JPH01153967A - 電流検出器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 交流，直流の何れにも適用できる小拗電流検出器に関し
、 従来より検出感度を改善する高性能化を目的羨し、 膜導体素子と該導体素子に被測定電流が流れた際に発生
する磁界を検出する膜一気抵抗素子とを、絶８ｉ層を挟
んで同一基板上に積層した構造および製造方法で構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電流が流れたとき発生する磁界の強さの変化
から電流値を検出する検出器に関する。

従来の電流検出器として直流用、交流用とそれぞれ専用
のものを必要とすることが多く、また比較的大型であっ
た。特に、直流のものは絶縁型で小型の電流検出器を開
発することが要望された。

そこで、昭和６２年４月９日付けで本出願人は、被測定
電流が流れる導線と、その導線の周囲に発生する磁界を
該導線の周囲対向領域において磁電変換する磁電変換素
子とを具えたことを特徴とする電流検出器（特願昭６２
−８７７４９号）を出側した。

〔従来の技術〕 第６図は前記特願昭６２−８７７４９号に詳述した電流
検出器の一実施例を示す模式平面図であり、ガラスまた
はシリコンにてなる基Ｆｉ１の上面に、磁気抵抗素子２
−１．２−２．２−３．２−４を形成し、その中心の上
方を通り被測定電流の流れる導線６を配設してなる。磁
気抵抗素子２−ｔ〜２−４をブリッジに接続した端子４
−１と４−２は、図示しない定電流源に接続し、端子５
−、と５−２は図示しない演算増幅器に接続される。

このように構成した電流検出器において、磁気抵抗素子
２−１と２４．磁気抵抗素子２−１と２−４は、導線６
に矢印方向の電流７が流れたとき発生する磁界を受け、
互いに増加または現象方向に抵抗値が変化するような磁
気抵抗素子である。そのため、端子４−９と４−２に印
加した定電流が変化し、端子５−、と５−２から取り出
した出力は、演算増幅器にて差動合成されその出力電圧
から、電流７の強さを知ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明したように、磁気抵抗素子と被測定電流の流れ
る導線とを利用し、該導線に流れる電流を高性能に検出
する従来の電流検出器は、導線が磁気抵抗素子の形成中
心を貫通または、該中心の上方を通り磁気抵抗素子と平
行に配置する必要がある。

しかし、このような磁気抵抗素子は極めて小形であり、
従来の電流検出器は、別個に製造した磁気抵抗素子と導
線とを正確に位置合わせすることが困難であり、特に磁
気抵抗素子が複数の短冊状パターンをつづら折り杖に接
続した磁性帯を利用してなるとき、各短冊状パターンと
対向するように導線を配設せしめる高感度化構成が困難
であるという問題点があった。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記問題点の除去を目的とした本発明は第１図によれば
、膜導体素子１５と導体素子１５に被測定電流が流れた
際に発生する磁界を検出する膜磁気抵抗素子１３とを、
絶縁Ｎ１４を挟んで基板１２上に積層形成してなること
を特徴とした電流検出器、基板１２上に膜導体素子１５
と導体素子１５に被測定電流が流れた際に発生する磁界
を検出する膜磁気抵抗素子１３との一方を形成し、その
上に絶縁層１４を被着し、その上に膜導体素子１５と膜
磁気抵抗素子１３との他方を形成することを特徴とする
電流検出器の製造方法である。

〔作用〕

上記手段によれば、半導体装置および混成集積回路の製
造に使用されている膜形成技術、ホトリソグラフィ技術
を利用し、膜導体素子と膜磁気抵抗素子とを高精度に積
層形成することで、膜導体素子と膜磁気抵抗素子と位置
精度が従来構成のものより改善されると共に、導体素子
は磁気抵抗素子に適応するパターンに形成できるため、
電流検出器の高感度化が可能である。

〔実施例〕

本発明において使用する磁気抵抗素子として、バーバー
ポール型磁気抵抗素子は性能上有効であり、以下に、図
面を用いて本発明による電流検出器とその製造方法を説
明する。

第１図は本発明の一実施例による電流検出器の構成を示
す模式側断面図、第２図は該電流検出器の模式平面図、
第３図はその主要製造工程図、第４図は該製造工程を理
解するだめの模式側断面図、第５図は本発明の他の実施
例による電流検出器の模式平面図である。

