(57)【要約】【課題】  磁歪材料を用いて磁気を高感度で検出する磁気センサを提供する。【解決手段】  矩形枠状のフレーム部１１と、フレーム部１１よりも薄肉に形成されフレーム部１１に囲まれてフレーム部１１に支持された薄肉部１２とを有するセンサ基板１を備える。また、薄肉部１２の上面には、歪みゲージとしてのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４が設けられている。さらに、磁歪材料からなる磁歪膜２が、薄肉部１２の上面に重ねて設けられている。また、薄肉部１２の下面には、磁性材料からなる磁気収束膜３が設けられている。磁歪膜２が磁気を受けて薄肉部１２に生じさせた歪みをピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４で検出することにより、磁気を検出することができる。また、磁気収束膜３によって磁気が磁歪膜２に収束されるから、磁気収束膜３を設けない場合に比べて感度が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板形状の半導体の一面に凹部が形成されてなり凹部を囲む枠状のフレーム部並びに凹部によってフレーム部よりも薄肉となった薄肉部が形成されたセンサ基板と、薄肉部の表裏の少なくとも１面に設けられた磁歪材料の膜からなり磁気を受けて薄肉部に歪みを生じさせる磁歪膜と、センサ基板に形成された磁性材料の膜からなり磁歪膜に磁気を収束させる磁気収束膜と、薄肉部に生じる機械的歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを備えることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
平板形状の半導体の一面に凹部が形成されてなり凹部を囲む枠状のフレーム部並びに凹部によってフレーム部よりも薄肉となった薄肉部が形成されたセンサ基板と、薄肉部の表裏の少なくとも１面に設けられた磁歪材料の膜からなり磁気を受けて薄肉部に歪みを生じさせる磁歪膜と、センサ基板に形成された磁性材料の膜からなり磁歪膜に磁気を収束させる磁気収束膜と、センサ基板に機械的に結合し薄肉部に対向する固定基板と、固定基板に設けられ薄肉部に対向する固定電極と、薄肉部に設けられて固定電極に対向し薄肉部の歪みに伴って固定電極との間の静電容量が変化する可動電極とを備えることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
磁歪膜は、ランタノイド元素と鉄族元素とが原子数比１：２で化合し立方晶を構成したラーベス相化合物からなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気センサ。
【請求項４】
磁気収束膜が、７９％Ｎｉ−５％Ｍｏ−１６％Ｆｅの合金、又は、７９％Ｎｉ−９％Ｎｂ−１２％Ｆｅの合金からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の磁気センサ。
【請求項５】
磁気収束膜を、凹部の内面において少なくとも薄肉部の一面を覆う範囲に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載の磁気センサ。
【請求項６】
磁歪膜と磁気収束膜とをそれぞれ凹部が設けられた面の反対面に設けるとともに、磁気収束膜の幅寸法を、磁歪膜に近い位置ほど小さくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか記載の磁気センサ。
【請求項７】
凹部の底面に貫通穴を設け、薄肉部を長手方向の両端のうちの少なくとも一方がフレーム部に支持された梁状に形成し、磁歪膜を長細い形状に形成するとともに、薄肉部の長手方向と磁性膜の長手方向とを揃えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか記載の磁気センサ。
【請求項８】
薄肉部及び磁歪膜を複数備え、各薄肉部及び各磁歪膜は長手方向が互いに交差する方向へ向けられ、歪みゲージ又は可動電極を各磁歪膜に少なくとも１対１に対応して複数備えることを特徴とする請求項７記載の磁気センサ。
【請求項９】
