(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた軟磁性コア体と、
前記軟磁性コア体を巻線した形態の金属膜で形成された励磁コイルと、
前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記軟磁性コア体を巻線した形態の金属膜で形成された磁界変化検出用コイルとを含み、
前記半導体基板はその表面に陥没部を備え、
前記励磁コイルの下部及び前記磁界変化検出用コイルの下部は前記陥没部が形成する複数の陥没領域内をそれぞれ埋めるように形成されていることを特徴とする磁界検出素子。
【請求項２】
前記軟磁性コア体は、同一平面上に平行する２つの棒状に形成した棒体であることを特徴とする請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項３】
前記２つの棒体は、その長さ方向を磁界検出軸方向にしたことを特徴とする請求項２に記載の磁界検出素子。
【請求項４】
前記励磁コイルは、前記２つの棒体を交互に‘８’の字形に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項３に記載の磁界検出素子。
【請求項５】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項４に記載の磁界検出素子。
【請求項６】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体のそれぞれをソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項４に記載の磁界検出素子。
【請求項７】
前記励磁コイルは、前記２つの棒体のそれぞれをソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項３に記載の磁界検出素子。
【請求項８】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項７に記載の磁界検出素子。
【請求項９】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項７に記載の磁界検出素子。
【請求項１０】
前記軟磁性コア体は、同一平面上に四角リング状に設けた四角リング体であることを特徴とする請求項１に記載の磁界検出素子。
【請求項１１】
前記四角リング体は、その長さ方向を磁界検出軸方向にしたことを特徴とする請求項１０に記載の磁界検出素子。
【請求項１２】
前記励磁コイルは、前記四角リング体の対向する両辺を交互に‘８’の字形に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項１１に記載の磁界検出素子。
【請求項１３】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記対向する両辺を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項１２に記載の磁界検出素子。
【請求項１４】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記対向する両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項１２に記載の磁界検出素子。
【請求項１５】
前記励磁コイルは、前記対向する両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項１１に記載の磁界検出素子。
【請求項１６】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記対向する両辺を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項１５に記載の磁界検出素子。
【請求項１７】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記対向する両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項１５に記載の磁界検出素子。
【請求項１８】
半導体基板の上面を、励磁コイルと磁界変化検出用コイルの下部に対応するパターンに沿ってエッチングし、そのエッチングされた領域に金属を一次投入して前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部を形成する段階と、
前記金属が一次投入された前記半導体基板の上部に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜に前記エッチング領域に投入された金属と対応して、所定距離を隔てて両側に前記金属と連通する貫通孔をそれぞれ形成する一次貫通孔形成段階と、
前記一次貫通孔が形成された前記第１の絶縁膜の上部に軟磁性体膜を積層し、パターン形成とエッチングによって軟磁性コア体を形成する段階と、
前記軟磁性コア体が形成された前記半導体基板の上部に第２の絶縁膜を形成する段階と、
前記第２の絶縁膜の前記一次貫通孔と同一の位置に、前記金属と連通する貫通孔を二次に形成する段階と、
