JP5865986B2 - Pressure sensor and microphone - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、圧力センサ及びマイクロフォンに関する。   Embodiments described herein relate generally to a pressure sensor and a microphone.

容量の変化によって音を電気信号に変換する容量型のマイクロフォンにおいては、ダイアフラム全体が電極の一部となる。したがって、マイクロフォンを小型化すると、ダイアフラムとともに電極の面積も減少し、感度が劣化する。   In a capacitive microphone that converts sound into an electric signal by changing the capacitance, the entire diaphragm becomes a part of the electrode. Therefore, when the microphone is downsized, the area of the electrode is reduced together with the diaphragm, and the sensitivity is deteriorated.

特開2007−180201号公報JP 2007-180201 A

本発明の実施形態は、高感度の圧力センサ及びマイクロフォンを提供する。   Embodiments of the present invention provide a highly sensitive pressure sensor and microphone.

本発明の実施形態によれば、基体と、前記基体の上に設けられた第1センサ部と、処理回路と、を備えた圧力センサが提供される。前記第1センサ部は、第1膜面を有する可撓性の第1トランスデュース薄膜と、前記第1膜面上において前記第1膜面の重心とは異なる位置に設けられ、第1磁性層と、第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた非磁性の第1中間層と、を含む第1歪検知素子と、前記第1膜面上において前記第1歪検知素子と離間し前記重心とは異なる位置に設けられ、第3磁性層と、第4磁性層と、前記第3磁性層と前記第4磁性層との間に設けられた非磁性の第2中間層と、を含む第2歪検知素子と、を含む。前記第1磁性層、前記第1中間層及び前記第2磁性層は、前記第1膜面に対して垂直な方向に並ぶ。前記第3磁性層、前記第2中間層及び前記第4磁性層は、前記第1膜面に対して垂直な方向に並ぶ。前記第3磁性層の磁化方向は、前記第1磁性層の磁化方向及び前記第2磁性層の磁化方向の一方に沿う。前記第4磁性層の磁化方向は、前記第1磁性層の前記磁化方向及び前記第2磁性層の前記磁化方向の他方に沿う。前記第2歪検知素子は、前記第1歪検知素子と前記第1膜面の縁部に沿って並ぶ。前記第1歪検知素子と前記重心とを結ぶ直線は、前記第2歪検知素子と前記重心とを結ぶ直線に対して傾斜する。前記処理回路は、前記第1歪検知素子から得られる第1信号と、前記第2歪検知素子から得られる第2信号と、を加重加算する。 According to the embodiment of the present invention, there is provided a pressure sensor including a base, a first sensor unit provided on the base, and a processing circuit. The first sensor unit is provided on a flexible first transducer thin film having a first film surface, and on the first film surface at a position different from the center of gravity of the first film surface. A first strain sensing element including: a second magnetic layer; a nonmagnetic first intermediate layer provided between the first magnetic layer and the second magnetic layer; and the first film surface. And provided at a position that is separated from the first strain sensing element and different from the center of gravity, and is provided between the third magnetic layer, the fourth magnetic layer, and the third magnetic layer and the fourth magnetic layer. A second strain sensing element including a nonmagnetic second intermediate layer. The first magnetic layer, the first intermediate layer, and the second magnetic layer are arranged in a direction perpendicular to the first film surface. The third magnetic layer, the second intermediate layer, and the fourth magnetic layer are arranged in a direction perpendicular to the first film surface. The magnetization direction of the third magnetic layer is along one of the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer. The magnetization direction of the fourth magnetic layer is along the other of the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer. The second strain sensing element is aligned with the first strain sensing element along an edge of the first film surface. A straight line connecting the first strain sensing element and the center of gravity is inclined with respect to a straight line connecting the second strain sensing element and the center of gravity. The processing circuit weights and adds the first signal obtained from the first strain sensing element and the second signal obtained from the second strain sensing element.

第1の実施形態に係る圧力センサを示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view showing the pressure sensor concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る圧力センサの一部を示す模式的平面図である。It is a typical top view showing a part of pressure sensor concerning a 1st embodiment. 図3(a)〜図3(d)は、第1の実施形態に係る圧力センサの一部を示す模式的平面図である。FIG. 3A to FIG. 3D are schematic plan views showing a part of the pressure sensor according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る圧力センサの一部を示す模式的斜視図である。It is a typical perspective view showing some pressure sensors concerning a 1st embodiment. 図5(a)〜図5(c)は、第1の実施形態に係る圧力センサの動作を示す模式的斜視図である。Fig.5 (a)-FIG.5 (c) are typical perspective views which show operation | movement of the pressure sensor which concerns on 1st Embodiment. 図6(a)及び図6(b)は、第1の実施形態に係る圧力センサの一部を示す模式的斜視図である。FIG. 6A and FIG. 6B are schematic perspective views showing a part of the pressure sensor according to the first embodiment. 図7(a)及び図7(b)は、第1の実施形態に係る圧力センサの動作を示す模式図である。FIG. 7A and FIG. 7B are schematic views showing the operation of the pressure sensor according to the first embodiment. 第2の実施形態に係る圧力センサを示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the pressure sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る別の圧力センサを示す模式的平面図である。It is a typical top view showing another pressure sensor concerning a 2nd embodiment. 第3の実施形態に係る別の圧力センサを示す模式的平面図である。It is a typical top view showing another pressure sensor concerning a 3rd embodiment. 第3の実施形態に係る別の圧力センサを示す模式的平面図である。It is a typical top view showing another pressure sensor concerning a 3rd embodiment. 第3の実施形態に係る別の圧力センサを示す模式的平面図である。It is a typical top view showing another pressure sensor concerning a 3rd embodiment. 第4の実施形態の係る圧力センサを示す模式的平面図である。It is a typical top view showing the pressure sensor concerning a 4th embodiment. 第5の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the manufacturing method of the pressure sensor which concerns on 5th Embodiment. 図15(a)〜図15(d)は、第5の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す工程順模式的斜視図である。FIG. 15A to FIG. 15D are schematic perspective views in order of steps showing the method for manufacturing the pressure sensor according to the fifth embodiment. 第6の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。It is a typical perspective view which illustrates the pressure sensor concerning a 6th embodiment. 図17(a)〜図17(c)は、第6の実施形態に係る圧力センサを示す模式図である。FIG. 17A to FIG. 17C are schematic views showing a pressure sensor according to the sixth embodiment. 図18(a)及び図18(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 18A and FIG. 18B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図19(a)及び図19(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 19A and FIG. 19B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図20(a)及び図20(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 20A and FIG. 20B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図21(a)及び図21(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 21A and FIG. 21B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図22(a)及び図22(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 22A and FIG. 22B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図23(a)及び図23(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 23A and FIG. 23B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図24(a)及び図24(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 24A and FIG. 24B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図25(a)及び図25(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 25A and FIG. 25B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図26(a)及び図26(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 26A and FIG. 26B are schematic views showing a manufacturing method of the pressure sensor according to the seventh embodiment. 図27(a)及び図27(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 27A and FIG. 27B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図28(a)及び図28(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 28A and FIG. 28B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 図29(a)及び図29(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示す模式図である。FIG. 29A and FIG. 29B are schematic views showing a method for manufacturing a pressure sensor according to the seventh embodiment. 第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the manufacturing method of the pressure sensor which concerns on 7th Embodiment. 第8の実施形態に係るマイクロフォンを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the microphone which concerns on 8th Embodiment.

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the size ratio between the parts is not necessarily the same as the actual one. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る圧力センサの構成を例示する模式的斜視図である。
図1では、図を見やすくするために、絶縁部分を省略し、導電部分が主に描かれている。
図2は、第1の実施形態に係る圧力センサの一部の構成を例示する模式的平面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating the configuration of the pressure sensor according to the first embodiment.
In FIG. 1, in order to make the drawing easier to see, the insulating portion is omitted and the conductive portion is mainly drawn.
FIG. 2 is a schematic plan view illustrating the configuration of a part of the pressure sensor according to the first embodiment.

図1に表したように、本実施形態に係る圧力センサ310は、基体71aと、センサ部72(第1センサ部72A)と、を備える。センサ部72は、基体71aの上に設けられる。センサ部72(第1センサ部72A)は、第1トランスデュース薄膜64Aと、第1固定部67Aと、第1歪検知素子50Aと、を含む。第1トランスデュース薄膜64Aは、膜面64a(第1膜面)を有する。第1トランスデュース薄膜64Aは、可撓性である。第1トランスデュース薄膜64Aは、外部から圧力が印加されたときに撓み、その上に形成された歪検知素子50に歪としてトランスデュースする機能を有する。外部圧力は、圧力そのものもあれば、音波または超音波などによる圧力も含む。音波または超音波などの場合は、圧力センサは、マイクロフォンとして機能することになる。   As shown in FIG. 1, the pressure sensor 310 according to the present embodiment includes a base 71a and a sensor unit 72 (first sensor unit 72A). The sensor unit 72 is provided on the base 71a. The sensor unit 72 (first sensor unit 72A) includes a first transducer thin film 64A, a first fixing unit 67A, and a first strain sensing element 50A. The first transducer thin film 64A has a film surface 64a (first film surface). The first transducer thin film 64A is flexible. The first transducer thin film 64A has a function of bending when pressure is applied from the outside and transducing the strain sensing element 50 formed thereon as a strain. The external pressure includes not only the pressure itself but also a pressure generated by sound waves or ultrasonic waves. In the case of sound waves or ultrasonic waves, the pressure sensor will function as a microphone.

トランスデュース薄膜64となる薄膜は、外部圧力によって撓む部分よりも外側に連続して形成されている場合もある。本明細書においては、固定端によって囲まれ、膜厚がある一定の厚さで固定端よりも薄く、外部圧力によって撓むようになっている部位を、トランスデュース薄膜と呼ぶ。   The thin film that becomes the transducer thin film 64 may be continuously formed outside the portion bent by the external pressure. In the present specification, a portion surrounded by a fixed end, having a certain thickness and being thinner than the fixed end and being bent by an external pressure is called a transducer thin film.

第1固定部67Aは、第1トランスデュース薄膜64Aを基体71aに固定する。第1歪検知素子50Aは、第1膜面上に設けられる。第1歪検知素子50Aの構成については、後述する。   The first fixing portion 67A fixes the first transducer thin film 64A to the base 71a. The first strain sensing element 50A is provided on the first film surface. The configuration of the first strain sensing element 50A will be described later.

基体71aには、空洞部70が形成されている。基体71aにおける空洞部70以外の部分が非空洞部71に対応する。非空洞部71は、空洞部70と並置される。   A hollow portion 70 is formed in the base 71a. A portion of the base 71 a other than the cavity 70 corresponds to the non-cavity 71. The non-hollow part 71 is juxtaposed with the hollow part 70.

空洞部70は、非空洞部71を形成する材料が設けられていない部分である。空洞部70内は、真空(1気圧よりも低い低圧状態)でも良く、空洞部70内に、空気や不活性ガスなどの気体が充填されていても良い。また、空洞部70内に、液体が充填されていても良い。空洞部70内には、第1トランスデュース薄膜64Aが撓むことができるように、変形可能な物質が配置されていても良い。   The cavity portion 70 is a portion where the material forming the non-cavity portion 71 is not provided. The cavity 70 may be in a vacuum (a low pressure state lower than 1 atm), and the cavity 70 may be filled with a gas such as air or an inert gas. Further, the hollow portion 70 may be filled with a liquid. A deformable substance may be disposed in the cavity 70 so that the first transducer thin film 64A can be bent.

第1トランスデュース薄膜64Aに外部から圧力(音、超音波等を含む)が印加されたときに、第1トランスデュース薄膜64Aが撓む。これに伴い、第1トランスデュース薄膜64Aの上に配置された歪センサ(センサ部72)に歪が発生する。このように、第1トランスデュース薄膜64Aは、圧力の信号をセンサ部72に伝達(トランスデュース)し、センサ部72において、圧力の信号が歪の信号に変換される。   When pressure (including sound, ultrasonic waves, etc.) is applied to the first transducer thin film 64A from the outside, the first transducer thin film 64A bends. As a result, strain is generated in the strain sensor (sensor unit 72) disposed on the first transducer thin film 64A. In this way, the first transducing thin film 64A transmits (transduces) the pressure signal to the sensor unit 72, and the pressure signal is converted into a distortion signal in the sensor unit 72.

第1トランスデュース薄膜64Aは、空洞部70の上方に配置され、第1固定部67Aにより、第1トランスデュース薄膜64Aは、基体71aに固定される。   The first transducer thin film 64A is disposed above the cavity 70, and the first transducer thin film 64A is fixed to the base 71a by the first fixing portion 67A.

ここで、膜面64a(第1膜面)に対して平行な面をX−Y平面とする。膜面64aが平面で得ない場合は、膜面64aの縁部64egを含む平面をX−Y平面とする。X−Y平面に対して垂直な方向をZ軸方向とする。   Here, a plane parallel to the film surface 64a (first film surface) is defined as an XY plane. When the film surface 64a cannot be obtained as a flat surface, the plane including the edge 64eg of the film surface 64a is defined as an XY plane. A direction perpendicular to the XY plane is taken as a Z-axis direction.

図1及び図2に表したように、圧力センサ310において、基体71a、トランスデュース薄膜64(第1トランスデュース薄膜64A)、第1固定部67A(固定部67a〜67d)、第1歪検知素子50A、第1配線57(配線57a〜57d)及び第2配線58(配線58a〜58d)が設けられている。この例では、複数の歪検知素子50(歪検知素子50a〜50d)が設けられている。第1歪検知素子50Aは、複数の歪検知素子50のうちのいずれかである。例えば、第1歪検知素子50Aとして、歪検知素子50aが用いられる。ただし、実施形態において、1つの歪検知素子50(第1歪検知素子50A)が設けられても良い。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the pressure sensor 310, the base 71a, the transducer thin film 64 (first transducer thin film 64A), the first fixing portion 67A (fixing portions 67a to 67d), the first strain sensing element. 50A, a first wiring 57 (wirings 57a to 57d) and a second wiring 58 (wirings 58a to 58d) are provided. In this example, a plurality of strain sensing elements 50 (strain sensing elements 50a to 50d) are provided. The first strain sensing element 50A is one of the plurality of strain sensing elements 50. For example, the strain sensing element 50a is used as the first strain sensing element 50A. However, in the embodiment, one strain sensing element 50 (first strain sensing element 50A) may be provided.

すなわち、センサ部72(第1センサ部72A)は、第2歪検知素子50Bをさらに含む。第2歪検知素子50Bは、膜面64a上に設けられる。第2歪検知素子50Bとして、例えば歪検知素子50bが用いられる。この例では、第1歪検知素子50Aと第2歪検知素子50Bとを通る直線は、膜面64aの重心64bを通る。具体的には、第1歪検知素子50Aの重心と、第2歪検知素子50Bの重心と、を通る直線は、重心64bを通る。   That is, the sensor unit 72 (first sensor unit 72A) further includes a second strain sensing element 50B. The second strain sensing element 50B is provided on the film surface 64a. For example, a strain sensing element 50b is used as the second strain sensing element 50B. In this example, a straight line passing through the first strain sensing element 50A and the second strain sensing element 50B passes through the center of gravity 64b of the film surface 64a. Specifically, a straight line passing through the center of gravity of the first strain sensing element 50A and the center of gravity of the second strain sensing element 50B passes through the center of gravity 64b.

この例では、4つの歪検知素子50(歪検知素子50a〜50d)が設けられている。歪検知素子50a〜50dは、膜面64a上において、直線64dにおける中心(重心64bに相当する)から−X軸方向側の部分に沿って配置されている。また、歪検知素子50は、トランスデュース薄膜64の膜面64aの重心64bの位置とは異なる位置に配置されている。   In this example, four strain sensing elements 50 (strain sensing elements 50a to 50d) are provided. The strain sensing elements 50a to 50d are arranged on the film surface 64a along the portion on the −X axis direction side from the center (corresponding to the center of gravity 64b) of the straight line 64d. The strain sensing element 50 is disposed at a position different from the position of the center of gravity 64b of the film surface 64a of the transducer thin film 64.

図3(a)〜図3(d)は、第1の実施形態に係る圧力センサの一部の構成を例示する模式的平面図である。
これらの図は、トランスデュース薄膜64の膜面64aの形状を例示している。
図3(a)〜図3(d)に表したように、トランスデュース薄膜64の膜面64a(撓む部分)の形状は、円形、扁平円(楕円も含む)、正方形または長方形などである。このような場合には、膜面64aの重心は、それぞれ、円の中心、楕円の中心、正方形の対角線の中心、または、長方形の対角線の中心となる。
FIG. 3A to FIG. 3D are schematic plan views illustrating the configuration of part of the pressure sensor according to the first embodiment.
These drawings illustrate the shape of the film surface 64 a of the transducer thin film 64.
As shown in FIGS. 3A to 3D, the shape of the film surface 64a (flexible portion) of the transducer thin film 64 is a circle, a flat circle (including an ellipse), a square, a rectangle, or the like. . In such a case, the center of gravity of the film surface 64a is the center of a circle, the center of an ellipse, the center of a square diagonal line, or the center of a rectangular diagonal line, respectively.

トランスデュース薄膜64は、例えば、絶縁層で形成される。または、トランスデュース薄膜64は、例えば、金属材料で形成される。トランスデュース薄膜64は、例えば、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを含む。トランスデュース薄膜64の厚さは、例えば、200nm以上3μm以下である。好ましくは、300nm以上1.5μm以下である。トランスデュース薄膜64の直径は、例えば、1μm以上600μm以下である。より好ましくは、60μm以上、600μm以下である。トランスデュース薄膜64は、例えば、膜面64aに対して垂直なZ軸方向に可撓である。   The transducer thin film 64 is formed of, for example, an insulating layer. Alternatively, the transducer thin film 64 is formed of, for example, a metal material. The transducer thin film 64 includes, for example, silicon oxide or silicon nitride. The thickness of the transducer thin film 64 is, for example, not less than 200 nm and not more than 3 μm. Preferably, it is 300 nm or more and 1.5 μm or less. The diameter of the transducer thin film 64 is not less than 1 μm and not more than 600 μm, for example. More preferably, it is 60 μm or more and 600 μm or less. For example, the transducer thin film 64 is flexible in the Z-axis direction perpendicular to the film surface 64a.

