(57)【要約】【課題】  超小型で、かつ、より正確に磁界を検出することができるように半導体基板に集積された得高感度の磁界検出素子およびその製造方法を提供し、また、外部測定磁界がゼロである時、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現われないようにする。【解決手段】 半導体基板に集積された磁界検出素子が開示される。磁界検出素子は、半導体基板に閉磁路を構成するように同一平面上に形成された２つのバー状の軟磁性コアを形成し、２つのバー状の軟磁性コアを８字形状に巻き付けた形状を有する結合型構造またはバーを分離して巻き付けた形状を有する分離型構造で励磁コイルを形成する。また、励磁コイルに積層して２つのバーを共にソレノイド状に一度に巻き付けた巻装構造または各バーを分離して巻き付けた構造を有するように磁界変化検出コイルを形成する。【選択図】      図１
2004226410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上部に形成された軟磁性コアと、
前記軟磁性コアの上下に絶縁層により絶縁され、前記軟磁性コアの上下層に巻装形状を有するように形成された励磁コイルと、
前記励磁コイルの上下に絶縁層により絶縁され、前記軟磁性コアを巻装形状を有するように形成された磁界変化検出コイルと、
を有することを特徴とする磁界検出素子。
【請求項２】
前記軟磁性コアは、同一平面上に平行した２つのバー状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項３】
前記２つのバーは、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されることを特徴とする請求項２に記載の磁界検出素子。
【請求項４】
前記励磁コイルは、前記２つのバーを順番に巻き付けた８字形状の巻装構造を有するように形成されることを特徴とする請求項３に記載の磁界検出素子。
【請求項５】
前記磁界変化検出コイルは、前記２つのバーを共にソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項４に記載の磁界検出素子。
【請求項６】
前記磁界変化検出コイルは、前記２つのバーのそれぞれをソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項４に記載の磁界検出素子。
【請求項７】
前記励磁コイルは、前記２つのバーのそれぞれをソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項３に記載の磁界検出素子。
【請求項８】
前記磁界変化検出コイルは、前記２つのバーを共にソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項７に記載の磁界検出素子。
【請求項９】
前記磁界変化検出コイルは、前記２つのバーをそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項７に記載の磁界検出素子。
【請求項１０】
前記軟磁性コアは、同一平面上にレクタンギュラリング（Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−ｒｉｎｇ）状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項１１】
前記レクタンギュラリングは、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されることを特徴とする請求項１０に記載の磁界検出素子。
【請求項１２】
前記励磁コイルは、前記レクタンギュラリングの対向した両辺を順番に巻き付けた８字形状の巻装構造を有するように形成されることを特徴とする請求項１１に記載の磁界検出素子。
【請求項１３】
前記磁界変化検出コイルは、前記対向した両辺を共にソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項１２に記載の磁界検出素子。
【請求項１４】
前記磁界変化検出コイルは、前記対向した両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項１２に記載の磁界検出素子。
【請求項１５】
前記励磁コイルは、前記対向した両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項１１に記載の磁界検出素子。
【請求項１６】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層され、前記対向した両辺を共にソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項１５に記載の磁界検出素子。
【請求項１７】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層され、前記対向した両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項１５に記載の磁界検出素子。
【請求項１８】
半導体基板の上部に磁界検出コイル下部を形成するステップと、
前記磁界検出コイル下部が設けられた前記半導体基板の上面に第１の絶縁膜を積層し、前記磁界検出コイルに対応して励磁コイル下部を形成するステップと、
前記励磁コイル下部の上面に絶縁膜を積層し、前記励磁コイル下部との通電のため第１の貫通ホールを一次形成するステップと、
