JP2016017830A - Magnetic sensor - Google Patents
Magnetic sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016017830A JP2016017830A JP2014140400A JP2014140400A JP2016017830A JP 2016017830 A JP2016017830 A JP 2016017830A JP 2014140400 A JP2014140400 A JP 2014140400A JP 2014140400 A JP2014140400 A JP 2014140400A JP 2016017830 A JP2016017830 A JP 2016017830A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- built
- magnetic sensor
- coil
- plate
- 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
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 41
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 51
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 43
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 12
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
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
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
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
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,
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
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,
A second built-in coil (for example, built-in
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,
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.
<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
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
At this time, the magnetic field generated by the built-in
B0 = μa × n × I / 2r (1)
Here, μa is the magnetic permeability of the interlayer insulating
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
<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
The magnetic converging
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
The
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
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
Compared with the configuration of the premise
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
B1 = μm × n × I / 2r (2)
Here, μm represents the magnetic permeability of the magnetic converging
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
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 (
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
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
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
The
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
As shown in FIG. 6, corresponding
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
That is, the
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
7 and 8, (a) is a top view of the
In the detection of the horizontal magnetic field component, as shown in FIG. 7B, a coil current is supplied to the built-in
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
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
As shown in FIG. 8, the built-in
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
In FIG. 6, the built-in
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
The built-in
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
When the built-in
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
That is, the
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
When the built-in
By detecting this vertical magnetic field component with the
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
In the
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
7 and 8, a coil
<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
The
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
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
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
As described above, even when the magnetic flux converging plate main body portion (10) and the portions (10M) corresponding to the
<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。
<
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.
<
The magnetic sensor of each of the above embodiments may further include a hall element for measuring an external magnetic field.
That is, the
The magnetic field generated by the built-in
<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,
Next, the
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
Next, the magnetic
Thereby, the magnetic sensor 11 in the first embodiment in which the magnetic converging plate is embedded in the
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
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
Thereby, the magnetic sensor 11 including the adhesive layer or the
In addition, when forming the magnetic sensor provided with the built-in
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
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
Claims (9)
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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014140400A JP2016017830A (en) | 2014-07-08 | 2014-07-08 | Magnetic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014140400A JP2016017830A (en) | 2014-07-08 | 2014-07-08 | Magnetic sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016017830A true JP2016017830A (en) | 2016-02-01 |
Family
ID=55233145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014140400A Pending JP2016017830A (en) | 2014-07-08 | 2014-07-08 | Magnetic sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016017830A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160254441A1 (en) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | Sii Semiconductor Corporation | Magnetic sensor and method of manufacturing the same |
JP2018091784A (en) * | 2016-12-06 | 2018-06-14 | Tdk株式会社 | Magnetic field detector |
WO2019198602A1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | 愛知製鋼株式会社 | Marker detecting system, and method for operating marker detecting system |
