protruding portion (for example, shown in FIG. 10b), the protrusion may be disposed between the magnetic focusing plate body and the magnetic sensor element, and the first built-in coil may be disposed so as to surround the protrusion.
A second built-in coil (for example, built-in coil 7 shown in FIG. 8) different from the first built-in coil may be provided on the magnetic sensor element side in the central region of the magnetic flux concentrating plate.
A coil current source for supplying a coil current to the first built-in coil or the second built-in coil may be further provided.

本発明の他の態様による磁気センサは、半導体基板に形成された磁気センサ素子(例えば図5に示す、ホール素子3a、3b)と、前記磁気センサ素子の上方に設けられた磁気収束板(例えば図5に示す、磁気収束板4)と、前記磁気センサ素子と前記磁気収束板との間に配置された、感度調整用内蔵コイル(例えば図5に示す、内蔵コイル5a、5b)と、を備え、前記磁気収束板は、前記磁気センサ素子側に突出した突出部(例えば図5に示す、突出部4a、4b)を有し、前記突出部は、前記感度調整用内蔵コイルが発生する磁場を増強する位置に配置されることを特徴とする。   A magnetic sensor according to another aspect of the present invention includes a magnetic sensor element (for example, Hall elements 3a and 3b shown in FIG. 5) formed on a semiconductor substrate, and a magnetic focusing plate (for example, provided above the magnetic sensor element). 5 and a magnetic focusing plate 4) and a sensitivity adjusting built-in coil (for example, built-in coils 5a and 5b shown in FIG. 5) disposed between the magnetic sensor element and the magnetic focusing plate. The magnetic converging plate has a protrusion (for example, protrusions 4a and 4b shown in FIG. 5) protruding toward the magnetic sensor element, and the protrusion is a magnetic field generated by the sensitivity adjustment built-in coil. It arrange | positions in the position which strengthens.

前記磁気センサ素子が、ホール素子であってもよい。
本発明の他の態様による磁気センサの製造方法は、半導体基板にホール素子を形成する工程と、当該ホール素子が形成された半導体基板上に、金属配線を用いた感度調整用コイルを有する層間絶縁層を形成する工程と、前記感度調整用コイルの内部領域の前記層間絶縁層を除去して空洞部分を形成する工程と、前記空洞部分と前記層間絶縁層上とに磁気収束板を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
The magnetic sensor element may be a Hall element.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a magnetic sensor comprising: a step of forming a Hall element on a semiconductor substrate; and an interlayer insulation having a sensitivity adjustment coil using metal wiring on the semiconductor substrate on which the Hall element is formed. Forming a layer, removing the interlayer insulating layer in the inner region of the sensitivity adjusting coil to form a cavity, and forming a magnetic flux concentrator on the cavity and the interlayer insulating layer And.

本発明の一態様によれば、チップ面積の増大などを伴うことなく高い磁場を発生させることができ、その結果、磁気センサの感度調整を精度よく行うことができる。   According to one embodiment of the present invention, a high magnetic field can be generated without increasing the chip area, and as a result, sensitivity adjustment of the magnetic sensor can be performed with high accuracy.

従来の磁気センサの一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional magnetic sensor. 感度測定を行うようにした磁気センサの一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of the magnetic sensor made to perform a sensitivity measurement. 感度測定を行うようにした磁気センサの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the magnetic sensor made to perform a sensitivity measurement. 本発明の前提となる磁気センサの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the magnetic sensor used as the premise of this invention. 本発明の第1実施形態における磁気センサの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the magnetic sensor in 1st Embodiment of this invention. 第2実施形態における磁気センサの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the magnetic sensor in 2nd Embodiment. 第2実施形態における磁気センサによる水平磁界成分の発生状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation | occurrence | production state of the horizontal magnetic field component by the magnetic sensor in 2nd Embodiment. 第2実施形態における磁気センサの垂直方向磁界発生用コイルによる垂直磁界成分の発生状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation | occurrence | production state of the perpendicular magnetic field component by the coil for perpendicular direction magnetic field generation of the magnetic sensor in 2nd Embodiment. 第3実施形態における磁気センサの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the magnetic sensor in 3rd Embodiment. 本発明の変形例における磁気センサの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the magnetic sensor in the modification of this invention. 第1実施形態における磁気センサの製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the magnetic sensor in 1st Embodiment. 本発明における磁気センサの製造方法のその他の例を示す工程図である。It is process drawing which shows the other example of the manufacturing method of the magnetic sensor in this invention.

<前提構成>
まず、本発明の前提となる磁気センサ(以下、前提磁気センサともいう。)の構成の一例を説明する。
図4は、前提磁気センサ1の一例を示す断面模式図である。図4に示すように、前提磁気センサ1は、半導体基板2に形成されたホール素子3aおよび3b(磁気センサ素子)と、半導体基板2上に設けられた磁気収束板4と、ホール素子3a、3bそれぞれの上方に配置された内蔵コイル5a、5b(第1内蔵コイル、感度調整用内蔵コイル)と、を備える。半導体基板2上には層間絶縁層6が形成され、磁気収束板4は、層間絶縁層6を介して半導体基板2上に配置される。また、内蔵コイル5a、5bは層間絶縁層6内に形成されている。上面視で、磁気収束板4の端部領域と重なる位置に、ホール素子3a、3bが配置される。なお、磁気収束板は、磁気収束機能を有する軟磁性体である。
<Prerequisite configuration>
First, an example of a configuration of a magnetic sensor (hereinafter also referred to as a premise magnetic sensor) which is a premise of the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the premise magnetic sensor 1. As shown in FIG. 4, the premise magnetic sensor 1 includes Hall elements 3a and 3b (magnetic sensor elements) formed on the semiconductor substrate 2, a magnetic focusing plate 4 provided on the semiconductor substrate 2, a Hall element 3a, Built-in coils 5a and 5b (first built-in coil, built-in coil for sensitivity adjustment) disposed above each of 3b. An interlayer insulating layer 6 is formed on the semiconductor substrate 2, and the magnetic flux concentrating plate 4 is disposed on the semiconductor substrate 2 via the interlayer insulating layer 6. The built-in coils 5 a and 5 b are formed in the interlayer insulating layer 6. The Hall elements 3a and 3b are arranged at positions overlapping the end region of the magnetic flux converging plate 4 when viewed from above. The magnetic converging plate is a soft magnetic material having a magnetic converging function.

