(57)【要約】【課題】  加速度とともに地磁気も検出することができる加速度センサを提供する。【解決手段】  本発明の加速度センサ１０は、磁気センサ１４の出力値に基づいて加速度を検出するものであって、固定部１３を除いて基板１１上より浮上して形成されていて、加速度を受けることにより変位することが可能な電流路１２と、基板１１上に形成されていて、電流路１２に流れる電流により発生した磁界を検出する一対の磁気センサ１４，１４とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気の変化を検出する磁気センサの出力値に基づいて加速度を求めるようにした加速度センサであって、
加速度を受けることにより変位する電流路を有する加速度検知部と、
前記電流路に電流を供給する電流供給回路と、
前記電流路に流れる電流により発生した磁界を検出する少なくとも１個の磁気センサとを備え、
前記少なくとも１個の磁気センサは基板上に形成されており、前記電流路が固定部を除いて当該基板より浮上して形成されていることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記少なくとも１個の磁気センサは一対の磁気センサであることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記電流供給回路は前記電流路に正負両方向の電流を順次供給する機能を備え、前記供給された正負の電流に対応する前記磁気センサの出力差の信号に基づいて加速度を演算する演算機能を備えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記電流路は１Ｇの加速度が付与されたときに０．１μｍ以上変位するようになされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記電流路の変位方向の厚みは２μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記電流路は板状体あるいはＵ字状枠体であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記板状体からなる電流路の両端部にはジャバラ部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記磁気センサは基板上の前記電流路の両側に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサを用いて加速度と磁界強度の両方を測定することが可能な加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の加速度センサにおいては、加速度を受けて変位する部位に磁石または磁気回路を形成するヨーク材を取り付けるようにしたものが知られており、例えば、特許文献１〜３にて開示されている。これらの特許文献１〜３にて開示された加速度センサにおいては、加速度を受けると磁石またはヨーク材が変位して、磁気センサが配置された部位の磁界強度が変化し、磁気センサの出力変化を加速度として検出するようになされている。この場合、特許文献１に示された加速度センサ３０においては、図２０に示すように、ケース３２のフェンス３２ａで囲まれた滑走面３２ｂの上を滑走ディスク３１が２次元方向にスライドし得るようになされている。そして、滑走面３２ｂの中心下部には磁気抵抗器とバイアス磁石で構成される磁気センサ３３が設けられているとともに、滑走ディスク３１の中心部には磁性ヨーク３１ａが設けられている。そして、この滑走ディスク３１の移動に伴う磁性ヨーク３１ａの移動を磁気センサ３３により検出することにより、２次元方向の加速度を求めることができる。
【０００３】
また、特許文献２に示された加速度センサ４０においては、図２１に示すように、底面を鉛直方向の上方に向けた角錐状凹部４１ａを有する架台４１と、角錐状凹部４１ａに埋設した弾性体４１ｂと、弾性体４１ｂの上面に設けられた半球状凹部４１ｃとからなる固定部材を備えている。そして、半球状凹部４１ｃには可動部材である球体４２が保持され、球体４２の下半分の表面に薄膜磁石（図示せず）が形成されている。一方、角錐状凹部４１ａの各側面にはそれぞれ磁気センサ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが設けてある。そして、加速度により生じた球体の変位を、球体の薄膜磁石から漏れる磁界の変化として、磁気センサ４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄで検出することにより、多方向の加速度を正確、かつ高精度に検出できるようになる。
【０００４】
