(57)【要約】【課題】大きな磁気抵抗素子に掛かる応力を緩和し、性能低下を防ぐ磁気センサを提供する。【解決手段】ＭＲセンサ１は、基板２と、第１のＭＲ素子３０が直列に接続された第１、第２、第５、第６のＭＲ素子群３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、３Ｆと、第２のＭＲ素子３１が直列に接続された第３、第４、第７、第８のＭＲ素子群３Ｃ、３Ｄ、３Ｇ、３Ｈと、パッド４ａ〜４ｄとで構成され、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈの周囲には、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈに掛かる応力を緩和するための応力緩和用開口５が設けられている。第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈは、コモンセントロイド配置されており、ＭＲセンサ１のオフセット電圧の低減を可能にしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられ、所定の素子パターン方向を有する第１の磁気抵抗素子を複数組合わせて形成された第１の磁気抵抗素子群と、
前記第１の磁気抵抗素子と略直交する素子パターン方向を有する第２の磁気抵抗素子を複数組合わせて形成された第２の磁気抵抗素子群と、
を備えたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の磁気抵抗素子、前記第２の磁気抵抗素子、又は前記第１の磁気抵抗素子群、前記第２の磁気抵抗素子群によりそれぞれ形成される磁気抵抗素子群は、周囲に保護膜を有し、前記保護膜の少なくとも一部において応力を緩和する応力緩和開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記各磁気抵抗素子群は、所定の組合わせによりブリッジ回路を形成することを特徴とする請求項１又は２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、磁気センサに関し、特に磁気抵抗素子に掛かる応力を緩和する開口を設けた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、物理変化に応じて電気抵抗値が変化するセンサエレメントと、センサエレメントを覆う保護膜とを有するセンサ装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このセンサ装置は、保護膜の少なくとも一部がエッチングによって除去され、センサエレメントに掛かる応力を緩和することによって、オフセット電圧の経時変化を抑制することができる。
【特許文献１】特開２００７−４６９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のセンサ装置によると、電気抵抗値を大きくするためには、１つのセンサエレメントを大きくしなければならず、その大きくなったセンサエレメントに掛かる応力の更なる抑制が望まれていた。
【０００５】
従って、本発明の目的は、大きな磁気抵抗素子に掛かる応力を緩和し、性能低下を防ぐ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】
本発明は上記目的を達成するため、基板と、前記基板上に設けられ、所定の素子パターン方向を有する第１の磁気抵抗素子を複数組合わせて形成された第１の磁気抵抗素子群と、前記第１の磁気抵抗素子と略直交する素子パターン方向を有する第２の磁気抵抗素子を複数組合わせて形成された第２の磁気抵抗素子群とを備えたことを特徴とする磁気センサを提供する。
【０００７】
このような構成によれば、大きな磁気抵抗素子に掛かる応力を緩和し、性能低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、大きな磁気抵抗素子に掛かる応力を緩和し、性能低下を防ぐ磁気センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の磁気センサの実施の形態を図面を参考にして詳細に説明していく。
【００１０】
[実施の形態]
（ＭＲセンサ１の構造）
図１は、本発明の実施の形態に係るＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサの概略図である。磁気センサとしてのＭＲセンサ１は、縦が、例えば１ｍｍ、横が、例えば２ｍｍ、厚みが、例えば０．３ｍｍの異方性磁気抵抗センサであり、絶縁性を有するガラス、シリコン及びセラミックス等から成る基板２と、基板２上にＮｉＦｅ、及びＮｉＣｏ等の強磁性金属又は、その合金によって作製された磁気抵抗素子群としての第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈと、後述するパッド４ａ〜４ｄと、によって構成され、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈは、後述するブリッジ回路を構成している。また、ＭＲセンサ１は、基板２と第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈ上に後述する保護膜によって保護されている。
【００１１】