前記二次貫通孔が形成された前記第２の絶縁膜の上部に感光物質を塗布し、前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するパターンに沿ってエッチングし、そのエッチングされた領域に金属を二次投入して前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部を形成する段階とを含むことを特徴とする磁界検出素子の製造方法。
【請求項１９】
前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部を形成する段階は、
前記半導体基板の上面に感光物質を塗布する段階と、
前記半導体基板の上面に塗布された前記感光物質に露光現象を用いて励磁コイルと磁界変化検出用コイルの下部に対応するパターンを形成する段階と、
前記パターンに沿ってシリコンディープ（deep）エッチング方法を用いて前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部に対応する形状をエッチングする段階と、
前記エッチングされた断面に沿って前記半導体基板の上部に酸化膜を形成する段階と、
前記酸化膜に沿ってシードレイヤーを形成する段階と、
前記シードレイヤーの上部のエッチングされた領域に金属が埋め込まれるように、前記半導体基板の上部に金属膜を形成する段階と、
前記エッチング領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように前記半導体基板の上面を研磨する段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２０】
前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部を形成する段階は、
前記半導体基板の上面に酸化膜を形成する段階と、
前記酸化膜の上部にシードレイヤーを形成する段階と、
前記シードレイヤーの上部にシック（thick）フォトレジストを塗布する段階と、
前記シードレイヤーの上部に塗布された前記シックフォトレジストに露光現象を用いて前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部に対応するパターンを形成する段階と、
前記パターニングされた領域に金属が埋め込まれるように前記半導体基板の上部に金属膜を形成する段階と、
前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部を形成するための前記エッチング領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように前記シードレイヤー及び前記シードレイヤーの上部に塗布された前記感光物質を取り除く段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２１】
前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部を形成する段階は、
前記二次貫通孔が形成された前記第２の絶縁膜の上部に感光物質を塗布する段階と、
前記第２の絶縁膜の上部に塗布された前記感光物質に露光現象を用いて前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するパターンを形成する段階と、
前記パターニングされた断面に沿ってシードレイヤーを形成する段階と、
前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するようにパターニングされた部分に金属を二次投入する段階と、
前記パターン領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように上面を研磨する段階と、
前記二次投入された金属を除く前記第２の絶縁膜の上部に塗布された感光物質を取り除く段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２２】
前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部を形成する段階は、
前記二次貫通孔が形成された前記第２の絶縁膜の上部にシードレイヤーを形成する段階と、
前記シードレイヤーの上部にシックフォトレジストを塗布する段階と、
前記シードレイヤーの上部に塗布された前記シックフォトレジストに露光現象を用いて前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するパターンを形成する段階と、
前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するように前記パターン領域に金属を投入する段階と、
前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部を形成するための前記パターン領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように、前記シードレイヤー及び前記シードレイヤーの上部に塗布された前記シックフォトレジストを取り除く段階とを含むことを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２３】