フレーム部よりも薄肉に形成されてフレーム部に支持され被測定圧力を受ける圧力用薄肉部をセンサ基板に設けるとともに、圧力用薄肉部が被測定圧力を受けたときに圧力用薄肉部に生じる機械的歪みを電気信号に変換する圧力用歪みゲージを圧力用薄肉部に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか記載の磁気センサ。
【請求項１０】
フレーム部よりも薄肉に形成されてフレーム部に支持され被測定圧力を受けて変位する圧力用薄肉部をセンサ基板に有し、フレーム部に対して機械的に結合し圧力用薄肉部に対向する圧力用固定基板と、圧力用固定基板に設けられ圧力用薄肉部に対向する圧力用固定電極と、圧力用薄肉部に設けられて圧力用固定電極に対向し圧力用薄肉部の変位に伴って圧力用固定電極との間の静電容量が変化する圧力用可動電極とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか記載の磁気センサ。
【請求項１１】
加速度を受ける重り部と、フレーム部に連結されて重り部を支持し弾性を有する撓み部とからなる加速度測定部をセンサ基板に設けるとともに、重り部が加速度を受けてフレーム部に対して相対的に変位するときに撓み部に生じる機械的歪みを電気信号に変換する加速度用歪みゲージを撓み部に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか記載の磁気センサ。
【請求項１２】
加速度を受ける重り部と、フレーム部に連結されて重り部を支持し弾性を有する撓み部とからなる加速度測定部をセンサ基板に有し、フレーム部に対して機械的に結合し重り部に対向する加速度用固定基板と、加速度用固定基板に設けられて重り部に対向する加速度用固定電極と、重り部に設けられて加速度用固定電極に対向し重り部が加速度を受けて変位するときに加速度用固定電極との間の静電容量が変化する加速度用可動電極とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセスによって形成される磁気センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エッチングや不純物拡散といった半導体プロセスによって形成されるセンサとして、圧力センサや加速度センサが提供されている。
【０００３】
この種のセンサは、枠状のフレーム部と、フレーム部に支持され圧力又は加速度を受けてフレーム部に対して相対的に変位する可動部とが半導体プロセスによって形成されたセンサ基板を備え、可動部の変位を検出することにより、圧力又は加速度を検出する。可動部の変位は、可動部に設けた可動電極と可動電極に対向しフレーム部に対して固定された固定電極との間の静電容量の変化や、フレーム部と可動部との間に生じた機械的ひずみを検出する歪みゲージの出力に基づいて検出される。
【０００４】
この種のセンサとして、磁歪材料を用いてセンサ内部に応力を発生させることにより、センサ特性のばらつきを補正するものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、上記従来例のように磁歪材料をセンサ特性のばらつきの補正に用いるセンサは提案されていたものの、磁歪材料を用いて磁気を検出する磁気センサはなかった。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、磁歪材料を用いて磁気を高感度で検出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】
請求項１の発明は、平板形状の半導体の一面に凹部が形成されてなり凹部を囲む枠状のフレーム部並びに凹部によってフレーム部よりも薄肉となった薄肉部が形成されたセンサ基板と、薄肉部の表裏の少なくとも１面に設けられた磁歪材料の膜からなり磁気を受けて薄肉部に歪みを生じさせる磁歪膜と、センサ基板に形成された磁性材料の膜からなり磁歪膜に磁気を収束させる磁気収束膜と、薄肉部に生じる機械的歪みを電気信号に変換する歪みゲージとを備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、磁歪膜が磁気を受けると薄肉部に歪みが生じるから、歪みゲージの出力に基いて磁気を検出することができる。また、磁気収束膜によって磁気が磁歪膜に収束されるから、磁気収束膜を備えない場合に比べて感度が向上する。
【０００９】