さらに、特許文献３に示された加速度センサ５０においては、図２２に示すように、角枠状の固定部５１と、その内側に取り付けられた板バネ状の可動部５２と、この可動部５２の両面に設けられた重錘体５３，５４と、この重錘体５３，５４に重ねて接合された永久磁石５７，５８と、永久磁石５７，５８に対向する位置に配置されて直流磁界を検出する磁気センサ５５，５６と、磁気センサ５５，５６の出力から加速度を算出する演算部（図示せず）とを備えている。これにより、２つの磁気センサ５５，５６の出力信号の差を取って加速度を検出することとなるため、外乱磁界の影響を受けることなく、加速度の直流成分や極低周波振動で発生する加速度も高感度で検出できるようになる。
【特許文献１】特開平６−１４８２２４号公報
【特許文献２】特開平１０−１０１４６号公報
【特許文献３】特開平１０−３１９０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１〜３にて提案された加速度センサにおいては、磁気センサーを使って外部磁界を測定しようとすると、可動する磁石の影響が大きい。この場合、磁石による磁界をあらかじめ求めておき、磁気センサーが計測した値から差し引くことができれば、これを求めることができる。ところが、磁石は動くように作られているため、磁石が動いたことによる磁気センサーの出力の変化なのか、本当の外部磁界の変化なのかを判断できない。このため、加速度のみしか検出することができなく、磁気センサを備えているのに係わらず、外部磁界を検出する磁気センサとして機能できないという問題が生じた。
【０００６】
ここで、特許文献３に示された加速度センサにおいては、２つの磁気センサーが相補的（一方が増えれば他方が減る）であるため、平均をとれば磁石が動いたことによる変化をキャンセルすることができる。しかし、検出する磁束密度が地磁気のように０．００００３（３．０×１０-5）テスラ（Ｔ）と小さい場合には、磁石の１．０×１０-3テスラ（Ｔ）以上という大きな磁界に埋もれてしまい、高い精度での検出はできない。このため、加速度のみしか検出することができなく、磁気センサを備えているのに係わらず、外部磁界を検出できないという問題が生じた。
【０００７】
そこで、本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであり、加速度とともに外部磁界も検出することができる加速度センサ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】
【０００８】
本発明は、磁気の変化を検出する磁気センサの出力値に基づいて加速度を求めるようにした加速度センサであって、上記目的を達成するため、加速度を受けることにより変位する電流路を有する加速度検知部と、電流路に電流を供給する電流供給回路と、電流路に流れる電流により発生した磁界を検出する少なくとも１個の磁気センサとを備え、該少なくとも１個の磁気センサは基板上に形成されており、電流路が固定部を除いて当該基板より浮上して形成されていることを特徴とする。ここで、基板上に一個の磁気センサがあり、基板から浮上して形成された電流路に電流を流すと、当該電流路を中心にして磁界が生じて磁気センサの出力が変化する。この状態で、電流が流れている電流路が変位すると、磁気センサでの磁界が変化するため、この磁界の変化に対応して磁気センサの出力が変化する。この場合、電流路の変位が一方向に限定されていれば、磁気センサの出力の変化から、電流路の変位を検知できる。そして、電流路の変位の動きは加速度の向きと大きさを反映しているので、電流路の変位を検出することにより、加速度の大きさと向きを知ることができる。
【０００９】
本発明の別の形態は、磁気の変化を検出する磁気センサの出力値に基づいて加速度を求めるようにした加速度センサであって、上記目的を達成するため、加速度を受けることにより変位する電流路を有する加速度検知部と、電流路に電流を供給する電流供給回路と、電流路に流れる電流により発生した磁界を検出する一対の磁気センサとを備え、該一対の磁気センサは基板上に形成されており、電流路が固定部を除いて当該基板より浮上して形成されていることを特徴とする。ここで、基板上に一対の磁気センサがあり、基板から浮上して形成され、少なくとも一部が一対の磁気センサの中央部を横断するように形成された電流路に電流を流すと、当該電流路を中心にして磁界が生じて磁気センサの出力が変化する。この状態で、電流が流れている電流路が変位すると、一対の磁気センサでの磁界が変化するため、一対の磁気センサはそれぞれ異なった出力値を出力することとなる。この場合、電流路の変位の向きが基板の平面に対して平行方向であれば、一対の磁気センサの出力値の差をとることで、電流路の変位の動きが検出できる。また、電流路の変位の向きが基板の平面に対して垂直方向である場合には、一対の磁気センサの出力値の和をとることで、電流路の変位の動きを検出できる。そして、電流路の変位の動きは加速度の向きと大きさを反映しているので、電流路の変位の動きを検出することにより、加速度の大きさと向きを知ることができる。
【００１０】
