WO2023162584A1 - 磁気センサ - Google Patents

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WO2023162584A1
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magnetic
magnetoresistive element
magnetic sensor
main surface
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Inventor
雅彦 鷲平
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details

Definitions

  • the present invention relates to magnetic sensors.
  • Patent Document 1 As a prior art document disclosing the configuration of a magnetic sensor, there is International Publication No. 2019/111765 (Patent Document 1).
  • the magnetic sensor disclosed in Patent Document 1 includes a magneto-sensitive element, an insulating layer covering the magneto-sensitive element, a first conductor portion positioned on the insulating layer, and an insulating layer positioned on the first conductor portion.
  • the first magnetic member may be separated from the insulating layer together with the first conductor.
  • a magnetic sensor includes a first magnetic layer, a conductive layer, an insulating layer, a resist layer, a seed layer, and a second magnetic layer.
  • the first magnetic layer is provided on the main surface of the substrate, and a part thereof serves as the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element.
  • the conductive layer is provided on a portion other than the portion of the first magnetic layer.
  • the insulating layer is provided on the part of the first magnetic layer and on the conductive layer.
  • the resist layer is provided on the insulating layer and has an annular shape when viewed in a direction perpendicular to the main surface.
  • the seed layer is provided on a portion of the insulating layer located in the first region surrounded by the resist layer and on the resist layer when viewed in a direction perpendicular to the main surface.
  • the second magnetic layer is provided on the seed layer and covers the second magnetoresistive element when viewed in a direction perpendicular to the main surface.
  • a dummy electrode which is part of the conductive layer, is located within the first region.
  • a through hole is formed in the insulating layer located on the dummy electrode in the first region. The second magnetic layer is connected to the dummy electrode through the seed layer in the through hole.
  • the present invention it is possible to suppress the separation of the magnetic layer provided above the insulating layer from the insulating layer.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetic sensor of FIG. 1 as seen from the direction of arrows on line II-II.
  • 1 is an equivalent circuit diagram of a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which an insulating layer is formed so as to cover the main surface of the semiconductor substrate
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which a through hole is formed in an insulating layer located on a dummy electrode
  • 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which a resist layer is formed on an insulating layer
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which a seed layer is formed on the insulating layer and the resist layer in a portion located in the first region surrounded by the resist layer;
  • FIG. FIG. 5 is a partial plan view showing the configuration of a magnetic sensor according to a first modified example of one embodiment of the present invention; 4 is a chart showing the anisotropy of the magnetic field detection sensitivity of the magnetic sensor according to the first modified example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a partial plan view showing the configuration of a magnetic sensor according to a second modified example of one embodiment of the present invention; 10 is a chart showing the anisotropy of the magnetic field detection sensitivity of the magnetic sensor according to the second modified example of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetic sensor of FIG. 1 as viewed from the direction of the arrows on line II-II.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a magnetic sensor according to one embodiment of the present invention.
  • the edges of the second magnetic layer, which will be described later, are indicated by dotted lines.
  • a magnetic sensor 1 As shown in FIGS. 1 and 2, a magnetic sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes a first magnetic layer 10, a conductive layer 20, an insulating layer 30, a resist layer 40, and a seed layer 50. , and a second magnetic layer 60 .
  • the magnetic sensor 1 further includes a semiconductor substrate 110 .
  • the semiconductor substrate 110 is composed of a base 111 made of a semiconductor such as Si and an insulating film 112 made of SiO 2 or Si 3 N 4 formed on the base 111 .
  • the first magnetic layer 10 is provided on the main surface of the semiconductor substrate 110 .
  • the first magnetic layer 10 is made of a magnetic material such as an alloy containing Ni and Fe.
  • the thickness of the first magnetic layer 10 is, for example, 0.04 ⁇ m.
  • the first magnetic layer 10 is patterned by an ion milling method or the like. A part of the first magnetic layer 10 becomes the first magnetoresistive elements 120a and 120b and the second magnetoresistive elements 130a and 130b.
  • the conductive layer 20 is provided on a portion of the first magnetic layer 10 other than the above portion.
  • Conductive layer 20 is composed of a conductive material such as Au or Al.
  • the conductive layer 20 is patterned by wet etching or the like.
  • the conductive layer 20 becomes a terminal, a wiring, or a dummy electrode, which will be described later.
  • a Ti layer 21 is provided directly above the conductive layer 20 .
  • the insulating layer 30 is provided on the part of the first magnetic layer 10 and the conductive layer 20 .
  • the insulating layer 30 is made of an insulating material such as SiO 2 .
  • the insulating layer 30 covers the first magnetoresistive elements 120a, 120b and the second magnetoresistive elements 130a, 130b.
  • the insulating layer 30 does not cover the terminal portion of the conductive layer 20 .
  • the resist layer 40 is provided on the insulating layer 30 and has an annular shape when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 110 .
  • the resist layer 40 has an annular shape when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 110 .
  • the resist layer 40 covers the first magneto-resistive elements 120a, 120b and the second magneto-resistive elements 130a, 130b, but should cover at least the second magneto-resistive elements 130a, 130b.