請求項２の発明は、平板形状の半導体の一面に凹部が形成されてなり凹部を囲む枠状のフレーム部並びに凹部によってフレーム部よりも薄肉となった薄肉部が形成されたセンサ基板と、薄肉部の表裏の少なくとも１面に設けられた磁歪材料の膜からなり磁気を受けて薄肉部に歪みを生じさせる磁歪膜と、センサ基板に形成された磁性材料の膜からなり磁歪膜に磁気を収束させる磁気収束膜と、センサ基板に機械的に結合し薄肉部に対向する固定基板と、固定基板に設けられ薄肉部に対向する固定電極と、薄肉部に設けられて固定電極に対向し薄肉部の歪みに伴って固定電極との間の静電容量が変化する可動電極とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、磁歪膜が磁気を受けると薄肉部に歪みが生じて可動電極と固定電極との間の距離が変化するから、可動電極と固定電極との間の静電容量に基いて磁気を検出することができる。また、磁気収束膜によって磁気が磁歪膜に収束されるから、磁気収束膜を備えない場合に比べて感度が向上する。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、磁歪膜は、ランタノイド元素と鉄族元素とが原子数比１：２で化合し立方晶を構成したラーベス相化合物からなることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかの発明において、磁気収束膜が、７９％Ｎｉ−５％Ｍｏ−１６％Ｆｅの合金、又は、７９％Ｎｉ−９％Ｎｂ−１２％Ｆｅの合金からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの発明において、磁気収束膜を、凹部の内面において少なくとも薄肉部の一面を覆う範囲に設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかの発明において、磁歪膜と磁気収束膜とをそれぞれ凹部が設けられた面の反対面に設けるとともに、磁気収束膜の幅寸法を、磁歪膜に近い位置ほど小さくしたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、磁気収束膜の幅寸法を均一とする場合に比べ、磁気を効率よく磁歪膜に収束させることができるから、感度が向上する。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかの発明において、凹部の底面に貫通穴を設け、薄肉部を長手方向の両端のうちの少なくとも一方がフレーム部に支持された梁状に形成し、磁歪膜を長細い形状に形成するとともに、薄肉部の長手方向と磁性膜の長手方向とを揃えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、薄肉部が変形しやすくなることにより、感度が向上する。また、磁歪膜は、磁場に交差する方向よりも磁場に沿った方向に大きく歪むから、特に、薄肉部及び磁歪膜の長手方向に沿った方向の磁場に対する感度が向上する。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、薄肉部及び磁歪膜を複数備え、各薄肉部及び各磁歪膜は長手方向が互いに交差する方向へ向けられ、歪みゲージ又は可動電極を各磁歪膜に少なくとも１対１に対応して複数備えることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、各磁歪膜が互いに異なる方向の磁場に高い感度を有することになるから、磁場の方向の検出が可能となる。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれかの発明において、フレーム部よりも薄肉に形成されてフレーム部に支持され被測定圧力を受ける圧力用薄肉部をセンサ基板に設けるとともに、圧力用薄肉部が被測定圧力を受けたときに圧力用薄肉部に生じる機械的歪みを電気信号に変換する圧力用歪みゲージを圧力用薄肉部に設けたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、圧力用歪みゲージの出力に基づいた圧力の検出が可能となり、例えば検出された圧力に基いて磁気の検出結果から圧力の影響を除き信頼性を向上することができる。しかも、圧力用薄肉部は薄肉部と同時に形成することができ、請求項１の発明においては圧力用歪みゲージは歪みゲージと同時に形成することができるから、製造コストの上昇が抑えられる。