前記貫通ホールが形成された前記絶縁層の上部に前記磁界検出コイルおよび前記励磁コイルに対応して軟磁性コアを形成するステップと、
前記軟磁性コアの上部に絶縁膜を積層し、前記励磁コイル下部との通電のための第１の貫通ホールを二次形成するステップと、
前記第１の貫通ホールが二次形成された前記絶縁層の上部に前記励磁コイル下部と対応し、前記励磁コイル下部と電気的に連結される励磁コイル上部を形成するステップと、
前記励磁コイル上部に絶縁膜を積層し、前記磁界検出コイル下部との通電のための第２の貫通ホールを形成するステップと、
前記第２の貫通ホールが形成された前記絶縁層の上部に前記励磁コイル下部と対向し、前記磁界検出コイル下部と電気的に連結される磁界検出コイル上部を形成するステップと、
を含むことを特徴とする半導体基板に集積された磁界検出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記磁界検出コイル下部を形成するステップは、
前記半導体基板の上部から下方に高断面比および小さなピッチサイズを有する複数のトレンチを形成するステップと、
前記複数のトレンチが形成された前記半導体基板の上面にシードレイヤを蒸着するステップと、
前記シードレイヤが蒸着された前記半導体基板の上面にめっきを行うステップと、
前記めっきにより前記複数のトレンチのそれぞれに満たされた金属が互いに絶縁されるように上面を研磨するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の半導体基板に集積された磁界検出素子の製造方法。
【請求項２０】
前記磁界検出コイル下部を形成するステップは、
前記半導体基板の上面にシードレイヤを蒸着するステップと、
前記シードレイヤの上部に感光物質を塗布し、露光および現像でめっき枠を形成するステップと、
前記めっき枠にめっきを行うステップと、
前記めっき枠を取り外すステップと、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の半導体基板に集積された磁界検出素子の製造方法。
【請求項２１】
前記励磁コイル下部、前記励磁コイル上部、前記磁界検出コイル上部を形成するステップのそれぞれは、
各ステップを行う前に積層された前記絶縁膜の上面に感光物質を塗布するステップと、
前記感光物質に露光現像を用いてパターンを形成するステップと、
前記パターンに沿って前記感光物質をエッチングしてめっき枠を形成するステップと、
前記感光物質がエッチングされた前記基板の上面にシードレイヤを蒸着するステップと、
前記シードレイヤが蒸着された前記基板にめっきを行うステップと、
前記エッチング領域にそれぞれ満たされた金属が互いに絶縁されるように前記基板の上面を研磨するステップと、
前記基板に形成された前記めっき枠を取り外すステップと、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２２】
前記励磁コイル下部、前記励磁コイル上部、前記磁界検出コイル上部を形成するステップのそれぞれは、
各ステップを行う前に積層された前記絶縁膜の上面にシードレイヤを蒸着するステップと、
前記シードレイヤ上部にシック（ｔｈｉｃｋ）フォトレジストを塗布するステップと、
前記シックフォトレジストに露光現像を用いてパターンを形成するステップと、
前記パターンに応じてエッチングしてめっき枠を形成するステップと、
前記めっき枠にめっきを行うステップと、
前記エッチング領域のそれぞれに満たされた金属が互いに絶縁されるように前記基板の上面を研磨するステップと、
前記基板に形成された前記めっき枠および前記めっき枠下部のシードレイヤを取り外すステップと、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２３】
前記軟磁性コアは、同一平面上に平行した２つのバー状に形成されることを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２４】
前記２つのバーは、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されることを特徴とする請求項２３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２５】
前記励磁コイルは、前記２つのバーを順番に巻き付けた８字形状の巻装構造を有するように形成されることを特徴とする請求項２４に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２６】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層して前記２つのバーを共にソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項２５に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２７】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層して前記２つのバーをそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項２５に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２８】
