(57)【要約】【課題】  直交３軸方向の精度の良い磁気検出を小型で実現する。【解決手段】  Ｚ軸方向に感度軸が設定された磁電変換素子２１は、磁性体部１１と磁性体部４０のうち凹部３１を覆う部分４１とに挟まれている。Ｘ軸方向に感度軸が設定された磁電変換素子２２は、磁性体部１１及び磁性体部１２に挟まれている。Ｙ軸方向に感度軸が設定された磁電変換素子２３は、磁性体部１１及び磁性体部１３に挟まれている。磁電変換素子２１〜２３は、ＳＯＩ基板１０のＳＯＩ層３に形成されている。略平板状の磁性体部１１〜１３は、ＳＯＩ層３の上及び埋込酸化膜２の上に形成されており、Ｚ軸方向に段差５１〜５３を有している。【選択図】      図１４
2005159273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の主面に形成された磁電変換素子であって、
ｐ型半導体領域であるアノード領域と、
ｎ型半導体領域であるカソード領域と、
前記アノード領域と前記カソード領域とに挟まれ前記アノード領域と前記カソード領域との何れよりも不純物濃度の低い高抵抗領域と、
前記高抵抗領域のうち前記アノード領域と前記カソード領域とを結ぶ一側面の少なくとも一部に形成され、再結合中心が導入された再結合層とを備える磁電変換素子。
【請求項２】
前記一側面は、前記主面に対して略垂直である請求項１記載の磁電変換素子。
【請求項３】
前記一側面は、前記主面の斜め上方を向くように前記主面に対して傾斜している請求項１記載の磁電変換素子。
【請求項４】
前記半導体基板がＳＯＩ基板であって、前記磁電変換素子は前記ＳＯＩ基板に含まれるＳＯＩ層に形成されている請求項１乃至３の何れかに記載の磁電変換素子。
【請求項５】
前記磁電変換素子は、平面視略コ字形に形成されており、
前記アノード領域は、前記略コ字形の一対の脚部の一方先端部に形成されており、
前記カソード領域は、前記一対の脚部の他方先端部に形成されており、
前記再結合層は、前記高抵抗領域のうち、前記一対の脚部にあって互いに対向する側面又は前記一対の脚部にあって互いに外側を向く側面に形成されている請求項１乃至４の何れかに記載の磁電変換素子。
【請求項６】
同一の半導体基板の主面に形成された第１磁電変換素子と第２磁電変換素子とを備え、
前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子との各々は請求項１乃至４の何れかに記載の磁電変換素子であり、
前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子とは、同一の順電流が流れるように直列接続されており、
前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子との各々は、アノード領域とカソード領域とを結ぶ直線軸に沿って延在するように形成されており、
前記第１磁電変換素子と第２磁電変換素子とは、互いに略平行となり、且つ各々の高抵抗領域が互いに横に並ぶように配置されており、
前記第１磁電変換素子の再結合層と第２磁電変換素子の再結合層とは、対応する高抵抗領域の互いに向き合う側面又は互いに外側を向く側面の少なくとも一部にそれぞれ形成されている磁電変換素子。
【請求項７】
同一の半導体基板の主面に形成された第１乃至第４磁電変換素子部を備え、
前記第１乃至第４磁電変換素子部の各々は請求項１乃至６の何れかに記載の磁電変換素子であり、
前記第１磁電変換素子部と前記第４磁電変換素子部とは、同一の順電流が流れるように直列接続されて第１直列回路を形成しており、
前記第２磁電変換素子部と前記第３磁電変換素子部とは、同一の順電流が流れるように直列接続されて第２直列回路を形成しており、
前記第１直列回路と前記第２直列回路とは、順電流がそれぞれを分流するように互いに並列接続されており、
前記第１磁電変換素子部の再結合層と前記第３磁電変換素子部の再結合層との各々は、対応する高抵抗領域の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視右側に位置する側面の少なくとも一部に形成されており、
前記第２磁電変換素子部の再結合層と前記第４磁電変換素子部の再結合層との各々は、対応する高抵抗領域の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視左側に位置する側面の少なくとも一部に形成されている磁電変換素子。
【請求項８】
平板状の半導体基板と、該半導体基板の第１の主面側に設けられる磁電変換素子と、前記半導体基板の第１の主面側に前記磁電変換素子と対向するように設けられる第１の磁性体部と、前記半導体基板の第２の主面側に設けられる第２の磁性体部とを備え、前記第１及び第２の磁性体部は、前記磁電変換素子を挟んで対向する部位間の間隔がその他の対向部位間の間隔よりも小さく設定され、前記半導体基板は、第２の主面側から第１の主面に向けて凹所が設けられ、該凹所の底部が前記磁電変換素子に対向し且つ該底部を囲む前記凹所の周壁部が第１及び第２の主面の法線方向と略平行に形成されるとともに、前記第２の磁性体部が少なくとも前記底部を覆うように形成されたことを特徴とする磁気検出装置。
【請求項９】
前記第１又は第２の磁性体部の少なくとも何れか一方が略平坦に形成されたことを特徴とする請求項８記載の磁気検出装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の磁性体部は、前記磁電変換素子を挟んで対向する部位が互いに近づく向きに凸となる形状に形成されたことを特徴とする請求項８又は９記載の磁気検出装置。
【請求項１１】
前記第２の磁性体部が前記凹所の底部並びに周壁部を覆うように形成されたことを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する対向部位が平坦且つ互いに略平行となる形状に形成されたことを特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する対向部位の少なくとも何れか一方が、前記磁電変換素子の磁気を検知する部位の当該対向部位への投影面積よりも小さい若しくは同じ面積を有することを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する両対向部位が、前記磁電変換素子の磁気を検知する部位の当該対向部位への投影面積以上の面積を有することを特徴とする請求項８乃至１２の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項１５】
前記半導体基板は主要面方位が（１００）のシリコン単結晶基板からなり、前記凹所の開口面側の部位が異方性エッチングにより形成されたことを特徴とする請求項８乃至１４の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項１６】
３次元直交座標系の各軸方向における磁気を検知する３つの前記磁電変換素子が前記半導体基板に設けられたことを特徴とする請求項８乃至１５の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項１７】
互いに平行な第１主面と第２主面とを有し、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に凹部が選択的に形成されている半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成され前記半導体基板の法線方向に感度軸が設定された第１磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され前記第１磁電変換素子の感度軸に垂直な方向に感度軸が設定された第２磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され前記第１磁電変換素子の感度軸と前記第２磁電変換素子の感度軸との双方に垂直な方向に感度軸が設定された第３磁電変換素子と、
前記第１磁電変換素子の感度軸と直交し前記第１磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第１対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第１対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第１主面の側と前記第２主面の側とに形成された一対の磁性体対部と、
前記一対の磁性体対部の一方である第１磁性体部と共同して前記第２磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成された第２磁性体部と、
前記第１磁性体部と共同して前記第３磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成された第３磁性体部とを備え、
前記第１磁性体部と前記第２磁性体部とは、前記第２磁電変換素子の感度軸と直交し前記第２磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第２対向面対を有し、前記第２対向面対において互いが最近接するように形成されており、
前記第１磁性体部と前記第３磁性体部とは、前記第３磁電変換素子の感度軸と直交し前記第３磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第３対向面対を有し、前記第３対向面対において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項１８】
前記半導体基板の上に形成された第４磁性体部を更に備え、
前記第１乃至第４磁性体部は、前記法線方向に沿った軸である対称軸の周りに１／４回転対称となるように、形状及び位置が定められていることを特徴とする請求項１７記載の磁気検出装置。
【請求項１９】
前記半導体基板の上に形成され前記第３磁電変換素子の感度軸と同一方向に感度軸が設定された第４磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され前記第２磁電変換素子の感度軸と同一方向に感度軸が設定された第５磁電変換素子とを更に備え、
前記第２磁性体部と第４磁性体部とは、前記第４磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成され、且つ前記第４磁電変換素子の感度軸と直交し前記第４磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第４対向面対を有し、前記第４対向面対において互いが最近接するように形成されており、
前記第３磁性体部と第４磁性体部とは、前記第５磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成され、且つ前記第５磁電変換素子の感度軸と直交し前記第５磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第５対向面対を有し、前記第５対向面対において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする請求項１８記載の磁気検出装置。
【請求項２０】
前記凹部が、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に選択的に複数個形成されており、
前記磁気検出装置は、
前記半導体基板の上に形成され前記半導体基板の法線方向に感度軸が設定された第６磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され、前記第１磁性体部と対をなす前記磁性体対部の他方である第５磁性体部と共に前記対称軸の周りに１／２回転対称となるように、形状及び位置が定められている第６磁性体部とを更に備え、
前記第４磁性体部と前記第６磁性体部とは、前記第６磁電変換素子の感度軸と直交し前記第６磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第６対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第６対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第１主面と前記第２主面との一方側と他方側とに形成されていることを特徴とする請求項１８又は１９記載の磁気検出装置。
【請求項２１】
前記凹部が、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に選択的に４個以上形成されており、
前記磁気検出装置は、
前記半導体基板の上に形成され前記法線方向に感度軸が設定された第７磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成され前記法線方向に感度軸が設定された第８磁電変換素子と、
前記半導体基板の上に形成された第７磁性体部と、
前記半導体基板の上に形成された第８磁性体部とを更に備え、
前記第２磁性体部と前記第７磁性体部とは、前記第７磁電変換素子の感度軸と直交し前記第７磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第７対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第７対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第１主面と前記第２主面との一方側と他方側とに形成されており、
前記第３磁性体部と前記第８磁性体部とは、前記第８磁電変換素子の感度軸と直交し前記第８磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第８対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第８対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第１主面と前記第２主面との一方側と他方側とに形成されており、
前記第５乃至第８磁性体部は、前記対称軸の周りに１／４回転対称となるように、形状及び位置が定められていることを特徴とする請求項２０記載の磁気検出装置。
【請求項２２】
前記第５磁性体部と前記第６磁性体部とは、互いに分離されていることを特徴とする請求項２０又は２１記載の磁気検出装置。
【請求項２３】
前記凹部は前記第２主面に選択的に形成されており、
前記第１乃至第３磁電変換素子は、前記第１主面側に形成されており、
前記第１乃至第３磁性体部は前記第１主面に沿って略平板状に形成されていることを特徴とする請求項１７乃至２２の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項２４】
前記第１乃至第３磁性体部の各々は、前記法線方向に段差を有することを特徴とする請求項２３記載の磁気検出装置。
【請求項２５】
前記第１磁性体部は、前記第２対向面対の一方に隣接する領域であって前記第２磁電変換素子に近接するほど前記第２磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有するとともに、前記第３対向面対の一方に隣接する領域であって前記第３磁電変換素子に近接するほど前記第３磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有し、
前記第２磁性体部は、前記第２対向面対の他方に隣接する領域であって前記第２磁電変換素子に近接するほど前記第２磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有し、
前記第３磁性体部は、前記第３対向面対の他方に隣接する領域であって前記第３磁電変換素子に近接するほど前記第３磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有していることを特徴とする請求項２３又は２４記載の磁気検出装置。
【請求項２６】
前記第１磁性体部は、前記第２対向面対の一方に隣接する領域であって前記第２磁電変換素子に近接するほど前記第２磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有するとともに、前記第３対向面対の一方に隣接する領域であって前記第３磁電変換素子に近接するほど前記第３磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有し、
前記第２磁性体部は、前記第２対向面対の他方に隣接する領域であって前記第２磁電変換素子に近接するほど前記第２磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有し、
前記第３磁性体部は、前記第３対向面対の他方に隣接する領域であって前記第３磁電変換素子に近接するほど前記第３磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有していることを特徴とする請求項２３又は２４記載の磁気検出装置。
【請求項２７】
前記半導体基板がＳＯＩ基板であって、前記第１乃至第３磁性体部の各々は、ＳＯＩ層に形成されていることを特徴とする請求項２３乃至２６の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項２８】
前記凹部は前記第１主面に選択的に３個以上形成されており、
前記第１乃至第３磁性体部は、前記凹部を個別に覆うように形成されており、
前記第１磁性体部と対をなす前記磁性体対部の他方は、前記第２主面に沿って略平板状に形成されていることを特徴とする請求項１７乃至２２の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項２９】
前記半導体基板の平面視輪郭が矩形であり、
前記凹部の各々の開口部の輪郭が、前記半導体基板の平面視輪郭と各辺が互いに平行な矩形であることを特徴とする請求項２０乃至２２、及び２８の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項３０】
前記半導体基板の平面視輪郭が矩形であり、
前記凹部の各々の開口部の輪郭が、前記半導体基板の平面視輪郭と各辺が互いに４５°の角度で傾いている矩形であることを特徴とする請求項２８記載の磁気検出装置。
【請求項３１】
前記第２磁電変換素子が感度軸を同一方向とする複数の磁電変換素子である第１素子群を有しており、前記第２対向面対が前記第１素子群に個別に対向する複数の対向面対に分割配置されており、
