磁気センサおよびその製造方法
【課題】磁気コアに生じる歪を低減でき、小型化が容易な磁気センサの提供。
【解決手段】非磁性基板１１の一方の面上に、第１の導体層２２、第１の絶縁樹脂層１２、ＳｉＯ２層１８、磁気コア１４、第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられた第２の導体層２１を順に備え、第１の導体層２２、第２の導体層２１、ならびに第１および第２の絶縁樹脂層１２，１３を貫通して第１の導体層２２と第２の導体層２１とを導通させる導体からなるソレノイドコイル２０が構成され、ソレノイドコイル２０の内部に、ＳｉＯ２層１８上に設けられた磁気コア１４が配置されていることを特徴とする磁気センサ１０。
【解決手段】非磁性基板１１の一方の面上に、第１の導体層２２、第１の絶縁樹脂層１２、ＳｉＯ２層１８、磁気コア１４、第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられた第２の導体層２１を順に備え、第１の導体層２２、第２の導体層２１、ならびに第１および第２の絶縁樹脂層１２，１３を貫通して第１の導体層２２と第２の導体層２１とを導通させる導体からなるソレノイドコイル２０が構成され、ソレノイドコイル２０の内部に、ＳｉＯ２層１８上に設けられた磁気コア１４が配置されていることを特徴とする磁気センサ１０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性体からなる磁気コアに高周波電流またはパルス電流を通電し、磁気コアの長手方向の磁界の印加に対する幅方向透磁率の変化に基づき磁気を検出する磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）等のモバイル機器において、小型で高感度な磁気センサに対する要求が高まっている。高感度な磁気センサとして、フラックスゲートセンサや、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス効果素子が用いられているが、フラックスゲートセンサはコイルの巻数を要すること、磁気コアの反磁界を小さくするために磁気コアの長さを長くすることが必要であり、小型化が困難である。一方、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス効果素子は、ワイヤを用いているため、基板へのはんだ付けやバイアスコイル（ピックアップコイル）の巻き付けに特殊なプロセスが必要となり、製造コストが高いといった問題がある。
【０００３】
特許文献１〜３には、軟磁性体膜を用いた薄膜型磁気インピーダンス効果素子が提案されている。また、特許文献４には、磁気コアに直接高周波電流またはパルス電流を通電し、磁気コア周囲に巻かれたピックアップコイルに誘起される誘導起電力の変化を読み取る直交フラックスゲートセンサが提案されている。
これらに対して、バイアスコイル（ピックアップコイル）を薄膜プロセスにて形成する検討がなされており、特許文献５および非特許文献１では、薄膜プロセスを用いて磁気インピーダンス効果素子およびソレノイド型のバイアスコイル、負帰還コイルを集積したセンサが提案されている。また、特許文献６，７には、平面スパイラルコイルにてバイアスコイル（ピックアップコイル）を形成している。
【特許文献１】特許第３２１０９３３号公報
【特許文献２】特許第３６５０５７５号公報
【特許文献３】特許第３６５６０１８号公報
【特許文献４】特許第２６１７４９８号公報
【特許文献５】特開平１１−１０９００６号公報
【特許文献６】特開２００３−１６３３９１号公報
【特許文献７】特開２００６−２０１１２３号公報
【非特許文献１】「マイクロめっき法により作製した薄膜ＭＩセンサ」、電気学会、マグネティクス研究会、資料番号ＭＡＧ−００−２４、２０００年、ｐ７４−８４
【非特許文献２】ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、２００３年、第３９巻、第１号、第５７１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、薄膜プロセスによりソレノイドコイルを形成する場合、下層配線上に絶縁層を介して磁気コアを成膜する必要があるが、下層配線により基板上に凹凸が形成され、この上に磁気コアを形成した場合に磁気特性が劣化することがある。
特許文献５および非特許文献１では、コイル配線と磁気コア間の絶縁層として、凹凸緩和のためにレジストをハードベークして硬化させた樹脂を用いているが、このように磁気コアの下地として樹脂材料を用いた場合、樹脂のガラス転移温度や、熱分解温度の制限を受けるため、磁気コアに対して磁場中熱処理を施す際の温度に制限ができ、その結果十分な特性が得られないといった問題がある。特に磁場中熱処理時には熱膨張係数の差に起因する応力を受けることになるため、その上に形成された磁気コアに生じる歪が大きくなり、磁歪の逆効果による特性が大きく劣化する場合がある。
【０００５】
また、このような問題を回避するために、特許文献６，７では、平面型スパイラルコイルを磁気コア上に形成し、下地の影響を回避している。しかしながら、このような構造では磁気コア内の磁束とコイルの発生する磁束との鎖交面積が小さいため、磁気コアに発生する磁束とコイルに流れる電流の変換効率が悪く、コイルの面積が磁気コアの面積よりも大きくなることから、余分な面積を要し、小型化が難しいといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁気コアに生じる歪を低減でき、小型化が容易な磁気センサおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、非磁性基板と、非磁性基板の一方の面上に設けられた第１の導体層と、前記一方の面および前記第１の導体層の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層と、前記第１の絶縁樹脂層の上に形成されたＳｉＯ２層と、前記ＳｉＯ２層の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コアと、前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極と、前記第１の絶縁樹脂層、ＳｉＯ２層および磁気コアの上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層と、前記第２の絶縁樹脂層の上に設けられた第２の導体層とを備え、前記第１の導体層および第２の導体層、ならびに前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通して前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通させる導体からなるソレノイドコイルが構成され、前記ソレノイドコイルの内部に、前記ＳｉＯ２層上に設けられた前記磁気コアが配置されていることを特徴とする磁気センサである。