(57)【要約】【課題】磁気センサにおいて、小型化を維持しつつ、より感度を向上させることを可能にする。【解決手段】基板上に形成された強磁性体からなるＭＲ層を有し、前記ＭＲ層に流れる電流値の変化に基づいて磁界の変化を検出する磁気センサであって、前記ＭＲ層は、第１の方向に延伸する互いに平行な複数の直線部が所定の間隔で配列するとともに、互いに隣り合う前記直線部の端同士が折り返されるように順次接続されることにより一端から他端までが１つの電流経路となるパターンを有し、前記直線部間を接続する部位である折り返し部には、前記ＭＲ層の上層に、前記ＭＲ層とコンタクトを介して電気的に接続される配線層が形成される、ことを特徴とする、磁気センサを提供する。【選択図】図１１
2017120827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された強磁性体からなるＭＲ層を有し、前記ＭＲ層に流れる電流値の変化に基づいて磁界の変化を検出する磁気センサであって、
前記ＭＲ層は、第１の方向に延伸する互いに平行な複数の直線部が所定の間隔で配列するとともに、互いに隣り合う前記直線部の端同士が折り返されるように順次接続されることにより一端から他端までが１つの電流経路となるパターンを有し、
前記直線部間を接続する部位である折り返し部には、前記ＭＲ層の上層に、前記ＭＲ層とコンタクトを介して電気的に接続される配線層が形成される、
ことを特徴とする、磁気センサ。
【請求項２】
前記折り返し部における前記ＭＲ層の前記第１の方向における長さは、前記直線部の幅よりも長い、
ことを特徴とする、請求項１に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサとして、強磁性体における磁気抵抗効果を利用したものが知られている（例えば、特許文献１）。当該磁気センサは、基板上に、所定のパターンを有する強磁性体からなる磁気抵抗体層（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ層（ＭＲ層））を形成することにより構成される。ＭＲ層の電気抵抗値は印加される磁界の方向に応じて変化するため、ＭＲ層のパターンに電流を印加し、その電流値を測定することにより、電気抵抗値の変化から外部磁場の変化を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２２５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、従来の磁気センサでは、磁気センサを小型化しつつセンサとしての感度を確保するために、ＭＲ層が、基板上において、互いに平行な複数の直線部の端が折り返されるようにして順次接続されたパターンに形成されることが多い（後述する図３を参照）。しかしながら、所定の方向から磁界が印加されている場合における、当該形状を有するＭＲ層を流れる電流方向と当該磁界の方向との関係を考えると、直線部と折り返し部とでは、電流方向と磁界の方向との関係性が、略９０度ずれることとなる。これにより、折り返し部における磁気抵抗効果は、直線部における磁気抵抗効果を打ち消す方向に作用することとなるため、センサ全体としての感度を低下させる要因となり得る。このように、従来広く用いられている磁気センサにおいては、ＭＲ層のパターンに起因する感度の低下が問題となっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、小型化を維持しつつ、より感度を向上させることが可能な、新規かつ改良された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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、基板上に形成された強磁性体からなるＭＲ層を有し、前記ＭＲ層に流れる電流値の変化に基づいて磁界の変化を検出する磁気センサであって、前記ＭＲ層は、第１の方向に延伸する互いに平行な複数の直線部が所定の間隔で配列するとともに、互いに隣り合う前記直線部の端同士が折り返されるように順次接続されることにより一端から他端までが１つの電流経路となるパターンを有し、前記直線部間を接続する部位である折り返し部には、前記ＭＲ層の上層に、前記ＭＲ層とコンタクトを介して電気的に接続される配線層が形成される、ことを特徴とする、磁気センサが提供される。
【０００７】
また、当該磁気センサにおいては、前記折り返し部における前記ＭＲ層の前記第１の方向における長さは、前記直線部の幅よりも長くてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように本発明によれば、磁気センサにおいて、小型化を維持しつつ、より感度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】磁気抵抗効果について説明するための説明図である。
【図２】磁気センサの原理について説明する説明図である。
【図３】従来の磁気センサにおける磁界方向検出構造の、第１の構成例を概略的に示す上面図である。
【図４】図３に示す磁界方向検出構造の折り返し部を拡大して示す図である。
【図５】従来の第１の構成例に係る磁界方向検出構造の、磁界方向検出時の挙動について説明するための説明図である。
【図６】従来の磁気センサにおける磁界方向検出構造の、第２の構成例を概略的に示す上面図である。
【図７】図６に示す磁界方向検出構造の折り返し部を拡大して示す図である。
【図８】図７に示す折り返し部の、Ａ−Ａ断面における断面図である。
【図９】従来の第２の構成例に係る磁界方向検出構造の、磁界方向検出時の挙動について説明するための説明図である。