内蔵コイル5a、5bにコイル電流が供給されることで、内蔵コイル5a、5bにより磁場が発生し、その磁場をホール素子3a、3bがホール起電力として検出する。この検出されたホール起電力を信号処理することにより、感度調整等を行うことができる。
このとき、内蔵コイル5a、5bにより発生する磁場は、下記式(1)で近似される。
B0=μa×n×I/2r ……(1)
ここで、μaは層間絶縁層6の透磁率、nは内蔵コイル5a、5bのコイル巻き数、Iは内蔵コイル5a、5bに供給されるコイル電流、rは内蔵コイル5a、5bの半径を示す。
なお、磁場が発生する方向は、内蔵コイル5a、5bに流すコイル電流の向きを反転させることによって、逆方向にも変えられる。
When a coil current is supplied to the built-in coils 5a and 5b, a magnetic field is generated by the built-in coils 5a and 5b, and the Hall elements 3a and 3b detect the magnetic field as Hall electromotive force. By performing signal processing on the detected hall electromotive force, sensitivity adjustment and the like can be performed.
At this time, the magnetic field generated by the built-in coils 5a and 5b is approximated by the following formula (1).
B0 = μa × n × I / 2r (1)
Here, μa is the magnetic permeability of the interlayer insulating layer 6, n is the number of turns of the built-in coils 5a and 5b, I is the coil current supplied to the built-in coils 5a and 5b, and r is the radius of the built-in coils 5a and 5b. .
The direction in which the magnetic field is generated can be changed to the reverse direction by reversing the direction of the coil current flowing through the built-in coils 5a and 5b.

<第1実施形態>
次に、第1実施形態について説明する。
図5は、第1実施形態における磁気センサ11の一例を示す断面模式図である。
第1実施形態における磁気センサ11は、半導体基板2に形成されたホール素子3a、3bと、半導体基板2上に設けられた磁気収束板4と、ホール素子3a、3bそれぞれの上方に配置された内蔵コイル5a、5bと、を備えた磁気センサである。
磁気収束板4は、断面視で、下方、すなわち半導体基板2側に突出した突出部4a、4bを端部領域に有する。この磁気収束板4は、半導体基板2上に形成された層間絶縁層6を介して半導体基板2上に形成され、突出部4a、4bは、層間絶縁層6に埋め込まれた状態となっている。
<First Embodiment>
Next, the first embodiment will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the magnetic sensor 11 in the first embodiment.
The magnetic sensor 11 in the first embodiment is disposed above the Hall elements 3a and 3b formed on the semiconductor substrate 2, the magnetic convergence plate 4 provided on the semiconductor substrate 2, and the Hall elements 3a and 3b, respectively. It is a magnetic sensor provided with built-in coils 5a and 5b.
The magnetic converging plate 4 has projecting portions 4 a and 4 b projecting downward, that is, toward the semiconductor substrate 2, in an end region in a cross-sectional view. The magnetic flux concentrating plate 4 is formed on the semiconductor substrate 2 via an interlayer insulating layer 6 formed on the semiconductor substrate 2, and the protrusions 4 a and 4 b are embedded in the interlayer insulating layer 6. .

なお、ここでは、磁気収束板4を層間絶縁層6の上に配置しているが、磁気収束板4と層間絶縁層6との間にさらに接着層を有する形態であってもよい。この場合には、後述の図10の磁気収束板本体10および内蔵磁気収束板10M(10a、10b)のように、突出部4a、4bを磁気収束板4の本体部分とは別体として形成してもよい。
そして、上面視で磁気収束板4の端部領域、すなわち突出部4a、4bと重なる位置にホール素子3a、3bが配置され、且つホール素子3a、3bと突出部4a、4bとの間には層間絶縁層6が介在する。
In this case, the magnetic flux concentrating plate 4 is disposed on the interlayer insulating layer 6, but an adhesive layer may be further provided between the magnetic converging plate 4 and the interlayer insulating layer 6. In this case, the protruding portions 4a and 4b are formed separately from the main body portion of the magnetic converging plate 4 as in the magnetic converging plate main body 10 and the built-in magnetic converging plates 10M (10a and 10b) of FIG. May be.
The Hall elements 3a and 3b are arranged in positions overlapping the end regions of the magnetic flux converging plate 4 in the top view, that is, the protrusions 4a and 4b, and between the Hall elements 3a and 3b and the protrusions 4a and 4b. Interlayer insulating layer 6 is interposed.

内蔵コイル5a、5bは、層間絶縁層6中に配置され、かつ突出部4a、4bをそれぞれ囲むように配置される。この内蔵コイル5a、5bは、垂直磁界発生用のコイルである。この内蔵コイル5a〜5dにコイル電流を供給することにより、磁気収束板4とホール素子3a〜3dとの間に垂直磁界成分が発生し、この垂直磁界成分を、ホール素子3a〜3dが検出するように構成されている。   The built-in coils 5a and 5b are disposed in the interlayer insulating layer 6 and are disposed so as to surround the protrusions 4a and 4b, respectively. The built-in coils 5a and 5b are coils for generating a vertical magnetic field. By supplying a coil current to the built-in coils 5a to 5d, a vertical magnetic field component is generated between the magnetic flux converging plate 4 and the Hall elements 3a to 3d, and the Hall elements 3a to 3d detect this vertical magnetic field component. It is configured as follows.

内蔵コイル5a、5bは、ループ状のコイルが望ましく、その形状はホール素子3a、3bの形状や大きさ、数などにより、円形、正方形、長方形など様々な選択が可能である。
図4に示す前提磁気センサ1の構成と比較して、磁気センサ11は、磁気収束板4の一部、具体的には突出部4a、4bが、層間絶縁層6に埋め込まれており、磁気収束板4の、下方すなわち半導体基板2側に突出した突出部4a、4bの周囲を囲むように内蔵コイル5a、5bが配置されている点が異なる。
The built-in coils 5a and 5b are preferably loop-shaped coils, and various shapes such as a circle, a square, and a rectangle can be selected depending on the shape, size, number, and the like of the hall elements 3a and 3b.
Compared with the configuration of the premise magnetic sensor 1 shown in FIG. 4, the magnetic sensor 11 has a part of the magnetic convergence plate 4, specifically, the protrusions 4 a and 4 b embedded in the interlayer insulating layer 6. The difference is that the built-in coils 5a and 5b are arranged so as to surround the protrusions 4a and 4b protruding below the converging plate 4, that is, toward the semiconductor substrate 2 side.

