JPH0829509A - 磁気センサ及び磁気センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コアの透磁率が高く、感度及びＳ／Ｎ比が優
れた磁気センサと、そのセンサの実現のため、凹凸のな
い平坦なコアを形成することが可能な方法を提供する。 【構成】 表面の平面度が高い平坦な絶縁層６上（また
は絶縁基板上）に平面状コア２を直に形成し、この後
に、コア２の上下にそれぞれ配線層３，４を形成するこ
とにより、配線層に対する平坦化処理を行うことなく、
凹凸のない平坦なコアを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば地磁気等を測定
するのに使用される磁気センサ及びその磁気センサを作
製する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の磁気センサとしては、図３(A),
(B) に示すように、基板１０１上に第１の配線層（励振
線＋受信線）１０３を形成し、この層上に絶縁層１０５
を挟んで平面状コア（パーマロイ）１０２を形成し、さ
らに、その上層に絶縁層１０６を挟んで第２の配線層
（励振線＋受信線）１０４を形成し、それら上下の配線
層１０３と１０４との間において各線を相互に接続し
た、いわゆる積層型の磁気センサが提案されている(The
7th International Conference on Solid-State Senso
rs and Actuators,pp.888-891)。なお、図３において
(B) は(A) のＹ−Ｙ矢視の模式的断面を示している。

【０００３】また、このような構造の磁気センサは、半
導体加工技術を利用して作製されている。その作製方法
の例を、以下、図４に示す工程 (1)〜(6) を参照しつつ
説明する。なお、 (1)〜(6) の各図は図３(A) のＹ−Ｙ
と直交する面で切断した模式的断面図である。

【０００４】まず、(1) Ｓｉ基板１０１の酸化膜（Ｓｉ
Ｏ₂ ）１０７上に第１の配線層（Ａｌ製）１０３を積層
した後、その上層に絶縁層（ポリイミド樹脂層）１０５
を積層する。次に、(2) 絶縁層１０５上にＣｕ層１０８
を一様に蒸着した後、コア形成部に相当する部分以外を
フォトレジスト１０９で被覆する。この状態で、(3)Ｃ
ｕ層１０８を電流通路とするメッキを行って、磁性材料
製の平面状コア１０２を形成し、次いで(4) コア１０２
をマスクとして樹脂エッチングを行って絶縁層１０５及
びその上層のＣｕ層１０８の不要な部分を除去する。こ
の後、(5) コア１０２の上層に絶縁層（ポリイミド樹脂
層）１０６を積層し、次いで、第２の配線層（Ａｌ製）
１０４を積層することによって、(6) 並びに図３(A),
(B) に示す構造の磁気センサを得る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の作製方法では、まず第１の配線層１０３を形成し、
次いで絶縁層１０５を積層した後にコア１０２を形成す
るので、図３(B) の模式的断面図に示すように、コア１
０２に、第１の配線層１０３の段差を反映した凹凸が生
じてしまう。このような凹凸があると、コア中に磁歪が
生じてコアの透磁率が低下するという問題が発生する。
これを解消するため、通常は、第１の配線層１０３の形
成と絶縁層１０５の積層が完了した段階で、何らかの手
段（エッチバック等）により平坦化処理を行うが、その
処理のためプロセスが複雑になり、また、この種の半導
体加工技術を利用した平坦化処理では十分に平坦な平面
を実現することは難しい。さらに平坦化処理は比較的低
温で行われ、それに用いられる材料の耐熱温度も例えば
４００℃程度までであるため、平坦化処理後はコアに例
えば９００℃程度の高温で熱処理を加えることができな
い。

【０００６】本発明はそのような事情に鑑みてなされた
もので、コアの透磁率が高い磁気センサを提供すること
を目的とし、また、その目的を達成するため、凹凸のな
い平坦なコアを形成することができ、またコアを形成し
た後に高温の熱処理を加えることを可能とする磁気セン
サの製造方法を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の磁気センサは、実施例図面である図１及び
図２(9) に示すように、平面状コア（リングコア）２を
挟んで互いに対向する位置に、それぞれ、複数の励振線
及び受信線からなる第１の配線層３と第２の配線層４
が、当該コア３に対し絶縁された状態で形成され、それ
ら第１の配線層３と第２の配線層４との間において各線
がそれぞれ相互に接続されて全体としてコア２の回りに
励振コイル及び受信コイルが形成されているとともに、
平面状コア２が、表面の平面度が高い絶縁層６上（また
は絶縁基板上）に形成され〔図２の工程(3) 参照〕、当
該コア２が凹凸のない平坦な形状に加工されていること
によって特徴づけられる。