前記軟磁性コア体は、同一平面上に平行する２つの棒状に形成した棒体であることを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２４】
前記２つの棒体は、その長さ方向を磁界検出軸方向にしたことを特徴とする請求項２３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２５】
前記励磁コイルは、前記２つの棒体を交互に‘８’の字形に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項２４に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２６】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項２５に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２７】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項２５に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２８】
前記励磁コイルは、前記２つの棒体をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項２４に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項２９】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項２８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３０】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項２８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３１】
前記軟磁性コア体は、四角リング状に設けた四角リング体であることを特徴とする請求項１８に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３２】
前記四角リング体は、その長さ方向を磁界検出軸方向にしたことを特徴とする請求項３１に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３３】
前記励磁コイルは、前記四角リング体の対向する両辺を交互に‘８’の字形に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項３２に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３４】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記対向する両辺を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項３３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３５】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記対向する両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項３３に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３６】
前記励磁コイルは、前記対向する両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項３２に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３７】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記対向する両辺を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項３６に記載の磁界検出素子の製造方法。
【請求項３８】
前記磁界変化検出用コイルは、前記励磁コイルと同一平面上に具現し、前記対向する両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けたことを特徴とする請求項３６に記載の磁界検出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界検出素子に関し、特に半導体基板に集積された磁界検出素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁界検出素子は、目や耳のような人の感覚器官で直接的に感じることはできないが、様々な物理的現象を通じてその存在が立証された磁気エネルギーを人が間接的に感じることができるように具現した装置である。かかる磁界検出素子として、軟磁性体とコイルを用いた磁気センサーが長い間利用されてきた。磁気センサーは、比較的大きな棒状のコア体（core）または軟磁性リボンからなる環状コア体にコイルを巻線することで具現する。また、測定磁界に比例する磁界を得るために電子回路が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の磁界検出素子は、大きな棒状のコア体または軟磁性リボンによる環状のコア体にコイルが巻線され利用されるため、製造コストが高く、またシステムの体積が増加するという問題点があった。