前記励磁コイルは、前記２つのバーをそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項２４に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２９】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層して前記２つのバーを共にソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項２８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３０】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層して前記２つのバーをそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項２８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３１】
前記軟磁性コアは、レクタンギュラリング状に形成されることを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３２】
前記レクタンギュラリングは、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されることを特徴とする請求項３１に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３３】
前記励磁コイルは、前記レクタンギュラリングの対向した両辺を順番に８字形状に巻き付けた巻装構造を有するように形成されることを特徴とする請求項３２に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３４】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層して前記対向した両辺を共にソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項３３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３５】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層して前記対向した両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項３３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３６】
前記励磁コイルは、前記対向した両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項３２に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３７】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層して前記対向した両辺を共にソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項３６に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３８】
前記磁界変化検出コイルは、前記励磁コイルに積層して前記対向した両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成されることを特徴とする請求項３６に記載の磁界検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界検出素子に関し、特に、半導体基板に集積された磁界検出素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界検出素子は、目や耳のような人の感覚器官で直接感じられないが、多様な物理的現象によってその存在が立証された磁気エネルギーを人が間接的に感じることができるようにする装置である。かかる磁界検出素子としては、軟磁性体とコイルを用いた磁気センサが利用されており、磁気センサは、比較的大きな棒状のコアまたは軟磁性リボンで形成された環状コアにコイルを巻回して形成される。また、測定磁界に比例する磁界を得るため、電子回路が使用される。
【０００３】
しかし、従来の磁界検出素子は、大きな棒状のコアまたは軟磁性リボンによるリング状のコアにコイルが巻回されて使用されるため、コストが多くかかり、磁界検出素子を使用するシステムが大型化するなどの問題点があった。
【０００４】
また、励磁コイルにより発生する磁束変化は、コアによる磁束漏れが回避できないため、高感度の磁界検出が難しいという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前述のような問題点を解決するため、超小型であると共により正確に磁界を検出することができるように半導体基板に集積された高感度の磁界検出素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、外部測定磁界がゼロである時、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現われないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するための本発明の磁界検出素子は、半導体基板の上部に形成された軟磁性コアと、前記軟磁性コアの上下に絶縁層により絶縁され、前記軟磁性コアの上下層に巻装形状を有するように形成された励磁コイルと、前記励磁コイルの上下に絶縁層により絶縁され、前記軟磁性コアを巻装形状を有するように形成された磁界変化検出コイルとを有する 。
