(57)【要約】【課題】チップ面積の増大などを伴うことなく、感度調整を行うことのできる高い磁場を発生させ、精度良く感度調整を行うことができる磁気センサを提供する。【解決手段】半導体基板２に形成されたホール素子３ａ、３ｂと、半導体基板２上に設けられた磁気収束板４と、ホール素子３ａ、３ｂそれぞれの上方に配置された内蔵コイル５ａ、５ｂと、を備え、磁気収束板４は、半導体基板２側に突出した突出部４ａ、４ｂを端部領域に有し、上面視で磁気収束板４の突出部４ａ、４ｂと重なる位置にホール素子３ａ、３ｂが配置され、内蔵コイル５ａ、５ｂは、突出部４ａ、４ｂを囲むように配置される。内蔵コイル５ａ、５ｂの中に磁気収束板４の一部である突出部４ａ、４ｂが配置されるため、内蔵コイル５ａ、５ｂ内部の透磁率が高められ、発生する磁場が増強される。【選択図】      図５
2016017830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された磁気センサ素子と、
前記磁気センサ素子の上方に設けられた磁気収束板と、
前記磁気センサ素子と前記磁気収束板との間に配置された第１内蔵コイルと、を備え、
前記磁気収束板は、前記磁気センサ素子側に突出した突出部を有し、
前記第１内蔵コイルは、前記突出部を囲むように配置されている磁気センサ。
【請求項２】
前記磁気収束板が円盤形状であり、
前記磁気収束板の端部領域に、前記突出部を有する請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記半導体基板と前記磁気収束板との間に層間絶縁層をさらに備え、
前記突出部及び前記第１内蔵コイルは、前記層間絶縁層中に配置されている請求項１又は請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記磁気収束板は、磁気収束板本体と、当該磁気収束板本体とは別体からなる前記突出部とを有し、
前記突出部は、前記磁気収束板本体と前記磁気センサ素子との間に配置され、
前記第１内蔵コイルは、前記突出部を囲むように配置されている請求項１または請求項３記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記磁気収束板の中央領域の前記磁気センサ素子側に、前記第１内蔵コイルとは別の第２内蔵コイルを備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記第１内蔵コイルまたは前記第２内蔵コイルへ、コイル電流を供給するコイル電流源をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
半導体基板に形成された磁気センサ素子と、
前記磁気センサ素子の上方に設けられた磁気収束板と、
前記磁気センサ素子と前記磁気収束板との間に配置された、感度調整用内蔵コイルと、を備え、
前記磁気収束板は、前記磁気センサ素子側に突出した突出部を有し、
前記突出部は、前記感度調整用内蔵コイルが発生する磁場を増強する位置に配置される磁気センサ。
【請求項８】
前記磁気センサ素子が、ホール素子である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁気センサ。
【請求項９】
半導体基板にホール素子を形成する工程と、
当該ホール素子が形成された半導体基板上に、金属配線を用いた感度調整用コイルを有する層間絶縁層を形成する工程と、
前記感度調整用コイルの内部領域の前記層間絶縁層を除去して空洞部分を形成する工程と、
前記空洞部分と前記層間絶縁層上とに磁気収束板を形成する工程と、
を備える磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を検出する磁気センサに関し、より詳細には、感度調整を行うことの可能な磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から磁気センサとして、半導体基板に設けられたホール素子と、このホール素子上に設けられた磁気収束機能を有する磁気収束板とを備え、磁気収束板により磁気収束させて、その磁界強度をホール素子で検出するようにした磁気センサが知られている。
