(57)【要約】【課題】従来の磁気センサに比べて、検出精度を向上する磁気センサを提供する。【解決手段】磁気センサ１０は、半導体基板１０ｂと、半導体基板１０ｂ上につづら折り状の複数の磁気抵抗膜パターン１０１−１０４が複数層にそれぞれ積層されて形成される磁気抵抗素子とを有し、磁気抵抗素子の複数の磁気抵抗膜１０１−１０４は長手方向が９０°ずつ異なる角度で複数層にそれぞれ積層され、磁気抵抗膜パターン１０１−１０４の端部が互いに電気的に接続されてブリッジ回路を構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記基板上につづら折り状の複数の磁気抵抗膜が複数層にそれぞれ積層されて形成される磁気抵抗素子とを有し、
前記複数の磁気抵抗膜により磁束変化の変化を検出するようブリッジ回路が構成された磁気センサ。
【請求項２】
前記磁気抵抗素子の前記複数の磁気抵抗膜は、各磁気抵抗膜の長手方向が直交するよう前記基板上に複数層にそれぞれ積層され、各磁気抵抗膜の端部が互いに電気的に接続されてハーフブリッジ回路を構成する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記磁気抵抗素子の前記複数の磁気抵抗膜は、第１から第４の４つの磁気抵抗膜の長手方向が９０°ずつ異なる角度で前記基板上に複数層にそれぞれ積層され、各磁気抵抗膜の端部が互いに電気的に接続されてブリッジ回路を構成する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁気抵抗素子は、各層について複数のつづら折り状の磁気抵抗膜が互いに平行に形成される請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、磁気抵抗膜を多層化して構成する磁気センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された磁気センサは、半導体基板上に磁気抵抗膜としてつづら折り状の強磁性薄膜パターンをその長手方向の向きを９０°変えて２つ形成して磁界検出層とし、当該磁界検出層上に絶縁層を挟んでさらに磁界検出層を積層して、これらの磁界検出層を電気的に接続することで４つの磁気抵抗膜による抵抗ブリッジ回路を構成する。この磁気センサによれば、１つの層に４つの磁気抵抗膜を形成する場合に比べてワンチップ当たりの磁界検出領域の面積を小さく抑えながら、１つの層に４つの磁気抵抗膜を形成する場合と同等の抵抗値を得られ、オフセット電圧を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３０３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した磁気センサは、磁束はある１点から出てその１点に弧を描いて戻る性質を持っているために、例えば、ある層の一方の磁気抵抗膜において磁束の直線性がよくなるように設置位置を調整した場合には、他方の磁気抵抗膜における直線性が低下するため、ブリッジ回路全体の検出精度が低下するという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、従来の磁気センサに比べて、検出精度を向上する磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、半導体基板と、
前記基板上につづら折り状の複数の磁気抵抗膜が複数層にそれぞれ積層されて形成される磁気抵抗素子とを有し、
前記複数の磁気抵抗膜により磁束変化の変化を検出するようブリッジ回路が構成された磁気センサを提供する。
【０００８】
また、前記磁気抵抗素子の前記複数の磁気抵抗膜は、各磁気抵抗膜の長手方向が直交するよう前記基板上に複数層にそれぞれ積層され、各磁気抵抗膜の端部が互いに電気的に接続されてハーフブリッジ回路を構成するようにしてもよい。
【０００９】
前記磁気抵抗素子の前記複数の磁気抵抗膜は、第１から第４の４つの磁気抵抗膜の長手方向が９０°ずつ異なる角度で前記基板上に複数層にそれぞれ積層され、各磁気抵抗膜の端部が互いに電気的に接続されてブリッジ回路を構成するようにしてもよい。
【００１０】
前記磁気抵抗素子は、各層について複数のつづら折り状の磁気抵抗膜が互いに平行に形成されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の磁気センサに比べて、検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを用いた操舵角センサの使用例を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る操舵角センサにおける磁気センサの配置の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、磁気センサの構成の一例を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、磁気センサの構成の一例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、磁気センサの等価回路図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態に係る磁気センサの構成の一例を示す分解斜視図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態に係る磁気センサの構成の一例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