WO2019198603A1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | 愛知製鋼株式会社 | Magnetic measuring system, and method for calibrating magnetic sensor |
JP2020060457A (en) * | 2018-10-11 | 2020-04-16 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor device |
US11346898B2 (en) | 2017-12-27 | 2022-05-31 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Magnetic sensor module and IC chip employed in same |
US11604214B2 (en) | 2019-03-13 | 2023-03-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Current detection device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5964582U (en) * | 1982-10-21 | 1984-04-28 | 日立電子エンジニアリング株式会社 | circuit board inspection machine |
US20110210722A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-09-01 | Stmicroelectronics S.R.L. | Integrated magnetic sensor for detecting horizontal magnetic fields and manufacturing process thereof |
JP2012215579A (en) * | 2007-03-23 | 2012-11-08 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Magnetic sensor and sensitivity measurement method thereof |
-
2014
- 2014-07-08 JP JP2014140400A patent/JP2016017830A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5964582U (en) * | 1982-10-21 | 1984-04-28 | 日立電子エンジニアリング株式会社 | circuit board inspection machine |
JP2012215579A (en) * | 2007-03-23 | 2012-11-08 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Magnetic sensor and sensitivity measurement method thereof |
US20110210722A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-09-01 | Stmicroelectronics S.R.L. | Integrated magnetic sensor for detecting horizontal magnetic fields and manufacturing process thereof |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9741924B2 (en) * | 2015-02-26 | 2017-08-22 | Sii Semiconductor Corporation | Magnetic sensor having a recessed die pad |
US20160254441A1 (en) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | Sii Semiconductor Corporation | Magnetic sensor and method of manufacturing the same |
JP2018091784A (en) * | 2016-12-06 | 2018-06-14 | Tdk株式会社 | Magnetic field detector |
US11703551B2 (en) | 2016-12-06 | 2023-07-18 | Tdk Corporation | Magnetic field detection device |
US11353518B2 (en) | 2016-12-06 | 2022-06-07 | Tdk Corporation | Magnetic field detection device |
US11346898B2 (en) | 2017-12-27 | 2022-05-31 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Magnetic sensor module and IC chip employed in same |
WO2019198602A1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | 愛知製鋼株式会社 | Marker detecting system, and method for operating marker detecting system |
US11143731B2 (en) | 2018-04-12 | 2021-10-12 | Aichi Steel Corporation | Magnetic measurement system and method of calibrating magnetic sensor |
WO2019198603A1 (en) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | 愛知製鋼株式会社 | Magnetic measuring system, and method for calibrating magnetic sensor |
US12038757B2 (en) | 2018-04-12 | 2024-07-16 | Aichi Steel Corporation | Marker detection system and method of operating marker detection system |
JP6998285B2 (en) | 2018-10-11 | 2022-02-10 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor device |
CN111044942A (en) * | 2018-10-11 | 2020-04-21 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor device |
JP2020060457A (en) * | 2018-10-11 | 2020-04-16 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor device |
CN111044942B (en) * | 2018-10-11 | 2022-08-05 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor device |
US11604214B2 (en) | 2019-03-13 | 2023-03-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Current detection device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2016017830A (en) | Magnetic sensor | |
JP5336487B2 (en) | Calibrable multidimensional magnetic point sensor | |
JP6649372B2 (en) | Single chip type differential free layer push-pull magnetic field sensor bridge and manufacturing method | |
JP6220971B2 (en) | Multi-component magnetic field sensor | |
US9116198B2 (en) | Planar three-axis magnetometer | |
JP2006024845A (en) | Probe card and inspecting method for magnetic sensor | |
JP5464198B2 (en) | Three-dimensional magnetic field sensor and manufacturing method thereof | |
JP6597370B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP4529783B2 (en) | Magnet impedance sensor element | |
JP2016521845A (en) | 3-axis digital compass | |
US6690164B1 (en) | Perpendicular detection fluxgate micromagnetometer and method for the production thereof | |
JP2016502098A (en) | Magnetic sensing device and magnetic induction method thereof | |
JP2016517952A (en) | Magnetic sensing device, magnetic induction method and manufacturing process thereof | |
US20130320969A1 (en) | Magnetic field sensor | |
JP2016170028A (en) | Magnetic sensor | |
TW201602609A (en) | Magnetic field sensor arrangement, corresponding process for its production and operating method | |
CN104218147A (en) | Magnetic sensor preparation method and magnetic sensor | |
JP2007057547A (en) | Inspection method for magnetic sensor | |
US11237227B2 (en) | Magnetic sensor | |
KR101607025B1 (en) | Fulxgate current sensing unit | |
WO2018198901A1 (en) | Magnetic sensor | |
JP5453198B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP6993956B2 (en) | Magnetic sensor device | |
JP2014202737A (en) | Current sensor | |
JP2010159983A (en) | Magnetic sensor measurement board |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170406 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180115 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180123 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180828 |