第１、第２、第５及び第６のＭＲ素子群３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、３Ｆは、所定の方向からの磁束に対して磁気抵抗が最も大きく変化する所定の素子パターンを備えた第１のＭＲ素子３０が直列に６つ接続して構成され、第３、第４、第７及び第８のＭＲ素子群３Ｃ、３Ｄ、３Ｇ、３Ｈは、第１のＭＲ素子３０と略直交する所定の素子パターンを備えた第２のＭＲ素子３１が、直列に６つ接続して構成されている。また、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈの周囲には、後述する応力緩和用開口５が設けられている。例えば、第１のＭＲ素子３０が、所定の方向からの磁束に対して最も磁気抵抗値を変化させるとき、第２のＭＲ素子３１の磁気抵抗値は、変化しないように構成されている。
【００１２】
（第１及び第２のＭＲ素子３０、３１の構造）
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る図１の領域Ａ付近の第１のＭＲ素子の概略図であり、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る図１の領域Ｂ付近の第２のＭＲ素子の概略図である。第１及び第２のＭＲ素子３０、３１は、ＭＲ素子パターン３ａ、３ｂを有し、図１に示すように、例えば一辺が０．１７ｍｍの矩形状である。ＭＲ素子パターン３ａ、３ｂは、感磁部３０ａ、３０ｂと、折返し部３０ｂ、３１ｂとを有し、その厚みは、例えば２０〜１００ｎｍである。また、図１に示す各ＭＲ素子間の距離ｂは、例えば３０μｍである。
【００１３】
第１のＭＲ素子３０の感磁部３０ａは、感磁部３０ａと平行な方向である第１の方向６から印加された磁界（磁束）に対して最大の磁気抵抗値を有し、第２のＭＲ素子３１の感磁部３１ａは、感磁部３１ａと平行な方向である第２の方向７から印加された磁界（磁束）に対して最大の磁気抵抗値を有する。
【００１４】
ＭＲ素子パターン３ａ及び３ｂは、後述する製造工程によって基板２上に形成され、その幅ｄは６〜９μｍである。ＭＲ素子パターン３ａ及び３ｂは、つづら折り形状を有しており、このつづら折りの回数を増やすことで、抵抗値を大きくすることができる。
【００１５】
（ブリッジ回路１０の構成）
図３は、本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの回路図であり、図４は、本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの配線状態を示した概略図である。ブリッジ回路１０は、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈによって構成されている。
【００１６】
パッド４ａは、第４及び第５のＭＲ素子群３Ｄ、３Ｅに電気的に接続され、更に接地されている。パッド４ｂは、第２及び第３のＭＲ素子群３Ｂ、３Ｃに電気的に接続され、Ｖ１は、第１及び第２のＭＲ素子群３Ａ、３Ｂと第３及び第４のＭＲ素子群３Ｃ、３Ｄの中点電位を表している。パッド４ｃは、第６及び第７のＭＲ素子群３Ｆ、３Ｇに電気的に接続され、Ｖ２は、第５及び第６のＭＲ素子群３Ｅ、３Ｆと第７及び第８のＭＲ素子群３Ｇ、３Ｈの中点電位を表している。パッド４ｄは、第１及び第８のＭＲ素子群３Ａ、３Ｈに電気的に接続され、電圧Ｖｃｃが、印加されている。各パッド４ａ〜４ｄは、低抵抗であることが好ましく、例えば、Ａｌ等の低抵抗率を有する金属によって形成される。各パッド４ａ〜４ｄは、例えば、Ａｕ等によってワイヤリングされ、外部の機器と接続される。
【００１７】
第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈ及びパッド４ａ〜４ｄは、図４に示すように配置され、Ａｌ等の低抵抗率を有する金属によって形成された配線３ｃによって電気的に接続されている。
【００１８】
（応力緩和用開口５の構成）
応力緩和用開口５は、図１及び図４に示すように第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈの周囲に形成され、その幅ｃは、例えば、３μｍであり、深さは、例えば、０．５〜２μｍである。一般的に磁気抵抗センサ（ＭＲセンサ）は、４つのＭＲ素子によってブリッジ回路を形成しており、また、磁気抵抗センサの磁界の変化に対する感度を向上させるためには、磁気抵抗値を大きくする必要がある。そのためには、1つのＭＲ素子に含まれる感磁部３０ａ、３１ａのつづら折りの回数を増やさなければならず、その結果、１つのＭＲ素子が大きくなり、応力を緩和するための膜や開口を設けても、大きくなったＭＲ素子の中央付近まで応力を緩和することは困難であり、経年変化等による応力によって、ＭＲ素子に歪みが生じ、期待した性能が維持できない可能性がある。
【００１９】
しかし、本実施の形態においては、１つのＭＲ素子を複数のＭＲ素子に分割することで、１つのＭＲ素子の面積を小さくし、複数のＭＲ素子を組合わせた第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈの周囲に応力緩和用開口５を設けているので、磁気抵抗値を大きくしたとしても、経年変化等による応力に基づいたＭＲ素子の歪みを抑えることができる。なお、本実施の形態において、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈの周囲に応力緩和用開口５を設けたが、これに限定されず、第１及び第２のＭＲ素子３０、３１のそれぞれに応力緩和用開口５を設けても良い。
【００２０】