【０００８】また、本発明のセンサの製造方法は、実施
例図面である図２に示すように、平坦な表面を維持した
状態で積層した絶縁層６上（または平面度の高い絶縁基
板表面上）に平面状コア２を形成し、次いで、コア２上
に絶縁膜（絶縁層５）を形成し、その絶縁膜上に複数の
励振線及び受信線をパターニングして第１の配線層３を
形成し、この後、第１の配線層３に対しコア２と絶縁層
６（または絶縁基板）を挟んで対向する位置に、複数の
励振線及び受信線をパターニングして第２の配線層４を
形成するとともに、この第２の配線層４と第１の配線層
３との間の各線をそれぞれ相互に接続することによって
特徴づけられる。

【０００９】

【作用】本発明方法では、第１の配線層３を形成する前
工程で、コア２を、平面度が高い絶縁層６の表面上（ま
たは絶縁基板の表面上）に直接に形成するので、第１の
配線層３の段差がコア２の形成に反映されることがな
く、凹凸のない平坦な形状のコア２を実現できる。

【００１０】また、本発明の磁気センサにおいてはコア
２が凹凸のない形状に加工されているので、磁歪が生じ
難く透磁率等の磁気特性が向上する。さらに、絶縁層６
をＳｉの熱酸化によって形成した場合、絶縁層６上にリ
ングコア２を形成した後〔図２(3) または(4) 〕、９０
０℃程度の熱処理を施すことが可能であり、この熱処理
によってリングコア２の透磁率を向上させることができ
る。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説
明する。図１は本発明実施例の構造図で、(A) はセンサ
の外観斜視図，(B) はリングコア２を周方向に沿って切
断して示す模式的断面図である。

【００１２】磁気センサは全体として、ガラス基板１上
に積層された第１の配線層３と、この層上に平面状リン
グコア（磁性膜）２及び第２の配線層４が、それぞれ、
絶縁層５及び６を挟んで積層された３層構造（絶縁層及
び樹脂層は除く）となっている。

【００１３】第１の配線層３には、短冊形状の励振線及
び受信線（詳細は図示せず）が、リングコア２の形成領
域に相当する円周上に沿って交互にかつ互いに所定の間
隔を隔てて形成されており、また、第２の配線層４に
も、同様に複数本の励振線及び受信線が形成されてい
る。そして、第１の配線層３と第２の配線層４との間に
おいて、上下の励振線同士及び受信線同士が相互に接続
されており、全体としてリングコア２の回りに励振コイ
ル及び受信コイルが形成された構造となっている。その
各コイルの端部にはそれぞれピン（端子）３０及び４０
が接続されている。

【００１４】なお、以上の構造のセンサはフラックスゲ
ート型の磁気センサであり、その動作原理は公知である
ので、ここでは説明を省略する。さて、本発明実施例で
注目すべきところは、平面状のリングコア２が、平面度
の高い平坦な絶縁層６の表面上に形成されており、この
リングコア２が凹凸ない平坦な形状に加工されている点
にある。

【００１５】その構造の磁気センサの作製方法を、以
下、図２に示す工程 (1)〜(9) を参照して説明する。な
お、 (1)〜(9) の各図は図１(A) のＸ−Ｘ矢視を示す模
式的断面図である。

【００１６】(1)：初期基板１１としてＳｉ基板を使用
し、その少なくとも片面１１ａに鏡面研摩を施してお
く。 (2)：熱酸化あるいはＣＶＤ法等により、基板１１の研
摩面１１ａに酸化Ｓｉ膜あるいは窒化Ｓｉ膜等の絶縁層
６を形成する。この絶縁層６の表面は、下地の研摩面１
１ａの平面度が反映されるので平滑な面となる。

【００１７】(3)：絶縁層６上にパーマロイ膜を例えば
４μｍ程度の膜厚で成膜した後、そのパーマロイ膜のパ
ターニングを行って平面状のリングコア２を形成し、真
空中あるいは水素雰囲気中で熱処理を加える。

【００１８】(4)：リングコア２上に絶縁層５を形成す
る。なお、その形成法としては、ＣＶＤ法、スパッタ蒸
着法あるいは抵抗加熱による蒸着法等を採用する。 (5)：Ａｌ，Ｃｕ等の金属膜を成膜した後、そのパター
ニングを行って、複数本の励振線及び受信線からなる第
１の配線層３を形成する。

【００１９】(6)：初期基板１１の成膜面側を樹脂層７
によって被覆し、さらに、その基板１１の成膜面側にガ
ラス基板１を裏打ちする。 (7)：ＫＯＨなどをエッチャントとするアルカリエッチ
ング等を行って、初期基板（Ｓｉ基板）１１のみを選択
的に除去する。