図１は、このように磁気収束板により磁気収束させて、その磁界強度をホール素子で検出するようにした磁気センサを説明するための構成図の一例である。
図１に示すように、磁気センサ１００は、半導体回路１０１を含み、この半導体回路１０１は、半導体基板１０３と、この半導体基板１０３に設けられたホール素子１０４ａ、１０４ｂとを備える。磁気センサ１００は、半導体回路１０１上に保護層１０５と接着層１０６とが順次設けられ、さらに接着層１０６の上に磁気収束板１０２が設けられてなる。
【０００３】
このように、ホール素子と磁気収束機能を有する磁気収束板とを組み合わせた磁気センサに関しては、例えば、特許文献１に記載のセンサが提案されている。この特許文献１に記載のセンサは、磁場の方向を２次元で決定できるようにした磁場方向検出センサに関するものであり、平らな形状を有する磁気収束板と、第１のホール素子及び第２のホール素子とを備え、これらホール素子が磁気収束板の端部領域に配置されてなる。
また、例えば図２、図３に示すように、感磁部の感磁方向に水平磁界発生用コイルを設け、感度測定を行うようにした磁気センサも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
図２は感度測定を行うようにした磁気センサの上面図、図３はその断面を模式的に示した断面模式図である。
【０００４】
図２、図３に示す磁気センサ１００ａは、互いに離間して複数のホール素子１２１ａ、１２１ｂ（Ｘ軸ホール素子）及び１２１ｃ、１２１ｄ（Ｙ軸ホール素子）が半導体基板（図示せず）上に設けられ、この半導体基板上に各ホール素子１２１ａ〜１２１ｄを覆うように磁気収束機能を有する、円盤状の磁気収束板１２２が設けられている。磁気収束板１２２の中央領域の下方には、ホール素子１２１ａ〜１２１ｄの感磁部の感磁方向に垂直な方向に水平磁界成分を発生させる感度測定のための水平方向磁界発生用コイル１２３が設けられている。この水平方向磁界発生用コイル１２３により発生した水平磁界成分を、磁気収束板１２２の端部領域に設けられたホール素子１２１ａ〜１２１ｄで検出するように構成されている。なお、垂直磁界発生用コイル１２４ａ〜１２４ｄは、ホール素子１２１ａ〜１２１ｄの感磁部の感磁方向に並行な方向に垂直磁界成分を発生させる感度測定のために設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０７１３８１号公報
【特許文献２】国際公開２００８／１２３１４４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成では、例えば、磁気センサのテストを行うテスト工程において、感度測定用のコイルが発生する磁場が小さく、精度良く感度調整を行うことができない。また、高い磁場を発生させるためには、大きな電流を流す必要があり、その分、チップ面積が増大するという問題もある。テスト工程以外でも、信号を検出しながら、磁気センサ素子の感度調整を行うようなアプリケーションにおいても同様で、精度良く感度調整できない、または、消費電流が大きくなるという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、チップ面積の増大などを伴うことなく大きい磁場を発生させることができ、精度良く感度調整を行うことができる磁気センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による磁気センサは、半導体基板に形成された磁気センサ素子（例えば図５に示す、ホール素子３ａ、３ｂ）と、前記磁気センサ素子の上方に設けられた磁気収束板（例えば図５に示す、磁気収束板４）と、前記磁気センサ素子と前記磁気収束板との間に配置された第１内蔵コイル（例えば図５に示す、内蔵コイル５ａ、５ｂ）と、を備え、前記磁気収束板は前記磁気センサ素子側に突出した突出部（例えば図５に示す、突出部４ａ、４ｂ）を有し、前記第１内蔵コイルは、前記突出部を囲むように配置されていることを特徴とする。
前記磁気収束板が円盤形状であり、前記磁気収束板の端部領域に、前記突出部を有していてもよい。
前記半導体基板と前記磁気収束板との間に層間絶縁層（例えば図５に示す、層間絶縁層６）をさらに備え、前記突出部及び前記第１内蔵コイルは、前記層間絶縁層中に配置されていてよい。