このとき、内蔵コイル5a、5bから発生する磁場は、下記式(2)で近似される。
B1=μm×n×I/2r ……(2)
ここで、μmは磁気収束板4の透磁率、nは内蔵コイル5a、5bのコイル巻き数、Iはコイル電流、rは半径を示す。
前述の式(1)の磁場と比較して、透磁率が式(1)ではμa(層間絶縁層6の透磁率)であるのに対し、式(2)ではμm(磁気収束板4の透磁率)である。磁気収束板4の透磁率は、層間絶縁層6の透磁率よりも高いため、B0<B1となる。
At this time, the magnetic field generated from the built-in coils 5a and 5b is approximated by the following equation (2).
B1 = μm × n × I / 2r (2)
Here, μm represents the magnetic permeability of the magnetic converging plate 4, n represents the number of coil turns of the built-in coils 5a and 5b, I represents the coil current, and r represents the radius.
Compared with the magnetic field of the above formula (1), the permeability is μa (the permeability of the interlayer insulating layer 6) in the formula (1), whereas in the formula (2), the permeability is μm (the permeability of the magnetic focusing plate 4). Magnetic susceptibility). Since the magnetic permeability of the magnetic flux concentrating plate 4 is higher than the magnetic permeability of the interlayer insulating layer 6, B0 <B1.

第1実施形態では、内蔵コイル5a、5bの中に、軟磁性体である磁気収束板4の一部(突出部4a、4b)が配置される構成となっているため、内蔵コイル5a、5b内部の透磁率を高め、発生する磁場を増強する構成となっている。その結果、増強した分相当だけ、大きな磁場が発生されることになる。
そのため、可能な限り大きな磁場で感度調整のテスト工程を行う場合や、内蔵コイルにより時分割で感度調整を行うアプリケーションにおいても、少ないコイル電流で大きい磁場を発生させることができる。その結果、より精度よく磁気センサ素子の感度調整を行うことができる。
In 1st Embodiment, since it has the structure by which a part (projection part 4a, 4b) of the magnetic convergence board 4 which is a soft magnetic body is arrange | positioned in the built-in coils 5a and 5b, built-in coils 5a and 5b. The internal magnetic permeability is increased to increase the generated magnetic field. As a result, a large magnetic field corresponding to the increased amount is generated.
Therefore, even when the sensitivity adjustment test process is performed with as large a magnetic field as possible, or in applications where sensitivity adjustment is performed in a time-sharing manner using a built-in coil, a large magnetic field can be generated with a small coil current. As a result, the sensitivity of the magnetic sensor element can be adjusted with higher accuracy.

また、上述の通り、大きな電流を流すことなく、発生する磁場を増強することができるため、その分、磁気センサ11が搭載されたチップ面積が増大することなく、実現することができる。
また、同じ大きさの磁場を発生させるのに、より少ない電流量で良い。そのため、内蔵コイル5a〜5dにコイル電流を供給するコイル電流源(図示せず)やスイッチなどのレイアウト面積を縮小することも可能となる。なお内蔵コイル5a〜5dへのコイル電流は、磁気センサ11の構成品の一部としてコイル電流源を設け、このコイル電流源からコイル電流を供給するようにしてもよく、あるいは磁気センサ11の外部に設けられたコイル電流源からコイル電流の供給を受けるようにしてもよい。
In addition, as described above, since the generated magnetic field can be increased without flowing a large current, it can be realized without increasing the chip area on which the magnetic sensor 11 is mounted.
Also, a smaller amount of current may be used to generate the same magnitude magnetic field. Therefore, it is possible to reduce the layout area of a coil current source (not shown) that supplies a coil current to the built-in coils 5a to 5d, switches, and the like. As for the coil current to the built-in coils 5a to 5d, a coil current source may be provided as a part of the components of the magnetic sensor 11, and the coil current may be supplied from this coil current source. The coil current may be supplied from a coil current source provided in the circuit.

また、図5に示すように、磁気収束板4に突出部4a、4bを設けた場合、突出部4a、4bを同一形状に形成したとしても、形状や配置位置の誤差などによって、ホール素子3a、3bの検出信号に影響を与える可能性がある。つまり、突出部4a、4bを設けることによって、ホール素子3a、3bに影響を与えるため磁気センサ11自体の検出精度に影響を与える可能性がある。しかしながら、内蔵コイル5a、5bにコイル電流を供給して発生させた磁場を利用してホール素子3a、3bの感度調整を行うため、突出部4a、4bの影響を加味したホール素子3a、3bの検出信号を用いて感度調整を行うこととなる。そのため、ホール素子3a、3bに影響を与える可能性のある突出部4a、4bを設けたとしても、感度調整を行うことによって磁気センサ11としては何ら影響を受けることはない。それにより、精度よく感度調整を行うことができる。
なお、第1実施形態では、二次元の磁場における感度調整を行う磁気センサに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、向かい合うホール素子どうしを結ぶ線分が直交するように4つのホール素子を配置し、三次元の磁場における感度調整を行うことの可能な磁気センサに適用することも可能である。
In addition, as shown in FIG. 5, when the protrusions 4a and 4b are provided on the magnetic flux concentrating plate 4, even if the protrusions 4a and 4b are formed in the same shape, the Hall element 3a is caused by an error in the shape or the arrangement position. 3b may be affected. That is, by providing the protrusions 4a and 4b, the Hall elements 3a and 3b are affected, which may affect the detection accuracy of the magnetic sensor 11 itself. However, since the sensitivity of the Hall elements 3a and 3b is adjusted using a magnetic field generated by supplying a coil current to the built-in coils 5a and 5b, the Hall elements 3a and 3b that take into account the influence of the protrusions 4a and 4b are used. Sensitivity adjustment is performed using the detection signal. Therefore, even if the protrusions 4a and 4b that may affect the Hall elements 3a and 3b are provided, the magnetic sensor 11 is not affected at all by performing sensitivity adjustment. Thereby, sensitivity adjustment can be performed with high accuracy.
In the first embodiment, the case where the present invention is applied to a magnetic sensor that performs sensitivity adjustment in a two-dimensional magnetic field has been described. However, the present invention is not limited to this, and four lines are formed so that line segments that connect opposing Hall elements are orthogonal to each other. The present invention can also be applied to a magnetic sensor in which a Hall element is arranged and sensitivity adjustment in a three-dimensional magnetic field can be performed.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態について説明する。
図6は、第2実施形態における磁気センサ21の一例を示す断面模式図である。また、磁気センサ21の上面図を図7(a)に示す。
第2実施形態における磁気センサ21は、半導体基板2に形成されたホール素子3a〜3dと、半導体基板2上に設けられた磁気収束板4と、ホール素子3a〜3dそれぞれの上方に配置された内蔵コイル5a〜5dと、を備え、さらに磁気センサ21は、内蔵コイル5a〜5dとは別の内蔵コイル7(第2内蔵コイル)を備える。磁気収束板4は、例えば円盤形状を有し、断面視で、下方、すなわち半導体基板2側に突出した突出部4a〜4dを端部領域に有する。この突出部4a〜4dは、突出部4aと4bとを結ぶ線分を軸として線対称となる位置に配置される。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of the magnetic sensor 21 in the second embodiment. A top view of the magnetic sensor 21 is shown in FIG.
The magnetic sensor 21 in the second embodiment is disposed above the Hall elements 3a to 3d formed on the semiconductor substrate 2, the magnetic convergence plate 4 provided on the semiconductor substrate 2, and the Hall elements 3a to 3d, respectively. The magnetic sensor 21 includes a built-in coil 7 (second built-in coil) different from the built-in coils 5a to 5d. The magnetic flux concentrating plate 4 has, for example, a disk shape, and has protrusions 4 a to 4 d that protrude downward, that is, toward the semiconductor substrate 2, in the end region in a cross-sectional view. The protrusions 4a to 4d are arranged at positions that are line-symmetric with respect to a line segment that connects the protrusions 4a and 4b.