この場合、電流路は１Ｇの加速度が付与されたときに０．１μｍ以上変位するようになされているのが望ましい。また、電流路の変位方向の厚みは２μｍ以下であるのが望ましい。また、電流路の材質は銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｓｉ（１１０）から選択されるいずれか１種であるのが望ましい。また、電流路は板状体あるいはＵ字状枠体であるのが望ましい。また、板状体からなる電流路の両端部にはジャバラ部が形成されているのが望ましい。また、磁気センサは基板上の電流路の両側に形成されているのが望ましい。また、磁気センサは磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ、スピンバルブ、ＴＭＲ）、ホール素子から選択されるいずれか１種であるのが望ましい。また、基板はシリコン（Ｓｉ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）などのセラミック、ガラス、樹脂から選択されるいずれか１種であるのが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の加速度センサの実施の形態を、実施例１の加速度センサ、実施例２の加速度センサとして図１〜図１９に基づいて説明するが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図１は実施例１の加速度センサを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその全体構成を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）はその要部を模式的に示す斜視図である。図２は、図１の加速度センサの電流路の加速度に対する変位量のシミュレーション結果を示す図である。図３はその原理を説明する図である。図４は図１の加速度センサの電流路の位置に対する感度を示す図である。図５はＧＭＲ磁気センサを模式的に示す図である。図６および図７はその製造法を模式的に示す図である。また、図８は実施例２の加速度センサの全体構成を模式的に示す斜視図である。図９は、図８の加速度センサの電流路の加速度に対する変位量のシミュレーション結果を示す図である。図１０〜図１９は実施例２の加速度センサの製造法を模式的に示す断面図である。
【００１２】
１．実施例１
図１に示すように、本実施例１の加速度センサ１０は、シリコン（Ｓｉ）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やジルコニア（ＺｒＯ2）などのセラミック、ガラス、樹脂などからなる基板１１と、基板１１から浮いた状態で形成された電流路１２と、基板１１上に形成され、電流路１２の両端の固定部１２ａが接続された一対のパッド部１３，１３と、基板１１上に形成され、電流路１２の真下の両側に形成された一対の磁気センサ１４，１４とからなる。この場合、一対のパッド部１３，１３は電流路１２に所定の電流を供給するための電源回路（図示せず）が接続されている。また、一対の磁気センサ１４，１４には検出した出力から加速度を演算するための電気回路（図示せず）が接続されている。
【００１３】
ここで、電流路１２は基板１１の平面に対して平行な方向に動きやすい構造とするために、基板１１の表面に平行な方向の厚みが薄くなるように形成されており、例えば、厚み（ｔ）が２μｍで、幅（高さ：Ｈ）が２０μｍで、長さ（Ｌ１）が２０００μｍになるように銅などの導電性が良好な金属で形成されている。そして、その両端部はパッド部１３，１３に接続固定される固定部１２ａ，１２ａとなされているとともに、これらの固定部１２ａ，１２ａの内側にはじゃばら部１２ｂ，１２ｂが形成されている。このようなじゃばら部１２ｂ，１２ｂが固定部１２ａ，１２ａの内側で形成されていると、この電流路１２が基板１１の平面に対して平行な方向に加速度を受けて電流路１２が移動する場合に、じゃばら部１２ｂ，１２ｂより内側の電流路１２の全体が一様に移動することが可能となる。
【００１４】
パッド部１３は、電流路１２の両端部の固定部１２ａ，１２ａに位置するように基板１１上に形成されていて、このパッド部１３から電流路１２に所定の電流を供給するために図示しない電源回路が接続されている。磁気センサ１４は、基板１１に平行な方向の磁界を検出するために、磁気抵抗素子や巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ、スピンバルブ、ＴＭＲ）を用いていて、基板１１上に形成されている。ついで、上述のように構成される加速度センサ１０において、基板１１の平面に対して水平方向（図１の矢印Ｇ方向）に加速度０．２Ｇ〜１．２Ｇまで変化させた場合に、電流路１２の変位量（μｍ）の変化をシミュレーションすると図２に示すような結果が得られた。
【００１５】
なお、電流路１２の変位量（μｍ）をシミュレーションするに際して、電流路１２のサイズを以下のように決めた。即ち、電流路１２の材質は銅（Ｃｕ）で、図１に示すように、厚み（ｔ）が２μｍ（ｔ＝２μｍ）で、幅（高さ）（Ｈ）が２０μｍで、全長（Ｌ１）を２０００μｍとした。この場合、パッド部１３から固定部１２ａの端部までの長さ（Ｌ２）を１００μｍとし、じゃばら部１２ｂの長さ（Ｌ３）を４０μｍとした。図２の結果から明らかなように、０．６Ｇの加速度で電流路１２の変位量（μｍ）が０．１μｍ以上となり、充分に加速度を求めることができることが分かる。