  • the seed layer 50 is provided on the insulating layer 30 and the resist layer 40 in a portion located in the first region R1 surrounded by the resist layer 40 when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 110 .
  • the seed layer 50 is composed of a layer containing titanium (Ti) and a layer containing gold (Au) located on the layer containing titanium (Ti).
  • the configuration of the seed layer 50 is not limited to the above, and may include at least one layer of iron (Fe), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), platinum (Pt) and copper (Cu).
  • As a method for forming the seed layer 50 patterning using a resist or the like can be used.
  • the seed layer 50 has an octagonal shape when viewed from the direction orthogonal to the main surface of the semiconductor substrate 110, but may have a circular shape or a polygonal shape other than the octagonal shape. You may have Seed layer 50 has a thickness of, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the second magnetic layer 60 is provided on the seed layer 50 and covers the second magnetoresistive element 130a when viewed from the direction orthogonal to the main surface of the semiconductor substrate 110. As shown in FIG. In the present embodiment, the second magnetic layer 60 has an octagonal shape when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 110. It may have a shape.
  • the maximum thickness of the second magnetic layer 60 is preferably 2.0 ⁇ m or less. As a method of forming the second magnetic layer 60, patterning using a resist or the like can be used.
  • the magnetic sensor 1 includes a first magnetoresistive element 120a and It includes a second magnetoresistive element 130a, a first magnetoresistive element 120b and a second magnetoresistive element 130b.
  • the magnetic sensor 1 includes two sets of first magnetoresistive element and second magnetoresistive element, but is not limited to this, and at least one set of first magnetoresistive element and second magnetoresistive element. element should be included.
  • half A bridge circuit is configured.
  • Each of the first magnetoresistive elements 120a, 120b and the second magnetoresistive elements 130a, 130b is an AMR (Anisotropic Magneto Resistance) element. It should be noted that each of the first magnetoresistive elements 120a, 120b and the second magnetoresistive elements 130a, 130b is replaced with an AMR element, a GMR (Giant Magneto Resistance) element, a TMR (Tunnel Magneto Resistance) element, and a BMR (Ballistic Magneto Resistance) element. ) element, CMR (Colossal Magneto Resistance) element, or other magnetoresistive element.
  • AMR Analog Magnetotropic Magneto Resistance
  • the magnetic field (perpendicular magnetic field) perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 110 and the semiconductor substrate It becomes a so-called fixed resistor that hardly detects a magnetic field (horizontal magnetic field) in a direction parallel to the main surface of 110 .
  • the first magnetoresistive element 120a is not covered with the second magnetic layer 60, it is a so-called magnetosensitive resistor whose electrical resistance value changes when an external magnetic field is applied. That is, the first magnetoresistive element 120a functions as a magneto-sensitive element, and the second magnetoresistive element 130a does not function as a magneto-sensitive element.
  • the magnetic field (perpendicular magnetic field) in the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 110 and the direction parallel to the main surface of the semiconductor substrate 110 It is a so-called fixed resistor that hardly detects a magnetic field (horizontal magnetic field).
  • the first magnetoresistive element 120b is not covered with the second magnetic layer 60, it is a so-called magnetosensitive resistor whose electrical resistance value changes when an external magnetic field is applied. That is, the first magnetoresistive element 120b functions as a magneto-sensitive element, and the second magnetoresistive element 130b does not function as a magneto-sensitive element.
  • the first magnetoresistive elements 120a and 120b and the second magnetoresistive elements 130a and 130b are electrically connected to each other by wiring provided on the semiconductor substrate 110.
  • a wiring 150 connects the first magnetoresistive element 120b and the second magnetoresistive element 130b in series.
  • a midpoint terminal (V+) 140 , a midpoint terminal (V ⁇ ) 141 , a power supply terminal (Vcc) 142 , a ground terminal (Gnd) 143 and an output terminal (Out) 144 are further provided on the semiconductor substrate 110 . .
  • Each of the first magnetoresistive element 120 a and the second magnetoresistive element 130 b is connected to the midpoint terminal (V+) 140 .
  • the first magnetoresistive element 120a and the midpoint terminal (V+) 140 are connected by a wiring 145
  • the second magnetoresistive element 130b and the midpoint terminal (V+) 140 are connected by a wiring 152. .
  • Each of the first magnetoresistive element 120b and the second magnetoresistive element 130a is connected to the midpoint terminal (V-) 141.
  • the first magnetoresistive element 120b and the midpoint terminal (V-) 141 are connected by a wiring 149
  • the second magnetoresistive element 130a and the midpoint terminal (V-) 141 are connected by a wiring 148. ing.
  • the wiring 146 is connected to a power supply terminal (Vcc) 142 to which current is input.
  • the wiring 150 is connected to the ground terminal (Gnd) 143 .
  • wiring 145, 146, 148, 149, 150, 152, midpoint terminal (V+) 140, midpoint terminal (V-) 141, power supply terminal (Vcc) 142, ground terminal ( Gnd) 143 and the output terminal (Out) 144 are each configured by the conductive layer 20 .