（操舵角センサの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気センサを用いた操舵角センサの使用例を示す概略図である。
【００１４】
磁気センサ１０は、一例として、ステアバイワイヤ方式の操舵角センサ１に用いられる。なお、操舵角センサ１は磁気センサ１０の使用例の１つであり、磁気センサ１０を他の回転角センサに応用可能であることは言うまでもない。
【００１５】
ステアバイワイヤ方式は、ステアリングホイール３のステアリング操作を、ステアリングシャフトを介して機械的に前輪６に伝えるのではなく、操舵角センサ１により検出されたステアリングホイール３の操舵角を制御信号に変換し、ワイヤを介して制御信号をステアリング駆動部５に伝達して制御することで、前輪６の進行方向を変えるものである。
【００１６】
操舵角センサ１は、内部に磁気センサ１０を有し、ステアリングコラム２を介してステアリングホイール３の操舵角を検出し、検出された操舵角に応じた検出信号を出力するものである。
【００１７】
ＥＣＵ４は、操舵角センサ１の検出信号を処理して制御信号を生成し、ステアリング駆動部５に対して制御信号を出力する。
【００１８】
ステアリング駆動部５は、ＥＣＵ４の制御信号に基づき動作し、内蔵されるモータにより車両の前輪６の切れ角を制御して、前輪６の進行方向を変える。
【００１９】
図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る操舵角センサにおける磁気センサの配置の一例を示す斜視図である。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、磁気センサ１０は、操舵角センサ１の内部に設けられ、ステアリングコラム２の先端に取り付けられた磁石１１の真下であって、磁束Ｆの方向を検出できる位置に設けられる。磁石１１は、円盤形状であって、厚み方向を二分割してＳ極及びＮ極を有するとともに、角度方向にも二分割してＳ極及びＮ極を有する。
【００２１】
また、磁気センサ１０は、図２（ｂ）に示すように、平面視において磁束Ｆのうち直線性のよい部分を検出するようなるべく磁石１１の回転中心に合わせて配置される。
【００２２】
（磁気センサの構成）
図３は、磁気センサ１０の構成の一例を示す分解斜視図である。また、図４は、磁気センサ１０の構成の一例を示すＡ−Ａ断面図である。また、図５は、磁気センサ１０の等価回路図である。
【００２３】
磁気センサ１０は、図３及び図４に示すように、例えば、シリコン等の半導体の基板１０ｂと、半導体基板１０ｂ上にニッケルコバルト等の強磁性金属又は合金の第１から第４の磁気抵抗膜パターン１０１−１０４を順に積層した磁気抵抗素子とを有する。また、磁気抵抗膜パターン１０１−１０４のそれぞれの間には、層間絶縁膜１０１２−１０１４が形成され、磁気抵抗膜パターン１０１の表面には保護膜として窒化ケイ素や二酸化ケイ素等のパッシベーション１０１１が設けられる。なお、磁気抵抗膜パターン１０１−１０４は、同種の強磁性金属をつづら折状にしてもよいし、折り返しの部分を、例えば、アルミニウム等の金属配線を用いて平行に配置された強磁性金属を直列に接続して形成してもよい。
【００２４】
各磁気抵抗膜パターン１０１−１０４は、磁界の強度が一定の条件下においては、それぞれの長手方向と磁界のなす角度により抵抗値が変化する。つまり、磁気抵抗膜パターン１０１、１０３と、磁気抵抗膜パターン１０２、１０４とは互いに直交する方向を長手方向とし、磁界の強度が一定の条件下においては、長手方向に印加される電流と磁界のなす角度に応じて抵抗値が変化する。つまり、磁気抵抗膜パターン１０１−１０４は、その長手方向が９０°ずつ異なる角度で配置される。
【００２５】
また、磁気抵抗膜パターン１０１と１０４、１０２と１０３は金属配線（１００１、１００３及び図示されない１００２、１００４）によりそれぞれ直列に接続される。また、磁気抵抗膜パターン１０１及び１０４と、１０２及び１０３とは並列に接続される。つまり、図５に示すように、磁気抵抗膜パターン１０１−１０４をそれぞれ抵抗Ｒ１−Ｒ４としたとき、抵抗Ｒ１−Ｒ４によるブリッジ回路が構成される。
【００２６】
