JP6902439B2

JP6902439B2 - 磁気センサ

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Publication number: JP6902439B2
Application number: JP2017168559A
Authority: JP
Inventors: 洋一石崎
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-09-01
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Description

本発明は、磁気センサに関し、特に磁気抵抗効果（MR: Magneto Resistive）素子を利用した磁気センサに適用して有効な技術に関する。

下記特許文献１には、磁気センサが開示されている。この磁気センサでは、基板上の下地絶縁膜の表面に磁気抵抗膜が形成され、磁気抵抗膜上には保護膜が形成されている。磁気抵抗膜を用いてMR素子が構成されている。保護膜には、耐酸化性、不純物に対するバリア性等が高い、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜が使用されている。
磁気センサでは、磁気抵抗膜の周囲において、保護膜を厚さ方向に貫通する応力緩和用開口が形成されている。応力緩和用開口は、保護膜から磁気抵抗膜に与える応力を緩和し、磁気センサの性能低下を防いでいる。

特開２００９−２５０７４号公報

上記磁気センサでは、高温や多湿の厳しい環境下においても、高精度のセンサ性能が求められている。このため、応力緩和用開口から磁気抵抗膜への水分の浸入を未然に防いで、磁気センサの特性の耐久変動を小さくする要求があった。

本発明は、上記事実を考慮し、保護膜の開口部から磁気抵抗効果体への水分の浸入を効果的に抑制又は防止して、特性の耐久変動を小さくすることができる磁気センサを提供する。

本発明の第１実施態様に係る磁気センサは、絶縁体の表面上に配設された磁気抵抗効果体と、磁気抵抗効果体上を含む絶縁体の表面上に設けられた保護膜と、磁気抵抗効果体の周囲の少なくとも一部に沿って保護膜を厚さ方向に貫通する開口部と、を備え、磁気抵抗効果体に対して最短距離となる、開口部の内側壁と磁気抵抗効果体との離間距離が、磁気抵抗効果体に対する開口部のアライメント余裕寸法よりも長く構成されている。

第１実施態様に係る磁気センサでは、磁気抵抗効果体が絶縁体の表面上に配設され、この磁気抵抗効果体上を含む絶縁体の表面上には保護膜が設けられる。保護膜には磁気抵抗効果体の周囲の少なくとも一部に沿って開口部が設けられ、開口部は保護膜を厚さ方向に貫通する。

ここで、磁気抵抗効果体に対して最短距離となる、開口部の内側壁と磁気抵抗効果体との離間距離が、磁気抵抗効果体に対する開口部のアライメント余裕寸法よりも長く構成される。つまり、開口部から絶縁体と保護膜との界面を伝わって磁気抵抗効果体へ至る水分の浸入経路が長くなる。このため、水分の浸入を効果的に抑制又は防止することができ、磁気抵抗効果体において特性の耐久変動を小さくすることができる。

本発明の第２実施態様に係る磁気センサでは、第１実施態様に係る磁気センサにおいて、内側壁と磁気抵抗効果体との離間距離が、７μｍ以上とされている。

第２実施態様に係る磁気センサによれば、開口部の内側壁と磁気抵抗効果体との離間距離が７μｍ以上とされるので、開口部から磁気抵抗効果体へ至る水分の浸入を効果的に抑制することができる。

本発明の第３実施態様に係る磁気センサは、絶縁体の表面上に配設された磁気抵抗効果体と、磁気抵抗効果体上を含む絶縁体の表面上に設けられた保護膜と、磁気抵抗効果体の周囲の少なくとも一部に沿って保護膜を厚さ方向に貫通する開口部と、絶縁体と保護膜との間において、磁気抵抗効果体と開口部との中間位置に配設され、開口部から絶縁体と保護膜との界面を通じて磁気抵抗効果体へ浸入する水分を堰き止めるダム部と、を備えている。

第３実施態様に係る磁気センサでは、磁気抵抗効果体が絶縁体の表面上に配設され、この磁気抵抗効果体上を含む絶縁体の表面上には保護膜が設けられる。保護膜には磁気抵抗効果体の周囲の少なくとも一部に沿って開口部が設けられ、開口部は保護膜を厚さ方向に貫通する。