この例では、第1固定部67Aは、固定部67a〜67dを含む。
図2に表したように、この例では、固定部67a及び67cは、直線64cと、トランスデュース薄膜64の縁部64egと、の交点に配置されている。直線64cは、トランスデュース薄膜64の膜面64aの重心64bを通り、Y軸方向に対して平行である。固定部67b及び固定部67dは、直線64dと、トランスデュース薄膜64の縁部64egと、の交点に配置されている。直線64dは、トランスデュース薄膜64の膜面64aの重心64bを通り、X軸方向に対して平行である。固定部67a〜67dは、トランスデュース薄膜64を非空洞部71(基体71a)に固定している。
固定部67a〜67dには、例えば、基板材料の一部であるシリコンや、基板材料の上に成膜されたトランスデュース薄膜と同じ材料などを含む。固定部67a〜67dは、外部圧力が印加されたときにも撓みにくいように、トランスデュース薄膜64よりも厚い膜厚で形成された部分である。
In this example, the first fixing portion 67A includes fixing portions 67a to 67d.
As shown in FIG. 2, in this example, the fixing parts 67 a and 67 c are arranged at the intersections of the straight line 64 c and the edge part 64 eg of the transducer thin film 64. The straight line 64c passes through the center of gravity 64b of the film surface 64a of the transducer thin film 64 and is parallel to the Y-axis direction. The fixing part 67b and the fixing part 67d are arranged at the intersection of the straight line 64d and the edge part 64eg of the transducer thin film 64. The straight line 64d passes through the center of gravity 64b of the film surface 64a of the transducer thin film 64 and is parallel to the X-axis direction. The fixing parts 67a to 67d fix the transducer thin film 64 to the non-hollow part 71 (base 71a).
The fixing portions 67a to 67d include, for example, silicon that is a part of the substrate material, the same material as the transducer thin film formed on the substrate material, and the like. The fixing portions 67a to 67d are portions formed with a thickness larger than that of the transducer thin film 64 so that they are not easily bent even when an external pressure is applied.

歪検知素子50a〜50dのそれぞれの一端は、第1配線57のそれぞれ(例えば配線57a〜57d)に接続されている。歪検知素子50a〜50dのそれぞれの他端は、第2配線58のそれぞれ(例えば58a〜58d)に接続されている。   One end of each of the strain sensing elements 50a to 50d is connected to each of the first wirings 57 (for example, the wirings 57a to 57d). The other ends of the strain sensing elements 50a to 50d are connected to the second wirings 58 (for example, 58a to 58d).

第1配線57及び第2配線58は、固定部67の上、または、固定部67の内部を通って、歪検知素子50から基体71aに向けて延在する。   The first wiring 57 and the second wiring 58 extend from the strain sensing element 50 toward the base 71a through the fixing portion 67 or through the fixing portion 67.

図4は、第1の実施形態に係る圧力センサの一部の構成を例示する模式的斜視図である。
図4は、歪検知素子50の構成の例を示している。図3に示したように、歪抵抗変化部50s(歪検知素子50であり、第1歪検知素子50A)は、例えば、第1磁性層10と、第2磁性層20と、第1磁性層10と第2磁性層20との間に設けられた中間層30(第1中間層)と、を含む。中間層30は、非磁性層である。複数の歪検知素子50のそれぞれの構成も、上記と同様である。例えば、第2歪検知素子50Bは、第3磁性層10Bと、第4磁性層20Bと、第3磁性層10Bと第4磁性層20Bとの間に設けられた非磁性の第2中間層30Bと、を含む。第3磁性層10Bの構成は、第1磁性層10の構成と同様である。第4磁性層20Bの構成は、第2磁性層20の構成と同様である。第2中間層30Bの構成は、第1中間層30の構成と同様である。以下に説明する第1磁性層10、第2磁性層20及び中間層30の構成は、第3磁性層10B、第4磁性層20B及び第2中間層30Bの構成に適用できる。
FIG. 4 is a schematic perspective view illustrating the configuration of a part of the pressure sensor according to the first embodiment.
FIG. 4 shows an example of the configuration of the strain sensing element 50. As illustrated in FIG. 3, the strain resistance change unit 50 s (the strain detection element 50 and the first strain detection element 50 </ b> A) includes, for example, the first magnetic layer 10, the second magnetic layer 20, and the first magnetic layer. 10 and an intermediate layer 30 (first intermediate layer) provided between the first magnetic layer 20 and the second magnetic layer 20. The intermediate layer 30 is a nonmagnetic layer. The configuration of each of the plurality of strain sensing elements 50 is the same as described above. For example, the second strain sensing element 50B includes a third magnetic layer 10B, a fourth magnetic layer 20B, and a nonmagnetic second intermediate layer 30B provided between the third magnetic layer 10B and the fourth magnetic layer 20B. And including. The configuration of the third magnetic layer 10 </ b> B is the same as the configuration of the first magnetic layer 10. The configuration of the fourth magnetic layer 20B is the same as the configuration of the second magnetic layer 20. The configuration of the second intermediate layer 30B is the same as the configuration of the first intermediate layer 30. The configurations of the first magnetic layer 10, the second magnetic layer 20, and the intermediate layer 30 described below can be applied to the configurations of the third magnetic layer 10B, the fourth magnetic layer 20B, and the second intermediate layer 30B.

この例では、第1磁性層10は、磁化自由層である。第2磁性層20は、例えば、磁化固定層または磁化自由層である。   In this example, the first magnetic layer 10 is a magnetization free layer. The second magnetic layer 20 is, for example, a magnetization fixed layer or a magnetization free layer.

以下では、歪検知素子50の動作の例について、第2磁性層20が磁化固定層であり、第1磁性層10が磁化自由層である場合について説明する。歪検知素子50においては、強磁性体が有する「逆磁歪効果」と、歪抵抗変化部50sで発現する「MR効果」と、が利用される。   Hereinafter, an example of the operation of the strain sensing element 50 will be described in the case where the second magnetic layer 20 is a magnetization fixed layer and the first magnetic layer 10 is a magnetization free layer. In the strain sensing element 50, the “inverse magnetostriction effect” possessed by the ferromagnetic material and the “MR effect” manifested in the strain resistance change unit 50s are utilized.

「MR効果」は、磁性体を有する積層膜において、外部磁界が印加されたときに、磁性体の磁化の変化によって積層膜の電気抵抗の値が変化する現象である。MR効果は、例えば、GMR(Giant magnetoresistance)効果、または、TMR(Tunneling magnetoresistance)効果などを含む。歪抵抗変化部50sに電流を流すことで、磁化の向きの相対角度の変化を電気抵抗変化として読み取ることで、MR効果は発現する。例えば、歪検知素子50に加わる応力に基づいて、歪抵抗変化部50sに引っ張り応力が加わる。第1磁性層10(磁化自由層)の磁化の向きと、第2磁性層20に加わる引っ張り応力の方向と、が異なるときに、逆磁歪効果によりMR効果が発現する。低抵抗状態の抵抗をRとし、MR効果によって変化する電気抵抗の変化量をΔRとしたときに、ΔR/Rを「MR変化率」という。   The “MR effect” is a phenomenon in which, in a laminated film having a magnetic material, when an external magnetic field is applied, the value of the electric resistance of the laminated film changes due to a change in magnetization of the magnetic material. The MR effect includes, for example, a GMR (Giant magnetoresistance) effect or a TMR (Tunneling magnetoresistance) effect. By flowing a current through the strain resistance changing portion 50s, the MR effect is manifested by reading the change in the relative angle of the magnetization direction as a change in electrical resistance. For example, a tensile stress is applied to the strain resistance change unit 50 s based on the stress applied to the strain sensing element 50. When the magnetization direction of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer) and the direction of the tensile stress applied to the second magnetic layer 20 are different, the MR effect is manifested by the inverse magnetostriction effect. ΔR / R is referred to as “MR change rate”, where R is the resistance in the low resistance state and ΔR is the amount of change in electrical resistance that changes due to the MR effect.

図5(a)〜図5(c)は、第1の実施形態に係る圧力センサの動作を例示する模式的斜視図である。
これらの図は、歪検知素子50の状態を例示している。これらの図は、歪検知素子50における磁化方向と、引っ張り応力の方向と、の関係を例示している。
FIG. 5A to FIG. 5C are schematic perspective views illustrating the operation of the pressure sensor according to the first embodiment.
These drawings illustrate the state of the strain sensing element 50. These drawings illustrate the relationship between the magnetization direction in the strain sensing element 50 and the direction of tensile stress.

図5(a)は、引っ張り応力が印加されていない状態を示す。このとき、この例では、第2磁性層20(磁化固定層)の磁化の向きは、第1磁性層10(磁化自由層)の磁化の向きと、同じである。   FIG. 5A shows a state where no tensile stress is applied. At this time, in this example, the magnetization direction of the second magnetic layer 20 (magnetization fixed layer) is the same as the magnetization direction of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer).

図5(b)は、引っ張り応力が印加された状態を示している。この例では、X軸方向に沿って引っ張り応力が印加されている。例えば、トランスデュース薄膜64の変形により、例えば、X軸方向に沿った引っ張り応力が印加される。すなわち、引っ張り応力は、第2磁性層20(磁化固定層)及び第1磁性層10(磁化自由層)の磁化の向き(この例では、Y軸方向)に対して直交方向に印加される。このとき、引っ張り応力の方向と同じ方向になるように、第1磁性層10(磁化自由層)の磁化が回転する。これを「逆磁歪効果」という。このとき、第2磁性層20(磁化固定層)の磁化は固定されている。よって、第1磁性層10(磁化自由層)の磁化が回転することで、第2磁性層20(磁化固定層)の磁化の向きと、第1磁性層10(磁化自由層)の磁化の向きと、の相対角度が変化する。   FIG. 5B shows a state where tensile stress is applied. In this example, tensile stress is applied along the X-axis direction. For example, due to the deformation of the transducer thin film 64, for example, a tensile stress along the X-axis direction is applied. That is, the tensile stress is applied in a direction orthogonal to the magnetization directions (Y-axis direction in this example) of the second magnetic layer 20 (magnetization fixed layer) and the first magnetic layer 10 (magnetization free layer). At this time, the magnetization of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer) rotates so as to be in the same direction as the direction of the tensile stress. This is called “reverse magnetostriction effect”. At this time, the magnetization of the second magnetic layer 20 (magnetization fixed layer) is fixed. Accordingly, the magnetization of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer) and the magnetization direction of the second magnetic layer 20 (magnetization fixed layer) and the magnetization direction of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer) are rotated. And the relative angle changes.

この図には、第2磁性層20(磁化固定層)の磁化方向が一例として図示されており、磁化方向は、この図に示した方向でなくても良い。   In this figure, the magnetization direction of the second magnetic layer 20 (magnetization fixed layer) is shown as an example, and the magnetization direction may not be the direction shown in this figure.

逆磁歪効果においては、強磁性体の磁歪定数の符号によって磁化の容易軸が変化する。大きな逆磁歪効果を示す多くの材料は、磁歪定数が正の符号を持つ。磁歪定数が正の符号である場合には、上述のように引っ張り応力が加わる方向が磁化容易軸となる。このときには、上記のように、第1磁性層10(磁化自由層)の磁化は、磁化容易軸の方向に回転する。   In the inverse magnetostriction effect, the easy axis of magnetization changes depending on the sign of the magnetostriction constant of the ferromagnetic material. Many materials exhibiting a large inverse magnetostrictive effect have a positive sign for the magnetostriction constant. When the magnetostriction constant has a positive sign, the direction in which tensile stress is applied as described above is the easy axis of magnetization. At this time, as described above, the magnetization of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer) rotates in the direction of the easy axis of magnetization.

例えば、第1磁性層10(磁化自由層)の磁歪定数が正である場合には、第1磁性層10(磁化自由層)の磁化方向は、引っ張り応力が加わる方向とは異なる方向に設定する。一方、磁歪定数が負である場合には、引っ張り応力が加わる方向に垂直な方向が磁化容易軸となる。   For example, when the magnetostriction constant of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer) is positive, the magnetization direction of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer) is set to a direction different from the direction in which tensile stress is applied. . On the other hand, when the magnetostriction constant is negative, the direction perpendicular to the direction in which the tensile stress is applied becomes the easy axis of magnetization.

図5(c)は、磁歪定数が負である場合の状態を例示している。この場合には、第1磁性層10(磁化自由層)の磁化方向は、引っ張り応力が加わる方向(この例ではX軸方向)に対して垂直な方向とは異なる方向に設定する。   FIG. 5C illustrates a state where the magnetostriction constant is negative. In this case, the magnetization direction of the first magnetic layer 10 (magnetization free layer) is set to a direction different from the direction perpendicular to the direction in which the tensile stress is applied (X-axis direction in this example).

この図には、第2磁性層20(磁化固定層)の磁化方向が一例として図示されており、磁化方向は、この図に示した方向でなくても良い。   In this figure, the magnetization direction of the second magnetic layer 20 (magnetization fixed layer) is shown as an example, and the magnetization direction may not be the direction shown in this figure.

第1磁性層10の磁化と第2磁性層20の磁化との間の角度に応じて、歪検知素子50(歪抵抗変化部50s)の電気抵抗が、例えば、MR効果によって変化する。   Depending on the angle between the magnetization of the first magnetic layer 10 and the magnetization of the second magnetic layer 20, the electrical resistance of the strain sensing element 50 (strain resistance changing unit 50s) changes due to, for example, the MR effect.

磁歪定数(λs)は、外部磁界を印加して強磁性層をある方向に飽和磁化させたときの形状変化の大きさを示す。外部磁界がない状態で長さLであるときに、外部磁界が印加されたときにΔLだけ変化したとすると、磁歪定数λsは、ΔL/Lで表される。この変化量は磁界の大きさによって変わるが、磁歪定数λsは十分な磁界が印加され、磁化が飽和された状態のΔL/Lとしてあらわす。   The magnetostriction constant (λs) indicates the magnitude of the shape change when an external magnetic field is applied and the ferromagnetic layer is saturated and magnetized in a certain direction. If the length is L in the absence of an external magnetic field and changes by ΔL when an external magnetic field is applied, the magnetostriction constant λs is expressed by ΔL / L. Although the amount of change varies depending on the magnitude of the magnetic field, the magnetostriction constant λs is expressed as ΔL / L in a state where a sufficient magnetic field is applied and magnetization is saturated.

例えば、第2磁性層20が磁化固定層である場合、第2磁性層20には、Fe、Co,Niやそれらの合金材料が用いられる。また、第2磁性層20には、上記の材料に添加元素を加えた材料などが用いられる。第2磁性層20には、例えば、CoFe合金、CoFeB合金及びNiFe合金等を用いることができる。第2磁性層20の厚さは、例えば2ナノメートル(nm)以上6nm以下である。   For example, when the second magnetic layer 20 is a magnetization fixed layer, Fe, Co, Ni, or an alloy material thereof is used for the second magnetic layer 20. The second magnetic layer 20 is made of a material obtained by adding an additive element to the above material. For the second magnetic layer 20, for example, a CoFe alloy, a CoFeB alloy, a NiFe alloy, or the like can be used. The thickness of the second magnetic layer 20 is, for example, not less than 2 nanometers (nm) and not more than 6 nm.

中間層30には、金属または絶縁体を用いることができる。金属としては、例えば、Cu、Au及びAg等を用いることができる。金属の場合、中間層30の厚さは、例えば1nm以上7nm以下である。絶縁体としては、例えば、マグネシウム酸化物(MgO等)、アルミ酸化物(Al等)、チタン酸化物(TiO等)、及び、亜鉛酸化物(ZnO等)を用いることができる。絶縁体の場合、中間層30の厚さは、例えば1nm以上3nm以下である。 A metal or an insulator can be used for the intermediate layer 30. For example, Cu, Au, Ag, or the like can be used as the metal. In the case of metal, the thickness of the intermediate layer 30 is, for example, 1 nm or more and 7 nm or less. As the insulator, for example, magnesium oxide (such as MgO), aluminum oxide (such as Al 2 O 3 ), titanium oxide (such as TiO), and zinc oxide (such as ZnO) can be used. In the case of an insulator, the thickness of the intermediate layer 30 is, for example, 1 nm or more and 3 nm or less.

第1磁性層10が磁化自由層である場合、第1磁性層10には、例えば、Fe、Co及びNiの少なくともいずれか、または、それらの少なくとも含む合金材料が用いられる。上記の材料に添加元素を加えた材料が用いられる。   When the first magnetic layer 10 is a magnetization free layer, for example, at least one of Fe, Co, and Ni, or an alloy material containing at least one of them is used for the first magnetic layer 10. A material obtained by adding an additive element to the above material is used.

第1磁性層10には、磁歪が大きい材料が用いられる。具体的には、磁歪の絶対値が、10−5よりも大きい材料が用いられる。これにより、歪に対して、磁化が敏感に変化する。第1磁性層10には、正の磁歪を有する材料を用いても良く、負の磁歪を有する材料を用いても良い。 A material having a large magnetostriction is used for the first magnetic layer 10. Specifically, a material having an absolute value of magnetostriction larger than 10 −5 is used. As a result, the magnetization changes sensitively with respect to strain. For the first magnetic layer 10, a material having a positive magnetostriction may be used, or a material having a negative magnetostriction may be used.

第1磁性層10には、例えば、FeCo合金、及び、NiFe合金等を用いることができる。この他、第1磁性層10には、Fe−Co−Si−B合金、λs>100ppmを示すTb−M−Fe合金(Mは、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er)、Tb−M1−Fe−M2合金(M1は、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、M2は、Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta)、Fe−M3−M4−B合金(M3は、Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta、M4は、Ce,Pr,Nd,Sm,Tb,Dy,Er)、Ni、Al−Feやフェライト(Fe、(FeCo))など)等を用いることができる。第1磁性層10の厚さは、例えば2nm以上である。 For the first magnetic layer 10, for example, an FeCo alloy, a NiFe alloy, or the like can be used. In addition, the first magnetic layer 10 includes an Fe—Co—Si—B alloy, a Tb—M—Fe alloy exhibiting λs> 100 ppm (M is Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er), Tb— M1-Fe-M2 alloy (M1 is Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, M2 is Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, Ta), Fe-M3-M4- B alloy (M3 is Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, Ta, M4 is Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, Er), Ni, Al-Fe and ferrite ( Fe 3 O 4 , (FeCo) 3 O 4 ) and the like can be used. The thickness of the first magnetic layer 10 is, for example, 2 nm or more.