また、磁気収束板4は、半導体基板2上に形成された層間絶縁層6を介して半導体基板2上に配置され、突出部4a〜4dは、層間絶縁層6に埋め込まれた状態となっている。なお、ここでは、磁気収束板4を層間絶縁層6の上に配置しているが、磁気収束板4と層間絶縁層6との間にさらに接着層を有する形態であってもよい。
図6に示すように、上面視で磁気収束板4の端部領域の、突出部4a〜4dと重なる位置に、対応するホール素子3a〜3dが配置され、且つホール素子3a〜3dと突出部4a〜4dとの間には層間絶縁層6が介在する。そして、ホール素子3a、3bは例えばX軸方向の磁界を検出するホール素子として動作し、ホール素子3c、3dはX軸と直交するY軸方向の磁界を検出するホール素子として動作する。
Further, the magnetic flux concentrating plate 4 is disposed on the semiconductor substrate 2 via an interlayer insulating layer 6 formed on the semiconductor substrate 2, and the protruding portions 4 a to 4 d are embedded in the interlayer insulating layer 6. Yes. In this case, the magnetic flux concentrating plate 4 is disposed on the interlayer insulating layer 6, but an adhesive layer may be further provided between the magnetic converging plate 4 and the interlayer insulating layer 6.
As shown in FIG. 6, corresponding Hall elements 3 a to 3 d are arranged at positions overlapping the protrusions 4 a to 4 d in the end region of the magnetic flux converging plate 4 in a top view, and the Hall elements 3 a to 3 d and the protrusions are arranged. Interlayer insulating layer 6 is interposed between 4a-4d. The Hall elements 3a and 3b operate as, for example, Hall elements that detect a magnetic field in the X-axis direction, and the Hall elements 3c and 3d operate as Hall elements that detect a magnetic field in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis.

内蔵コイル5a〜5dは、それぞれ対応する突出部4a〜4dを囲むように配置される。内蔵コイル7は、上面視で、磁気収束板4の中央領域の下方に配置され且つ、内蔵コイル5a〜5dと同等の垂直位置に配置される。つまり、内蔵コイル5a〜5d、および内蔵コイル7は、層間絶縁層6中に配置される。
すなわち第2実施形態における磁気センサ21は、ホール素子3a〜3dの検出信号を用いて、互いに直交する水平方向(X,Y)、垂直方向(Z)の磁気感度を検出するようにした磁気センサであって、内蔵コイル5a〜5dの中に、磁気収束板4の一部すなわち突出部4a〜4dが配置される構成となっているため、第1実施形態における磁気センサ11と同様に、内蔵コイル5a〜5dのコイル内部の透磁率を高め、発生する磁場を増強する構成となっている。
The built-in coils 5a to 5d are arranged so as to surround the corresponding protrusions 4a to 4d, respectively. The built-in coil 7 is disposed below the central region of the magnetic flux converging plate 4 in a top view and is disposed at a vertical position equivalent to the built-in coils 5a to 5d. That is, the built-in coils 5 a to 5 d and the built-in coil 7 are arranged in the interlayer insulating layer 6.
That is, the magnetic sensor 21 in the second embodiment detects the magnetic sensitivities in the horizontal direction (X, Y) and the vertical direction (Z) orthogonal to each other using the detection signals of the Hall elements 3a to 3d. In addition, since a part of the magnetic flux converging plate 4, that is, the protruding portions 4a to 4d are arranged in the built-in coils 5a to 5d, the built-in coils are similar to the magnetic sensor 11 in the first embodiment. The coils 5a to 5d are configured to increase the magnetic permeability inside the coils and enhance the generated magnetic field.

次に、図7及び図8を用いて、内蔵コイル5a〜5d及び内蔵コイル7を用いた、水平磁界成分と垂直磁界成分の検出について説明する。
なお、図7及び図8において、(a)は磁気センサ21の上面図、(b)は磁気センサ21の断面模式図である。
水平磁界成分の検出は、図7(b)に示すように、水平方向磁界発生用コイルとしての内蔵コイル7にコイル電流を供給し、これにより、磁気収束板4の端部近傍において、水平磁界成分に相関を有する垂直磁界成分が発生し、この発生した垂直磁界成分をホール素子3a〜3dで検出することにより行われる。
Next, detection of the horizontal magnetic field component and the vertical magnetic field component using the built-in coils 5a to 5d and the built-in coil 7 will be described with reference to FIGS.
7 and 8, (a) is a top view of the magnetic sensor 21, and (b) is a schematic cross-sectional view of the magnetic sensor 21.
In the detection of the horizontal magnetic field component, as shown in FIG. 7B, a coil current is supplied to the built-in coil 7 as a horizontal magnetic field generating coil. A vertical magnetic field component having a correlation with the component is generated, and the generated vertical magnetic field component is detected by the Hall elements 3a to 3d.

また、ホール素子3a〜3dと内蔵コイル7とは、磁気収束板4に対して同じ側に配置される。図7(a)に示すように、内蔵コイル7は、平面状の渦巻型コイルであることが望ましいが、その外形は円形、八角形、四角形などの種々の形状が考えられる。内蔵コイル7の大きさやターン数も、発生する磁界の効率や磁気収束板の直径、またホール素子3a〜3dの配置などにより、様々な選択が可能である。   Further, the Hall elements 3 a to 3 d and the built-in coil 7 are arranged on the same side with respect to the magnetic convergence plate 4. As shown in FIG. 7A, the built-in coil 7 is preferably a planar spiral coil, but the outer shape may be various shapes such as a circle, an octagon, and a rectangle. The size and the number of turns of the built-in coil 7 can be variously selected depending on the efficiency of the generated magnetic field, the diameter of the magnetic converging plate, the arrangement of the Hall elements 3a to 3d, and the like.