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項１乃至８のいずれかの発明において、フレーム部よりも薄肉に形成されてフレーム部に支持され被測定圧力を受けて変位する圧力用薄肉部をセンサ基板に有し、フレーム部に対して機械的に結合し圧力用薄肉部に対向する圧力用固定基板と、圧力用固定基板に設けられ圧力用薄肉部に対向する圧力用固定電極と、圧力用薄肉部に設けられて圧力用固定電極に対向し圧力用薄肉部の変位に伴って圧力用固定電極との間の静電容量が変化する圧力用可動電極とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、圧力用固定電極と圧力用可動電極との間の静電容量に基いた圧力の検出が可能となり、例えば検出された圧力に基いて磁気の検出結果から圧力の影響を除き信頼性を向上することができる。しかも、圧力用薄肉部は薄肉部と同時に形成することができ、請求項２の発明においては圧力用固定基板と固定基板とを一体化して圧力用可動電極及び圧力用固定電極は可動電極及び固定電極と同時に形成することができるから、製造コストの上昇が抑えられる。
【００２４】
請求項１１の発明は、請求項１乃至８のいずれかの発明において、加速度を受ける重り部と、フレーム部に連結されて重り部を支持し弾性を有する撓み部とからなる加速度測定部をセンサ基板に設けるとともに、重り部が加速度を受けてフレーム部に対して相対的に変位するときに撓み部に生じる機械的歪みを電気信号に変換する加速度用歪みゲージを撓み部に設けたことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、加速度用歪みゲージの出力に基いた加速度の検出が可能となり、例えば検出された加速度に基いて磁気の検出結果から加速度の影響を除き信頼性を向上することができる。しかも、加速度測定部は薄肉部と同時に形成することができ、請求項１の発明においては加速度用歪みゲージは歪みゲージと同時に形成することができるから、製造コストの上昇が抑えられる。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項１乃至８のいずれかの発明において、加速度を受ける重り部と、フレーム部に連結されて重り部を支持し弾性を有する撓み部とからなる加速度測定部をセンサ基板に有し、フレーム部に対して機械的に結合し重り部に対向する加速度用固定基板と、加速度用固定基板に設けられて重り部に対向する加速度用固定電極と、重り部に設けられて加速度用固定電極に対向し重り部が加速度を受けて変位するときに加速度用固定電極との間の静電容量が変化する加速度用可動電極とを備えることを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、加速度用可動電極と加速度用固定電極との間の静電容量の変化に基いた加速度の検出が可能となり、例えば検出された加速度に基いて磁気の検出結果から加速度の影響を除き信頼性を向上することができる。しかも、加速度測定部は薄肉部と同時に形成することができ、請求項２の発明においては加速度用固定基板と固定基板とを一体化して加速度用可動電極及び加速度用固定電極はそれぞれ可動電極及び固定電極と同時に形成することができるから、製造コストの上昇が抑えられる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、磁性材料からなり磁気を磁歪膜に収束させる磁気収束膜を備えるので、磁気収束膜を備えない場合に比べて感度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように、矩形枠状のフレーム部１１と、フレーム部１１よりも薄肉（例えば厚み２０μｍ）に形成されフレーム部１１に囲まれてフレーム部１１に支持された矩形状の薄肉部１２とを有するセンサ基板１を備える。センサ基板１は、平板形状の例えばシリコンのような半導体の一面にエッチングによって矩形状の凹部１３を設けることにより形成され、凹部１３によって薄肉とされた部位が薄肉部１２となっている。
【００３１】