前記第３磁電変換素子が感度軸を同一方向とする複数の磁電変換素子である第２素子群を有しており、前記第３対向面対が前記第２素子群に個別に対向する複数の対向面対に分割配置されていることを特徴とする請求項１７乃至３０の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項３２】
主面を有する半導体基板と、
前記主面側の前記半導体基板の上に形成され前記主面に沿った方向に感度軸が設定された磁電変換素子と、
前記主面の法線方向に段差を有する略平板状であって、前記主面側の前記半導体基板の上に形成された第１磁性体部と、
前記法線方向に段差を有する略平板状であって、前記第１磁性体部と共同して前記磁電変換素子を挟むように前記主面側の前記半導体基板の上に形成された第２磁性体部とを備え、
前記第１磁性体部と前記第２磁性体部とは、前記磁電変換素子の感度軸と直交し前記磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面を有し、前記一対の対向面において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項３３】
前記半導体基板の平面視輪郭が正方形であり、
前記半導体基板の上に形成されているすべての磁電変換素子及びすべての磁性体部が、前記半導体基板の平面視輪郭における１つの対角線に対して線対称となるように形状及び位置を設定されていることを特徴とする請求項１７乃至３２の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項３４】
前記半導体基板の上に形成されているすべての磁電変換素子が半導体ダイオード磁気センサであることを特徴とする請求項８乃至３３の何れかに記載の磁気検出装置。
【請求項３５】
前記半導体ダイオード磁気センサのうち、前記半導体基板の主面の法線方向を感度軸の方向とするものが、請求項１乃至７の何れかに記載の磁電変換素子であることを特徴とする請求項３４記載の磁気検出装置。
【請求項３６】
請求項８乃至３５の何れかに記載の磁気検出装置と、
前記磁気検出装置の出力信号を増幅する増幅器と、を備えることを特徴とする地磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地磁気に基づいて方位を検出する電子コンパスへの利用に好適な磁気検出装置、及びこれを利用した地磁気センサ、並びに前記磁気検出装置への利用に好適な磁電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳ（Global Positioning System；全地球測位システム）を利用して位置情報を取得可能とした携帯型のＧＰＳ端末装置の需要が増大している。それに伴い、ＧＰＳ端末装置の向き（方位）を検出するための電子コンパスの需要も増大しつつある。電子コンパスは、ＧＰＳ端末装置の姿勢に関わりなく地磁気を検出するために、直交３軸方向の磁気検出が可能な小型の磁気検出装置を必要とする。
【０００３】
この種の磁気検出装置として、例えば特許文献１に開示されるように、ホール素子と、ホール素子へ磁束を集束させる磁束集束素子とを備えたものが知られている。図３６は、特許文献１に記載される従来の磁気検出装置を示す図であり、図３６（ａ）は、この磁気検出装置の縦断面図、図３６（ｂ）は裏面側から見た同装置の斜視図、そして図３６（ｃ）は同装置の動作説明図である。この磁気検出装置１５０では、シリコンを母材とする半導体基板１１１の第１主面１１３の上に、磁電変換素子であるホール素子１１５が形成されており、第２主面１１７の側のホール素子１１５に対向する部位に、ホール素子１１５の近傍にまで達する縦断面台形のエッチング溝１１９が形成されている。このエッチング溝１１９は、ホール素子１１５に対向する矩形の底面１２０と、底面１２０を囲む４つの台形の傾斜面とを有している。すなわち、エッチング溝１１９は、第２主面１１７から底面１２０に近づくほど小径となるように、テーパ状に形成されている。また、エッチング溝１１９には、外部磁界をホール素子１１５に集束させるために、パーマロイやフェライトなどの高透磁率材料からなる磁性体部１２１が埋め込まれている。更に、半導体基板１１１の第１主面１１３の上には絶縁膜１２５が積層して形成されており、この絶縁膜１２５を介してホール素子１１５に対向する位置に磁性体膜１２７が積層して形成されている。
【０００４】
以上のように構成される磁気検出装置１５０では、ホール素子１１５が出力するホール電圧は、半導体基板１１１の第１主面１１３及び第２主面１１７の法線方向Ｚ、即ちホール素子１１５の感度軸方向に外部磁界Ｈが向くときに、ホール素子１１５が最大感度を示す。一般に、ホール素子１１５が出力するホール電圧は、外部磁界Ｈの上記法線方向Ｚの成分に比例する。従って、外部磁界Ｈが地磁気のように一定の方向及び強さを持った磁界である場合には、外部磁界Ｈと法線方向Ｚとが交差する角度θが変化するのに伴い、ホール電圧はＨ・ｃｏｓθに比例して変化する。従って、ホール電圧を計測することにより、外部磁界Ｈの方向θを検出することができる。
【０００５】
但し、地磁気による磁界の強さは、東京において約０．３ガウス（＝３×１０−５テスラ）であり、ホール素子１１５の検出感度に対して比較的小さい。従って、検出精度を高めるためには、ホール素子１１５を通過する磁束密度を高める必要がある。図３６に示す磁気検出装置１５０では、ホール素子１１５の感度軸方向に対向する磁性体部１２１及び磁性体膜１２７を設けることにより、磁束密度を外部磁界Ｈによる磁束密度よりも高め、それによってホール素子１１５の磁気検出素子としての感度を向上させている。また、磁気検出装置１５０は、単結晶シリコン基板の面方位を利用して異方性エッチングを実行することにより、エッチング溝１１９を容易に形成できるという利点をも有している。
【０００６】
しかしながら、磁気検出装置１５０では、エッチング溝１１９がホール素子１１５の近傍まで達するテーパ状の台形状に形成されているので、エッチング溝１１９の底面１２０即ちホール素子１１５を通過せずに、傾斜面を通過する磁束が多くなる。つまり、磁性体部１２１及び磁性体膜１２７によって収束された磁束の一部が、ホール素子１１５を通過せずに漏れ易く、チップサイズに比較して磁束の収束効果が小さいという問題点があった。また、シリコンの面方位を利用した異方性エッチングによってエッチング溝１１９を形成する場合などは、比較的大きな溝になるので、半導体基板１１１の強度が低下し、それにより後工程のワイヤボンディングや樹脂形成の際に故障を生じ易いという問題点があった。
【０００７】
更に、磁気検出装置１５０では、第１主面１１３及び第２主面１１７の法線方向Ｚであるホール素子１１５の感度軸方向に沿った外部磁界Ｈの成分のみが検出可能であるに過ぎない。即ち、磁気検出装置１５０は１軸磁気検出装置であって、単一の磁気検出装置１５０のみでは電子コンパスに必要な直交する３軸方向の磁気検出ができないという問題点があった。また、直交３軸方向の磁気検出を可能にするには、３個の磁気検出装置１５０を組み合わせて使用する必要があり、その場合には、３個の磁気検出装置１５０の感度軸を互いに直交するように配置させるための高精度な実装技術が必要になるという問題点があった。また、その場合には、ダイボンド、配線領域などの余分な面積が必要となるので、実装品の寸法が大きくなるという問題点があった。
【０００８】
又、本願出願人は、磁気検出装置１５０の小型化及び省消費電力という観点から、磁気検出装置１５０への利用に特に望ましい磁電変換素子として、半導体ダイオード磁気センサに注目した。図３７は、特許文献２に開示される従来の半導体ダイオード磁気センサ（以下、「ダイオード磁気センサ」と適宜略称する）の構成を示す斜視図である。このダイオード磁気センサ１６０は、単結晶シリコンを材料とする支持基板１６６の上に形成された二酸化シリコンを材料とする埋込酸化膜１６５の上に形成されている。即ち、ダイオード磁気センサ１６０は、ＳＯＩ（Semiconductor On  Insulator）基板として形成された半導体基板１６８のうちのＳＯＩ層１６７に形成されている。
【０００９】
ダイオード磁気センサ１６０は、ｐ＋型のアノード領域１６２、ｎ＋型のカソード領域１６３及びｐ−型の高抵抗領域１６１を有している。高抵抗領域１６１の上面には再結合層１６４が形成されている。再結合層１６４は、高抵抗領域１６１の上面に、欠陥等を導入することにより形成され、キャリアの再結合を促す層として機能する。
【００１０】
ダイオード磁気センサ１６０を用いるには、アノード領域１６２とカソード領域１６３との間に順バイアスが印加される。それにより、高抵抗領域１６１にキャリアの二重注入状態が形成される。この状態で、外部磁界Ｈが半導体基板１６８の主面に平行で、且つアノード領域１６２とカソード領域１６３とを結ぶ軸に垂直な方向に印加されると、二重注入キャリアである電子と正孔とが、外部磁界Ｈに起因するローレンツ力によって進行方向を曲げられる。外部磁界Ｈの向きが図示の向きであれば、電子と正孔とは再結合層１６４の側に進行方向を曲げられる。その結果、流れるキャリアが、再結合により消滅し易くなることにより少なくなるので、二重注入が抑制されるとともに、ダイオード抵抗が高くなる。それにより、アノード領域１６２とカソード領域１６３との間を流れる電流が減少する。
【００１１】
一方、外部磁界Ｈの向きが図示の向きとは逆向きであれば、電子と正孔とは再結合層１６４の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が起こり難くなることにより、二重注入キャリアが十分に流れることとなり、ダイオード抵抗が低くなる。それにより、アノード領域１６２とカソード領域１６３との間を流れる電流が増加する。
【００１２】
従って、ダイオード磁気センサ１６０を用いることにより、電流変化を通じて外部磁界Ｈの向き或いは大きさを検出することができる。また、ダイオード磁気センサ１６０は、小型に形成可能であることに加え、消費電力が低いという利点を有している。従って、磁気検出装置１５０への利用に適している。
【特許文献１】特開平１１−２６１１３１号公報（段落［００２４］〜段落［００３２］及び図１）
【特許文献２】特開２００２−１３４７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献２に開示されるダイオード磁気センサ１６０は、再結合層４０が、高抵抗領域１６１の上面、即ち、半導体基板１６８の主面に平行な面に形成されている。このために、ダイオード磁気センサ１６０の感度軸の方向は、半導体基板１６８の主面に沿った方向となる。即ち、従来技術によるダイオード磁気センサ１６０は、磁気検出装置１５０のように、半導体基板１１１の主面１１３の法線方向Ｚに沿った外部磁界Ｈを検出する装置には適用できないという問題点があった。このことは、単一の基板を用いて３軸方向の磁気検出を可能にする磁気検出装置を実現したとしても、当該磁気検出装置には、従来技術によるダイオード磁気センサ１６０を適用することはできないことをも意味する。
【００１４】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、磁束の収束効果を高め、且つ機械的強度を高めた磁気検出装置を提供することを目的とする。本発明は又、直交３軸方向の磁気検出を小型で且つ精度良く行うことを可能にする磁気検出装置を提供することを目的とする。本発明は更に、これらの磁気検出装置を用いた地磁気センサを提供することを目的とする。本発明は又、本発明の磁気検出装置への利用に好適な磁電変換素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは半導体基板の主面に形成された磁電変換素子であって、ｐ型半導体領域であるアノード領域と、ｎ型半導体領域であるカソード領域と、前記アノード領域と前記カソード領域とに挟まれ前記アノード領域と前記カソード領域との何れよりも不純物濃度の低い高抵抗領域と、前記高抵抗領域のうち前記アノード領域と前記カソード領域とを結ぶ一側面の少なくとも一部に形成され、再結合中心が導入された再結合層とを備えるものである。
【００１６】
本発明のうち第２の態様に係るものは第１の態様に係る磁電変換素子であって、前記一側面は、前記主面に対して略垂直であるものである。ここで、「略垂直」とは、製造工程上の精度の範囲を許容する趣旨である。
【００１７】
本発明のうち第３の態様に係るものは第１の態様に係る磁電変換素子であって、前記一側面は、前記主面の斜め上方を向くように前記主面に対して傾斜しているものである。
【００１８】
本発明のうち第４の態様に係るものは第１乃至第３の何れかの態様に係る磁電変換素子において、前記半導体基板がＳＯＩ基板であって、前記磁電変換素子は前記ＳＯＩ基板に含まれるＳＯＩ層に形成されているものである。
【００１９】
本発明のうち第５の態様に係るものは第１乃至第４の何れかの態様に係る磁電変換素子であって、前記磁電変換素子は、平面視略コ字形に形成されており、前記アノード領域は、前記略コ字形の一対の脚部の一方先端部に形成されており、前記カソード領域は、前記一対の脚部の他方先端部に形成されており、前記再結合層は、前記高抵抗領域のうち、前記一対の脚部にあって互いに対向する側面又は前記一対の脚部にあって互いに外側を向く側面に形成されているものである。ここで、「略コ字形」とは、厳密に「コ」文字形状に限定することなく、製造工程上の精度の範囲で平行な一対の脚部とそれらの連結部とを有する形状であって、近似的に「コ」文字形状をなすものを含める趣旨である。従って、「略コ字形」は「Ｕ字形」を含む。
【００２０】
本発明のうち第６の態様に係るものは磁電変換素子であって、同一の半導体基板の主面に形成された第１磁電変換素子と第２磁電変換素子とを備え、前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子との各々は第１乃至第４の何れかの態様に係る磁電変換素子であり、前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子とは、同一の順電流が流れるように直列接続されており、前記第１磁電変換素子と前記第２磁電変換素子との各々は、アノード領域とカソード領域とを結ぶ直線軸に沿って延在するように形成されており、前記第１磁電変換素子と第２磁電変換素子とは、互いに略平行となり、且つ各々の高抵抗領域が互いに横に並ぶように配置されており、前記第１磁電変換素子の再結合層と第２磁電変換素子の再結合層とは、対応する高抵抗領域の互いに向き合う側面又は互いに外側を向く側面の少なくとも一部にそれぞれ形成されているものである。
【００２１】
本発明のうち第７の態様に係るものは磁電変換素子であって、同一の半導体基板の主面に形成された第１乃至第４磁電変換素子部を備え、前記第１乃至第４磁電変換素子部の各々は第１乃至第６の何れかの態様に係る磁電変換素子であり、前記第１磁電変換素子部と前記第４磁電変換素子部とは、同一の順電流が流れるように直列接続されて第１直列回路を形成しており、前記第２磁電変換素子部と前記第３磁電変換素子部とは、同一の順電流が流れるように直列接続されて第２直列回路を形成しており、前記第１直列回路と前記第２直列回路とは、順電流がそれぞれを分流するように互いに並列接続されており、前記第１磁電変換素子部の再結合層と前記第３磁電変換素子部の再結合層との各々は、対応する高抵抗領域の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視右側に位置する側面の少なくとも一部に形成されており、前記第２磁電変換素子部の再結合層と前記第４磁電変換素子部の再結合層との各々は、対応する高抵抗領域の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視左側に位置する側面の少なくとも一部に形成されているものである。
【００２２】
本発明のうち第８の態様に係るものは磁気検出装置であって、平板状の半導体基板と、該半導体基板の第１の主面側に設けられる磁電変換素子と、前記半導体基板の第１の主面側に前記磁電変換素子と対向するように設けられる第１の磁性体部と、前記半導体基板の第２の主面側に設けられる第２の磁性体部とを備え、前記第１及び第２の磁性体部は、前記磁電変換素子を挟んで対向する部位間の間隔がその他の対向部位間の間隔よりも小さく設定され、前記半導体基板は、第２の主面側から第１の主面に向けて凹所が設けられ、該凹所の底部が前記磁電変換素子に対向し且つ該底部を囲む前記凹所の周壁部が第１及び第２の主面の法線方向と略平行に形成されるとともに、前記第２の磁性体部が少なくとも前記底部を覆うように形成されたことを特徴とするものである。
【００２３】
本発明のうち第９の態様に係るものは第８の態様に係る磁気検出装置であって、前記第１又は第２の磁性体部の少なくとも何れか一方が略平坦に形成されたことを特徴とするものである。
【００２４】
本発明のうち第１０の態様に係るものは第８又は第９の態様に係る磁気検出装置であって、前記第１及び第２の磁性体部は、前記磁電変換素子を挟んで対向する部位が互いに近づく向きに凸となる形状に形成されたことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明のうち第１１の態様に係るものは第８乃至第１０の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第２の磁性体部が前記凹所の底部並びに周壁部を覆うように形成されたことを特徴とするものである。
【００２６】
本発明のうち第１２の態様に係るものは第８乃至第１１の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第１及び第２の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する対向部位が平坦且つ互いに略平行となる形状に形成されたことを特徴とするものである。
【００２７】
本発明のうち第１３の態様に係るものは第８乃至第１２の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第１及び第２の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する対向部位の少なくとも何れか一方が、前記磁電変換素子の磁気を検知する部位の当該対向部位への投影面積よりも小さい若しくは同じ面積を有することを特徴とするものである。
【００２８】
本発明のうち第１４の態様に係るものは第８乃至第１２の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第１及び第２の磁性体部における前記磁電変換素子を挟んで対向する両対向部位が、前記磁電変換素子の磁気を検知する部位の当該対向部位への投影面積以上の面積を有することを特徴とするものである。