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、非磁性基板と、非磁性基板の一方の面上に設けられた第１の導体層と、前記一方の面および前記第１の導体層の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層と、前記第１の絶縁樹脂層の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コアと、前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極と、前記第１の絶縁樹脂層および磁気コアの上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層と、前記第２の絶縁樹脂層の上に設けられた第２の導体層とを備え、前記第１の導体層および第２の導体層、ならびに前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通して前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通させる導体からなるソレノイドコイルが構成され、前記ソレノイドコイルの内部に、前記第１の絶縁樹脂層上に設けられた前記磁気コアが配置され、前記第１の絶縁樹脂層が、４００℃以上の温度でベークされたポリイミドからなることを特徴とする磁気センサである。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、非磁性基板の一方の面上に複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層を形成する工程と、前記一方の面および前記第１の導体層の上に、前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と整合する位置に設けられた第１の開口部および前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と整合する位置に設けられた第２の開口部を有するポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層とを形成する工程と、前記第１の絶縁樹脂層の上において、前記第１の開口部からなる列と前記第２の開口部からなる列との間の領域を少なくとも含み、かつ前記第１の開口部および前記第２の開口部の上を避けた位置にＳｉＯ２層を形成する工程と、前記ＳｉＯ２層の上に軟磁性体膜からなる磁気コアを形成する工程と、前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程と、前記第１の絶縁樹脂層、ＳｉＯ２層および磁気コアの上に、前記第１の開口部と整合する位置に設けられた第３の開口部、前記第２の開口部と整合する位置に設けられた第４の開口部、および前記磁気コアの端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部を有するポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層を形成する工程と、前記第１および第３の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第１の貫通導体、前記第２および第４の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第２の貫通導体、および前記第５の開口部に充填されて前記第２の絶縁樹脂層を貫通する第３の貫通導体を設ける工程と、前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第１の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と導通するとともに、前記第２の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層を形成する工程と、前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第３の貫通導体を介して前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極を形成する工程と、有することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、非磁性基板の一方の面上に複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層を形成する工程と、前記一方の面および前記第１の導体層の上に、前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と整合する位置に設けられた第１の開口部および前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と整合する位置に設けられた第２の開口部を有するポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層とを形成する工程と、前記第１の絶縁樹脂層を構成するポリイミドを４００℃以上の温度でベークする工程と、前記４００℃以上の温度でベークされた第１の絶縁樹脂層の上において、前記第１の開口部からなる列と前記第２の開口部からなる列との間の領域内に軟磁性体膜からなる磁気コアを形成する工程と、前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