【図１０】本発明の好適な一実施形態に係る磁気センサにおける磁界方向検出構造の、一構成例を概略的に示す上面図である。
【図１１】図１０に示す磁界方向検出構造の折り返し部を拡大して示す図である。
【図１２】図１１に示す折り返し部の、Ｂ−Ｂ断面における断面図である。
【図１３】本実施形態に係る磁界方向検出構造の磁界方向検出時の挙動について説明するための説明図である。
【図１４】本実施形態に係る折り返し部の概略構造を示す斜視図である。
【図１５】本実施形態における、磁気センサのチップ上での磁界方向検出構造の配列パターンの一例を示す上面図である。
【図１６】図１５に示す磁気センサの主要部分の回路構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１１】
なお、本明細書に示す各図面では、説明のため、一部の構成の大きさを誇張して表現している場合がある。各図面において図示される各構成の相対的な大きさは、必ずしも実際の構成間における大小関係を正確に表現するものではない。
【００１２】
（１．本発明に想到した背景）
本発明の好適な一実施形態について説明するに先立ち、本発明者らが従来の磁気センサについて検討した内容について説明するとともに、本発明に想到した経緯について説明する。
【００１３】
（１−１．磁気センサの原理）
まず、磁気抵抗効果を利用した磁気センサの原理について説明する。磁気抵抗効果は、例えばＮｉ−Ｃｏ合金やＮｉ−Ｆｅ合金等の強磁性体に見られる現象であり、印加される磁界の方向に応じて電気抵抗値が変化する現象のことである。
【００１４】
図１は、磁気抵抗効果について説明するための説明図である。強磁性体４０１においては、図１（ａ）に示すように、当該強磁性体４０１における電流方向と磁界の方向（磁気ベクトル）とが略垂直である場合には、電気抵抗値は相対的に小さくなる。一方、図１（ｂ）に示すように、強磁性体４０１における電流方向と磁界の方向とが略平行である場合には、電子スピンの方向が変化し、電気抵抗値は相対的に大きくなる。
【００１５】
このような強磁性体４０１における磁気抵抗効果を利用して、磁気センサが考案されている。図２は、磁気センサの原理について説明する説明図である。図２に示すように、基板１１０上に強磁性体４０１からなる磁気抵抗体層１２０（ＭＲ層１２０）と、電極１３０と、を形成することにより、磁気センサ４０３が構成され得る。具体的には、ＭＲ層１２０は、基板１１０上の一方向（図示する例では、図中Ｙ軸方向）に延伸する長尺な層として形成される。そして、当該ＭＲ層１２０の延伸方向の両端に電極１３０がそれぞれ設けられる。
【００１６】
磁気センサ４０３の使用時には、電極１３０間に所定の電圧が印加される。これにより、ＭＲ層１２０においては、Ｙ軸方向に電流が流れることとなる。この状態で、ＭＲ層１２０に対して作用する磁界の方向が変化すると、磁気抵抗効果により、ＭＲ層１２０の電気抵抗値が変化し、ＭＲ層１２０を流れる電流値が変化する。例えば、磁界の方向が、ＭＲ層１２０における電流方向と垂直な方向（図中のＸ軸方向）から、ＭＲ層１２０における電流方向と平行な方向（図中のＹ軸方向）に向かって変化すれば、ＭＲ層１２０の電気抵抗値はより大きくなり、ＭＲ層１２０を流れる電流値はより小さくなる。従って、この電流値の変化を検出することにより、ＭＲ層１２０の電気抵抗値の変化に応じた、外部から印加されている磁界の方向の変化を検出することができる。
【００１７】
なお、以下の説明では、磁気センサにおいて、磁界の方向の検出のための電流経路となる、ＭＲ層１２０を含む一連の構造のことを、磁界方向検出構造とも呼称する。図２に示す構成例であれば、基板１１０上に形成された直線状のＭＲ層１２０、及び１対の電極１３０が、磁界方向検出構造に対応する。実際には、磁界方向検出構造に加えて、電極１３０に対して電圧を印加するための電源回路や、ＭＲ層１２０における電流値の変化を検出するための検出回路等が基板１１０上に形成されることにより、磁気センサ４０３が構成され得る。
【００１８】
（１−２．従来の磁気センサの構成）
次に、従来の磁気センサのいくつかの構成例について説明する。
【００１９】
（１−２−１．第１の構成例）
以上説明したように、磁気抵抗効果を利用した磁気センサにおいては、ＭＲ層１２０における電気抵抗値の変化に応じた電流値の変化に応じて、磁界の方向の変化が検出される。また、当該ＭＲ層１２０における電気抵抗値の変化は、ＭＲ層１２０における電流方向と磁界の方向との関係性の変化に応じて生じる。従って、当該磁気センサにおける感度を向上させるためには、ＭＲ層１２０が、基板１１０上において、一定の方向にできるだけ長く延伸するように形成されることが好ましい。一定の方向に延伸するように形成されたＭＲ層１２０では、磁気抵抗効果も一定の方向（電気抵抗値が大きくなる方向、又は小さくなる方向）に作用することとなり、また、その延伸する長さが長いほど、電気抵抗値の変化に応じた、その一端から他端まで流れる間における電流値の変化が大きくなるからである。
【００２０】
しかしながら、実際には、磁気センサとなるチップの大きさには限界がある。また、磁気センサに対する小型化の要請も大きい。従って、従来、磁気センサにおいては、ＭＲ層１２０によって一の方向に延伸する互いに平行な複数の直線的なパターン（直線部）を所定の間隔で形成し、複数の当該直線部の端を折り返すようにして電気的に順次接続することにより、磁界方向検出構造を形成することが多い。
【００２１】