【００１６】
ついで、上述のように構成される加速度センサ１０における磁気センサ１４の感度を求めると以下のようになった。即ち、電流路１２に電流（Ｉ）が流れることにより電流路１２から距離ｒ（μｍ）の位置に生成される磁界（Ａ／ｍ）を求めると、下記の表１に示すような結果が得られた。例えば、電流路１２に１００ｍＡの電流（Ｉ＝１００ｍＡ）を流すと、電流路１２から１０μｍ離れたところ（ｒ＝１０μｍ）での磁界強度は１５９２Ａ／ｍ（Ｈ＝１５９２Ａ／ｍ）となる。このとき電流路１２が０．１μｍ変位（Δｒ＝０．１μｍ）すれば、１５．８Ａ／ｍ変化（ΔＨ＝１５．８Ａ／ｍ）する。
【表１】
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【００１７】
ここで、１５．８Ａ／ｍ位の変化（ΔＨ＝１５．８Ａ／ｍ）は、磁気抵抗素子やホール素子で十分検出できる大きさである。ましてや、磁気に対する感度がもっと高い巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ、スピンバルブ、ＴＭＲ）や磁気インピーダンス（ＭＩ：Magneto-Impedance）素子を用いれば、加速度の感度がさらに上昇する。さらに、電流路をコイル状にすれば大きな磁界が発生するようになるので、流す電流が小さくても感度を上げることができるようになる。また、電流路の変位（μｍ）が大きくなる工夫を施すようにしても感度を上げることができる。
【００１８】
例えば、図３（ａ）のような断面図に基づいて検討すると、ｘ軸上の正負対称な位置に一対の磁気センサー（センサ１，センサ２）が間隔２ａで配置されており、これらの磁気センサー（センサ１，センサ２）のほぼ上方の座標（ｘ１、ｙ１）の位置に電流路１２が配置されていて、この電流路１２に電流（Ｉ）が流れているものとする。この状態で、センサ１の位置までの距離がｒ1で、その位置での磁界の強度Ｈ1と、センサ２の位置までの距離がｒ2で、その位置での磁界の強度Ｈ2を求めると、それぞれ下記の（１）式および（２）式となる。
Ｈ1＝Ｉ／（２πｒ1）・・・（１）
Ｈ2＝Ｉ／（２πｒ2）・・・（２）
【００１９】
さらに外部磁界Ｈｏが、センサー１，２のいずれにも同じ大きさで印加されているとし、また、センサーがｘ方向の磁界を検出できるものとすると、センサー１，２が検出するｘ方向の磁界の強度はそれぞれ下記の（３）式および（４）式となる。
Ｈ1x＋Ｈｏ＝Ｉｙ1／（２πｒ12）＋Ｈｏ・・・（３）
Ｈ2x＋Ｈｏ＝Ｉｙ1／（２πｒ22）＋Ｈｏ・・・（４）
【００２０】
そして、電流路に電流を正方向に流したときのセンサー１，２の出力Ｖ1+およびＶ2+はそれぞれ下記の（５）式および（６）式となる。
Ｖ1+＝α1・Ｉｙ1／（２πｒ12）＋α1・Ｈｏ＋β1・・・（５）
Ｖ2+＝α1・Ｉｙ1／（２πｒ22）＋α1・Ｈｏ＋β2・・・（６）
また、電流を逆方向に流したときのセンサー１，２の出力Ｖ1-およびＶ2-はそれぞれ下記の（７）式および（８）式となる。
Ｖ1-＝−α1・Ｉｙ1／（２πｒ12）＋α1・Ｈｏ＋β1・・・（７）
Ｖ2-＝−α1・Ｉｙ1／（２πｒ22）＋α1・Ｈｏ＋β2・・・（８）
【００２１】
ここで、センサーの入出力特性は、図３（ｂ）に示すように、同じ感度α１を持ち、オフセットは２つのセンサーで異なる値β１、β２を持つものと仮定している。そして、（５）−（７）と（６）−（８）をセンサー１，２の出力Ｖ1、Ｖ2とすると、出力Ｖ1、Ｖ2はそれぞれ下記の（９）式および（１０）式となる。
Ｖ1＝（Ｖ1+−Ｖ1-）＝２・α1・Ｉｙ1／（２πｒ12）・・・（９）
Ｖ2＝（Ｖ2+−Ｖ2-）＝２・α1・Ｉｙ1／（２πｒ22）・・・（１０）
【００２２】
センサー１について求めたいものは、電流路の位置が（ｘ1、ｙ1）のときの出力をＶ1（ｘ1、ｙ1）と表わせば、Ｖ1（ｘ1＋Δｘ、ｙ1＋Δｙ）−Ｖ1（ｘ1、ｙ1）である。即ち、電流路が平衡位置からΔｘ、Δｙだけ加速度により変化したときの出力の変化量である。ここで、Δｘ、Δｙはｘ1やｙ1に対して十分小さいので、Ｖ1（ｘ1＋Δｘ、ｙ1＋Δｙ）およびＶ2（ｘ1＋Δｘ、ｙ1＋Δｙ）をΔｘとΔｙに対してＴａｙｌｅｒ展開して、出力の変化量を求めると、それぞれ下記の（１１）式および（１２）式となる。
【数１】
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【数２】
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【００２３】
ここで、ｘ1、ｙ1、ａは設計値から求められる。したがって、加速度０の状態でＶ1（ｘ1、ｙ1）、Ｖ2（ｘ1、ｙ1）を求めておけば、Ｖ1（ｘ1＋Δｘ、ｙ1＋Δｙ）とＶ2（ｘ1＋Δｘ、ｙ1＋Δｙ）からΔｘとΔｙが求められる。そして、電流路の変位と加速度の関係から２方向の加速度を求めることができる。つまり、ｘ方向とｙ方向に変位できる電流路と２つの磁気センサの組み合わせで、電流路のｘ方向とｙ方向の変位、すなわち、ｘ方向とｙ方向の両方向の加速度を求めることができる。