また、センサ基板１の、凹部１３を設けられた面の反対面（以下、「上面」と呼ぶ。）において、薄肉部１２の各辺の中間部には、それぞれ歪みゲージとしてのピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４が例えばホウ素のような不純物を拡散することにより設けられている。各ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ薄肉部１２の１辺であって互いに共通の１辺に沿った方向（図１（ａ）での左右方向）に長い形状に形成されている。また、センサ基板１の上側には、例えば窒化シリコンや酸化シリコンのような絶縁体からなる絶縁膜１４が形成されている。
【００３２】
さらに、絶縁膜１４の上面であって薄肉部１２の上側には、磁歪材料からなる磁歪膜２が設けられている。磁歪膜２は、薄肉部１２よりも狭い範囲に設けてもよいが、センサ基板１の上側から見て少なくとも薄肉部１２を覆う範囲に設けることが感度確保のためには望ましい。また、磁歪膜２の材料としては、いわゆる超磁歪材料を用いることが望ましい。超磁歪材料としては、例えばランタンからルテチウムまでのランタノイド元素の少なくともいずれか１種と、鉄、ニッケル、コバルトなどの鉄族元素の少なくともいずれか１種とが、原子数比１：２で立方晶を構成したラーベス相化合物があり、より具体的にはＴｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ（Ｔｂ０．３−Ｄｙ０．７−Ｆｅ２．０）が知られている。
【００３３】
また、センサ基板１の下面には、強磁性材料からなる磁気収束膜３が全面に亙って設けられており、磁気収束膜３によって磁歪膜２に磁気が収束されるようになっている。磁気収束膜３を構成する強磁性材料としては、例えばＪＩＳ  Ｃ  ２５３１に規定された鉄ニッケル軟質磁性材料（いわゆるパーマロイ）を用いることができる。特に、透磁率が高いことで知られるＳｕｐｅｒｍａｌｌｏｙ（７９％Ｎｉ−５％Ｍｏ−１６％Ｆｅ）や、Ｈａｒｄｐｅｒｍ（商標、７９％Ｎｉ−９％Ｎｂ−１２％Ｆｅ）などを用いることが望ましい。
【００３４】
本実施形態の動作を説明する。センサ基板１が図２（ａ）に矢印Ａ１で示すように上向きの磁場に設置されると、磁気が磁気収束膜３によって磁歪膜２に収束される。磁歪膜２を構成する磁歪材料の磁歪定数が正である場合には、磁場の方向すなわち上下方向では矢印Ａ２で示すように伸長する方向に、磁場の方向に直交する方向すなわちセンサ基板１の上面に沿った方向では矢印Ａ３で示すように縮む方向にそれぞれ磁歪膜２に歪みが生じる。その結果、図２（ｂ）に示すように薄肉部１２は上面を窪ませるように下向きに撓む。ここで、各ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４はそれぞれ伸長されることになるが、長手方向が薄肉部１２の縁に沿った方向であるピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ３では、長手方向が薄肉部１２の縁に交差する方向であるピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４よりも抵抗値の変化が小さくなる。従って、各ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４で図３に示すホイートストンブリッジを構成し、互いに対角に位置する接続点間に電圧Ｖｉｎを加え、互いに対角に位置する別の接続点間の電圧Ｖｏｕｔを検出するようにすれば、上記のようにピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ３とピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４との間で抵抗値に差が生じたときに出力電圧Ｖｏｕｔが生じる。すなわち、上記出力電圧Ｖｏｕｔによって磁気を検出することができる。
【００３５】
上記構成によれば、磁歪膜２が磁気を受けて歪むことによって薄肉部１２に生じた歪みをピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４で検出することにより、磁気の検出が可能である。また、磁気収束膜３によって磁気が磁歪膜２に収束されるから、磁気収束膜３を設けない場合に比べて感度が向上する。感度の向上により、本実施形態は例えば地磁気のような微弱な磁気の検出にも適する。
【００３６】
ところで、本実施形態はいわゆる歪みゲージ型の圧力センサや加速度センサと同様の構造であるから、薄肉部１２が圧力や加速度を受けることにより磁気が誤検出されることも有り得る。
【００３７】