【０００８】
前記磁気収束板は、磁気収束板本体（例えば図９に示す、磁気収束板１０）と、当該磁気収束板本体とは別体からなる前記突出部（例えば図９に示す、内蔵磁気収束板１０ａ、１０ｂ）とを有し、前記突出部は、前記磁気収束板本体と前記磁気センサ素子との間に配置され、前記第１内蔵コイルは、前記突出部を囲むように配置されていてよい。
前記磁気収束板の中央領域の前記磁気センサ素子側に、前記第１内蔵コイルとは別の第２内蔵コイル（例えば図８に示す、内蔵コイル７）を備えていてよい。
前記１内蔵コイルまたは前記第２内蔵コイルへ、コイル電流を供給するコイル電流源をさらに備えていてよい。
【０００９】
本発明の他の態様による磁気センサは、半導体基板に形成された磁気センサ素子（例えば図５に示す、ホール素子３ａ、３ｂ）と、前記磁気センサ素子の上方に設けられた磁気収束板（例えば図５に示す、磁気収束板４）と、前記磁気センサ素子と前記磁気収束板との間に配置された、感度調整用内蔵コイル（例えば図５に示す、内蔵コイル５ａ、５ｂ）と、を備え、前記磁気収束板は、前記磁気センサ素子側に突出した突出部（例えば図５に示す、突出部４ａ、４ｂ）を有し、前記突出部は、前記感度調整用内蔵コイルが発生する磁場を増強する位置に配置されることを特徴とする。
【００１０】
前記磁気センサ素子が、ホール素子であってもよい。
本発明の他の態様による磁気センサの製造方法は、半導体基板にホール素子を形成する工程と、当該ホール素子が形成された半導体基板上に、金属配線を用いた感度調整用コイルを有する層間絶縁層を形成する工程と、前記感度調整用コイルの内部領域の前記層間絶縁層を除去して空洞部分を形成する工程と、前記空洞部分と前記層間絶縁層上とに磁気収束板を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、チップ面積の増大などを伴うことなく高い磁場を発生させることができ、その結果、磁気センサの感度調整を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の磁気センサの一例を示す構成図である。
【図２】感度測定を行うようにした磁気センサの一例を示す上面図である。
【図３】感度測定を行うようにした磁気センサの一例を示す断面模式図である。
【図４】本発明の前提となる磁気センサの一例を示す断面模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態における磁気センサの一例を示す断面模式図である。
【図６】第２実施形態における磁気センサの一例を示す断面模式図である。
【図７】第２実施形態における磁気センサによる水平磁界成分の発生状態を示す模式図である。
【図８】第２実施形態における磁気センサの垂直方向磁界発生用コイルによる垂直磁界成分の発生状態を示す模式図である。
【図９】第３実施形態における磁気センサの一例を示す断面模式図である。
【図１０】本発明の変形例における磁気センサの一例を示す断面模式図である。
【図１１】第１実施形態における磁気センサの製造方法の一例を示す工程図である。
【図１２】本発明における磁気センサの製造方法のその他の例を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜前提構成＞
まず、本発明の前提となる磁気センサ（以下、前提磁気センサともいう。）の構成の一例を説明する。
図４は、前提磁気センサ１の一例を示す断面模式図である。図４に示すように、前提磁気センサ１は、半導体基板２に形成されたホール素子３ａおよび３ｂ（磁気センサ素子）と、半導体基板２上に設けられた磁気収束板４と、ホール素子３ａ、３ｂそれぞれの上方に配置された内蔵コイル５ａ、５ｂ（第１内蔵コイル、感度調整用内蔵コイル）と、を備える。半導体基板２上には層間絶縁層６が形成され、磁気収束板４は、層間絶縁層６を介して半導体基板２上に配置される。また、内蔵コイル５ａ、５ｂは層間絶縁層６内に形成されている。上面視で、磁気収束板４の端部領域と重なる位置に、ホール素子３ａ、３ｂが配置される。なお、磁気収束板は、磁気収束機能を有する軟磁性体である。
【００１４】