また、例えば、第２のＭＲ素子群３Ｂと第４のＭＲ素子群３Ｄ、第５のＭＲ素子群３Ｅと第７のＭＲ素子群３Ｇとを、図１に示すように入れ替えることによって、コモンセントロイド配置とすることができ、フォトリソグラフィ等による、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈの作製時に生じる、作製された場所による磁気抵抗値のばらつきを抑えることができるので、パッド４ｂ、４ｃに出力されるオフセット電圧（Ｖ１−Ｖ２）を低減することができる。
【００２１】
（ＭＲセンサ１の製造方法）
図５Ａ、５Ｂは、本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの製造工程を表した工程図であり、図２（ａ）のＡ−Ａ線での断面を表している。
【００２２】
（ａ）フィールド酸化膜２０の塗布
図５Ａ（ａ）に示すように、基板２にフィールド酸化膜２０を酸化によって製膜する。
【００２３】
（ｂ）ＭＲ素子膜２１の形成
図５Ａ（ｂ）に示すように、フィールド酸化膜２０上にＭＲ素子膜２１（ＮｉＦｅ）をスパッタ又は、蒸着等によって製膜する。
【００２４】
（ｃ）レジスト２２の塗布
図５Ａ（ｃ）に示すように、ＭＲ素子膜２１上にレジスト２２をスピンコータや吹き付け等によって塗布する。
【００２５】
（ｄ）パターニング及びエッチング
ＭＲ素子パターンが画かれたフォトマスクを露光装置にセットし、ＭＲ素子パターンをレジスト２２上に転写し、続いて図５Ａ（ｄ）に示すように、エッチングによって不要な部分を除去する。
【００２６】
（ｅ）保護膜２３の形成
図５Ｂ（ｅ）に示すように、保護膜２３を形成する。保護膜２３は、耐酸化性、不純物に対するバリア性などが高い酸化シリコン又は、窒化シリコン等の無機膜であり、その厚みは、例えば、０．３〜２μｍである。
【００２７】
（ｆ）応力緩和用開口５の形成
図５Ｂ（ｆ）に示すように、エッチングによって応力緩和用開口５を保護膜２３に形成する。応力緩和用開口５を形成したのち、スパッタ等によって図示しない配線層を、例えば、Ａｌ等により形成する。配線層を形成したのち、エッチングによって配線３ｃ以外の不要な部分を除去し、その上に再び保護膜２３ａを製膜して、応力緩和開口５及びパッド４ａ〜４ｄをエッチングしてＭＲセンサ１を作製する。なお、応力緩和用開口５の形成は、上記の工程に限定されず、また、保護膜２３、２３ａのみならず、フィールド酸化膜２０又は、基板２に達する開口であっても良い。
【００２８】
（動作）
以下に本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの動作を図１から図５Ｂを参照しながら説明する。
【００２９】
図１に示すように第１、第２、第５、第６のＭＲ素子群３Ａ、３Ｂ、３Ｅ、３Ｆと第３、第４、第７、第８のＭＲ素子群３Ｃ、３Ｄ、３Ｇ、３Ｈは、互いに９０度回転した形状を有し、図３に示すブリッジ回路１０を形成しているので、ＭＲセンサ１に印加される磁界（磁束）の向きに応じた出力電圧（Ｖ１−Ｖ２）を出力する。この出力電圧は、磁界の強度が一定の条件下では、磁界（磁束）の向きに応じて、周期的に変化する。
【００３０】
よって、磁界（磁束）の向きが変化すると、その磁界（磁束）の向きに基づいた出力電圧によって検出する対象である磁界（磁石）の回転や直線の運動を検出することができる。
【００３１】
（効果）
本実施の形態のＭＲセンサによれば、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈが、第１のＭＲ素子３０又は、第２のＭＲ素子３１に分割された構成とされ、又、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈの周囲に応力緩和用開口５を設けたことによって、第１〜第８のＭＲ素子群３Ａ〜３Ｈに掛かる応力を緩和することができるので、磁気抵抗値の大きいＭＲ素子を作製することができ、また、温度変化あるいは外力等により応力が加わる場合においてもＭＲセンサ１の性能を長く維持することができる。
【００３２】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの概略図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る図１の領域Ａ付近の第１のＭＲ素子の概略図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る図１の領域Ｂ付近の第２のＭＲ素子の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの回路図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの配線状態を示した概略図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの製造工程を表した工程図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態に係るＭＲセンサの製造工程を表した工程図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…ＭＲセンサ、２…基板、３Ａ〜３Ｈ…第１〜第８のＭＲ素子群、３ａ、３ｂ…ＭＲ素子パターン、３ｃ…配線、４ａ〜４ｄ…パッド、５…応力緩和用開口、６…第１の方向、７…第２の方向、１０…ブリッジ回路、２０…フィールド酸化膜、２１…ＭＲ素子膜、２２…レジスト、２３、２３ａ…保護膜、３０…第１のＭＲ素子、３０ａ、３１ａ…感磁部、３０ｂ、３１ｂ…折返し部、３１…第２のＭＲ素子、Ｖ１、Ｖ２…中点電位、Ｖｃｃ…電圧
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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