【００２９】
本発明のうち第１５の態様に係るものは第８乃至第１４の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板は主要面方位が（１００）のシリコン単結晶基板からなり、前記凹所の開口面側の部位が異方性エッチングにより形成されたことを特徴とするものである。
【００３０】
本発明のうち第１６の態様に係るものは第８乃至第１５の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、３次元直交座標系の各軸方向における磁気を検知する３つの前記磁電変換素子が前記半導体基板に設けられたことを特徴とするものである。
【００３１】
本発明のうち第１７の態様に係るものは磁気検出装置であって、互いに平行な第１主面と第２主面とを有し、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に凹部が選択的に形成されている半導体基板と、前記半導体基板の上に形成され前記半導体基板の法線方向に感度軸が設定された第１磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され前記第１磁電変換素子の感度軸に垂直な方向に感度軸が設定された第２磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され前記第１磁電変換素子の感度軸と前記第２磁電変換素子の感度軸との双方に垂直な方向に感度軸が設定された第３磁電変換素子と、前記第１磁電変換素子の感度軸と直交し前記第１磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第１対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第１対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第１主面の側と前記第２主面の側とに形成された一対の磁性体対部と、前記一対の磁性体対部の一方である第１磁性体部と共同して前記第２磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成された第２磁性体部と、前記第１磁性体部と共同して前記第３磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成された第３磁性体部とを備え、前記第１磁性体部と前記第２磁性体部とは、前記第２磁電変換素子の感度軸と直交し前記第２磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第２対向面対を有し、前記第２対向面対において互いが最近接するように形成されており、前記第１磁性体部と前記第３磁性体部とは、前記第３磁電変換素子の感度軸と直交し前記第３磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第３対向面対を有し、前記第３対向面対において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする。
【００３２】
本発明のうち第１８の態様に係るものは第１７の態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の上に形成された第４磁性体部を更に備え、前記第１乃至第４磁性体部は、前記法線方向に沿った軸である対称軸の周りに１／４回転対称となるように、形状及び位置が定められていることを特徴とする。
【００３３】
本発明のうち第１９の態様に係るものは第１８の態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の上に形成され前記第３磁電変換素子の感度軸と同一方向に感度軸が設定された第４磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され前記第２磁電変換素子の感度軸と同一方向に感度軸が設定された第５磁電変換素子とを更に備え、前記第２磁性体部と第４磁性体部とは、前記第４磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成され、且つ前記第４磁電変換素子の感度軸と直交し前記第４磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第４対向面対を有し、前記第４対向面対において互いが最近接するように形成されており、前記第３磁性体部と第４磁性体部とは、前記第５磁電変換素子を挟むように前記半導体基板の上に形成され、且つ前記第５磁電変換素子の感度軸と直交し前記第５磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第５対向面対を有し、前記第５対向面対において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする。
【００３４】
本発明のうち第２０の態様に係るものは第１８又は第１９の態様に係る磁気検出装置であって、前記凹部が、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に選択的に複数個形成されており、前記磁気検出装置は、前記半導体基板の上に形成され前記半導体基板の法線方向に感度軸が設定された第６磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され、前記第１磁性体部と対をなす前記磁性体対部の他方である第５磁性体部と共に前記対称軸の周りに１／２回転対称となるように、形状及び位置が定められている第６磁性体部とを更に備え、前記第４磁性体部と前記第６磁性体部とは、前記第６磁電変換素子の感度軸と直交し前記第６磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第６対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第６対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第１主面と前記第２主面との一方側と他方側とに形成されていることを特徴とする。
【００３５】
本発明のうち第２１の態様に係るものは第２０の態様に係る磁気検出装置であって、前記凹部が、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に選択的に４個以上形成されており、前記磁気検出装置は、前記半導体基板の上に形成され前記法線方向に感度軸が設定された第７磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成され前記法線方向に感度軸が設定された第８磁電変換素子と、前記半導体基板の上に形成された第７磁性体部と、前記半導体基板の上に形成された第８磁性体部とを更に備え、前記第２磁性体部と前記第７磁性体部とは、前記第７磁電変換素子の感度軸と直交し前記第７磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第７対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第７対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第１主面と前記第２主面の一方側と他方側とに形成されており、前記第３磁性体部と前記第８磁性体部とは、前記第８磁電変換素子の感度軸と直交し前記第８磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面である第８対向面対を有し、少なくとも一方が前記凹部を覆うように形成されることにより前記第８対向面対において互いが最近接するように前記半導体基板の上の前記第１主面と前記第２主面との一方側と他方側とに形成されており、前記第５乃至第８磁性体部は、前記対称軸の周りに１／４回転対称となるように、形状及び位置が定められていることを特徴とする。
【００３６】
本発明のうち第２２の態様に係るものは第２０又は第２１の態様に係る磁気検出装置であって、前記第５磁性体部と前記第６磁性体部とは、互いに分離されていることを特徴とする。
【００３７】
本発明のうち第２３の態様に係るものは第１７乃至第２２の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記凹部は前記第２主面に選択的に形成されており、前記第１乃至第３磁電変換素子は、前記第１主面側に形成されており、前記第１乃至第３磁性体部は前記第１主面に沿って略平板状に形成されていることを特徴とする。
【００３８】
本発明のうち第２４の態様に係るものは第２３の態様に係る磁気検出装置であって、前記第１乃至第３磁性体部の各々は、前記法線方向に段差を有することを特徴とする。
【００３９】
本発明のうち第２５の態様に係るものは第２３又は第２４の態様に係る磁気検出装置であって、前記第１磁性体部は、前記第２対向面対の一方に隣接する領域であって前記第２磁電変換素子に近接するほど前記第２磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有するとともに、前記第３対向面対の一方に隣接する領域であって前記第３磁電変換素子に近接するほど前記第３磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有し、前記第２磁性体部は、前記第２対向面対の他方に隣接する領域であって前記第２磁電変換素子に近接するほど前記第２磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有し、前記第３磁性体部は、前記第３対向面対の他方に隣接する領域であって前記第３磁電変換素子に近接するほど前記第３磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する領域を有していることを特徴とする。
【００４０】
本発明のうち第２６の態様に係るものは第２３又は第２４の態様に係る磁気検出装置であって、前記第１磁性体部は、前記第２対向面対の一方に隣接する領域であって前記第２磁電変換素子に近接するほど前記第２磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有するとともに、前記第３対向面対の一方に隣接する領域であって前記第３磁電変換素子に近接するほど前記第３磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有し、前記第２磁性体部は、前記第２対向面対の他方に隣接する領域であって前記第２磁電変換素子に近接するほど前記第２磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有し、前記第３磁性体部は、前記第３対向面対の他方に隣接する領域であって前記第３磁電変換素子に近接するほど前記第３磁電変換素子の感度軸に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する領域を有していることを特徴とする。
【００４１】
本発明のうち第２７の態様に係るものは第２３乃至第２６の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板がＳＯＩ基板であって、前記第１乃至第３磁性体部の各々は、ＳＯＩ層に形成されていることを特徴とする。
【００４２】
本発明のうち第２８の態様に係るものは第１７乃至第２２の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記凹部は前記第１主面に選択的に３個以上形成されており、前記第１乃至第３磁性体部は、前記凹部を個別に覆うように形成されており、前記第１磁性体部と対をなす前記磁性体対部の他方は、前記第２主面に沿って略平板状に形成されていることを特徴とする。
【００４３】
本発明のうち第２９の態様に係るものは第２０乃至第２２、及び第２８の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の平面視輪郭が矩形であり、前記凹部の各々の開口部の輪郭が、前記半導体基板の平面視輪郭と各辺が互いに平行な矩形であることを特徴とする。
【００４４】
本発明のうち第３０の態様に係るものは第２８の態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の平面視輪郭が矩形であり、前記凹部の各々の開口部の輪郭が、前記半導体基板の平面視輪郭と各辺が互いに４５°の角度で傾いている矩形であることを特徴とする。
【００４５】
本発明のうち第３１の態様に係るものは第１７乃至第３０の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記第２磁電変換素子が感度軸を同一方向とする複数の磁電変換素子である第１素子群を有しており、前記第２対向面対が前記第１素子群に個別に対向する複数の対向面対に分割配置されており、前記第３磁電変換素子が感度軸を同一方向とする複数の磁電変換素子である第２素子群を有しており、前記第３対向面対が前記第２素子群に個別に対向する複数の対向面対に分割配置されていることを特徴とする。
【００４６】
本発明のうち第３２の態様に係るものは磁気検出装置であって、主面を有する半導体基板と、前記主面側の前記半導体基板の上に形成され前記主面に沿った方向に感度軸が設定された磁電変換素子と、前記主面の法線方向に段差を有する略平板状であって、前記主面側の前記半導体基板の上に形成された第１磁性体部と、前記法線方向に段差を有する略平板状であって、前記第１磁性体部と共同して前記磁電変換素子を挟むように前記主面側の前記半導体基板の上に形成された第２磁性体部とを備え、前記第１磁性体部と前記第２磁性体部とは、前記磁電変換素子の感度軸と直交し前記磁電変換素子を挟んで対向する一対の対向面を有し、前記一対の対向面において互いが最近接するように形成されていることを特徴とする。
【００４７】
本発明のうち第３３の態様に係るものは第１７乃至第３２の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の平面視輪郭が正方形であり、前記半導体基板の上に形成されているすべての磁電変換素子及びすべての磁性体部が、前記半導体基板の平面視輪郭における１つの対角線に対して線対称となるように形状及び位置を設定されていることを特徴とする。
【００４８】
本発明のうち第３４の態様に係るものは第８乃至第３３の何れかの態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体基板の上に形成されているすべての磁電変換素子が半導体ダイオード磁気センサであることを特徴とする。
【００４９】
本発明のうち第３５の態様に係るものは第３４の態様に係る磁気検出装置であって、前記半導体ダイオード磁気センサのうち、前記半導体基板の主面の法線方向を感度軸の方向とするものが、本発明の磁電変換素子であることを特徴とする。
【００５０】
本発明のうち第３６の態様に係るものは地磁気センサであって、本発明に係る磁気検出装置と、前記磁気検出装置の出力信号を増幅する増幅器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の第１乃至第７の何れかの態様に係る磁電変換素子によれば、アノード領域とカソード領域との間に順バイアスが印加されると、高抵抗領域に電子及び正孔の二重注入状態が形成される。この状態で外部磁界が印加されると、高抵抗領域を流れるキャリアは、半導体基板の主面に垂直な磁界成分に起因するローレンツ力によって、進行方向が高抵抗領域の側面に向かうように曲げられる。磁界成分の向きに応じて、キャリアの進行方向は再結合層が形成されている高抵抗領域の一側面と反対側面との何れかに向かうように曲げられる。キャリアの進行方向が再結合層へ向かうように曲げられると、キャリアの再結合が促進されるために、磁電変換素子の抵抗が高くなり、逆に再結合層の反対側へ向かうように曲げられると、磁電変換素子の抵抗が低くなる。即ち、本発明の磁電変換素子によれば、磁電変換素子の抵抗或いは順電流の大きさを通じて、半導体基板の主面に垂直な磁界成分の大きさ及び向きを検出することができる。従って、本発明の磁電変換素子は、本発明の磁気検出装置のように、半導体基板の主面に垂直な方向を感度軸の方向に含む磁気検出装置への利用に適している。
【００５２】
本発明の第８の態様に係る磁気検出装置によれば、第１及び第２の磁性体部によって磁電変換素子を通過する磁束の収束効果が大きくなり、しかも、底部に第２の磁性体部が形成される凹所は、その周壁部が第１及び第２の主面の法線方向と略平行となるように形成されているため、凹所の開口面積を極力小さくすることができて機械的強度が向上する。更に、凹所の開口面積が第２の磁性体部が形成される底部の面積とほぼ等しくなるから、半導体基板の面積を比較的自由に設計することができる。
【００５３】
本発明の第９の態様に係る磁気検出装置によれば、略平坦に形成することで磁性体部の構造設計及び製造が容易になる。
【００５４】
本発明の第１０の態様に係る磁気検出装置によれば、第１及び第２の磁性体部の磁電変換素子に対向する部位における距離がその他の部位における距離よりも近くなるから、前記対向部位における磁路の磁気抵抗を前記他の部位における磁路の磁気抵抗よりも容易に低下させることができ、その結果、前記対向部位を通過する磁束密度を増大させて磁気感度の向上が図れる。
【００５５】
本発明の第１１の態様に係る磁気検出装置によれば、第２の磁性体部内における磁路の断面積が大きくなり、第２の磁性体部内の磁気抵抗を低減して外部の磁気抵抗との差を大きくすることができるため、第２の磁性体部から漏れる磁束を抑制し、より効果的に磁電変換素子に磁束を収束することができる。
【００５６】
本発明の第１２の態様に係る磁気検出装置によれば、第１及び第２の磁性体部における対向部位間では法線方向に沿った平行磁界となるから、収束された磁界の方向を磁電変換素子の感度軸に一致させて効率的に感度を向上させることができる。
【００５７】
本発明の第１３の態様に係る磁気検出装置によれば、第１及び第２の磁性体部で収束される磁束のほぼ全てが磁電変換素子の磁気検知部位を通過することになるから、効率的に感度を向上させることができる。
【００５８】
本発明の第１４の態様に係る磁気検出装置によれば、製造過程において第１及び第２の磁性体部の対向部位に位置ずれが生じた場合でも磁電変換素子の磁気検知部位のほぼ全面に対して感度軸に一致した磁束を通過させることができ、製造時における特性のばらつきが低減できる。
【００５９】