【００２０】(8)：絶縁層６に、この後に形成する第２
の配線層４と先の第１の配線層３との間の励振線同士及
び受信線同士を接続するためのスルーホール８ａ，８ｂ
を開ける。

【００２１】(9)：Ａｌ等の金属膜を成膜し、そのパタ
ーニングにより、複数本の励振線及び受信線からなる第
２の配線層４を形成するとともに、この第２の配線層４
と先の第１の配線層３との間の各配線を、それぞれスル
ーホール８ａ，８ｂを通じて接続することによって、図
１に示した構造の磁気センサを得る。

【００２２】なお、以上の作製手順において使用する裏
打ち基板の材料としては、工程(7)の処理を行うとき
に、初期基板であるＳｉ基板の選択エッチングに使用す
るエッチャントでは溶解しない絶縁材料であれば特に限
定はなく、ガラスのほか例えば石英あるいはアルミナ等
が挙げられる。

【００２３】また、上記の工程(6) において初期の基板
１１表面を被覆する樹脂としては、ポリイミド、また
は、エポキシ系あるいはアクリレート系の紫外線硬化型
接着剤などが挙げられる。さらに、これらの樹脂に代え
て、一般に平坦化処理に使用されるＳｉＯ₂ 系被膜形成
用塗布液などの材料を用いて基板１１表面の被覆を行っ
ても本発明は実施可能である。

【００２４】ここで、以上の本発明実施例の作製手順に
代えて、初期基板としてガラス，石英またはアルミナ等
の絶縁基板を用い、その少なくとも片面を鏡面研摩し、
その研摩面に、先の工程(3) と同等な手法により平面状
リングコアを直に形成し、次いで、工程 (4)及び(5) と
同等な処理を順次に行って絶縁層及び第１の配線層を形
成した後、ガラス基板にスルーホールを開孔し、さらに
ガラス基板の裏面側に第２の配線層を形成して、基板の
スルーホールを通じて基板上下の配線層の各線を相互に
接続する、といった作製方法を採用しても凹凸のない平
坦なリングコアを実現できる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表面の平面度が高い平坦な絶縁層上（絶縁基板上）に平
面状コアを形成し、この後に、コアの上下にそれぞれ配
線層を形成するので、配線層に対する平坦化処理を行う
ことなく、凹凸のない十分に平坦なコアを実現できる。
従って、このような作製方法で得られた磁気センサは、
コア中に凹凸による磁歪がなくなってコアの透磁率が向
上する。その結果、センサの感度並びにＳ／Ｎ比が向上
する。

【００２６】また、絶縁層上（絶縁基板上）に平坦化処
理を行うことなく直接コアを形成するため、コアを形成
した段階で、平坦化に用いられる材料によって制限され
るより高い温度での熱処理ができる。これによってコア
の透磁率が向上し、その結果、センサの感度並びにＳ／
Ｎ比が向上する。

【００２７】さらに、積層過程での平坦化処理を省略で
きることから、プロセスが簡単となって歩留り及びスル
ープットが向上するといった利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の磁気センサの構造図で、(A) は
センサの模式的外観図，(B) は模式的縦断面図

【図２】本発明実施例の磁気センサの作製工程の説明図

【図３】従来の磁気センサの構造図で、(A) は模式的外
観図，(B) は模式的縦断面図

【図４】その従来の磁気センサの作製工程の説明図

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ リングコア ３ 第１の配線層 ４ 第２の配線層 ５，６ 絶縁層 ７ 樹脂層（ポリイミド） ８ａ，８ｂ スルーホール １１ 初期基板（Ｓｉ基板）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面状コアを挟んで互いに対向する位置
   に、それぞれ、複数の励振線及び受信線からなる第１の
   配線層と第２の配線層が当該コアに対し絶縁された状態
   で形成され、それら第１の配線層と第２の配線層との間
   において各線がそれぞれ相互に接続されて全体として上
   記コアの回りに励振コイル及び受信コイルが形成されて
   いるとともに、上記平面状コアが、表面の平面度が高い
   絶縁層上または絶縁基板上に形成され、当該コアが凹凸
   のない平坦な形状に加工されてなる磁気センサ。
2. 【請求項２】 平坦な表面を維持した状態で積層した絶
   縁層上または平面度の高い絶縁基板表面上に平面状コア
   を形成し、次いで、上記コア上に絶縁膜を形成し、その
   絶縁膜上に複数の励振線及び受信線をパターニングして
   第１の配線層を形成し、この後、上記第１の配線層に対
   し上記コアと上記絶縁層または絶縁基板を挟んで対向す
   る位置に、複数の励振線及び受信線をパターニングして
   第２の配線層を形成するとともに、この第２の配線層と
   上記第１の配線層との間の各線をそれぞれ相互に接続す
   る、磁気センサの製造方法。