  • Part of the conductive layer 20 that becomes each of the intermediate terminal (V+) 140, the intermediate terminal (V-) 141, the power supply terminal (Vcc) 142, the ground terminal (Gnd) 143, and the output terminal (Out) 144 is an insulating layer. 30 is not covered and is exposed. The portions of the conductive layer 20 that become the wirings 145 , 146 , 148 , 149 , 150 , 152 are covered with the insulating layer 30 .
  • the portions of the first magnetic layer 10 that become the first magnetoresistive elements 120a and 120b are the second magnetic layer when viewed from the direction orthogonal to the main surface of the semiconductor substrate 110. Since it is formed along substantially the entire circumference of the edge of the second magnetic layer 60 so as to surround the body layer 60, the magnetic field detection sensitivity is isotropic.
  • the dummy electrode 160 which is part of the conductive layer 20, is located within the first region R1.
  • the dummy electrode 160 is electrically connected to any of the intermediate terminal (V+) 140, the intermediate terminal (V-) 141, the power supply terminal (Vcc) 142, the ground terminal (Gnd) 143 and the output terminal (Out) 144. not connected and the potential is floating.
  • the dummy electrode 160 has a circular shape when viewed from the direction orthogonal to the main surface of the semiconductor substrate 110, but may have a polygonal shape.
  • a through hole 30h is formed in the insulating layer 30 located on the dummy electrode 160 in the first region R1.
  • the second magnetic layer 60 is connected to the dummy electrode 160 via the seed layer 50 inside the through hole 30h.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which an insulating layer is formed so as to cover the main surface of the semiconductor substrate. As shown in FIG. 4 , the portion of the insulating layer 30 located above the dummy electrode 160 has a convex shape following the shape of the dummy electrode 160 .
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a state in which through holes are formed in the insulating layer located on the dummy electrodes. As shown in FIG. 5, a part of the insulating layer 30 and the Ti layer 21 located on the dummy electrode 160 is removed by etching to form a through hole 30h. As a result, a portion of the upper surface of the dummy electrode 160 is exposed.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a state in which a resist layer is formed on the insulating layer. As shown in FIG. 6, a resist layer 40 is formed on the insulating layer 30 so as to surround the insulating layer 30 located on the dummy electrode 160 and to cover at least the second magnetoresistive element 130a. .
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a state in which a seed layer is formed on the insulating layer and the resist layer in the portion located in the first region surrounded by the resist layer.
  • seed layer 50 is formed on insulating layer 30 and resist layer 40 in a portion located in first region R ⁇ b>1 surrounded by resist layer 40 .
  • the seed layer 50 formed inside the through hole 30 h is in direct contact with the dummy electrode 160 .
  • a second magnetic layer 60 is formed on the seed layer 50 as shown in FIG.
  • the second magnetic layer 60 formed within the through hole 30 h is connected to the dummy electrode 160 via the seed layer 50 .
  • the second magnetic layer 60 is connected to the dummy electrode 160 via the seed layer 50 . Since the bonding strength between the dummy electrode 160 and the seed layer 50 is higher than the bonding strength between the insulating layer 30 and the seed layer 50, the second magnetic layer 60 is connected to the dummy electrode 160 via the seed layer 50. Thus, peeling of the second magnetic layer 60 provided above the insulating layer 30 from the insulating layer 30 can be suppressed. That is, since the second magnetic layer 60 is connected to the dummy electrode 160 through the seed layer 50, it is possible to suppress the separation of the second magnetic layer 60 and the insulating layer 30 together with the seed layer 50. .
  • the magnetic sensor 1 has isotropic magnetic field detection sensitivity, it may have anisotropic magnetic field detection sensitivity.
  • a magnetic sensor according to a modification having anisotropy in magnetic field detection sensitivity will be described below.
  • the magnetic sensor according to the first modification of the embodiment of the present invention differs from the magnetic sensor 1 according to the embodiment of the present invention only in the shape of the portion that becomes the first magnetoresistive element in the first magnetic layer, The description of the configuration similar to that of the magnetic sensor 1 according to one embodiment of the present invention will not be repeated.
  • FIG. 8 is a partial plan view showing the configuration of a magnetic sensor according to the first modified example of one embodiment of the present invention.
  • the portion of the first magnetic layer 10 that becomes the first magnetoresistive element 220a is located on the main surface of the semiconductor substrate 110. It is formed along only part of the entire circumference of the edge of the second magnetic layer 60 so as to surround the second magnetic layer 60 when viewed from the orthogonal direction.
  • the portion of the first magnetic layer 10 that becomes the first magnetoresistive element 220 a is formed so as to surround the second magnetic layer 60 when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 110 . It is formed along only about 3/4 of the circumference of the edge of the body layer 60 except for the 1/4 circumference located at the lower right portion in FIG.
  • FIG. 9 is a chart showing the anisotropy of the magnetic field detection sensitivity of the magnetic sensor according to the first modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows the relationship between the strength (mT) of the magnetic field at which the magnetic sensor turns from the OFF state to the ON state and the angular direction in which the magnetic field acts on the magnetic sensor.