程と、前記第１の絶縁樹脂層および磁気コアの上に、前記第１の開口部と整合する位置に設けられた第３の開口部、前記第２の開口部と整合する位置に設けられた第４の開口部、および前記磁気コアの端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部を有するポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層を形成する工程と、前記第１および第３の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第１の貫通導体、前記第２および第４の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第２の貫通導体、および前記第５の開口部に充填されて前記第２の絶縁樹脂層を貫通する第３の貫通導体を設ける工程と、前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第１の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と導通するとともに、前記第２の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層を形成する工程と、前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第３の貫通導体を介して前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極を形成する工程と、を有することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の磁気センサの製造方法において、前記第１の絶縁樹脂層を構成するポリイミドを４００℃以上の温度でベークする工程を、前記第１の絶縁樹脂層を形成する工程の後であって、かつ前記ＳｉＯ２層の上に磁気コアを形成する工程の前に有することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の磁気センサの製造方法において、前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程を、４００℃以下の温度で行うことを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非磁性基板の上に導体層と絶縁樹脂層の積層によりソレノイドコイルが構成され、このソレノイドコイルの内部に配置された磁気コアが、ＳｉＯ２層または４００℃以上の温度でベークされたポリイミドからなる絶縁樹脂層の上に設けられるものとなるので、磁気コアの下地のヤング率が大きくなり、歪の影響を受けにくくなるため、磁歪の逆効果による磁気特性の劣化を抑制することができる。また、４００℃未満の温度でベークされたポリイミドなどの通常の絶縁樹脂を下地とした場合に比べて、ヤング率が大きく線膨張係数（ＣＴＥ）が小さくなるため、磁歪の影響を抑制することができる。また、磁気コアがソレノイドコイルの内部に配置されることにより、平面スパイラルコイルを用いてバイアス磁界を印加する場合に比べて磁束の鎖交面積が大きく、磁束と電流の変換効率をより良いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の磁気センサの一例を示す図面であり、図１（ａ）は絶縁樹脂層が透明であるかのように上方から透視して図示した透視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図２は、図１に示す磁気センサの分解斜視図であり、非磁性基板１１およびその上に設けられた第１の導体層２２と、第１の絶縁樹脂層１２ならびにその上に形成されたＳｉＯ２層１８および磁気コア１４と、第２の絶縁樹脂層１３およびその上に設けられた第２の導体層２１とをグループにし、その間が分離したかのように図示したものである。図３は、図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図１（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００１４】
図１から図４までに示すように、本形態例の磁気センサ１０は、非磁性基板１１と、非磁性基板１１の一方の面１１ａ上に設けられた第１の導体層２２と、非磁性基板１１の一方の面１１ａおよび第１の導体層２２の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層１２と、第１の絶縁樹脂層１２の上に形成されたＳｉＯ２層１８と、ＳｉＯ２層１８の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コア１４と、磁気コア１４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極１７と、第１の絶縁樹脂層１２、ＳｉＯ２層１８および磁気コア１４の上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層１３と、第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられた第２の導体層２１とを備えている。
【００１５】
さらに、図２、図３に示すように、第１および第２の絶縁樹脂層１２，１３を貫通して第１の導体層２２と第２の導体層２１とを導通させる導体２３ａ，２３ｂが設けられており、第１の導体層２２および第２の導体層２１ならびに前記導体２３ａ，２３ｂにより、ソレノイドコイル２０が構成されている。ＳｉＯ２層１８上に設けられた磁気コア１４は、図３に示すように、ソレノイドコイル２０の内部に配置された構成となっている。
ＳｉＯ２層１８は、ＳｉＯ２をスパッタなどで成膜したものであり、その厚さとしては、例えば０.２〜５μｍである。ＳｉＯ２は電気的には絶縁性であり、かつヤング率が大きく、絶縁樹脂層１２，１３の熱収縮や歪みなどに対して、磁気コア１４に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。また、第１の導体層２２上へのポリイミドの塗布により第１の導体層２２の凹凸を緩和することができる。