第1磁性層10は、2層構造を有することができる。この場合、第1磁性層10は、FeCo合金の層と、FeCo合金の層と積層された以下の層と、を含むことができる。FeCo合金の層と積層されるのは、Fe−Co−Si−B合金、λs>100ppmを示すTb−M−Fe合金(Mは、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er)、Tb−M1−Fe−M2合金(M1は、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、M2は、Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta)、Fe−M3−M4−B合金(M3は、Ti,Cr,Mn,Co,Cu,Nb,Mo,W,Ta、M4は、Ce,Pr,Nd,Sm,Tb,Dy,Er)、Ni、Al−Feやフェライト(Fe、(FeCo))など)等から選択される材料の層である。 The first magnetic layer 10 may have a two-layer structure. In this case, the first magnetic layer 10 may include an FeCo alloy layer and the following layers stacked with the FeCo alloy layer. Stacked with the FeCo alloy layer is an Fe—Co—Si—B alloy, a Tb—M—Fe alloy (M is Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er), Tb— M1-Fe-M2 alloy (M1 is Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, M2 is Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, Ta), Fe-M3-M4- B alloy (M3 is Ti, Cr, Mn, Co, Cu, Nb, Mo, W, Ta, M4 is Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Dy, Er), Ni, Al-Fe and ferrite ( Fe 3 O 4 , (FeCo) 3 O 4 ), etc.).

例えば、中間層30が金属の場合は、GMR効果が発現する。中間層30が絶縁体の場合は、TMR効果が発現する。例えば、歪検知素子50においては、例えば、歪抵抗変化部50sの積層方向に沿って電流を流すCPP(Current Perpendicular to Plane)−GMR効果が用いられる。   For example, when the intermediate layer 30 is a metal, the GMR effect appears. When the intermediate layer 30 is an insulator, a TMR effect appears. For example, in the strain sensing element 50, for example, a CPP (Current Perpendicular to Plane) -GMR effect in which a current flows along the stacking direction of the strain resistance change unit 50s is used.

また、中間層30として、絶縁層の一部に1nm以上5nm程度の幅(例えば径)の金属電流パスが膜厚方向に貫通して複数形成された、CCP(Current-Confined-Path)スペーサー層を用いることができる。この場合も、CCP−GMR効果が用いられる。   Further, as the intermediate layer 30, a CCP (Current-Confined-Path) spacer layer in which a plurality of metal current paths having a width (for example, a diameter) of about 1 nm to about 5 nm are formed through a part of the insulating layer in the film thickness direction. Can be used. Again, the CCP-GMR effect is used.

このように、本実施形態においては、歪検知素子50における逆磁歪現象が用いられる。これにより、高感度な検知が可能になる。逆磁歪効果を用いる場合、例えば、外部から加えられる歪に対して、第1磁性層10及び第2磁性層20の少なくともいずれかの磁性層の磁化方向が変化する。外部から加えられる歪(有無及びその程度など)によって、2つの磁性層の磁化の相対的な角度が変わる。外部から加えられる歪によって電気抵抗が変わるため、歪検知素子50は、圧力センサとして機能する。   Thus, in this embodiment, the inverse magnetostriction phenomenon in the strain sensing element 50 is used. Thereby, highly sensitive detection becomes possible. When the inverse magnetostriction effect is used, for example, the magnetization direction of at least one of the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20 changes with respect to a strain applied from the outside. The relative angles of the magnetizations of the two magnetic layers change depending on the strain (existence / absence and degree thereof) applied from the outside. Since the electrical resistance changes due to externally applied strain, the strain sensing element 50 functions as a pressure sensor.

図6(a)及び図6(b)は、第1の実施形態に係る圧力センサの一部の構成を例示する模式的斜視図である。
図6(a)に示したように、歪検知素子50は、例えば、第1電極51と、第2電極52と、を含む。第1電極51と第2電極52との間に歪抵抗変化部50sが設けられている。この例では、歪抵抗変化部50sにおいては、第1電極51の側から第2電極52に向けて、バッファ層41(シード層を兼ねる場合もある。厚さは、例えば厚さ1nm以上10nm以下である。具体的には、TaまたはTiなどを含むアモルファス層を用いるまた、結晶配向促進のためのシード層となるRuまたはNiFeなどの層を用いる。これらの積層膜を用いても良い)、反強磁性層42(例えば厚さ5nm以上10nm以下)、磁性層43(例えば厚さ2nm以上6nm以下)、Ru層44、第2磁性層20(例えば厚さ2nm以上5nm以下)、中間層30(例えば厚さ1nm以上3nm以下)、第1磁性層10(例えば厚さ2nm以上5nm以下)及びキャップ層45(例えば厚さ1nm以上5nm以下)が、この順で設けられている。
FIG. 6A and FIG. 6B are schematic perspective views illustrating a partial configuration of the pressure sensor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6A, the strain sensing element 50 includes, for example, a first electrode 51 and a second electrode 52. A strain resistance changing portion 50 s is provided between the first electrode 51 and the second electrode 52. In this example, in the strain resistance changing unit 50 s, there is a case where the buffer layer 41 (also serves as a seed layer) from the first electrode 51 side toward the second electrode 52. The thickness is, for example, 1 nm or more and 10 nm or less. Specifically, an amorphous layer containing Ta or Ti is used, or a layer such as Ru or NiFe serving as a seed layer for promoting crystal orientation is used (a laminated film of these may be used). Antiferromagnetic layer 42 (for example, thickness 5 nm or more and 10 nm or less), magnetic layer 43 (for example, thickness 2 nm or more and 6 nm or less), Ru layer 44, second magnetic layer 20 (for example, thickness 2 nm or more and 5 nm or less), intermediate layer 30 (For example, a thickness of 1 nm to 3 nm), a first magnetic layer 10 (for example, a thickness of 2 nm to 5 nm) and a cap layer 45 (for example, a thickness of 1 nm to 5 nm) are provided in this order. To have.

第2磁性層20には、例えば、磁性積層膜が用いられる。第1磁性層10は、MR変化率を大きくするための磁性積層膜10a(例えば厚さ1nm以上3nm以下。例えばCoFeを含む合金やCoFeなどが用いられる)と、磁性積層膜10aとキャップ層45との間に設けられた高磁歪磁性膜10b(例えば1nm以上5nm以下)と、を含む。   For example, a magnetic multilayer film is used for the second magnetic layer 20. The first magnetic layer 10 includes a magnetic laminated film 10a (for example, a thickness of 1 nm or more and 3 nm or less. For example, an alloy containing CoFe or CoFe is used), a magnetic laminated film 10a, and a cap layer 45. High magnetostrictive magnetic film 10b (for example, 1 nm or more and 5 nm or less).

第1電極51及び第2電極52には、例えば、非磁性体であるAu、Cu、Ta、Al等を用いることができる。第1電極51及び第2電極52として、軟磁性体の材料を用いることで、歪抵抗変化部50sに影響を及ぼす外部からの磁気ノイズを低減することができる。軟磁性体の材料としては、例えば、パーマロイ(NiFe合金)や珪素鋼(FeSi合金)を用いることができる。歪検知素子50は、アルミ酸化物(例えばAl)やシリコン酸化物(例えばSiO)等の絶縁体で覆われ、周囲にリーク電流が流れないようにされている。 For the first electrode 51 and the second electrode 52, for example, a non-magnetic material such as Au, Cu, Ta, or Al can be used. By using a soft magnetic material as the first electrode 51 and the second electrode 52, it is possible to reduce external magnetic noise that affects the strain resistance changing portion 50s. For example, permalloy (NiFe alloy) or silicon steel (FeSi alloy) can be used as the soft magnetic material. The strain sensing element 50 is covered with an insulator such as aluminum oxide (for example, Al 2 O 3 ) or silicon oxide (for example, SiO 2 ) so that no leak current flows around it.

第1磁性層10及び第2磁性層20の少なくともいずれかの磁性層の磁化方向は、応力に応じて変化する。少なくともいずれかの磁性層(応力に応じて磁化方向が変化する磁性層)の磁歪定数の絶対値は、例えば、10−5以上に設定することが好ましい。これにより、逆磁歪効果によって、外部から加えられる歪みに応じて磁化方向が変化する。例えば、第1磁性層10及び第2磁性層20の少なくともいずれかには、Fe、Co及びNiなどのような金属または、それらを含む合金などが用いられる。用いる元素や添加元素などによって、磁歪定数は大きく設定される。磁歪定数の絶対値は、大きいことが好ましい。現実的なデバイスとして使用できる材料を考慮すると、磁歪定数の絶対値は、10−2程度以下が実用的である。 The magnetization direction of at least one of the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20 changes according to the stress. The absolute value of the magnetostriction constant of at least one of the magnetic layers (magnetic layer whose magnetization direction changes according to stress) is preferably set to 10 −5 or more, for example. Thereby, the magnetization direction changes according to the strain applied from the outside by the inverse magnetostriction effect. For example, at least one of the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20 is made of a metal such as Fe, Co, Ni, or an alloy containing them. The magnetostriction constant is set to be large depending on the element used and the additive element. The absolute value of the magnetostriction constant is preferably large. Considering materials that can be used as realistic devices, the absolute value of the magnetostriction constant is practically about 10 −2 or less.

例えば、中間層30としてMgOのような酸化物が用いられる。MgO層上の磁性層は、一般的にプラスの磁歪定数を有する。例えば、中間層30の上に第1磁性層10を形成する場合、第1磁性層10として、CoFeB/CoFe/NiFeの積層構成の磁化自由層を用いる。最上層のNiFe層をNiリッチにすると、NiFe層の磁歪定数はマイナスでその絶対値が大きくなる。酸化物層上のプラスの磁歪が打ち消されることを抑制するために、最上層のNiFe層のNi組成は、一般的に用いられるNi81Fe19のパーマロイ組成と比較して、Niリッチにしない。具体的には、最上層のNiFe層におけるNiの比率は、80原子パーセント(atomic%)未満とすることが好ましい。第1磁性層10を磁化自由層とする場合には、第1磁性層10の厚さは、例えば、1nm以上20nm以下が好ましい。 For example, an oxide such as MgO is used for the intermediate layer 30. The magnetic layer on the MgO layer generally has a positive magnetostriction constant. For example, when the first magnetic layer 10 is formed on the intermediate layer 30, a magnetization free layer having a laminated structure of CoFeB / CoFe / NiFe is used as the first magnetic layer 10. When the uppermost NiFe layer is Ni-rich, the magnetostriction constant of the NiFe layer is negative and its absolute value increases. In order to suppress the cancellation of the positive magnetostriction on the oxide layer, the Ni composition of the uppermost NiFe layer is not made Ni rich as compared with the permalloy composition of Ni 81 Fe 19 which is generally used. Specifically, the Ni ratio in the uppermost NiFe layer is preferably less than 80 atomic percent (atomic%). When the first magnetic layer 10 is a magnetization free layer, the thickness of the first magnetic layer 10 is preferably, for example, 1 nm or more and 20 nm or less.

第1磁性層10が磁化自由層である場合において、第2磁性層20は、磁化固定層でも磁化自由層でも良い。第2磁性層20が磁化固定層である場合、外部から歪が加えられても第2磁性層20の磁化方向は実質的に変化しない。そして、第1磁性層10と第2磁性層20との間での相対的な磁化の角度によって電気抵抗が変化する。電気抵抗の違いによって歪の有無が検知される。   In the case where the first magnetic layer 10 is a magnetization free layer, the second magnetic layer 20 may be a magnetization fixed layer or a magnetization free layer. When the second magnetic layer 20 is a fixed magnetization layer, the magnetization direction of the second magnetic layer 20 does not substantially change even when strain is applied from the outside. The electrical resistance changes depending on the relative magnetization angle between the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20. The presence or absence of distortion is detected by the difference in electrical resistance.

第1磁性層10及び第2磁性層20の両方が磁化自由層である場合には、例えば、第1磁性層10の磁歪定数は、第2磁性層20の磁歪定数とは異なるように設定される。   When both the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20 are magnetization free layers, for example, the magnetostriction constant of the first magnetic layer 10 is set to be different from the magnetostriction constant of the second magnetic layer 20. The

第2磁性層20が磁化固定層である場合も磁化自由層である場合も、第2磁性層20の厚さは、例えば1nm以上20nm以下が好ましい。   Whether the second magnetic layer 20 is a magnetization fixed layer or a magnetization free layer, the thickness of the second magnetic layer 20 is preferably, for example, 1 nm or more and 20 nm or less.

例えば、第2磁性層20が磁化固定層である場合、例えば、第2磁性層20には、反磁性層/磁性層/Ru層/磁性層の積層構造を用いたシンセティックAF構造などを用いることができる。反磁性層には、例えばIrMnなどが用いられる。また、後述するように、ハードバイアス層を設けても良い。   For example, when the second magnetic layer 20 is a magnetization fixed layer, for example, a synthetic AF structure using a laminated structure of a diamagnetic layer / magnetic layer / Ru layer / magnetic layer is used for the second magnetic layer 20. Can do. For example, IrMn is used for the diamagnetic layer. Further, as will be described later, a hard bias layer may be provided.

歪検知素子50では、磁性層のスピンが用いられる。歪検知素子50に必要な面積は、極めて小さいサイズで十分である。歪検知素子50は、例えば、正方形のサイズで考えると、一辺の長さが10nm×10nm〜20nm×20nm以上のサイズを有していれば良い。   In the strain sensing element 50, the spin of the magnetic layer is used. A very small size is sufficient for the area required for the strain sensing element 50. For example, when the strain sensing element 50 is considered to be a square size, the length of one side only needs to be 10 nm × 10 nm to 20 nm × 20 nm or more.

歪検知素子50の面積は、圧力によって撓むトランスデュース薄膜64の面積よりも十分に小さくする。ここで、トランスデュース薄膜とは、前述したように固定端によって囲まれ、膜厚がある一定の厚さで固定端よりも薄くなって外部圧力によって撓むようになっている部位である。具体的には、歪検知素子50の面積は、トランスデュース薄膜64の基板面内の面積の1/5以下である。一般的には、トランスデュース薄膜64のサイズは、上述のように60μm以上、600μm以下程度である。トランスデュース薄膜64の直径が60μm程度と小さい場合には、歪検知素子50の一辺の長さは、例えば、12μm以下である。トランスデュース薄膜の直径が600μmのときには、歪検知素子50の一辺の長さは、120μm以下である。この値が、例えば、歪検知素子50のサイズの上限となる。   The area of the strain sensing element 50 is made sufficiently smaller than the area of the transducer thin film 64 that is bent by pressure. Here, the transducer thin film is a portion surrounded by the fixed end as described above, and having a certain thickness and being thinner than the fixed end and being bent by external pressure. Specifically, the area of the strain sensing element 50 is 1/5 or less of the area in the substrate surface of the transducer thin film 64. In general, the size of the transducer thin film 64 is about 60 μm or more and 600 μm or less as described above. When the diameter of the transducer thin film 64 is as small as about 60 μm, the length of one side of the strain sensing element 50 is, for example, 12 μm or less. When the diameter of the transducer thin film is 600 μm, the length of one side of the strain sensing element 50 is 120 μm or less. This value is the upper limit of the size of the strain sensing element 50, for example.

この上限の値と比べると、上記の、一辺の長さが10nm以上20nm以下というサイズは、極端に小さい。このため、素子の加工精度等も考慮すると、歪検知素子50を過度に小さくする必然性が生じない。そのため、歪検知素子50の一辺のサイズは、例えば、0.5μm以上20μm以下程度とすることが現実的に好ましい。極端に素子サイズが小さくなると、歪検知素子50に生じる反磁界の大きさが大きくなるため、歪検知素子50のバイアス制御が困難になるなどの問題が生じる。素子サイズが大きくなると、反磁界の問題が生じなくなるため、工学的観点で扱いやすくなる。その観点で、上述のように、0.5μm以上20μm以下が、好ましいサイズである。   Compared with the upper limit value, the above-mentioned size having a side length of 10 nm to 20 nm is extremely small. For this reason, in consideration of the processing accuracy of the element, the necessity of making the strain sensing element 50 too small does not occur. Therefore, it is practically preferable that the size of one side of the strain sensing element 50 is, for example, about 0.5 μm to 20 μm. If the element size is extremely small, the magnitude of the demagnetizing field generated in the strain sensing element 50 becomes large, which causes problems such as difficulty in bias control of the strain sensing element 50. When the element size is increased, the problem of demagnetizing field does not occur, so that it is easy to handle from an engineering point of view. From this viewpoint, as described above, a preferable size is 0.5 μm or more and 20 μm or less.

例えば、歪検知素子50のX軸方向に沿った長さは、20nm以上10μm以下である。歪検知素子50のX軸方向に沿った長さは、200nm以上5μm以下であることが好ましい。   For example, the length along the X-axis direction of the strain sensing element 50 is 20 nm or more and 10 μm or less. The length of the strain sensing element 50 along the X-axis direction is preferably 200 nm or more and 5 μm or less.

例えば、歪検知素子50のY軸方向(X軸方向に対して垂直で、X−Y平面に対して平行な方向)に沿った長さは、20nm以上10μm以下である。歪検知素子50のY軸方向に沿った長さは、200nm以上5μm以下であることが好ましい。   For example, the length of the strain sensing element 50 along the Y-axis direction (a direction perpendicular to the X-axis direction and parallel to the XY plane) is 20 nm or more and 10 μm or less. The length along the Y-axis direction of the strain sensing element 50 is preferably 200 nm or more and 5 μm or less.

例えば、歪検知素子50のZ軸方向(X−Y平面に対して垂直な方向)に沿った長さは、20nm以上100nm以下である。   For example, the length along the Z-axis direction (direction perpendicular to the XY plane) of the strain sensing element 50 is 20 nm or more and 100 nm or less.

歪検知素子50のX軸方向に沿った長さは、歪検知素子50のY軸方向に沿った長さと同じでも良く、異なっても良い。歪検知素子50のX軸方向に沿った長さが、歪検知素子50のY軸方向に沿った長さと異なるときに、形状磁気異方性が生じる。これにより、ハードバイアス層で得られる作用と同様の作用を得ることもできる。   The length of the strain sensing element 50 along the X-axis direction may be the same as or different from the length of the strain sensing element 50 along the Y-axis direction. Shape magnetic anisotropy occurs when the length of the strain sensing element 50 along the X-axis direction is different from the length of the strain sensing element 50 along the Y-axis direction. Thereby, the same effect as that obtained in the hard bias layer can be obtained.

歪検知素子50において流される電流の向きは、第1磁性層10から第2磁性層20に向かう方向でも良く、第2磁性層20から第1磁性層10に向かう方向でも良い。   The direction of the current flowing in the strain sensing element 50 may be the direction from the first magnetic layer 10 toward the second magnetic layer 20 or the direction from the second magnetic layer 20 toward the first magnetic layer 10.

図6(b)は、第1の実施形態に係る圧力センサの一部の別の構成を例示している。
図6(b)に示したように、歪検知素子50は、バイアス層55a及び55b(ハードバイアス層)を含んでもよい。バイアス層55a及び55bは、歪抵抗変化部50sに対向して設けられる。
FIG. 6B illustrates another configuration of a part of the pressure sensor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6B, the strain sensing element 50 may include bias layers 55a and 55b (hard bias layer). The bias layers 55a and 55b are provided to face the strain resistance change unit 50s.