本発明の第１５の態様に係る磁気検出装置によれば、磁束の収束効果や面積効率を損なうことなく、より容易な工程でスループットの高い製造が可能になる。
【００６０】
本発明の第１６の態様に係る磁気検出装置によれば、３軸方向の磁気が検出可能な小型の磁気検出装置が実現できる。
【００６１】
本発明の第１７乃至第３３の何れかの態様に係る磁気検出装置によれば、第１磁性体部は、一対の磁性体対部を形成することにより第１磁電変換素子の感度軸方向の磁束を第１磁電変換素子へ集束させると同時に、第２磁性体部と共同して第２磁電変換素子の感度軸方向の磁束を第２磁電変換素子へ集束させ、第３磁性体部と共同して第３磁電変換素子の感度軸方向の磁束を第３磁電変換素子へ集束させる。このため、小さい寸法で直交３軸方向の磁気検出が可能な磁気検出装置が実現する。しかも、当該装置は単一の半導体基板によって直交３軸方向の磁気検出を可能にするので、電子コンパス等への利用の際に軸合わせ等が必要でなく、精度の高い磁気検出が可能となる。
【００６２】
又、本発明の第３４又は第３５の態様に係る磁気検出装置によれば、磁電変換素子として半導体ダイオード磁気センサが用いられるので、小型で低消費電力の磁気検出装置が実現する。
【００６３】
更に、本発明の第３６の態様に係る地磁気センサは、本発明に係る磁気検出装置を備えるので、精度の高い地磁気の検出を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による磁電変換素子の構成を示す図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。図１（ａ）は基板と磁電変換素子とを含む構造体の斜視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’切断線に沿った構造体の断面図である。又、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’切断線に沿った構造体の断面図である。この磁電変換素子１７１は、半導体基板１０６の上に形成されている。半導体基板１０６は、シリコン単結晶基板として形成されている。
【００６５】
磁電変換素子１７１は、ダイオード磁気センサとして形成されており、ｐ＋型のアノード領域１０２、ｎ＋型のカソード領域１０３及び、それらに挟まれたｐ−型の高抵抗領域１０１を有している。磁電変換素子１７１は、アノード領域１０２、高抵抗領域１０１及びカソード領域１０３の順に、直線軸に沿って延在するように形成されている。高抵抗領域１０１は、ｉ型、即ち真性半導体であってもよく、又ｎ−型であっても良い。アノード領域１０２とカソード領域１０３とを結ぶ高抵抗領域１０１の一側面には、再結合層１０４が形成されている。再結合層１０４は、高抵抗領域１０１の一方の側面に、格子欠陥等のキャリアの再結合中心を導入することにより形成されるもので、キャリアの再結合を促す層として機能する。
【００６６】
磁電変換素子１７１を用いるには、アノード領域１０２とカソード領域１０３との間に順バイアスが印加される。それにより、高抵抗領域１０１にキャリアの二重注入状態が形成される。この状態で、外部磁界Ｈが半導体基板１０６の主面に垂直な方向に印加されると、二重注入キャリアである電子と正孔とが、外部磁界Ｈに起因するローレンツ力によって進行方向を曲げられる。外部磁界Ｈの向きが図示の向きであれば、電子と正孔とは再結合層１０４の側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が促進されるので、ダイオード抵抗が高くなる。それにより、アノード領域１０２からカソード領域１０３へ流れる順電流が減少する。
【００６７】
一方、外部磁界Ｈの向きが図示の向きとは逆向きであれば、電子と正孔とは再結合層１０４の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が起こり難くなるので、ダイオード抵抗が低くなる。それにより、アノード領域１０２からカソード領域１０３へ流れる順電流が増加する。
【００６８】
従って、磁電変換素子１７１を用いることにより、順電流の変化を通じて半導体基板１０６の主面に垂直な外部磁界Ｈの大きさと向きを検出することができる。言い換えると、磁電変換素子１７１を用いることにより、任意の方向を向いた外部磁界のうち、半導体基板１０６の主面に垂直な方向の磁界成分Ｈを検出することができる。即ち、磁電変換素子１７１の感度軸の方向は、従来技術によるダイオード磁気センサ１６０とは異なり、半導体基板１０６の主面に垂直な方向である。また、磁電変換素子１７１は、小型に形成することができ、且つ消費電力が低いというダイオード磁気センサ特有の利点を保有している。従って、磁電変換素子１７１は、実施形態７以下に述べる磁気検出装置への利用に好適である。
【００６９】
再結合層１０４を形成するためには、例えば、磁電変換素子１７１に対応する島状部分を半導体基板１０６の主面に形成した後に、半導体基板１０６の主面の上に図略のレジスト膜を塗布し、当該レジスト膜のうちに、高抵抗領域１０１の一方側面が露出するように開口部を形成するとよい。次に、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスと少量の酸素（Ｏ２）ガスを流しつつ、開口部を通じて半導体基板１０６の主面を選択的にスパッタすることにより、再結合層１０４を形成することができる。又、溶液を利用することにより、開口部を通じて半導体基板１０６の主面を化学的に荒らすことによっても、再結合層１０４を形成することができる。また、物理的なスパッタリングと化学的な反応との双方を組み合わせることにより、再結合層１０４を形成することも可能である。
【００７０】
或いは、金（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）を開口部を通じて半導体基板１０６の主面へ選択的に注入又は拡散させることにより、半導体基板１０６の主面へ選択的にキラーセンターを導入し、それにより再結合層１０４を形成することも可能である。アルゴンガスのイオンによるスパッタリングを通じて、半導体基板１０６の主面に選択的に欠陥を形成した後に、熱拡散を施すことにより欠陥の付近を部分酸化したり、薬品処理を施すことにより、結晶化による経時変化を抑制ないし防止することができる。
【００７１】
アノード領域１０２は、例えば、アノード領域１０２を形成すべき部位に開口部を有する図略のレジスト膜を、半導体基板１０６の主面の上に形成し、当該開口部を通じてｐ型不純物を導入することにより形成することができる。同様に、カソード領域１０３は、例えば、カソード領域１０３を形成すべき部位に開口部を有する図略のレジスト膜を、半導体基板１０６の主面の上に形成し、当該開口部を通じてｎ型不純物を導入することにより形成することができる。再結合層１０４、アノード領域１０２、及びカソード領域１０３を形成する順序は、何れが先であっても良い。
【００７２】
アノード領域１０２及びカソード領域１０３を形成した後、或いはその前に、図１に示すように、半導体基板１０６のうちの磁電変換素子１７１に対応する部分の周辺領域（以下、単に「周辺領域」と仮称する）を除去することにより、磁電変換素子１７１に対応する部分が島状に形成される。磁電変換素子１７１を島状に形成することにより、アノード領域１０２とカソード領域１０３とに順バイアスが印加されたときに、それらの間を流れる順電流は、高抵抗領域１０１のみを通じて流れることとなる。それにより、磁電変換素子１７１の外部磁界Ｈに対する感度が向上する。
【００７３】
半導体基板１０６のうちの周辺領域を除去するには、垂直深掘技術であるＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma；誘導結合プラズマ）エッチング技術を用いることができる。この技術を用いることによって、エッチング側面が半導体基板１０６の主面に略垂直な壁面となる。それにより、小型の磁電変換素子１７１を得ることができる。ここで、「略垂直」とは、製造工程上の精度の範囲内で垂直の意である。
【００７４】
半導体基板１０６のうち、再結合層１０４の周囲のみを除去し、それ以外の周辺領域を除去することなく、そのまま残しても良い。この場合には、磁電変換素子１７１は島状に形成されることなく半導体基板１０６の主面の一部を占めることとなる。又、この場合には、半導体基板１０６の主面のうち除去されない周辺領域にイオン注入を施すことにより、周辺領域を真性半導体と同等の高抵抗にしたり、或いは、周辺領域に部分酸化を施すことにより周辺領域を絶縁体とするのが望ましい。それにより、順バイアスの印加によってアノード領域１０２からカソード領域１０３へ流れる順電流のうち、高抵抗領域１０１以外の領域を通じて流れる成分を、高抵抗領域１０１を通じて流れる成分に比べて無視できるほどの大きさに抑えることができる。即ち、磁電変換素子１７１の外部磁界Ｈに対する感度を高めることができる。
【００７５】
なお、図１に示すように、再結合層１０４は、高抵抗領域１０１の一側面の全体にわたって形成されるのが望ましいが、高抵抗領域１０１の一側面のうちの一部に形成されても、外部磁界Ｈを検出する機能は相応に得られる。
【００７６】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２による磁電変換素子の構成を示す図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。図２（ａ）は基板と磁電変換素子とを含む構造体の斜視図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’切断線に沿った構造体の断面図である。又、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’切断線に沿った構造体の断面図である。この磁電変換素子１７２は、その側面が半導体基板１０６の主面に対して傾斜している点において、図１に示した磁電変換素子１７１とは異なっている。
【００７７】
例えば、半導体基板１０６の主面の上に、磁電変換素子１７２に対応する部分を覆う図略のレジスト膜を形成した後に、溶液を用いた異方性エッチングを施すことにより、磁電変換素子１７２の側面を傾斜面として形成することができる。溶液として、例えば、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、或いはＴＭＡＨ（ハイドロオキサイド）を用いることができる。例えば、単結晶シリコンである半導体基板１０６の主面、即ち（１００）面をエッチングすると、半導体基板１０６の主面に対して５４．７４°の角度をもった（１１１）面が、磁電変換素子１７２の側面として得られる。
【００７８】
このように磁電変換素子１７２の側面が、半導体基板１０６の主面の斜め上方を向く傾斜面として形成されるので、半導体基板１０６の主面の上方から見たときの高抵抗領域１０１の側面の投影面積が、磁電変換素子１７１の場合に比べて大きくなる。このため、アルゴンガスを用いたスパッタリング等によって再結合層１０４を形成する工程が、より簡易となる。
【００７９】
（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３による磁電変換素子の構成を示す斜視図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。この磁電変換素子１７３は、互いに直列に接続された一対の磁電変換素子１７１を有する点において、図１に示した磁電変換素子１７１とは異なっている。一対の磁電変換素子１７１は、順電流が互いに逆向きの略平行に流れるように、半導体基板１０６の主面に配置されている。ここで、「略平行」とは、製造工程上の精度の範囲内で平行の意である。
【００８０】
又、一対の磁電変換素子１７１の高抵抗領域１０１は、互いに横に並ぶように形成されている。更に、一対の磁電変換素子１７１の再結合層１０４は、互いに逆向きに形成され、図３では特に、一対の高抵抗領域１０１の互いに対向する側面に形成されている。一対の磁電変換素子１７１の一方のアノード領域１０２と他方のカソード領域１０３とは、例えばアルミニウム等の導電体を材料とする接続配線１０７により電気的に接続されている。それにより、一対の磁電変換素子１７１は、順電流が共通に流れるように直列接続されている。アルミニウム等による配線技術自体は従来周知であるので、図３では、接続配線１０７の形状を模式的に描いている。
【００８１】
磁電変換素子１７３に順バイアスを印加した状態で、外部磁界Ｈが半導体基板１０６の主面に垂直な方向に印加されると、二重注入キャリアである電子と正孔とが、外部磁界Ｈに起因するローレンツ力によって進行方向を曲げられる。外部磁界Ｈの向きが図示の向きであれば、一対の磁電変換素子１７１の何れにおいても、電子と正孔とは再結合層１０４の側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が促進されるので、ダイオード抵抗が高くなる。それにより、磁電変換素子１７３を流れる順電流が減少する。
【００８２】
一方、外部磁界Ｈの向きが図示の向きとは逆向きであれば、電子と正孔とは再結合層１０４の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、キャリアの再結合が起こり難くなるので、ダイオード抵抗が低くなる。それにより、磁電変換素子１７３を流れる順電流が増加する。従って、磁電変換素子１７３を用いることにより、磁電変換素子１７１及び１７２と同様に、電流変化を通じて半導体基板１０６の主面に垂直な外部磁界Ｈの大きさ及び向きを検出することができる。
【００８３】
磁電変換素子１７１及び１７２においては、外部磁界Ｈに対する感応部に相当する再結合層１０４を、高抵抗領域１０１の一側面に精度良く形成することが重要となる。再結合層１０４の位置に変動があると、それに伴って外部磁界Ｈに対する感度が変動する。これに対して、磁電変換素子１７３では、再結合層１０４を形成する際に用いられる図略のレジスト膜にリソグラフィを用いてパターン転写するためのマスクに位置ずれがあっても、磁電変換素子１７３の全体としては、位置ずれの影響を相殺することができる。
【００８４】
より具体的には、マスクずれによって、一対の磁電変換素子１７１のうちの一方の再結合層１０４が目標よりも厚さＤだけ厚く形成されるときには、他方の再結合層１０４が目標よりも厚さＤだけ薄く形成されることとなる。その結果、磁電変換素子１７３の全体としては、同一の外部磁界Ｈに対して、目標通りの順電流が流れることとなる。このように磁電変換素子１７３は、マスクずれによる感度の変動を抑制するので、精度の高い磁界検出を実現する。
【００８５】
再結合層１０４は、一対の高抵抗領域１０１のうち、互いに外側を向いた側面に形成することもできる。この場合においても、マスクずれによる感度の変動を抑制する効果は、同様に得られる。又、一対の磁電変換素子１７１の代わりに、一対の磁電変換素子１７２を用いても、同様の効果を得ることができる。
【００８６】
（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態４による磁電変換素子の構成を示す斜視図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。この磁電変換素子１７４は、半導体基板１０６の主面に平面視略コ字形に形成されている点において、図１に示した磁電変換素子１７１とは異なっている。平面視略コ字形の磁電変換素子１７４の一対の脚部の一方先端部にアノード領域１０２が形成され、他方先端部にカソード領域１０３が形成されている。アノード領域１０２とカソード領域１０３とを連結する高抵抗領域１０１のうち、一対の脚部にあって且つ互いに対向する側面に、再結合層１０４が形成されている。
【００８７】
磁電変換素子１７４に順バイアスを印加した状態で、外部磁界Ｈが半導体基板１０６の主面に垂直な方向、且つ図示の向きに印加されると、一対の脚部の何れにおいても、電子と正孔とは再結合層１０４の側に進行方向を曲げられる。その結果、磁電変換素子１７４を流れる順電流が減少する。一方、外部磁界Ｈの向きが図示の向きとは逆向きであれば、電子と正孔とは再結合層１０４の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、磁電変換素子１７４を流れる順電流が増加する。従って、磁電変換素子１７４を用いることにより、磁電変換素子１７１〜１７３と同様に、電流変化を通じて半導体基板１０６の主面に垂直な外部磁界Ｈの大きさ及び向きを検出することができる。
【００８８】
磁電変換素子１７４も、磁電変換素子１７３と同様の効果により、マスクずれによる感度の変動を抑制するので、精度の高い磁界検出を実現する。又、再結合層１０４は、高抵抗領域１０１のうち、一対の脚部にあって且つ互いに外側を向いた側面に形成することもできる。この場合においても、マスクずれによる感度の変動を抑制する効果は、同様に得られる。更に、磁電変換素子１７４の側面を、磁電変換素子１７２の場合と同様に、半導体基板１０６の主面に対して傾斜した壁面として形成しても、同様の効果を得ることができる。
【００８９】
磁電変換素子１７４の形状は、一対の脚部が平行であることが本質である。従って、磁電変換素子１７４の平面視輪郭は、厳密に「コ」文字形状である必要はなく、互いに平行な一対の脚部とそれらの連結部とを有する形状であって、近似的に「コ」文字形状をなすものであってもよい。又、一対の脚部は、製造工程上の精度の範囲内で平行であってよい。「略コ字形」とは、このような形状を含む趣旨である。従って、「略コ字形」は「Ｕ字形」を含む。
【００９０】
（実施形態５）
図５は、本発明の実施形態５による磁電変換素子の構成を示す斜視図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。この磁電変換素子１７５は、ホイーストンブリッジを形成するように接続された４個の磁電変換素子１７１を有する点において、図１に示した磁電変換素子１７１とは異なっている。４個の磁電変換素子１７１には、互いを区別するために、符号１７１Ａ〜１７１Ｄが付されている。また、４個の磁電変換素子１７１を互いに接続する４個の接続配線１０７には、互いを区別するために符号１０７Ａ〜１０７Ｄが付されている。なお、図５においても、接続配線１０７Ａ〜１０７Ｄは、図３の接続配線１０７と同様に模式的に描かれている。
【００９１】
磁電変換素子１７１Ａ及び１７１Ｄは、同一の順電流が流れるように接続配線１０７Ｄによって互いに直列接続されている。又、磁電変換素子１７１Ｂ及び１７１Ｃは、同一の順電流が流れるように接続配線１０７Ｂによって互いに直列接続されている。更に、磁電変換素子１７１Ａ及び１７１Ｄによる直列回路と、磁電変換素子１７１Ｂ及び１７１Ｃによる直列回路とは、順電流がそれぞれを分流するように接続配線１０７Ａ及び１０７Ｃによって互いに並列に接続されている。即ち、磁電変換素子１７５を図１９に示すホイーストンブリッジに対比するならば、磁電変換素子１７１Ａ〜１７１Ｄは素子Ｒ１〜Ｒ４にそれぞれ対応する。