図３は、このような、従来の磁気センサにおける磁界方向検出構造の、第１の構成例を概略的に示す上面図である。図３を参照すると、従来の磁気センサ２は、例えばＳｉ等からなる基板１１０上に、第１の構成例に係る磁界方向検出構造２０が形成されて構成される。なお、図３では、簡単のため、磁気センサ２の構成のうち、基板１１０及び磁界方向検出構造２０のみを図示している。実際には、例えば基板１１０上には、層間絶縁膜や、更なる配線層等の、他の層も形成され得る。また、上述したような電源回路や電流値の検出回路等も、基板１１０上に形成され得る。図示を省略する構成は、各種の公知の磁気センサと同様の構成であり得るため、本明細書では、その詳細な説明は省略する。また、実際には、基板１１０上に図３に示す構成が複数配列され、それらが互いに電気的に接続されることにより、１つの磁気センサ２が構成され得る。
【００２２】
図３に示すように、磁界方向検出構造２０においては、例えばＮｉ−Ｃｏ合金等の強磁性体からなるＭＲ層１２０が、基板１１０上に、第１の方向に延伸する互いに平行な複数の直線的なパターン１２１（直線部１２１）が所定の間隔で配列するように形成される。図３に示す例では、直線部１２１は、略長方形である基板１１０の表面において、当該長方形の辺に対して所定の角度を有する方向に延伸するように形成されている。更に、磁界方向検出構造２０では、一の直線部１２１の一端と隣り合う他の直線部１２１の一端とが折り返し部２２２によって電気的に接続され、当該他の直線部１２１の他端と、当該他の直線部１２１と隣り合う更に他の直線部１２１の一端とが他の折り返し部２２２によって電気的に接続される。当該構成が順次繰り返し形成されることにより、基板１１０の表面上の一端に設けられる直線部１２１から他端に設けられる直線部１２１までが１つの電流経路として接続された、磁界方向検出構造２０が構成される。
【００２３】
第１の構成例では、折り返し部２２２も、ＭＲ層１２０によって形成されている。つまり、第１の構成例では、基板１１０上において、ＭＲ層１２０が、複数の直線部１２１の端が折り返されるようにして順次接続された、一端から他端までが１つの電流経路となるパターンを有するように形成されることにより、磁界方向検出構造２０が構成されている。図４は、図３に示す磁界方向検出構造２０の折り返し部２２２を拡大して示す図である。
【００２４】
略長方形である基板１１０の表面において、当該長方形の一の頂点に当たる位置に一端が位置し、対角の頂点に当たる位置に他端が位置するように、磁界方向検出構造２０における電流経路（すなわち、ＭＲ層１２０のパターン）が形成される。当該電流経路の両端には、電極１３０が形成される。電極１３０は、ＭＲ層１２０にコンタクト１３１を介して例えばＡｌ等からなる配線層１３２が積層されることにより形成される。磁気センサ２では、電極１３０間に電圧を印加してＭＲ層１２０からなる直線部１２１を含む電流経路の一端から他端に向かって電流を流し、その電流値の変化を検出することにより、図２を参照して説明した原理に従って、磁界の方向の変化を検出することができる。
【００２５】
当該構成によれば、直線部１２１を複数設け、それらを電気的に接続することにより、小面積のチップ内においても、一定の方向に比較的長い距離を有するＭＲ層１２０のパターンを形成することができる。従って、小型かつより感度の高い磁気センサ２を実現することができる可能性がある。
【００２６】
ところが、磁界方向検出構造２０では、ＭＲ層１２０の距離を確保することが可能となる一方、センサとしての磁界方向検出の感度は必ずしも高いとは言えない。その理由について、図５を参照して説明する。図５は、従来の第１の構成例に係る磁界方向検出構造２０の、磁界方向検出時の挙動について説明するための説明図である。図５では、図３に示す磁界方向検出構造２０をより簡略化し、電極１３０も省略して、模擬的に図示している。
【００２７】
上述したように、磁界方向検出構造２０では、直線部１２１及び折り返し部２２２が、ともにＭＲ層１２０によって形成されている。図５では、直線部１２１を一点鎖線で、折り返し部２２２を二点鎖線で囲って示している。磁界の方向を検出する際には、当該構成において、ＭＲ層１２０の一端から他端に向かって電流が流されることとなるが、このとき、第１の構成例では、図５に示すように、直線部１２１における電流方向と折り返し部２２２における電流方向とは、略直交することとなる。
【００２８】
ここで、図示するように、磁界方向検出構造２０に対して、直線部１２１の延伸方向と垂直な方向の磁界が印加されており、当該方向からの磁界の方向の変化を検出したい場合について考える。磁界の方向が変化した場合、直線部１２１においては、電流方向と磁界の方向とが垂直な状態からずれていくこととなるため、その電気抵抗値は低下することとなる。一方、折り返し部２２２においては、電流方向と磁界の方向とが平行な状態からずれていくこととなるため、その電気抵抗値は増加することとなる。つまり、直線部１２１と折り返し部２２２とでは、磁界の方向の変化に対する電気抵抗値の変化が、互いに打ち消し合う方向に生じる。
【００２９】
このように、第１の構成例に係る磁界方向検出構造２０では、折り返し部２２２の磁気抵抗効果が、本来検出したい直線部１２１の磁気抵抗効果を打ち消す方向に機能してしまう。そのため、センサ全体としての検出感度が低下してしまうという問題がある。
【００３０】
（１−２−２．第２の構成例）
以上説明した第１の構成例に係る問題を解決するために、図６に示す他の磁界方向検出構造を有する磁気センサが考案されている。図６は、従来の磁気センサにおける磁界方向検出構造の、第２の構成例を概略的に示す上面図である。図６を参照すると、従来の磁気センサ３は、基板１１０上に、第３の構成例に係る磁界方向検出構造３０が形成されて構成される。なお、図６においても、簡単のため、上述した図３と同様に、磁気センサ３の構成のうち、基板１１０及び磁界方向検出構造３０のみを図示している。図示を省略している構成は、各種の公知の磁気センサと同様であり得る。また、実際には、基板１１０上に図６に示す構成が複数配列され、それらが互いに電気的に接続されることにより、１つの磁気センサ３が構成され得る。