この例では、第2磁性層20が磁化固定層である。バイアス層55a及び55bは、第2磁性層20に並置される。バイアス層55a及び55bの間に、歪抵抗変化部50sが配置される。バイアス層55aと歪抵抗変化部50sとの間に絶縁層54aが設けられる。バイアス層55bと歪抵抗変化部50sとの間に絶縁層54bが設けられる。   In this example, the second magnetic layer 20 is a magnetization fixed layer. The bias layers 55 a and 55 b are juxtaposed with the second magnetic layer 20. Between the bias layers 55a and 55b, the strain resistance changing unit 50s is disposed. An insulating layer 54a is provided between the bias layer 55a and the strain resistance changing portion 50s. An insulating layer 54b is provided between the bias layer 55b and the strain resistance changing portion 50s.

バイアス層55a及び55bは、第1磁性層10にバイアス磁界を印加する。これにより、第1磁性層10の磁化方向を適正な位置にバイアスすることが可能になるとともに、単一磁区化することが可能となる。   The bias layers 55 a and 55 b apply a bias magnetic field to the first magnetic layer 10. Thereby, the magnetization direction of the first magnetic layer 10 can be biased to an appropriate position, and a single magnetic domain can be formed.

バイアス層55a及び55bのそれぞれの大きさ(この例ではY軸方向に沿った長さ)は、例えば、100nm以上10μm以下である。   Each of the bias layers 55a and 55b (in this example, the length along the Y-axis direction) is, for example, not less than 100 nm and not more than 10 μm.

絶縁層54a及び54bのそれぞれの大きさ(この例ではY軸方向に沿った長さ)は、例えば、1nm以上5nm以下である。   The size of each of the insulating layers 54a and 54b (in this example, the length along the Y-axis direction) is, for example, 1 nm or more and 5 nm or less.

次に、本実施形態の動作の例について説明する。
図7(a)及び図7(b)は、第1の実施形態に係る圧力センサの動作を例示する模式図である。
図7(a)は、図2の直線64dで切断したときの模式的断面図である。図6(b)は、圧力センサの動作を例示する模式図である。
Next, an example of the operation of this embodiment will be described.
FIG. 7A and FIG. 7B are schematic views illustrating the operation of the pressure sensor according to the first embodiment.
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view taken along the straight line 64d in FIG. FIG. 6B is a schematic view illustrating the operation of the pressure sensor.

図7(a)に表したように、本実施形態に係る圧力センサ310において、トランスデュース薄膜64は、空気等の媒体から応力80を受けて撓む。例えば、膜面64aが凸状になるようにトランスデュース薄膜64が撓むことによって、トランスデュース薄膜64に応力81(例えば引っ張り応力)が加わる。この際に、トランスデュース薄膜64の膜面64a上に設けられた歪検知素子50にも応力81が加わり歪みが生じる。これにより、歪検知素子50において、逆磁歪効果によって、歪量の変化に応じて、歪検知素子50の一端と他端との間の電気抵抗が変化する。膜面64aが凹状になるようにトランスデュース薄膜64が撓む場合には、トランスデュース薄膜64に圧縮応力が加わる。   As shown in FIG. 7A, in the pressure sensor 310 according to this embodiment, the transducer thin film 64 bends by receiving stress 80 from a medium such as air. For example, stress 81 (for example, tensile stress) is applied to the transducer thin film 64 by bending the transducer thin film 64 so that the film surface 64a is convex. At this time, the stress 81 is also applied to the strain sensing element 50 provided on the film surface 64a of the transducer thin film 64 to cause distortion. Thereby, in the strain sensing element 50, the electrical resistance between the one end and the other end of the strain sensing element 50 changes according to the change in the strain amount due to the inverse magnetostrictive effect. When the transducer thin film 64 bends so that the film surface 64 a is concave, compressive stress is applied to the transducer thin film 64.

図7(b)に表したように、複数の歪検知素子50のそれぞれから、上記の応力に応じた信号50sgを得ることができる。例えば、第1歪検知素子50Aから第1信号sg1が得られる。第2歪検知素子50Bから、第2信号sg2が得られる。複数の信号50sgは、処理回路113によって処理される。例えば、歪検知素子50のそれぞれから得られる複数の信号50sgは、加算処理される。   As shown in FIG. 7B, a signal 50 sg corresponding to the stress can be obtained from each of the plurality of strain sensing elements 50. For example, the first signal sg1 is obtained from the first strain sensing element 50A. A second signal sg2 is obtained from the second strain sensing element 50B. The plurality of signals 50sg are processed by the processing circuit 113. For example, a plurality of signals 50sg obtained from each of the strain sensing elements 50 are subjected to addition processing.

このとき、各信号を単純に加算するだけでなく、各位置により重みをつけて加算処理するなどを行う。これにより、応用上好ましい圧力信号を得ることが可能となる。   At this time, not only the signals are simply added, but addition processing is performed with a weight added to each position. This makes it possible to obtain a pressure signal that is favorable for application.

例えば、実施形態に係る応力センサを、音波を取得する音響マイクや超音波マイクなどに応用することができる。このとき、歪検知素子50のそれぞれから得られる信号が微弱であった場合においても、複数の歪検知素子50からの信号を加算処理することで、後段の増幅処理に適した信号を得ることが可能となる。   For example, the stress sensor according to the embodiment can be applied to an acoustic microphone or an ultrasonic microphone that acquires sound waves. At this time, even when the signal obtained from each of the strain sensing elements 50 is weak, it is possible to obtain a signal suitable for the subsequent amplification process by adding the signals from the plurality of strain sensing elements 50. It becomes possible.

また、複数の歪検知素子50からの信号を処理することで、周波数特性を改善することも可能となる。また、加算処理するだけでなく、掛け算、引き算または差動信号処理などを行っても良い。これにより、後の増幅処理に、より適した信号を得ることができる。   Further, it is possible to improve frequency characteristics by processing signals from the plurality of strain sensing elements 50. In addition to addition processing, multiplication, subtraction, differential signal processing, or the like may be performed. Thereby, a signal more suitable for the subsequent amplification processing can be obtained.

実施形態においては、歪検知素子50のサイズを小さくすることが容易であり、これにより、トランスデュース薄膜64上に複数の歪検知素子50を設けることが容易に実現できる。そして、複数の歪検知素子50が、共通の1つのトランスデュース薄膜64上に配置されることで、複数の歪検知素子50から得られる信号が、互いに相補関係にすることができる。後述するように、例えば、複数の歪検知素子50を対称な位置に配置することで、複数の歪検知素子50から得られる信号どうしが相補の特性を有するようにすることもできる。このような構成においては、例えば、複雑な信号処理を行わなくても、複数の歪検知素子50の出力を比較的簡単な加算処理を行うだけでも、所望の特性の信号を容易に得ることができる。これにより、例えば、広い周波数帯域で高感度な音波の検出が容易に実現できる。   In the embodiment, it is easy to reduce the size of the strain sensing element 50, and thus it is possible to easily provide a plurality of strain sensing elements 50 on the transducer thin film 64. Then, by arranging the plurality of strain sensing elements 50 on one common transducer thin film 64, signals obtained from the plurality of strain sensing elements 50 can be complementary to each other. As will be described later, for example, by arranging a plurality of strain sensing elements 50 at symmetrical positions, signals obtained from the plurality of strain sensing elements 50 can have complementary characteristics. In such a configuration, for example, a signal having a desired characteristic can be easily obtained without performing complicated signal processing, or by simply performing a relatively simple addition process on the outputs of the plurality of strain sensing elements 50. it can. Thereby, for example, highly sensitive sound waves can be easily detected in a wide frequency band.

このような、処理に適した検出信号は、容量変化型のMEMSマイクでは得ることが困難であり、実施形態に係る構成を用いることで初めて可能となるものである。   Such a detection signal suitable for processing is difficult to obtain with a capacitance change type MEMS microphone, and is only possible when the configuration according to the embodiment is used.

本実施形態に係る圧力センサ310の歪検知素子50においては、逆磁歪効果及びMR効果を利用する。磁化の変化により生じる抵抗の変化を感知しているので、微細化したときの感度の劣化を抑制することができる。   In the strain sensing element 50 of the pressure sensor 310 according to the present embodiment, the inverse magnetostrictive effect and the MR effect are used. Since a change in resistance caused by a change in magnetization is sensed, deterioration in sensitivity when miniaturized can be suppressed.

これに対して、例えば、容量型の圧力センサにおいては、歪検知素子の微細化すると、電極間の面積が減少するので、感度の劣化が大きい。また、抵抗型の圧力センサにおいても、歪検知素子の微細化すると、抵抗素子の電流が減少するので、感度の劣化が大きい。よって、容量型及び抵抗型の圧力センサにおいては歪検知素子の微細化が困難である。   On the other hand, in a capacitive pressure sensor, for example, when the strain sensing element is miniaturized, the area between the electrodes decreases, so that the sensitivity is greatly deteriorated. Also in the resistance type pressure sensor, when the strain sensing element is miniaturized, the current of the resistance element is decreased, so that the sensitivity is greatly deteriorated. Therefore, it is difficult to miniaturize the strain sensing element in capacitive and resistance type pressure sensors.

実施形態に係る圧力センサ310においては、歪検知素子を微細化しても感度の劣化が抑制される。すなわち、高感度の応力センサが提供できる。   In the pressure sensor 310 according to the embodiment, deterioration of sensitivity is suppressed even if the strain sensing element is miniaturized. That is, a highly sensitive stress sensor can be provided.

さらに、実施形態においては、微細化しても感度の劣化が抑制されるため、例えばトランスデュース薄膜64上に複数の歪検知素子50を配置することもできる。これにより、圧力の測定の精度を向上させることができる。   Furthermore, in the embodiment, since the deterioration of sensitivity is suppressed even if the size is reduced, for example, a plurality of strain sensing elements 50 can be disposed on the transducer thin film 64. Thereby, the accuracy of pressure measurement can be improved.

例えば、歪検知素子50a〜50dのそれぞれは、重心64bを通る直線64d上にあり、重心64bからの距離がそれぞれ異なっている。歪検知素子50a〜50dのそれぞれの位置における、トランスデュース薄膜64の歪みの量は、互いに異なる。例えば、歪検知素子50a〜50dのそれぞれから得られる複数の信号50sgを加算処理することによって、歪検知素子50は、広い周波数領域のトランスデュース薄膜64の振動に応答することができる。   For example, each of the strain sensing elements 50a to 50d is on a straight line 64d passing through the center of gravity 64b, and the distance from the center of gravity 64b is different. The amount of strain of the transducer thin film 64 at each position of the strain sensing elements 50a to 50d is different from each other. For example, by adding a plurality of signals 50sg obtained from each of the strain sensing elements 50a to 50d, the strain sensing element 50 can respond to the vibration of the transducer thin film 64 in a wide frequency range.

さらに、複数の歪検知素子50a〜50dから得られた信号50sgを処理して、周波数特性を補正することができる。   Furthermore, the frequency characteristics can be corrected by processing the signal 50sg obtained from the plurality of strain sensing elements 50a to 50d.

後述するように、トランジスタが形成された基板の上方に、歪検知素子50を形成しても良い。これにより、圧力センサの小型化が可能になり、微小領域で歪を高感度に検知することができる。
トランジスタ112の上方にトランスデュース薄膜64を設ける場合、現実的に得られる可動範囲(Z軸方向に沿った距離)は、10μm以下である。実際には、さらに小さい可動範囲のほうが形成しやすい。このような小さい可動範囲の場合でも歪を正確に測定するためには、圧力センサとして非常に高感度なものが必要となる。また、微小点接触状態においても圧力を正確に測定するために、トランスデュース薄膜の面積も小さいことが望ましい。トランスデュース薄膜が小さくなると、トランスデュース薄膜の膜厚を薄くしなければ、たわみ量も小さくなってしまい、感度良く測定することができない。外部環境で壊れにくい状態で圧力センサとして使用するためには、トランスデュース薄膜の膜厚もあまり薄くすることはできないため、トランスデュース薄膜径が小さくなると、圧力センサの感度も悪くなってしまう。
As will be described later, the strain sensing element 50 may be formed above the substrate on which the transistor is formed. As a result, the pressure sensor can be reduced in size, and the strain can be detected with high sensitivity in a minute region.
When the transducer thin film 64 is provided above the transistor 112, a practically obtained movable range (distance along the Z-axis direction) is 10 μm or less. In practice, a smaller movable range is easier to form. In order to accurately measure the strain even in such a small movable range, a very sensitive pressure sensor is required. Further, it is desirable that the area of the transducer thin film is small in order to accurately measure the pressure even in a minute point contact state. If the transducer thin film becomes small, the amount of deflection becomes small unless the thickness of the transducer thin film is reduced, and measurement with high sensitivity is impossible. In order to be used as a pressure sensor in a state that is not easily broken in the external environment, the thickness of the transducer thin film cannot be reduced too much. Therefore, if the transducer thin film diameter is reduced, the sensitivity of the pressure sensor also deteriorates.

以上のように、トランスデュース薄膜の上下可動範囲が小さいこと、および、トランスデュース薄膜の直径が小さい状態で使うこと、の2つの状況を実現しようとすると、歪センサとしては感度が高いものが望まれる。実施形態に係る歪検知素子50は、この要求を満たすため、このようなことが可能になる。   As described above, a strain sensor having high sensitivity is desired to achieve the two situations of the transducing thin film having a small vertical movable range and the use of the transducing thin film with a small diameter. It is. This is possible because the strain sensing element 50 according to the embodiment satisfies this requirement.

実施形態に係る歪検知素子50においては、実質的に素子サイズの大きさに依存せず、小さい素子面積でも高い歪感度αを実現することができる。歪感度αは、例えば、α=(ΔR/Rmin)/εで表される。Rminは、低い状態の抵抗であり、ΔRは、抵抗変化量である。εは、歪であり、Δl/lで表される。ここで、lは初期の長さであり、Δlは変位量である。   In the strain sensing element 50 according to the embodiment, a high strain sensitivity α can be realized even with a small element area without substantially depending on the size of the element. The strain sensitivity α is expressed by, for example, α = (ΔR / Rmin) / ε. Rmin is a resistance in a low state, and ΔR is a resistance change amount. ε is strain and is expressed by Δl / l. Here, l is an initial length, and Δl is a displacement amount.

例えば、Siを用いたピエゾ抵抗型歪センサの場合には、歪感度αは用いる材料で決まり、例えば歪感度αは、約130である。また、Siを用いたピエゾ抵抗型歪センサの場合には、一辺が100μm程度の素子の面積が必要である。単位面積あたりの歪感度αは、例えば130/100μmであり、約1010となる。 For example, in the case of a piezoresistive strain sensor using Si, the strain sensitivity α is determined by the material used. For example, the strain sensitivity α is about 130. In the case of a piezoresistive strain sensor using Si, an element area of about 100 μm per side is required. The strain sensitivity α per unit area is, for example, 130/100 μm 2 and is about 10 10 .

一方、本実施形態に係る歪検知素子50(スピン歪センサ)の場合には、歪感度αに上限はなく、1000程度のものは容易に実現できる。この歪感度αを実現するために必要な素子面積は、一辺が20nm程度である。このため、例えば、単位面積あたりの歪感度αは、約1017となる。このように、実施形態においては、従来のSiを用いたMEMS構造(Si−MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)の圧力センサの場合と比較して、約7桁の単位面積あたりの感度向上が可能になる。 On the other hand, in the case of the strain sensing element 50 (spin strain sensor) according to the present embodiment, there is no upper limit on the strain sensitivity α, and a strain sensitivity of about 1000 can be easily realized. The element area necessary for realizing the strain sensitivity α is about 20 nm on a side. For this reason, for example, the strain sensitivity α per unit area is about 10 17 . As described above, in the embodiment, the sensitivity per unit area can be improved by about 7 digits as compared with the pressure sensor of the conventional MEMS structure (Si-MEMS: Micro Electro Mechanical Systems) using Si. Become.

(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態に係る圧力センサの構成を例示する模式的平面図である。
図8に表したように、本実施形態に係る圧力センサ320においても、センサ部72(第1センサ部72A)が設けられる。センサ部72は、基体71a(図8においては、省略されている)の上に設けられる。この例でも、センサ部72は、第1トランスデュース薄膜64Aと、第1固定部67Aと、第1歪検知素子50Aと、を含む。この例でも複数の歪検知素子50(歪検知素子50a〜50d)が設けられている。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic plan view illustrating the configuration of the pressure sensor according to the second embodiment.
As shown in FIG. 8, the sensor unit 72 (first sensor unit 72 </ b> A) is also provided in the pressure sensor 320 according to the present embodiment. The sensor unit 72 is provided on the base 71a (omitted in FIG. 8). Also in this example, the sensor part 72 includes a first transducer thin film 64A, a first fixing part 67A, and a first strain sensing element 50A. Also in this example, a plurality of strain sensing elements 50 (strain sensing elements 50a to 50d) are provided.

本実施形態においては、歪検知素子50a〜50dの配置が、第1実施形態における配置とは異なる。これ以外は、第1実施形態における構成と同様なので説明を省略する。   In the present embodiment, the arrangement of the strain sensing elements 50a to 50d is different from the arrangement in the first embodiment. Other than this, the configuration is the same as in the first embodiment, and a description thereof is omitted.

また、図8では、図を見やすくするために省略されているが、複数の歪検知素子50のそれぞれに接続された第1配線57及び第2配線58が設けられる。この場合もこれらの配線は、固定部67の上、または、固定部67の内部を通って、歪検知素子50から基体71aに向けて延在する。以下に説明する実施形態に係る種々の圧力センサにおいても、第1配線57及び第2配線58が設けられるが、図示を省略する。   Although omitted in FIG. 8 for the sake of clarity, the first wiring 57 and the second wiring 58 connected to each of the plurality of strain sensing elements 50 are provided. Also in this case, these wirings extend from the strain sensing element 50 toward the base 71a through the fixing portion 67 or the inside of the fixing portion 67. Also in various pressure sensors according to the embodiments described below, the first wiring 57 and the second wiring 58 are provided, but illustration thereof is omitted.

本実施形態においては、複数の歪検知素子50a〜50dは、トランスデュース薄膜64の縁部64egに沿って配置されている。   In the present embodiment, the plurality of strain sensing elements 50 a to 50 d are arranged along the edge 64 eg of the transducer thin film 64.