【０００８】
ここで、前記軟磁性コアは、同一平面上に平行した２つのバー状に形成される。また、前記２つのバーは、長さ方向を磁界検出軸方向として形成される。なお、軟磁性コアは、レクタンギュラリング形態として形成されることができ、この時、前記軟磁性コアは、２つのバー状に形成される場合と同様に、長さ方向が磁界検出軸方向となるように形成する。
【０００９】
前記励磁コイルは、前記２つのバーを順番に巻き付けた８字形状の巻装構造を有するように形成し、または、前記２つのバーをそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成することができる。なお、前記軟磁性コアをレクタンギュラリング状に形成した場合、前記励磁コイルは、磁界検出軸方向に位置した対向する両辺を順番に巻き付けた８字形状の巻装構造または前記対向する両辺をそれぞれ巻き付けた構造を有するように形成することができる。
【００１０】
前記磁界変化検出コイルは、前記軟磁性コアをなす前記２つのバーまたは前記レクタンギュラリングの磁界検出軸方向に形成された両辺を順番に８字形状の巻装にするか、前記２つのバーまたは前記レクタンギュラリングの両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有する励磁コイルに積層して前記２つのバーまたは前記レクタンギュラリングの両辺を一度にソレノイド状に巻装いた構造を有するように形成する。または、前記磁界変化検出コイルは、前記２つのバーまたは前記レクタンギュラリングの磁界検出軸方向に形成された両辺を８字形状の巻装にするか、前記２つのバーまたは前記レクタンギュラリングの両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有する励磁コイルに積層して前記２つのバーまたは前記レクタンギュラリングの両辺をそれぞれソレノイド状に巻装した構造を有するように形成することができる。
【００１１】
前述の目的を達成するための本発明の磁界検出素子の製造方法は、半導体基板の上部に磁界検出コイル下部を形成するステップと、前記磁界検出コイル下部が形成された前記半導体基板の上面に第１の絶縁膜を積層し、前記磁界検出コイルに対応して励磁コイル下部を形成するステップと、前記励磁コイル下部の上面に絶縁膜を積層し、前記励磁コイル下部との通電をための第１の貫通ホールを一次形成するステップと、前記貫通ホールが形成された前記絶縁層の上部に前記磁界検出コイルおよび前記励磁コイルに対応して軟磁性コアを形成するステップと、前記軟磁性コアの上部に絶縁膜を積層し、前記励磁コイル下部との通電のための第１の貫通ホールを二次形成するステップと、前記第１の貫通ホールが二次形成された前記絶縁層の上部に前記励磁コイル下部と対応し、前記励磁コイル下部と電気的に連結される励磁コイル上部を形成するステップと、前記励磁コイル上部に絶縁膜を積層し、前記磁界検出コイル下部との通電のための第２の貫通ホールを形成するステップと、前記第２の貫通ホールが形成された前記絶縁層の上部に前記励磁コイル下部と対向し、前記磁界検出コイル下部と電気的に連結される磁界検出コイル上部を形成するステップとを含む 。
【００１２】
前記磁界検出コイル下部を形成するステップは、前記半導体基板の上部から下方に高断面比および小さなピッチサイズを有する複数のトレンチを形成するステップと、前記複数のトレンチが形成された前記半導体基板の上面にシードレイヤを蒸着するステップと、前記シードレイヤが蒸着された前記半導体基板の上面にめっきを行うステップと、前記めっきにより前記複数のトレンチのそれぞれに満たされた金属が互いに絶縁されるように上面を研磨するステップとを含む。または、前記磁界検出コイル下部を形成するステップは、前記半導体基板の上面にシードレイヤを蒸着するステップと、前記シードレイヤの上部に感光物質を塗布し、露光および現像によってめっき枠を形成するステップと、前記めっき枠にめっきを行うステップと、前記めっき枠を取り外すステップとを含むことができる。
【００１３】
前記励磁コイル下部、前記励磁コイル上部、前記磁界検出コイル上部を形成するステップのそれぞれは、各ステップを行う前に積層された前記絶縁膜の上面に感光物質を塗布するステップと、前記感光物質に露光現像を用いてパターンを形成するステップと、前記パターンに沿って前記感光物質をエッチングしてめっき枠を形成するステップと、前記感光物質がエッチングされた前記基板の上面にシードレイヤを蒸着するステップと、前記シードレイヤが蒸着された前記基板にめっきを行うステップと、前記エッチング領域のそれぞれに満たされた金属が互いに絶縁されるように前記基板の上面を研磨するステップと、前記基板に形成された前記めっき枠を取り外すステップとを含む。または、前記励磁コイル下部、前記励磁コイル上部、前記磁界検出コイル上部を形成するステップのそれぞれは、各ステップを行う前に積層された前記絶縁膜の上面にシードレイヤを蒸着するステップと、前記シードレイヤの上部にシックフォトレジストを塗布するステップと、前記シックフォトレジストに露光現像を用いてパターンを形成するステップと、前記パターンに応じてエッチングしてめっき枠を形成するステップと、前記めっき枠にめっきを行うステップと、前記エッチング領域のそれぞれに満たされた金属が互いに絶縁されるように前記基板の上面を研磨するステップと、前記基板に形成された前記めっき枠および前記めっき枠の下部のシードレイヤを取り外すステップとを含むことができる。
【００１４】