【００３１】
図６に示すように、磁界方向検出構造３０においても、磁界方向検出構造２０と同様に、ＭＲ層１２０によって、基板１１０上に、第１の方向に延伸する互いに平行な複数の直線部１２１が、所定の間隔で配列するように形成される。そして、隣り合う直線部１２１の端同士が折り返し部３２２によって電気的に順次接続されること、及び、それにより構成される１つの電流経路の両端に電極１３０が形成されることも、磁界方向検出構造２０と同様である。しかしながら、磁界方向検出構造３０では、折り返し部３２２の構成が、磁界方向検出構造２０とは異なる。
【００３２】
図７は、図６に示す磁界方向検出構造３０の折り返し部３２２を拡大して示す図である。また、図８は、図７に示す折り返し部３２２の、Ａ−Ａ断面における断面図である。図７に示すように、第２の構成例では、折り返し部３２２においてＭＲ層１２０自体は連続していない。すなわち、隣り合う直線部１２１同士は互いに分離している。そして、隣り合う２つの直線部１２１の端近傍の領域に、それぞれコンタクト３２３が形成され、当該コンタクト３２３間を接続するように配線層３２４が積層される。つまり、折り返し部３２２では、コンタクト３２３及び配線層３２４を介して、互いに隣り合う直線部１２１同士が電気的に接続される。
【００３３】
図８を参照すると、折り返し部３２２は、例えば以下のようにして形成され得る。まず、基板１１０上に図６及び図７に示すパターンを有するＭＲ層１２０を形成する。次に、例えばＳｉＯ２からなる層間絶縁膜３２５を所定の厚さ積層する。次に、当該層間絶縁膜３２５の、図６及び図７に示すコンタクト３２３に対応する位置に、ＭＲ層１２０に達するコンタクトホールを形成する。次に、例えばＡｌ等の金属を蒸着することにより、当該コンタクトホールを埋め込みつつ、配線層３２４を所定の厚さ形成する。更に、配線層３２４の上に、例えばＳｉＯ２からなる層間絶縁膜３２６が積層される。このようにして、折り返し部３２２が形成され得る。
【００３４】
第２の構成例では、折り返し部３２２を上記のように構成することにより、上述した第１の構成例に係る問題を解決することが可能となる。その理由について、図９を参照して説明する。図９は、従来の第２の構成例に係る磁界方向検出構造３０の、磁界方向検出時の挙動について説明するための説明図である。図９では、図５と同様に、図７に示す磁界方向検出構造３０をより簡略化し、電極１３０も省略して、模擬的に図示している。また、直線部１２１を一点鎖線で、折り返し部３２２を二点鎖線で囲って示している。
【００３５】
第２の構成例によれば、第１の構成例における折り返し部２２２とは異なり、折り返し部３２２においてＭＲ層１２０のパターンは連続しておらず、配線層３２４によって電気的な接続がなされている。従って、図示するように、電流は、直線部１２１においてはＭＲ層１２０を流れ、折り返し部２２２においては配線層３２４を流れる。ここで、配線層３２４では磁気抵抗効果は生じないため、配線層３２４の電気抵抗値は、磁界の方向の変化に対して一定である。従って、第２の構成例では、直線部１２１における電気抵抗値の変化を、折り返し部３２２における電気抵抗値の変化に阻害されることなく、より正確に検出することが可能となる。従って、第１の構成例に比べて、センサとしての検出感度を向上させることができる。
【００３６】
しかしながら、近年、磁気センサにおける感度向上に対する要請はより大きなものとなっている。小型化を保ちつつ当該要請に応えるためには、チップサイズを変更することなくＭＲ層１２０の直線部１２１のトータルの長さをより長くする必要がある。そのためには、ＭＲ層１２０の直線部１２１の幅をより狭くし、チップ内にレイアウトされる直線部１２１の本数を増加させることが求められる。
【００３７】
しかしながら、上述した第２の構成例に係る磁界方向検出構造３０において、このような構造の微細化を実行すると、折り返し部３２２におけるコンタクト３２３の面積が小さくなり、コンタクト抵抗が増加することとなる。コンタクト抵抗が増加すれば、磁界方向検出構造３０全体の電気抵抗値のうち、磁界応答しない割合が増加することとなるため、センサとしての感度は低下する。また、磁界方向検出構造３０に印加できる許容電流値も低下してしまい、電流値の変化を検出し難くなるため、感度は更に低下することなる。
【００３８】
また、構造を微細化すると、互いに隣接するコンタクト３２３間の距離が近くなる。ここで、一般的に、コンタクト３２３を形成するためにコンタクトホールをＡｌ等の金属によって埋め込む際には、図８に示すように、埋め込みの分、当該コンタクトホールの直上における配線層３２４の表面の高さは、それ以外の部位における配線層３２４の表面の高さよりも低くなる。つまり、コンタクトホールの直上とそれ以外の部位とでは、配線層３２４の表面の高さに段差が生じる。従って、２つのコンタクト３２３がより近い距離に設けられている場合に、これらのコンタクト３２３間に介設するように配線層３２４を設ける場合には、狭い間隔に当該配線層３２４の段差が複数生じることとなり、その部分において断線不良が発生する可能性が高まってしまう。更に、コンタクト３２３の面積が小さくなれば、コンタクトホールの埋め込み不良による断線の危険性も高まる。
【００３９】
（１−３．従来技術に対する検討内容のまとめ）
以上説明したように、従来知られている磁気センサ２、３における磁界方向検出構造２０、３０は、いずれも、小型化と高い感度とを十分に両立し得るものとは言えず、改良の余地があった。かかる事情に鑑みて、本発明者らは、小型化を維持しつつより感度を向上させることが可能な磁気センサについて鋭意検討した結果、本発明に想到したものである。以下、本発明者らが想到した、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。