内蔵コイル５ａ、５ｂにコイル電流が供給されることで、内蔵コイル５ａ、５ｂにより磁場が発生し、その磁場をホール素子３ａ、３ｂがホール起電力として検出する。この検出されたホール起電力を信号処理することにより、感度調整等を行うことができる。
このとき、内蔵コイル５ａ、５ｂにより発生する磁場は、下記式（１）で近似される。
Ｂ０＝μａ×ｎ×Ｉ／２ｒ    ……（１）
ここで、μａは層間絶縁層６の透磁率、ｎは内蔵コイル５ａ、５ｂのコイル巻き数、Ｉは内蔵コイル５ａ、５ｂに供給されるコイル電流、ｒは内蔵コイル５ａ、５ｂの半径を示す。
なお、磁場が発生する方向は、内蔵コイル５ａ、５ｂに流すコイル電流の向きを反転させることによって、逆方向にも変えられる。
【００１５】
＜第１実施形態＞
次に、第１実施形態について説明する。
図５は、第１実施形態における磁気センサ１１の一例を示す断面模式図である。
第１実施形態における磁気センサ１１は、半導体基板２に形成されたホール素子３ａ、３ｂと、半導体基板２上に設けられた磁気収束板４と、ホール素子３ａ、３ｂそれぞれの上方に配置された内蔵コイル５ａ、５ｂと、を備えた磁気センサである。
磁気収束板４は、断面視で、下方、すなわち半導体基板２側に突出した突出部４ａ、４ｂを端部領域に有する。この磁気収束板４は、半導体基板２上に形成された層間絶縁層６を介して半導体基板２上に形成され、突出部４ａ、４ｂは、層間絶縁層６に埋め込まれた状態となっている。
【００１６】
なお、ここでは、磁気収束板４を層間絶縁層６の上に配置しているが、磁気収束板４と層間絶縁層６との間にさらに接着層を有する形態であってもよい。この場合には、後述の図１０の磁気収束板本体１０および内蔵磁気収束板１０Ｍ（１０ａ、１０ｂ）のように、突出部４ａ、４ｂを磁気収束板４の本体部分とは別体として形成してもよい。
そして、上面視で磁気収束板４の端部領域、すなわち突出部４ａ、４ｂと重なる位置にホール素子３ａ、３ｂが配置され、且つホール素子３ａ、３ｂと突出部４ａ、４ｂとの間には層間絶縁層６が介在する。
【００１７】
内蔵コイル５ａ、５ｂは、層間絶縁層６中に配置され、かつ突出部４ａ、４ｂをそれぞれ囲むように配置される。この内蔵コイル５ａ、５ｂは、垂直磁界発生用のコイルである。この内蔵コイル５ａ〜５ｄにコイル電流を供給することにより、磁気収束板４とホール素子３ａ〜３ｄとの間に垂直磁界成分が発生し、この垂直磁界成分を、ホール素子３ａ〜３ｄが検出するように構成されている。
【００１８】
内蔵コイル５ａ、５ｂは、ループ状のコイルが望ましく、その形状はホール素子３ａ、３ｂの形状や大きさ、数などにより、円形、正方形、長方形など様々な選択が可能である。
図４に示す前提磁気センサ１の構成と比較して、磁気センサ１１は、磁気収束板４の一部、具体的には突出部４ａ、４ｂが、層間絶縁層６に埋め込まれており、磁気収束板４の、下方すなわち半導体基板２側に突出した突出部４ａ、４ｂの周囲を囲むように内蔵コイル５ａ、５ｂが配置されている点が異なる。
【００１９】
このとき、内蔵コイル５ａ、５ｂから発生する磁場は、下記式（２）で近似される。
Ｂ１＝μｍ×ｎ×Ｉ／２ｒ    ……（２）
ここで、μｍは磁気収束板４の透磁率、ｎは内蔵コイル５ａ、５ｂのコイル巻き数、Ｉはコイル電流、ｒは半径を示す。
前述の式（１）の磁場と比較して、透磁率が式（１）ではμａ（層間絶縁層６の透磁率）であるのに対し、式（２）ではμｍ（磁気収束板４の透磁率）である。磁気収束板４の透磁率は、層間絶縁層６の透磁率よりも高いため、Ｂ０＜Ｂ１となる。
【００２０】
第１実施形態では、内蔵コイル５ａ、５ｂの中に、軟磁性体である磁気収束板４の一部（突出部４ａ、４ｂ）が配置される構成となっているため、内蔵コイル５ａ、５ｂ内部の透磁率を高め、発生する磁場を増強する構成となっている。その結果、増強した分相当だけ、大きな磁場が発生されることになる。
そのため、可能な限り大きな磁場で感度調整のテスト工程を行う場合や、内蔵コイルにより時分割で感度調整を行うアプリケーションにおいても、少ないコイル電流で大きい磁場を発生させることができる。その結果、より精度よく磁気センサ素子の感度調整を行うことができる。
【００２１】