前述のような本発明の半導体基板に集積された磁界検出素子およびその製造方法によれば、軟磁性コアを検出側方向に長く形成して反磁界成分を減少させることが可能となり、磁界変化検出コイルが軟磁性コアを巻いている二次コイル上に積層され、巻装構造を介して磁束変化検出用コイルから誘導波形が現われないようになる。また、超小型であるため、低消費電力を実現することができ、他の回路との集積が容易である。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような半導体基板に集積された磁界検出素子は、他のセンサおよび回路との集積が可能であるため、システムの大型化を防止することができる。
【００１６】
超小型であるにもかかわらず、各コアまたは各辺から誘起される電圧を差等に駆動して外部磁界による誘起電圧を検出しているため、微弱な外部磁界を高感度で検出することができる。
【００１７】
また、半導体集積技術を用いて製造されるため、消費電力を極小化することができる。
また、高価の棒状コアや環状コアに比べて低い単価で製造することができ、大量生産が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付の図面に基づいて本発明を詳述する。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施例に係る半導体基板に集積された磁界検出素子を示す模式図である。磁界検出素子は、互いに平行したバー状の２つの軟磁性コア１、２に励磁コイル３が順番に巻き付けられた８字形状の巻装となっており、磁界変化検出コイル４が励磁コイル３上に第１および第２の軟磁性コイル１、２を一度にソレノイド状に巻き付けている。なお、図５のように、励磁コイル３は、２つの軟磁性コアをそれぞれソレノイド状に巻付けた形態を有するようにすることができる。さらに、磁界変化検出コイル４もやはり、励磁コイル３上にバー状の２つの軟磁性コア１、２をそれぞれソレノイド状に巻き付けた構造を有するように形成することができる。上記の通り、励磁コイル３において、軟磁性コア１、２に励磁コイル３を８字形状に巻き付ける方法と軟磁性コア１、２それぞれに励磁コイル３をソレノイド状に巻き付ける方法とを有する。また、磁界変化検出コイル４において、軟磁性コア１、２に磁界変化検出コイル４を８字形状に巻き付ける方法と、軟磁性コア１、２それぞれに磁界変化検出コイル４をソレノイド状に巻き付ける方法とを有する。よって、磁界検出素子は、励磁コイル３と磁界変化検出コイル４との巻き方を互いに組み合わせることにより多様の構成を有する。
【００２０】
前述のようにバー状の２つの軟磁性コアを８字形状に巻き付けた構造を便宜上「結合型構造」と呼び、前述のバー状の２つの軟磁性コアをそれぞれ巻き付けた構造を「分離型構造」と呼ぶことにする。また、後述の他の実施形態であるレクタンギュラリング状の軟磁性コアに対しても互いに対向する両辺を８字形状に巻き付けた構造を「結合型構造」と呼び、互いに対向する両辺をそれぞれ巻き付けた構造を「分離型構造」と呼びことにする。
【００２１】
図２（ａ）乃至図２（ｆ）は、図１に示された磁界検出素子の動作を説明するためのタイミング図である。図２（ａ）は、第１の軟磁性コア１から発生した磁界の波形図、図２（ｂ）は、第２の軟磁性コア２から発生した磁界の波形図、図２（ｃ）は、第１の軟磁性コア１から発生した磁束密度の波形図、図２（ｄ）は、第２の軟磁性コア２から発生した磁束密度の波形図、図２（ｅ）および２（ｆ）は、磁界変化検出コイルに誘起される第１および第２の誘起電圧Ｖｉｎｄ１、Ｖｉｎｄ２と、第１および第２の誘起電圧の和〔Ｖｉｎｄ１＋Ｖｉｎｄ２〕をそれぞれ示した波形図である。ここで、２つの軟磁性コア１、２は、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されている。
【００２２】
励磁コイル３が２つの軟磁性コア１、２に８字形状の結合型構造または分離型構造で巻装されると、交流の励磁電流により第１の軟磁性コア１の内部磁界Ｈは〔（Ｈｅｘｔ（外部磁界）＋Ｈｅｘｃ（励磁コイルによる磁界））で表され、第２の軟磁性コア１の内部磁界Ｈは〔Ｈｅｘｔ−Ｈｅｘｃ〕で表される。また、第１の軟磁性コア１の磁束密度Ｂは磁束密度〔Ｂｅｘｔ（外部磁界による磁束密度）＋Ｂｅｘｃ（励磁コイルによる磁束密度）〕で表され、第２の軟磁性コア２の磁束密度Ｂは〔Ｂｅｘｔ−Ｂｅｘｃ〕で表される。すなわち、第１の軟磁性コア１及び第２の軟磁性コア２それぞれで表される磁界及び磁束密度は、互いに逆方向に発生する（図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）参照）。この際、各コア１、２から磁界変化検出コイル４に検出される誘起電圧 'Vind１'、'Vind２'は、それぞれ図２（e）に示した通りである。なお、磁界変化検出コイル４は、２つのコア１、２のそれぞれで発生する磁束変化の和を取るように巻き付けられているため、励磁交流電流による電磁誘導により発生する磁束変化を検出する。この時、磁界変化検出コイル４で検出される誘起電圧は、２つのコア１、２のそれぞれの内部磁界が逆方向であるため、対称的に発生した２つの誘起電圧Ｖｉｎｄ１、Ｖｉｎｄ２の発生電圧が相殺されて検出される（図２（ｆ））。即ち、各コア１、２の軸方向から外部磁界Ｈｅｘｔは、２つのコア１、２に対して同一方向に加えられる。そのため、励磁磁界'Hexc'により２つのコア１、２のそれぞれで発生する内部磁界は、〔Ｈｅｘｔ＋Ｈｅｘｃ〕と〔Ｈｅｘｔ−Ｈｅｘｃ〕となる。この時、図２（ｅ）に示されたように各コア１、２の内部磁界により磁界変化検出コイル４にそれぞれ電圧Ｖｉｎｄ１、Ｖｉｎｄ２が誘起され、２つの誘起電圧は、互いに相殺されて図２（ｆ）のように示されるようになる。そして、２つの誘起電圧が相殺されて示される誘起電圧Ｖｉｎｄ１＋Ｖｉｎｄ２を磁界変化検出コイル４を介して測定することにより、外部磁界Ｈｅｘｔの大きさがわかる。