ここで、絶縁体と保護膜との間において、磁気抵抗効果体と開口部との中間位置にダム部が配設される。ダム部は、開口部から絶縁体と保護膜との界面を通じて磁気抵抗効果体へ浸入する水分を堰き止める。このため、水分の浸入を効果的に抑制又は防止することができ、磁気抵抗効果体において特性の耐久変動を小さくすることができる。

本発明の第４実施態様に係る磁気センサでは、第３実施態様に係る磁気センサにおいて、ダム部は、磁気抵抗効果体と同一層に、かつ、同一材料により形成されている。

第４実施態様に係る磁気センサによれば、ダム部が、磁気抵抗効果体と同一層に形成され、かつ、同一材料により形成されるので、磁気抵抗効果体以外の新たな構成を必要としない。このため、簡易な構造とすることができる。
また、磁気センサの製造プロセスでは、ダム部が磁気抵抗効果体と同一製造工程により形成することができるので、製造工程数を削減することができる。

本発明に係る磁気センサは、保護膜の開口部から磁気抵抗効果体への水分の浸入を効果的に抑制又は防止して、特性の耐久変動を小さくすることができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施の形態に係る磁気センサの全体のレイアウトを示す平面図である。図１に示される磁気センサの一部を拡大して示す要部拡大平面図である。図２に符号Ａを付けて指し示される一点鎖線により囲まれた領域を更に拡大して示す要部拡大平面図である。図３に示されるＢ−Ｂ線における磁気センサの要部拡大断面図である。第１実施の形態に係る磁気センサにおいて、磁気抵抗効果体と開口部との離間距離と、オフセット電圧の変化量との関係を示すグラフである。本発明の第２実施の形態に係る磁気センサの全体のレイアウトを示す平面図である。図６に示される磁気センサの一部を拡大して示す、図３に対応する要部拡大平面図である。図７に示される磁気センサの図４に対応する要部拡大断面図である。（Ａ）は第２実施の形態に係る磁気センサの試験時間とオフセット電圧の変化量との関係を示すグラフ、（Ｂ）は比較例に係る磁気センサの試験時間とオフセット電圧の変化量との関係を示すグラフである。

［第１実施の形態］
以下、図１〜図５を用いて、本発明の第１実施の形態に係る磁気センサを説明する。

（磁気センサのレイアウト構成）
図１に示されるように、本実施の形態に係る磁気センサ１は、基板２の主面上の中央部分に配設された第１ブリッジ回路及び第２ブリッジ回路を備えている。第１ブリッジ回路は４つのMR素子Ｍ１〜Ｍ４を含んで構成されている。同様に、第２ブリッジ回路は４つのMR素子Ｍ５〜Ｍ８を含んで構成されている。
基板２の主面上において、周辺角部分には複数個の端子９Ｐが配設されている。基板２の１つの角部分には図示省略のボンディングワイヤが接続される３個の端子９Ｐが配設され、基板２の４つの角部分には合計１２個の端子９Ｐが配設されている。ここで、ボンディングワイヤは、一点鎖線を用いて輪郭形状が示されているボンディング開口を通して端子９Ｐにボンディングされる構成とされている。ボンディング開口は図４に示される保護膜１０を厚さ方向に貫通して形成されている。

第１ブリッジ回路を構築するMR素子Ｍ１は図１において上側に配設されている。MR素子Ｍ３は、基板２の中心位置Ｏに対して、MR素子Ｍ１と点対称位置とされる下側に配設されている。MR素子Ｍ１の全体の平面形状は、中心位置Ｏから上側周囲へ放射状に拡がる、平面視において略二等辺三角形状に形成されている。MR素子Ｍ３は、中心位置Ｏから下側周囲へ放射状に拡がる略二等辺三角形の平面形状に形成されている。
MR素子Ｍ２は右側に配設され、MR素子Ｍ４は中心位置Ｏに対してMR素子Ｍ２と点対称位置とされる左側に配設されている。MR素子Ｍ２は、中心位置Ｏから右側周囲へ放射状に拡がる略二等辺三角形の平面形状に形成されている。MR素子Ｍ４は、中心位置Ｏから左側周囲へ放射状に拡がる略二等辺三角形の平面形状に形成されている。
中心位置ＯからMR素子Ｍ１の左右方向の中心を通過する仮想の基準線Ｌｂを基準として、中心位置Ｏを中心とする時計回り方向へ、MR素子Ｍ１は０度の角度を持って配置されている。MR素子Ｍ２は９０度、MR素子Ｍ３は１８０度、そしてMR素子Ｍ４は２７０度のそれぞれの角度を持って配置されている。