第１図において、電流検出器１）はガラスまたはシリコ
ンにてなる基板１２の上に、膜構成のバーバーポール型
磁気抵抗素子１３を形成し、磁気抵抗素子１３を覆うよ
うに被着した絶縁膜１４の上に、導体素子１５を形成し
てなる。

ただし、基板１２がシリコンにてなるときはその表面に
シリコンの酸化層（ＳｉＯ□層）１６を形成し、その上
に形成した磁気抵抗素子１３は、磁性材料（例えばパー
マロイ）にてなる磁性膜帯１７と、その上に例えばタン
タルモリブデン（ＴａＭｏ）にてなる密着Ｎ１８を介し
て金（Ａｕ）等にてなる導体層１９をパターン形成して
なる。

第２図において、実線で示す磁電変換素子はバーバーポ
ール型磁気抵抗素子１３−１〜１３−４をブリッジに接
続し、その頂点に接続する外部接続端子２０−、と２０
−２．２１−、と２１）を形成してなり、磁気抵抗素子
１３−３と１３−２および１３４と１３−４は左右方向
の対称に形成し、かつ、磁気抵抗素子１３−Ｉと１３４
および磁気抵抗素子１３−２と１３−６とを上下方向の
対称に形成してなる。

各磁気抵抗素子１３−．〜１３−．は、図の上下方向に
平行する複数の短冊状パターン１７ａをつづら折り状に
接続した磁性膜帯１７と、密着層（１８）を介し磁性膜
帯１７に斜め配置で導体層１９を形成してなる。

接続端子２０−＋、２０−ｚ、２ｌ−１２１−ｚが表呈
するように磁電変換素子を覆う絶縁膜（１４）を被着し
、その上に形成し従来の導線６に相当する導体素子１５
は、図中に一点鎖線で示すように、磁気抵抗素子１３−
８〜１３−４の各短冊状パターン１７ａをそれぞれに覆
う複数条（図は６条）の帯状導体パターン２２を、一対
の端子２３−Ｉと２３−２の間に形成してなる。

このように構成した電流検出器１）は、接続端子２３−
１と２３．を介して導体素子１５の導体パターン２２に
流れる電流を、例えば接続端子２０−７と２０−２を定
電流源に接続し接続端子２１−１と２１−！を演算増幅
器に接続した磁電変換素子を利用して、検出することが
できる。

第３図において、工程３１は複数個の基板１２を採取可
能なシリコンウェーハ４１の製造工程であり、工程３２
ではウェーハ４１を加熱して第４図（イ）に示す如く、
ウェーハ４１の表面にシリコン酸化層１６を形成する。

工程３３は例えば厚さ５００〜３０００人程度の磁性薄
膜を被着する工程、工程３４は磁性薄膜の上にＴａＭｏ
等の密着膜を例えば５００人程０の厚さに被着する工程
、工程３５はＡｕ等の導電膜を例えば５０００人程度０
厚さに被着する工程であり、その結果第４図（Ｕ）に示
すように、ウェーハ４１の酸化［１６の上には、磁性薄
膜４２と密着膜４３と導電膜４４とが積層されるように
なる。

工程３６は導電膜４４と密着膜４３の不要部をイオンミ
ーリング等の手段で除去する工程であり、工程３６によ
って第４図（ハ）に示すように、密着層Ｉ８と導体層１
９が形成される。

工程３７は磁性薄膜４２の不要部をイオンミーリング等
の手段で除去する工程であり、工程３７によって第４図
（ニ）に示すように、磁性膜帯１７が形成される。

次いで、工程３８では第４図（ネ）に示すように、絶縁
膜１４を形成したのち、工程３９にて絶縁膜１４の上に
導電膜を被着し、工程４０では該導電膜の不要部をイオ
ンミーリング等の手段で除去して、第４図（へ）に示す
ように導体素子１５が形成される。

そこで、シリコンウェーハ４１を複数個の５ｖｉ、１２
に割断し、複数個の電流検出器１）が同時に完成する。

第５図において、電流検出器５１は実線で示す磁電変換
素子と一点鎖線で示す導体素子５２とを、絶縁膜を介し
て基板上に積層形成したものである。

電流検出器１）と共通部分に同一符号を使用した電流検
出器５１において、磁電変換素子はバーバーポール型磁
気抵抗素子１３−１〜１３−４をブリッジに接続し、そ
の頂点に接続する外部接続端子５３−１と５３−２＋　
５４−＋と５４−２を磁気抵抗素子１３−１〜１３−４
の側方に形成してなる。