【００９２】
磁電変換素子１７１Ａと１７１Ｃとにおいては、高抵抗領域１０１の一対の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視右側に位置する側面に再結合層１０４が形成されている。一方、磁電変換素子１７１Ｂと１７１Ｄとにおいては、高抵抗領域１０１の一対の側面のうち、順電流の進行方向に対して平面視左側に位置する側面に再結合層１０４が形成されている。図５の例では、４個の磁電変換素子１７１Ａ〜１７１Ｄは、アノード領域１０２とカソード領域１０３とを結ぶ軸が互いに平行となるように配置されているが、磁電変換素子１０５がホイーストンブリッジとして機能する上で、必ずしも平行であることを要しない。
【００９３】
接続配線１０７Ａから接続配線１０７Ｃへ電流を供給することにより磁電変換素子１７５に順バイアスを印加した状態で、外部磁界Ｈが半導体基板１０６の主面に垂直な方向、且つ図示の向きに印加されると、磁電変換素子１７１Ｂ及び１７１Ｄでは、電子と正孔とは再結合層１０４の側に進行方向を曲げられる。その結果、磁電変換素子１７１Ｂ及び１７１Ｄではダイオード抵抗が高くなる。一方、磁電変換素子１７１Ａ及び１７１Ｃでは、電子と正孔とは再結合層１０４の反対側に進行方向を曲げられる。その結果、磁電変換素子１７１Ａ及び１７１Ｃではダイオード抵抗が低くなる。従って、外部磁界Ｈの強度に応じて、一対の接続配線１０７Ｂ及び１０７Ｄの間には電位差が発生する。このときの電位は、接続配線１０７Ｄの方が接続配線１０７Ｂよりも高くなる。
【００９４】
外部磁界Ｈの向きが図示の向きとは逆向きであれば、上記とは逆に、磁電変換素子１７１Ｂ及び１７１Ｄではダイオード抵抗が低くなり、磁電変換素子１７１Ａ及び１７１Ｃではダイオード抵抗が高くなる。その結果、外部磁界Ｈの強度に応じて、一対の接続配線１０７Ｂ及び１０７Ｄの間には電位差が発生する。このときの電位は、接続配線１０７Ｂの方が接続配線１０７Ｄよりも高くなる。即ち、磁電変換素子１７５に順電流を供給することにより、半導体基板１０６の主面に垂直な外部磁界Ｈの大きさと向きとを反映した電位差を、一対の接続配線１０７Ｂ及び１０７Ｄから取り出すことができる。
【００９５】
磁電変換素子１７５は、４個の磁電変換素子１７１を用いてホイーストンブリッジを形成するので、外部磁界Ｈに対する感度が高く、且つ、温度特性等によるオフセットを相殺して精度の高い磁界検出を実現する。なお、４個の磁電変換素子１７１Ａ〜１７１Ｄの各々を磁電変換素子１７２〜１７４の何れかに置き換えても、同様の効果を得ることができる。又、４個の磁電変換素子１７１Ａ〜１７１Ｄのうち、１〜３個の磁電変換素子を抵抗素子に置き換えても、外部磁界Ｈの検出は可能である。
【００９６】
（実施形態６）
図６は、本発明の実施形態６による磁電変換素子の構成を示す斜視図であり、基板とその上に形成された磁電変換素子とを描いている。この磁電変換素子１７６は、単結晶シリコンを材料とする支持基板１７７の上に形成された二酸化シリコンを材料とする埋込絶縁膜１０８の上に形成されている。即ち、ダイオード磁気センサ１７６は、ＳＯＩ（Semiconductor On  Insulator）基板として形成された半導体基板１７８のうちの単結晶シリコン薄膜層であるＳＯＩ層１７９に形成されている。図６では、磁電変換素子１７６は磁電変換素子１７１と同様の構造を有しているが、磁電変換素子１７２〜１７５の何れかと同様に構成することも可能である。
【００９７】
磁電変換素子１７６は、ＳＯＩ層１７９に形成されているので、同一のＳＯＩ層１７９の中に磁電変換素子１７６の駆動回路、増幅回路或いは補償回路等の周辺回路を集積回路として形成することができる。更に、磁電変換素子１７６の周囲においてＳＯＩ層１７９を選択的に除去することにより、磁電変換素子１７６を他の回路部分から容易にかつ高抵抗で電気的に分離することができる。それにより、他の回路部分からの電流の流れ込み等によるノイズの影響を低く抑えることができる。
【００９８】
ＳＯＩ基板として、シリコンと格子定数が整合する絶縁基板であるサファイア基板の上にシリコンをエピタキシャル成長させたものを用い、このエピタキシャル成長層に磁電変換素子１７６を形成しても良い。又、ＳＯＩ基板に代えて、半導体基板の上に単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させた、いわゆるエピ基板を用い、エピタキシャル成長層に磁電変換素子１７６を形成しても良い。更に、ＳＯＩ基板に代えて、素子間を誘電体分離したＤＩ基板を用いても良い。
【００９９】
（実施形態７）
以下、本発明の実施の形態による磁気検出装置について説明する。但し、本発明の磁気検出装置は、磁電変換素子に磁気を収束させる構造に特徴を有するものであるから、磁電変換素子の種類は半導体基板に形成可能な素子、例えば、ダイオード磁気センサの他、ＭＲ素子、ホール素子、磁気インピーダンス素子、或いはフラックスゲート素子などが利用可能である。ダイオード磁気センサのうち、感度軸が基板の主面に垂直な方向に設定されるものについては、実施形態１〜６によるダイオード磁気センサである磁電変換素子１７１〜１７６を利用することができ、感度軸が基板の主面に沿った方向に設定されるものについては、特許文献２に開示されるダイオード磁気センサ１６０を利用することができる。
【０１００】
実施形態７による磁気検出装置Ａ１は、図７に示すようにシリコン基板からなる支持基板２０１の第１主面（図７（ｂ）における上面）側に埋込酸化膜２０２を介してｐ型のＳＯＩ層２０３が形成されたＳＯＩ基板を有し、このＳＯＩ層２０３の第１主面側から分離領域２０４によって分離形成された島状領域に磁電変換素子２０５が形成されている。この磁電変換素子２０５は、ｐ＋型のアノード領域２０６と、ｎ＋型のカソード領域２０７と、ｐ型の高抵抗領域２０８とを有し、アノード領域２０６とカソード領域２０７とには中間酸化膜２０９を介してアノード電極２１０とカソード電極２１１とが形成され、各電極２１０、２１１がそれぞれ中間酸化膜２０９に設けられているコンタクトホール部２０９ａ、２０９ｂを介してアノード領域２０６並びにカソード領域２０７と接続され、さらに各電極２１０、２１１の第１主面側にはこれらを保護するための保護膜２１２が形成されている。ここで本実施形態における磁電変換素子２０５は、ＳＯＩ基板上の単結晶シリコン薄膜層に形成されたｐ−ｐ−ｎダイオードの順方向二重注入を利用するものであって、二重注入キャリアである電子と正孔が磁界によるローレンツ力により曲げられ、再結合領域側に曲げられると電流が減少し、非再結合側に曲げられると電流が増加するという性質を利用して、印加磁界の向きと大きさによる電流変化を検出するものである。磁電変換素子２０５は、例えば磁電変換素子１７１である。
【０１０１】
又、支持基板２０１の第２主面（図７（ｂ）における下面）側には、酸化膜２１３の開口部をマスクとしてＩＣＰ（誘導結合プラズマ）型のエッチング装置などによって支持基板２０１を垂直方向（第２主面の法線方向）にエッチングすることで平坦な底部が磁電変換素子２０５に対向し且つ底部を囲む周壁部が第１及び第２の周面の法線方向と略平行となる有底角筒状の凹所２１４が形成されると共に、支持基板２０１の第２主面全体と凹所２１４の底部並びに周壁部の表面を覆うように磁性体膜（第２の磁性体部）２１５が形成されている。更に、支持基板２０１の第１主面側に形成されている保護膜２１２上には、本装置のチップ面積並びに磁束収束効果から適切に設計された大きさの磁性体膜（第１の磁性体部）２１６が少なくとも磁電変換素子２０５の形成領域と第１主面の法線方向において重なるように形成されている。凹所２１４の底部は埋込酸化膜２０２まで達しており、底部は磁電変換素子２０５の磁気検知領域である高抵抗領域２０８と支持基板２０１の主面の法線方向から見て重なり、且つ磁気検知領域２０８の主面への投影像を包含する寸法に形成されている。
【０１０２】
ここで、第１の磁性体部２１６は、磁電変換素子２０５並びに凹所２１４の底部を挟んで第２の磁性体部２１５と対向する部位が第２の磁性体部２１５に近づく向き（図７（ｂ）における下向き）に凸となる形状に形成され、この凸部２１６ａにおいて第１及び第２の磁性体部２１６、２１５の間隔が最も狭くなっている。
【０１０３】
次に、本実施形態の磁気検出装置Ａ１を地磁気などによる一定の磁界中に置いたときの磁束の変化について説明する。
【０１０４】
図８は、本実施形態の磁気検出装置Ａ１を一定の磁界中に置いた場合の磁束Ｍの様子を表した概略図である。磁束は磁気抵抗が最も小さくなる経路を選択的に通過するという性質を有するが、本実施形態の磁気検出装置Ａ１では第１及び第２の磁性体部２１６、２１５が空気中よりも透磁率が極めて大きい領域を形成し、磁電変換素子２０５の磁気検知部位たる高抵抗領域２０８を挟んで対向する部位において第１及び第２の磁性体部２１６、２１５の間の距離が最も近くなるため、高抵抗領域２０８を通過する経路の磁気抵抗が最も小さくなる。しかも、凹所２１４が支持基板２０１の主面の法線方向に対してほぼ平行に形成されているから、磁束Ｍは図８において破線で示した経路を通ることになる。
【０１０５】
したがって、本実施形態の磁気検出装置Ａ１においては磁束を最も効率よく収束させて磁電変換素子２０５を通過させることができるから、大きな領域（本実施形態の場合にはおおむね第１の磁性体部２１６の面積）の磁束が磁気検知領域である高抵抗領域２０８に集中することになり、エッチング溝２１９のように周壁部が支持基板２０１の主面の法線方向に対して傾けて形成される場合に比較して効率よく磁束を収束することができて感度向上が図れる。又、凹所２１４の底部が磁電変換素子２０５の磁気検知領域である高抵抗領域２０８と支持基板２０１の主面の法線方向から見て重なり、磁気検知領域である高抵抗領域２０８の主面への投影像を包含する寸法に形成されると共に、第１及び第２の磁性体部２１６、２１５がその間の距離を最小とするように形成されているから、磁電変換素子２０５の磁気検知領域である高抵抗領域２０８を通過する磁束の向きが第１及び第２の磁性体部２１６、２１５の底部と対向する部位の法線方向にほぼ一致する。よって、ほとんどの磁束が磁電変換素子２０５の感度軸方向に沿って通過することになり、磁気検出の感度が大きく且つ精度の高い検出が可能となる。
【０１０６】
このように本実施形態の磁気検出装置Ａ１では、第１及び第２の磁性体部２１６、２１５によって磁電変換素子２０５を通過する磁束Ｍの収束効果が大きくなり、しかも、底部に第２の磁性体部２１５が形成される凹所２１４は、その周壁部が支持基板２０１の第１及び第２主面の法線方向と略平行となるように形成されているため、凹所２１４の開口面積を極力小さくすることができ、従来例に比較して小型でありながら機械的強度が向上するものである。更に、凹所２１４の開口面積が第２の磁性体部２１５が形成される底部の面積とほぼ等しくなるから、支持基板２０１の面積を比較的自由に設計することができる。又、本実施の形態では第１の磁性体部２１６をほぼ平坦に形成しているから構造設計並びに製造が容易であり、第１及び第２の磁性体部２１６、２１５は、磁電変換素子２０５を挟んで対向する部位が互いに近づく向きに凸となる形状に形成されているから、第１及び第２の磁性体部２１６、２１５の磁電変換素子２０５に対向する部位における距離がその他の部位における距離よりも近くなり、対向部位における磁路の磁気抵抗を他の部位における磁路の磁気抵抗よりも容易に低下させることができ、その結果、対向部位（磁電変換素子２０５の高抵抗領域２０８）を通過する磁束密度を増大させて磁気感度の向上が図れる。
【０１０７】
又、本実施形態では第２の磁性体部２１５が凹所２１４の底部並びに周壁部を覆うように形成されているから、第２の磁性体部２１５内における磁路の断面積が大きくなり、第２の磁性体部２１５内の磁気抵抗を低減して外部の磁気抵抗との差を大きくすることができるため、第２の磁性体部２１５から漏れる磁束を抑制し、より効果的に磁電変換素子２０５に磁束を収束することができる。更に、第１及び第２の磁性体部２１６、２１５における磁電変換素子２０５を挟んで対向する対向部位が平坦且つ互いに略平行となる形状に形成されているため、対向部位間では法線方向に沿った平行磁界となるから、収束された磁界の方向を磁電変換素子２０５の感度軸に一致させて効率的に感度を向上させることができる。なお、第１及び第２の磁性体部２１６、２１５の磁電変換素子２０５を挟んで対向する部位の面積が高抵抗領域２０８に対して余裕を持った大きさに設計されているから、ＳＯＩ層２０３面側と支持基板２０１の第１主面側の加工の合わせ精度を厳密に管理する必要がなく、適当な余裕があるので製造が容易になるという利点もある。
【０１０８】
（実施形態８）
本実施形態の磁気検出装置Ａ２は、図９に示すように基本的な構造は実施形態７と共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施の形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【０１０９】
本実施形態は、磁電変換素子２０５における高抵抗領域２０８が実施形態７に比べて大きくなっており、第１及び第２の磁性体部２１６、２１５における磁電変換素子２０５を挟んで対向する対向部位が、磁電変換素子２０５の磁気検知部位である高抵抗領域２０８の当該対向部位への投影面積よりも小さい面積としてある点に特徴を有する。
【０１１０】
而して、上述のように構成した本実施形態の磁気検出装置Ａ２では、対向部位の面積を小さくした分だけ収束効果が高くなって高抵抗領域２０８を通過する磁束が増大し（図１０参照）、効率的に感度を向上させることができる。なお、対向部位間の距離を近づけるほど、磁束の収束効果も高くなるから、感度向上には対向部位間の距離を狭くすることが有効である。
【０１１１】
（実施形態９）
本実施形態の磁気検出装置Ａ３は、図１１に示すように基本的な構造は実施形態７と共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【０１１２】
本実施形態は、支持基板２０１にシリコンのバルク基板を用いた点、並びに第１の磁性体部２１６が平坦に形成されている点に特徴を有しており、支持基板２０１としてＳＯＩ基板よりも安価なバルク基板を用いることでコストダウンを図れるという利点がある。又、第１の磁性体部２１６を平坦に形成したことで磁性体部２１６の構造設計及び製造が容易になるという利点もある。但し、実施形態７に対して磁電変換素子２０５の製造工程が変わることと、第１及び第２の磁性体部２１６、２１５の磁電変換素子２０５を挟んで対向する部位のギャップを精度良く製造することが困難であるために感度のばらつきが若干大きくなることを除いて、実施形態７の磁気検出装置Ａ１と概ね同等の効果を奏する。
【０１１３】
（実施形態１０）
本実施形態の磁気検出装置Ａ４は、図１２に示すように基本的な構造は実施形態７と共通であるので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態の特徴となる構成についてのみ説明する。
【０１１４】
本実施形態は、支持基板２０１として主要面方位が（１００）のシリコン単結晶基板を用いると共に、凹所２１４の開口面側（第２主面側）の部位（以下、「第２凹所」と呼ぶ）２１４’が異方性エッチングにより形成された点に特徴を有する。
【０１１５】
本実施形態における凹所２１４並びに第２凹所２１４’の形成方法を簡単に説明する。まず、支持基板２０１の第２主面（図１２（ｂ）における下面）側に、酸化膜２１３の開口部をマスクとして異方性エッチングにより第２主面から第１主面までのおよそ中間の深さ程度まで四角錐状の第２凹所２１４’を形成する。その後、実施形態７と同様にＩＣＰ型のエッチング装置などによって第２凹所２１４’の底面から支持基板２０１を垂直方向（第２主面の法線方向）にエッチングすることで底部を囲む周壁部が第１及び第２の主面の法線方向と略平行となる有底角筒状の凹所２１４を形成する。
【０１１６】
而して、従来例のように全体が角錐状の凹所（エッチング溝６９）を形成する場合に比べて支持基板２０１の機械的強度を保つことができるとともに、凹所２１４を形成する深さ寸法が実施形態７に比べて小さくなるから磁束の収束効果や面積効率を損なうことなく、より容易な工程でスループットの高い製造が可能になる。
【０１１７】
（実施形態１１）
本実施形態の磁気検出装置Ａ５は、図１３（ａ）に示すように支持基板２０１の主面の法線方向に沿った磁気を検出する第１の磁気検出装置Ｂ１と、支持基板２０１の主面の法線方向に直交する２方向（図１３（ａ）における左右方向及び上下方向）の磁気を検出する第２及び第３の磁気検出装置Ｂ２、Ｂ３と、各磁気検出装置Ｂ１〜Ｂ３の出力を取り出すための電極パッド２１７とを備えている。
【０１１８】
第１の磁気検出装置Ｂ１は実施形態７の磁気検出装置Ａ１とほぼ共通の構成を有するものであるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１１９】
一方、第２及び第３の磁気検出装置Ｂ２、Ｂ３は互いに同一の構成を有するものであって、支持基板２０１の第１主面側に形成される第１の磁気検出装置Ｂ１と同一構造の磁電変換素子２０５と、第１主面側に形成されて第１主面に平行な方向の磁気を磁電変換素子２０５に対して収束する一対の磁気収束部２１８とを備えている。但し、磁電変換素子２０５の感度軸は支持基板２０１の主面の法線方向と直交する方向としてある。例えば、磁気検出装置Ｂ１の磁電変換素子２０５には、実施形態１によるダイオード磁気センサである磁電変換素子１７１が用いられ、磁気検出装置Ｂ２及びＢ３の磁電変換素子２０５には、特許文献２に開示されるダイオード磁気センサ１６０が用いられる。又、磁気収束部２１８は平面視の形状がほぼ野球の本塁ベースと同形状に形成されており、磁電変換素子２０５を挟んで互いに先細の先端部を対向させるようにして形成されている。
【０１２０】
本実施形態は上述のように構成され、支持基板２０１の主面の法線方向に沿った磁気を第１の磁気検出装置Ｂ１で検出し、支持基板２０１の主面の法線方向に直交する２方向の磁気を第２又は第３の磁気検出装置Ｂ２、Ｂ３で検出することにより３次元直交座標系の各軸方向における磁気が検出可能な小型の磁気検出装置Ａ５であって、電子コンパスなどに好適なものである。なお、本実施形態では磁気検出装置Ｂ１〜Ｂ３を各軸方向について各々１つずつしか設けていないが、例えば、それぞれの軸方向について一対ずつの磁気検出装置Ｂ１〜Ｂ３と、磁気シールドされた一対ずつの補正用磁気検出装置を設け、それらの磁気検出装置でホイーストンブリッジ回路を構成すれば、温度などの環境に対する検出値の補正が可能になる。又、支持基板２０１をシリコンウェハで形成する場合、制御や信号処理用の回路素子を同一基板（支持基板２０１）内に形成することができ、温度補正等が可能な小型の磁気検出装置が実現できると共に、検出信号を増幅するアンプを同一基板内に形成すれば配線長が短くなることで耐ノイズ性が向上するという利点もある。