第２ブリッジ回路を構築するMR素子Ｍ５はMR素子Ｍ１とMR素子Ｍ４との間に配設され、MR素子Ｍ７は中心位置Ｏに対してMR素子Ｍ５と点対称位置とされるMR素子Ｍ２とMR素子Ｍ３との間に配設されている。MR素子Ｍ６はMR素子Ｍ１とMR素子Ｍ２との間に配設され、MR素子Ｍ８は中心位置Ｏに対してMR素子Ｍ６と点対称位置とされるMR素子Ｍ３とMR素子Ｍ４との間に配設されている。MR素子Ｍ５〜Ｍ８は、MR素子Ｍ１〜Ｍ４と同様に、略二等辺三角形の平面形状に形成されている。
基準線Ｌｂを基準として、時計回り方向へ、MR素子Ｍ５は３１５度、MR素子Ｍ６は４５度、MR素子Ｍ７は１３５度、MR素子Ｍ８は２２５度のそれぞれの角度を持って配置されている。

ここで、MR素子Ｍ５〜Ｍ８は、MR素子Ｍ１〜Ｍ４に対して、中心位置Ｏを中心とする時計回り方向へ４５度ずれた位置に配置されている。そして、平面視において、MR素子Ｍ１〜Ｍ８がなす平面形状は略正八角形に形成されている。

図１に示されるMR素子Ｍ１は、平面視において、中心位置Ｏから周囲へ向かって左右に蛇行するミアンダ形状（meander shape）に形成された磁気抵抗効果体４１により構成されている。磁気抵抗効果体４１では、中心位置Ｏから周囲へ向かって、左右の引き回し長さが徐々に長くされている。磁気抵抗効果体４１の周辺側の一端は接続孔８（図２参照）を通して磁気抵抗効果体４１の上層に配設されて周辺側に引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左上角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。
磁気抵抗効果体４１の中心位置Ｏ側の他端は接続孔８（図２及び図３参照）を通してMR素子Ｍ１とMR素子Ｍ６との間から周辺側へ引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の右上角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。

MR素子Ｍ２は磁気抵抗効果体４１と同一平面形状を有する磁気抵抗効果体４２により構成されている。磁気抵抗効果体４２の周辺側の一端は接続孔８を通して周辺側に引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の右上角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。この端子９Ｐは磁気抵抗効果体４１の他端に接続された端子９Ｐと共用されている。
磁気抵抗効果体４２の中心位置Ｏ側の他端は接続孔８を通してMR素子Ｍ２とMR素子Ｍ７との間から周辺側へ引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の右下角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。

MR素子Ｍ３は磁気抵抗効果体４１と同一平面形状を有する磁気抵抗効果体４３により構成されている。磁気抵抗効果体４３の周辺側の一端は接続孔８を通して周辺側に引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の右下角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。この端子９Ｐは磁気抵抗効果体４２の他端に接続された端子９Ｐと共用されている。
磁気抵抗効果体４３の中心位置Ｏ側の他端は接続孔８を通してMR素子Ｍ３とMR素子Ｍ８との間から周辺側へ引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左下角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。

MR素子Ｍ４は磁気抵抗効果体４１と同一平面形状を有する磁気抵抗効果体４４により構成されている。磁気抵抗効果体４４の周辺側の一端は接続孔８を通して周辺側に引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左下角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。この端子９Ｐは磁気抵抗効果体４３の他端に接続された端子９Ｐと共用されている。
磁気抵抗効果体４４の中心位置Ｏ側の他端は接続孔８を通してMR素子Ｍ４とMR素子Ｍ５との間から周辺側へ引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左上角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。この端子９Ｐは磁気抵抗効果体４１の一端に接続された端子９Ｐと共用されている。