【０００４】
また、励磁コイルにより発生する磁束変化及び検出磁界は、コア体による磁束漏れを避けることができないため、高感度の磁界検出が困難であるという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、前記のような問題点を解決するため、超小型で、かつより正確に磁界が検出できるように半導体基板に集積された高感度の磁界検出素子及びその製造方法を提供することをその目的とする。
【０００６】
本発明は、また、外部測定磁界が零（zero）である時、磁束変化検出用コイルに誘導波形が現れないようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による磁界検出素子は、半導体基板に閉磁路を構成するように形成された軟磁性コア体と、前記軟磁性コア体を巻線した形態の金属膜で形成される励磁コイル、及び前記励磁コイル上と同一平面上に具現し、前記軟磁性コア体を巻線した形態の金属膜で形成される磁界変化検出用コイルとを含む。
【０００８】
ここで、前記軟磁性コア体は、同一平面上に平行する２つの棒状に形成した棒体である。そして、前記２つの棒体は、その長さ方向が磁界検出軸方向に向けるように設ける。一方、前記軟磁性コア体は、四角リング状に形成することができ、
この時、前記軟磁性コア体は、２つの棒状に形成した場合と同様に、その長さ方向を磁界検出軸方向にする。
【０００９】
前記励磁コイルは、前記２つの棒体を交互に‘8’の字形に巻線した構造を有するように設けることができ、また他には、前記２つの棒体をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けることができる。一方、前記軟磁性コア体を四角リング状に形成した場合、前記励磁コイルは、磁界検出軸方向に位置する対向する両辺を交互に巻線した‘8’の字形の構造、または前記対向する両辺をそれぞれ巻線した構造を有するように設けることができる。
【００１０】
前記磁界変化検出用コイルは、前記軟磁性コア体をなす前記２つの棒体または前記四角リング体の磁界検出軸方向に形成された両辺を交互に‘8’の字形に巻線するか、または前記２つの棒体または前記四角リング体の両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有する励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体または前記四角リング体の両辺を一緒にソレノイド状に巻線した構造を有するように設ける。また他には、前記磁界変化検出用コイルは、前記２つの棒体または前記四角リング体の磁界検出軸方向に形成された両辺を‘8’の字形に巻線するか、または前記２つの棒体または前記四角リング体の両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有する励磁コイルと同一平面上に具現し、前記２つの棒体または前記四角リング体の両辺をそれぞれソレノイド状に巻線した構造を有するように設けることができる。
【００１１】
前記目的を達成するべく、本発明による磁界検出素子の半導体製造方法は、半導体基板の上面を、励磁コイルと磁界変化検出用コイルの下部に対応するパターンに沿ってエッチングし、そのエッチングされた領域に金属を一次投入して前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部を形成する段階と、前記金属が一次投入された前記半導体基板の上部に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜に前記エッチング領域に投入された金属と対応して、所定距離を隔てて両側に前記金属と連通する貫通孔をそれぞれ形成する一次貫通孔形成段階と、前記一次貫通孔が形成された前記第１の絶縁膜の上部に軟磁性体膜を積層し、パターン形成とエッチングによって軟磁性コア体を形成する段階と、前記軟磁性コア体が形成された前記半導体基板の上部に第２の絶縁膜を形成する段階と、前記第２の絶縁膜の前記一次貫通孔と同一の位置に、前記金属と連通する貫通孔を二次に形成する段階、及び前記二次貫通孔が形成された前記第２の絶縁膜の上部に感光物質を塗布し、前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するパターンに沿ってエッチングし、そのパターン形成された領域に金属を二次投入して前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部を形成する段階とを含む。
【００１２】
ここで、前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部を形成する段階は、