【００４０】
（２．本実施形態に係る磁気センサの構成）
図１０は、本発明の好適な一実施形態に係る磁気センサにおける磁界方向検出構造の、一構成例を概略的に示す上面図である。図１０を参照すると、本実施形態に係る磁気センサ１は、基板１１０上に、磁界方向検出構造１０が形成されて構成される。なお、図１０においても、簡単のため、上述した図３及び図６と同様に、磁気センサ１の構成のうち、基板１１０及び磁界方向検出構造１０のみを図示している。図示を省略している構成としては、各種の公知の磁気センサと同様の構成を適用可能であるため、これらの構成についての詳細な説明は省略する。
【００４１】
図１０に示すように、磁界方向検出構造１０では、上述した磁界方向検出構造２０、３０と同様に、ＭＲ層１２０によって、基板１１０上に、第１の方向に延伸する互いに平行な複数の直線部１２１が、所定の間隔で配列するように形成される。そして、隣り合う直線部１２１の端同士が折り返し部１２２によって電気的に順次接続されること、及び、それにより構成される１つの電流経路の両端に電極１３０が形成されることも、磁界方向検出構造２０、３０と同様である。ただし、磁界方向検出構造１０では、折り返し部１２２の構成が、磁界方向検出構造２０、３０とは異なる。
【００４２】
図１１は、図１０に示す磁界方向検出構造１０の折り返し部１２２を拡大して示す図である。また、図１２は、図１１に示す折り返し部１２２の、Ｂ−Ｂ断面における断面図である。図１１に示すように、磁界方向検出構造１０では、折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０のパターン形状は、磁界方向検出構造２０と略同様である。すなわち、磁界方向検出構造１０においては、ＭＲ層１２０が、基板１１０上に、複数の直線部１２１を有するように形成されるとともに、一の直線部１２１の一端と隣り合う他の直線部１２１の一端とを接続し、当該他の直線部１２１の他端と、当該他の直線部１２１と隣り合う更に他の直線部１２１の一端とを接続するように形成される。このようにして、磁界方向検出構造１０では、ＭＲ層１２０は、基板１１０上において、複数の直線部１２１の端が折り返されるようにして順次接続された、一端から他端までが１つの電流経路となるパターンを有するように形成される。
【００４３】
磁界方向検出構造１０では、折り返し部１２２において、ＭＲ層１２０の上層に配線層１２４が形成される。当該配線層１２４は、コンタクト１２３を介してＭＲ層１２０と電気的に接続される。
【００４４】
図１２を参照すると、折り返し部１２２は、例えば以下のようにして形成され得る。まず、基板１１０上に図１０及び図１１に示すパターンを有するＭＲ層１２０を形成する。ＭＲ層１２０は、強磁性体膜を所定の厚さ蒸着した後、ドライエッチング等のエッチング工程を施すことによって形成され得る。基板１１０としては、例えばＳｉ基板が用いられる。また、ＭＲ層１２０は、例えばＮｉ−Ｃｏ合金によって形成される。ＭＲ層１２０の膜厚は、例えば約２５．６ｎｍである。
【００４５】
次に、層間絶縁膜１２５を所定の厚さ積層する。層間絶縁膜１２５は、例えばＳｉＯ２を蒸着することによって形成される。層間絶縁膜１２５の膜厚は、例えば約５００ｎｍである。
【００４６】
次に、当該層間絶縁膜１２５の、図１０及び図１１に示すコンタクト１２３に対応する位置に、例えばドライエッチング等を用いて、ＭＲ層１２０に達するコンタクトホールを形成する。
【００４７】
次に、例えば金属膜を蒸着することにより、当該コンタクトホールを埋め込みつつ、層間絶縁膜１２５上に配線層１２４を所定の厚さ形成する。配線層１２４は、例えばＡｌによって形成される。層間絶縁膜１２５上の配線層１２４の膜厚は、例えば約７５０ｎｍである。
【００４８】
なお、本実施形態では、配線層１２４は、ＭＲ層１２０の材料よりも電気抵抗値が十分に小さい（例えば、シート抵抗値がオーダーにして２桁程度小さい）材料によって形成される。例えば、Ｎｉ−Ｃｏ合金のシート抵抗値は約３．９Ω／□であるのに対して、Ａｌのシート抵抗値は約０．０３６Ω／□である。このように、Ａｌのシート抵抗値は、Ｎｉ−Ｃｏ合金のシート抵抗値に比べて十分に小さいため、ＭＲ層がＮｉ−Ｃｏ合金によって形成される場合には、配線層１２４は好適にＡｌによって形成され得る。
【００４９】
次に、配線層１２４の上に、層間絶縁膜１２６が積層される。層間絶縁膜１２６は、例えばＳｉＯ２を蒸着することによって形成される。層間絶縁膜１２６の膜厚は、例えば約５００ｎｍである。
【００５０】
このようにして、ＭＲ層１２０の上部にコンタクト１２３及び配線層１２４が形成されることにより、折り返し部１２２が形成され得る。なお、各層を所望の形状で形成するための各工程（例えば、蒸着工程、フォトレジスト工程及びエッチング工程等）における具体的な方法としては、各種の公知の方法を用いることができるため、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施形態によれば、折り返し部１２２を上記のように構成することにより、磁気センサ１において、小型化を維持しつつ、感度を向上させることが可能になる。その理由について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は、本実施形態に係る磁界方向検出構造１０の磁界方向検出時の挙動について説明するための説明図である。図１４は、本実施形態に係る折り返し部１２２の概略構造を示す斜視図である。図１３では、図５及び図９と同様に、図１０に示す磁界方向検出構造１０をより簡略化し、電極１３０も省略して、模擬的に図示している。また、直線部１２１を一点鎖線で、折り返し部１２２を二点鎖線で囲って示している。