一方、MR素子Ｍ５は磁気抵抗効果体４１と同一平面形状を有する磁気抵抗効果体４５により構成されている。磁気抵抗効果体４５の周辺側の一端は接続孔８を通して周辺側に引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左上角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。
磁気抵抗効果体４５の中心位置Ｏ側の他端は接続孔８を通してMR素子Ｍ８とMR素子Ｍ４との間から周辺側へ引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左下角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。

MR素子Ｍ６は磁気抵抗効果体４１と同一平面形状を有する磁気抵抗効果体４６により構成されている。磁気抵抗効果体４６の周辺側の一端は接続孔８を通して周辺側に引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の右上角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。
磁気抵抗効果体４６の中心位置Ｏ側の他端は接続孔８を通してMR素子Ｍ５とMR素子Ｍ１との間から周辺側へ引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左上角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。この端子９Ｐは磁気抵抗効果体４５の一端に接続された端子９Ｐと共用されている。

MR素子Ｍ７は磁気抵抗効果体４１と同一平面形状を有する磁気抵抗効果体４７により構成されている。磁気抵抗効果体４７の周辺側の一端は接続孔８を通して周辺側に引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の右上下角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。
磁気抵抗効果体４６の中心位置Ｏ側の他端は接続孔８を通してMR素子Ｍ６とMR素子Ｍ２との間から周辺側へ引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の右上角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。この端子９Ｐは磁気抵抗効果体４６の一端に接続された端子９Ｐと共用されている。

MR素子Ｍ８は磁気抵抗効果体４１と同一平面形状を有する磁気抵抗効果体４８により構成されている。磁気抵抗効果体４８の周辺側の一端は接続孔８を通して周辺側に引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左下角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。この端子９Ｐは磁気抵抗効果体４５の他端に接続された端子９Ｐと共用されている。
磁気抵抗効果体４８の中心位置Ｏ側の他端は接続孔８を通してMR素子Ｍ７とMR素子Ｍ３との間から周辺側へ引き回された配線９の一端に接続され、この配線９の他端は基板２の左下角部分に配置された端子９Ｐに接続されている。この端子９Ｐは磁気抵抗効果体４７の一端に接続された端子９Ｐと共用されている。
なお、磁気抵抗効果体４１〜４８は「磁気抵抗効果体４」と総称して説明する場合がある。

（磁気センサの縦断面構造）
図４に示されるように、基板２上の全面には絶縁体３が形成され、絶縁体３の表面上に磁気抵抗効果体４が形成されている。磁気抵抗効果体４上には保護膜５が形成され、保護膜５上には配線９及び端子９Ｐ（図１参照）が形成されている。そして、配線９上及び端子９Ｐ上には保護膜１０が形成されている。

本実施の形態において、基板２にはシリコン単結晶基板が使用されている。絶縁体３はここではシリコン酸化膜により形成されている。

磁気抵抗効果体４には、例えばニッケル−コバルト（Ni-Co）膜又はニッケル−鉄（Ni-Fe）膜等の磁性膜が使用されている。また、磁気抵抗効果体４の膜厚は例えば２５ｎｍ〜５０ｎｍに設定されている。磁気抵抗効果体４は、例えばスパッタリング法により成膜され、フォトリソグラフィ技術を用いてパターンニングされている。図４では、磁気抵抗効果体４として、MR素子Ｍ３の磁気抵抗効果体４３が示されているが、磁気抵抗効果体４１〜４８はすべて同一導電層に形成され、かつ、同一材料により形成されている。