前記半導体基板の上面に感光物質を塗布する段階と、前記半導体基板の上面に塗布された前記感光物質に露光現象を用いて励磁コイルと磁界変化検出用コイルの下部に対応するパターンを形成する段階と、前記パターニングされた断面に沿って前記半導体基板の上部に酸化膜を形成する段階と、前記酸化膜に沿ってシードレイヤーを形成する段階と、前記シードレイヤーの上部のパターン形成領域に金属が埋め込まれるように、前記半導体基板の上部に金属膜を形成する段階、及び前記パターン領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように前記半導体基板の上面を研磨する段階とを含む。
【００１３】
一方、前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部を形成する段階は、前記半導体基板の上面に酸化膜を形成する段階と、前記酸化膜の上部にシードレイヤーを形成する段階と、前記シードレイヤーの上部にシック（thick）フォトレジストを塗布する段階と、前記シードレイヤーの上部に塗布された前記シックフォトレジストに露光現象を用いて前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部に対応するパターンを形成する段階と、前記パターニングされた領域に金属が埋め込まれるように前記半導体基板の上部に金属膜を形成する段階、及び前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの下部を形成するための前記パターン形成された領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように前記シードレイヤー及び前記シードレイヤーの上部に塗布された前記感光物質を取り除く段階とを含む過程を通じて具現することができる。
【００１４】
また、前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部を形成する段階は、前記二次貫通孔が形成された前記第２の絶縁膜の上部に感光物質を塗布する段階と、前記第２の絶縁膜の上部に塗布された前記感光物質に露光現象を用いて前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するパターンを形成する段階と、前記パターニングされた断面に沿ってシードレイヤーを形成する段階と、前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するようにエッチングされた部分に金属を二次投入する段階と、前記パターン形成領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように上面を研磨する段階、及び前記二次投入された金属を除く前記第２の絶縁膜の上部に塗布された感光物質を取り除く段階とを含む。
【００１５】
一方、前述した前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部を形成する段階は、前記二次貫通孔が形成された前記第２の絶縁膜の上部にシードレイヤーを形成する段階と、前記シードレイヤーの上部にシックフォトレジストを塗布する段階と、前記シードレイヤーの上部に塗布された前記シックフォトレジストに露光現象を用いて前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するパターンを形成する段階と、前記パターン形成された部分に金属を投入する段階、
及び前記励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部を形成するための前記パターン形成領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように、前記シードレイヤー及び前記シードレイヤーの上部に塗布された前記シックフォトレジストを取り除く段階とを含む過程を通じて具現することができる。
【００１６】
上述のような本発明の半導体基板に集積された磁界検出素子及びその製造方法によると、軟磁性コア体を検出軸方向に長く形成して反磁界成分を減少することができ、また、磁界変化検出用コイルが、軟磁性コア体を巻線している励磁コイルと共に巻線された構造にすることにより、磁束変化検出用コイルで誘導波形が現れなくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照し、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体基板に集積された磁界検出素子を模式的に示す図である。磁界検出素子では、互いに平行する棒状の２つの軟磁性コア体１、２を励磁コイル３が‘８’の字形に巻線しており、磁界変化検出用コイル４が励磁コイル３上で第１及び第２の軟磁性コア体１、２を一緒に巻線している。ここで、励磁コイル３は、２つの軟磁性コア体をそれぞれ巻線することができ、磁界変化検出用コイル４もまた励磁コイル３上で棒状の２つの軟磁性コア体１、２をそれぞれ巻線した構造を有するように設けることができる。
【００１８】
前記のように、棒状の２つの軟磁性コア体を‘８’の字形に巻線した構造を便宜上、‘結合型構造’と称する。そして、前記のような棒状の２つの軟磁性コア体をそれぞれ巻線した構造を‘分離型構造’と称する。そして、下記で説明する更なる他の実施の形態である四角リング状の軟磁性コア体においても互いに対向する両辺を‘８’の字形に巻線した構造を‘結合型構造’と称し、互いに対向する両辺をそれぞれ巻線した構造を‘分離型構造’と称する。