また、上述の通り、大きな電流を流すことなく、発生する磁場を増強することができるため、その分、磁気センサ１１が搭載されたチップ面積が増大することなく、実現することができる。
また、同じ大きさの磁場を発生させるのに、より少ない電流量で良い。そのため、内蔵コイル５ａ〜５ｄにコイル電流を供給するコイル電流源（図示せず）やスイッチなどのレイアウト面積を縮小することも可能となる。なお内蔵コイル５ａ〜５ｄへのコイル電流は、磁気センサ１１の構成品の一部としてコイル電流源を設け、このコイル電流源からコイル電流を供給するようにしてもよく、あるいは磁気センサ１１の外部に設けられたコイル電流源からコイル電流の供給を受けるようにしてもよい。
【００２２】
また、図５に示すように、磁気収束板４に突出部４ａ、４ｂを設けた場合、突出部４ａ、４ｂを同一形状に形成したとしても、形状や配置位置の誤差などによって、ホール素子３ａ、３ｂの検出信号に影響を与える可能性がある。つまり、突出部４ａ、４ｂを設けることによって、ホール素子３ａ、３ｂに影響を与えるため磁気センサ１１自体の検出精度に影響を与える可能性がある。しかしながら、内蔵コイル５ａ、５ｂにコイル電流を供給して発生させた磁場を利用してホール素子３ａ、３ｂの感度調整を行うため、突出部４ａ、４ｂの影響を加味したホール素子３ａ、３ｂの検出信号を用いて感度調整を行うこととなる。そのため、ホール素子３ａ、３ｂに影響を与える可能性のある突出部４ａ、４ｂを設けたとしても、感度調整を行うことによって磁気センサ１１としては何ら影響を受けることはない。それにより、精度よく感度調整を行うことができる。
なお、第１実施形態では、二次元の磁場における感度調整を行う磁気センサに適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、向かい合うホール素子どうしを結ぶ線分が直交するように４つのホール素子を配置し、三次元の磁場における感度調整を行うことの可能な磁気センサに適用することも可能である。
【００２３】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態における磁気センサ２１の一例を示す断面模式図である。また、磁気センサ２１の上面図を図７（ａ）に示す。
第２実施形態における磁気センサ２１は、半導体基板２に形成されたホール素子３ａ〜３ｄと、半導体基板２上に設けられた磁気収束板４と、ホール素子３ａ〜３ｄそれぞれの上方に配置された内蔵コイル５ａ〜５ｄと、を備え、さらに磁気センサ２１は、内蔵コイル５ａ〜５ｄとは別の内蔵コイル７（第２内蔵コイル）を備える。磁気収束板４は、例えば円盤形状を有し、断面視で、下方、すなわち半導体基板２側に突出した突出部４ａ〜４ｄを端部領域に有する。この突出部４ａ〜４ｄは、突出部４ａと４ｂとを結ぶ線分を軸として線対称となる位置に配置される。
【００２４】
また、磁気収束板４は、半導体基板２上に形成された層間絶縁層６を介して半導体基板２上に配置され、突出部４ａ〜４ｄは、層間絶縁層６に埋め込まれた状態となっている。なお、ここでは、磁気収束板４を層間絶縁層６の上に配置しているが、磁気収束板４と層間絶縁層６との間にさらに接着層を有する形態であってもよい。
図６に示すように、上面視で磁気収束板４の端部領域の、突出部４ａ〜４ｄと重なる位置に、対応するホール素子３ａ〜３ｄが配置され、且つホール素子３ａ〜３ｄと突出部４ａ〜４ｄとの間には層間絶縁層６が介在する。そして、ホール素子３ａ、３ｂは例えばＸ軸方向の磁界を検出するホール素子として動作し、ホール素子３ｃ、３ｄはＸ軸と直交するＹ軸方向の磁界を検出するホール素子として動作する。
【００２５】
内蔵コイル５ａ〜５ｄは、それぞれ対応する突出部４ａ〜４ｄを囲むように配置される。内蔵コイル７は、上面視で、磁気収束板４の中央領域の下方に配置され且つ、内蔵コイル５ａ〜５ｄと同等の垂直位置に配置される。つまり、内蔵コイル５ａ〜５ｄ、および内蔵コイル７は、層間絶縁層６中に配置される。
すなわち第２実施形態における磁気センサ２１は、ホール素子３ａ〜３ｄの検出信号を用いて、互いに直交する水平方向（Ｘ，Ｙ）、垂直方向（Ｚ）の磁気感度を検出するようにした磁気センサであって、内蔵コイル５ａ〜５ｄの中に、磁気収束板４の一部すなわち突出部４ａ〜４ｄが配置される構成となっているため、第１実施形態における磁気センサ１１と同様に、内蔵コイル５ａ〜５ｄのコイル内部の透磁率を高め、発生する磁場を増強する構成となっている。