  • Data of the magnetic sensor 1 according to the embodiment of the present invention is indicated by a dotted line
  • data of the magnetic sensor according to the first modified example is indicated by a solid line.
  • the magnetic sensor according to the first modification had the lowest sensitivity to magnetic fields acting from the 135° direction and the 315° direction.
  • the portion of the first magnetic layer 10 that becomes the first magnetoresistive element 220a is the second magnetic layer 60 when viewed from the direction orthogonal to the main surface of the semiconductor substrate 110. is formed along only a part of the entire circumference of the edge of the second magnetic layer 60 so as to surround , the detection sensitivity of the magnetic sensor can be made to have anisotropy.
  • the shape of the portion to be the first magnetoresistive element in the first magnetic layer and the arrangement of the first magnetic layer are mainly Since it is different from the magnetic sensor 1 according to the embodiment, the same configuration as the magnetic sensor 1 according to the embodiment of the present invention will not be described repeatedly.
  • FIG. 10 is a partial plan view showing the configuration of a magnetic sensor according to a second modified example of one embodiment of the present invention.
  • the portion of the first magnetic layer 10 that becomes the first magnetoresistive element 320a is located on the main surface of the semiconductor substrate 110. It is formed along only part of the entire circumference of the edge of the second magnetic layer 60 so as to surround the second magnetic layer 60 when viewed from the orthogonal direction.
  • the portion of the first magnetic layer 10 that becomes the first magnetoresistive element 320 a is formed so as to surround the second magnetic layer 60 when viewed from the direction perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate 110 . It is formed only along about 5/8 circumference except for the 3/8 circumference portion located at the bottom in FIG. 10 at the edge of the body layer 60 .
  • FIG. 11 is a chart showing the anisotropy of the magnetic field detection sensitivity of the magnetic sensor according to the second modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows the relationship between the strength of the magnetic field (mT) at which the magnetic sensor turns from the OFF state to the ON state, and the angular direction in which the magnetic field acts on the magnetic sensor.
  • Data of the magnetic sensor 1 according to the embodiment of the present invention is indicated by a dotted line
  • data of the magnetic sensor according to the second modification is indicated by a solid line.
  • the magnetic sensor according to the second modification had the lowest sensitivity to magnetic fields acting from the 0° direction and the 180° direction.