【００１６】
本形態例の磁気センサ１０によれば、第１の導体層２２と磁気コア１４との間にＳｉＯ２層１８が介在することによって、ソレノイドコイル２０の下層配線となる第１の導体層２２による凹凸を緩和するポリイミド層１２の温度による体積変化の影響が磁気コア１４に及ぶことを防ぎ、磁気コア１４の特性劣化を抑制することができる。また、絶縁樹脂層の応力による歪による磁気コア１４の特性劣化を抑制することができる。磁気コア１４がソレノイドコイル２０の内部に配置されることにより、平面スパイラルコイルを用いてバイアス磁界を印加する場合に比べて磁束の鎖交面積が大きく、磁束と電流の変換効率をより良いものとすることができる。
【００１７】
非磁性基板１１としては、熱酸化シリコン基板等の半導体基板のほか、ガラス基板、セラミック基板などが挙げられる。
磁気コア１４は、軟磁性体からなる薄膜に、一軸異方性を付与したものである。軟磁性体としては、ＣｏＮｂＺｒ等、Ｃｏ基の軟磁性体から構成することができる。例えばＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３が挙げられる。また、ゼロ磁歪組成であるＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＮｉＦｅ、ＦｅＳｉＡｌ等から構成することもできる。
【００１８】
本形態例の場合、図１（ａ）に示すように、磁気コア１４は、複数本並行して形成されており、それぞれが電気的に直列に接続されるようにＣｕ等の導体からなる導体層１５が設けられている。また、複数本の磁気コア１４は、磁気コア１４の長手方向の長さが揃うようにつづら折り状（ミアンダ状）に配置すると、磁気コア１４の配置に要する面積を小型化できるので好ましい。導体層１５は、磁気コア１４の端部およびＳｉＯ２層１８の上に設けることが好ましい。また、本形態例においては、電極パッド１７，１７が第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられているので、電極パッド１７，１７の凹凸による影響が磁気コア１４に及ぶことがない。
【００１９】
磁気コア１４の本数は、１本でも複数本でもよく、特に限定されない。本形態例のように、偶数本をミアンダ状に接続すると、磁気コア１４に高周波電流またはパルス電流を印加するための一対の電極１７，１７を、磁気コア１４の長手方向の同じ側に配置することができるので、電極１７，１７の配置に要する面積をより小さくすることができる。
【００２０】
本形態例におけるソレノイドコイル２０について、より詳しく説明する。非磁性基板１１の一方の面１１ａに対する平面視（図１（ａ）参照）において、第１の導体層２２および第２の導体層２１は、磁気コア１４の長手方向（図１（ａ）における左右方向）に略直交する複数の線状の導体パターンを有する。
【００２１】
図３に示すように、第１の絶縁樹脂層１２は、第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと整合する位置に設けられた第１の開口部１２ａと、第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと整合する位置に設けられた第２の開口部１２ｂを有する。また、第２の絶縁樹脂層１３は、第１の絶縁樹脂層１２の第１の開口部１２ａと整合する位置に設けられた第３の開口部１３ａと、第１の絶縁樹脂層１２の第２の開口部１２ｂと整合する位置に設けられた第４の開口部１３ｂを有する。
【００２２】
そして、第１の開口部１２ａおよび第３の開口部１３ａには、第１の絶縁樹脂層１２および第２の絶縁樹脂層１３を貫通する導体（第１の貫通導体）２３ａが充填され、第２の導体層２１の各導体パターンの一方の側の端部２１ａが、第１の貫通導体２３ａを介して第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと導通している。同様に、第２の開口部１２ｂおよび第４の開口部１３ｂには、第１の絶縁樹脂層１２および第２の絶縁樹脂層１３を貫通する導体（第２の貫通導体）２３ｂが充填され、第２の導体層２１の各導体パターンの他方の側の端部２１ｂが、第２の貫通導体２３ｂを介して第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと導通している。こうして、第１の導体層２２、第１の貫通導体２３ａ、第２の導体層２１、第２の貫通導体２３ｂが、磁気コア１４の長手方向に略直交する回路を形成することにより、ソレノイドコイル２０が構成されている。図１（ａ）に示すように、ソレノイドコイル２０の両端には、該コイル２０に電流を流すための一対の電極パッド２４，２４が設けられている。本形態例においては、これら電極パッド２４，２４が第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられているので、電極パッド２４，２４の凹凸による影響が磁気コア１４に及ぶことがない。
【００２３】
また、磁気コア１４は、電極１７と直接導通させることも可能であるが、電極１７との電気的接続を容易にするため、図１、図４に示すように、磁気コア１４の両端に、Ａｌ等の導体からなる導体層１６を設けるとともに、第１の絶縁樹脂層１２上の導体層１６と第２の絶縁樹脂層１３上の電極１７を導通するため、第２の絶縁樹脂層１３を貫通する導体（第３の貫通導体）１９を設けることが好ましい。このため、第２の絶縁樹脂層１３には、第３の貫通導体１９が充填される第５の開口部１３ｃが設けられる。
【００２４】
本形態例においては、ソレノイドコイル２０に電流を流すための電極１７および磁気コア１４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極２４が第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられているので、これら電極１７，２４への導通を確保する開口部を残すほかは、第２の絶縁樹脂層１３および第２の導体層２１の上の所望の箇所に、任意に保護層（図示せず）を形成することができる。ソレノイドコイル２０の上側配線となる第２の導体層２１を保護することで、外部からソレノイドコイル２０への悪影響を抑制することができる。保護層は、例えばポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、シリコーンなどの樹脂により形成することができる。