【００５２】
磁界方向検出構造１０では、第１の構成例における折り返し部２２２と同様に、折り返し部１２２にＭＲ層１２０が形成されている。ただし、当該折り返し部１２２のＭＲ層１２０には、配線層１２４が、当該ＭＲ層１２０と電気的に接続された状態で積層されている。従って、折り返し部１２２における合成抵抗は、ＭＲ層１２０の抵抗成分と配線層１２４の抵抗成分とが並列接続されたものとみなすことができる。
【００５３】
ここで、上述したように、本実施形態では、配線層１２４は、ＭＲ層１２０の材料よりも電気抵抗値が十分に小さい材料によって形成される。従って、折り返し部１２２においては、電流は、配線層１２４を優先的に流れることとなる。つまり、図１４に示すように、一の直線部１２１を流れてきた電流は、折り返し部１２２において主に配線層１２４を通過して、他の直線部１２１に流れていく。
【００５４】
配線層１２４では磁気抵抗効果は生じないため、配線層１２４の電気抵抗値は、磁界の方向の変化に対して一定である。従って、本実施形態によれば、第２の構成例に係る磁界方向検出構造３０と同様に、直線部１２１における電気抵抗値の変化を、折り返し部１２２における電気抵抗値の変化に阻害されることなく、より正確に検出することが可能となる。従って、第１の構成例に係る磁界方向検出構造２０に比べて、センサ全体としての検出感度を向上させることができる。
【００５５】
ここで、第２の構成例に係る磁界方向検出構造３０では、直線部１２１に対してコンタクト３２３が設けられていた。従って、上述したように、直線部１２１の幅を狭くした場合には、それに応じて当該コンタクト３２３の面積も小さくなり、コンタクト抵抗の増加を招く恐れがあった。一方、本実施形態によれば、ＭＲ層１２０の、折り返し部１２２に対応する部位にコンタクト１２３が設けられる。従って、第２の構成例に比べて、コンタクト１２３の面積をより大きくすることができるため、更なる感度上昇を企図して直線部１２１の幅を狭くした場合であっても、コンタクト１２３の面積の減少を抑えることができ、コンタクト抵抗の増加も抑制することができる。よって、第２の構成例に係る磁界方向検出構造３０に対しても、センサとしての検出感度をより向上させることが可能になる。
【００５６】
また、コンタクト１２３の面積を、第２の構成例に係るコンタクト３２３よりも大きくすることができることにより、当該コンタクト１２３における埋め込み不良の発生を抑制することが可能になる。更に、第２の構成例とは異なり、互いに隣接するコンタクト１２３間を介設するように配線層１２４を設ける必要が無いため、配線層１２４の段差に起因する断線の危険性も抑制することができる。従って、本実施形態によれば、第２の構成例に係る磁界方向検出構造３０に比べて、より不良率の低い磁気センサ１を提供することが可能となる。
【００５７】
なお、実際には、基板１１０上に図１０に示す磁界方向検出構造１０が複数配列され、それらが互いに電気的に接続されることにより、１つの磁気センサ１が構成され得る。図１５は、本実施形態における、磁気センサ１のチップ上での磁界方向検出構造１０の配列パターンの一例を示す上面図である。図１５に示すように、例えば、磁気センサ１は、８つの磁界方向検出構造１０が基板１１０上に配列されることにより構成される。図１５では、図面が煩雑になることを避けるために、磁界方向検出構造１０間及び他の回路等を電気的に接続する配線パターンについてはその図示を省略しているが、これら８つの磁界方向検出構造１０及び図示しない電源回路等が電気的に接続されることにより、磁気センサ１では、図１６に示す回路と等価な回路が構成される。図１６は、図１５に示す磁気センサ１の主要部分の回路構成を概略的に示す図である。
【００５８】
図１６に示すように、磁気センサ１では、４つの抵抗１４１ａ〜１４１ｄによるブリッジ回路１４０が形成される。なお、４つの抵抗１４１ａ〜１４１ｄは、それぞれ、図１５に示す磁界方向検出構造１０に対応している。図１５では、図１６に示す抵抗１４１ａ〜１４１ｄとの対応関係を示すために、抵抗１４１ａ〜１４１ｄのそれぞれに対応する部位に符号「１４１ａ」〜「１４１ｄ」を付している。図１５に示す例では、２つの磁界方向検出構造１０が、それぞれ、図１６に示す抵抗１４１ａ〜１４１ｄのうちのいずれか１つに対応している。
【００５９】
図１６に示すように、ブリッジ回路１４０の互いに対向する節点１４２ａ、１４２ｃにはそれぞれ電源及びグランドが接続され、ブリッジ回路１４０に所定の電圧が印加される。ブリッジ回路１４０（すなわち、磁気センサ１）では、この状態で、他の節点である、節点１４２ｂの電位Ｖｂと節点１４２ｄの電位Ｖｄとの間の電位差に応じて、外部から印加される磁界の方向の変化を検出することができる。
【００６０】
例えば、ブリッジ回路１４０に外部から印加される磁界の方向が、図示する方向Ａ〜Ｃのように変化した場合について考える。ここで、実際の磁界方向検出構造１０のレイアウトと磁界の方向との関係を示すために、図１５にも磁界の方向Ａ〜Ｃを示している。磁気センサ１のチップ表面の一辺と平行な方向をｘ軸方向、当該一辺と垂直な他辺と平行な方向をｙ軸とすると、図示するように、方向Ａはｘ−ｙ平面において第４象限から第２象限に向かう方向であり、方向Ｂはｘ−ｙ平面においてｙ軸と平行な方向であり、方向Ｃはｘ−ｙ平面において第１象限から第３象限に向かう方向である。
【００６１】