内蔵コイル7は、通常のICプロセスにてメタル配線層を用いて作成することが可能である。この場合、メタルの基板に近い層を用いるか、遠い層を用いるか、また複数の配線層を利用するかは、必要とされる磁界発生量とコイル効率を加味して選択することができる。
垂直方向磁界発生用コイルとしての内蔵コイル5a〜5dは、図8に示すように、ホール素子3a〜3dの感磁部の感磁方向に平行な方向に垂直磁界成分を発生させるコイルである。この内蔵コイル5a〜5dにコイル電流を供給することにより発生した垂直磁界成分を磁気収束板4の端部領域に設けられたホール素子3a〜3dで検出するように構成されている。
The built-in coil 7 can be formed using a metal wiring layer by a normal IC process. In this case, whether to use a layer close to a metal substrate, a far layer, or a plurality of wiring layers can be selected in consideration of the required magnetic field generation amount and coil efficiency.
As shown in FIG. 8, the built-in coils 5a to 5d as the vertical magnetic field generating coils are coils that generate a vertical magnetic field component in a direction parallel to the magnetic sensing direction of the magnetic sensing portions of the Hall elements 3a to 3d. A vertical magnetic field component generated by supplying a coil current to the built-in coils 5a to 5d is detected by the Hall elements 3a to 3d provided in the end region of the magnetic convergence plate 4.

したがって、ホール素子3a〜3dは、内蔵コイル(水平方向磁界発生用コイル)7によって発生した水平磁界成分の検出と、内蔵コイル(垂直方向磁界発生用コイル)5a〜5dによって発生した垂直磁界成分の検出を兼ね備えている。
なお、図6では、内蔵コイル5a〜5dは、内蔵コイル7と同等の垂直位置に配置される場合について説明したがこれに限るものではない。内蔵コイル5a〜5dが、内蔵コイル7と異なる垂直位置に配置されていてもよく、例えば内蔵コイル5a〜5dを、ホール素子3a〜3dの直下に配置してもよい。
Accordingly, the Hall elements 3a to 3d detect the horizontal magnetic field component generated by the built-in coil (horizontal magnetic field generating coil) 7 and the vertical magnetic field component generated by the built-in coils (vertical magnetic field generating coils) 5a to 5d. Combines detection.
In FIG. 6, the built-in coils 5 a to 5 d have been described in the case where they are arranged at the same vertical position as the built-in coil 7, but the present invention is not limited to this. The built-in coils 5a to 5d may be arranged at different vertical positions from the built-in coil 7. For example, the built-in coils 5a to 5d may be arranged directly below the hall elements 3a to 3d.

内蔵コイル5a〜5dは、ループ状のコイルが望ましく、その形状はホール素子3a〜3dの形状や大きさ、数などにより、円形、正方形、長方形など様々な選択が可能である。
また、内蔵コイル5a〜5dは、通常のICプロセスにてメタル配線層を用いて作成することが可能である。この場合、メタルの基板に近い層を用いるか、遠い層を用いるか、また複数の配線層を利用するかは、必要とされる磁界発生量とコイル効率を加味して選択することができる。
The built-in coils 5a to 5d are desirably loop-shaped coils, and various shapes such as a circle, a square, and a rectangle can be selected depending on the shape, size, number, and the like of the Hall elements 3a to 3d.
The built-in coils 5a to 5d can be formed using a metal wiring layer by a normal IC process. In this case, whether to use a layer close to a metal substrate, a far layer, or a plurality of wiring layers can be selected in consideration of the required magnetic field generation amount and coil efficiency.

図7に戻って、図7には、本発明に係る磁気センサ21の水平方向磁界発生用コイルとしての内蔵コイル7による水平磁界成分の発生状態が模式的に示されている。
内蔵コイル7に通電すると、図7(b)中に矢印で示すように、ホール素子3a〜3dの感磁部の感磁方向に垂直な方向に水平磁界成分(X軸成分、Y軸成分)が発生し、磁気収束板4とホール素子3a〜3dの間には垂直磁界成分(Z軸成分)が発生する。
Returning to FIG. 7, the generation state of the horizontal magnetic field component by the built-in coil 7 as the horizontal direction magnetic field generating coil of the magnetic sensor 21 according to the present invention is schematically shown in FIG. 7.
When the built-in coil 7 is energized, as indicated by arrows in FIG. 7B, horizontal magnetic field components (X-axis component, Y-axis component) in the direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the magnetic sensing portions of the Hall elements 3a to 3d. And a vertical magnetic field component (Z-axis component) is generated between the magnetic flux converging plate 4 and the Hall elements 3a to 3d.

この垂直磁界成分は、水平磁界成分に相関を有しているので、この垂直磁界成分をホール素子3a〜3dで検出することにより、感磁部の感磁方向に垂直な方向に発生する水平磁界成分の強度を検出することができる。
つまり、ホール素子3a〜3dは、内蔵コイル7により発生した、ホール素子3a〜3dの感磁部の感磁方向に垂直な方向の水平磁界成分を検出することができる。
Since this vertical magnetic field component has a correlation with the horizontal magnetic field component, a horizontal magnetic field generated in a direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the magnetic sensing unit by detecting this vertical magnetic field component with the Hall elements 3a to 3d. The intensity of the component can be detected.
That is, the Hall elements 3a to 3d can detect a horizontal magnetic field component generated by the built-in coil 7 in a direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the magnetic sensing parts of the Hall elements 3a to 3d.

図8(a)及び図8(b)には、本発明に係る磁気センサ21の内蔵コイル5a〜5dによる垂直磁界成分の発生状態が模式的に示されている。
内蔵コイル5a〜5dに通電すると、図8(b)中に矢印で示すように、磁気収束板4とホール素子3a〜3dの間には垂直磁界成分(Z軸成分)が発生する。
この垂直磁界成分をホール素子3a〜3dで検出することにより、垂直磁界成分の強度を検出することができる。つまり、ホール素子3a〜3dは、内蔵コイル5a〜5dにより発生した、磁気収束板4とホール素子3a〜3dの間の垂直磁界成分を検出することができる。
FIG. 8A and FIG. 8B schematically show the state of vertical magnetic field components generated by the built-in coils 5a to 5d of the magnetic sensor 21 according to the present invention.
When the built-in coils 5a to 5d are energized, a vertical magnetic field component (Z-axis component) is generated between the magnetic flux converging plate 4 and the Hall elements 3a to 3d, as indicated by arrows in FIG. 8B.
By detecting this vertical magnetic field component with the Hall elements 3a to 3d, the intensity of the vertical magnetic field component can be detected. That is, the Hall elements 3a to 3d can detect a vertical magnetic field component generated by the built-in coils 5a to 5d and between the magnetic flux converging plate 4 and the Hall elements 3a to 3d.