  • the portion of the first magnetic layer 10 that becomes the first magnetoresistive element 320a is the second magnetic layer 60 when viewed from the direction orthogonal to the main surface of the semiconductor substrate 110. is formed along only a part of the entire circumference of the edge of the second magnetic layer 60 so as to surround , the detection sensitivity of the magnetic sensor can be made to have anisotropy.
  • one vertex P1 of the octagonal shape of the second magnetic layer 60 is arranged at a position in the angular direction where the magnetic field detection sensitivity is low due to anisotropy.
  • one vertex P1 of the octagonal shape of the second magnetic layer 60 is arranged at a position in the direction of 0°, and the octagonal shape of the second magnetic layer 60 is arranged at a position in the 180° direction.

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Abstract

第１磁性体層(１０)は、一部が第１磁気抵抗素子(１２０ａ)および第２磁気抵抗素子(１３０ａ)となる。導電層(２０)は、第１磁性体層(１０)における上記一部以外の部分の上に設けられている。絶縁層(３０)は、第１磁性体層(１０)の上記一部上および導電層(２０)上に設けられている。レジスト層(４０)は、絶縁層(３０)上に設けられ、環状の形状を有する。シード層(５０)は、レジスト層(４０)に囲まれた第１領域(Ｒ１)に位置する部分の絶縁層(３０)上およびレジスト層(４０)上に設けられている。第２磁性体層(６０)は、シード層(５０)上に設けられ、第２磁気抵抗素子(１３０ａ)を覆っている。導電層(２０)の一部であるダミー電極(１６０)は、第１領域(Ｒ１)内に位置している。第１領域(Ｒ１)内においてダミー電極(１６０)上に位置する絶縁層(３０)に貫通孔(３０ｈ)が形成されている。第２磁性体層(６０)は、貫通孔(３０ｈ)内において、シード層(５０)を介してダミー電極(１６０)と接続されている。

Description

磁気センサ
　本発明は、磁気センサに関する。
　磁気センサの構成を開示した先行技術文献として、国際公開第２０１９／１１１７６５号(特許文献１)がある。特許文献１に記載された磁気センサは、感磁素子と、感磁素子を覆う絶縁層と、絶縁層上に位置する第１導電体部と、第１導電体部上に位置し、絶縁層に直交する方向から見て、第１導電体部を覆う第１磁性体部材と、第１導電体部の一部に沿って設けられ、第１導電体部とは異なる材料で構成された部材とを備える。
国際公開第２０１９／１１１７６５号
　絶縁層と第１導電体部との密着性が低い場合、第１磁性体部材が第１導電体部とともに絶縁層から剥離する可能性がある。
　本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであって、絶縁層の上方に設けられた磁性体層の絶縁層からの剥離を抑制することができる、磁気センサを提供することを目的とする。
　本発明に基づく磁気センサは、第１磁性体層と、導電層と、絶縁層と、レジスト層と、シード層と、第２磁性体層とを備える。第１磁性体層は、基板の主面上に設けられ、一部が第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子となる。導電層は、第１磁性体層における上記一部以外の部分の上に設けられている。絶縁層は、第１磁性体層の上記一部上および導電層上に設けられている。レジスト層は、絶縁層上に設けられ、上記主面に直交する方向から見て、環状の形状を有する。シード層は、上記主面に直交する方向から見てレジスト層に囲まれた第１領域に位置する部分の絶縁層上およびレジスト層上に設けられている。第２磁性体層は、シード層上に設けられ、上記主面に直交する方向から見て第２磁気抵抗素子を覆っている。導電層の一部であるダミー電極は、第１領域内に位置している。第１領域内においてダミー電極上に位置する絶縁層に貫通孔が形成されている。第２磁性体層は、上記貫通孔内において、シード層を介してダミー電極と接続されている。
　本発明によれば、絶縁層の上方に設けられた磁性体層の絶縁層からの剥離を抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成を示す平面図である。 図１の磁気センサをＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの等価回路図である。 半導体基板の主面を覆うように絶縁層が形成された状態を示す部分断面図である。 ダミー電極上に位置する絶縁層に貫通孔が形成された状態を示す部分断面図である。 絶縁層上にレジスト層が形成された状態を示す部分断面図である。 レジスト層に囲まれた第１領域に位置する部分の絶縁層上およびレジスト層上にシード層が形成された状態を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態の第１変形例に係る磁気センサの構成を示す部分平面図である。 本発明の一実施形態の第１変形例に係る磁気センサの磁界の検出感度の異方性を示すチャートである。 本発明の一実施形態の第２変形例に係る磁気センサの構成を示す部分平面図である。 本発明の一実施形態の第２変形例に係る磁気センサの磁界の検出感度の異方性を示すチャートである。
　以下、本発明の一実施形態に係る磁気センサについて図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
　図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成を示す平面図である。図２は、図１の磁気センサをＩＩ－ＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図３は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの等価回路図である。図１においては、後述する第２磁性体層の縁を点線で記載している。