【００１９】
図２（Ａ）乃至図２（Ｆ）は、図１に示した磁界検出素子の動作を説明するためのタイミング図である。図２（Ａ）は、第１の軟磁性コア体１で発生した磁界の波形図、図２（Ｂ）は、第２の軟磁性コア体２で発生した磁界の波形図、図２（Ｃ）は、第１の軟磁性コア体１で発生した磁束密度の波形図、図２（Ｄ）は、第２の軟磁性コア体２で発生した磁束密度の波形図、そして図２（Ｅ）及び図２（Ｆ）は、磁界変化検出用コイルに誘導される第１及び第２の誘導電圧Vind１、Vind２と、第１及び第２の誘導電圧の和（Vind１＋Vind２）をそれぞれ示す波形図である。
【００２０】
磁界検出素子は、図１のように、励磁コイル３が２つの軟磁性コア体1、２に‘８’の字形に巻線されると、交流の励磁電流により各コア体１、２の内部の磁界‘Hext（外部磁界）＋Hexc（励磁コイルによる磁界）’と‘Hext−Hexc’及び磁速密度‘Bext（外部磁界による磁速密度）＋Bexc（励磁コイルによる磁速密度）’と‘Bext−Bexc’とが互いに逆方向に発生する（図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ参照）。一方、磁界変化検出用コイル４は、２つのコア体１、２のそれぞれから発生する磁速変化の和をとるようにして巻線されており、励磁交流電流による電子誘導により発生する磁速変化を検出する。この時、磁界変化検出用コイル４で検出される誘導電圧は、２つのコア体１、２のそれぞれの内部磁界が逆方向であるため、対称的に発生した両誘導電圧‘Vind１’、‘Vind２’の発生電圧が相殺され検出される（図２（Ｆ））。即ち、各コア体１、２の軸方向から外部磁界‘Hext’は両コア体１、２に対し同一方向に印加されるため、両コア体１、２のそれぞれから発生する内部磁界は、‘Hext＋Hexc’と‘Hext−Hexc’になる。この時、図２（Ｅ）に示したように、磁界変化検出用コイルにぞれぞれ電圧（Vind１、Vind２）が誘導され、誘導電圧（Vind１、Vind２）を測定することにより、外部磁界‘Hext’の大きさが分かる。
【００２１】
前記のような磁界検出素子においては、２つの軟磁性コア体１、２と‘８’の字形の結合型構造を有する励磁コイル３と、２つの軟磁性コア体１、２で発生する磁速変化の和が得られるように、磁界変化検出用コイル４を励磁コイル３上にソレノイド状に積層する構造が重要である。このような磁界検出素子の構造は、外部磁界‘Hext’がない時、軟磁性コア体１、２から発生した磁界による誘導波形を相殺し、励磁コイルにより発生した磁束は、軟磁性コア体で閉磁路を形成するためである。
【００２２】
一方、図１に示した軟磁性コア体は、四角リング（Retangular−ring）の形態を有することができる。そして、四角リング体の両辺に結合型構造に励磁コイルを巻線し、磁界変化検出用コイルを四角リング体の両辺にソレノイド状に巻線して同一の効果を得ることができる。また、磁界変化検出用コイルを四角リング体の両辺にそれぞれソレノイド状に巻線して同一の効果を得ることができる。
【００２３】
ここで、１つの棒状のコア体に励磁コイルと磁界変化検出用コイルを配設することによっても磁界検出は可能であるが、この場合には、外部磁界がなくても検出コイルには励磁コイルによる大きな誘導電圧波形が大きく発生し、増幅、フィルタリングなどの検出コイル出力に対する信号処理が煩わしくなる。従って、２つの棒状コア体や１つの四角リング状コア体を使用することが信号処理上において大きな長所となる。
【００２４】
図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）は、半導体基板上に磁界検出素子を製造する過程を示す製造工程図であって、図１に模式的に示した磁界検出素子のＸ-Ｘ’線及びＹ−Ｙ’線に沿って切断された断面状態を示している。図３（Ａ）乃至図３（Ｅ）において、左側は、Ｘ-Ｘ’線に沿って切断された断面の状態であり、右側は、Ｙ-Ｙ’線に沿って切断された断面の状態である。
【００２５】
以下に、磁界検出素子の製造工程を説明する。
磁界検出素子は、半導体基板２１の上面に感光物質と露光現象も用いて励磁コイル及び磁界変化検出用コイルが交互に１回ずつ巻線された構造を有するようにパターンを形成し、エッチングによってパターンに応じた高断面比の形状２２を具現する。その後、高断面比の形状２２が具現された半導体基板２１のエッチングされた断面に沿って電気的絶縁のための酸化膜（図示せず）を形成する（図３（Ａ））。その後、酸化膜に沿ってメッキのためのシードレイヤー（図示せず）を形成し、シードレイヤーの上部にエッチングによって陥没された領域２２に金属（例えば、銅）２３が埋め込まれるように金属膜を形成する。そして、各陥没領域２２に埋め込まれた金属２３が互いに絶縁できるように基板の上面にＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）を施す（図３（Ｂ））。
【００２６】