【００２４】
次に、特殊な場合として、電流路がｘ方向にのみ変位し、ｙ方向に変位しない場合を考える。このとき、Δｙ＝０となるので、次の（１３）式および（１４）式が得られる。
【数３】
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【数４】
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【００２５】
ここで、ａは２つのセンサーの間隔の１／２の値であるので、センサーを形成するホトリソグラフィの高い精度でａの値を決めることができる。一方で、ｘ1は高い精度で決めることはできないが、ｘ1が十分小さければ、ｒ1＝ｒ2としてよく、その場合、（１３）式および（１４）式からｘ1に無関係にΔｘを求めることができる。つまり、電流路がｘ方向のみに変位する場合は、２つの磁気センサーの出力を求めることにより、高精度でｘ方向の電流路の変位、すなわち、ｘ方向の加速度を求めることができる。
【００２６】
次に、もう一度一般的な場合に戻って、本加速度センサーのｘ方向の感度Ｓｘおよびｙ方向の感度Ｓｙを以下のように定め、Ｖ1について感度を求める。
Ｓｘ＝（Ｖ1（ｘ1＋Δｘ、ｙ1＋Δｙ）−Ｖ1（ｘ1、ｙ1））／Δｘ（ただし、Δｙ＝０）
Ｓｙ＝（Ｖ1（ｘ1＋Δｘ、ｙ1＋Δｙ）−Ｖ1（ｘ1、ｙ1））／Δｙ（ただし、Δｘ＝０）
計算を簡略にするために、ｘ1＝０、すなわち、２つのセンサーの中心線上に電流路があるとすると、（１１）式より、以下の（１５）式および（１６）式が得られる。
【数５】
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【数６】
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【００２７】
ここで、ＳｘとＳｙを大きくするには、いずれの場合もα1とＩを大きくし、ａとｙ1を小さくする必要がある。ＳｘとＳｙを計算すると、図４のようになる。この図４においては、ｙ1＝１μｍとして、ａを１から１５μｍまで変化させたときの値を示している。そして、ａが大きいところで、Ｓｙの方が感度が高い。これは、磁気センサーとして、基板に平行な方向に感度のあるＧＭＲを想定したためである。実用上は、電流路と１０μｍ以上離れる必要があるため、電流路のｙ方向の変位を求める形にセンサーを組む方が有利である。また、電流路のｘ方向変位をとる場合は、電流路をセンサーの真上近くに置く方が有利である。実施例１の場合の感度は、例えば、抵抗値１ｋΩのＧＭＲに５ｍＡの電流を流した場合、加速度１Ｇに対する出力を算出すると、電流路に２０ｍＡ流し、ａ＝１０μｍ、ｙ１＝５μｍ、１Ｇで電流路がｙ方向に０．１μｍ動いたとすると、Ｓｘ＝０．７６８ｍＶ／Ｇとなる。
【００２８】
これまで、２個の磁気センサーを使用するものとして式を展開してきた。しかし、（１３）式、または（１５）式は、電流路の変位がｘ方向のみの場合、即ち、Δｙ＝０のときのセンサ１の出力、または感度を表している。これは、予め、ａとｘ１とｒ１が分かっている場合には、一方向にしか動かない電流路と組み合わせることにより、１個の磁気センサーで電流路の変位方向の加速度を検知するセンサーを作製できることを示している。
【００２９】
ここで、磁気センサ１４は、図５（ａ）の概略断面図に示したように、スピンバルブ膜ＳＶからなり、この両端部下方に形成されたＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体であって、高保磁力を有する材質からなるマグネット膜（バイアス磁石膜；硬質強磁性体薄膜層）１４ｈ，１４ｉとを備えている。スピンバルブ膜ＳＶは、図５（ｂ）に膜構成を示したように、基板１１の上に順に積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．４ｎｍ（２４Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のチタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層Ｃからなっている。
【００３０】
フリー層Ｆは、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層であり、基板１１の直上に形成された膜厚が８ｎｍ（８０Å）のＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１４ａと、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１４ａの上に形成された膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層１４ｂと、ＮｉＦｅ磁性層１４ｂの上に形成された１〜３ｎｍ（１０〜３０Å）程度の膜厚のＣｏＦｅ層１４ｃとからなっている。ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１４ａとＮｉＦｅ磁性層１４ｂは軟質強磁性体薄膜層を構成している。ＣｏＦｅ層１４ｃはＮｉＦｅ層１４ｂのＮｉ、及びスペーサ層ＳのＣｕ１４ｄの拡散を防止するために設けられている。