【００２３】
前述のような磁界検出素子においては、２つの軟磁性コア１、２の８字形状の結合型構造を有する励磁コイル３と、２つの軟磁性コア１、２で発生する磁束変化の和が得られるように磁界変化検出コイル４を励磁コイル３上にソレノイド状に積層する構造が重要である。かかる磁界検出素子の構造は、外部磁界Ｈｅｘｔが存在しない時、軟磁性コア１、２から発生した磁界による誘起電圧を相殺し、励磁コイルにより発生した磁束は、軟磁性コアで閉磁路を形成するためである。
【００２４】
なお、図１に示された軟磁性コア１、２は、四角リング状（レクタンギュラリング状：rectangular ring）を有することができる。ここで、２つのレクタンギュラリング状の軟磁性コア１、２は、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されている。また、レクタンギュラリングの両辺に結合型構造で励磁コイル３を巻付け、磁界変化検出コイル４をレクタンギュラリングの両辺にソレノイド状に巻装して同じ効果を得ることができる。また、磁界変化検出コイル４をレクタンギュラリングの両辺にそれぞれソレノイド状に巻装することによっても同じ効果が得られる。
【００２５】
ここで、１つのバー状のコアに励磁コイル３と磁界変化検出コイル４とを配置することによっても磁界検出が可能である。しかし、かかる場合は、外部磁界が存在しないとしても磁界変化検出コイル４では励磁コイル３による誘起電圧の波形が大きく発生し、増幅、フィルタリングなどの磁界変化検出コイル４の出力に対する信号処理が煩わしくなる。従って、２つのバー状のコアと１つのレクタンギュラリング状のコアを使用することが、信号処理上、大きな長所となる。
【００２６】
以下、本発明に係る磁界検出素子の製造方法を詳述する。
【００２７】
図３（ａ）乃至図３（ｅ）は、半導体基板上に磁界検出素子を製造する過程を示す製造工程図であって、図１に模式的に示された磁界検出素子のＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線に沿った断面の状態を示している。図３（ａ）乃至図３（ｅ）において図中左側は、Ｘ−Ｘ’線に沿った断面の状態であり、図中右側は、Ｙ−Ｙ’線に沿った断面の状態である。
【００２８】
磁界検出素子の製造は、先ず、半導体基板２０の上面に感光物質および露光現像を用いて磁界変化検出コイル４の下部パターン（磁界変化検出コイル下部２１）を形成する。次いで、エッチングによりパターンに沿った高断面比及び微細なピッチサイズのトレンチを形成する。その後、高断面比の形状が具現された半導体基板２０の上面に電気的絶縁のための酸化膜（図示せず）を形成し、酸化膜に沿ってめっきのためのシードレイヤ（図示せず）を蒸着した後、トレンチに金属（例えば、銅、銀）２１が満たされるようにめっきを行う。また、各トレンチに満たされた金属が互いに絶縁され得るように基板上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理する。なお、半導体基板２０に形成された磁界変化検出コイル４の巻線下部は、また他の製造方法で実現することができる。その方法としては、先ず、半導体基板２０に電気的絶縁のために酸化膜を形成し、めっきのためのシードレイヤを酸化膜の上に蒸着する。その後、シック（ｔｈｉｃｋ）ＰＲ（ＰｈｏｔｏＲｅｓｉｓｔ）をシードレイヤ上部に塗布した後、露光でパターンを形成し、パターンに応じてエッチングして磁界変化検出コイル４の下部形状を形成する。次いで、エッチング領域をめっきした後、シックＰＲとシードレイヤを除去することで磁界変化検出コイル４の巻線下部を形成することができる。図３（ａ）は、前述のような過程で半導体基板に磁界検出コイル下部２１が形成された様子を示す断面図である。
【００２９】
次に、磁界変化検出コイル下部２１が形成された基板２０上面に絶縁膜２２を積層し、積層された絶縁膜２２の上部に励磁コイル３の下部である励磁コイル下部２３を形成する。励磁コイル下部２３の形成方法は、磁界変化検出コイル下部２１が形成された基板２０上に積層された絶縁膜２２の上面に感光物質を塗布する。そして、感光物質に露光現象を用いて励磁コイル下部パターンを形成した後、パターンに応じて感光物質をエッチングしてめっき枠を形成する。次に、感光物質がエッチングされた基板上面にシードレイヤを蒸着する。次に、シードレイヤの蒸着された基板にめっきを施す。そして、エッチング領域のそれぞれに満たされた金属が互いに絶縁されるように基板上面をＣＭＰ処理した後、基板に形成されためっき枠を取外して励磁コイル下部２３を形成する。励磁コイル下部２３を形成するまた他の方法としては、先ず、絶縁膜２２上面にシードレイヤを蒸着する。次いで、シードレイヤ上部にシックフォトレジストを塗布し、露光現象を用いて励磁コイル下部パターンを形成した後、パターンに応じてエッチングしてめっき枠を形成する。次に、めっき枠にめっきを施す。そして、エッチング領域のそれぞれに満たされた金属が互いに絶縁されるように基板上面をＣＭＰ処理した後、基板に形成されためっき枠およびめっき枠下部のシードレイヤを除去して励磁コイル下部２３を形成することができる。図３（ｂ）は、前述のような過程を経て半導体基板２０に励磁コイル下部２３が形成された様子を示す断面図である。図３（ｂ）は、形成された励磁コイル下部の上に絶縁膜２４が積層された状態である。
【００３０】