【００２５】
次に、本発明の第１形態例に係る磁気センサ１０の製造方法の一例について説明する。
まず、非磁性基板１１の一方の面１１ａ上に、複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層２２を形成する。第１の導体層２２は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの導体を、スパッタ、めっき等の手法により、１層単独で、もしくは２層以上の積層体として、形成することができる。
【００２６】
次に、非磁性基板１１の一方の面１１ａおよび第１の導体層２２の上に、第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと整合する位置に設けられた第１の開口部１２ａと、第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと整合する位置に設けられた第２の開口部１２ｂを有する第１の絶縁樹脂層１２を、ポリイミドを用いて形成する。第１形態例の磁気センサ１０においては、第１の絶縁樹脂層１２を構成するポリイミドをベークするときの温度は、４００℃未満の温度とすることができ、あるいは４００℃以上の温度とすることができる。
【００２７】
次に、第１の絶縁樹脂層１２の上において、第１の開口部１２ａからなる列と第２の開口部１２ｂからなる列との間の領域を少なくとも含み、かつ第１の開口部１２ａおよび第２の開口部１２ｂの上を避けた位置に、ＳｉＯ２層１８を形成する。ＳｉＯ２層１８は、例えばＣＶＤ、スパッタ法によって形成することができる。本形態例においては、磁気コア１４の幅方向（図１（ａ）の上下方向）において、ＳｉＯ２層１８を、第１の開口部１２ａからなる列と第２の開口部１２ｂからなる列との間にのみ形成するものとしているが、この領域の外側に広がっていてもよい。その場合は、第１の開口部１２ａおよび第２の開口部１２ｂの上を避けるように、ＳｉＯ２層１８に開口部（図示せず）を設け、第１の貫通導体２３ａおよび第２の貫通導体２３ｂを形成できるようにする。
【００２８】
ＳｉＯ２層１８の上には、軟磁性体膜からなる磁気コア１４を形成し、回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより、磁気コア１４に一軸異方性を付与する。磁気コアに一軸異方性を付与するとき、回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理の温度を、４００℃以下とすることが好ましい。
【００２９】
ここで、磁気コア１４が複数本並行して形成されたものである場合には、磁気コア１４を電気的に接続するための導体層１５を形成する。また、磁気コア１４の両端に、電極１７との導通を容易にするための導体層１６を設けることができる。これら導体層１５，１６は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの導体を、スパッタ、めっき等の手法により、１層単独で、もしくは２層以上の積層体として、形成することができる。導体層１５，１６の形成は、磁気コア１４に一軸異方性を付与する工程の前に行っても、後に行ってもよい。
【００３０】
次に、第１の絶縁樹脂層１２とＳｉＯ２層１８と磁気コア１４の上に、第１の開口部１２ａと整合する位置に設けられた第３の開口部１３ａと、第２の開口部１２ｂと整合する位置に設けられた第４の開口部１３ｂと、磁気コア１４の端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部１３ｃを有する第２の絶縁樹脂層１３を、ポリイミドを用いて形成する。第５の開口部１３ｃは、導体層１６を設けた場合には、この導体層１６と整合する位置に設ければよく、導体層１６を設けない場合には、磁気コア１４の端部と整合する位置に設ける。
【００３１】
次に、第１の開口部１２ａおよび第３の開口部１３ａに導体を充填して第１の絶縁樹脂層１２および第２の絶縁樹脂層１３を貫通する第１の貫通導体２３ａと、第２の開口部１２ｂおよび第４の開口部１３ｂに導体を充填して第１の絶縁樹脂層１２および第２の絶縁樹脂層１３を貫通する第２の貫通導体２３ｂと、第５の開口部１３ｃに導体を充填して第２の絶縁樹脂層１３を貫通する第３の貫通導体１９を設ける。また、第２の絶縁樹脂層１３の上に、第１の貫通導体２３ａを介して第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと導通するとともに、第２の貫通導体２３ｂを介して第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層２１を形成する。また、第２の導体層２１とともに、ソレノイドコイル２０に電流を流すための電極１７および磁気コア１４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極２４を形成する。
以上により、第１形態例の磁気センサ１０が得られる。さらに、保護層を形成する工程などを追加してもよい。
【００３２】
次に、本発明の磁気センサの改変例について説明する。
図５は、本発明の磁気センサの改変例を示す図面であり、図５（ａ）は絶縁樹脂層が透明であるかのように上方から透視して図示した透視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図６は、図５（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図７は、図５（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【００３３】
図５から図７までに示すように、本形態例の磁気センサ３０は、非磁性基板３１と、非磁性基板３１の一方の面３１ａ上に設けられた第１の導体層２２と、非磁性基板３１の一方の面３１ａおよび第１の導体層２２の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層３２と、第１の絶縁樹脂層３２の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コア３４と、磁気コア３４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極３７と、第１の絶縁樹脂層３２および磁気コア３４の上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層３３と、第２の絶縁樹脂層３３の上に設けられた第２の導体層２１とを備えている。