【００２６】
次に、図７及び図８を用いて、内蔵コイル５ａ〜５ｄ及び内蔵コイル７を用いた、水平磁界成分と垂直磁界成分の検出について説明する。
なお、図７及び図８において、（ａ）は磁気センサ２１の上面図、（ｂ）は磁気センサ２１の断面模式図である。
水平磁界成分の検出は、図７（ｂ）に示すように、水平方向磁界発生用コイルとしての内蔵コイル７にコイル電流を供給し、これにより、磁気収束板４の端部近傍において、水平磁界成分に相関を有する垂直磁界成分が発生し、この発生した垂直磁界成分をホール素子３ａ〜３ｄで検出することにより行われる。
【００２７】
また、ホール素子３ａ〜３ｄと内蔵コイル７とは、磁気収束板４に対して同じ側に配置される。図７（ａ）に示すように、内蔵コイル７は、平面状の渦巻型コイルであることが望ましいが、その外形は円形、八角形、四角形などの種々の形状が考えられる。内蔵コイル７の大きさやターン数も、発生する磁界の効率や磁気収束板の直径、またホール素子３ａ〜３ｄの配置などにより、様々な選択が可能である。 
【００２８】
内蔵コイル７は、通常のＩＣプロセスにてメタル配線層を用いて作成することが可能である。この場合、メタルの基板に近い層を用いるか、遠い層を用いるか、また複数の配線層を利用するかは、必要とされる磁界発生量とコイル効率を加味して選択することができる。
垂直方向磁界発生用コイルとしての内蔵コイル５ａ〜５ｄは、図８に示すように、ホール素子３ａ〜３ｄの感磁部の感磁方向に平行な方向に垂直磁界成分を発生させるコイルである。この内蔵コイル５ａ〜５ｄにコイル電流を供給することにより発生した垂直磁界成分を磁気収束板４の端部領域に設けられたホール素子３ａ〜３ｄで検出するように構成されている。
【００２９】
したがって、ホール素子３ａ〜３ｄは、内蔵コイル（水平方向磁界発生用コイル）７によって発生した水平磁界成分の検出と、内蔵コイル（垂直方向磁界発生用コイル）５ａ〜５ｄによって発生した垂直磁界成分の検出を兼ね備えている。
なお、図６では、内蔵コイル５ａ〜５ｄは、内蔵コイル７と同等の垂直位置に配置される場合について説明したがこれに限るものではない。内蔵コイル５ａ〜５ｄが、内蔵コイル７と異なる垂直位置に配置されていてもよく、例えば内蔵コイル５ａ〜５ｄを、ホール素子３ａ〜３ｄの直下に配置してもよい。
【００３０】
内蔵コイル５ａ〜５ｄは、ループ状のコイルが望ましく、その形状はホール素子３ａ〜３ｄの形状や大きさ、数などにより、円形、正方形、長方形など様々な選択が可能である。
また、内蔵コイル５ａ〜５ｄは、通常のＩＣプロセスにてメタル配線層を用いて作成することが可能である。この場合、メタルの基板に近い層を用いるか、遠い層を用いるか、また複数の配線層を利用するかは、必要とされる磁界発生量とコイル効率を加味して選択することができる。 
【００３１】
図７に戻って、図７には、本発明に係る磁気センサ２１の水平方向磁界発生用コイルとしての内蔵コイル７による水平磁界成分の発生状態が模式的に示されている。
内蔵コイル７に通電すると、図７（ｂ）中に矢印で示すように、ホール素子３ａ〜３ｄの感磁部の感磁方向に垂直な方向に水平磁界成分（Ｘ軸成分、Ｙ軸成分）が発生し、磁気収束板４とホール素子３ａ〜３ｄの間には垂直磁界成分（Ｚ軸成分）が発生する。
【００３２】
この垂直磁界成分は、水平磁界成分に相関を有しているので、この垂直磁界成分をホール素子３ａ〜３ｄで検出することにより、感磁部の感磁方向に垂直な方向に発生する水平磁界成分の強度を検出することができる。
つまり、ホール素子３ａ〜３ｄは、内蔵コイル７により発生した、ホール素子３ａ〜３ｄの感磁部の感磁方向に垂直な方向の水平磁界成分を検出することができる。
【００３３】
図８（ａ）及び図８（ｂ）には、本発明に係る磁気センサ２１の内蔵コイル５ａ〜５ｄによる垂直磁界成分の発生状態が模式的に示されている。
内蔵コイル５ａ〜５ｄに通電すると、図８（ｂ）中に矢印で示すように、磁気収束板４とホール素子３ａ〜３ｄの間には垂直磁界成分（Ｚ軸成分）が発生する。