圧力センサ320において、トランスデュース薄膜64の重心64bの位置から等距離の位置に、複数の歪検知素子50が配置されている。これにより、トランスデュース薄膜64の撓みに起因した複数の歪検知素子50における歪の大きさが同じになる。ただし、実施形態においては、複数の歪検知素子50が、重心64bから等距離の位置に配置されていたとしても、磁化変化の方向は各位置によって異なる。このため、歪検知素子50のそれぞれにおける位相反応が異なり、その結果、得られる信号も互いに異なる。そのため、互いに異なる位相反応を示す複数の歪検知素子50からの信号を加算処理することによって、実施形態に係る特有の効果を発揮することができる。   In the pressure sensor 320, a plurality of strain sensing elements 50 are arranged at a position equidistant from the position of the center of gravity 64b of the transducer thin film 64. Thereby, the magnitude | size of the distortion in the some distortion detection element 50 resulting from the bending of the transducer thin film 64 becomes the same. However, in the embodiment, even if the plurality of strain sensing elements 50 are arranged at positions equidistant from the center of gravity 64b, the direction of magnetization change differs depending on each position. For this reason, the phase response in each of the strain sensing elements 50 is different, and as a result, the signals obtained are also different. Therefore, by adding the signals from the plurality of strain sensing elements 50 that exhibit different phase responses, the specific effects according to the embodiment can be exhibited.

このように、圧力センサ320においては、第1センサ部72Aは、膜面64a上(第1膜面)に設けられた第2歪検知素子50Bをさらに含む。この場合も、第2歪検知素子50Bは、第3磁性層10Bと、第4磁性層20Bと、第3磁性層10Bと第4磁性層20Bとの間に設けられた非磁性の第2中間層30Bと、を含む。第2歪検知素子50Bは、第1歪検知素子50Aと膜面64aの縁部64egに沿って並ぶ。第1歪検知素子50Aと重心64bとの距離は、第2歪検知素子50Bと重心64bとの距離と同じである。ここで、第1歪検知素子50Aと重心64bとの距離は、第1歪検知素子50Aの重心と、膜面64aの重心64bと、の間の距離である。第2歪検知素子50Bと重心64bとの距離は、第2歪検知素子50Bの重心と、膜面64aの重心64bと、の間の距離である。   As described above, in the pressure sensor 320, the first sensor portion 72A further includes the second strain sensing element 50B provided on the film surface 64a (first film surface). Also in this case, the second strain sensing element 50B includes the third magnetic layer 10B, the fourth magnetic layer 20B, and the nonmagnetic second intermediate layer provided between the third magnetic layer 10B and the fourth magnetic layer 20B. Layer 30B. The second strain sensing element 50B is arranged along the edge 64eg of the film surface 64a with the first strain sensing element 50A. The distance between the first strain sensing element 50A and the center of gravity 64b is the same as the distance between the second strain sensing element 50B and the center of gravity 64b. Here, the distance between the first strain sensing element 50A and the center of gravity 64b is the distance between the center of gravity of the first strain sensing element 50A and the center of gravity 64b of the film surface 64a. The distance between the second strain sensing element 50B and the center of gravity 64b is the distance between the center of gravity of the second strain sensing element 50B and the center of gravity 64b of the film surface 64a.

例えば、第2歪検知素子50Bの第3磁性層10Bの磁化方向は、第1歪検知素子50Aの第1磁性層10の磁化方向及び第2磁性層20の磁化方向の一方に沿い、第2歪検知素子50Bの第4磁性層20Bの磁化方向は、第1歪検知素子50Aの第1磁性層10の磁化方向及び第2磁性層20の磁化方向の他方に沿う。   For example, the magnetization direction of the third magnetic layer 10B of the second strain sensing element 50B is along one of the magnetization direction of the first magnetic layer 10 and the magnetization direction of the second magnetic layer 20 of the first strain sensing element 50A. The magnetization direction of the fourth magnetic layer 20B of the strain sensing element 50B is along the other of the magnetization direction of the first magnetic layer 10 and the magnetization direction of the second magnetic layer 20 of the first strain sensing element 50A.

この例では、歪検知素子50a〜50dは、重心64bよりも+X方向側の部分及び重心64bよりも+Y方向側の部分とで囲まれた、膜面64a上の縁部64egに沿って配置されている。歪検知素子50a〜50dのそれぞれにおける第1磁性層10及び第2磁性層20の磁化方向は、共通の1つの方向である。例えば、第1磁性層10の磁化方向及び第2磁性層20の磁化方向は、ともに+X方向である。   In this example, the strain sensing elements 50a to 50d are arranged along an edge 64eg on the film surface 64a surrounded by a portion on the + X direction side from the center of gravity 64b and a portion on the + Y direction side from the center of gravity 64b. ing. The magnetization directions of the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20 in each of the strain sensing elements 50a to 50d are one common direction. For example, the magnetization direction of the first magnetic layer 10 and the magnetization direction of the second magnetic layer 20 are both + X directions.

固定部67a及び67cは、直線64cと、トランスデュース薄膜64の縁部64egと、の交点に配置されている。固定部67b及び固定部67dは、直線64dと、トランスデュース薄膜64の縁部64egと、の交点に配置されている。このように、固定部は、トランスデュース薄膜64の縁部65egのうちで、第1歪検知素子72Aと第2歪検知素子72Bとを通る直線上に位置する部分を、基体71aに固定する。   The fixing parts 67a and 67c are arranged at the intersection of the straight line 64c and the edge part 64eg of the transducer thin film 64. The fixing part 67b and the fixing part 67d are arranged at the intersection of the straight line 64d and the edge part 64eg of the transducer thin film 64. As described above, the fixing portion fixes a portion located on a straight line passing through the first strain detecting element 72A and the second strain detecting element 72B in the edge portion 65eg of the transducer thin film 64 to the base body 71a.

この例では、固定部67の数は、歪検知素子50の数と同じである。歪検知素子50に接続される第1配線57及び第2配線58は、歪検知素子50のそれぞれに対応する固定部67の上、または、その内部を通って、基体71aに向けて延在する。   In this example, the number of fixing portions 67 is the same as the number of strain sensing elements 50. The first wiring 57 and the second wiring 58 connected to the strain sensing element 50 extend toward the base 71a on or through the fixing portion 67 corresponding to each of the strain sensing elements 50. .

圧力センサ320においては、歪検知素子50aにおける第1磁性層10及び第2磁性層20の磁化方向と、応力81の方向と、の角度は、歪検知素子50bにおける第1磁性層10及び第2磁性層20の磁化方向と、応力81の方向と、の角度と異なる。   In the pressure sensor 320, the angle between the magnetization direction of the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20 in the strain sensing element 50a and the direction of the stress 81 is the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer in the strain sensing element 50b. The angle between the magnetization direction of the magnetic layer 20 and the direction of the stress 81 is different.

図9は、第2の実施形態に係る別の圧力センサの構成を例示する模式的平面図である。 図9に表したように、圧力センサ321においても、複数の歪検知素子50は、トランスデュース薄膜の縁部64egに沿って配置されている。この例では、重心64bから歪検知素子50のそれぞれまでの距離は、実質的に等しい。例えば、トランスデュース薄膜64に応力81が印加されていないときの歪検知素子50a〜50dのそれぞれにおける第1磁性層10の磁化方向11及び第2磁性層20の磁化方向21は、共通の方向を向いている。例えば、第1磁性層10の磁化方向11及び第2磁性層20の磁化方向21は、ともに+X方向である。この例では、固定部67の形状は、リング状であり、固定部67は、トランスデュース薄膜64の縁部64egに沿ってトランスデュース薄膜64を固定する。トランスデュース薄膜64の縁部64egを連続的に固定している。   FIG. 9 is a schematic plan view illustrating the configuration of another pressure sensor according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, also in the pressure sensor 321, the plurality of strain sensing elements 50 are arranged along the edge 64eg of the transducer thin film. In this example, the distances from the center of gravity 64b to each of the strain sensing elements 50 are substantially equal. For example, the magnetization direction 11 of the first magnetic layer 10 and the magnetization direction 21 of the second magnetic layer 20 in each of the strain sensing elements 50a to 50d when the stress 81 is not applied to the transducer thin film 64 have a common direction. It is suitable. For example, the magnetization direction 11 of the first magnetic layer 10 and the magnetization direction 21 of the second magnetic layer 20 are both in the + X direction. In this example, the shape of the fixing portion 67 is a ring shape, and the fixing portion 67 fixes the transducer thin film 64 along the edge portion 64eg of the transducer thin film 64. The edge 64eg of the transducer thin film 64 is continuously fixed.

トランスデュース薄膜64の撓み量は、重心64bからの距離に依存する。トランスデュース薄膜64において、トランスデュース薄膜64の縁部64egに沿って、互いに異なる方向(応力の方向63)の応力81が印加される。   The amount of deflection of the transducer thin film 64 depends on the distance from the center of gravity 64b. In the transducer thin film 64, stresses 81 in different directions (stress direction 63) are applied along the edge 64eg of the transducer thin film 64.

歪検知素子50aは、重心64bから+X方向側に配置されている。歪検知素子50aにおける第2磁性層20の磁化方向21は、応力81の方向63と、同じである。歪検知素子50aにおいては、第2磁性層の磁化方向22は、応力81を印加しても変化せず、初期の磁化方向21のままである。この場合には、歪検知素子50aにおける第1磁性層10の磁化方向11と、第2磁性層20の磁化方向22(磁化方向21)と、の間の角度は0度である。   The strain sensing element 50a is disposed on the + X direction side from the center of gravity 64b. The magnetization direction 21 of the second magnetic layer 20 in the strain sensing element 50 a is the same as the direction 63 of the stress 81. In the strain sensing element 50 a, the magnetization direction 22 of the second magnetic layer does not change even when the stress 81 is applied, and remains the initial magnetization direction 21. In this case, the angle between the magnetization direction 11 of the first magnetic layer 10 and the magnetization direction 22 (magnetization direction 21) of the second magnetic layer 20 in the strain sensing element 50a is 0 degree.

歪検知素子50bは、歪検知素子50aを基準にして、X軸方向から重心64bを中心にして例えば角度θ(例えば22.5度)回転した位置に配置されている。歪検知素子50bにおける第2磁性層20の磁化方向21と、応力81の方向63と、の間の角度は例えば角度θである。この場合には、応力が印加されたときの第2磁性層20の磁化方向22は、初期の磁化方向21から例えば角度θで回転し、磁化方向22となる。歪検知素子50bにおける第1磁性層10の磁化方向11と、第2磁性層20の磁化方向22と、の間の角度が、例えば角度θとなる。   The strain detection element 50b is disposed at a position rotated, for example, by an angle θ (for example, 22.5 degrees) from the X axis direction about the center of gravity 64b with respect to the strain detection element 50a. The angle between the magnetization direction 21 of the second magnetic layer 20 and the direction 63 of the stress 81 in the strain sensing element 50b is, for example, an angle θ. In this case, the magnetization direction 22 of the second magnetic layer 20 when the stress is applied rotates from the initial magnetization direction 21 by, for example, an angle θ to become the magnetization direction 22. An angle between the magnetization direction 11 of the first magnetic layer 10 and the magnetization direction 22 of the second magnetic layer 20 in the strain sensing element 50b is, for example, an angle θ.

同様に、トランスデュース薄膜64の縁部64egに沿って配置された複数の歪検知素子50における第1磁性層10の磁化方向11と、応力印加ときの第2磁性層20の磁化方向22と、の間の角度は、応力81の方向63に依存して変化する。歪検知素子50のそれぞれから得られるそれぞれの信号50sgの位相が、互いに異なる。それぞれの信号50sgは、第1磁性層10の磁化方向11と第2磁性層20の磁化方向22と、の間の角度に依存して変化する。   Similarly, the magnetization direction 11 of the first magnetic layer 10 in the plurality of strain sensing elements 50 arranged along the edge 64eg of the transducer thin film 64, the magnetization direction 22 of the second magnetic layer 20 when stress is applied, The angle between varies depending on the direction 63 of the stress 81. The phases of the respective signals 50sg obtained from the respective strain sensing elements 50 are different from each other. Each signal 50 sg changes depending on the angle between the magnetization direction 11 of the first magnetic layer 10 and the magnetization direction 22 of the second magnetic layer 20.

例えば、図7(b)に関して説明したように、複数の歪検知素子50a〜50dから得られる信号50sg(第1信号sg1及び第2信号sg2など)を、処理回路113によって、例えば、加算処理する。   For example, as described with reference to FIG. 7B, the signal 50sg (the first signal sg1, the second signal sg2, etc.) obtained from the plurality of strain sensing elements 50a to 50d is added by the processing circuit 113, for example. .

この例においても、各位置により重みをつけて加算処理するなどを行っても良い。これにより、応用上好ましい圧力信号を得ることが可能となる。   Also in this example, addition processing may be performed with weighting depending on each position. This makes it possible to obtain a pressure signal that is favorable for application.

例えば、歪検知素子50のそれぞれから得られる信号が微弱であった場合においても、複数の歪検知素子50からの信号を加算処理することで、後段の増幅処理に適した信号を得ることが可能となる。   For example, even when the signal obtained from each of the strain sensing elements 50 is weak, it is possible to obtain a signal suitable for the subsequent amplification process by adding the signals from the plurality of strain sensing elements 50. It becomes.

また、周波数特性を改善することも可能となる。また、加算処理するだけでなく、掛け算、引き算または差動信号処理などを行っても良い。これにより、後の増幅処理に、より適した信号を得ることができる。   It is also possible to improve frequency characteristics. In addition to addition processing, multiplication, subtraction, differential signal processing, or the like may be performed. Thereby, a signal more suitable for the subsequent amplification processing can be obtained.

実施形態においては、複数の歪検知素子50を、共通の1つのトランスデュース薄膜64上に設けることで、例えば、複雑な信号処理を行わなくても、所望の特性の信号を容易に得ることができる。これにより、例えば、広い周波数帯域で高感度な音波の検出が容易に実現できる。   In the embodiment, by providing a plurality of strain sensing elements 50 on one common transducer thin film 64, for example, a signal having a desired characteristic can be easily obtained without performing complicated signal processing. it can. Thereby, for example, highly sensitive sound waves can be easily detected in a wide frequency band.

圧力センサ320及び321によれば、複数の歪検知素子50どうしの間の位相差を用いて、フィルタ処理を行うことができる。これにより、周波数特性の制御性を高くすることができる。   According to the pressure sensors 320 and 321, it is possible to perform filter processing using the phase difference between the plurality of strain sensing elements 50. Thereby, the controllability of the frequency characteristic can be enhanced.

また、トランスデュース薄膜の形状及び構造は、周波数応答性に直接関わるので、一般に、広い周波数帯域において高い感度を得ようとすると、トランスデュース薄膜構造が非常に複雑になる場合がある。   In addition, since the shape and structure of the transducer thin film are directly related to the frequency response, in general, when obtaining high sensitivity in a wide frequency band, the transducer thin film structure may become very complicated.

これに対して、実施形態に係る圧力センサ320及び321においては、トランスデュース薄膜の形状を複雑にすることなく、単純なトランスデュース薄膜の構造を用いて、広域の周波数特性を向上させることができる。   On the other hand, in the pressure sensors 320 and 321 according to the embodiment, a wide frequency characteristic can be improved by using a simple structure of the transducer thin film without complicating the shape of the transducer thin film. .

これは、実施形態においては、歪検知素子50における面積あたりの感度が高いため、1つのトランスデュース薄膜64に複数の歪検知素子50を設けることができ、さらに、歪検知素子50の配置の自由度が高いことによって得られる独特の効果である。   In the embodiment, since the sensitivity per area in the strain sensing element 50 is high, a plurality of strain sensing elements 50 can be provided on one transducer thin film 64, and the strain sensing elements 50 can be freely arranged. It is a unique effect obtained by high degree.

(第3の実施形態)
図10は、第3の実施形態に係る別の圧力センサの構成を例示する模式的平面図である。
図10に表したように、圧力センサ330においては、複数の歪検知素子50は、直線64c及び直線64dに沿って、実質的に等間隔に配置されている。例えば、直線64cにおける中心(重心64bに対応する)の両側に、4個ずつ歪検知素子50が配置されている。直線64dにおける中心(重心64bに対応する)の両側に、4個ずつ歪検知素子50が配置されている。この例では、歪検知素子50は、重心64bに対して実質的に対称な位置に配置されている。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a schematic plan view illustrating the configuration of another pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIG. 10, in the pressure sensor 330, the plurality of strain sensing elements 50 are arranged at substantially equal intervals along the straight line 64c and the straight line 64d. For example, four strain sensing elements 50 are arranged on both sides of the center of the straight line 64c (corresponding to the center of gravity 64b). Four strain sensing elements 50 are arranged on both sides of the center of the straight line 64d (corresponding to the center of gravity 64b). In this example, the strain sensing element 50 is disposed at a substantially symmetric position with respect to the center of gravity 64b.

すなわち、本実施形態に係る圧力センサ330においても、複数の歪検知素子50が設けられている。例えば、センサ部72(第1センサ部72A)は、第1歪検知素子50Aに加えて第2歪検知素子50Bをさらに含む。   That is, the pressure sensor 330 according to this embodiment is also provided with a plurality of strain sensing elements 50. For example, the sensor unit 72 (first sensor unit 72A) further includes a second strain sensing element 50B in addition to the first strain sensing element 50A.

例えば、第1歪検知素子50Aを歪検知素子50aとし、第2歪検知素子50Bを歪検知素子50bとする。第2歪検知素子50Bは、第1歪検知素子50Aと膜面64aの縁部egに沿って並ぶ。   For example, the first strain sensing element 50A is a strain sensing element 50a, and the second strain sensing element 50B is a strain sensing element 50b. The second strain sensing element 50B is aligned with the first strain sensing element 50A and along the edge eg of the film surface 64a.

例えば、第1歪検知素子50Aを歪検知素子50aとし、第2歪検知素子50Bを歪検知素子50cとする。第1歪検知素子50A(歪検知素子50a)と第2歪検知素子50B(歪検知素子50c)とを結ぶ直線(直線64d)は、重心64bを通る。   For example, the first strain sensing element 50A is a strain sensing element 50a, and the second strain sensing element 50B is a strain sensing element 50c. A straight line (straight line 64d) connecting the first strain sensing element 50A (strain sensing element 50a) and the second strain sensing element 50B (strain sensing element 50c) passes through the center of gravity 64b.

これに対して、実施形態に係る圧力センサ330においては、歪みに対して異なる反応をする複数の歪検知素子を設ける。これにより、周波数特性が補正できる。   On the other hand, in the pressure sensor 330 according to the embodiment, a plurality of strain sensing elements that react differently to strain are provided. Thereby, the frequency characteristic can be corrected.