【００３１】
ピン層Ｐは、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）のＣｏＦｅ磁性層１４ｅと、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金から形成した膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１４ｆとを重ね合わせたものである。ＣｏＦｅ磁性層１４ｅは、着磁（磁化）された反強磁性膜１４ｆに交換結合的に裏打されることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸方向にピン（固着）されるピンド層を構成している。
【００３２】
ついで、上述のような構成となる実施例１の加速度センサの製造方法を図６〜図７に基づいて、以下に詳細に説明する。まず、予め、図６（ａ）に示すように、一対のパッド部１３，１３と、一対の磁気センサ１４，１４が形成された基板１１を用意し、この基板１１の全面にレジスト１１ａを塗布する。この場合、レジスト１１ａとしてはポジ型あるいはネガ型のどちらを用いてもよいが、ポジ型の場合は、例えば、東京応化（株）製のＯＦＰＲ８００等を用いるのが望ましい。ついで、所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射してレジストを感光させる。基板１１はパッド部１３，１３および一対の磁気センサー１４，１４の間の絶縁を確保するため、表面に酸化膜を形成したＳｉまたは石英のような絶縁基板が用いられる。
【００３３】
ついで、現像液（レジストとして上述のＯＦＰＲ８００を用いた場合は、東京応化（株）製のＤＥ−６を用いるのが好ましい）に浸漬してレジストを所定の形状にパターニングする。この場合、一対のパッド部１３，１３の表面が露出するようにパターニングする。これにより、図６（ｂ）に示すように、一対のパッド部１３，１３と、一対の磁気センサ１４，１４が形成されたＳｉ基板１１上にパッド部１３，１３の表面が露出したレジスト層１１ａが形成される。
【００３４】
ついで、図６（ｃ）に示すように、この全面に膜厚が０．１μｍとなるＣｒからなるメッキ下地膜１１ｂをスパッタリングにより形成する。なお、スパッタリング以外に、蒸着、無電解メッキにより成膜するようにしてもよい。ついで、これらの全面に上述と同様なレジスト１１ｃを塗布する。この場合も、例えば、東京応化（株）製のＯＦＰＲ８００等を用いるのが望ましい。ついで、所定のパターンが形成されたホトマスクを介して紫外線を照射して塗布したレジスト１１ｃを感光させる。なお、紫外線以外に、電子線やＸ線を照射してレジストを感光させるようにしてもよい。ついで、現像液（レジストとして上述のＯＦＰＲ８００を用いた場合は、東京応化（株）製のＤＥ−６を用いるのが好ましい）に浸漬して、図６（ｄ）に示すように、レジスト１１ｃを所定の形状にパターニングする。
【００３５】
ついで、図７（ａ）に示すように、メッキ下地膜１１ｂの上に、幅が２μｍで、膜厚（高さ）が２０μｍで、長さが２ｍｍとなるＣｕからなるメッキ膜を電解メッキにより成膜して電流路１２を形成する。なお、この場合も、電解メッキ以外に、蒸着や無電解メッキにより成膜するようにしてもよい。ついで、レジスト１１ｃを除去する。これにより、図７（ｂ）に示すように、メッキ下地膜１１ｂの上に電流路１２が形成されることとなる。
【００３６】
ついで、図７（ｃ）に示すように、全面に加速イオンを照射するイオンミリングにより、露出したメッキ下地膜１１ｂを除去する。この場合、イオンミリングに代えて金属を溶解する液相エッチング法を用いてもよい。ついで、アルカリあるいは有機溶剤などで残存するレジスト１１ａを溶かして液相で除去する。この場合、液相で除去することに代えて、プラズマを使用して気相で除去するアッシング法などで除去するようにしてもよい。これにより、図７（ｄ）に示すように、両端部が一対のパッド部１３，１３に接続された電流路１２が基板１１から浮いた状態で形成されるとともに、この電流路１２の真下の両側の一対の磁気センサ１４，１４が形成された加速度センサ１０が形成されることとなる。
【００３７】
２．実施例２
ついで、実施例２の加速度センサについて、以下に説明する。図８に示すように、本実施例２の加速度センサ２０は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２１と、基板２１から浮いた状態で形成された略コ字状の電流路２２と、基板２１上に形成され、電流路２２の略コ字状の両先端部が接続された一対のパッド部２３，２３と、基板２１上に形成され、電流路２２の真下（の両側）に形成された一対の磁気センサ２４，２４とからなる。この場合、一対のパッド部２３，２３は電流路２２に所定の電流を供給するための電源回路（図示せず）が接続されている。また、一対の磁気センサ２４，２４には検出した出力から加速度を演算するための電気回路（図示せず）が接続されている。