【００３４】
さらに、第１および第２の絶縁樹脂層３２，３３を貫通して第１の導体層２２と第２の導体層２１とを導通させる導体２３ａ，２３ｂが設けられており、第１の導体層２２および第２の導体層２１ならびに前記導体２３ａ，２３ｂにより、ソレノイドコイル２０が構成されている。また、磁気コア３４は、図６に示すように、ソレノイドコイル２０の内部に配置され、第１の絶縁樹脂層３２が、４００℃以上の温度でベークされたポリイミドから形成されている。
【００３５】
本形態例の磁気センサ３０によれば、第１の導体層２２と磁気コア３４との間に設けられた第１の絶縁樹脂層３２が、４００℃以上の温度でハードベークされたポリイミドから形成されていることによって、４００℃未満の温度でベークした場合に比べて熱による体積変化が小となり、ポリイミドの磁場中熱処理時の収縮を抑制することができ、磁歪による特性劣化を抑制することができる。磁気コア３４がソレノイドコイル２０の内部に配置されることにより、平面スパイラルコイルを用いてバイアス磁界を印加する場合に比べて磁束の鎖交面積が大きく、磁束と電流の変換効率をより良いものとすることができる。
【００３６】
非磁性基板３１としては、熱酸化シリコン基板等の半導体基板のほか、ガラス基板、セラミック基板などが挙げられる。
磁気コア３４の構成は、上述の第１形態例における磁気コア１４と同様に選択が可能であり、本形態例の磁気センサ３０においても、磁気コア３４の本数は、１本でも複数本でもよく、特に限定されない。ソレノイドコイル２０の構成も第１形態例と同様に構成することができる。
【００３７】
本形態例においては、ソレノイドコイル２０に電流を流すための電極３７および磁気コア３４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極２４が第２の絶縁樹脂層３３の上に設けられているので、これら電極３７，２４への導通を確保する開口部を残すほかは、第２の絶縁樹脂層３３および第２の導体層２１の上の所望の箇所に、任意に保護層（図示せず）を形成することができる。ソレノイドコイル２０の上側配線となる第２の導体層２１を保護することで、外部からソレノイドコイル２０への悪影響を抑制することができる。保護層は、例えばポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、シリコーンなどの樹脂により形成することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２形態例に係る磁気センサ３０の製造方法の一例について説明する。
まず、非磁性基板３１の一方の面３１ａ上に、複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層２２を形成する。第１の導体層２２は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの導体を、スパッタ、めっき等の手法により、１層単独で、もしくは２層以上の積層体として、形成することができる。
【００３９】
次に、非磁性基板３１の一方の面３１ａおよび第１の導体層２２の上に、第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと整合する位置に設けられた第１の開口部３２ａと、第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと整合する位置に設けられた第２の開口部３２ｂを有する第１の絶縁樹脂層３２を、ポリイミドを用いて形成する。第２形態例においては、第１の絶縁樹脂層３２を構成するポリイミドをベークするときの温度は、４００℃以上とする。これにより、ＳｉＯ２層を設けなくとも、磁気コア３４の特性劣化等の問題を解決することができる。
【００４０】
次に、第１の絶縁樹脂層３２の上に、軟磁性体膜からなる磁気コア３４を形成し、回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより、磁気コア３４に一軸異方性を付与する。磁気コアに一軸異方性を付与するとき、回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理の温度を、４００℃以下とすることが好ましい。
【００４１】
ここで、磁気コア３４が複数本並行して形成されたものである場合には、磁気コア３４を電気的に接続するための導体層３５を形成する。また、磁気コア３４の両端に、電極３７との導通を容易にするための導体層３６を設けることができる。これら導体層３５，３６は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの導体を、スパッタ、めっき等の手法により、１層単独で、もしくは２層以上の積層体として、形成することができる。導体層３５，３６の形成は、磁気コア３４に一軸異方性を付与する工程の前に行っても、後に行ってもよい。
【００４２】
次に、第１の絶縁樹脂層３２と磁気コア３４の上に、第１の開口部３２ａと整合する位置に設けられた第３の開口部３３ａと、第２の開口部３２ｂと整合する位置に設けられた第４の開口部３３ｂと、磁気コア３４の端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部３３ｃを有する第２の絶縁樹脂層３３を、ポリイミドを用いて形成する。第５の開口部３３ｃは、導体層３６を設けた場合には、この導体層３６と整合する位置に設ければよく、導体層３６を設けない場合には、磁気コア３４の端部と整合する位置に設ける。
【００４３】