この垂直磁界成分をホール素子３ａ〜３ｄで検出することにより、垂直磁界成分の強度を検出することができる。つまり、ホール素子３ａ〜３ｄは、内蔵コイル５ａ〜５ｄにより発生した、磁気収束板４とホール素子３ａ〜３ｄの間の垂直磁界成分を検出することができる。
【００３４】
なお、内蔵コイル７により発生された水平磁界成分は、磁気センサ２１の磁気収束板４の厚みと、この磁気収束板４とホール素子３ａ〜３ｄとの距離に依存するものである。ホール素子３ａ〜３ｄにより発生された垂直磁界成分は、磁気収束板４とホール素子３ａ〜３ｄとの距離に依存するものである。
このような構成の磁気センサ２１において、内蔵コイル７又は／及び内蔵コイル５ａ〜５ｄに通電して磁場を発生させる。発生した磁場は、磁気収束板４を介してホール素子３ａ〜３ｄの感磁面を貫き、磁場が検出される。そして、各ホール素子３ａ〜３ｄの検出信号を時分割で取り込み、これらをもとに、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分に分解し、これに基づき感度調整を行う。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸成分に分解する方法としては、例えば、国際公開第２００８／１２３１４４号パンフレットに記載された手順など、公知の手順で分解することができる。
【００３５】
この第２実施形態においても、内蔵コイル５ａ〜５ｄのコイル内部の透磁率を高め、発生する磁場を増強することができるため、上記第１実施形態と同等の作用効果を得ることができ、すなわち、より精度よく３軸の感度調整を行うことのできる磁気センサ２１を実現することができる。
なお、図７、図８において、コイル電流源５０は、内蔵コイル５ａ〜５ｄ、また内蔵コイル７に対してコイル電流を供給するための電流源である。内蔵コイル５ａ〜５ｄと内蔵コイル７とのそれぞれに対して個別にコイル電流を供給する専用の電流源を個別に設けてもよい。また、コイル電流源５０は、磁気センサ２１の構成品の一部として設けてもよく、あるいは、磁気センサ２１の外部に設けたコイル電流源５０からコイル電流を供給するようにしてもよい。
【００３６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図９は、第３実施形態の磁気センサ３１の断面模式図である。
この第３実施形態の磁気センサ３１は、第２実施形態の磁気センサ２１において、磁気収束板４の形状が異なること以外は同様である。
【００３７】
すなわち、第３実施形態における磁気センサ３１は、磁気収束板として、層間絶縁層６の上に形成される磁気収束板本体１０と、磁気収束板本体１０とは別体として形成される内蔵磁気収束板とを備える。この内蔵磁気収束板は、ホール素子３ａ〜３ｄのそれぞれと対応して設けられ、図９に示すようにホール素子３ａ、３ｂに対応する内蔵磁気収束板１０ａ、１０ｂと、図９には図示されていないホール素子３ｃに対応する内蔵磁気収束板とホール素子３ｄに対応する内蔵磁気収束板とを備える。これら内蔵磁気収束板は、ホール素子３ａ〜３ｄと同様に、ホール素子３ａ、３ｂに対応する内蔵磁気収束板１０ａと１０ｂとを結ぶ線分と、ホール素子３ｃ、３ｄに対応する２つの内蔵磁気収束板を結ぶ線分とが直交するように配置される。なお、ここでは、ホール素子３ａ〜３ｄに対応する４つの内蔵磁気収束板を内蔵磁気収束板１０Ｍとして説明する。
【００３８】
内蔵磁気収束板１０Ｍは、対応するホール素子３ａ〜３ｄとの間、および磁気収束板本体１０との間それぞれに層間絶縁層６が介在し、且つ、上面視で、円盤形状の磁気収束板本体１０の端部領域と各内蔵磁気収束板１０Ｍそれぞれとが重なり、且つ、ホール素子３ａ〜３ｄと対応する内蔵磁気収束板１０Ｍとが重なるように配置される。つまり、第２実施形態における磁気センサ２１において突出部４ａ〜４ｄと、磁気収束板４の本体部分（層間絶縁層６の上に形成されている磁気収束板部分）とが別体として形成されている。
【００３９】
そして、内蔵コイル５ａ〜５ｄは、それぞれ対応する内蔵磁気収束板１０Ｍを囲むように配置される。また、内蔵コイル７は、磁気収束板１０の下方でホール素子３ａ〜３ｄが囲む範囲の中央部となる位置に配置される。