【００３８】
ここで、電流路２２は基板２１に垂直な方向に動きやすい構造とするために、基板２１に垂直な方向の厚みが薄くなるように形成されており、例えば、幅が１０μｍで、厚みが２μｍで、長辺の長さが１．１ｍｍで短辺の長さが０．５ｍｍで略コ字状になるように銅などの導電性が良好な金属で形成されている。この場合、加速度が１Ｇの時に、磁気センサー２４，２４の近傍の電流路２２は、約０．１μｍ変位するようになされている。そして、略コ字状の両先端部がパッド部２３，２３に接続固定されていると、この電流路２２が基板２１に垂直な方向に加速度を受けると、この電流路２２は基板２１に垂直な方向に移動することとなる。
【００３９】
パッド部２３は、電流路２２の両先端部に位置するように基板２１上に形成されていて、このパッド部２３から電流路２２に所定の電流を供給するために図示しない電源回路が接続されている。磁気センサ２４は、基板２１の表面に平行な方向の磁界を検出するために、上述した実施例１と同様なＧＭＲ素子を用いて基板２１上に形成されている。ついで、上述のように構成される加速度センサ２０において、基板２１の平面に対して垂直方向（図８の矢印Ｇ方向）に加速度０．２Ｇ〜１．２Ｇまで変化させた場合に、電流路１２の変位量（μｍ）の変化をシミュレーションすると図９に示すような結果が得られた。
【００４０】
なお、電流路２２の変位量（μｍ）をシミュレーションするに際して、電流路２２のサイズを以下のように決めた。即ち、電流路２２の材質は銅（Ｃｕ）で、図８に示すように、厚みが２μｍで、幅（高さ）Ｈが１０μｍ（Ｈ＝１０μｍ）で、長辺の長さＬ１が１１００μｍ（Ｌ１＝１１００μｍ）で、短辺の長さＬ２が５００μｍ（Ｌ２＝５００μｍ）とした。図９の結果から明らかなように、０．８Ｇの加速度で電流路２２の変位量（μｍ）が０．１μｍ以上となり、充分に加速度を求めることができることが分かる。
【００４１】
ついで、上述のように構成される加速度センサ２０における磁気センサ２４の感度を求めると以下のようになる。実施例２の感度は、例えば抵抗値１ｋΩのＧＭＲに５ｍＡの電流を流した場合、加速度１Ｇに対する出力を計算すると、電流路に２０ｍＡ流し、ａ＝１０μｍ、ｙ１＝５μｍ、１Ｇで電流路がｙ方向に０．１μｍ動いたとすると、Ｓｘ＝１．１５ｍＶ／Ｇとなる。
【００４２】
ついで、上述のような構成となる実施例２の加速度センサ２０の製造方法を図１０〜図１９に基づいて、以下に詳細に説明する。
まず、図１０に示すように、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２１を用意する。この場合、このＳＯＩ基板２１においては、図１０に示すように、例えば、下層のＳｉ層２１ａの厚みは約６００μｍで、中層のＳｉＯ2層２１ｂの厚みは１．０μｍで、上層のＳｉ層２１ｃの厚みは１．５μｍとなるように形成されている。ついで、このＳＯＩ基板２１の上層のＳｉ層２１ｃの上面を熱酸化して、図１１に示すように、Ｓｉ層２１ｃの一部（例えば、表面から０．５μｍまでの部分）にＳｉＯ2層２１ｄを生成させる。
【００４３】
ついで、生成されたＳｉＯ2層２１ｄの上に、図１２に示すように、周知の方法でＧＭＲ磁気センサ２４を形成する。この場合、図示しないがＧＭＲ磁気センサ２４を外部回路に接続するための配線およびそのためのスルーホールを設ける必要がある。ついで、図１３に示すように、これらの全面にＳｉＯ2膜２４ａをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により堆積させてＧＭＲ磁気センサ２４を保護するようにした。ついで、図１４に示すように、これらの全面にレジスト２５を塗布した後、パッド部２３および電流路２２のパターンを形成するとともに、ＧＭＲ磁気センサー部分２４がエッチングによりダメージを受けないように保護する。
【００４４】
ついで、レジスト２５をマスクにして、図１５に示すように、ＳｉＯ2膜２４ａ，２１ｄをエッチングした。この場合、例えば、バッファードＨＦのような薬品を用いて、ウェットエッチングした。ついで、図１６に示すように、レジスト２５を除去した。この後、ＴＭＡＨやＫＯＨ水溶液を用いて、図１７に示すように、Ｓｉ膜２１ｃのみを選択的にエッチングした。なお、これらのＴＭＡＨやＫＯＨ水溶液からなる薬品はエッチングレートが結晶面に依存するため、エッチング後のパターンがエッチング前とは異なることとなるが、このような細かい変化については図示を省略した。
【００４５】
ついで、磁気センサー２４，２４部分のＳｉＯ2膜２４ａが次の工程でダメージを受けないように、図１８に示すように、これらの表面をレジスト２６で被覆した。この後、バッファードＨＦからなるエッチング液を用いて、図１９に示すように、ＳｉＯ2膜２４ａ，２１ｄ，２１ｂをエッチングして浮き構造を形成した。この場合、バッファードＨＦが面の厚み方向だけではなく、面に平行な方向にもエッチングが進むという効果（サイドエッチと呼ぶ）を利用してエッチングを行った。なお、これまでにも、サイドエッチングが存在していたが、その程度が無視できるほど小さいために図示は省略されていたが、今回はサイドエッチが十分に進むようにエッチングに長い時間をかけるようにした。これにより、図８に示すような実施例２の加速度センサ２０が作製される。