例えば、トランスデュース薄膜64の重心64bに対して対称の位置にある歪検知素子50a〜50dにおいて、応力が印加される前の歪検知素子50a〜50dの第1磁性層10及び第2磁性層20の磁化方向を、例えばX軸方向とする。トランスデュース薄膜64に応力が印加されると、トランスデュース薄膜64の膜面64aの重心64bから縁部64egへ向かう方向に応力81(例えば引っ張り応力)が発生する。歪検知素子50a〜50dどうしにおいて、磁化方向と応力81の方向63との角度が互いに異なる。例えば、この例では、歪検知素子50a〜50dにおける磁化方向と応力81の方向63との角度は、それぞれ、0度、90度、180度、90度となる。それらの信号は処理回路において加算処理される。これにより、広域の周波数特性が得られる。   For example, in the strain sensing elements 50a to 50d that are symmetric with respect to the center of gravity 64b of the transducer thin film 64, the first magnetic layer 10 and the second magnetic layer 20 of the strain sensing elements 50a to 50d before the stress is applied. Let the magnetization direction of X be the X-axis direction, for example. When stress is applied to the transducer thin film 64, stress 81 (for example, tensile stress) is generated in the direction from the center of gravity 64b of the film surface 64a of the transducer thin film 64 toward the edge 64eg. In the strain sensing elements 50a to 50d, the angles of the magnetization direction and the direction 63 of the stress 81 are different from each other. For example, in this example, the angles between the magnetization direction and the stress 63 direction 63 in the strain sensing elements 50a to 50d are 0 degree, 90 degrees, 180 degrees, and 90 degrees, respectively. These signals are added in the processing circuit. Thereby, a wide frequency characteristic can be obtained.

圧力センサ330においては、固定部67a及び67cは、直線64cと、トランスデュース薄膜64の縁部64egと、の交点に配置されている。固定部67b及び固定部67dは、直線64dと、トランスデュース薄膜64の縁部64egと、の交点に配置されている。   In the pressure sensor 330, the fixing portions 67a and 67c are disposed at the intersections of the straight line 64c and the edge portion 64eg of the transducer thin film 64. The fixing part 67b and the fixing part 67d are arranged at the intersection of the straight line 64d and the edge part 64eg of the transducer thin film 64.

図11は、第3の実施形態に係る別の圧力センサの構成を例示する模式的平面図である。
図11に表したように、本実施形態に係る圧力センサ331においては、固定部67の形状は、リング状である。固定部67は、トランスデュース薄膜64の縁部64egに沿う。固定部67は、トランスデュース薄膜64の縁部64egを連続的に固定している。トランスデュース薄膜64の縁部64egを連続的に固定しているので、トランスデュース薄膜64の撓み量は、重心64bからの距離に依存するようにすることができる。
FIG. 11 is a schematic plan view illustrating the configuration of another pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIG. 11, in the pressure sensor 331 according to the present embodiment, the shape of the fixing portion 67 is a ring shape. The fixing portion 67 extends along the edge portion 64eg of the transducer thin film 64. The fixing portion 67 continuously fixes the edge portion 64eg of the transducer thin film 64. Since the edge 64eg of the transducer thin film 64 is continuously fixed, the amount of deflection of the transducer thin film 64 can depend on the distance from the center of gravity 64b.

図12は、第3の実施形態に係る別の圧力センサの構成を例示する模式的平面図である。
図12に表したように、本実施形態に係る別の圧力センサ332においては、複数の歪検知素子50は、直線64c及び直線64dに沿って実質的に等間隔に配置されている。直線64cにおける重心64bの両側に4個ずつの歪検知素子50が配置され、直線64dにおける重心64bの両側に4個ずつの歪検知素子50が配置されている。
FIG. 12 is a schematic plan view illustrating the configuration of another pressure sensor according to the third embodiment.
As shown in FIG. 12, in another pressure sensor 332 according to the present embodiment, the plurality of strain sensing elements 50 are arranged at substantially equal intervals along the straight line 64c and the straight line 64d. Four strain sensing elements 50 are arranged on both sides of the centroid 64b in the straight line 64c, and four strain sensing elements 50 are arranged on both sides of the centroid 64b in the straight line 64d.

複数の歪検知素子50は、直線64e及び直線64fに沿って実質的に等間隔に配置されている。直線64eにおける中心(重心64bに相当する)の両側に4個ずつの歪検知素子50が配置され、直線64fにおける中心(重心64bに相当する)の両側に4個ずつの歪検知素子50が配置されている。歪検知素子50は、重心64bに対して対称な位置に配置されている。   The plurality of strain sensing elements 50 are arranged at substantially equal intervals along the straight line 64e and the straight line 64f. Four strain sensing elements 50 are disposed on both sides of the center (corresponding to the center of gravity 64b) in the straight line 64e, and four strain sensing elements 50 are disposed on both sides of the center (corresponding to the center of gravity 64b) in the straight line 64f. Has been. The strain sensing element 50 is disposed at a symmetrical position with respect to the center of gravity 64b.

(第4の実施形態)
図13は、第4の実施形態の係る圧力センサの構成を例示する模式的平面図である。
図13に表したように、圧力センサ340は、複数のセンサ部72を含む。例えば、圧力センサ340は、上記の基体71aと、第1センサ部72Aに加えて第2センサ部72Bをさらに備える。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a schematic plan view illustrating the configuration of the pressure sensor according to the fourth embodiment.
As illustrated in FIG. 13, the pressure sensor 340 includes a plurality of sensor units 72. For example, the pressure sensor 340 further includes a second sensor unit 72B in addition to the base 71a and the first sensor unit 72A.

既に説明したように、第1センサ部72Aは、第1トランスデュース薄膜64Aと、第1固定部67Aと、第1歪検知素子50Aと、を含む。この例では、第1センサ部72Aは、第2歪検知素子50Bをさらに含む。これらの構成については上記の通りである。   As already described, the first sensor portion 72A includes the first transducer thin film 64A, the first fixing portion 67A, and the first strain sensing element 50A. In this example, the first sensor unit 72A further includes a second strain sensing element 50B. These configurations are as described above.

第2センサ部72Bは、基体71aの上に設けられる。第2センサ部72Bは、第2トランスデュース薄膜64Bと、第2固定部67Bと、第3歪検知素子50Cと、をさらに含む。第2トランスデュース薄膜64Bは、第2膜面64Baを有し、可撓性である。第2固定部67Bは、第2トランスデュース薄膜64Bを基体71aに固定する。第3歪検知素子50Cは、第2膜面64Ba上に設けられる。   The second sensor unit 72B is provided on the base 71a. The second sensor part 72B further includes a second transducer thin film 64B, a second fixing part 67B, and a third strain sensing element 50C. The second transducer thin film 64B has a second film surface 64Ba and is flexible. The second fixing portion 67B fixes the second transducer thin film 64B to the base 71a. The third strain sensing element 50C is provided on the second film surface 64Ba.

第3歪検知素子50Cの構成は、例えば、第1歪検知素子50Aの構成と同様である。すなわち、図3に例示したように、第3歪検知素子50Cは、第5磁性層10Cと、第6磁性層20Cと、第5磁性層10Cと第6磁性層20Cとの間に設けられた非磁性の第3中間層30Cと、を含む。   The configuration of the third strain sensing element 50C is the same as the configuration of the first strain sensing element 50A, for example. That is, as illustrated in FIG. 3, the third strain sensing element 50C is provided between the fifth magnetic layer 10C, the sixth magnetic layer 20C, and the fifth magnetic layer 10C and the sixth magnetic layer 20C. And a nonmagnetic third intermediate layer 30C.

第2トランスデュース薄膜64Bの第2膜面64Baの重心64Bbを通り第2膜面64Baに対して平行な方向に沿った第2トランスデュース薄膜64の幅w2は、第1トランスデュース薄膜(トランスデュース薄膜64)の膜面64a(第1膜面)の重心64bを通り第1膜面に対して平行な方向に沿った第1トランスデュース薄膜64の幅w1とは異なる。この例では、幅w2は、幅w1よりも広い。   The width w2 of the second transducer thin film 64 along the direction parallel to the second membrane surface 64Ba through the center of gravity 64Bb of the second membrane surface 64Ba of the second transducer thin film 64B is the first transducer thin film (transducer). It differs from the width w1 of the first transducer thin film 64 along the direction parallel to the first film surface through the center of gravity 64b of the film surface 64a (first film surface) of the thin film 64). In this example, the width w2 is wider than the width w1.

このように、圧力センサ340においては、直径が異なる複数のトランスデュース薄膜64がアレイ状に配置されている。直径が異なると、共振する周波数が異なる。これにより、複数の共振周波数において、感度を向上させることができる。   Thus, in the pressure sensor 340, a plurality of transducer thin films 64 having different diameters are arranged in an array. Different diameters have different resonant frequencies. Thereby, the sensitivity can be improved at a plurality of resonance frequencies.

(第5の実施形態)
本実施形態は、圧力センサ(例えば第1〜第4の実施形態に係る圧力センサ)の製造方法に係る。
図14は、第5の実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示するフローチャート図である。
図15(a)〜図15(d)は、第5の実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示する工程順模式的斜視図である。
これらの図は、圧力センサ310の製造方法の例である。図14(a)〜図14(d)においては、図を見やすくするために、各要素の形状やサイズを、図1から適宜変更して示している。
(Fifth embodiment)
The present embodiment relates to a method for manufacturing a pressure sensor (for example, a pressure sensor according to the first to fourth embodiments).
FIG. 14 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the pressure sensor according to the fifth embodiment.
FIG. 15A to FIG. 15D are schematic perspective views in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the pressure sensor according to the fifth embodiment.
These drawings are examples of a manufacturing method of the pressure sensor 310. In FIG. 14A to FIG. 14D, the shape and size of each element are appropriately changed from those in FIG.

図14に表したように、トランスデュース膜を形成する(ステップS101)。
例えば、図15(a)に表したように、基板70sの上にトランスデュース薄膜64となるトランスデュース膜64fmを形成する。基板70sには、例えばシリコン基板が用いられる。トランスデュース膜64fmには、例えばシリコン酸化膜が用いられる。トランスデュース薄膜64の縁部64egを断続的に保持する固定部67(例えば固定部67a〜67dなど)を形成する場合は、この工程で、トランスデュース膜64fmを加工して、固定部67となる部分を形成しても良い。
As shown in FIG. 14, a transducer film is formed (step S101).
For example, as shown in FIG. 15A, a transducer film 64fm to be the transducer thin film 64 is formed on the substrate 70s. For example, a silicon substrate is used as the substrate 70s. For example, a silicon oxide film is used for the transducer film 64fm. In the case where a fixing portion 67 (for example, fixing portions 67a to 67d) that intermittently holds the edge 64eg of the transducer thin film 64 is formed, the transducer film 64fm is processed in this step to become the fixing portion 67. A portion may be formed.

図14に表したように、第1導電層を形成する(ステップS102)。
例えば、図15(b)に表したように、トランスデュース膜64fm(または、トランスデュース薄膜64)の上に、導電膜を形成し、この導電膜を所定の形状に加工して第1導電層(導電層61f)を形成する。この導電層は、例えば、第1配線57の少なくとも一部となることができる。
As shown in FIG. 14, the first conductive layer is formed (step S102).
For example, as shown in FIG. 15B, a conductive film is formed on the transducer film 64fm (or the transducer thin film 64), and the conductive film is processed into a predetermined shape to form the first conductive layer. (Conductive layer 61f) is formed. This conductive layer can be at least a part of the first wiring 57, for example.

図14に表したように、歪検知素子50を形成する(ステップS103)。
例えば、図15(c)に表したように、導電層61fの上の一部に、歪検知素子50となる積層膜を形成する。この積層膜は、例えば、この順で積層された、バッファ層、シード層、反強磁性層、磁性層、磁気結合層、磁性層、中間層、磁性層、高磁歪膜、及び、キャップ膜などを含む。この積層膜を所定の形状に加工して、歪検知素子50(例えば、歪検知素子50a〜50dなど)を形成する。
As shown in FIG. 14, the strain sensing element 50 is formed (step S103).
For example, as shown in FIG. 15C, a laminated film that becomes the strain sensing element 50 is formed on a part of the conductive layer 61f. This laminated film is, for example, a buffer layer, a seed layer, an antiferromagnetic layer, a magnetic layer, a magnetic coupling layer, a magnetic layer, an intermediate layer, a magnetic layer, a high magnetostrictive film, and a cap film laminated in this order. including. The laminated film is processed into a predetermined shape to form the strain sensing element 50 (for example, the strain sensing elements 50a to 50d).

図14に表したように、第2導電層を形成する(ステップS104)。
例えば、図15(d)に表したように、歪検知素子50を覆うように、図示しない絶縁膜を形成し、この絶縁膜の一部を除去して歪検知素子50の上面を露出させる。この上に導電膜を形成し、所定の形状に加工して第2導電層(導電層62f)が得られる。
As shown in FIG. 14, the second conductive layer is formed (step S104).
For example, as shown in FIG. 15D, an insulating film (not shown) is formed so as to cover the strain sensing element 50, and a part of the insulating film is removed to expose the upper surface of the strain sensing element 50. A conductive film is formed thereon and processed into a predetermined shape to obtain a second conductive layer (conductive layer 62f).

図14に表したように、第1導電層に接続された配線(例えば第1配線57)、及び、第2導電層に接続された配線(例えば第2配線58)を形成する(ステップS105)。上記の第1導電層の形成及び第2導電層の形成の少なくともいずれかにより、配線が形成されても良い。すなわち、また、配線の加工のための少なくとも一部の工程は、第1導電層の形成、第2導電層の形成及び歪検知素子の形成の少なくとも一部と同時に行われても良い。すなわち、ステップS102〜S105の少なくとも一部は、技術的に可能な範囲で、同時に実施されても良く、また、順序が入れ替わっても良い。   As shown in FIG. 14, a wiring (for example, the first wiring 57) connected to the first conductive layer and a wiring (for example, the second wiring 58) connected to the second conductive layer are formed (step S105). . The wiring may be formed by at least one of the formation of the first conductive layer and the formation of the second conductive layer. That is, at least a part of the process for processing the wiring may be performed simultaneously with at least a part of the formation of the first conductive layer, the formation of the second conductive layer, and the formation of the strain sensing element. That is, at least a part of steps S102 to S105 may be performed simultaneously within the technically possible range, and the order may be changed.

図14に表したように、基板70sの裏面(下面)からのエッチングを行う(ステップS106)。この加工には、例えば、Deep−RIEなどが用いられる。このとき、ボッシュプロセスを実施しても良い。
これにより、図15(d)に表したように、基板70sに、空洞部70が形成される。空洞部70が形成されていない部分が非空洞部71となる。これにより、トランスデュース薄膜64が形成される。
As shown in FIG. 14, etching is performed from the back surface (lower surface) of the substrate 70s (step S106). For this processing, for example, Deep-RIE is used. At this time, a Bosch process may be performed.
As a result, as shown in FIG. 15D, the cavity 70 is formed in the substrate 70s. A portion where the cavity portion 70 is not formed becomes a non-cavity portion 71. Thereby, the transducer thin film 64 is formed.

なお、トランスデュース薄膜64の縁部64egを連続的に保持する固定部67(例えば圧力センサ321など)を形成する場合は、基板70sの裏面からのエッチングを行うことで、トランスデュース薄膜64と同時に固定部67が形成される。   In addition, when forming the fixing | fixed part 67 (for example, pressure sensor 321 etc.) which hold | maintains the edge part 64eg of the transducing thin film 64 continuously, etching from the back surface of the board | substrate 70s is performed simultaneously with the transducing thin film 64. A fixing portion 67 is formed.

このように、この製造方法では、半導体基板上にトランスデュース薄膜64となる膜(トランスデュース膜64fm)を成膜し、その上に歪検知素子50(歪抵抗変化部)となる膜を成膜し、素子の形状にパターニングする。素子が形成され、通電可能とした後に、基板裏面からトランスデュース膜64fmまでエッチングして、トランスデュース薄膜64を形成する本実施形態によれば、高感度の圧力センサが製造できる。   As described above, in this manufacturing method, a film to be the transducer thin film 64 (transducer film 64fm) is formed on the semiconductor substrate, and a film to be the strain sensing element 50 (strain resistance changing portion) is formed thereon. Then, it is patterned into the shape of the element. According to the present embodiment, after the element is formed and energization is enabled, etching is performed from the back surface of the substrate to the transducer film 64fm to form the transducer thin film 64, a highly sensitive pressure sensor can be manufactured.

(第6の実施形態)
図16は、第6の実施形態に係る圧力センサを例示する模式的斜視図である。
図16に表したように、本実施形態に係る圧力センサ360には、基体71a及びセンサ部72(第1センサ部72A)に加え、半導体回路部110が設けられる。半導体回路部110の上に、基体71aが設けられ、基体71aの上にセンサ部72が設けられる。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is a schematic perspective view illustrating a pressure sensor according to the sixth embodiment.
As shown in FIG. 16, the pressure sensor 360 according to the present embodiment includes a semiconductor circuit unit 110 in addition to the base 71 a and the sensor unit 72 (first sensor unit 72 </ b> A). A base 71a is provided on the semiconductor circuit part 110, and a sensor part 72 is provided on the base 71a.

半導体回路部110は、例えば、半導体基板111と、トランジスタ112と、を含む。   The semiconductor circuit unit 110 includes, for example, a semiconductor substrate 111 and a transistor 112.

半導体基板111は、半導体基板111の主面111aを含む。半導体基板111は、主面111aに設けられた素子領域111bを含む。トランジスタ112は、素子領域111bに設けられる。   The semiconductor substrate 111 includes a main surface 111 a of the semiconductor substrate 111. The semiconductor substrate 111 includes an element region 111b provided on the main surface 111a. The transistor 112 is provided in the element region 111b.

半導体回路部110は、処理回路113を含んでも良い。処理回路113は、素子領域111bに設けられても良く、それ以外の領域に設けられても良い。処理回路113は半導体回路部110の任意の場所に設けられる。処理回路113は、素子領域111bに設けられるトランジスタ112を含んでも良い。   The semiconductor circuit unit 110 may include a processing circuit 113. The processing circuit 113 may be provided in the element region 111b or may be provided in other regions. The processing circuit 113 is provided at an arbitrary location in the semiconductor circuit unit 110. The processing circuit 113 may include a transistor 112 provided in the element region 111b.

基体71aは、例えば、半導体回路部110の上方に設けられる。基体71aには、空洞部70が形成されている。空洞部70は、トランジスタ112の上方に形成されている。空洞部70は、少なくとも、素子領域111bの上方に形成される。基体71aにおける空洞部70以外の部分が非空洞部71である。非空洞部71は、主面111aに対して平行な平面内で空洞部70と並置される。   The base 71a is provided above the semiconductor circuit unit 110, for example. A hollow portion 70 is formed in the base 71a. The cavity 70 is formed above the transistor 112. The cavity 70 is formed at least above the element region 111b. A portion other than the hollow portion 70 in the base body 71 a is a non-hollow portion 71. Non-hollow part 71 is juxtaposed with cavity part 70 in a plane parallel to main surface 111a.