　図１および図２に示すように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１は、第１磁性体層１０と、導電層２０と、絶縁層３０と、レジスト層４０と、シード層５０と、第２磁性体層６０とを備える。磁気センサ１は、半導体基板１１０をさらに備える。
　半導体基板１１０は、Ｓｉなどの半導体からなる基部１１１と、基部１１１上に形成されたＳｉＯ2またはＳｉ3Ｎ4などからなる絶縁膜１１２とから構成されている。
　第１磁性体層１０は、半導体基板１１０の主面上に設けられている。第１磁性体層１０は、ＮｉとＦｅとを含む合金などの磁性体で構成されている。第１磁性体層１０の厚さは、たとえば、０．０４μｍである。第１磁性体層１０は、イオンミリング法などによりパターニングされている。第１磁性体層１０の一部は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂとなる。
　導電層２０は、第１磁性体層１０の上記一部以外の部分の上に設けられている。導電層２０は、ＡｕまたはＡｌなどの導電材料で構成されている。導電層２０は、ウエットエッチングなどによりパターニングされている。導電層２０は、後述する端子、配線またはダミー電極となる。導電層２０の直上には、Ｔｉ層２１が設けられている。
　絶縁層３０は、第１磁性体層１０の上記一部上および導電層２０上に設けられている。絶縁層３０は、ＳｉＯ2などからなる絶縁材料で構成されている。絶縁層３０は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを覆っている。絶縁層３０は、導電層２０において端子となる部分は覆っていない。
　レジスト層４０は、絶縁層３０上に設けられ、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、環状の形状を有する。本実施形態においては、レジスト層４０は、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、円環状の形状を有している。レジスト層４０は、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを覆っているが、少なくとも第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂを覆っていればよい。
　シード層５０は、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見てレジスト層４０に囲まれた第１領域Ｒ１に位置する部分の絶縁層３０上およびレジスト層４０上に設けられている。本実施形態においては、シード層５０は、チタン(Ｔｉ)を含む層と、チタン(Ｔｉ)を含む層の上に位置する、金(Ａｕ)を含む層とから構成されている。ただし、シード層５０の構成は、上記に限られず、鉄(Ｆｅ)、モリブデン(Ｍｏ)、タンタル(Ｔａ)、白金(Ｐｔ)および銅(Ｃｕ)の少なくとも一つの層を含んでいてもよい。シード層５０の形成方法としては、レジストを用いたパターニングなどを用いることができる。本実施形態においては、シード層５０は、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、八角形形状を有しているが、円形形状、または、八角形形状以外の多角形形状を有していてもよい。シード層５０の厚さは、たとえば、０．５μｍである。
　第２磁性体層６０は、シード層５０上に設けられ、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て第２磁気抵抗素子１３０ａを覆っている。本実施形態においては、第２磁性体層６０は、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、八角形形状を有しているが、円形形状、または、八角形形状以外の多角形形状を有していてもよい。第２磁性体層６０の最大厚さは、２．０μｍ以下であることが好ましい。第２磁性体層６０の形成方法としては、レジストを用いたパターニングなどを用いることができる。
　図１および図３に示すように、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１には、互いに配線によって電気的に接続されてホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成する、第１磁気抵抗素子１２０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ａと、第１磁気抵抗素子１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ｂとを含んでいる。本実施形態においては、磁気センサ１は、２組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含んでいるが、これに限られず、少なくとも１組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子を含んでいればよい。磁気センサ１が、１組の第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子のみを含む場合、具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ａのみを含む場合には、ハーフブリッジ回路が構成されている。
　第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々は、ＡＭＲ(Anisotropic　Magneto　Resistance)素子である。なお、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂの各々が、ＡＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant　Magneto　Resistance)素子、ＴＭＲ(Tunnel　Magneto　Resistance)素子、ＢＭＲ(Ballistic　Magneto　Resistance)素子、ＣＭＲ(Colossal　Magneto　Resistance)素子などの磁気抵抗素子であってもよい。
　図１および図２に示すように、第２磁気抵抗素子１３０ａは、第２磁性体層６０によって覆われているため、半導体基板１１０の主面に直交する方向の磁界(垂直磁界)と半導体基板１１０の主面に平行な方向の磁界(水平磁界)をほとんど検出しない、いわゆる固定抵抗となる。第１磁気抵抗素子１２０ａは、第２磁性体層６０によって覆われていないため、外部磁界が印加されることによって電気抵抗値が変化するいわゆる感磁抵抗である。すなわち、第１磁気抵抗素子１２０ａは感磁素子として機能し、第２磁気抵抗素子１３０ａは感磁素子として機能しない。