一方、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示したように、半導体基板２１に高断面比の形状２２を具現及び励磁コイルと磁界変化検出用コイルの巻線下部の形成は、また別の製造方法を通じて具現することができる。その方法は、先ず、半導体基板２１に電気的絶縁のために酸化膜を形成し、メッキのためのシードレイヤーを酸化膜の上に形成する。その後、シック（Thick）ＰＲ（Photo  Resist）をシードレイヤーの上部に塗布した後、露光を通じてパターンを形成し、パターンに沿ってエッチングして励磁コイルと磁界変化検出用コイルの下部形状を具現することができる。そして、エッチング領域に金属が埋め込まれるように金属膜を成形した後、シックＰＲとシードレイヤーを取り除くことで励磁コイルと磁界変化検出用コイルの巻線下部を形成することができる。
【００２７】
このように励磁コイルと磁界変化検出用コイルの巻線下部が形成された基板２１の上面に第１の絶縁膜を形成する（図３（Ｃ））。そして、第１の絶縁膜２４に軟磁性コア体を間に設けることができるように所定の距離を隔てて両側に金属２３と連通する貫通孔（図示せず）を一次に形成する。次に、一次貫通孔が形成された第１の絶縁膜２４の上部に軟磁性体膜を積層し、パターン形成とエッチングによって軟磁性コア体２５を形成した後、軟磁性コア体２５が形成された半導体基板の上部に第２の絶縁膜２６を形成する（図３（Ｄ））。そして、第２の絶縁膜２６に一次貫通孔と同一の個所に金属と連通する貫通孔２７を二次に形成する。
【００２８】
次に、二次貫通孔２７が形成された第２の絶縁膜２６の上部に感光物質を塗布し、露光現象を用いて励磁コイルと磁界変化検出用コイルの上部に対応するパターンを形成する。そして、パターンに沿って励磁コイルと磁界変化検出用コイルの上部形状（図示せず）を具現し、そのパターン形成された領域の断面に沿ってシードレイヤー（図示せず）を形成した後、エッチングされた領域に金属２８が埋め込まれるように金属を二次に投入して第２の金属膜（図示せず）を形成する。
そして、各エッチング領域に埋め込まれた金属が互いに絶縁されるようにＣＭＰを施す。以後、二次投入された金属２８を除く第２の絶縁膜の上部に塗布された感光物質を取り除いて励磁コイルと磁界変化検出用コイルの上部を形成する（図３ｅ）。
【００２９】
一方、図３（Ｅ）に示したような励磁コイルと磁界変化検出用コイルの上部を形成する過程では、また別の製造方法を用いることができ、その方法は、以下の通りである。
【００３０】
先ず、二次貫通孔２７が形成された第２の絶縁膜２６の上部にシードレイヤーを形成し、このシードレイヤーの上部にシックフォトレジストを塗布する。そして、シードレイヤーの上部に塗布されたシックフォトレジストに露光現象を用いて励磁コイルと前記磁界変化検出用コイルの上部に対応するパターンを形成した後、このパターンに沿ってエッチングを施す。次に、励磁コイルと磁界変化検出用コイルの上部に対応するようにエッチングされた部分に金属を二次に投入し、励磁コイルと磁界変化検出用コイルの上部を形成するためのエッチング領域のそれぞれに埋め込まれた金属が互いに絶縁されるように、シードレイヤー及びシードレイヤーの上部に塗布されたシックフォトレジストを取り除いて励磁コイルと磁界変化検出用コイルの上部を形成することができる。
【００３１】
図４Ａ及び図４Ｃは、本発明の第１の実施形態による半導体基板上に具現された磁界検出素子の平面図である。図４Ａは、同一平面上に平行して設けた棒状の２つの軟磁性コア体１、２に励磁コイル３が結合型構造に設けられた模様を示す平面図であり、図４Ｂは、棒状の２つの軟磁性コア体１、２を磁界変化検出用コイル４がそれぞれ分離型構造に設けられた模様を示す平面図である。また、図４Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂに示した励磁コイル３と磁界変化検出用コイル４が、同一平面上に平行して設けた棒状の２つの軟磁性コア体１、２に一緒に設けられた模様を示す平面図である。
【００３２】
図４Ｄは、半導体基板の同一平面上に四角リング状の軟磁性コア体５の両辺に結合型構造に設けられた励磁コイル６と四角リング状の軟磁性コア体５の両辺をそれぞれ巻線している構造の磁界変化検出用コイル４とが一緒に設けられた模様を示す平面図である。
【００３３】
また、図５は、本発明の第２の実施形態による半導体基板に集積された磁界検出素子を模式的に示す図である。磁界検出素子は、２つの平行する棒状の第１及び第２の軟磁性コア体１、２に励磁コイル３が分離された形態で巻線されており、
即ち、分離型構造をなしており、磁界変化検出用コイル４が励磁コイル３の上で第１及び第２の軟磁性コア体１、２を一緒に巻線している。この時、磁界変化検出用コイル４が励磁コイル３の上で第１及び第２の軟磁性コア体１、２をそれぞれ巻線した構造にて設けることができる。一方、図５に示した軟磁性コア体１、２は、四角リング（rectangular-ring）の形態を有することができ、四角リング体の磁界変化検出軸に位置した両辺に、分離された形態で巻線された結合構造の励磁コイルを設け、磁界変化検出用コイルを四角リング体の両辺にソレノイド状に巻線して誘導電圧を相殺させるなどの同様な効果を得ることができる。また、磁界変化検出用コイルを四角リング体の両辺にそれぞれソレノイド状に巻線することもできる。
【００３４】
前記した第２の実施形態による磁界検出素子は、磁界変化検出用コイルで検出される誘導電圧が、第１の実施形態による励磁コイルの結合型構造で検出される誘導電圧と類似し、外部磁界が零である時、第１の実施形態と同様に誘導電圧を相殺させるようになる。