なお、内蔵コイル7により発生された水平磁界成分は、磁気センサ21の磁気収束板4の厚みと、この磁気収束板4とホール素子3a〜3dとの距離に依存するものである。ホール素子3a〜3dにより発生された垂直磁界成分は、磁気収束板4とホール素子3a〜3dとの距離に依存するものである。
このような構成の磁気センサ21において、内蔵コイル7又は/及び内蔵コイル5a〜5dに通電して磁場を発生させる。発生した磁場は、磁気収束板4を介してホール素子3a〜3dの感磁面を貫き、磁場が検出される。そして、各ホール素子3a〜3dの検出信号を時分割で取り込み、これらをもとに、X、Y、Z軸成分に分解し、これに基づき感度調整を行う。なお、X、Y、Z軸成分に分解する方法としては、例えば、国際公開第2008/123144号パンフレットに記載された手順など、公知の手順で分解することができる。
The horizontal magnetic field component generated by the built-in coil 7 depends on the thickness of the magnetic focusing plate 4 of the magnetic sensor 21 and the distance between the magnetic focusing plate 4 and the Hall elements 3a to 3d. The vertical magnetic field component generated by the Hall elements 3a to 3d depends on the distance between the magnetic flux converging plate 4 and the Hall elements 3a to 3d.
In the magnetic sensor 21 having such a configuration, the built-in coil 7 and / or the built-in coils 5a to 5d are energized to generate a magnetic field. The generated magnetic field passes through the magnetic sensitive surfaces of the Hall elements 3a to 3d via the magnetic converging plate 4, and the magnetic field is detected. Then, the detection signals of the hall elements 3a to 3d are fetched in a time division manner, and based on these, the signals are decomposed into X, Y, and Z axis components, and sensitivity adjustment is performed based on this. In addition, as a method of decomposing | disassembling into X, Y, and Z-axis component, it can decompose | disassemble by well-known procedures, such as the procedure described in the international publication 2008/123144 pamphlet, for example.

この第2実施形態においても、内蔵コイル5a〜5dのコイル内部の透磁率を高め、発生する磁場を増強することができるため、上記第1実施形態と同等の作用効果を得ることができ、すなわち、より精度よく3軸の感度調整を行うことのできる磁気センサ21を実現することができる。
なお、図7、図8において、コイル電流源50は、内蔵コイル5a〜5d、また内蔵コイル7に対してコイル電流を供給するための電流源である。内蔵コイル5a〜5dと内蔵コイル7とのそれぞれに対して個別にコイル電流を供給する専用の電流源を個別に設けてもよい。また、コイル電流源50は、磁気センサ21の構成品の一部として設けてもよく、あるいは、磁気センサ21の外部に設けたコイル電流源50からコイル電流を供給するようにしてもよい。
Also in the second embodiment, since the magnetic permeability inside the coils of the built-in coils 5a to 5d can be increased and the generated magnetic field can be enhanced, it is possible to obtain the same operational effects as the first embodiment, that is, Thus, it is possible to realize the magnetic sensor 21 that can adjust the sensitivity of the three axes with higher accuracy.
7 and 8, a coil current source 50 is a current source for supplying coil current to the built-in coils 5 a to 5 d and the built-in coil 7. A dedicated current source for supplying a coil current to each of the built-in coils 5a to 5d and the built-in coil 7 may be individually provided. Further, the coil current source 50 may be provided as a part of a component of the magnetic sensor 21, or a coil current may be supplied from a coil current source 50 provided outside the magnetic sensor 21.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図9は、第3実施形態の磁気センサ31の断面模式図である。
この第3実施形態の磁気センサ31は、第2実施形態の磁気センサ21において、磁気収束板4の形状が異なること以外は同様である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the magnetic sensor 31 of the third embodiment.
The magnetic sensor 31 of the third embodiment is the same as the magnetic sensor 21 of the second embodiment except that the shape of the magnetic flux concentrating plate 4 is different.

すなわち、第3実施形態における磁気センサ31は、磁気収束板として、層間絶縁層6の上に形成される磁気収束板本体10と、磁気収束板本体10とは別体として形成される内蔵磁気収束板とを備える。この内蔵磁気収束板は、ホール素子3a〜3dのそれぞれと対応して設けられ、図9に示すようにホール素子3a、3bに対応する内蔵磁気収束板10a、10bと、図9には図示されていないホール素子3cに対応する内蔵磁気収束板とホール素子3dに対応する内蔵磁気収束板とを備える。これら内蔵磁気収束板は、ホール素子3a〜3dと同様に、ホール素子3a、3bに対応する内蔵磁気収束板10aと10bとを結ぶ線分と、ホール素子3c、3dに対応する2つの内蔵磁気収束板を結ぶ線分とが直交するように配置される。なお、ここでは、ホール素子3a〜3dに対応する4つの内蔵磁気収束板を内蔵磁気収束板10Mとして説明する。   That is, the magnetic sensor 31 according to the third embodiment includes a magnetic focusing plate body 10 formed on the interlayer insulating layer 6 as a magnetic focusing plate and a built-in magnetic focusing plate formed separately from the magnetic focusing plate body 10. A board. This built-in magnetic converging plate is provided corresponding to each of the Hall elements 3a to 3d. As shown in FIG. 9, the built-in magnetic converging plates 10a and 10b corresponding to the Hall elements 3a and 3b are shown in FIG. A built-in magnetic focusing plate corresponding to the Hall element 3c that is not provided and a built-in magnetic focusing plate corresponding to the Hall element 3d are provided. These built-in magnetic converging plates are similar to the Hall elements 3a to 3d in that a line segment connecting the built-in magnetic converging plates 10a and 10b corresponding to the Hall elements 3a and 3b and two built-in magnetic elements corresponding to the Hall elements 3c and 3d. It arrange | positions so that the line segment which connects a convergence board may orthogonally cross. Here, four built-in magnetic focusing plates corresponding to the Hall elements 3a to 3d are described as built-in magnetic focusing plates 10M.

内蔵磁気収束板10Mは、対応するホール素子3a〜3dとの間、および磁気収束板本体10との間それぞれに層間絶縁層6が介在し、且つ、上面視で、円盤形状の磁気収束板本体10の端部領域と各内蔵磁気収束板10Mそれぞれとが重なり、且つ、ホール素子3a〜3dと対応する内蔵磁気収束板10Mとが重なるように配置される。つまり、第2実施形態における磁気センサ21において突出部4a〜4dと、磁気収束板4の本体部分(層間絶縁層6の上に形成されている磁気収束板部分)とが別体として形成されている。   The built-in magnetic converging plate 10M has a disk-shaped magnetic converging plate main body as viewed from above, with the interlayer insulating layer 6 interposed between the corresponding Hall elements 3a to 3d and the magnetic converging plate main body 10, respectively. 10 end regions and the built-in magnetic flux concentrating plates 10M overlap each other, and the hall elements 3a to 3d and the corresponding built-in magnetic converging plates 10M overlap. That is, in the magnetic sensor 21 according to the second embodiment, the protrusions 4a to 4d and the main body portion of the magnetic flux concentrating plate 4 (the magnetic converging plate portion formed on the interlayer insulating layer 6) are formed as separate bodies. Yes.