次に、第１の開口部３２ａおよび第３の開口部３３ａに導体を充填して第１の絶縁樹脂層３２および第２の絶縁樹脂層３３を貫通する第１の貫通導体２３ａと、第２の開口部３２ｂおよび第４の開口部３３ｂに導体を充填して第１の絶縁樹脂層３２および第２の絶縁樹脂層３３を貫通する第２の貫通導体２３ｂと、第５の開口部３３ｃに導体を充填して第２の絶縁樹脂層３３を貫通する第３の貫通導体３９（図７参照）を設ける。また、第２の絶縁樹脂層３３の上に、第１の貫通導体２３ａを介して第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと導通するとともに、第２の貫通導体２３ｂを介して第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層２１を形成する。また、第２の導体層２１とともに、ソレノイドコイル２０に電流を流すための電極３７および磁気コア３４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極２４を形成する。
以上により、第２形態例の磁気センサ３０が得られる。さらに、保護層を形成する工程などを追加してもよい。
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）ソレノイドコイル２０の下側の配線となる第１導体層２２と、磁気コア１４，３４間の絶縁層としてポリイミドからなる樹脂層（第１の絶縁樹脂層１２，３２）を設けることにより、第１導体層２２のパターンによる凹凸を緩和することができ、磁気コア１４，３４となる軟磁性体膜の特性劣化を抑えることができる。
【００４５】
（２）ポリイミドのような樹脂材料を絶縁層としたソレノイドコイル２０の配線内に設けた磁気コア１４の下部に、機械的強度に優れたＳｉＯ２層１８を設けることにより、熱履歴が加わった際の樹脂の体積変化により磁気コア１４に入る歪みを低減することができ、磁歪の逆効果による磁気特性の劣化を防ぐことができる。
【００４６】
（３）また、ポリイミドのような樹脂材料を絶縁層としたソレノイドコイル２０を形成する上では、磁気コア１４，３４形成後の上部絶縁層（第２の絶縁樹脂層１３，３３）であるポリイミドのイミド化ベークの際に熱擾乱により磁気コア１４，３４の一軸異方性が劣化するおそれがあるが、これを静磁場中にて行うことで、劣化を防ぐことができる。
【００４７】
（４）第１の絶縁樹脂層１２，３２のポリイミドのイミド化ベーク温度を４００℃以上とすることで、樹脂の熱履歴による収縮を抑えることができ、磁気コア１４，３４に対する磁歪の影響や、ＳｉＯ２層１８の剥離を抑えることができる。感光性のポリイミド前駆体は、フォトリソグラフィによるパターン形成後の熱処理によりイミド化が進行しポリイミドとなる。この際の熱処理温度の影響であるが、一般に２００〜２５０℃以上の温度でイミド化が進行し、ポリイミドとなる。しかし、低温でイミド化を進行させると、イミド化が十分でない上に、溶媒や、イミド化の反応生成物が抜けた部分などが分子の隙間として存在し、密度が小さく、機械的、化学的にも弱いものになる。この状態で熱処理を加えると、熱処理時にポリイミドの分子主鎖が流動し、分子主鎖の隙間を埋めるために体積収縮が起こる。この体積収縮により、軟磁性体膜からなる磁気コア１４，３４に歪みが生じ、磁歪の逆効果による特性劣化が起こったり、ＳｉＯ２の剥離が起こったりする。一方、４００℃以上の高温でイミド化を進行させると、イミド化が十分に進行することに加え、イミド化したポリイミドの分子主鎖が流動し、溶媒や、イミド化の反応生成物が抜けた部分などを埋めるため、高密度で、機械的、化学的に強固なものになり、後に熱処理を加えても体積変化は小さくなる。その結果、ポリイミドの磁場中熱処理時の収縮を抑制することができ、磁歪による特性劣化を抑制することができる。
【００４８】
以下は、本発明の第１形態例に係る磁気センサの作製方法の詳細な一例である。
熱酸化シリコン基板上に、クロム（Ｃｒ）もしくはチタン―タングステン（ＴｉＷ）等の密着層を介して銅（Ｃｕ）をスパッタにより、約１μｍ成膜する。フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより所望のパターンを形成した後、ウエットエッチングを行い、レジストを剥離することにより、コイル下層配線を得る。このとき、代わりに、熱酸化シリコン基板上に、スパッタによりＣｕを１００ｎｍ程度成膜した後レジストフレームを形成し、めっきにより１μｍ程度Ｃｕを成膜することでコイル下層配線を得てもよい。
【００４９】
このコイル下層配線の上に、感光性のポリイミド前駆体を、イミド化後の膜厚が５〜３０μｍとなるように塗布し、フォトリソグラフィによりコイル下層配線と上層配線の導通部に開口部（第１、第２の開口部）を設け、４００℃４時間窒素雰囲気にて熱処理を施し、硬化する。その後プラズマＣＶＤによりＳｉＯ２を１μｍ成膜した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィにより所望のパターンを形成した後、エッチングを行い、レジストを剥離してＳｉＯ２層を得る。このとき、ＳｉＯ２層の形状は、磁気コアの形成される領域を囲み、かつソレノイドコイルの上層配線と下層配線の導通部には残らないように形成する。また、上下導通部のポリイミド開口部よりも広い開口部を有するように形成する。
【００５０】
この上にレジストフレームを形成した後、コバルト―ニオブ―ジルコニウム（ＣｏＮｂＺｒ）をスパッタにより１〜５μｍ成膜し、リフトオフによりパターニングして並行して複数個形成した磁気コアを得る。この上にＣｒ、ＴｉＷなどの密着層を介してＣｕをスパッタ成膜した後、フォトリソグラフィによりレジストフレームを形成し、開口部にめっきすることで、並行して複数個形成した磁気コアを直接に接続するパッド（導体層）、および磁気コアの端部のパッドを形成する。その後、３００〜４００℃、３ｋＧの真空中にて回転磁場中熱処理を２時間、次いで静磁場中熱処理を１時間行い、磁気コアの幅方向に一軸異方性を付与する。
なお磁気コアの材料としてＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＮｉＦｅ、ＦｅＳｉＡｌ等を用いた場合においても、同様にスパッタにより成膜することができる。ＮｉＦｅを用いた場合は、めっきにより成膜してもよい。
【００５１】
その上に感光性ポリイミド前駆体を塗布し、下層配線となるＣｕ配線および磁気コアの端部に設けたＣｕパッドとの電気的なコンタクトを取るための開口部（第３ないし第５の開口部）をフォトリソグラフィにより形成する。続いて、感光性ポリイミド前駆体をイミド化させるために真空中、もしくは窒素雰囲気にて２５０〜３８０℃程度の温度で１時間熱処理を行う。この際、熱処理時に前工程の磁場中熱処理により付与した磁気コアの一軸異方性が乱されるのを防ぐため、数百Ｏｅから数ｋＯｅの静磁場中にて熱処理することが望ましい。