【００３５】
図６Ａ乃至図６Ｃは、本発明の第２の実施形態による半導体基板に具現された磁界検出素子の平面図である。図６Ａは、同一平面上に平行して設けた棒状の２つの軟磁性コア体１、２に励磁コイルが分離型構造に設けられた模様を示す平面図であり、図６Ｂは、同一平面上に平行して設けた棒状の２つの軟磁性コア体１、
２を磁界変化検出用コイル４が一緒に巻線している構造を示す平面図である。そして、図６Ｃは、図６Ａ及び図６Ｂに示した励磁コイルと磁界変化検出用コイルとが同一平面上に設けた棒状の２つの軟磁性コア体１、２に一緒に巻線された構造を示す平面図である。
【００３６】
図６Ｄは、半導体基板の同一平面上に四角リング状の軟磁性コア体５の両辺に分離型構造に設けられた励磁コイル６と四角リング状の軟磁性コア体５の両辺を一緒に巻線している構造の磁界変化検出用コイル４とが一緒に巻線されている構造を示す平面図である。
【００３７】
以上のような磁界検出素子は、地球磁気検出によるナビゲーションシステム、磁気変動モニタ（地震予測）、生体磁気計測、金属材料の欠陥検出などに利用され得る。また、磁気エンコーダー、無接点ポテンショメーター、電流センサー、トルクセンサー、変位センサーなどに間接的に応用できる
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明による半導体基板に集積された磁界検出素子は、他のセンサー及び回路との集積が可能であるため、システムの大きさを大きく低減させることができ、省エネルギーを実現することができる。
【００３９】
また、超小型であるにも拘わらず、各コア体または各辺から誘導される電圧を差動的に駆動し、外部磁界に応じる誘導電圧を検出するため、微弱な外部磁界を高感度に検出することができる。
【００４０】
また、高価の棒状コア体や環状コア体に比べて製造コストが低廉であり、大量生産が容易である。
【００４１】
以上では、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明したが、
本発明は、前記の実施形態に限られず、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば 誰でも以下の請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、本発明の請求範囲内において様々な変更例が可能であることは言うまでもない。また、そのような変形は請求範囲の記載範囲内にあるものとみなす。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態による磁界検出素子を模式的に示す図である。
【図２】  図１に示した磁界検出素子の動作を説明するための波形図である。
【図３】  図１に模式的に示した磁界検出素子のＸ-Ｘ’線及びＹ-Ｙ’に沿って切断された断面の状態を通じて半導体基板上に製造する過程を示す製造工程図である。
【図４Ａ】  同一平面上に平行して設けた２つの棒状の軟磁性コア体に
‘８’の字形の結合型構造の励磁コイルが設けられた模様を示す平面図である。
【図４Ｂ】  図４Ａの２つの軟磁性コア体をそれぞれソレノイド状に巻線している構造の磁界変化検出用コイルが設けられた模様を示す平面図である。
【図４Ｃ】  図４Ａと図４Ｂに示した励磁コイルと磁界変化検出用コイルとが、同一平面上に設けられた棒状の２つの軟磁性コア体に一緒に設けられた模様を示す平面図である。
【図４Ｄ】  半導体基板の同一平面上に四角リング状の軟磁性コア体の両辺に結合型構造に設けられた励磁コイルと四角リング状の軟磁性コア体の両辺をそれぞれ巻線している構造の磁界変化検出用コイルとが一緒に設けられた模様を示す平面図である。
【図５】  本発明の第２の実施形態による半導体基板に集積された磁界検出素子を模式的に示す図である。
【図６Ａ】  同一平面上に平行して設けた２つの軟磁性コア体に分離型構造に励磁コイルが設けられた模様を示す平面図である。
【図６Ｂ】  同一平面上に平行して設けた２つの軟磁性コア体を一緒にソレノイド状に巻線している磁界変化検出用コイルが設けられた模様を示す平面図である。
【図６Ｃ】  図６Ａ及び図６Ｂに示した励磁コイルと磁界変化検出用コイルが同一平面上に設けられた棒状の２つの軟磁性コア体に一緒に設けられた模様を示す平面図である。
【図６Ｄ】  半導体基板の同一平面上に四角リング状の軟磁性コア体の両辺に分離型構造に設けられた励磁コイルと四角リング状の軟磁性コア体の両辺を一緒に巻線している構造の磁界変化検出用コイルとが一緒に巻線された構造を示す平面図である。
【符号の説明】
１…第１の軟磁性コア体
２…第２の軟磁性コア体
２１…半導体基板
２２…高断面比の形状
２３…金属
２４…第１の絶縁膜
２５…軟磁性コア体
２６…第２の絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
0003880922.tif 000008
【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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