ここで、８つの磁界方向検出構造１０は、抵抗１４１ａ、１４１ｃに対応する磁界方向検出構造１０と、抵抗１４１ｂ、１４１ｄに対応する磁界方向検出構造１０とで、直線部１２１の延伸方向が互いに異なるように配置される。具体的には、抵抗１４１ａ、１４１ｃを構成する磁界方向検出構造１０は、直線部１２１がｘ−ｙ平面において第４象限から第２象限に向かって延伸するように配置される。一方、抵抗１４１ｂ、１４１ｄを構成する磁界方向検出構造１０は、直線部１２１がｘ−ｙ平面において第１象限から第３象限に向かって延伸するように配置される。
【００６２】
磁界方向検出構造１０がこのように配置されることにより、抵抗１４１ａ、１４１ｃと抵抗１４１ｂ、１４１ｄとでは、磁界の方向の変化に応じた電気抵抗値の変化の振る舞いが異なっている。具体的には、方向Ｂの磁界が印加されている場合には、抵抗１４１ａ〜１４１ｄを構成するいずれの磁界方向検出構造１０においても、直線部１２１に対して略同一の角度で磁界が印加されることとなる。従って、この場合には、抵抗１４１ａ〜１４１ｄの電気抵抗値は略同一となり、電位Ｖｂと電位Ｖｄの値も略同一となる。
【００６３】
一方、方向Ａの磁界が印加されている場合には、抵抗１４１ａ、１４１ｃを構成する磁界方向検出構造１０では、直線部１２１の延伸方向と略平行な方向に磁界が印加されることとなる。また、抵抗１４１ｂ、１４１ｄを構成する磁界方向検出構造１０では、直線部１２１の延伸方向と略直交する方向に磁界が印加されることとなる。従って、この場合には、抵抗１４１ａ、１４１ｃの電気抵抗値は相対的に大きくなる一方、抵抗１４１ｂ、１４１ｄの電気抵抗値は相対的に小さくなる。よって、電位Ｖｂと電位Ｖｄとの間に電位差が生じ、方向Ｂから方向Ａへの磁界の方向の変化を検出することができる。
【００６４】
また、方向Ｃの磁界が印加されている場合には、抵抗１４１ａ、１４１ｃを構成する磁界方向検出構造１０では、直線部１２１の延伸方向と略直交する方向に磁界が印加されることとなる。また、抵抗１４１ｂ、１４１ｄを構成する磁界方向検出構造１０では、直線部１２１の延伸方向と略平行な方向に磁界が印加されることとなる。従って、この場合には、抵抗１４１ａ、１４１ｃの電気抵抗値は相対的に小さくなる一方、抵抗１４１ｂ、１４１ｄの電気抵抗値は相対的に大きくなる。よって、電位Ｖｂと電位Ｖｄとの間に電位差が生じ、方向Ｂから方向Ｃへの磁界の方向の変化を検出することができる。
【００６５】
このように、図１５に示すように磁界方向検出構造１０を配列して磁気センサ１を構成することにより、ｙ軸と平行な方向からの磁界の方向の変化量を、電位Ｖｂと電位Ｖｄとの電位差として検出することが可能となる。また、当該電位差の正負により、磁界の方向の変化の方向も検出することが可能となる、なお、以上では、ｙ軸と平行な方向の磁界を基準として説明したが、磁気センサ１は、ｘ軸方向についても同様の挙動を示す。つまり、図１５に示す構成例であれば、チップ表面のいずれかの辺と平行な方向を基準とした、磁界の方向の変化を検出することが可能となる。
【００６６】
このことは、パッケージングされた磁気センサ１のチップを、磁界の方向を検出したい対象となる装置等に実装する際に有用である。何故ならば、当該構成からなる磁気センサ１では、チップ表面のいずれかの辺と平行な方向、すなわち、パッケージ表面のいずれかの辺と平行な方向を基準とした磁界の方向の変化を検出することができるため、当該パッケージを実装する際には、磁界を検出したい方向とパッケージ表面のいずれかの辺とが平行となるように当該パッケージの位置決めをすることができるからである。これにより、磁気センサ１の実装を、より容易に、より精度良く行うことが可能となる。
【００６７】
以上、本実施形態に係る磁界方向検出構造１０及び磁気センサ１の構成について説明した。
【００６８】
ここで、ＭＲ層１２０の具体的なパターン形状は、図示する例に限定されず、任意に設定されてよい。例えば、図１０及び図１１に示す例では、ＭＲ層１２０からなる複数の直線部１２１は、略長方形である基板１１０の表面において、当該長方形の辺に対して所定の角度を有する方向に延伸するように形成されている。ただし、本実施形態はかかる例に限定されない。直線部１２１が延伸する方向は、基板１１０の表面上におけるいずれの方向であってもよい。例えば、直線部１２１は、略長方形である基板１１０の表面において、当該長方形の辺のいずれかと平行な方向に延伸するように形成されてもよい。
【００６９】
ただし、図１０及び図１１に示すように直線部１２１の延伸方向を基板１１０表面の一辺に対して所定の角度を有する方向とすることにより、磁界方向検出構造１０を配列して磁気センサ１を構成した際に、図１５及び図１６を参照して上述したように、当該一辺又は当該一辺と直交する他辺を基準とした磁界の方向の変化を検出することが可能となる。これにより、上記のように、磁気センサ１の実装をより容易に、より精度良く行うことができるという利点が生じる。一方、直線部１２１の延伸方向を基板１１０表面の一辺と平行な方向とした場合には、磁界方向検出構造１０を配列して磁気センサ１を構成した際に、磁界の方向の変化の検出の基準となる方向が、当該一辺又は当該一辺と直交する他辺から所定の角度ずれた方向となる。従って、当該検出の基準となる方向が、磁気センサ１のパッケージ表面のいずれの辺の延伸方向とも平行にならないため、磁気センサ１を実装する際に、磁界を検出したい方向に対して当該パッケージ表面のいずれかの辺が所定の角度だけずれるように、当該パッケージの位置決めを行う必要があり、当該位置決めを高精度に行うことが困難となる恐れがある。従って、磁気センサ１を実装する際の手間や、取り付け位置の精度等を考慮すると、直線部１２１を、その延伸方向が基板１１０表面の一辺に対して所定の角度を有する方向となるように形成することが好ましい。
【００７０】