【０１２１】
（実施形態１２）
次に、本発明の実施形態１２による磁気検出装置について説明する。
【０１２２】
（装置の構成）
図１４及び図１５は、本実施形態による磁気検出装置の構成を示すもので、図１４（ａ）は、当該磁気検出装置の平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った同装置の断面図である。また、図１５（ａ）は同装置の斜視図、図１５（ｂ）は図１４（ａ）の部分Ａの拡大図、図１５（ｃ）は磁電変換素子の一例としての半導体ダイオード磁気センサの概略構成図である。本実施形態による磁気検出装置１００は、半導体基板としてＳＯＩ（Semiconductor On  Insulator）基板１０を有している。ＳＯＩ基板１０は、上主面（第１主面）と下主面（第２主面）とを有し平面視輪郭が正方形の平板状であって、単結晶シリコンを材料とする支持基板１、その上に形成された二酸化シリコンを材料とする埋込酸化膜２、及びその上に形成されたｐ−型の単結晶シリコン薄膜層であるＳＯＩ層３を備えている。ＳＯＩ層３には磁電変換素子２１、２２及び２３が形成されている。
【０１２３】
磁電変換素子２１〜２３として、図１５（ｃ）に示すダイオード磁気センサ１３０が用いられている。ダイオード磁気センサ１３０は、ｐ＋型のアノード領域１３２、ｎ＋型のカソード領域１３３及びｐ−型の高抵抗領域１３１を有している。高抵抗領域１３１の一面には再結合層１３４が形成されており、これと反対面には非再結合領域１３５が形成されている。ダイオード磁気センサ１３０は、ｐ−π−ｎダイオードの順方向二重注入を利用するものである。即ち、ダイオード磁気センサ１３０は、二重注入キャリアである電子と正孔とが、磁界に起因するローレンツ力によって進行方向を曲げられ、再結合層１３４の側に曲げられると電流が減少し、非再結合領域１３５の側に曲げられると電流が増加するという性質を利用することにより、電流変化を通じて印加磁界Ｈの向き或いは大きさを検出するものである。従って、図１５（ｃ）の磁界Ｈの方向が、ダイオード磁気センサ１３０の感度軸の方向となる。
【０１２４】
ダイオード磁気センサ１３０は、磁電変換素子２１のように感度軸がＳＯＩ基板１０の主面に垂直な方向に設定される磁電変換素子として用いられるものについては、実施形態１〜６によるダイオード磁気センサである磁電変換素子１７１〜１７６の何れかとして構成することができる。一方、ダイオード磁気センサ１３０は、磁電変換素子２２及び２３のように感度軸がＳＯＩ基板１０の主面に沿った方向に設定される磁電変換素子として用いられるものについては、特許文献２に開示されるダイオード磁気センサ１６０として構成することができる。
【０１２５】
磁気検出装置１００では、磁電変換素子２１（第１磁電変換素子）の感度軸がＳＯＩ基板１０の主面の法線方向（以下、Ｚ軸方向）に設定され、磁電変換素子２２（第２磁電変換素子）の感度軸がＺ軸方向に垂直な一方向、即ちＳＯＩ基板１０の主面に沿った一方向（以下、Ｘ軸方向）に設定され、磁電変換素子２３（第３磁電変換素子）の感度軸がＳＯＩ基板１０の主面に沿い且つＸ軸に直交する方向（以下、Ｙ軸方向）に設定されている。後述する磁気検出の対称性の観点から、好ましくは、図１４及び図１５に示すようにＸ軸及びＹ軸はＳＯＩ基板１０の正方形の平面視輪郭の二辺に沿った方向に設定される。以下の実施形態においても、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向は同様に設定される。
【０１２６】
支持基板１の裏面、即ちＳＯＩ基板１０の下主面には、凹部３１が選択的に形成されている。凹部３１は、正方形の開口部を有し、平坦な正方形の底面部が磁電変換素子２１に対向し、４つの台形の側面部を有するテーパ状に形成されている。凹部３１のこのような形状は、酸化膜の開口部などをマスクとして、単結晶シリコンを材料とする支持基板１に異方性エッチングを施すことにより、容易に形成可能である。支持基板１の裏面全体と、凹部３１の側面部及び底面部とを覆うように、磁性体部４０が膜状乃至板状に形成されている。凹部３１の底面部は、埋込酸化膜２にまで達しており、磁電変換素子２１の磁気検知領域である高抵抗領域１３１の埋込酸化膜２への投影像を包含するように、その寸法が設定されている。
【０１２７】
一方、ＳＯＩ層３の表面側、即ち上主面側のＳＯＩ基板１０の上には、磁性体部１１（第１磁性体部）、磁性体部１２（第２磁性体部）及び磁性体部１３（第３磁性体部）が形成されている。磁性体部１１〜１３、４０の材料として、従来周知の高透磁率材料、例えばパーマロイ、フェライト等を使用することが可能である。磁性体部１１〜１３は、略正方形の平面視輪郭を有する略平板状であって、主としてＳＯＩ層３の上に形成され、磁電変換素子２２及び２３の周辺において選択的にＳＯＩ層３が除去され埋込酸化膜２が露出する領域においては、当該埋込酸化膜２の上に形成されている。なお本明細書では、主面だけでなく、凹部を含めた表面の上、中、或いはその直下の領域、即ち表面の近傍を含めて、「ＳＯＩ基板１０（一般には半導体基板）の上」と表現する。この意味において、磁電変換素子２１〜２３、及び磁性体部１１〜１３、４０は何れも、ＳＯＩ基板１０の上に形成されている、と表現することができる。
【０１２８】
磁性体部１１〜１３は、互いに略合同形状であり、平面視輪郭の対角線がＸ軸方向及びＹ軸方向を向くように配置されている。磁性体部１１〜１３の寸法は、ＳＯＩ基板１０の面積（いわゆるチップ面積）及び磁束集束効果の観点から適切な大きさに設定される。このうち磁性体部１１は、磁電変換素子２１を覆い、且つその中央部が磁電変換素子２１の直上に位置するように配置されている。磁性体部１１と磁性体部１２とは、Ｘ軸方向の対角線が一致するようにＸ軸方向に並んで配置されており、磁性体部１１と磁性体部１３とは、Ｙ軸方向の対角線が一致するようにＹ軸方向に並んで配置されている。
【０１２９】
磁性体部１１と磁性体部４０のうち凹部３１を覆う部分４１（第５磁性体部）とは、磁電変換素子２１を挟んでおり、磁電変換素子２１へ磁束を集束させる一対の磁性体対部を形成している。より詳細には、磁性体部１１の中央部と、磁性体部４０のうち凹部３１の底面部を覆う部分とは、磁電変換素子２１の感度軸の方向であるＺ軸方向に直交し、磁電変換素子２１を挟んで対向する一対の対向面（第１対向面対）をなしている。磁性体部４０は、凹部３１を覆うように形成されているので、磁性体部１１と磁性体部４０との対は、この対向面において互いが最近接する。
【０１３０】
また、磁性体部１１と磁性体部１２とは、磁電変換素子２２を挟んでおり、磁電変換素子２２へ磁束を集束させる機能を果たす。より詳細には、磁性体部１１と磁性体部１２とは、それらのＸ軸方向の角部において、磁電変換素子２２の感度軸の方向であるＸ軸方向に直交し、磁電変換素子２２を挟んで対向する一対の対向面（第２対向面対）を有している。そして、磁性体部１１と磁性体部１２とは、この対向面において互いが最近接する。
【０１３１】
同様に、磁性体部１１と磁性体部１３とは、磁電変換素子２３を挟んでおり、磁電変換素子２３へ磁束を集束させる機能を果たす。より詳細には、磁性体部１１と磁性体部１３とは、それらのＹ軸方向の角部において、磁電変換素子２３の感度軸の方向であるＹ軸方向に直交し、磁電変換素子２３を挟んで対向する一対の対向面（第３対向面対）を有している。そして、磁性体部１１と磁性体部１３とは、この対向面において互いが最近接する。
【０１３２】
また、磁性体部１１のうち磁電変換素子２２に対向する対向面に隣接する一定の領域であってＹ軸方向対角線に対して磁性体部１２側に位置する半分の領域では、磁電変換素子２２に近接するほど磁電変換素子２２の感度軸方向（Ｘ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。同様に、磁性体部１２のうち磁電変換素子２２に対向する対向面に隣接する一定の領域であってＹ軸方向対角線に対して磁性体部１１側に位置する半分の領域では、磁電変換素子２２に近接するほど磁電変換素子２２の感度軸方向（Ｘ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。
【０１３３】
また、磁性体部１１のうち磁電変換素子２３に対向する対向面に隣接する一定の領域であってＸ軸方向対角線に対して磁性体部１３側に位置する半分の領域では、磁電変換素子２３に近接するほど磁電変換素子２３の感度軸方向（Ｙ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。同様に、磁性体部１３のうち磁電変換素子２３に対向する対向面に隣接する一定の領域であってＸ軸方向対角線に対して磁性体部１１側に位置する半分の領域では、磁電変換素子２３に近接するほど磁電変換素子２３の感度軸方向（Ｙ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。
【０１３４】
更に、磁性体部１１は、磁電変換素子２２に対向する部位の近傍、及び磁電変換素子２３に対向する部位の近傍において段差５１を有している。同様に、磁性体部１２は、磁電変換素子２２に対向する部位の近傍において段差５２を有し、磁性体部１３は、磁電変換素子２３に対向する部位の近傍において段差５３を有している。段差５１〜５３は、上述したようにＳＯＩ層３がエッチング等により選択的に除去された領域の上とＳＯＩ層３の上とに跨って磁性体部１１〜１３が形成されることにより、Ｚ軸方向に高さがずれるように形成されている。
【０１３５】
（装置の動作と利点）
次に、磁気検出装置１００の動作について説明する。磁気検出装置１００は、感度軸がＸ、Ｙ及びＺ軸方向に設定された磁電変換素子２１〜２３を備え、これらの磁電変換素子２１〜２３へ磁束を集束する磁性体部１１〜１３及び４０を備えるので、地磁気のような弱い外部磁界に対して直交３軸方向の磁気検出が可能な３軸磁気検出装置として機能する。
【０１３６】
図１５（ｂ）には、地磁気の磁界がＹ軸方向に沿うように磁気検出装置１００を置いた場合の磁束密度Ｂが描かれている。磁束は、磁気抵抗が最も低くなる経路を選択的に通過するという性質を有する。磁気検出装置１００では、磁性体部１１及び１３が、空気中よりも透磁率が極めて大きい領域を形成し、磁電変換素子２３を挟んで対向する一対の対向面において、互いの距離が最も近くなるので、磁電変換素子２３を通過する経路において磁気抵抗が最も低くなる。このため、磁束Ｂは、図１５（ｂ）に示すように、磁電変換素子２３に集束する。しかも、磁性体部１１及び１３は、上記対向面に隣接する領域において、Ｙ軸に垂直な方向の平面視輪郭の幅が、磁電変換素子２３に近接するほど単調に狭くなっているので、磁束がより効果的に磁電変換素子２３に集束する。
【０１３７】
従って、磁電変換素子２３には、磁性体部１１及び１３のＸ軸方向対角線の部位におけるＹ軸に垂直な断面の断面積、即ちＸ軸方向対角線の長さとＳＯＩ層３の上に形成された磁性体部１１及び１３の厚さとの積に相当する面積を通過する磁束が集束する。更に、磁性体部１１及び１３には、段差５１及び５３が形成されているので、磁電変換素子２３には、段差５１及び５３における磁性体部１１及び１３のＸ軸方向の幅と段差５１及び５３の大きさ（即ち、段差５１及び５３の前後での磁性体部１１及び１３の高さの差）との積に相当する断面積を通過する磁束が、更に加わって磁電変換素子２３に集束する。このため、磁電変換素子２３によるＹ軸方向の磁気検出感度が効果的に高められる。
【０１３８】
磁性体部１１及び１２に挟まれた磁電変換素子２２についても、上記と同様の機構により、Ｘ軸方向の磁気検出感度が効果的に高められる。磁性体部１１及び４０に挟まれた磁電変換素子２１については、従来技術による磁気検出装置１５０について説明した機構と同様の機構によって、Ｚ軸方向に高い磁気検出感度が得られる。また、磁性体部１１のＸ−Ｙ平面に沿った幅が、磁気検出装置１５０の磁性体膜１２７とは異なり、磁電変換素子２１に比べて広く設定されているので、磁電変換素子２１に集束する磁束が更に強められる。
【０１３９】
以上のように、磁気検出装置１００は、直交するＸ、Ｙ及びＺ軸方向の外部磁界を感度良く検出することを可能にする。また、磁気検出装置１００は、単一のＳＯＩ基板１０の上主面と下主面との両面を用いて磁電変換素子２１〜２３へ磁束を集束させる構造を実現するとともに、磁性体部１１が、３軸方向の磁束を磁電変換素子２１〜２３へそれぞれ集束する機能を同時に果たすように構成されている。このため、磁気検出装置１００は、基板面積（いわゆるチップ面積）の利用効率を高めることができ、それによって小さい装置寸法で直交３軸方向の磁気検出を実現する。また、磁気検出装置１００は、単一のＳＯＩ基板１０を用いて直交３軸方向の磁気検出を可能にするので、電子コンパス等への利用に際して、軸合わせを必要としない。磁気検出装置１００は、この点においても、精度の高い磁気検出を可能にする。
【０１４０】
更に、図１４（ａ）に示すように、磁気検出装置１００では、ＳＯＩ基板１０の平面視輪郭が正方形であって、磁電変換素子２１〜２３及び磁性体部１１〜１３、４０が、ＳＯＩ基板１０の平面視輪郭の１つの対角線Ｌに対して線対称となるように、それらの形状及び位置が設定されている。このため、外部磁界がＸ−Ｙ平面内で回転した場合に、磁電変換素子２２及び２３に入力される磁束の変化の対称性が向上する。即ち、外部磁界のＸ−Ｙ平面内の回転に対して、歪の小さい磁気検出出力を得ることができる。
【０１４１】
また、対角線Ｌに対する上記対称性のために、限られた面積の基板の上に磁性体部１１〜１３を効率よく配置することができ、基板面積を有効に利用し得る。即ち、磁気検出装置１００の小型化がより容易となる。更に、単結晶シリコンの結晶方位を利用して支持基板１に異方性エッチングを施すことにより凹部３１を形成する上でも、上記対称性は好都合である。
【０１４２】
また、磁気検出装置１００は、半導体基板としてＳＯＩ基板１０を用いているので、Ｚ軸方向を感度軸とする磁電変換素子２１を挟む磁性体部１１及び４０の一対の対向面の間の距離が、埋込酸化膜２とＳＯＩ層３とその上に形成される保護膜（不図示）との厚さによって精度良く定められる。半導体基板としてバルクのシリコン基板を用いた場合には、シリコン基板にエッチングを行うことによって凹部３１を形成する過程で上記一対の対向面間の距離を精度良く設定するためには、高精度のエッチング制御を必要とする。これに対し、半導体基板としてＳＯＩ基板１０を用いた場合には、埋込酸化膜２をエッチングストッパとして活用することができ、それによって高度なエッチング精度を要することなく、上記対向面間の距離を精度良く設定することが可能となる。磁束を集束する効果は、上記対向面間の距離に敏感に依存して変化することがシミュレーションの結果から分かっている。磁気検出装置１００によれば、上記対向面間の距離を高精度で制御することができるので、Ｚ軸方向の磁気検出感度のばらつきの小さい装置を容易に得ることができる。
【０１４３】
更に、磁気検出装置１００はＳＯＩ基板１０を有し、磁電変換素子２１〜２３がＳＯＩ層３に形成されるので、磁電変換素子２１〜２３の周囲においてＳＯＩ層３を選択的に除去することにより、磁電変換素子２１〜２３を他の回路部分から容易にかつ高抵抗で電気的に分離することができる。それにより、他の回路部分からの電流の流れ込み等によるノイズの影響を低く抑えることができる。
【０１４４】
また、磁性体部１１〜１３がＳＯＩ基板１０の上主面の側に略平板状に形成され、それに伴い磁電変換素子２１〜２３が何れもＳＯＩ基板１０の上主面の側に形成されている。このため、磁電変換素子２１〜２３へ接続される配線を、ＳＯＩ基板１０の上に、より具体的にはＳＯＩ層３に、容易に形成することができる。
【０１４５】
更に、磁気検出装置１００では、凹部３１は単一であるため、基板面積に占める凹部３１の開口部の割合が低い。このため、磁気検出装置１００は、ＳＯＩ基板１０の機械的強度が高いという利点を有する。
【０１４６】
また、磁気検出装置１００は、ＳＯＩ基板１０の上主面に、磁性体部１１〜１３で覆われない領域を比較的広い面積で有する。このため、磁気検出装置１００は、磁電変換素子２１〜２３の制御、駆動回路等（例えば、後述するブリッジ回路或いは増幅器）を集積することにより、有用性の高い磁気検出装置或いは地磁気センサ等を単一基板（いわゆるワンチップ）で容易に実現することできる。
【０１４７】
（実施形態１３）
図１６及び図１７は、本発明の実施形態１３による磁気検出装置の構成を示すもので、図１６は、同装置の平面図、図１７は同装置の斜視図である。なお、図１４〜図３５を通じて、同一部分及び対応する部分には同一符号を付している。本実施形態による磁気検出装置２００は、上主面側のＳＯＩ基板１０の上に、磁性体部１１〜１３に加えて磁性体部１４（第４磁性体部）を有している点において、図１４及び図１５に示した実施形態１による磁気検出装置１００とは異なっている。磁性体部１１〜１４は、ＳＯＩ基板１０の上主面（下主面でも同じ）の中心を通りＺ軸方向に向いた中心軸（対称軸）Ｎの周りに１／４回転対称、即ち９０°ずつの回転に対して軸対称となるように、それらの形状及び位置が定められている。従って、磁性体部１４は、磁性体部１２及び１３の双方に隣接するように配置され、かつ磁性体部１１〜１３と同一の形状を有する。
【０１４８】
磁気検出装置２００は以上のように構成されているので、外部磁界がＸ−Ｙ平面内で回転した場合に、磁電変換素子２２及び２３に入力される磁束の変化の対称性が更に向上する。即ち、外部磁界のＸ−Ｙ平面内の回転に対して、歪が更に小さい磁気検出出力を得ることができる。
【０１４９】
（実施形態１４）
図１８は、本発明の実施形態１４による磁気検出装置の構成を示すもので、図１８（ａ）は同装置の平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図１８（ｃ）は図１８（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った同装置の断面図である。本実施形態による磁気検出装置３００は、ＳＯＩ層３に磁電変換素子２１〜２３に加えて磁電変換素子２４（第４磁電変換素子）及び磁電変換素子２５（第５磁電変換素子）を有している点において、図１６及び図１７に示した実施形態１３による磁気検出装置２００とは異なっている。磁電変換素子２４及び２５は、磁電変換素子２１〜２３と同様に、ダイオード磁気センサ１３０として形成されており、磁電変換素子２４の感度軸は磁電変換素子２３の感度軸と同一方向、即ちＹ軸方向に設定され、磁電変換素子２５の感度軸は磁電変換素子２２の感度軸と同一方向、即ちＸ軸方向に設定されている。