このように、磁気収束板本体部分（１０）と図５の突出部４ａ〜４ｄに相当する部分（１０Ｍ）とが別体として形成されている場合であっても、上記第２実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００４０】
＜変形例１＞
上記各実施形態の磁気センサは、ホール素子の感度調整をテストとして行う形態であっても適用することができ、動的に感度調整する形態であっても適用することができる。
＜変形例２＞
また、上記各実施形態の磁気センサは、さらに外部磁場測定用のホール素子を備えていてもよい。
すなわち、図１０に示す磁気センサ４１は、第３実施形態における磁気センサ３１において、内蔵コイル７に替えて、外部磁場測定用ホール素子４５を備える。
内蔵コイル５ａ〜５ｂによって発生した磁場を、感度調整用のホール素子３ａ〜３ｄにより検出し、ホール素子３ａ〜３ｄの検出信号を用いて、外部磁場測定用ホール素子４５の感度変動を補正するように構成してもよい。
【００４１】
＜製造方法＞
次に、本実施形態の磁気センサの製造方法を説明する。
図１１は、第１実施形態における磁気センサ１１の製造方法の一例を示す工程図である。
まず、半導体基板２上部に、ホール素子３ａ、３ｂを形成する（図１１（ａ））。
次に、ホール素子３ａ〜３ｄが形成された半導体基板２の上に、通常のＩＣプロセスを用いて、層間絶縁層６と金属配線を用いた内蔵コイル５ａ、５ｂとを形成する（図１１（ｂ））。
【００４２】
次に、内蔵コイル５ａ、５ｂの内部の領域の層間絶縁層を、レジストを用いてエッチングし、空洞部分６ａを形成する（図１１（ｃ））。
次に、空洞部分６ａを含む層間絶縁層６の上にメッキ加工にて磁気収束板４を形成する（図１１（ｄ））。
これにより、空洞部分６ａに磁気収束板が埋め込まれて突出部４ａ、４ｂが形成された第１実施形態における磁気センサ１１が形成される。
【００４３】
なお、第１実施形態における磁気センサ１１において、磁気収束板４と層間絶縁層６との間に、接着層あるいは保護層を備える磁気センサの場合には、図１２に示すように、図１１に示す製造工程と同様に、半導体基板２上部に、ホール素子３ａ、３ｂを形成し（図１２（ａ））、内蔵コイル５ａ、５ｂを形成し（図１２（ｂ））、エッチングにより内蔵コイル５ａ、５ｂの内部に空洞部分６ａを形成した後（図１２（ｃ））、空洞部分６ａにメッキ加工にて突出部４ａ、４ｂに相当する磁気収束板を形成する（図１２（ｄ））。
【００４４】
そして、突出部４ａ、４ｂに相当する磁気収束板と層間絶縁層６とを含む平面上に接着層あるいは保護層９を形成する。そして、接着層あるいは保護層９の上に、再度メッキ加工にて円盤状の磁気収束板４の本体部分を形成する（図１２（ｅ））。
これにより、磁気収束板４と層間絶縁層６との間に接着層あるいは保護層９を備える磁気センサ１１が形成される。
なお、第２実施形態における磁気センサ２１のように、内蔵コイル７を備えた磁気センサを形成する場合には、内蔵コイル５ａ、５ｂを作成するときに、同時に内蔵コイル７を作成すればよい。
【００４５】
また、第３実施形態における磁気センサ３１のように、内蔵磁気収束板１０Ｍを備える場合には、図１１に示す製造工程と同様の手順で、空洞部分６ａを作成した後（図１１（ｃ））、空洞部分６ａに、空洞部分６ａの深さの半分程度の厚さの内蔵磁気収束板１０Ｍを形成し、さらにその上に再度層間絶縁層を形成し、その後、空洞部分６ａの層間絶縁層を含む層間絶縁層６の上に、磁気収束板１０を形成すればよい。
【００４６】
なお、上記実施形態では、磁気センサ素子としてホール素子を適用した場合について説明したが、ホール素子に限らず、例えば磁気抵抗素子など、磁気収束板に対して垂直方向の磁界を検出することのできる素子であれば適用することができる。
また、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００４７】
２  半導体基板
３ａ〜３ｄ  ホール素子
４  磁気収束板
５ａ〜５ｄ  内蔵コイル
６  層間絶縁層
７  内蔵コイル
１１、２１、３１、４１  磁気センサ
【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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