次に、励磁コイル下部２３が励磁コイル上部と電気的に通電されるように複数の第１の貫通ホール（図示せず）を一次形成し、励磁コイル下部２３に積層された絶縁膜２４の上面に軟磁性コア２５を形成する。軟磁性コア２５を形成する過程は、先ず、励磁コイル下部２３に積層された絶縁膜２４上面に軟磁性体膜を積層し、パターン形成とエッチングによって軟磁性コア２５を形成する。図３（ｃ）は、半導体基板２０に軟磁性コア２５が形成された様子を示す断面図であり、軟磁性コア２５の上部に絶縁膜２６が積層された状態を示している。
【００３１】
次に、軟磁性コア２５に積層された絶縁膜２６に一次貫通ホールと同じ位置に第１の貫通ホールを二次形成し、第１の貫通ホールが二次形成された絶縁膜２６の上部に励磁コイル上部２７を形成する。励磁コイル上部２７の形成工程は、前述の励磁コイル下部２３の形成工程と同じ工程が適用されるため、以下、説明は、省略する。ここで、励磁コイル下部２３と励磁コイル上部２７とは、二次形成された第１の貫通ホールを介して互いに電気的に連結される。図３（ｄ）は、前述のような過程を経て励磁コイル上部２７が形成された様子を示す断面図である。励磁コイル上部２７には、絶縁膜２８が積層されている。
【００３２】
次に、絶縁膜２８に磁界変化検出コイル下部２１と磁界変化検出コイル上部２９とが互いに電気的に連結されるように複数の第２の貫通ホール（図示せず）を形成する。また、複数の第２の貫通ホールが形成された絶縁膜２８上部に磁界変化検出コイル上部２９を形成する。磁界変化検出コイル上部２９の形成工程は、前述の励磁コイル下部２３の形成工程と同様な工程が適用されるため、以下、説明を省略する。同様に、第２の貫通ホール形成工程により磁界変化検出コイル上部２９と磁界変化検出コイル下部２１とは、互いに電気的に連結される。図３（ｅ）は、半導体基板２０に磁界変化検出コイル上部２９が形成された様子を示す断面図であり、磁界変化検出コイル上部に絶縁膜３０が積層されている。
【００３３】
図４Ａ〜図４Ｃは、上記の製造方法により製造された本発明の第１の実施例に係る半導体基板上に具現された磁界検出素子の平面図である。図４Ａは、同一平面上に平行に形成したバー状の２つの第１および第２の軟磁性コア１、２に励磁コイル３が結合型構造で形成された様子を示す平面図であり、図４Ｂは、バー状の２つの軟磁性コア１、２を磁界変化検出コイル４がそれぞれ分離型構造で形成された様子を示す平面図である。また、図４Ｃは、図４Ａおよび図４Ｂに示された励磁コイル３と磁界変化検出コイル４とが同一平面上に平行に形成されたバー状の２つの軟磁性コア１、２に共に形成された様子を示す平面図である。
【００３４】
図４Ｄは、半導体基板の同一平面上に形成されたレクタンギュラリング状の軟磁性コア１、２の両辺に結合型構造で巻き付けられた励磁コイル３と分離型構造で巻き付けられた磁界変化検出コイル４とが共に形成された様子を示す平面図である。ここで、レクタンギュラリング状の軟磁性コア１、２は、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されている。      
【００３５】
図５は、本発明の第２の実施例に係る半導体基板に集積された磁界検出素子を模式的に示す図である。磁界検出素子は、２つの平行したバー状の第１および第２の軟磁性コア１、２に励磁コイル３が分離された形態に巻き付けられており、即ち、分離型構造となっており、磁界変化検出コイル４が励磁コイル３上に第１および第２の軟磁性コア１、２を一度に巻き付けている。ここで、２つの軟磁性コア１、２は、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されている。
【００３６】
なお、図５に示された第１および第２の軟磁性コア１、２は、レクタンギュラリング状を有することができる。そして、レクタンギュラリングの磁界変化検出軸に位置した両辺に分離した形態で巻き付けられた結合構造で励磁コイル３を形成し、磁界変化検出コイル４をレクタンギュラリングの両辺を一体にしてソレノイド状に巻装して誘起電圧を相殺させる、同じ効果が得られる。また、磁界変化検出コイル４をレクタンギュラリングの両辺にそれぞれソレノイド状に巻装することもできる。ここで、レクタンギュラリング状の軟磁性コア１、２は、長さ方向を磁界検出軸方向として形成されている。
【００３７】
前述の第２の実施例に係る本発明の磁界検出素子は、磁界変化検出コイルで検出される誘起電圧が第１の実施例に係る磁界検出素子で検出される誘起電圧と類似しており、外部磁界がゼロである時、両辺のそれぞれで検出される誘起電圧は、互いに相殺されて検出される。
【００３８】
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の第２の実施例によって半導体基板に具現された磁界検出素子の平面図である。図６Ａは、同一平面上に平行に形成したバー状の２つの第１および第２の軟磁性コア１、２のそれぞれに励磁コイル３がソレノイド状に巻装された分離型構造で巻き付けられた様子を示す平面図であり、図６Ｂは、同一平面上に平行に形成したバー状の２つの軟磁性コア１、２を磁界変化検出コイル４が結合型構造で巻き付けた様子を示す平面図である。また、図６Ｃは、図６Ａおよび図６Ｂに示された励磁コイル３と磁界変化検出コイル４とが同一平面上に形成したバー状の２つの軟磁性コア１、２に共に巻き付けられた構造を示す平面図である。
【００３９】
図６Ｄは、半導体基板の同一平面上に形成されたレクタンギュラリング状の軟磁性コア５の両辺に分離型構造で形成された励磁コイル６と結合型構造で形成された磁界変化検出コイル７とが全て巻き付けられた構造を示す平面図である。