前述の導体素子１５に相当する導体素子５２は、各磁気
抵抗素子１３−１〜１３−４の短冊状パターン１７ａに
対向する複数条（図は１２条）の帯状導体パターン２２
を、連結端子５５−１と５５−＝、５５−ｚと５５４の
間に形成し、連結端子５５−７と５５−３を外部接続端
子５６−Ｉに接続し、連結端子５５４を外部接続端子５
６−２に接続してなる。

このように構成した電流検出器５１は、接続端子５６−
１と５６−２を介して導体素子５２の導体パターン２２
に流れる電流を、例えば接続端子５３−０と５３−２を
定電流源に接続し接続端子５４−１と５４−２を演算増
幅器に接続した磁電変換素子にて、検出することができ
る。

なお、前記実施例では基板上に磁気抵抗素子を形成し、
その上に形成した絶縁層上に導体素子を形成する構成お
よび製造方法について説明したが、本発明は磁気抵抗素
子と導体素子とを入れ替えて実施可能であり、そのこと
は前述の実施例から明瞭である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、半導体装置等の製
造に使用されている膜形成技術、ホトリソグラフィ技術
を利用し、膜導体素子と膜磁気抵抗素子とを積層形成す
る構成としたことにより、膜導体素子と膜磁気抵抗素子
と位置精度が従来構成のものより改善されると共に、導
体素子は磁気抵抗素子の磁気検出用の短冊状パターンに
適応するパターン形成ができるため、電流検出器の高域
度化が可能となり、従来のものより５倍程度の高域度化
を実現し得た効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による電流検出器の構成を示
す模式側断面図、 第２図は第１図に示す電流検出器の模式平面図、第３図
は第１図に示す電流検出器の主要製造工程図、 第４図は第３図に示す製造工程を理解するための模式側
断面図、 第５図は本発明の他の実施例による電流検出器の模式平
面図、 第６図は電流検出器の従来例を示す模式平面図、である
。 図中において、 １）．５１は電流検出器、 １２は基板、 １３、１３−＋〜１３−４は膜磁気抵抗素子、１４は絶
縁層、 １５．５２は膜導体素子、 １７は磁性膜帯、 １７ａは磁性膜帯の短冊状パターン、 １９は導電層、 を示す。 基ニ 第　１　面 −Ａ（１図じ氷″ｆマにｔＪ＃：出動を斐す略メｔｌ程
図寥３　冒 菓３唖五す報訂程ε理解丁３た弱液ｑ″漸耐巨￥４　図 寸　　ｈ ｈ　　η ４−／ 電〉Ｌ＃：出：ｇＪ）ネ亀東イ列ε示すノ某５に手向」
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Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）膜導体素子（１５、５２）と該導体素子（１５、
   ５２）に被測定電流が流れた際に発生する磁界を検出す
   る膜磁気抵抗素子（１３、１３＿−＿１〜１３＿−＿４
   ）とを、絶縁層（１４）を挟んで同一基板（１２）上に
   積層形成してなることを特徴とする電流検出器。
2. （２）前記磁気抵抗素子（１３、１３＿−＿１〜１３＿
   −＿４）が、平行する複数の短冊状パターン（１７ａ）
   をつづら折り状に接続した磁性膜帯（１７）と、該磁性
   膜帯（１７）に斜め配置で被着した導電層（１９）とを
   有するバーバーポール型磁気抵抗素子であり、 前記導体素子（１５、５２）が、その中間部を該短冊状
   パターンのそれぞれに対向する複数本に分割し形成して
   なることを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の
   電流検出器。
3. （３）４個の前記磁気抵抗素子（１３、１３＿−＿１〜
   １３＿−＿４）をブリッジに接続し、該磁気抵抗素子（
   １３、１３＿−＿１〜１３＿−＿４）を左右方向および
   前後方向の対称に配置してなることを特徴とする前記特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の電流検出器。
4. （４）基板（１２）上に膜導体素子（１５、５２）と該
   導体素子（１５、５２）に被測定電流が流れた際に発生
   する磁界を検出する膜磁気抵抗素子（１３、１３＿−＿
   １〜１３＿−＿４）との一方を形成し、その上に絶縁層
   （１４）を被着し、その上に該膜導体素子（１５、５２
   ）と膜磁気抵抗素子（１３、１３＿−＿１〜１３＿−＿
   ４）との他方を形成することを特徴とする電流検出器の
   製造方法。