(57)【要約】【課題】  汎用ＣＭＯＳプロセスで製造された素子を、僅かに改良してその製造工程をほとんど流用しつつ、磁気センサに適用した際の感度を向上することができる磁気センサ素子を提供する。【解決手段】  ｐ型基板又はｎ型基板上に形成され、ソース領域７、ドレイン領域８ａ、８ｂ及びゲート電極６を有した汎用ＣＭＯＳプロセスで製造され得るとともに、磁気発生手段３から生じる磁気を検出するための磁気センサ素子５ａにおいて、ソース領域７、ドレイン領域８ａ、８ｂ及びゲート電極６は、ｐ−ｗｅｌｌ又はｎ−ｗｅｌｌを介さず、ｐ型基板又はｎ型基板に直接形成されたものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型基板又はｎ型基板上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極を有した汎用ＣＭＯＳプロセスで製造され得るとともに、磁気発生手段から生じる磁気を検出するための磁気センサ素子において、
前記ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極は、ｐ型基板又はｎ型基板に直接形成されたことを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
前記基板は、ｐ型のシリコン基板から成るとともに、ＣＭＯＳにおけるｎＭＯＳ側に形成されたことを特徴とする請求項１記載の磁気センサ素子。
【請求項３】
前記基板上に、当該基板より低濃度の層をエピタキシャル成長にて形成し、その層上に前記ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極を直接形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
回転中心回りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段に前記基板を対向配置するとともに、当該磁気発生手段からの磁界強度の分布を検出して、その回転角度を検出する回転検出装置に適用されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
前記回転検出装置が前記磁気発生手段の回転軸受に組み込まれたことを特徴とする請求項４記載の磁気センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型基板又はｎ型基板上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極を有した汎用ＣＭＯＳプロセスで製造され得るとともに、磁気発生手段から生じる磁気を検出するための磁気センサ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受の回転輪からその回転軸方向に磁石ヘッドを突設させるとともに、静止輪における磁石ヘッドと対向した位置に磁気センサ素子をアレイ状に配設し、各磁気センサ素子で検出された磁界分布の情報から磁石ヘッド（即ち、軸受の回転輪）の回転角度や回転方向を検出する回転検出装置が、例えば特許文献１にて開示されている。かかる構成によれば、転がり軸受のサイズが小さい小径軸受においても回転検出装置の内蔵を容易にすることができる。
【０００３】
ところで、汎用ＣＭＯＳプロセスで製造されたトランジスタを磁気センサ素子として流用し、これを回転検出装置に適用することにより、製造コストを低減することが考えられている。即ち、汎用ＣＭＯＳプロセスで製造されたトランジスタは、図７に示すように、ｐ型シリコン基板１００に不純物を注入（ドーピング）してｐ−ｗｅｌｌ（１０１）及びｎ−ｗｅｌｌ（１０２）を形成した後、それぞれの領域にゲート電極１０３、１０４、ソース領域１０７、１０９、及びドレイン領域１０８、１１０が形成されて構成されている。
【０００４】
そして、例えばゲート電極１０３が形成された側であるｎＭＯＳを磁気センサ素子として用いる場合、当該ゲート電極１０３に所定電圧を印加しておくとともに、メタル配線１０５及び１０６間に電圧を印加してドレイン領域１０８からソース領域１０７に電流を流す。然るに、磁気発生手段から生じた磁界Ｂによりソース領域１０７からドレイン領域１０８に流れる電子（電流）の偏り（ローレンツ力にて曲げられた電子の流れの偏り）を検出し、これにより磁気発生手段の回転角度が検出されるのである。
【特許文献１】特開２００３−１４８９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の磁気センサ素子においては、汎用ＣＭＯＳプロセスで製造された素子をそのまま磁気を検出するための素子として用いているため、感度が低く、高精度に磁気を検出することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、汎用ＣＭＯＳプロセスで製造された素子を、僅かに改良してその製造工程をほとんど流用しつつ、磁気センサに適用した際の感度を向上することができる磁気センサ素子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記載の発明は、ｐ型基板又はｎ型基板上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極を有した汎用ＣＭＯＳプロセスで製造され得るとともに、磁気発生手段から生じる磁気を検出するための磁気センサ素子において、前記ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極は、ｐ型基板又はｎ型基板に直接形成されたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁気センサ素子において、前記基板は、ｐ型のシリコン基板から成るとともに、ＣＭＯＳにおけるｎＭＯＳ側に形成されたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の磁気センサ素子において、前記基板上に、当該基板より低濃度の層をエピタキシャル成長にて形成し、その層上に前記ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極を直接形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の磁気センサ素子において、回転中心回りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段に前記基板を対向配置するとともに、当該磁気発生手段からの磁界強度の分布を検出して、その回転角度を検出する回転検出装置に適用されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の磁気センサ素子において、前記回転検出装置が前記磁気発生手段の回転軸受に組み込まれたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、ｗｅｌｌ領域を形成しない構成とされているため、汎用ＣＭＯＳプロセスで製造された素子を、僅かに改良してその製造工程をほとんど流用しつつ、磁気センサに適用した際の感度を向上することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、ｐ型のシリコン基板におけるｎＭＯＳ側に、ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極が直接形成され、電子の移動の偏りを検出して磁気検出を成すので、ｐＭＯＳ側に形成してホール（正孔）の移動の偏りを検出するものに比べ、より感度を向上させることができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、エピタキシャル成長にて基板より低濃度の層を形成し、これにソース領域、ドレイン領域及びゲート電極を直接形成したので、更に感度を向上させることができる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、磁気発生手段の回転角度を検出する回転検出装置に適用されたので、センサ感度が高くＳ／Ｎが向上し、オフセットやノイズの影響を受けにくくなり、回転角度をより高精度に検出することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、回転検出装置が磁気発生手段の回転軸受に組み込まれたので、高精度な回転角度の検出を行うことができるとともに、装置全体を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る磁気センサ素子が適用される回転検出装置は、所定軸を中心として回転自在な回転側部材の固定側部材に対する回転角度を検出するためのもので、図１に示すように、軸Ｌを中心として回転自在な回転側部材１と、該回転側部材１に配設され、その回転中心である軸Ｌ周りの円周方向に対し異方性の磁気を生じる磁気発生手段３と、該磁気発生手段３と対向した固定側部材（不図示）に配設された基板４と、該基板４の表面に形成された磁気検出センサ５（磁気ラインセンサ）及び角度算出手段２とを有して構成されている。
【００１８】
磁気発生手段３は、Ｓ極及びＮ極の磁極をそれぞれ成す一対の突端部３ａ、３ｂを有しており、回転部材１と共に軸Ｌを中心として回転することにより、その円周方向に対して異方性の磁気を生じさせるものである。かかる磁気発生手段３は、回転側部材１と共に回転可能なように連結されており、当該磁気発生手段３からの磁界分布を検出して、その回転角度を検出すれば、固定側部材に対する回転側部材１の回転角度が検出できるようになっている。尚、この磁気発生手段３に代えて他の形態（例えば全体形状が略Ｕ字状に形成されたもの、或いは２本の棒状磁石を連結して構成しそれぞれの突端がＳ極及びＮ極の磁極を成す突端部を有したもの等）としてもよい。
【００１９】
基板４は、ｐ型のシリコン基板から成るもので、その表面（磁気発生手段３と対向する面）に磁気検出センサ５及び角度算出手段２が形成されている。かかる基板４の表面は、磁気発生手段２の突端部３ａ、３ｂと微小寸法離間しており、回転する磁気発生手段３と基板４との干渉を回避しつつ、磁気発生手段３と磁気検出センサ５とが極めて近接するよう構成されている。尚、基板４の全体形状は、表面及び裏面が平坦なものであれば、矩形状のものの他、円筒状のもの等であってもよい。
【００２０】
磁気検出センサ５は、図２に示すように、磁気を検出し得る磁気センサ素子５ａがライン状（直線状）に配設された磁気ラインセンサから成るものであり、４つの磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄを磁気発生手段３の回転軸Ｌ周りに１周分矩形状に並べて構成されたものである。即ち、同図中２点鎖線で示すように、磁気発生手段３の突端部３ａ及び３ｂにおけるＳ極及びＮ極が成す磁界を、それらと対向した部位の磁気センサ素子５ａがそれぞれ検出し、その回転角度を検出し得るので、回転側部材１の回転角度を高精度に検出することができるよう構成されているのである。
【００２１】
角度算出手段２は、磁気検出センサ５により検出した磁気に基づき回転側部材１の回転角度を算出するためのもので、矩形状に並べられた４つの磁気ラインセンサ列５Ａ〜５Ｄに囲まれた部位に形成されている。このような構成とすることで、磁気検出センサ５及び角度算出手段２をコンパクトに配設させることができ、装置全体の小型化を図ることができる。より具体的には、角度算出手段２は、磁気検出センサ５と電気的に接続されており、該磁気検出センサ５から送られる電気信号に基づいてゼロクロス位置（磁気発生手段３のＳ極とＮ極との切り替わり部位）を求めるべく所定の演算を実行し、当該ゼロクロス位置から磁気発生手段３（即ち、固定側部材１）の回転角度を算出し得るよう構成されている。