また、このブリッジ回路は、抵抗Ｒ１＋Ｒ４間及び抵抗Ｒ２＋Ｒ３間に図示しない電源により電圧Ｖｃｃの電力が供給される。また、抵抗Ｒ１とＲ４の間及び抵抗Ｒ２とＲ３の間からそれぞれ電圧Ｖｏｕｔ２及びＶｏｕｔ１を出力する。
【００２７】
また、上記した金属配線１００１−１００４は、図示しないパッド（電極）に接続され、パッドからワイヤボンディング等で図示しない差動アンプ等に接続され、差動アンプの後段の回路は、電圧Ｖｏｕｔ１及びＶｏｕｔ２との差により、例えば、磁界方向及び磁界の強さを計算する。
【００２８】
（第１の実施の形態の効果）
上記した第１の実施の形態によると、４つの磁気抵抗膜パターン１０１−１０４を複数の層に積層して形成しブリッジ回路を構成したため、１つの層に４つの磁気抵抗膜を形成する場合に比べて、磁気検出範囲を平面視において１／４にすることができる。
【００２９】
また、磁気検出範囲を１／４に狭めたことで、検出すべき磁束のみを検出し、周囲の直線性の低下した磁束を検出せずに済み、１つの層に４つの磁気抵抗膜を形成する場合のようにブリッジ回路全体の検出精度が低下させることがない。
【００３０】
また、ブリッジ回路全体の検出精度が向上したため、１つの層に４つの磁気抵抗膜を形成した場合と同等の検出精度を得るために、従来より小型の磁石を用いることができ、小型の磁石を用いることでコスト減となる。
【００３１】
［第２の実施の形態］
図６は、第２の実施の形態に係る磁気センサの構成の一例を示す分解斜視図である。
【００３２】
磁気センサ１０Ａは、図６に示すように、例えば、シリコン等の半導体の基板１０ｂ上にニッケルコバルト等の強磁性金属又は合金の磁気抵抗膜パターン１０５、１０６が２層に積層される。また、磁気抵抗膜パターン１０５、１０６の間には、第１の実施の形態と同様に層間絶縁膜１０１６が形成され、磁気抵抗膜パターン１０５の表面には保護膜として窒化ケイ素や二酸化ケイ素等のパッシベーション１０１５が設けられる（図示せず）。
【００３３】
また、磁気抵抗膜パターン１０５と１０６は金属配線（図示しない１００５及び１００６）によりそれぞれ直列に接続される。つまり、磁気抵抗膜パターン１０５、１０６を抵抗Ｒ１、Ｒ２とすると、抵抗Ｒ１、Ｒ２によるハーフブリッジ回路が構成される。
【００３４】
（第２の実施の形態の効果）
上記した第２の実施の形態によると、ハーフブリッジ回路を構成する場合にも、第１の実施の形態と同様の効果を達成することができる。
【００３５】
［第３の実施の形態］
図７は、第３の実施の形態に係る磁気センサの構成の一例を示す分解斜視図である。
【００３６】
磁気センサ１０Ｂは、図７に示すように、例えば、シリコン等の半導体の基板１０ｂ上にニッケルコバルト等の強磁性金属又は合金の磁気抵抗膜パターン１０７、１０８が２層に積層される。また、磁気抵抗膜パターン１０７、１０８の間には、第１の実施の形態と同様に層間絶縁膜１０１８が形成され、磁気抵抗膜パターン１０７の表面には保護膜として窒化ケイ素や二酸化ケイ素等のパッシベーション１０１７が設けられる（図示せず）。
【００３７】
なお、磁気抵抗膜パターン１０７は、抵抗Ｒ１、Ｒ３に該当する２本の強磁性金属を平行につづら折状に形成したものである。また、磁気抵抗膜パターン１０８も同様に抵抗Ｒ２、Ｒ４に該当する２本の強磁性金属を平行につづら折状に形成したものである。
【００３８】
また、磁気抵抗膜パターン１０７、１０８は金属配線（図示しない１００７及び１００８）によりに接続され、図５に示すように、抵抗Ｒ１−Ｒ４によるブリッジ回路が構成される。
【００３９】
（第３の実施の形態の効果）
上記した第３の実施の形態によると、２層構造でブリッジ回路を構成したため、第１の実施の形態と同様の効果を達成することができるとともに、第１の実施の形態に比べて厚みを抑制した磁気センサ１０Ｂを達成することができる。
【００４０】
また、本実施の形態において説明した磁気センサは、本発明を適用する一例であり、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。例えば、磁気センサに積層される磁気抵抗膜パターンは複数であれば奇数であってもよいし、４層以上を積層するものであってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１     操舵角センサ
２     ステアリングコラム
３     ステアリングホイール
４     ＥＣＵ
５     ステアリング駆動部
６     前輪
１０、１０Ａ、１０Ｂ 磁気センサ
１０ｂ 半導体基板
１１   磁石
１０１−１０８  磁気抵抗膜パターン
１００１−１００８  金属配線
１０１１、１０１５、１０１７                   パッシベーション
１０１２−１０１４、１０１６、１０１８     層間絶縁膜
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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