そして、内蔵コイル5a〜5dは、それぞれ対応する内蔵磁気収束板10Mを囲むように配置される。また、内蔵コイル7は、磁気収束板10の下方でホール素子3a〜3dが囲む範囲の中央部となる位置に配置される。
このように、磁気収束板本体部分(10)と図5の突出部4a〜4dに相当する部分(10M)とが別体として形成されている場合であっても、上記第2実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
The built-in coils 5a to 5d are arranged so as to surround the corresponding built-in magnetic focusing plates 10M. Further, the built-in coil 7 is disposed at a position that becomes the central portion of the range surrounded by the Hall elements 3 a to 3 d below the magnetic convergence plate 10.
As described above, even when the magnetic flux converging plate main body portion (10) and the portions (10M) corresponding to the protrusions 4a to 4d in FIG. 5 are formed as separate bodies, the same as in the second embodiment. The effect of this can be obtained.

<変形例1>
上記各実施形態の磁気センサは、ホール素子の感度調整をテストとして行う形態であっても適用することができ、動的に感度調整する形態であっても適用することができる。
<変形例2>
また、上記各実施形態の磁気センサは、さらに外部磁場測定用のホール素子を備えていてもよい。
すなわち、図10に示す磁気センサ41は、第3実施形態における磁気センサ31において、内蔵コイル7に替えて、外部磁場測定用ホール素子45を備える。
内蔵コイル5a〜5bによって発生した磁場を、感度調整用のホール素子3a〜3dにより検出し、ホール素子3a〜3dの検出信号を用いて、外部磁場測定用ホール素子45の感度変動を補正するように構成してもよい。
<Modification 1>
The magnetic sensor of each of the embodiments described above can be applied even when the sensitivity adjustment of the Hall element is performed as a test, and can be applied even when the sensitivity is dynamically adjusted.
<Modification 2>
The magnetic sensor of each of the above embodiments may further include a hall element for measuring an external magnetic field.
That is, the magnetic sensor 41 shown in FIG. 10 includes an external magnetic field measuring Hall element 45 instead of the built-in coil 7 in the magnetic sensor 31 of the third embodiment.
The magnetic field generated by the built-in coils 5a to 5b is detected by the Hall elements 3a to 3d for sensitivity adjustment, and the sensitivity variation of the Hall element 45 for external magnetic field measurement is corrected using the detection signals of the Hall elements 3a to 3d. You may comprise.

<製造方法>
次に、本実施形態の磁気センサの製造方法を説明する。
図11は、第1実施形態における磁気センサ11の製造方法の一例を示す工程図である。
まず、半導体基板2上部に、ホール素子3a、3bを形成する(図11(a))。
次に、ホール素子3a〜3dが形成された半導体基板2の上に、通常のICプロセスを用いて、層間絶縁層6と金属配線を用いた内蔵コイル5a、5bとを形成する(図11(b))。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing the magnetic sensor of this embodiment will be described.
FIG. 11 is a process diagram illustrating an example of a method for manufacturing the magnetic sensor 11 according to the first embodiment.
First, Hall elements 3a and 3b are formed on the semiconductor substrate 2 (FIG. 11A).
Next, the interlayer insulating layer 6 and the built-in coils 5a and 5b using metal wiring are formed on the semiconductor substrate 2 on which the Hall elements 3a to 3d are formed using a normal IC process (FIG. 11 ( b)).

次に、内蔵コイル5a、5bの内部の領域の層間絶縁層を、レジストを用いてエッチングし、空洞部分6aを形成する(図11(c))。
次に、空洞部分6aを含む層間絶縁層6の上にメッキ加工にて磁気収束板4を形成する(図11(d))。
これにより、空洞部分6aに磁気収束板が埋め込まれて突出部4a、4bが形成された第1実施形態における磁気センサ11が形成される。
Next, the interlayer insulating layer in the region inside the built-in coils 5a and 5b is etched using a resist to form the cavity 6a (FIG. 11C).
Next, the magnetic flux concentrating plate 4 is formed on the interlayer insulating layer 6 including the cavity 6a by plating (FIG. 11D).
Thereby, the magnetic sensor 11 in the first embodiment in which the magnetic converging plate is embedded in the hollow portion 6a and the protruding portions 4a and 4b are formed is formed.

なお、第1実施形態における磁気センサ11において、磁気収束板4と層間絶縁層6との間に、接着層あるいは保護層を備える磁気センサの場合には、図12に示すように、図11に示す製造工程と同様に、半導体基板2上部に、ホール素子3a、3bを形成し(図12(a))、内蔵コイル5a、5bを形成し(図12(b))、エッチングにより内蔵コイル5a、5bの内部に空洞部分6aを形成した後(図12(c))、空洞部分6aにメッキ加工にて突出部4a、4bに相当する磁気収束板を形成する(図12(d))。   In the magnetic sensor 11 according to the first embodiment, in the case of a magnetic sensor including an adhesive layer or a protective layer between the magnetic convergence plate 4 and the interlayer insulating layer 6, as shown in FIG. Similarly to the manufacturing process shown, Hall elements 3a and 3b are formed on the upper portion of the semiconductor substrate 2 (FIG. 12A), the built-in coils 5a and 5b are formed (FIG. 12B), and the built-in coil 5a is etched. After the hollow portion 6a is formed inside 5b (FIG. 12C), magnetic converging plates corresponding to the protruding portions 4a and 4b are formed on the hollow portion 6a by plating (FIG. 12D).

そして、突出部4a、4bに相当する磁気収束板と層間絶縁層6とを含む平面上に接着層あるいは保護層9を形成する。そして、接着層あるいは保護層9の上に、再度メッキ加工にて円盤状の磁気収束板4の本体部分を形成する(図12(e))。
これにより、磁気収束板4と層間絶縁層6との間に接着層あるいは保護層9を備える磁気センサ11が形成される。
なお、第2実施形態における磁気センサ21のように、内蔵コイル7を備えた磁気センサを形成する場合には、内蔵コイル5a、5bを作成するときに、同時に内蔵コイル7を作成すればよい。
Then, an adhesive layer or a protective layer 9 is formed on a plane including the magnetic convergence plate corresponding to the protruding portions 4a and 4b and the interlayer insulating layer 6. Then, the main body portion of the disk-shaped magnetic flux concentrating plate 4 is formed on the adhesive layer or the protective layer 9 again by plating (FIG. 12E).
Thereby, the magnetic sensor 11 including the adhesive layer or the protective layer 9 is formed between the magnetic flux concentrating plate 4 and the interlayer insulating layer 6.
In addition, when forming the magnetic sensor provided with the built-in coil 7 like the magnetic sensor 21 in 2nd Embodiment, what is necessary is just to produce the built-in coil 7 simultaneously when producing the built-in coils 5a and 5b.