そこで、圧力による影響を除去するために、圧力センサを本実施形態と一体に形成してもよい。例えば、図４に示すように、矩形状の圧力用凹部１５を凹部１３に並設することにより、被測定圧力を受ける矩形状の圧力用薄肉部１６を設け、圧力用薄肉部１６の端部に圧力用歪みゲージとしての圧力用ピエゾ抵抗ＲＰ１〜ＲＰ４をピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４と同様の配置で設ける。この構成を採用すれば、圧力用ピエゾ抵抗ＲＰ１〜ＲＰ４の出力に基いた圧力の検出が可能となり、検出された圧力に基いて磁気の検出結果から圧力の影響を除き信頼性を向上することができる。また、圧力用凹部１５は凹部１３と同時に形成することができ、かつ圧力用ピエゾ抵抗ＲＰ１〜ＲＰ４はピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４と同時に形成することができるから、製造コストの増大が抑えられる。さらに、磁歪膜２の有無以外の条件、すなわち機械的構造や受ける圧力などを、薄肉部１２と圧力用薄肉部１６とで揃えれば、圧力用ピエゾ抵抗ＲＰ１〜ＲＰ４の出力とピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の出力とを比較することによって、圧力だけでなく加速度なども含めて磁気以外の要因による影響を除去し、磁気検出の信頼性をさらに向上することができる。
【００３８】
また、加速度による影響を除去するために、加速度センサを本実施形態と一体に形成してもよい。例えば、図５に示すように、矩形環状の加速度用凹部１７を凹部１３に並設することにより、加速度用凹部１７に囲まれた重り部１８と、加速度用凹部１７によって薄肉となり弾性を有する撓み部１９とを形成し、撓み部１９には加速度用歪みゲージとしての加速度用ピエゾ抵抗ＲＡ１〜ＲＡ４をピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４と同様の配置で設ける。すなわち、重り部１８は撓み部１９によってフレーム部１１に対して揺動可能に支持され、加速度を受けてフレーム部１１に対して変位する。この構成によれば、加速度用ピエゾ抵抗ＲＡ１〜ＲＡ４の出力に基いた加速度の検出が可能となり、検出された加速度に基いて磁気の検出結果から加速度の影響を除き信頼性を向上することができる。また、加速度用凹部１７は凹部１３と同時に形成することができ、かつ加速度用ピエゾ抵抗ＲＡ１〜ＲＡ４はピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４と同時に形成することができるから、製造コストの増大が抑えられる。
【００３９】
なお、上述したような圧力センサ及び加速度センサを、単に圧力及び加速度の検出に用いてもよい。この場合、圧力センサ及び加速度センサを別途に形成する場合に比べ、小型化及び製造コストの低減が可能である。
【００４０】
（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態は、図６に示すように、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４を設ける代わりに、一面に例えばブラスト加工によって凹部４１を設けた例えばＰＹＲＥＸ（登録商標）のホウ珪酸ガラス（コード７７４０）のようなガラスからなる固定基板４を、凹部４１の底面（図６（ｂ）での上面）が薄肉部１２に対向するようにセンサ基板１の上面に例えば陽極接合によって結合させるとともに、凹部４１の底面には例えばクロム膜からなる固定電極５を設けたものである。また、センサ基板１は全体に不純物が拡散されていて導電性を有する。すなわち、本実施形態は、磁歪膜２が磁気を受けたときの薄肉部１２の変位に伴う固定電極５と薄肉部１２との間の静電容量の変化を検出することにより磁気を検出するものであり、薄肉部１２全体が可動電極となっている。その他の構成は、実施形態１と共通である。
【００４２】
上記構成によれば、磁歪膜２が磁気を受けて薄肉部１２が歪むことにより、薄肉部１２と固定電極５との距離が変化するから、薄肉部１２と固定電極５との間の静電容量を検出することにより、磁気の検出が可能である。また、磁気収束膜３によって磁気が磁歪膜２に収束されるから、磁気収束膜３を設けない場合に比べて感度が向上する。感度の向上により、本実施形態は例えば地磁気のような微弱な磁気の検出にも適する。