保護膜５は、本実施の形態において、第１保護膜５１及び第２保護膜５２を含んで形成されている。
第１保護膜５１は、磁気抵抗効果体４上に平面視において磁気抵抗効果体４と同一平面形状に形成されている。第１保護膜５１は、磁気抵抗効果体４と配線９とを電気的に絶縁すると共に、磁気センサ１の製造プロセスにおける磁気抵抗効果体４のパターンニングを行うハードマスクとしても使用されている。第１保護膜５１としては、例えばプラズマ化学的気相析出（CVD: Chemical Vapor Deposition）法を用いて成膜したシリコン窒化膜（Si₃N₄）が使用されている。シリコン窒化膜の膜厚は例えば１５０ｎｍ〜２５０ｎｍに設定されている。
第２保護膜５２は、磁気抵抗効果体４及び第１保護膜５１上を含んで基板２の全面に形成されている。第２保護膜５２は、磁気抵抗効果体４と配線９とを主に電気的に絶縁すると共に、磁気抵抗効果体４を外部環境から保護する。第２保護膜５２としては、第１保護膜５１と同様に、例えばプラズマCVD法を用いて成膜されたシリコン窒化膜が使用されている。シリコン窒化膜の膜厚は例えば２５０ｎｍ〜３５０ｎｍに設定されている。シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜に比べて、機械的に硬く、吸湿性に優れている。
なお、保護膜５としては、シリコン酸化膜（SiO₂）が使用されてもよく、又シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とを積層した複合膜が使用されてもよい。

配線９及び端子９Ｐ（図１参照）は、同一導電層に、かつ、同一材料により形成されている。配線９及び端子９Ｐには、例えばアルミニウム合金膜が使用されている。アルミニウム合金膜として、アルミニウムに、例えばアロイスパイクを抑制するシリコン（Si）、マイグレーションを抑制する銅（Cu）等を添加したアルミニウム合金膜が使用されている。配線９の膜厚は例えば７００ｎｍ〜９００ｎｍに設定されている。
そして、保護膜１０には、例えばプラズマCVD法を用いて成膜されたシリコン窒化膜が使用されている。シリコン窒化膜の膜厚は例えば４５０ｎｍ〜５５０ｎｍに設定されている。

（開口部の構成）
図２〜図４に示されるように、磁気抵抗効果体４の周囲の少なくとも一部に沿って、保護膜５及び保護膜１０にはそれらを厚さ方向に貫通する開口部７が配設されている。開口部７は、磁気抵抗効果体４と配線９との接続部分を除いて、磁気抵抗効果体４の周囲に沿って延設された溝状に形成されている。

まず、図２及び図３に示されるMR素子Ｍ３に沿って配設された開口部７について、詳細に説明する。MR素子Ｍ３は、上記の通り、中心位置Ｏ（図１参照）から基板２の下側周囲に向かって放射状に拡がる略二等辺三角形の平面形状を有する。磁気抵抗効果体４３は、中心位置Ｏから蛇行しながら周囲に向かって引き回されて、MR素子Ｍ３の平面形状を生成する。開口部７は、二等辺三角形の２つの等辺、１つの底辺のそれぞれに沿って、かつ、等辺、底辺のそれぞれに平行に延設されている。開口部７の溝幅は、屈曲部を除いて、延設部では一定とされている。
図２中、左側の等辺に沿って延設される開口部７は、中心位置Ｏ側の一端部を磁気抵抗効果体４３と配線９との接続部まで右側へ屈曲させ、下側周囲の他端部を周囲側の磁気抵抗効果体４３と配線９との接続部まで右側へ屈曲させて底辺に沿って延設させている。この開口部７は、平面視において、略Ｌ字形状に形成されている。また、左側の等辺に沿って延設される開口部７は、磁気抵抗効果体４３とその左側に配設された磁気抵抗効果体４８との間を延在する配線９と、磁気抵抗効果体４３との間において、磁気抵抗効果体４３寄りに配設されている。
図２中、右側の等辺に沿って延設される開口部７は、中心位置Ｏ側の一端部を磁気抵抗効果体４３と配線９との接続部まで左側へ屈曲させ、下側周囲の他端部を周囲側の磁気抵抗効果体４３と配線９との接続部まで左側へ屈曲させている。この開口部７は、平面視において、略Ｉ字形状に形成されている。また、右側の等辺に沿って延設される開口部７は、磁気抵抗効果体４３とその右側に配設された磁気抵抗効果体４７との間を延在する配線９と、磁気抵抗効果体４３との間において、磁気抵抗効果体４３寄りに配設されている。
このように、本実施の形態において、MR素子Ｍ３の周囲に沿って配設された開口部７は、磁気抵抗効果体４３と配線９との接続部を中心として、左右に２分割されている。