【００２２】
ここで、本実施形態に係る基板４は、汎用ＣＭＯＳプロセスで製造された基板から成り、当該基板４に形成されるべき磁気センサ素子５ａは、汎用ＣＭＯＳにおけるｎＭＯＳトランジスタの形態をとるが、従来のようにｐ−ｗｅｌｌの上に形成されるのではなく、直接基板４上に形成されている。より具体的には、磁気センサ素子５ａは、図３に示すように、ゲート電極６と、ソース領域７と、ドレイン領域８ａ及び８ｂとを有して構成されている。
【００２３】
ゲート電極６は、酸化膜６ａ（図５参照）を介して基板４上に直接（従来の如きｐ−ｗｅｌｌを介さず）形成されているとともに、平面視（図４参照）でドレイン領域８ａ、８ｂ側が２つに分岐した構成とされている。また、ソース領域７及びドレイン領域８ａ、８ｂもゲート電極６と同様、基板４上に直接形成されており、従来の如きｐ−ｗｅｌｌを介さずに電子がソース領域７からドレイン領域８ａ又は８ｂに移動し得るようになっている。
【００２４】
これにより、ゲート電極６に所定電圧を印加しつつソース領域７及びドレイン領域８ａ、８ｂ間に電圧を印加すると、通常状態（即ち、磁気発生手段３からの磁気の影響がない状態）では、ドレイン領域８ａと８ｂとのそれぞれ均等に電子が流れるのに対し、磁気発生手段３からの磁気が影響すると、その磁界強度の分布に応じて当該ドレイン領域８ａと８ｂとに流れる電子に偏りが生じる。かかる電子の偏り（電流の偏り）を検出することにより、既述のゼロクロス位置を演算でき、磁気発生手段３の回転角度が検出できるのである。
【００２５】
上記構成の磁気センサ素子によれば、従来の如くｐ−ｗｅｌｌ中を電子が移動することがなく、それより低濃度の基板４中を電子が移動することとなるので、当該電子の移動をより高速とすることができ、センサのＳ／Ｎを向上させて感度を向上させることができる。従って、高精度に磁気発生手段３の回転角度を検出することができる。即ち、電子の移動は、低濃度の方が高速となるので、ソース領域７とドレイン領域８ａ、８ｂ間を移動する電子をより高速とすることができるのである。
【００２６】
また、汎用ＣＭＯＳプロセスにおけるｐ−ｗｅｌｌの形成工程を省くだけで、本実施形態の如き高精度な磁気センサ素子を得ることができる。従って、汎用ＣＭＯＳの如く現在広く普及して量産体制が確立されているものを、その製造工程に変更を与えない程度の僅かな改良を加えるだけで高精度な磁気センサ素子を得ることができるので、製造コストも低減させることができる。
【００２７】
本実施形態に係る磁気センサ素子は、図６に示すように、通常のＣＭＯＳ回路と共に、同一の基板４上に集積されている。即ち、基板４には、ｐ−ｗｅｌｌ、ｎ−ｗｅｌｌを有した通常のＣＭＯＳ回路Ａ１と、直接基板４の上に形成された磁気センサ素子Ａ２とが混載されており、センサ素子と処理回路とが集積された構成をとりながら、磁気センサ素子の感度を向上させることができるようになっている。
【００２８】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばｐ型の基板４に代えて、従来のｎ−ｗｅｌｌを形成しないｎ型の基板を用い、ソース領域及びドレイン領域間に電圧を印加するようにしてもよい。この場合、ソース領域及びドレイン領域間をホール（正孔）が移動することとなり、当該ホールの偏りを検出して磁気発生手段からの磁界強度の分布を検出することとなる。
【００２９】
また、基板（ｐ型及びｎ型の両方を含む）の表面に、当該基板より低濃度の層をエピタキシャル成長にて形成し、その層上に上記実施形態の如きゲート電極、ソース領域及びゲート領域を直接形成するようにしてもよい。この場合、不純物濃度が更に低い部位（エピタキシャル成長による層）を電子又はホールが移動することとなるので、センサの感度を更に向上させることができる。
【００３０】
更に、上記回転検出装置を磁気発生手段の回転軸受に組み込むようにしてもよい。かかる構成によれば、高精度な回転角度の検出を行うことができるとともに、装置全体を小型化することができる。また更に、本実施形態の磁気センサ素子においては、磁気発生手段の回転角度を検出する回転検出装置に適用されているが、高い感度が必要な他の磁気センサに適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
ソース領域、ドレイン領域及びゲート電極が、ｐ−ｗｅｌｌ或いはｎ−ｗｅｌｌを介さず、ｐ型基板又はｎ型基板に直接形成された磁気センサ素子であれば、外観が異なるもの或いは他の機能が付加されたものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気センサ素子が適用される回転検出装置を示す斜視図
【図２】同回転検出装置における基板を示す平面図
【図３】本発明の実施形態に係る磁気センサ素子を示す斜視図
【図４】同磁気センサ素子を示す平面図
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面図
【図６】同磁気センサ素子及び他の処理回路が形成された状態を示す断面図
【図７】従来の磁気センサ素子を示す断面図
【符号の説明】
【００３３】
１    回転側部材
２    角度算出手段
３    磁気発生手段
４    基板
５    磁気検出センサ（磁気ラインセンサ）
５ａ  磁気センサ素子
６    ゲート電極
７    ソース領域
８ａ、８ｂ  ドレイン領域
【図１】
2005268306.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005268306.tif 000006
【図５】
2005268306.tif 000007
【図６】
2005268306.tif 000008
【図７】
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