また、第3実施形態における磁気センサ31のように、内蔵磁気収束板10Mを備える場合には、図11に示す製造工程と同様の手順で、空洞部分6aを作成した後(図11(c))、空洞部分6aに、空洞部分6aの深さの半分程度の厚さの内蔵磁気収束板10Mを形成し、さらにその上に再度層間絶縁層を形成し、その後、空洞部分6aの層間絶縁層を含む層間絶縁層6の上に、磁気収束板10を形成すればよい。   Further, when the built-in magnetic focusing plate 10M is provided like the magnetic sensor 31 in the third embodiment, the cavity portion 6a is created by the same procedure as the manufacturing process shown in FIG. 11 (FIG. 11C). ), A built-in magnetic flux concentrating plate 10M having a thickness about half the depth of the cavity 6a is formed in the cavity 6a, and an interlayer insulating layer is formed again thereon, and then an interlayer insulating layer of the cavity 6a is formed. The magnetic flux concentrating plate 10 may be formed on the interlayer insulating layer 6 including

なお、上記実施形態では、磁気センサ素子としてホール素子を適用した場合について説明したが、ホール素子に限らず、例えば磁気抵抗素子など、磁気収束板に対して垂直方向の磁界を検出することのできる素子であれば適用することができる。
また、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
In the above-described embodiment, the case where the Hall element is applied as the magnetic sensor element has been described. However, the present invention is not limited to the Hall element, and a magnetic field perpendicular to the magnetic convergence plate such as a magnetoresistive element can be detected. Any element can be applied.
In addition, the scope of the present invention is not limited to the illustrated and described exemplary embodiments, and includes all embodiments that provide the same effects as those intended by the present invention. Further, the scope of the invention can be defined by any desired combination of particular features among all the disclosed features.

2 半導体基板
3a〜3d ホール素子
4 磁気収束板
5a〜5d 内蔵コイル
6 層間絶縁層
7 内蔵コイル
11、21、31、41 磁気センサ
2 Semiconductor substrate 3a-3d Hall element 4 Magnetic converging plates 5a-5d Built-in coil 6 Interlayer insulation layer 7 Built-in coils 11, 21, 31, 41 Magnetic sensor

Claims (9)

半導体基板に形成された磁気センサ素子と、
前記磁気センサ素子の上方に設けられた磁気収束板と、
前記磁気センサ素子と前記磁気収束板との間に配置された第1内蔵コイルと、を備え、
前記磁気収束板は、前記磁気センサ素子側に突出した突出部を有し、
前記第1内蔵コイルは、前記突出部を囲むように配置されている磁気センサ。
A magnetic sensor element formed on a semiconductor substrate;
A magnetic focusing plate provided above the magnetic sensor element;
A first built-in coil disposed between the magnetic sensor element and the magnetic focusing plate,
The magnetic converging plate has a protruding portion protruding toward the magnetic sensor element side,
The first built-in coil is a magnetic sensor disposed so as to surround the protruding portion.
前記磁気収束板が円盤形状であり、
前記磁気収束板の端部領域に、前記突出部を有する請求項1に記載の磁気センサ。
The magnetic converging plate has a disk shape;
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the protrusion is provided in an end region of the magnetic focusing plate.
前記半導体基板と前記磁気収束板との間に層間絶縁層をさらに備え、
前記突出部及び前記第1内蔵コイルは、前記層間絶縁層中に配置されている請求項1又は請求項2に記載の磁気センサ。
Further comprising an interlayer insulating layer between the semiconductor substrate and the magnetic flux concentrating plate,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the protrusion and the first built-in coil are disposed in the interlayer insulating layer.
前記磁気収束板は、磁気収束板本体と、当該磁気収束板本体とは別体からなる前記突出部とを有し、
前記突出部は、前記磁気収束板本体と前記磁気センサ素子との間に配置され、
前記第1内蔵コイルは、前記突出部を囲むように配置されている請求項1または請求項3記載の磁気センサ。
The magnetic converging plate has a magnetic converging plate main body and the projecting portion formed separately from the magnetic converging plate main body,
The protrusion is disposed between the magnetic focusing plate body and the magnetic sensor element,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the first built-in coil is disposed so as to surround the protrusion.
前記磁気収束板の中央領域の前記磁気センサ素子側に、前記第1内蔵コイルとは別の第2内蔵コイルを備える請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の磁気センサ。   5. The magnetic sensor according to claim 1, further comprising a second built-in coil different from the first built-in coil on a side of the magnetic sensor element in a central region of the magnetic focusing plate. 前記第1内蔵コイルまたは前記第2内蔵コイルへ、コイル電流を供給するコイル電流源をさらに備える請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to any one of claims 1 to 5, further comprising a coil current source that supplies a coil current to the first built-in coil or the second built-in coil. 半導体基板に形成された磁気センサ素子と、
前記磁気センサ素子の上方に設けられた磁気収束板と、
前記磁気センサ素子と前記磁気収束板との間に配置された、感度調整用内蔵コイルと、を備え、
前記磁気収束板は、前記磁気センサ素子側に突出した突出部を有し、
前記突出部は、前記感度調整用内蔵コイルが発生する磁場を増強する位置に配置される磁気センサ。
A magnetic sensor element formed on a semiconductor substrate;
A magnetic focusing plate provided above the magnetic sensor element;
A sensitivity adjusting built-in coil disposed between the magnetic sensor element and the magnetic focusing plate,
The magnetic converging plate has a protruding portion protruding toward the magnetic sensor element side,
The protrusion is a magnetic sensor arranged at a position to reinforce a magnetic field generated by the sensitivity adjustment built-in coil.
前記磁気センサ素子が、ホール素子である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor element is a Hall element. 半導体基板にホール素子を形成する工程と、
当該ホール素子が形成された半導体基板上に、金属配線を用いた感度調整用コイルを有する層間絶縁層を形成する工程と、
前記感度調整用コイルの内部領域の前記層間絶縁層を除去して空洞部分を形成する工程と、
前記空洞部分と前記層間絶縁層上とに磁気収束板を形成する工程と、
を備える磁気センサの製造方法。
Forming a Hall element on a semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating layer having a sensitivity adjustment coil using metal wiring on a semiconductor substrate on which the Hall element is formed;
Removing the interlayer insulating layer in the inner region of the sensitivity adjustment coil to form a cavity portion;
Forming a magnetic flux concentrating plate on the cavity and the interlayer insulating layer;
A method for manufacturing a magnetic sensor.
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