図１に示されるように、MR素子Ｍ３の周囲に沿って配設された開口部７の構成は、他のMR素子Ｍ１、MR素子Ｍ２、MR素子Ｍ４〜MR素子Ｍ８のそれぞれの開口部７の構成と同一である。

図４に示されるように、開口部７は、第１開口部７１とそれに連通する第２開口部７２とを備えて構成されている。
第１開口部７１は、保護膜５の第２保護膜５２に形成され、第２保護膜５２の厚さ方向に貫通して形成されている。磁気センサ１の製造プロセスにおいて、第１開口部７１の形成には、例えば等方性ドライエッチングが使用されている。
第２開口部７２は、平面視において、第１開口部７１の配置位置と配置位置を一致させて保護膜１０に形成され、保護膜１０の厚さ方向に貫通して形成されている。第１開口部７１と同様に、第２開口部７２は等方性ドライエッチングを用いて形成されている。
ここで、開口部７の絶縁体３に接する側の最も小さい溝幅寸法は、例えば３μｍ〜５μｍに設定されている。なお、磁気センサ１の製造プロセスにおいて、第２開口部７２は前述のボンディング開口と同一製造工程により形成されている。

図３及び図４に示されるように、MR素子Ｍ３において、磁気抵抗効果体４３に対して最短距離となる、開口部７の内側壁と磁気抵抗効果体４３との離間距離Ｌ１は、磁気抵抗効果体４３に対する開口部７のアライメント余裕寸法よりも長く構成されている。MR素子Ｍ３以外のMR素子Ｍ１、MR素子Ｍ２、MR素子Ｍ４〜MR素子Ｍ８においても、同様に、磁気抵抗効果体４と開口部７との離間距離Ｌ１はアライメント余裕寸法よりも長く構成されている。
ここで、離間距離Ｌ１とは、磁気抵抗効果体４３と開口部７とが平行に延在する部位において、それらの延在方向と直交する方向における離間距離である。また、アライメント余裕寸法とは、磁気センサ１の製造プロセスにおいて、アライメントずれが生じても双方のパターンが重ならないための余裕寸法である。磁気抵抗効果体４３に対する開口部７のアライメント余裕寸法は、ここでは３μｍ〜４μｍとされている。

図５には、磁気抵抗効果体４と開口部７との離間距離Ｌ１と、磁気センサ１のオフセット電圧の変化量との関係が示されている。横軸は離間距離Ｌ１［μｍ］である。縦軸はオフセット電圧の変化量（耐久変動）［ｍＶ］である。
図５に示されるように、離間距離Ｌ１がアライメント余裕寸法の範疇では、オフセット電圧の変化量がかなり大きい。これに対して、離間距離Ｌ１が７μｍよりも長くなると、オフセット電圧の変化量が著しく小さくなり、オフセット電圧の変化量に安定性が得られる。

（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る磁気センサ１は、図４に示されるように、磁気抵抗効果体４が絶縁体３の表面上に配設され、この磁気抵抗効果体４上を含む絶縁体３の表面上には保護膜５及び保護膜１０が設けられる。保護膜５及び保護膜１０には、図１〜図３に示されるように、磁気抵抗効果体４の周囲の少なくとも一部に沿って開口部７が設けられる。開口部７は、図４に示されるように、保護膜５及び保護膜１０を厚さ方向に貫通する。

ここで、図３及び図４に示されるように、磁気抵抗効果体４に対して最短距離となる、開口部７の内側壁と磁気抵抗効果体４との離間距離Ｌ１が、磁気抵抗効果体４に対する開口部７のアライメント余裕寸法よりも長く構成される。つまり、開口部７から絶縁体３と特に保護膜５の第２保護膜５２との界面を伝わって磁気抵抗効果体４へ至る水分の浸入経路が長くなる。
図５に示されるように、磁気抵抗効果体４と開口部７との離間距離Ｌ１が長くなると、オフセット電圧の変化量が小さくなる。このため、水分の浸入を効果的に抑制又は防止することができ、磁気センサ１において特性の耐久変動を小さくすることができる。