【００４３】
なお、実施形態１及び本実施形態において、凹部１３の底面に貫通穴を上下に貫設することにより薄肉部１２を両持ち梁形状若しくは片持ち梁形状に形成するとともに、磁歪膜２を薄肉部１２の長手方向に長細い形状に形成してもよい。例えば図７に示すように、２個の貫通穴１３ａを凹部１３の底面に並設することにより、貫通穴１３ａに挟まれた薄肉部１２を両持ち梁形状とする。この構成を採用すれば、薄肉部１２が変形しやすくなることにより、感度を向上することができる。ここで、磁歪膜２は一般に磁場の方向に交差する方向への歪みよりも磁場の方向に沿った方向への歪みが大きいから、特に薄肉部１２及び磁歪膜２の長手方向に沿った方向の磁場に対する感度が向上することになる。また、図７においては、磁気収束膜３を、凹部１３の内面に設ける代わりにフレーム部１１の上面において薄肉部１２の両端付近にそれぞれ設けている。さらに、各磁気収束膜３の形状は、それぞれ薄肉部１２の長手方向に交差する方向での幅寸法を磁歪膜２に近付くほど小さくした台形状に形成してある。この構成により、例えば磁気収束膜３の幅寸法を均一とする場合に比べて効率よく磁気が磁歪膜２に収束される。ここで、各磁気収束膜３の形状は、薄肉部１２の長手方向に交差する方向での幅寸法が磁歪膜２に近付くほど小さくなる形状であれば台形状に限られず、例えば三角形状であってもよい。
【００４４】
さらに、実施形態１及び本実施形態において、両持ち梁形状若しくは片持ち梁形状の薄肉部１２と磁歪膜２との組を、長手方向が互いに交差するように複数設けてもよい。この場合、実施形態１においては、各薄肉部１２にそれぞれピエゾ素子を設け、本実施形態においては、センサ基板１の全体に導電性を付与する代わりに、例えば磁歪膜２に重なる部位のみに不純物を拡散して導電性を付与することにより各薄肉部１２に可動電極を形成する。例えば、図８に示すように、フレーム部１１を１個の貫通穴１３ａを有する矩形枠状に形成し、薄肉部１２を４個設けそれぞれフレーム部１１の内周の互いに異なる辺の中間部から貫通穴１３ａの中央部に向かって突設された片持ち梁形状とする。この構成を採用すれば、各薄肉部１２において長手方向が磁場の方向に沿った方向か否かによって変形する方向や変形量が異なることを利用して、磁場の方向の検出が可能となる。例えば磁歪膜２の磁歪定数が正であるときには、磁場の方向が長手方向に沿った方向である磁歪膜２は、磁歪膜２が設けられた面を凸にするように薄肉部１２を変形させ、磁場の方向が磁歪膜２の長手方向に交差する方向である磁歪膜２は、磁歪膜２が設けられた面を凹にするように薄肉部１２を変形させる。図８の例では、磁場の方向が上下方向であれば全ての磁歪膜２が長手方向に縮んで薄肉部１２を上向きに曲げる。また、磁場の方向が図８（ａ）の左右方向（以下、「左右方向」と呼ぶ。）であれば左右の磁歪膜２が長手方向に伸びて薄肉部１２を下向きに曲げる一方で図８（ａ）の上下（以下、「前後」と呼ぶ。）の磁歪膜２は長手方向に縮んで薄肉部１２を上向きに曲げる。さらに、磁場の方向が前後方向であれば前後の磁歪膜２が長手方向に伸びて薄肉部１２を下向きに曲げる一方で左右の磁歪膜２は長手方向に縮んで薄肉部１２を上向きに曲げる。つまり、各可動電極についてそれぞれ固定電極５との間の静電容量の変化を検出することにより、磁場の方向の検出が可能となる。
【００４５】
また、圧力による影響を除去するために、圧力センサを本実施形態と一体に形成してもよい。例えば、図９に示すように、圧力用凹部１５を凹部１３に並設することにより、被測定圧力を受ける圧力用薄肉部１６を設け、固定電極５は圧力用薄肉部１６にも対向する形状とする。また、センサ基板１全体に導電性を付与する代わりに薄肉部１２と圧力用薄肉部１６とにそれぞれ不純物を拡散させて導電性を付与することにより互いに絶縁された可動電極及び圧力用可動電極（いずれも図示せず）を設ける。この構成を採用すれば、固定電極５と圧力用可動電極との間の静電容量を検出することによる圧力の検出が可能となり、検出された圧力に基いて磁気の検出結果から圧力の影響を除き信頼性を向上することができる。また、圧力用凹部１５は凹部１３と同時に形成することができ、かつ圧力用可動電極は可動電極と同時に形成することができるから、製造コストの増大が抑えられる。さらに、磁歪膜２の有無以外の条件、すなわち機械的構造や受ける圧力などを、薄肉部１２と圧力用薄肉部１６とで揃えれば、圧力用可動電極と固定電極５との間の静電容量と、可動電極と固定電極５との間の静電容量とを比較することによって、圧力だけでなく加速度なども含めて磁気以外の要因による影響を除去し、磁気検出の信頼性をさらに向上することができる。