この例では、トランジスタ112が形成された基板の上方に、歪検知素子50が形成されている。トランジスタ112と、歪検知素子50とは、実装工程で用いられるようなワイヤではなく、ウェーハ製造工程で一貫して形成される配線層で接続されている。これにより、圧力センサの小型化が可能になり、微小領域で歪を高感度に検知することができる。   In this example, the strain sensing element 50 is formed above the substrate on which the transistor 112 is formed. The transistor 112 and the strain sensing element 50 are connected not by a wire used in the mounting process but by a wiring layer formed consistently in the wafer manufacturing process. As a result, the pressure sensor can be reduced in size, and the strain can be detected with high sensitivity in a minute region.

トランジスタ112と歪検知素子50とを共通の基板上に形成することで、例えば、演算回路、増幅回路及び通信回路などの、センサで得られた情報を処理する回路(処理回路113など)を歪検知素子50と同じ基板上に形成することができる。高感度なセンサを演算回路と一体として形成することで、システム全体としてみたときに、小型化が実現できる。また、低消費電力化を実現することができる。   By forming the transistor 112 and the strain sensing element 50 on a common substrate, for example, a circuit (processing circuit 113 or the like) that processes information obtained by the sensor such as an arithmetic circuit, an amplifier circuit, or a communication circuit is distorted. It can be formed on the same substrate as the sensing element 50. By forming the high-sensitivity sensor integrally with the arithmetic circuit, it is possible to reduce the size of the system as a whole. Further, low power consumption can be realized.

本実施形態においては、例えば、高感度のセンサを用い、さらに、そのセンサで得られた信号を演算処理する回路が、共通の基板上にシステムオンチップとして実現される。   In the present embodiment, for example, a high-sensitivity sensor is used, and a circuit that performs arithmetic processing on a signal obtained by the sensor is realized as a system-on-chip on a common substrate.

ただし、既に説明したように、半導体回路部110は、基体71a及びセンサ部72とは別に設けられても良い。この場合には、例えば、パッケージ工程において、1つのパッケージ内に、基体71aとセンサ部72と半導体回路部110とが配置される。   However, as already described, the semiconductor circuit unit 110 may be provided separately from the base 71a and the sensor unit 72. In this case, for example, in the packaging process, the base 71a, the sensor unit 72, and the semiconductor circuit unit 110 are arranged in one package.

図17(a)〜図17(c)は、第6の実施形態に係る圧力センサの構成を例示する模式図である。
図17(a)は、模式的斜視図であり、図17(b)及び図17(c)は、圧力センサを例示するブロック図である。
FIG. 17A to FIG. 17C are schematic views illustrating the configuration of a pressure sensor according to the sixth embodiment.
FIG. 17A is a schematic perspective view, and FIG. 17B and FIG. 17C are block diagrams illustrating pressure sensors.

図17(a)に表したように、本実施形態に係る圧力センサ361は、基体71a、センサ部72及び半導体回路部110に加え、アンテナ115と、電気配線116と、をさらに含む。アンテナ115は、電気配線116を介して、半導体回路部110と接続される。圧力センサ361のセンサ部72は、例えば、図1及び図2に例示した圧力センサ310におけるセンサ部72と同様の構成を有する。すなわち、例えば、基体71aと、第1センサ部72Aと、が設けられる。第1センサ部72Aは、第1トランスデュース薄膜64Aと、第1固定部67Aと、第1歪検知素子50Aと、を含む。この例では、第1センサ部72Aは、第2歪検知素子50Bをさらに含む。これらの構成については上記の通りである。   As illustrated in FIG. 17A, the pressure sensor 361 according to the present embodiment further includes an antenna 115 and an electrical wiring 116 in addition to the base 71 a, the sensor unit 72, and the semiconductor circuit unit 110. The antenna 115 is connected to the semiconductor circuit unit 110 via the electrical wiring 116. The sensor unit 72 of the pressure sensor 361 has, for example, the same configuration as the sensor unit 72 in the pressure sensor 310 illustrated in FIGS. 1 and 2. That is, for example, the base 71a and the first sensor unit 72A are provided. The first sensor unit 72A includes a first transducer thin film 64A, a first fixing unit 67A, and a first strain sensing element 50A. In this example, the first sensor unit 72A further includes a second strain sensing element 50B. These configurations are as described above.

図17(b)に表したように、送信回路117が圧力センサ361に設けられる。送信回路117は、歪検知素子50に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する。送信回路117の少なくとも一部は、半導体回路部110に設けることができる。半導体回路部110は、歪検知素子50に流れる電気信号に基づくデータを無線で送信する送信回路117を含むことができる。   As shown in FIG. 17B, the transmission circuit 117 is provided in the pressure sensor 361. The transmission circuit 117 wirelessly transmits data based on the electrical signal flowing through the strain sensing element 50. At least a part of the transmission circuit 117 can be provided in the semiconductor circuit portion 110. The semiconductor circuit unit 110 can include a transmission circuit 117 that wirelessly transmits data based on an electrical signal flowing through the strain sensing element 50.

図17(c)に表したように、圧力センサ361と組み合わせて用いられる電子機器118dには、受信部118が設けられる。電子機器118dとして、例えば、携帯端末などの電子装置が用いられる。
例えば、送信回路117を含む圧力センサ361と、受信部118を含む電子機器118dと、を組み合わせて用いることで、より便利になる。
As illustrated in FIG. 17C, the electronic device 118 d used in combination with the pressure sensor 361 is provided with a receiving unit 118. For example, an electronic device such as a portable terminal is used as the electronic device 118d.
For example, it becomes more convenient to use a pressure sensor 361 including the transmission circuit 117 and an electronic device 118d including the reception unit 118 in combination.

この例では、図17(b)に表したように、圧力センサ361には、電子機器118dからの制御信号を受信する受信回路117rが設けられている。例えば、受信回路117rの少なくとも一部は、半導体回路部110に設けることができる。受信回路117rを設けることにより、例えば、電子機器118dを操作することで、圧力センサ361の動作を制御することができる。   In this example, as shown in FIG. 17B, the pressure sensor 361 is provided with a receiving circuit 117r that receives a control signal from the electronic device 118d. For example, at least a part of the reception circuit 117r can be provided in the semiconductor circuit unit 110. By providing the receiving circuit 117r, for example, the operation of the pressure sensor 361 can be controlled by operating the electronic device 118d.

図17(b)に表したように、この例では、圧力センサ361には、送信回路117として、例えば、歪検知素子50に接続されたADコンバータ117aと、マンチェスター符号化部117bと、が設けられる。さらに、切替部117cが設けられ、送信と受信を切り替える。タイミングコントローラ117dによりこの切り替えが制御される。そして、受信回路117rとして、データ訂正部117eと、同期部117fと、判定部117gと、が設けられる。さらに、電圧制御発振器117h(VCO)が設けられている。   As illustrated in FIG. 17B, in this example, the pressure sensor 361 includes, for example, an AD converter 117 a connected to the strain sensing element 50 and a Manchester encoding unit 117 b as the transmission circuit 117. It is done. Further, a switching unit 117c is provided to switch between transmission and reception. This switching is controlled by the timing controller 117d. As the reception circuit 117r, a data correction unit 117e, a synchronization unit 117f, and a determination unit 117g are provided. Further, a voltage controlled oscillator 117h (VCO) is provided.

一方、図17(c)に表したように、電子機器118dには、マンチェスター符号化部117b、切替部117c、タイミングコントローラ117d、データ訂正部117e、同期部117f、判定部117g及び電圧制御発振器117hが設けられ、さらに記憶部118a及び中央演算部118b(CPU)が設けられている。   On the other hand, as shown in FIG. 17C, the electronic device 118d includes a Manchester encoding unit 117b, a switching unit 117c, a timing controller 117d, a data correction unit 117e, a synchronization unit 117f, a determination unit 117g, and a voltage controlled oscillator 117h. And a storage unit 118a and a central processing unit 118b (CPU).

(第7の実施形態)
本実施形態は、実施形態に係る圧力センサの製造方法に係る。以下では、1つの例として、圧力センサ360の製造方法について説明する。
(Seventh embodiment)
The present embodiment relates to a method for manufacturing a pressure sensor according to the embodiment. Below, the manufacturing method of the pressure sensor 360 is demonstrated as one example.

図18(a)、図18(b)、図19(a)、図19(b)、図20(a)、図20(b)、図21(a)、図21(b)、図22(a)、図22(b)、図23(a)、図23(b)、図24(a)、図24(b)、図25(a)、図25(b)、図26(a)、図26(b)、図27(a)、図27(b)、図28(a)、図28(b)、図29(a)及び図29(b)は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示する模式図である。   18 (a), 18 (b), 19 (a), 19 (b), 20 (a), 20 (b), 21 (a), 21 (b), 22 (A), 22 (b), 23 (a), 23 (b), 24 (a), 24 (b), 25 (a), 25 (b), 26 (a) ), FIG. 26 (b), FIG. 27 (a), FIG. 27 (b), FIG. 28 (a), FIG. 28 (b), FIG. 29 (a), and FIG. It is a schematic diagram which illustrates the manufacturing method of the pressure sensor which concerns on.

図18(a)〜図29(a)は、模式的平面図であり、図18(b)〜図29(b)は、模式的断面図である。   FIGS. 18A to 29A are schematic plan views, and FIGS. 18B to 29B are schematic cross-sectional views.

図18(a)及び図18(b)に表したように、半導体基板111の表面部分に半導体層112Mが設けられている。半導体層112Mの上面に素子分離絶縁層112Iを形成する。半導体層112Mの上に、図示しない絶縁層を介して、ゲート112Gを形成する。ゲート112Gの両側に、ソース112Sとドレイン112Dとを形成し、トランジスタ112が形成される。この上に層間絶縁膜114aを形成し、さらに層間絶縁膜114bを形成する。   As shown in FIGS. 18A and 18B, the semiconductor layer 112 </ b> M is provided on the surface portion of the semiconductor substrate 111. An element isolation insulating layer 112I is formed on the upper surface of the semiconductor layer 112M. A gate 112G is formed on the semiconductor layer 112M via an insulating layer (not shown). A source 112S and a drain 112D are formed on both sides of the gate 112G, and the transistor 112 is formed. An interlayer insulating film 114a is formed thereon, and an interlayer insulating film 114b is further formed.

非空洞部71となる領域において、層間絶縁膜114a及び114bの一部に、トレンチ及び孔を形成する。孔に導電材料を埋め込んで、接続ピラー114c〜114eを形成する。この例では、接続ピラー114cは、1つのトランジスタのソース112Sに接続され、接続ピラー114dはドレイン112Dに接続されている。接続ピラー114eは、別のトランジスタのソース112Sに接続されている。トレンチに導電材料を埋め込んで、配線部114f及び配線部114gを形成する。配線部114fは、接続ピラー114c及び接続ピラー114dに接続される。配線部114gは、接続ピラー114eに接続される。層間絶縁膜114bの上に、層間絶縁膜114hを形成する。   In the region to be the non-cavity 71, a trench and a hole are formed in a part of the interlayer insulating films 114a and 114b. The connection pillars 114c to 114e are formed by embedding a conductive material in the holes. In this example, the connection pillar 114c is connected to the source 112S of one transistor, and the connection pillar 114d is connected to the drain 112D. The connection pillar 114e is connected to the source 112S of another transistor. A conductive material is embedded in the trench to form the wiring part 114f and the wiring part 114g. The wiring part 114f is connected to the connection pillar 114c and the connection pillar 114d. The wiring part 114g is connected to the connection pillar 114e. An interlayer insulating film 114h is formed on the interlayer insulating film 114b.

図19(a)及び図19(b)に表したように、層間絶縁膜114hの上に層間絶縁膜114iとなるSiOを例えばCVDで形成する。層間絶縁膜114iの所定の位置に孔を形成し、導電材料(金属材料)を埋め込み、上面をCMPで平坦化する。これにより、配線部114fに接続された接続ピラー114jと、配線部114gに接続された接続ピラー114kと、が形成される。 As shown in FIGS. 19A and 19B, SiO 2 to be the interlayer insulating film 114i is formed on the interlayer insulating film 114h by, for example, CVD. A hole is formed in a predetermined position of the interlayer insulating film 114i, a conductive material (metal material) is embedded, and the upper surface is planarized by CMP. Thereby, the connection pillar 114j connected to the wiring part 114f and the connection pillar 114k connected to the wiring part 114g are formed.

図20(a)及び図20(b)に表したように、層間絶縁膜114iの空洞部70となる領域に凹部を形成し、その凹部に犠牲層114lを埋め込む。犠牲層114lには、例えば、SiGeなどが用いられる。犠牲層114lには、低温で成膜できる材料が用いられる。   As shown in FIGS. 20A and 20B, a recess is formed in a region to be the cavity 70 of the interlayer insulating film 114i, and a sacrificial layer 114l is embedded in the recess. For example, SiGe is used for the sacrificial layer 114l. A material that can be formed at a low temperature is used for the sacrificial layer 114l.

図21(a)及び図21(b)に表したように、層間絶縁膜114i及び犠牲層114lの上に、トランスデュース薄膜64となる絶縁膜61bf(SiOなど)を形成する。絶縁膜61bfに孔を設け、その孔に導電材料(金属)を埋め込み、接続ピラー61fa及び接続ピラー62faを形成する。接続ピラー61faは接続ピラー114kと接続され、接続ピラー62faは接続ピラー114jと接続されている。 As shown in FIGS. 21A and 21B, an insulating film 61bf (SiO 2 or the like) to be the transducer thin film 64 is formed on the interlayer insulating film 114i and the sacrificial layer 114l. A hole is provided in the insulating film 61bf, and a conductive material (metal) is embedded in the hole to form the connection pillar 61fa and the connection pillar 62fa. The connection pillar 61fa is connected to the connection pillar 114k, and the connection pillar 62fa is connected to the connection pillar 114j.

図22(a)及び図22(b)に表したように、絶縁膜61bf、接続ピラー61fa及び接続ピラー62faの上に、第1配線層61となる導電層61fを形成する。   As shown in FIGS. 22A and 22B, a conductive layer 61f to be the first wiring layer 61 is formed on the insulating film 61bf, the connection pillar 61fa, and the connection pillar 62fa.

図23(a)及び図23(b)に表したように、導電層61fの上に、歪検知素子50となる積層膜50fを形成する。   As shown in FIGS. 23A and 23B, a laminated film 50f to be the strain sensing element 50 is formed on the conductive layer 61f.

図24(a)及び図24(b)に表したように、積層膜50fを所定の形状に加工し、その上に、絶縁層65となる絶縁膜65f(SiOなど)を形成する。 As shown in FIGS. 24A and 24B, the laminated film 50f is processed into a predetermined shape, and an insulating film 65f (SiO 2 or the like) to be the insulating layer 65 is formed thereon.

図25(a)及び図25(b)に表したように、絶縁膜65fの一部を除去し、導電層61fを所定の形状に加工する。これにより、第1配線層61の形状が形成される。このとき、導電層61fの一部は、接続ピラー62faに接続された接続ピラー62fbとなる。さらに、この上に、絶縁層66となる絶縁膜66fを形成する。   As shown in FIGS. 25A and 25B, a part of the insulating film 65f is removed, and the conductive layer 61f is processed into a predetermined shape. Thereby, the shape of the first wiring layer 61 is formed. At this time, a part of the conductive layer 61f becomes the connection pillar 62fb connected to the connection pillar 62fa. Further, an insulating film 66f to be the insulating layer 66 is formed thereon.

図26(a)及び図26(b)に表したように、絶縁膜66fに開口部66pを形成する。これにより、接続ピラー62fbが露出する。   As shown in FIGS. 26A and 26B, an opening 66p is formed in the insulating film 66f. Thereby, the connection pillar 62fb is exposed.

図27(a)及び図27(b)に表したように、この上に、第2配線層62となる導電層62fを形成する。導電層62fの一部は、接続ピラー62fbと接続される。   As shown in FIGS. 27A and 27B, a conductive layer 62f to be the second wiring layer 62 is formed thereon. A part of the conductive layer 62f is connected to the connection pillar 62fb.

図28(a)及び図28(b)に表したように、導電層62fを所定の形状に加工する。これにより、第2配線層62が形成される。第2配線層62は、接続ピラー62fbに接続されている。   As shown in FIGS. 28A and 28B, the conductive layer 62f is processed into a predetermined shape. Thereby, the second wiring layer 62 is formed. The second wiring layer 62 is connected to the connection pillar 62fb.

図29(a)及び図29(b)に表したように、絶縁膜66fに所定の形状の開口部66oを形成する。開口部66oを介して、絶縁膜61bfを加工し、さらに、犠牲層114lを除去する。これにより、空洞部70が形成される。犠牲層114lの除去においては、例えば、犠牲層114lの上面(犠牲層114lの半導体基板111とは反対側の面)から犠牲層114lを除去(例えばエッチング)する。
これにより、本実施形態に係る圧力センサ360が形成できる。
As shown in FIGS. 29A and 29B, an opening 66o having a predetermined shape is formed in the insulating film 66f. The insulating film 61bf is processed through the opening 66o, and the sacrificial layer 114l is removed. Thereby, the cavity part 70 is formed. In removing the sacrificial layer 114l, for example, the sacrificial layer 114l is removed (for example, etched) from the upper surface of the sacrificial layer 114l (the surface of the sacrificial layer 114l opposite to the semiconductor substrate 111).
Thereby, the pressure sensor 360 concerning this embodiment can be formed.

なお、リング状の固定部67を形成するためには、例えば、この後に、空洞部70の上方における非空洞部71の縁とトランスデュース薄膜64との間を絶縁膜で埋める。   In order to form the ring-shaped fixing portion 67, for example, the space between the edge of the non-cavity portion 71 and the transducer thin film 64 above the cavity portion 70 is filled with an insulating film.

図30は、第7の実施形態に係る圧力センサの製造方法を例示するフローチャート図である。
図30に表したように、本実施形態に係る圧力センサの製造方法においては、半導体基板111の上にトランジスタ112を形成する(ステップS110)。例えば、図18(a)及び図18(b)に関して説明した処理を行う。
FIG. 30 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the pressure sensor according to the seventh embodiment.
As shown in FIG. 30, in the method for manufacturing the pressure sensor according to the present embodiment, the transistor 112 is formed on the semiconductor substrate 111 (step S110). For example, the processing described with reference to FIGS. 18A and 18B is performed.