また、直線部１２１におけるＭＲ層１２０の幅ｗｓ、及び折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０の幅（第１の方向における長さ）ｗｂ（図１１を参照）も、任意に設定されてよい。一般的に、各層のパターンについては、断線等による電気的特性の劣化を招かないような許容され得る最小面積や最小幅、最小間隔等が、プロセスに応じてレイアウトルールとして定められている。従って、当該幅ｗｓ、ｗｂは、当該レイアウトルールで定められた最小値以上となるように適宜設定されればよい。
【００７１】
ただし、上述したように、感度を向上させるためにより多くの直線部１２１を設ける観点から、直線部１２１におけるＭＲ層１２０の幅ｗｓは、レイアウトルールで定められた最小値となるように設定されることが好ましい。従って、折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０の幅ｗｂは、少なくとも直線部１２１におけるＭＲ層１２０の幅ｗｓ以上であることが想定される。
【００７２】
一方、折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０の幅ｗｂが小さくなれば、コンタクト１２３の面積も小さくなり、その上層に形成される配線層１２４の面積も小さくなる。コンタクト１２３の面積が小さくなり過ぎると、上述したコンタクト抵抗の増加や、コンタクト１２３の埋め込み不良の発生が懸念される。また、配線層１２４の面積が小さくなり過ぎると、断線の危険性が高まる。従って、折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０の幅ｗｂは、直線部１２１におけるＭＲ層１２０の幅ｗｓよりも大きいことがより好ましい。図１０−図１２では、このような、折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０の幅ｗｂは、直線部１２１におけるＭＲ層１２０の幅ｗｓよりも大きい構成の一例を図示している。
【００７３】
しかしながら、その一方で、折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０の幅ｗｂが大きくなると、直線部１２１の第１の方向における長さが相対的に短くなり、センサとしての感度の低下を招く恐れがある。従って、折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０の幅ｗｂは、断線等の不良の発生や感度の低下を抑制し得るようにコンタクト１２３及び配線層１２４の面積を所定の大きさだけ確保しつつ、センサとして所望の感度が得られるように直線部１２１の長さを所定の長さだけ確保するように、適宜設定されることが好ましい。
【００７４】
また、コンタクト１２３及び配線層１２４の具体的なパターン形状も、図示する例に限定されず、レイアウトルールの範囲内で任意に設定されてよい。ただし、コンタクト１２３は、上述した埋め込み不良の発生を抑制したり、コンタクト抵抗をより低下させるために、折り返し部１２２におけるＭＲ層１２０及び配線層１２４の大きさに応じて、レイアウトルール上許容される最大の面積を有するように形成されることが好ましい。また、配線層１２４も、断線の発生をより抑制し得るように、最適な形状が適宜設定されてよい。
【００７５】
なお、磁気センサ１を構成する各層の材料としては、一般的に磁気センサに用いられている各種の公知のものを用いることができる。例えば、基板１１０としては、上述したＳｉ以外にも、ＧａＡｓやＳｉＣ等からなるものを用いることができる。また、例えば、ＭＲ層１２０の材料としては、上述したＮｉ−Ｃｏ合金以外にも、Ｎｉ−Ｆｅ合金等を用いることができる。また、例えば、配線層１２４の材料としては、上述したＡｌ以外にも、Ｃｕ等の金属を用いることができる。ただし、本実施形態では、上述したように、配線層１２４の材料としては、ＭＲ層１２０の材料よりも電気抵抗値が十分に小さいものが用いられる。従って、ＭＲ層１２０及び配線層１２４の材料を選定する際には、両者の電気抵抗値の関係に留意し、センサとして所望の感度が得られるものを選定すべきである。また、磁気センサ１を構成する各層の膜厚も、上述した具体的な値に限定されず、電気的特性や製造プロセス等を考慮して適宜設定されてよい。
【００７６】
（３．補足）
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７７】
１、２、３、４０３    磁気センサ
１０、２０、３０    磁界方向検出構造
１１０    基板
１２０    ＭＲ層
１２１    直線部
１２２、２２２、３２２    折り返し部
１２３、１３１、３２３    コンタクト
１２４、１３２、３２４    配線層
１３０    電極
４０１    強磁性体
【図１】
2017120827.tif 000003
【図２】
2017120827.tif 000004
【図３】
2017120827.tif 000005
【図４】
2017120827.tif 000006
【図５】
2017120827.tif 000007
【図６】
2017120827.tif 000008
【図７】
2017120827.tif 000009
【図８】
2017120827.tif 000010
【図９】
2017120827.tif 000011
【図１０】
2017120827.tif 000012
【図１１】
2017120827.tif 000013
【図１２】
2017120827.tif 000014
【図１３】
2017120827.tif 000015
【図１４】
2017120827.tif 000016
【図１５】
2017120827.tif 000017
【図１６】
2017120827.tif 000018