【００４６】
上述したように、固定部を除いて基板上より浮上して形成されていて、加速度を受けることにより変位することが可能な電流路と、基板上に形成されていて、電流路に流れる電流により発生した磁界を検出する一対の磁気センサとを備えており、電流路に電流を流すと、電界が生じ、磁気センサの出力が変化する。この状態で、電流を流している電流路が動くと、磁気センサでの磁界が変化するため、それぞれ異なった出力を出す。電流路の動きの向きが基板に平行であれば、左右の磁気センサの出力の差をとることで、電流路の動きが検出できる。電流路の動きの向きが基板に垂直である場合には、左右の磁気センサの出力の和をとることで、その動きを検出できる。電流路の動きは加速度の向きと大きさを反映しているので、これにより、加速度の大きさと向きを知ることができる。
【００４７】
なお、上述した実施形態においては、磁気センサとしてＧＭＲ磁気センサを用いる例について説明したが、磁気センサとしては、ＧＭＲ磁気センサに代えてホール素子を用いるようにしてもよい。この場合、ホール素子としてはＩｎＳｂやＩｎＡｓなどの化合物半導体を用いるのが好ましい。また、シリコン基板上に作製したＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)−ＦＥＴ(Field Effect Transistor)の反転層を使って、ホール素子を作製することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１の加速度センサを模式的に示す図であり、図１（ａ）はその全体構成を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）はその要部を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の加速度センサの電流路の加速度に対する撓み量のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】図１の加速度センサの原理を説明する図である。
【図４】図１の加速度センサの電流路の位置に対する感度を示す図である。
【図５】ＧＭＲ磁気センサを模式的に示す図である。
【図６】図１の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図７】図１の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施例２の加速度センサの全体構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】図８の加速度センサの電流路の加速度に対する撓み量のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１１】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１２】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１３】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１４】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１５】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１６】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１７】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１８】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図１９】図８の加速度センサを製造するための工程の一部を模式的に示す図である。
【図２０】従来例の加速度センサを模式的に示す図である。
【図２１】他の従来例の加速度センサを模式的に示す図である。
【図２２】他の従来例の加速度センサを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…加速度センサ、１１…基板、１１ａ…レジスト、１１ｂ…メッキ下地膜、１１ｃ…レジスト、１２…電流路、１２ａ…固定部、１２ｂ…ジャバラ部、１３…パッド部、２０…加速度センサ、２１…基板、２１ａ…Ｓｉ層、２１ｂ…ＳｉＯ2層、２１ｃ…Ｓｉ膜、２１ｄ…ＳｉＯ2層、２２…電流路、２３…パッド部、２４…磁気センサ、２４ａ…ＳｉＯ2膜、２５…レジスト、２６…レジスト
【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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