【００４０】
以上のような半導体基板に集積された磁界検出素子は、軟磁性コアが閉磁路を構成するため、磁束漏れを最小化することができ、励磁コイルが自動駆動されるため、駆動信号の結合を相殺させて信号処理をより容易にすることができる。また、マイクロマシーニング技術を用いて閉磁路に巻かれる励磁コイルと磁界検出コイルをそれぞれ上下層に積層された構造によって高感度の特性を有するようになる。
【００４１】
また、半導体基板に集積された磁界検出素子は、地球磁気検出によるナビゲーションシステム、地磁気変動モニタ（地震予測）、生体磁気計測、金属材料の欠陥検出などに利用されることが可能である。また、磁気エンコード、無接点ポテンショメーター、電流センサ、トルクセンサ、変位センサなどに間接的に応用することができる。
【００４２】
以上、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明してきたが、本発明の保護範囲は、前述の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、磁界検出素子に適用することができる。また、半導体基板に集積された磁界検出素子およびその製造方法にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る磁界検出素子を示す模式図である。
【図２】（ａ）図１に示された磁界検出素子の動作を説明するための波形図（１）。（ｂ）図１に示された磁界検出素子の動作を説明するための波形図（２）。（ｃ）図１に示された磁界検出素子の動作を説明するための波形図（３）。（ｄ）図１に示された磁界検出素子の動作を説明するための波形図（４）。（ｅ）図１に示された磁界検出素子の動作を説明するための波形図（５）。（ｆ）図１に示された磁界検出素子の動作を説明するための波形図（６）。
【図３】（ａ）図１に模式的に示された磁界検出素子をＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線に沿った断面の状態で半導体基板上に製造する過程を示す製造工程図（１）。（ｂ）図１に模式的に示された磁界検出素子をＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線に沿った断面の状態で半導体基板上に製造する過程を示す製造工程図（２）。（ｃ）図１に模式的に示された磁界検出素子をＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線に沿った断面の状態で半導体基板上に製造する過程を示す製造工程図（３）。（ｄ）図１に模式的に示された磁界検出素子をＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線に沿った断面の状態で半導体基板上に製造する過程を示す製造工程図（４）。（ｅ）図１に模式的に示された磁界検出素子をＸ−Ｘ’線およびＹ−Ｙ’線に沿った断面の状態で半導体基板上に製造する過程を示す製造工程図（５）。
【図４Ａ】同一平面上に平行に形成したバー状の２つの軟磁性コアに８字形状の結合型構造で励磁コイルが巻き付けられた様子を示す平面図。
【図４Ｂ】同一平面上に平行に形成したバー状の２つの軟磁性コアのそれぞれに分離型構造で磁界変化検出コイルが巻き付けられた様子を示す平面図。
【図４Ｃ】図４Ａ及び図４Ｂに示された励磁コイルと磁界変化検出コイルとが同一平面上に形成したバー状の２つの軟磁性コアに共に形成された様子を示す平面図
【図４Ｄ】半導体基板の同一平面上に形成されたレクタンギュラリング状の軟磁性コアの両辺に結合型構造で巻き付けられた励磁コイルと分離型構造で巻き付けられた磁界変化検出コイルとが共に形成された様子を示す平面図。
【図５】本発明の第２の実施例に係る半導体基板に集積された磁界検出素子を模式的に示す図である。
【図６Ａ】同一平面上に平行に形成した２つの軟磁性コアに分離型構造で励磁コイルが巻き付けられた様子を示す平面図。
【図６Ｂ】同一平面上に平行に形成した２つの軟磁性コアに磁界変化検出コイルが結合型構造で巻き付けられた様子を示す平面図。
【図６Ｃ】図６Ａ及び図６Ｂに示された励磁コイルと磁界変化検出コイルとが同一平面上に形成したバー状の２つの軟磁性コアに共に形成された様子を示す平面図。
【図６Ｄ】半導体基板の同一平面上に形成されたレクタンギュラリング状の軟磁性コアの両辺に分離型構造で巻き付けられた励磁コイルと結合型構造で巻き付けられた磁界変化検出コイルとが共に形成された様子を示す平面図。
【符号の説明】
【００４５】
軟磁性コア
励磁コイル
４、７    磁界変化検出コイル
２０    基板
２１    磁界変化検出コイル下部
２２、２４、２６、２８、３０    絶縁膜
２３    励磁コイル下部
２５    軟磁性コア
２７    励磁コイル上部
２９    磁界変化検出コイル上部
【図１】
2004226410.tif 000003
【図２】
2004226410.tif 000004
【図３】
2004226410.tif 000005
【図４Ａ】
2004226410.tif 000006
【図４Ｂ】
2004226410.tif 000007
【図４Ｃ】
2004226410.tif 000008
【図４Ｄ】
2004226410.tif 000009
【図５】
2004226410.tif 000010
【図６Ａ】
2004226410.tif 000011
【図６Ｂ】
2004226410.tif 000012
【図６Ｃ】
2004226410.tif 000013
【図６Ｄ】
2004226410.tif 000014