　同様に、第２磁気抵抗素子１３０ｂは、第２磁性体層６０によって覆われているため半導体基板１１０の主面に直交する方向の磁界(垂直磁界)と半導体基板１１０の主面に平行な方向の磁界(水平磁界)をほとんど検出しない、いわゆる固定抵抗となる。第１磁気抵抗素子１２０ｂは、第２磁性体層６０によって覆われていないため、外部磁界が印加されることによって電気抵抗値が変化するいわゆる感磁抵抗である。すなわち、第１磁気抵抗素子１２０ｂは感磁素子として機能し、第２磁気抵抗素子１３０ｂは感磁素子として機能しない。
　図１および図３に示すように、第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａ，１３０ｂは、半導体基板１１０上に設けられた配線によって互いに電気的に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ａと第２磁気抵抗素子１３０ａとが配線１４６によって直列に接続されている。第１磁気抵抗素子１２０ｂと第２磁気抵抗素子１３０ｂとが配線１５０によって直列に接続されている。
　半導体基板１１０上には、中点端子(Ｖ＋)１４０、中点端子(Ｖ－)１４１、電源端子(Ｖｃｃ)１４２、接地端子(Ｇｎｄ)１４３および出力端子(Ｏｕｔ)１４４がさらに設けられている。
　第１磁気抵抗素子１２０ａおよび第２磁気抵抗素子１３０ｂの各々は、中点端子(Ｖ＋)１４０に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ａと中点端子(Ｖ＋)１４０とが配線１４５によって接続され、第２磁気抵抗素子１３０ｂと中点端子(Ｖ＋)１４０とが配線１５２によって接続されている。
　第１磁気抵抗素子１２０ｂおよび第２磁気抵抗素子１３０ａの各々は、中点端子(Ｖ－)１４１に接続されている。具体的には、第１磁気抵抗素子１２０ｂと中点端子(Ｖ－)１４１とが配線１４９によって接続され、第２磁気抵抗素子１３０ａと中点端子(Ｖ－)１４１とが配線１４８によって接続されている。
　配線１４６は、電流が入力される電源端子(Ｖｃｃ)１４２に接続されている。配線１５０は、接地端子(Ｇｎｄ)１４３に接続されている。
　図１および図２に示すように、配線１４５，１４６，１４８，１４９，１５０，１５２、中点端子(Ｖ＋)１４０、中点端子(Ｖ－)１４１、電源端子(Ｖｃｃ)１４２、接地端子(Ｇｎｄ)１４３および出力端子(Ｏｕｔ)１４４の各々は、導電層２０によって構成されている。中点端子(Ｖ＋)１４０、中点端子(Ｖ－)１４１、電源端子(Ｖｃｃ)１４２、接地端子(Ｇｎｄ)１４３および出力端子(Ｏｕｔ)１４４の各々となる部分の導電層２０は、絶縁層３０に覆われておらず露出している。配線１４５，１４６，１４８，１４９，１５０，１５２となる部分の導電層２０は、絶縁層３０に覆われている。
　磁気センサ１が上記の回路構成を有することにより、中点端子(Ｖ＋)１４０と中点端子(Ｖ－)１４１との間に、外部磁界の強さに依存する電位差が発生する。この電位差があらかじめ設定された検出レベルを超えると、出力端子(Ｏｕｔ)１４４から信号が出力される。
　図１に示すように、本実施形態においては、第１磁性体層１０において第１磁気抵抗素子１２０ａ，１２０ｂとなる部分が、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、第２磁性体層６０を囲むように第２磁性体層６０の縁の略全周に沿って形成されていることにより、磁界の検出感度に等方性を有する。
　図１および図２に示すように、導電層２０の一部であるダミー電極１６０が、第１領域Ｒ１内に位置している。ダミー電極１６０は、中点端子(Ｖ＋)１４０、中点端子(Ｖ－)１４１、電源端子(Ｖｃｃ)１４２、接地端子(Ｇｎｄ)１４３および出力端子(Ｏｕｔ)１４４のいずれにも電気的に接続されておらず、電位が浮いている。本実施形態においては、ダミー電極１６０は、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、円形形状を有するが、多角形形状を有していてもよい。
　図２に示すように、第１領域Ｒ１内においてダミー電極１６０上に位置する絶縁層３０に貫通孔３０ｈが形成されている。第２磁性体層６０は、貫通孔３０ｈ内において、シード層５０を介してダミー電極１６０と接続されている。
　ここで、第２磁性体層６０とダミー電極１６０とを接続する際の工程について説明する。図４は、半導体基板の主面を覆うように絶縁層が形成された状態を示す部分断面図である。図４に示すように、絶縁層３０においてダミー電極１６０上に位置する部分は、ダミー電極１６０の形状に倣って凸状の形状を有している。
　図５は、ダミー電極上に位置する絶縁層に貫通孔が形成された状態を示す部分断面図である。図５に示すように、ダミー電極１６０上に位置する絶縁層３０およびＴｉ層２１の一部をエッチングにより除去することにより、貫通孔３０ｈを形成する。その結果、ダミー電極１６０の上面の一部が露出した状態となる。
　図６は、絶縁層上にレジスト層が形成された状態を示す部分断面図である。図６に示すように、ダミー電極１６０上に位置する絶縁層３０の周りを囲むように、かつ、少なくとも第２磁気抵抗素子１３０ａを覆うように、絶縁層３０上にレジスト層４０が形成される。
　図７は、レジスト層に囲まれた第１領域に位置する部分の絶縁層上およびレジスト層上にシード層が形成された状態を示す部分断面図である。図７に示すように、レジスト層４０に囲まれた第１領域Ｒ１に位置する部分の絶縁層３０上、およびレジスト層４０上に、シード層５０が形成される。貫通孔３０ｈ内に形成されたシード層５０は、ダミー電極１６０と直接接触している。
　図２に示すように、シード層５０上に第２磁性体層６０が形成される。貫通孔３０ｈ内に形成された第２磁性体層６０は、シード層５０を介してダミー電極１６０と接続される。
　本実施形態に係る磁気センサ１においては、第２磁性体層６０がシード層５０を介してダミー電極１６０と接続されている。ダミー電極１６０とシード層５０との接合強度が、絶縁層３０とシード層５０との接合強度より高いため、第２磁性体層６０がシード層５０を介してダミー電極１６０と接続されていることにより、絶縁層３０の上方に設けられた第２磁性体層６０の絶縁層３０からの剥離を抑制することができる。すなわち、第２磁性体層６０がシード層５０を介してダミー電極１６０と接続されていることにより、第２磁性体層６０がシード層５０とともに絶縁層３０から剥離することを抑制することができる。
　なお、本実施形態に係る磁気センサ１においては、磁界の検出感度に等方性を有していたが、磁界の検出感度に異方性を有していてもよい。以下、磁界の検出感度に異方性を有する変形例に係る磁気センサについて説明する。
　本発明の一実施形態の第１変形例に係る磁気センサは、第１磁性体層において第１磁気抵抗素子となる部分の形状のみ、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１と異なるため、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１と同様である構成については説明を繰り返さない。