本製造方法においては、半導体基板111の上に層間絶縁層を形成し、トランジスタ112の上に犠牲層114lを形成する(ステップS120)。例えば、図19(a)〜図20(b)に関して説明した処理を行う。この層間絶縁層は、例えば、層間絶縁膜114iを含む。   In this manufacturing method, an interlayer insulating layer is formed on the semiconductor substrate 111, and a sacrificial layer 114l is formed on the transistor 112 (step S120). For example, the processing described with reference to FIGS. 19A to 20B is performed. This interlayer insulating layer includes, for example, an interlayer insulating film 114i.

層間絶縁層(例えば層間絶縁膜114i)と犠牲層114lとの上に、トランスデュース薄膜64となる薄膜(例えばトランスデュース膜64f)を形成する(ステップS121)。なお、場合によっては、以下の第1導電層がトランスデュース薄膜64を兼ねる場合もある。この場合は、ステップS121は省略される。   A thin film (for example, a transducer film 64f) to be the transducer thin film 64 is formed on the interlayer insulating layer (for example, the interlayer insulating film 114i) and the sacrificial layer 114l (step S121). In some cases, the following first conductive layer may also serve as the transducer thin film 64. In this case, step S121 is omitted.

そして、第1配線層61となる第1導電層(導電層61f)を形成する(ステップS130)。例えば、図22(b)及び図22(b)に関して説明した処理を行う。   Then, a first conductive layer (conductive layer 61f) to be the first wiring layer 61 is formed (step S130). For example, the processing described with reference to FIGS. 22B and 22B is performed.

犠牲層114lの上の第1導電層(導電層61f)の上に、第1磁性層10を含む歪検知素子50を形成する(ステップS140)。例えば、図23(a)〜図24(b)に関して説明した処理を行う。   The strain sensing element 50 including the first magnetic layer 10 is formed on the first conductive layer (conductive layer 61f) on the sacrificial layer 114l (step S140). For example, the processing described with reference to FIGS. 23A to 24B is performed.

歪検知素子50の上に第2配線層62となる第2導電層(導電層62f)を形成する(ステップS150)。例えば、図27(a)〜図28(b)に関して説明した処理を行う。   A second conductive layer (conductive layer 62f) to be the second wiring layer 62 is formed on the strain sensing element 50 (step S150). For example, the processing described with reference to FIGS. 27A to 28B is performed.

層間絶縁層の中に、第1導電層(導電層61f)を半導体基板111と電気的に接続する第1配線61cと、第2導電層(導電層62f)を半導体基板111と電気的に接続する第2配線62cと、を形成する(ステップS160)。例えば、図18(a)、図18(b)、図19(a)、図19(b)、図21(a)、図21(b)、図25(a)及び図25(b)に関して説明した処理を行う。ステップS160は、例えば、上記のステップS110〜ステップS150の間、及び、ステップS150の後、の少なくともいずれかの工程において、1回、または、複数の処理により実施される。   In the interlayer insulating layer, a first wiring 61c that electrically connects the first conductive layer (conductive layer 61f) to the semiconductor substrate 111, and a second conductive layer (conductive layer 62f) that is electrically connected to the semiconductor substrate 111. The second wiring 62c to be formed is formed (step S160). For example, with respect to FIGS. 18 (a), 18 (b), 19 (a), 19 (b), 21 (a), 21 (b), 25 (a), and 25 (b). Perform the process described. For example, step S160 is performed once or by a plurality of processes in at least one of the steps S110 to S150 and after step S150.

そして、犠牲層114lを除去する(ステップS170)。例えば、図29(a)及び図29(b)に関して説明した処理を行う。
本実施形態によれば、高感度の圧力センサの製造方法を提供できる。
Then, the sacrificial layer 114l is removed (step S170). For example, the processing described with reference to FIGS. 29A and 29B is performed.
According to this embodiment, a method for manufacturing a highly sensitive pressure sensor can be provided.

上記の犠牲層114lを除去する工程(ステップS170)は、例えば、犠牲層114lの上面(犠牲層114lの半導体基板111とは反対側の面)から犠牲層114lを除去(例えばエッチング)することを含む。   In the step of removing the sacrificial layer 114l (step S170), for example, the sacrificial layer 114l is removed (for example, etched) from the upper surface of the sacrificial layer 114l (the surface of the sacrificial layer 114l opposite to the semiconductor substrate 111). Including.

(第8の実施形態)
図31は、第8の実施形態に係るマイクロフォンの構成を例示する模式図である。
図31に表したように、本実施形態に係るマイクロフォン410は、実施形態に係る任意の圧力センサ及びそれの変形の圧力センサを含む。この例では、圧力センサ310が用いられている。マイクロフォン410は、携帯情報端末510の端部に組み込まれている。マイクロフォン410の内部の圧力センサ360におけるトランスデュース薄膜64は、例えば、携帯情報端末510における表示部420が設けられた面に対して実質的に平行である。ただし、実施形態はこれに限らず、トランスデュース薄膜64の配置は任意である。
(Eighth embodiment)
FIG. 31 is a schematic view illustrating the configuration of a microphone according to the eighth embodiment.
As shown in FIG. 31, the microphone 410 according to the present embodiment includes an arbitrary pressure sensor according to the embodiment and a pressure sensor of a modification thereof. In this example, a pressure sensor 310 is used. Microphone 410 is incorporated at the end of portable information terminal 510. For example, the transducer thin film 64 in the pressure sensor 360 inside the microphone 410 is substantially parallel to the surface of the portable information terminal 510 on which the display unit 420 is provided. However, the embodiment is not limited to this, and the arrangement of the transducer thin film 64 is arbitrary.

本実施形態によれば、マイクロフォン410は、広域の周波数に対して高感度となる。   According to the present embodiment, the microphone 410 is highly sensitive to a wide range of frequencies.

マイクロフォン410は携帯情報端末510に組み込まれているが、実施形態はこれに限らない。マイクロフォン410は、例えば、ICレコーダーやピンマイクロフォン等に組み込まれてもよい。   The microphone 410 is incorporated in the portable information terminal 510, but the embodiment is not limited thereto. The microphone 410 may be incorporated into, for example, an IC recorder or a pin microphone.

実施形態によれば、高感度の圧力センサ及びマイクロフォンを提供することができる。   According to the embodiment, a highly sensitive pressure sensor and microphone can be provided.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、圧力センサ及びマイクロフォンに含まれる基体、センサ部、トランスデュース薄膜、固定部、歪検知素子、磁性層、中間層、及び、処理回路などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, embodiments of the present invention are not limited to these specific examples. For example, regarding a specific configuration of each element such as a base, a sensor unit, a transducer thin film, a fixed unit, a strain sensing element, a magnetic layer, an intermediate layer, and a processing circuit included in a pressure sensor and a microphone, those skilled in the art The present invention is similarly implemented by appropriately selecting from known ranges, and is included in the scope of the present invention as long as similar effects can be obtained.

また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。   Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述した圧力センサ及びマイクロフォンを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての圧力センサ及びマイクロフォンも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, all pressure sensors and microphones that can be implemented by those skilled in the art based on the pressure sensors and microphones described above as embodiments of the present invention are also included in the present invention as long as they include the gist of the present invention. Belongs to the range.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

10…第1磁性層、 10B…第3磁性層、 10C…第5磁性層、 10a…磁性積層膜、 10b…高磁歪磁性膜、 11…磁化方向、 20…第2磁性層、 20B…第4磁性層、 20C…第6磁性層、 21、22…磁化方向、 30…中間層(第1中間層)、 30B…第2中間層、 30C…第3中間層、 41…バッファ層、 42…反強磁性層、 43…磁性層、 44…Ru層、 45…キャップ層、 50、50a〜50d…歪検知素子、 50A…第1歪検知素子、 50B…第2歪検知素子、 50C…第3歪検知素子、 50f…積層膜、 50s…歪抵抗変化部、 50sg…信号、 51…第1電極、 52…第2電極、 54a、54b…絶縁層、 55a、55b…バイアス層、 57…第1配線、 57a〜57d…配線、 58…第2配線、 58a〜58d…配線、 61…第1配線層、 61bf…絶縁膜、 61f…導電層、 61fa…接続ピラー、 62…第2配線層、 62f…導電層、 62fa、62fb…接続ピラー、 63…方向、 64…トランスデュース薄膜、 64A…第1トランスデュース薄膜、 64B…第2トランスデュース薄膜、 64Ba…第2膜面、 64Bb…重心、 64a…膜面(第1膜面)、 64b…重心、 64c、64d、64e、64f…直線、 64eg…縁部、 64fm…トランスデュース膜、 65…絶縁層、 65f…絶縁膜、 66…絶縁層、 66f…絶縁膜、 66o、66p…開口部、 67、67a〜67d…固定部、 67A…第1固定部、 67B…第2固定部、 70…空洞部、 70s…基板、 71…非空洞部、 71a…基体、 72…センサ部、 72A…第1センサ部、 72B…第2センサ部、 80、81…応力、 110…半導体回路部、 111…半導体基板、 111a…主面、 111b…素子領域、 112…トランジスタ、 112D…ドレイン、 112G…ゲート、 112I…素子分離絶縁層、 112M…半導体層、 112S…ソース、 113…処理回路、 114a、114b、114h、114i…層間絶縁膜、 114c、114d、114e、114j、114k…接続ピラー、 114f、114g…配線部、 114l…犠牲膜、 115…アンテナ、 116…電気配線、 117…送信回路、 117a…ADコンバータ、 117b…マンチェスター符号化部、 117c…切替部、 117d…タイミングコントローラ、 117e…データ訂正部、 117f…同期部、 117g…判定部、 117h…電圧制御発振器、 117r…受信回路、 118…受信部、 118a…記憶部、 118b…中央演算部、 118d…電子機器、 310、320、321、330、331、332、340、360、361…圧力センサ、 410…マイクロフォン、 420…表示部、 510…携帯情報端末、 sg1、sg2…第1、第2信号、 w1、w2…幅   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st magnetic layer, 10B ... 3rd magnetic layer, 10C ... 5th magnetic layer, 10a ... Magnetic laminated film, 10b ... High magnetostrictive magnetic film, 11 ... Magnetization direction, 20 ... 2nd magnetic layer, 20B ... 4th Magnetic layer, 20C ... sixth magnetic layer, 21, 22 ... magnetization direction, 30 ... intermediate layer (first intermediate layer), 30B ... second intermediate layer, 30C ... third intermediate layer, 41 ... buffer layer, 42 ... anti Ferromagnetic layer, 43 ... magnetic layer, 44 ... Ru layer, 45 ... cap layer, 50, 50a to 50d ... strain sensing element, 50A ... first strain sensing element, 50B ... second strain sensing element, 50C ... third strain Detecting element, 50f ... laminated film, 50s ... strain resistance changing part, 50sg ... signal, 51 ... first electrode, 52 ... second electrode, 54a, 54b ... insulating layer, 55a, 55b ... bias layer, 57 ... first wiring 57a-57d ... wiring 58 ... second wiring, 58a to 58d ... wiring, 61 ... first wiring layer, 61bf ... insulating film, 61f ... conductive layer, 61fa ... connection pillar, 62 ... second wiring layer, 62f ... conductive layer, 62fa, 62fb ... Connection pillar, 63 ... direction, 64 ... transduced thin film, 64A ... first transduced thin film, 64B ... second transduced thin film, 64Ba ... second film surface, 64Bb ... center of gravity, 64a ... film surface (first film surface) 64b ... centroid, 64c, 64d, 64e, 64f ... straight line, 64eg ... edge, 64fm ... transducer film, 65 ... insulating layer, 65f ... insulating film, 66 ... insulating layer, 66f ... insulating film, 66o, 66p ... Opening, 67, 67a to 67d ... fixing part, 67A ... first fixing part, 67B ... second fixing part, 70 ... hollow part, 70s ... base 71 ... Non-hollow part, 71a ... Base, 72 ... Sensor part, 72A ... First sensor part, 72B ... Second sensor part, 80, 81 ... Stress, 110 ... Semiconductor circuit part, 111 ... Semiconductor substrate, 111a ... Main 111b ... element region 112 ... transistor 112D ... drain 112G ... gate 112I ... element isolation insulating layer 112M ... semiconductor layer 112S ... source 113 ... processing circuit 114a, 114b, 114h, 114i ... interlayer insulation 114c, 114d, 114e, 114j, 114k ... connection pillar, 114f, 114g ... wiring part, 114l ... sacrificial film, 115 ... antenna, 116 ... electrical wiring, 117 ... transmission circuit, 117a ... AD converter, 117b ... Manchester code Conversion unit, 117c... Switching unit, 117 ... timing controller, 117e ... data correction unit, 117f ... synchronization unit, 117g ... determination unit, 117h ... voltage controlled oscillator, 117r ... reception circuit, 118 ... reception unit, 118a ... storage unit, 118b ... central processing unit, 118d ... electronic Equipment 310, 320, 321, 330, 331, 332, 340, 360, 361 ... pressure sensor, 410 ... microphone, 420 ... display unit, 510 ... portable information terminal, sg1, sg2 ... first and second signals, w1 , W2 ... width

Claims (6)

基体と、
前記基体の上に設けられた第1センサ部と、
処理回路と、
を備え、
前記第1センサ部は、
第1膜面を有する可撓性の第1トランスデュース薄膜と、
前記第1膜面上において前記第1膜面の重心とは異なる位置に設けられ、第1磁性層と、第2磁性層と、前記第1磁性層と前記第2磁性層との間に設けられた非磁性の第1中間層と、を含む第1歪検知素子と、
前記第1膜面上において前記第1歪検知素子と離間し前記重心とは異なる位置に設けられ、第3磁性層と、第4磁性層と、前記第3磁性層と前記第4磁性層との間に設けられた非磁性の第2中間層と、を含む第2歪検知素子と、
を含み、
前記第1磁性層、前記第1中間層及び前記第2磁性層は、前記第1膜面に対して垂直な方向に並び、
前記第3磁性層、前記第2中間層及び前記第4磁性層は、前記第1膜面に対して垂直な方向に並び、
前記第3磁性層の磁化方向は、前記第1磁性層の磁化方向及び前記第2磁性層の磁化方向の一方に沿い、
前記第4磁性層の磁化方向は、前記第1磁性層の前記磁化方向及び前記第2磁性層の前記磁化方向の他方に沿い、
前記第2歪検知素子は、前記第1歪検知素子と前記第1膜面の縁部に沿って並び、
前記第1歪検知素子と前記重心とを結ぶ直線は、前記第2歪検知素子と前記重心とを結ぶ直線に対して傾斜し、
前記処理回路は、前記第1歪検知素子から得られる第1信号と、前記第2歪検知素子から得られる第2信号と、を加重加算する圧力センサ。
A substrate;
A first sensor unit provided on the substrate;
A processing circuit;
With
The first sensor unit includes:
A flexible first transducer thin film having a first membrane surface;
Provided on the first film surface at a position different from the center of gravity of the first film surface, and provided between the first magnetic layer, the second magnetic layer, and the first magnetic layer and the second magnetic layer. A first non-magnetic first intermediate layer, and a first strain sensing element,
The third magnetic layer, the fourth magnetic layer, the third magnetic layer, and the fourth magnetic layer are provided on a position different from the center of gravity and spaced from the first strain sensing element on the first film surface. A second non-magnetic second intermediate layer provided between the second strain sensing element,
Including
The first magnetic layer, the first intermediate layer, and the second magnetic layer are arranged in a direction perpendicular to the first film surface,
The third magnetic layer, the second intermediate layer, and the fourth magnetic layer are arranged in a direction perpendicular to the first film surface,
The magnetization direction of the third magnetic layer is along one of the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer,
The magnetization direction of the fourth magnetic layer is along the other of the magnetization direction of the first magnetic layer and the magnetization direction of the second magnetic layer,
The second strain sensing elements are arranged along an edge of the first strain sensing element and the first film surface,
A straight line connecting the first strain sensing element and the center of gravity is inclined with respect to a straight line connecting the second strain sensing element and the center of gravity;
The processing circuit is a pressure sensor that weights and adds a first signal obtained from the first strain sensing element and a second signal obtained from the second strain sensing element.
前記第1センサ部は、前記第1トランスデュース薄膜の縁部と接続され前記縁部を前記基体に固定する固定部をさらに含む請求項1記載の圧力センサ。   2. The pressure sensor according to claim 1, wherein the first sensor unit further includes a fixing unit that is connected to an edge of the first transducer thin film and fixes the edge to the base. 3. 前記固定部は、前記第1トランスデュース薄膜の縁部のうちの前記重心に対して対称の複数の部分を前記基体に固定する請求項2記載の圧力センサ。   3. The pressure sensor according to claim 2, wherein the fixing portion fixes a plurality of symmetrical portions with respect to the center of gravity of the edge portion of the first transducer thin film to the base body. 前記固定部は、前記第1トランスデュース薄膜の縁部を連続的に前記基体に固定する請求項2記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 2, wherein the fixing portion continuously fixes an edge portion of the first transducer thin film to the base. 前記基体の上において前記第1センサ部とは異なる位置に設けられた第2センサ部をさらに備え、
前記第2センサ部は、
第2膜面を有する可撓性の第2トランスデュース薄膜と、
前記第2膜面上に設けられ、第5磁性層と、第6磁性層と、前記第5磁性層と前記第6磁性層との間に設けられた非磁性の第3中間層と、を含む第3歪検知素子と、
を含み、
前記第5磁性層、前記第3中間層及び前記第6磁性層は、前記第2膜面に対して垂直な方向に並び、
前記第2トランスデュース薄膜の前記第2膜面の重心を通り前記第2膜面に対して平行な方向に沿った前記第2トランスデュース薄膜の幅は、前記第1トランスデュース薄膜の前記第1膜面の前記重心を通り前記第1膜面に対して平行な方向に沿った前記第1トランスデュース薄膜の幅とは異なる請求項1〜4のいずれか1つに記載の圧力センサ。
A second sensor unit provided on the base at a position different from the first sensor unit;
The second sensor unit is
A flexible second transducer thin film having a second membrane surface;
A fifth magnetic layer, a sixth magnetic layer, and a nonmagnetic third intermediate layer provided between the fifth magnetic layer and the sixth magnetic layer, provided on the second film surface; A third strain sensing element including:
Including
The fifth magnetic layer, the third intermediate layer, and the sixth magnetic layer are arranged in a direction perpendicular to the second film surface,
The width of the second transducer thin film along the direction parallel to the second film surface passing through the center of gravity of the second film surface of the second transducer thin film is the first width of the first transducer thin film. 5. The pressure sensor according to claim 1, wherein the first transducer thin film has a width different from a width of the first transducer thin film along a direction parallel to the first film surface through the center of gravity of the film surface.
請求項1〜5のいずれか1つに記載の圧力センサを備えたマイクロフォン。   A microphone provided with the pressure sensor according to claim 1.
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