また、本実施の形態に係る磁気センサ１では、図５に示されるように、開口部７の内側壁と磁気抵抗効果体４との離間距離Ｌ１が７μｍ以上とされるので、開口部７から磁気抵抗効果体４へ至る水分の浸入を効果的に抑制することができる。
特に、離間距離Ｌ１が８μｍ〜１２μｍの範囲内とされる場合には、オフセット電圧の変化量が更に小さくなると共に、離間距離Ｌ１があまり大きくならないので、磁気センサ１の集積度を向上することができる。

［第２実施の形態］
以下、図６〜図９を用いて、本発明の第２実施の形態に係る磁気センサを説明する。なお、第２実施の形態の説明において、第１実施の形態において説明した構成要素と同一構成要素、又は実質的に同一構成には同一符号を付し、その説明は重複するので省略する。

（磁気センサのレイアウト構成）
図６に示されるように、本実施の形態に係る磁気センサ１は、基本的には図１に示される第１実施の形態に係る磁気センサ１の構成と同一構成とされている。すなわち、磁気センサ１は、第１ブリッジ回路を構成するMR素子Ｍ１〜Ｍ４と、第２ブリッジ回路を構成するMR素子Ｍ５〜Ｍ８とを備え、MR素子Ｍ１〜Ｍ８のそれぞれの周囲に沿って開口部７が配設されている。

図６〜図８に示されるように、本実施の形態に係る磁気センサ１では、MR素子Ｍ１〜Ｍ８のそれぞれの磁気抵抗効果体４と開口部７との中間位置にダム部４Ｄが配設されている。
詳細に説明すると、図８に示されるように、ダム部４Ｄは、絶縁体３と保護膜５との間、すなわち磁気センサ１の構造又は製造プロセスにおいて磁気抵抗効果体４と同一導電層に形成されている。同一導電層に形成されるので、ダム部４Ｄは磁気抵抗効果体４と同一材料により形成されている。ダム部４Ｄ上には、このダム部４Ｄをパターンニングする第１保護膜５１が、磁気抵抗効果体４上の第１保護膜５１と同様に構成されている。

図７及び図８に示されるように、ダム部４Ｄは、開口部７と略同様に、磁気抵抗効果体４の周囲の少なくとも一部に沿って延設され、同一幅寸法において配設されている。ここで、ダム部４Ｄが磁気抵抗効果体４の周囲の少なくとも一部に沿って延在されるとは、ダム部４Ｄが、磁気抵抗効果体４と配線９との接続部分を除いて磁気抵抗効果体４の周囲の大半に沿って延在されるという意味で使用されている。
本実施の形態では、ダム部４Ｄの幅寸法は例えば２μｍ〜５μｍに設定され、ダム部４Ｄと磁気抵抗効果体４との離間寸法は、ダム部４Ｄと開口部７との離間寸法よりも小さい例えば２μｍに設定されている。ダム部４Ｄと開口部７との離間寸法は、アライメント余裕寸法を含めて、例えば３μｍ〜４μｍに設定されている。

図９（Ａ）には本実施の形態に係る磁気センサ１の高速加速寿命試験の結果が示されている。また、図９（Ｂ）には比較例に係る磁気センサの高速加速寿命試験の結果が示されている。比較例に係る磁気センサでは、MR素子の磁気抵抗効果体と開口部との離間距離が、本実施の形態に係る磁気センサのダム部４Ｄと開口部７との離間距離に一致されている。高速加速寿命試験として、飽和条件下において実施されるプレッシャークッカー試験（PCT: Pressure Cooker Test）が使用された。試験条件は、温度１２１℃、湿度１００％、圧力１．２気圧、試験時間６００時間とされ、１００時間当たり１００回の温度サイクルが与えられる。温度範囲は−４０℃〜１０５℃である。サンプル数は２２個であった。横軸は試験時間［ｈｒ］、縦軸はオフセット電圧の変化量［ｍＶ］である。