　図８は、本発明の一実施形態の第１変形例に係る磁気センサの構成を示す部分平面図である。図８に示すように、本発明の一実施形態の第１変形例に係る磁気センサにおいては、第１磁性体層１０において第１磁気抵抗素子２２０ａとなる部分が、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、第２磁性体層６０を囲むように第２磁性体層６０の縁の全周の一部のみに沿って形成されている。
　具体的には、第１磁性体層１０において第１磁気抵抗素子２２０ａとなる部分は、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、第２磁性体層６０を囲むように第２磁性体層６０の縁における図８中の右下部に位置する１／４周部分を除く約３／４周のみに沿って形成されている。
　図９は、本発明の一実施形態の第１変形例に係る磁気センサの磁界の検出感度の異方性を示すチャートである。図９においては、磁気センサがＯＦＦ状態からＯＮ状態になる磁界の強さ(ｍＴ)と、磁気センサに磁界が作用する角度方向との関係を示している。また、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１のデータを点線、第１変形例に係る磁気センサのデータを実線で示している。
　図９に示すように、第１変形例に係る磁気センサは、１３５°方向および３１５°方向から作用する磁界に対する感度が最も低くなっていた。第１変形例に係る磁気センサのように、第１磁性体層１０において第１磁気抵抗素子２２０ａとなる部分が、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、第２磁性体層６０を囲むように第２磁性体層６０の縁の全周の一部のみに沿って形成されていることにより、磁気センサの検出感度に異方性を有させることができる。
　本発明の一実施形態の第２変形例に係る磁気センサは、第１磁性体層において第１磁気抵抗素子となる部分の形状および第１磁性体層の配置が主に、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１と異なるため、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１と同様である構成については説明を繰り返さない。
　図１０は、本発明の一実施形態の第２変形例に係る磁気センサの構成を示す部分平面図である。図１０に示すように、本発明の一実施形態の第２変形例に係る磁気センサにおいては、第１磁性体層１０において第１磁気抵抗素子３２０ａとなる部分が、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、第２磁性体層６０を囲むように第２磁性体層６０の縁の全周の一部のみに沿って形成されている。
　具体的には、第１磁性体層１０において第１磁気抵抗素子３２０ａとなる部分は、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、第２磁性体層６０を囲むように第２磁性体層６０の縁における図１０中の下部に位置する３／８周部分を除く約５／８周のみに沿って形成されている。
　図１１は、本発明の一実施形態の第２変形例に係る磁気センサの磁界の検出感度の異方性を示すチャートである。図１１においては、磁気センサがＯＦＦ状態からＯＮ状態になる磁界の強さ(ｍＴ)と、磁気センサに磁界が作用する角度方向との関係を示している。また、本発明の一実施形態に係る磁気センサ１のデータを点線、第２変形例に係る磁気センサのデータを実線で示している。
　図１１に示すように、第２変形例に係る磁気センサは、０°方向および１８０°方向から作用する磁界に対する感度が最も低くなっていた。第２変形例に係る磁気センサのように、第１磁性体層１０において第１磁気抵抗素子３２０ａとなる部分が、半導体基板１１０の主面に直交する方向から見て、第２磁性体層６０を囲むように第２磁性体層６０の縁の全周の一部のみに沿って形成されていることにより、磁気センサの検出感度に異方性を有させることができる。
　また、第２磁性体層６０の八角形形状の１つの頂点Ｐ１は、異方性によって磁界の検出感度が低くなっている角度方向の位置に配置されている。第２変形例に係る磁気センサにおいては、第２磁性体層６０の八角形形状の１つの頂点Ｐ１が０°方向の位置に配置されており、第２磁性体層６０の八角形形状の他の１つの頂点Ｐ２が１８０°方向の位置に配置されている。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　磁気センサ、１０　第１磁性体層、２０　導電層、２１　Ｔｉ層、３０　絶縁層、３０ｈ　貫通孔、４０　レジスト層、５０　シード層、６０　第２磁性体層、１１０　半導体基板、１１１　基部、１１２　絶縁膜、１２０ａ，１２０ｂ，２２０ａ，３２０ａ　第１磁気抵抗素子、１３０ａ，１３０ｂ　第２磁気抵抗素子、１４５，１４６，１４８，１４９，１５０，１５２　配線、１６０　ダミー電極、Ｐ１，Ｐ２　頂点、Ｒ１　第１領域。

Claims (3)

  1. 　基板の主面上に設けられ、一部が第１磁気抵抗素子および第２磁気抵抗素子となる第１磁性体層と、
    　前記第１磁性体層における前記一部以外の部分の上に設けられた導電層と、
    　前記第１磁性体層の前記一部上および前記導電層上に設けられた絶縁層と、
    　前記絶縁層上に設けられ、前記主面に直交する方向から見て、環状の形状を有するレジスト層と、
    　前記主面に直交する方向から見て前記レジスト層に囲まれた第１領域に位置する部分の前記絶縁層上および前記レジスト層上に設けられたシード層と、
    　前記シード層上に設けられ、前記主面に直交する方向から見て前記第２磁気抵抗素子を覆っている第２磁性体層とを備え、
    　前記導電層の一部であるダミー電極は、前記第１領域内に位置しており、
    　前記第１領域内において前記ダミー電極上に位置する前記絶縁層に貫通孔が形成されており、
    　前記第２磁性体層は、前記貫通孔内において、前記シード層を介して前記ダミー電極と接続されている、磁気センサ。
  2. 　前記第１磁性体層において前記第１磁気抵抗素子となる部分が、前記主面に直交する方向から見て、前記第２磁性体層を囲むように前記第２磁性体層の縁の全周の一部のみに沿って形成されていることにより、磁界の検出感度に異方性を有する、請求項１に記載の磁気センサ。
  3. 　前記第２磁性体層は、前記主面に直交する方向から見て、多角形形状を有しており、
    　前記多角形形状の１つの頂点は、前記異方性によって磁界の検出感度が低くなっている角度方向の位置に配置されている、請求項２に記載の磁気センサ。
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