【０１５０】
磁気検出装置３００では、磁性体部１１〜１４に加えて磁電変換素子２２〜２５についても、中心軸Ｎの周りに１／４回転対称となるように、それらの形状及び位置が定められている。従って、磁電変換素子２４及び２５と、それらを挟む磁性体部１２〜１４とは、以下のように形状及び位置が定められている。
【０１５１】
磁性体部１２と磁性体部１４とは、磁電変換素子２４を挟んでおり、磁電変換素子２４へ磁束を集束させる機能を果たす。より詳細には、磁性体部１２と磁性体部１４とは、それらのＹ軸方向の角部において、磁電変換素子２４の感度軸の方向であるＹ軸方向に直交し、磁電変換素子２４を挟んで対向する一対の対向面（第４対向面対）を有している。そして、磁性体部１２と磁性体部１４とは、この対向面において互いが最近接する。
【０１５２】
同様に、磁性体部１３と磁性体部１４とは、磁電変換素子２５を挟んでおり、磁電変換素子２５へ磁束を集束させる機能を果たす。より詳細には、磁性体部１３と磁性体部１４とは、それらのＸ軸方向の角部において、磁電変換素子２５の感度軸の方向であるＸ軸方向に直交し、磁電変換素子２５を挟んで対向する一対の対向面（第５対向面対）を有している。そして、磁性体部１３と磁性体部１４とは、この対向面において互いが最近接する。
【０１５３】
また、磁性体部１２のうち磁電変換素子２４に対向する対向面に隣接する一定の領域であってＸ軸方向対角線に対して磁性体部１４側に位置する半分の領域では、磁電変換素子２４に近接するほど磁電変換素子２４の感度軸方向（Ｙ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。同様に、磁性体部１４のうち磁電変換素子２４に対向する対向面に隣接する一定の領域であってＸ軸方向対角線に対して磁性体部１２側に位置する半分の領域では、磁電変換素子２４に近接するほど磁電変換素子２４の感度軸方向（Ｙ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。
【０１５４】
また、磁性体部１３のうち磁電変換素子２５に対向する対向面に隣接する一定の領域であってＹ軸方向対角線に対して磁性体部１４側に位置する半分の領域では、磁電変換素子２５に近接するほど磁電変換素子２５の感度軸方向（Ｘ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。同様に、磁性体部１４のうち磁電変換素子２５に対向する対向面に隣接する一定の領域であってＹ軸方向対角線に対して磁性体部１３側に位置する半分の領域では、磁電変換素子２５に近接するほど磁電変換素子２５の感度軸方向（Ｘ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が単調に減少する。
【０１５５】
更に、磁性体部１４は、磁電変換素子２４に対向する部位の近傍、及び磁電変換素子２５に対向する部位の近傍において段差５４を有している。同様に、磁性体部１２は、磁電変換素子２４に対向する部位の近傍において段差５２を有し、磁性体部１３は、磁電変換素子２５に対向する部位の近傍において段差５３を有している。これらの段差５２〜５４は、ＳＯＩ層３がエッチング等により選択的に除去された領域の上とＳＯＩ層３の上とにまたがって磁性体部１２〜１４が形成されることにより、Ｚ軸方向に高さがずれるように形成されている。
【０１５６】
磁気検出装置３００は以上のように構成されているので、外部磁界の中に置かれたときに、磁電変換素子２２と磁電変換素子２５とは同一の磁気検信号を出力し、磁電変換素子２３と磁電変換素子２４とは同一の磁気検出信号を出力する。従って、磁気検出装置１００及び２００と同一の基板面積で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に２倍の強さの磁気検出出力を得ることができ、磁気検出感度が倍増する。更に、図１９に示す周知のホイーストンブリッジを利用し、その対向辺、例えば素子Ｒ１と素子Ｒ３とに、磁電変換素子２２と磁電変換素子２５と（又は磁電変換素子２３と磁電変換素子２４と）を配置することにより、温度変化等に伴う磁気検出出力の変動分、すなわちコモンモードノイズを除去しつつ、磁気検出感度を高めることができる。
【０１５７】
ホイーストンブリッジの他の対向辺、例えば素子Ｒ２と素子Ｒ４として、図２０に例示するように、ＳＯＩ層３に形成された他の磁電変換素子６１及び６２を用いると良い。この場合、磁電変換素子６１及び６２は、外部磁界の影響を抑えるように、磁性体部１１〜１４が磁束を集束する領域から離れた部位に配置される。磁電変換素子６１及び６２は、図２０（ａ）の例では、磁電変換素子２３及び２４の外側に配置されており、図２０（ｂ）の例では、磁電変換素子２３及び２４の内側に配置されている。磁電変換素子６１及び６２は、弱いながらも外部磁界の影響が互いに同一となるように、中心軸Ｎの周りに１／２回転対称となる部位に配置されるのが望ましい。
【０１５８】
（実施形態１５）
図２１及び図２２は、本発明の実施形態１５による磁気検出装置の構成を示すもので、図２１（ａ）は同装置の平面図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図２２は同装置の斜視図である。図２１（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った断面図は、図１４（ｃ）と同一に表される。本実施形態による磁気検出装置４００は、ＳＯＩ層３に磁電変換素子２１〜２５に加えて磁電変換素子２６（第６磁電変換素子）が形成されており、支持基板１の裏面、即ちＳＯＩ基板１０の下主面に、凹部３１に加えて凹部３４が選択的に形成されている点において、磁気検出装置３００とは異なっている。磁性体部４０は、凹部３１だけでなく凹部３４をも覆うように形成されており、凹部３４を覆う部分４４が本発明の第６磁性体部に対応する。
【０１５９】
磁電変換素子２６は、磁電変換素子２１〜２５と同様に、ダイオード磁気センサ１３０として形成されている。磁電変換素子２６の感度軸は磁電変換素子２１の感度軸と同一方向、即ちＺ軸方向に設定されている。磁性体部１４、磁電変換素子２６、凹部３４及び磁性体部４０の部分４４は、磁性体部１１、磁電変換素子２１、凹部３１及び磁性体部４０の部分４１と、互いに同一の関係となるように形状及び位置が定められている。従って、磁性体部１４の中央部と、磁性体部４０のうち凹部３１の底面部を覆う部分とは、磁電変換素子２６を挟んで対向する一対の対向面（第６対向面対）をなしている。また、磁電変換素子２１〜２６、磁性体部１１〜１４、４０、及び凹部３１、３４は、中心軸Ｎに対して１／２回転対称となる。
【０１６０】
磁気検出装置４００は以上のように構成されているので、外部磁界の中に置かれたときに、磁電変換素子２１と磁電変換素子２６とは同一の磁気検信号を出力する。従って、磁気検出装置１００〜３００と同一の基板面積で、Ｚ軸方向の外部磁界に対して２倍の強さの磁気検出出力を得ることができ、磁気検出感度が倍増する。更に、図１９に示したホイーストンブリッジを利用し、その対向辺、例えば素子Ｒ１と素子Ｒ３とに、磁電変換素子２１と磁電変換素子２６とを配置することにより、温度変化等に伴う磁気検出出力の変動分、すなわちコモンモードノイズを除去しつつ、磁気検出感度を高めることができる。
【０１６１】
（実施形態１６）
図２３及び図２４は、本発明の実施形態１６による磁気検出装置の構成を示すもので、図２３（ａ）は同装置の平面図、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図２３（ｃ）は図２３（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った同装置の断面図、図２４は同装置の斜視図である。本実施形態による磁気検出装置５００は、ＳＯＩ層３に磁電変換素子２１〜２６に加えて磁電変換素子２７（第７磁電変換素子）及び磁電変換素子２８（第８磁電変換素子）が形成されており、支持基板１の裏面、即ちＳＯＩ基板１０の下主面に、凹部３１及び３４に加えて凹部３２及び３３が選択的に形成されている点において、磁気検出装置４００とは異なっている。磁性体部４０は、凹部３１及び３４だけでなく、凹部３２及び３３をも覆うように形成されており、凹部３２を覆う部分４２が本発明の第７磁性体部に対応し、凹部３３を覆う部分４３が本発明の第８磁性体部に対応する。
【０１６２】
磁電変換素子２７及び２８は、磁電変換素子２１〜２６と同様に、ダイオード磁気センサ１３０として形成されている。磁電変換素子２７及び２８の感度軸は磁電変換素子２１及び２６の感度軸と同一方向、即ちＺ軸方向に設定されている。磁性体部１２、磁電変換素子２７、凹部３２及び磁性体部４０の部分４２は、磁性体部１１、磁電変換素子２１、凹部３１及び磁性体部４０の部分４１と、互いに同一の関係となるように形状及び位置が定められている。同様に、磁性体部１３、磁電変換素子２８、凹部３３及び磁性体部４０の部分４３は、磁性体部１１、磁電変換素子２１、凹部３１及び磁性体部４０の部分４１と、互いに同一の関係となるように形状及び位置が定められている。従って、磁性体部１２の中央部と、磁性体部４０のうち凹部３２の底面部を覆う部分とは、磁電変換素子２７を挟んで対向する一対の対向面（第７対向面対）をなし、磁性体部１３の中央部と、磁性体部４０のうち凹部３３の底面部を覆う部分とは、磁電変換素子２８を挟んで対向する一対の対向面（第８対向面対）をなしている。また、磁電変換素子２１〜２８、磁性体部１１〜１４、４０、及び凹部３１〜３４は、中心軸Ｎに対して１／４回転対称となる。
【０１６３】
磁気検出装置５００は以上のように構成されているので、外部磁界の中に置かれたときに、磁電変換素子２１、２６〜２８は同一の磁気検信号を出力する。従って、磁気検出装置１００〜３００と同一の基板面積で、Ｚ軸方向の外部磁界に対して４倍の強さの磁気検出出力を得ることができ、磁気検出感度が高められる。更に、図１９に示したホイーストンブリッジを利用し、その対向辺、例えば素子Ｒ１と素子Ｒ３とに、磁電変換素子２１と磁電変換素子２６とを配置し、他の対向辺、例えば素子Ｒ２と素子Ｒ４とに、磁電変換素子２７と磁電変換素子２８とを配置し、磁電変換素子２１及び２６と、磁電変換素子２７及び２８との間で、同一の外部磁界に対して逆方向に磁気検出出力が変化するように、即ち逆位相の磁気検出出力が得られるように接続することにより、温度変化等に伴う磁気検出出力の変動分、すなわちコモンモードノイズを除去しつつ、磁気検出感度を更に高めることができる。
【０１６４】
また、磁電変換素子２２〜２５及び磁性体部１１〜１４だけでなく、凹部３１〜３４及び磁性体部４０の部分４１〜４４を含めて、中心軸Ｎの周りに１／４回転対称になるように各部材が配置されるので、外部磁界がＸ−Ｙ平面内で回転した場合に、磁電変換素子２２〜２５に入力される磁束の変化の対称性が更に向上する。即ち、外部磁界のＸ−Ｙ平面内の回転に対して、歪が更に小さい磁気検出出力を得ることができる。
【０１６５】
また、凹部３１〜３４は、各々の開口部の正方形輪郭の二辺が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向、即ちＳＯＩ基板１０の平面視輪郭の二辺に平行となるように形成されているので、限られた基板面積の中に、効率よく凹部３１〜３４を配置することができる。即ち、同じ大きさの凹部３１〜３４を形成するのに、基板面積を最小に設定することが可能であり、小型で高感度の磁気検出装置が得られる。
【０１６６】
（実施形態１７）
図２５及び図２６は、本発明の実施形態１７による磁気検出装置の構成を示すもので、図２５（ａ）は同装置の平面図、図２５（ｂ）は図２５（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図２５（ｃ）は図２５（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った同装置の断面図、図２６（ａ）は同装置の斜視図、図２６（ｂ）は図２５（ａ）の部分Ｃの拡大図である。本実施形態による磁気検出装置６００は、磁性体部１１〜１４の各々の平面視輪郭における４つの角部が二股に分離されて、１つの角部に２つの尖頭部を有しており、磁電変換素子２２〜２５の各々が感度軸を同一方向とする２個の磁電変換素子を有する点において、磁気検出装置５００とは異なっている。
【０１６７】
図２６（ｂ）に示すように、磁電変換素子２３を挟む磁性体部１１及び１３の各々は、２つの先頭部の先端に、磁電変換素子２３ａ及び２３ｂの感度軸（Ｙ軸方向）に垂直な対向面を有している。そして、これらの対向面が、磁電変換素子２３ａ及び２３ｂに個別に対向している。即ち、磁性体部１１及び１３の対向面対（第３対向面対）は、磁電変換素子２３ａ及び２３ｂに個別に対向する２つの対向面対に分割配置されている。他の磁電変換素子２２、２４及び２５とそれらを挟む磁性体部との形状及び配置も同様である。
【０１６８】
磁気検出装置６００は以上のように構成されるので、図１９に示したホイーストンブリッジを利用し、その対向辺、例えば素子Ｒ１と素子Ｒ３とに、磁電変換素子２２ａと磁電変換素子２５ａとを配置し、他の対向辺、例えば素子Ｒ２と素子Ｒ４とに、磁電変換素子２２ｂと磁電変換素子２５ｂとを配置し、磁電変換素子２２ａ及び２５ａと、磁電変換素子２２ｂ及び２５ｂとの間で、同一の外部磁界に対して逆方向に磁気検出出力が変化するように、即ち逆位相の磁気検出出力が得られるように接続することにより、温度変化等に伴う磁気検出出力の変動分、すなわちコモンモードノイズを除去しつつ、Ｘ軸方向の磁気検出感度を更に高めることができる。同様に、例えば素子Ｒ１と素子Ｒ３とに、磁電変換素子２３ａと磁電変換素子２４ａとを配置し、例えば素子Ｒ２と素子Ｒ４とに、磁電変換素子２３ｂと磁電変換素子２４ｂとを配置し、磁電変換素子２３ａ及び２４ａと、磁電変換素子２３ｂ及び２４ｂとの間で、逆位相の磁気検出出力が得られるように接続することにより、コモンモードノイズを除去しつつ、Ｙ軸方向の磁気検出感度を更に高めることができる。
【０１６９】
（実施形態１８）
図２７は、本発明の実施形態１８による磁気検出装置の構成を示すもので、図２７（ａ）は同装置の斜視図、図２７（ｂ）は同装置の縦断面図、図２７（ｃ）は同装置の裏面図である。同装置の平面図は、図２５（ａ）と同一に表され、図２７（ｂ）は、図２５（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った本実施形態による装置の断面図に相当する。本実施形態による磁気検出装置７００は、支持基板１の裏面を覆う磁性体部４０が、凹部３１〜３４を個別に覆う部分４１〜４４に分離されている点において、磁気検出装置６００とは異なっている。
【０１７０】
磁気検出装置７００においては、磁性体部４０の部分４１〜４４が互いに分離されているので、例えば磁性体部１１から磁性体部４１及び４２を通過し磁性体部１２へ至る経路における磁気抵抗が高くなる。このため、磁性体部１１及び１２を通過する磁束のうち、上記経路に分割される割合が低くなるので、磁電変換素子２２ａ及び２２ｂへ集束される磁束が増大する。即ち、磁性体部１１及び１２が磁電変換素子２２ａ及び２２ｂへ磁束を集束する効果がより高められ、磁電変換素子２２ａ及び２２ｂによる磁気検出感度が向上する。このことは、他の磁電変換素子２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂについても同様である。
【０１７１】
好ましくは、磁性体部分４１〜４４の間の間隔は、磁性体部１１〜１４の間の間隔よりも広く設定される。それにより、磁性体部分４１〜４４を通過する経路の磁気抵抗が、磁電変換素子２２ａ〜２５ａ及び２２ｂ〜２５ｂを通過する経路の磁気抵抗に比べて高くなるので、磁気検出感度が更に高められる。
【０１７２】
（実施形態１９）
図２８及び図２９は、本発明の実施形態１９による磁気検出装置の構成を示すもので、図２８（ａ）は同装置の平面図、図２８（ｂ）は図２８（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図２８（ｃ）は図２８（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った同装置の断面図、図２９（ａ）は同装置の斜視図、図２９（ｂ）は図２８（ａ）の部分Ｄの拡大図である。本実施形態による磁気検出装置８００は、磁性体部１１〜１４の各々の略正方形の平面視輪郭の二辺が、ＳＯＩ基板１０の正方形の平面視輪郭の二辺に平行となるように、即ちＸ軸方向及びＹ軸方向に沿うように配置されており、磁性体部１１〜１４の各々の平面視輪郭において、磁電変換素子２２ａ〜２５ａ及び２２ｂ〜２５ｂに対向する辺に、磁電変換素子２２ａ〜２５ａ及び２２ｂ〜２５ｂへ向かって突出した凸部を有する点において、磁気検出装置６００とは異なっている。
【０１７３】
図２９（ｂ）に示すように、磁性体部１１及び１３の各々は、２つの凸部の先端に、磁電変換素子２３ａ及び２３ｂの感度軸（Ｙ軸方向）に垂直な対向面を有している。そして、これらの対向面が、磁電変換素子２３ａ及び２３ｂに個別に対向している。その結果、磁性体部１１のうち上記対向面に隣接する一定の領域では、磁電変換素子２３ａ及び２３ｂに近接するほど磁電変換素子２３ａ及び２３ｂの感度軸方向（Ｙ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する。同様に、磁性体部１３のうち上記対向面に隣接する一定の領域では、磁電変換素子２３ａ及び２３ｂに近接するほど磁電変換素子２３ａ及び２３ｂの感度軸方向（Ｙ軸方向）に直交する平面視輪郭の幅が段階的に減少する。他の磁電変換素子２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａ及び２５ｂとそれらを挟む磁性体部との形状及び配置も同様である。
【０１７４】
磁気検出装置８００では、磁性体部１１〜１４が上記のような平面視輪郭形状を有するので、各磁電変換素子を挟む一対の磁性体部の間の間隔が、その対向面対において最も狭くなるとともに、対向面対を除く部分どうしの間隔が、対向面対の間隔に比べて不連続的に（すなわち飛躍して）大きくなる。このため、対向する磁電変換素子へ磁束を集束する効果が更に高められ、それによって磁気検出感度が更に向上する。
【０１７５】
また、磁性体部１１〜１４の各々の略正方形の平面視輪郭の二辺が、ＳＯＩ基板１０の正方形の平面視輪郭の二辺に平行となるように、磁性体部１１〜１４が配置されているので、ＳＯＩ基板１０の上主面の広い領域を覆うように磁性体部１１〜１４を形成することができる。即ち、限られた基板面積を有効に利用することができるので、磁気検出感度を高く維持しつつ、装置を更に小型化することが可能となる。