【００４６】
さらに、加速度による影響を除去するために、加速度センサを本実施形態と一体に形成してもよい。例えば、図１０に示すように、環状の加速度用凹部１７を凹部１３に並設することにより、加速度用凹部１７に囲まれた重り部１８と、加速度用凹部１７によって薄肉となり弾性を有する撓み部１９とを形成し、固定電極５は重り部１８にも対向する形状とする。すなわち、重り部１８は撓み部１９によってフレーム部１１に対して揺動可能に支持され、加速度を受けてフレーム部１１に対して変位する。また、センサ基板１全体に導電性を付与する代わりに、薄肉部１２と重り部１８とにそれぞれ不純物を拡散させて導電性を付与することにより、互いに絶縁された可動電極及び加速度用可動電極（いずれも図示せず）を設ける。この構成によれば、加速度用可動電極と固定電極５との間の静電容量を検出することによる加速度の検出が可能となり、検出された加速度に基いて磁気の検出結果から加速度の影響を除き、信頼性を向上することができる。また、加速度用凹部１７は凹部１３と同時に形成することができ、かつ加速度用可動電極は可動電極と同時に形成することができるから、製造コストの増大が抑えられる。
【００４７】
なお、上述したような圧力センサ及び加速度センサを、単に圧力及び加速度の検出に用いてもよい。この場合、圧力センサ及び加速度センサを別途に形成する場合に比べ、小型化及び製造コストの低減が可能である。
【００４８】
ここで、実施形態１の磁気センサに、実施形態２で説明した静電容量型の圧力センサや加速度センサを一体化したり、実施形態２の磁気センサに、実施形態１で説明した歪みゲージ型の圧力センサや加速度センサを一体化することも可能ではある。しかし、実施形態１においては、圧力用ピエゾ素子ＲＰ１〜ＲＰ４及び加速度用ピエゾ素子ＲＡ１〜ＲＡ４は磁気検出用のピエゾ素子Ｒ１〜Ｒ４と同時に形成することが可能であるから、やはり歪みゲージ型の圧力センサや加速度センサと一体化することが望ましい。また、実施形態２においては、固定基板４及び固定電極を磁気の検出と圧力又は加速度の検出と共用とすることが可能であり、かつ圧力用可動電極及び加速度用可動電極は磁気検出用の可動電極と同時に形成することが可能であるから、やはり静電容量型の圧力センサや加速度センサと一体化することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】同上の動作説明図であり、（ａ）は磁場及び磁歪の方向を示し、（ｂ）は（ａ）の磁場中での変形後の形状を示す。
【図３】同上でのピエゾ抵抗相互の接続の形態を示す回路図である。
【図４】同上の別の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】同上の更に別の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明の実施形態２を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】同上の別の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
【図８】同上の更に別の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。
【図９】同上の別の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。
【図１０】同上の更に別の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  センサ基板
２  磁歪膜
３  磁気収束膜
４  固定基板
５  固定電極
１１  フレーム部
１２  薄肉部
１３  凹部
１６  圧力用薄肉部
１８  重り部
１９  撓み部
Ｒ１〜Ｒ４  ピエゾ抵抗
ＲＰ１〜ＲＰ４  圧力用ピエゾ抵抗
ＲＡ１〜ＲＡ４  加速度用ピエゾ抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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