図９（Ｂ）に示されるように、比較例に係る磁気センサでは、試験時間が１００時間を超えると、オフセット電圧がマイナス側に変化するサンプルが多発した。試験時間が４００時間を超えると、オフセット電圧がプラス側に変化するサンプルも見られたが、比較例に係る磁気センサは全体的としてオフセット電圧の耐久変動が大きい。

比較例に係る磁気センサに対して、本実施の形態に係る磁気センサ１では、図９（Ａ）に示されるように、数百時間の試験時間が経過しても、オフセット電圧の変化が小さい結果が得られた。

（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る磁気センサ１は、図８に示されるように、磁気抵抗効果体４が絶縁体３の表面上に配設され、この磁気抵抗効果体４上を含む絶縁体３の表面上には保護膜５及び保護膜１０が設けられる。保護膜５及び保護膜１０には、図６〜図８に示されるように、磁気抵抗効果体４の周囲の少なくとも一部に沿って開口部７が設けられる。開口部７は、図８に示されるように、保護膜５及び保護膜１０を厚さ方向に貫通する。

ここで、図７及び図８に示されるように、絶縁体３と保護膜５（第２保護膜５２）との間において、磁気抵抗効果体４と開口部７との中間位置にダム部４Ｄが配設される。ダム部４Ｄは、開口部７から絶縁体３と第２保護膜５２との界面を通じて磁気抵抗効果体４へ浸入する水分を堰き止める。
このため、ダム部４Ｄが配設されて水分の浸入を効果的に抑制又は防止することができ、図９（Ａ）に示されるように、磁気センサ１において特性の耐久変動を小さくすることができる。

また、本実施の形態に係る磁気センサ１では、ダム部４Ｄが、磁気抵抗効果体４と同一層に形成され、かつ、同一材料により形成されるので、磁気抵抗効果体４以外の新たな構成を必要としない。このため、磁気センサ１の構造を簡易にすることができる。

さらに、本実施の形態に係る磁気センサ１の製造プロセスでは、特に全体の製造工程の説明はしていないが、ダム部４Ｄが磁気抵抗効果体４と同一製造工程により形成することができるので、製造工程数を削減することができる。

［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において以下の通り変形可能である。
例えば、本発明では、基板として、炭化シリコン基板、ガラス基板、樹脂基板等の絶縁性基板が使用される場合には基板自体が絶縁体とされるので、基板上の絶縁体を省略することができる。
また、上記実施の形態では、基板にブリッジ回路を構成するMR素子だけが配設されているが、本発明は、１つの基板にMR素子と回路を構築する素子、例えばトランジスタ、抵抗、容量等とを配設してもよい。
さらに、本発明は、MR素子として、異方向性磁気抵抗効果（AMR）素子、巨大磁気抵抗効果（GMR）素子、トンネル磁気抵抗効果（TMR）素子等を使用してもよい。

１…磁気センサ、２…基板、３…絶縁体、４、４１〜４８…磁気抵抗効果体、４Ｄ…ダム部、５、１０…保護膜、５１…第１保護膜、５２…第２保護膜、７…開口部、７１…第１開口部、７２…第２開口部、９…配線、９Ｐ…端子、Ｍ１〜Ｍ８…MR素子。

Claims

絶縁体の表面上に配設された磁気抵抗効果体と、
前記磁気抵抗効果体上を含む前記絶縁体の表面上に設けられた保護膜と、
前記磁気抵抗効果体の周囲の少なくとも一部に沿って前記保護膜を厚さ方向に貫通する開口部と、
前記絶縁体と前記保護膜との間において、前記磁気抵抗効果体と前記開口部との中間位置に配設され、前記開口部から前記絶縁体と前記保護膜との界面を通じて前記磁気抵抗効果体へ浸入する水分を堰き止めるダム部と、
を備えた磁気センサ。
前記ダム部は、前記磁気抵抗効果体と同一層に、かつ、同一材料により形成されている請求項１に記載の磁気センサ。