【０１７６】
（実施形態２０）
図３０及び図３１は、本発明の実施形態２０による磁気検出装置の構成を示すもので、図３０（ａ）は同装置の平面図、図３０（ｂ）は図３０（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図３０（ｃ）は図３０（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った同装置の断面図、図３１は同装置の斜視図である。本実施形態による磁気検出装置９００は、ＳＯＩ基板１０の代わりにシリコンを材料とする半導体基板５が用いられ、図２３及び図２４に示した磁気検出装置５００の凹部３１〜３４と同等形状の凹部７１〜７４が、半導体基板５の上主面に開口するように形成されており、磁性体部１１〜１４が、凹部７１〜７４を膜状乃至板状に個別に覆うように形成されており、磁電変換素子２１、２６〜２８が、半導体基板５の下主面側に形成されている点において、磁気検出装置５００とは異なっている。支持基板１の裏面側、即ち下主面側の半導体基板５の上には、その全体を膜状乃至板状に覆うように磁性体部４５が形成されている。
【０１７７】
凹部７１〜７４の各々は、その正方形の開口部の対角線がＸ軸方向及びＹ軸方向に平行となるように形成されている。言い換えると、開口部の二辺が半導体基板５の平面視輪郭の二辺に対して４５°の角度で傾いている。それにより、凹部７１の開口部と凹部７２の開口部とは、Ｘ軸方向の角部が互いに対向しており、同様に凹部７３の開口部と凹部７４の開口部とは、Ｘ軸方向の角部が互いに対向している。また、凹部７１の開口部と凹部７３の開口部とは、Ｙ軸方向の角部が互いに対向しており、同様に凹部７２の開口部と凹部７４の開口部とは、Ｙ軸方向の角部が互いに対向している。
【０１７８】
Ｘ軸方向又はＹ軸方向に感度軸を有する磁電変換素子２２〜２５は、上主面側の半導体基板５の上に形成されており、凹部７１〜７４の開口部の角部に挟まれるように配置されている。磁性体部１１〜１４は、凹部７１〜７４の縁部をも膜状乃至板状に個別に覆うように形成されており、しかも磁気検出装置５００の場合と同様に、平面視輪郭の角部に形成された対向面（不図示）において磁電変換素子２２〜２５に最近接し且つ対向している。
【０１７９】
Ｚ軸方向に感度軸を有する磁電変換素子２１、２６〜２８は、凹部７１〜７４の底面部に形成されている。凹部７１〜７４の底面部は、対応する磁電変換素子２１、２６〜２８の磁気検知領域である高抵抗領域１３１を包含するように、その寸法が設定されている。磁性体部１１と磁性体部４５とは、磁電変換素子２１を挟んでおり、磁電変換素子２１へ磁束を集束させる一対の磁性体対部を形成している。より詳細には、磁性体部１１のうち凹部７１の底面部を覆う部分と、これに対向する磁性体部４５の部分とは、磁電変換素子２１の感度軸の方向であるＺ軸方向に直交し、磁電変換素子２１を挟んで対向する一対の対向面をなしている。磁性体部１１は、凹部７１を覆うように形成されているので、磁性体部１１と磁性体部４５との対は、この対向面において互いが最近接する。磁性体部１２、磁電変換素子２７、凹部７２及び磁性体部４５は、磁性体部１１、磁電変換素子２１、凹部７１及び磁性体部４５と、互いに同一の関係となるように形状及び位置が定められている。磁性体部１３、磁電変換素子２８、凹部７３及び磁性体部４５、並びに磁性体部１４、磁電変換素子２６、凹部７４及び磁性体部４５についても同様である。
【０１８０】
磁気検出装置９００は以上のように構成されるので、例えば磁性体部１１及び１２のＸ軸方向に垂直な断面が、半導体基板５の上主面に沿ったＹ軸方向だけでなく、凹部７１及び７２の深さ方向、即ちＺ軸方向にも広がるので、この広い断面積を通過する磁束が磁電変換素子２２に集束する。このため、磁電変換素子２２によるＸ軸方向の磁気検出感度が更に向上する。他の磁電変換素子２３〜２５についても同様のことがいえる。従って、磁気検出装置９００は、Ｘ−Ｙ平面内の外部磁界に対して更に高い検出感度を得ることができるという利点を有する。また、凹部７１〜７４の開口部の二辺が半導体基板５の平面視輪郭の二辺に対して４５°の角度で傾いているために、磁性体部１１〜１４によって磁電変換素子２２〜２５を挟む構造を容易に実現し得る。
【０１８１】
（実施形態２１）
図３２及び図３３は、本発明の実施形態２１による磁気検出装置の構成を示すもので、図３２（ａ）は同装置の平面図、図３２（ｂ）は図３２（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図３２（ｃ）は図３２（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った同装置の断面図、図３３は同装置の斜視図である。本実施形態による磁気検出装置１０００は、支持基板１の裏面、即ちＳＯＩ基板１０の下主面に選択的に形成される凹部３１〜３４が、当該下主面に垂直な溝、即ち垂直溝として形成されている点において、実施形態１７による磁気検出装置６００とは異なっている。このような垂直溝は、ディープＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）を用いて容易に形成することができる。
【０１８２】
磁気検出装置１０００では、異方性エッチングを用いて凹部３１〜３４をテーパ状に形成した磁気検出装置６００等に比較して、凹部３１〜３４の底面部の寸法（それらの開口部の寸法と略同一となる）を精度良く設定することが可能となる。異方性エッチングでは、支持基板１の厚さのばらつきに従って、凹部３１〜３４の底面部の大きさが変化する。例えば、（１００）シリコン基板を支持基板１として用いた場合には、支持基板１の厚さがΔｔだけ変化すると、凹部３１〜３４の底面部の一辺の寸法（これをＬとする）は、√２×Δｔだけ変化する。一般的な支持基板１の厚さの公差である±１０μｍを想定すると、この寸法Ｌは最大で２８μｍ変化することとなる。一方、ディープＲＩＥを用いて凹部３１〜３４を形成した場合には、支持基板１の厚さの公差による寸法Ｌへの影響は小さく、工程ばらつきを制御することによって、寸法Ｌの公差を約１０μｍ以内に抑えることができる。その結果、磁気検出装置１０００では、磁束を集束する作用のばらつきが低く抑えられるので、更に高精度での磁気検出が実現する。特に、磁電変換素子２１、２６〜２８の寸法が、約１０μｍ〜約２０μｍと、上記公差が無視できない程度に小さい場合などでは、この効果が顕著である。また、凹部３１〜３４の開口面積を小さく設定できるので、ＳＯＩ基板１０の機械的強度が向上するという利点が得られる。
【０１８３】
（実施形態２２）
図３４は、本発明の実施形態２２による磁気検出装置の構成を示すもので、図３４（ａ）は同装置の平面図、図３４（ｂ）は図３４（ａ）のＸ−Ｘ切断線に沿った同装置の断面図、図３４（ｃ）は図３４（ａ）のＹ−Ｙ切断線に沿った同装置の断面図である。本実施形態による磁気検出装置１１００は、磁性体部４１〜４４がそれぞれ凹部３１〜３４に埋め込まれている点において、実施形態２１による磁気検出装置１０００とは異なっている。このため、磁電変換素子２１，２６〜２８に対向する磁性体部４１〜４４の対向面を通過する磁束が均一に分布するという利点が得られる。磁性体部４１〜４４は、メッキ工程等を用いることにより、凹部３１〜３４に容易に埋め込むことができる。
【０１８４】
図３２（ｂ）及び図３２（ｃ）に示したように、磁性体部４１〜４４を凹部３１〜３４の側壁面に膜状乃至板状に形成した場合には、凹部３１〜３４の底面部とＳＯＩ基板１０の上主面側の磁性体部１１〜１４との対向領域であって、磁電変換素子２２、２６〜２８が設けられた領域を通過するＳＯＩ基板１０に垂直方向（Ｚ軸方向）の磁束は、平面視において凹部３１〜３４の側壁に設けられた磁性体部４１〜４４に多く集中し、平面視において磁電変換素子２２、２６〜２８に十分には集束しない。一方、図３４に示すように、凹部３１〜３４を、磁性体部４１〜４４で埋め込むことにより、凹部３１〜３４の底面部とＳＯＩ基板１０の上主面側の磁性体部１１〜１４との対向領域であって磁電変換素子２２、２６〜２８が設けられた領域を通過するＳＯＩ基板１０に垂直方向（Ｚ軸方向）の磁束は、その領域で略均一となることが、磁気シミュレーションにより分かっている。
【０１８５】
磁束が不均一な場合には、磁電変換素子２２、２６〜２８の磁気感度領域でない領域に磁束が集中したり、磁気感度領域の一部のみに磁束が集中したりするため、集束磁束が磁気感度に対して有効に働かない場合がある。これに対し、磁気検出装置１１００では、集束された磁束を磁電変換素子２２、２６〜２８の磁気感度領域に有効に通過させることができるので、磁気感度を更に向上させることができるという利点が得られる。特に、磁電変換素子２２，２６〜２８の寸法が、凹部３１〜３４の底面部の寸法よりも小さい場合には、この効果が顕著である。
【０１８６】
（実施形態２３）
図３５は、本発明の実施形態２３による地磁気センサの構成を示すブロック図である。この地磁気センサ９０は、実施形態７〜２２の何れかによる磁気検出装置９１及び増幅器９２を備えている。増幅器９２は、磁気検出装置９１による磁気検出信号を増幅する。増幅器９２は、好ましくは磁気検出装置９１が備える磁電変換素子に電流を供給する電源をも有し、磁気検出装置９１は、好ましくは、図１９に例示したホイーストンブリッジを備えている。また、磁気検出装置９１と増幅器９２とは別個の半導体基板を有しても良いが、共通の半導体基板を有しても良い。即ち、磁気検出装置９１が備えるＳＯＩ基板１０又は半導体基板５に、増幅器９２の回路を集積化することにより、地磁気センサを単一基板（いわゆるシングルチップ）で実現してもよい。地磁気センサ９０は、実施形態７〜２２の何れかによる磁気検出装置９１を備えるので、微弱な磁界である地磁気に対して高感度の検出を可能にする。又、地磁気センサ９０は、磁気検出装置９１として、実施形態１１による磁気検出装置、或いは実施形態１２〜２２による磁気検出装置１００〜１１００の何れかを備える場合には、小型且つ高感度で直交３軸方向の地磁気の検出を可能にする。
【０１８７】
（その他の実施形態）
（１）実施形態７〜２３では、磁電変換素子２０５、２１等としてダイオード磁気センサが用いられる例を示したが、既に述べたように、本発明の磁気検出装置には磁電変換素子として広く一般に、磁電変換素子１７１〜１７６及び１６０のほか、半導体基板に形成可能な素子、例えば、ＭＲ素子、ホール素子、磁気インピーダンス素子、或いはフラックスゲート素子などを用いることが可能である。
【０１８８】
（２）以上の各実施形態では、凹部３１〜３４、７１〜７４が半導体基板の上主面又は下主面の一方にのみ形成される例を示したが、双方に形成することも可能である。それにより、凹部の開口部の面積を小さくすることができるので、磁気検出装置を更に小型化し易いという利点が得られる。
【０１８９】
（３）実施形態１２〜２１では、磁性体部４１〜４４、１１〜１４が凹部３１〜３４、７１〜７４を膜状乃至板状に覆う例を示したが、これらの実施形態においても実施形態２２のように、磁性体部４１〜４４、１１〜１４を凹部３１〜３４、７１〜７４に埋め込むように形成してもよい。それにより、磁気検出感度を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】本発明の実施形態１による磁電変換素子の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２による磁電変換素子の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３による磁電変換素子の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態４による磁電変換素子の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態５による磁電変換素子の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施形態６による磁電変換素子の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態７による磁気検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図８】図７の磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施形態８による磁気検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図１０】図９の磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の実施形態９による磁気検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図１２】本発明の実施形態１０による磁気検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図１３】本発明の実施形態１１による磁気検出装置の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図１４】本発明の実施形態１２による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態１２による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態１３による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態１３による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態１４による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図１９】ホイーストンブリッジの構成例を示す回路図である。
【図２０】本発明の実施形態１４による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態１５による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態１５による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２３】本発明の実施形態１６による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２４】本発明の実施形態１６による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態１７による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態１７による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２７】本発明の実施形態１８による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２８】本発明の実施形態１９による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図２９】本発明の実施形態１９による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図３０】本発明の実施形態２０による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図３１】本発明の実施形態２０による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図３２】本発明の実施形態２１による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図３３】本発明の実施形態２１による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図３４】本発明の実施形態２２による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図３５】本発明の実施形態２３による地磁気センサの構成を示す図である。
【図３６】従来技術による磁気検出装置の構成を示す図である。
【図３７】従来技術による半導体磁気センサの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１９１】
３  ＳＯＩ層        ５  半導体基板        １０  ＳＯＩ基板（半導体基板）
１１  磁性体部（第１磁性体部）            １２  磁性体部（第２磁性体部）
１３  磁性体部（第３磁性体部）            １４  磁性体部（第４磁性体部）
２１  磁電変換素子（第１磁電変換素子）
２２、２２ａ、２２ｂ  磁電変換素子（第２磁電変換素子）
２３、２３ａ、２３ｂ  磁電変換素子（第３磁電変換素子）
２４、２４ａ、２４ｂ  磁電変換素子（第４磁電変換素子）
２５、２５ａ、２５ｂ  磁電変換素子（第５磁電変換素子）
２６  磁電変換素子（第６磁電変換素子）
２７  磁電変換素子（第７磁電変換素子）
２８  磁電変換素子（第８磁電変換素子）
３１〜３４、７１〜７４  凹部          ４１  磁性体部の部分（第５磁性体部）
４２  磁性体部の部分（第７磁性体部）
４３  磁性体部の部分（第８磁性体部）
４４  磁性体部の部分（第６磁性体部）
５１〜５４  段差        ９０  地磁気センサ        ９１、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００  磁気検出装置
９２  増幅器                Ｚ  法線方向                １０１  高抵抗領域
１０２  アノード領域        １０３  カソード領域        １０４  再結合層
１０６、１７８  半導体基板                      １７１〜１７６  磁電変換素子
２０１  支持基板（半導体基板）                          ２０５  磁電変換素子
２１４  凹所            ２１５  第１の磁性体部          ２１６  第２の磁性体部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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