【００５２】
続いて、スパッタによりＣｕを１００ｎｍ程度成膜した後レジストフレームを形成し、めっきにより１〜１０μｍ程度のＣｕを成膜することでコイル上層配線を得る。この上に、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、シリコーンなどの樹脂を塗布し、外部回路と電気的なコンタクトをとるための開口部をフォトリソグラフィにより形成する。続いて、これらの樹脂を硬化させるためのベークを行い、保護層とする。この際にも、数百Ｏｅから数ｋＯｅの静磁場中にて熱処理することが望ましい。
以上により、本発明の第１形態例に係る磁気センサが得られる。
【００５３】
以下は、本発明の第２形態例に係る磁気センサの作製方法の詳細な一例である。
熱酸化シリコン基板上に、クロム（Ｃｒ）もしくはチタン―タングステン（ＴｉＷ）等の密着層を介して銅（Ｃｕ）をスパッタにより、約１μｍ成膜する。フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより所望のパターンを形成した後、ウエットエッチングを行い、レジストを剥離することにより、コイル下層配線を得る。このとき、代わりに、熱酸化シリコン基板上に、スパッタによりＣｕを１００ｎｍ程度成膜した後レジストフレームを形成し、めっきにより１μｍ程度Ｃｕを成膜することでコイル下層配線を得てもよい。
【００５４】
このコイル下層配線の上に、感光性のポリイミド前駆体を、イミド化後の膜厚が５〜３０μｍとなるように塗布し、フォトリソグラフィによりコイル下層配線と上層配線の導通部に開口部（第１、第２の開口部）を設け、４００℃４時間窒素雰囲気にて熱処理を施し、硬化する。
【００５５】
この上にレジストフレームを形成した後、コバルト―ニオブ―ジルコニウム（ＣｏＮｂＺｒ）をスパッタにより１〜５μｍ成膜し、リフトオフによりパターニングして並行して複数個形成した磁気コアを得る。この上にＣｒ、ＴｉＷなどの密着層を介してＣｕをスパッタ成膜した後、フォトリソグラフィによりレジストフレームを形成し、開口部にめっきすることで、並行して複数個形成した磁気コアを直接に接続するパッド（導体層）、および磁気コアの端部のパッドを形成する。その後、３００〜４００℃、３ｋＧの真空中にて回転磁場中熱処理を２時間、次いで静磁場中熱処理を１時間行い、磁気コアの幅方向に一軸異方性を付与する。
【００５６】
その上に感光性ポリイミド前駆体を塗布し、下層配線となるＣｕ配線および磁気コアの端部に設けたＣｕパッドとの電気的なコンタクトを取るための開口部（第３ないし第５の開口部）をフォトリソグラフィにより形成する。続いて、感光性ポリイミド前駆体をイミド化させるために真空中、もしくは窒素雰囲気にて２５０〜３８０℃程度の温度で１時間熱処理を行う。この際、熱処理時に前工程の磁場中熱処理により付与した磁気コアの一軸異方性が乱されるのを防ぐため、数百Ｏｅから数ｋＯｅの静磁場中にて熱処理することが望ましい。
【００５７】
続いて、スパッタによりＣｒ密着層、Ｃｕシード層を２５０ｎｍ程度成膜した後レジストフレームを形成し、めっきにより１〜１０μｍ程度のＣｕを成膜することでコイル上層配線を得る。
以上により、本発明の第２形態例に係る磁気センサが得られる。
【実施例】
【００５８】
図８は、比較例として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを３７５℃、１時間行った上に形成した磁気インピーダンス効果素子（図５〜７に示す構造において第１の絶縁樹脂層が３７５℃でベークしたポリイミドからなるもの）の、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。また、図９は、実施例１として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを３７５℃、１時間行った上にＳｉＯ２層を１μｍ成膜し、そのＳｉＯ２層の上に形成した磁気インピーダンス効果素子（図１〜４に示す構造において第１の絶縁樹脂層が３７５℃でベークしたポリイミドからなるもの）の、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。２つの磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）の作製条件（膜厚１μｍ、長さ０．５ｍｍ、幅方向のライン／スペース：３０μｍ／２０μｍ、ミアンダのターン回数：１ターン、回転磁場中熱処理３６０℃；２時間、静磁場中熱処理３６０℃；１時間）は同じである。図８、図９において、縦軸は、印加磁場が０のときのインピーダンス（Ｚ０）との比（Ｚ／Ｚ０）により表示した。
【００５９】
図８では、磁場中熱処理時のポリイミドの収縮により軟磁性体膜に歪みが生じ、磁歪による長手方向への異方性が磁場中熱処理により付与された幅方向への異方性よりも大きくなり、長手方向に一軸異方性を付与したＭＩ素子のような特性を示していた。一方、ポリイミド上にＳｉＯ２を成膜したものでは、図９に示すように、ポリイミドの収縮による歪みがヤング率の大きいＳｉＯ２により緩和され、磁気コア自体に対する歪みが小さく、磁歪による異方性の影響が小さいことが判った。このことから、ソレノイドコイルの内部に磁気コアを有する構造の磁気センサにおいて、磁気コア（ＭＩ素子）下側の絶縁層にポリイミドを用いた場合、該ポリイミドの上にＳｉＯ２を成膜することにより、特性劣化が抑えられることが判った。
【００６０】
また、図１０は、実施例２として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを４００℃、４時間行った上に形成した磁気インピーダンス効果素子（図５〜７に示す構造において第１の絶縁樹脂層が４００℃でベークしたポリイミドからなるもの）の、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。また、図１１は、実施例３として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを４００℃、４時間行った上にＳｉＯ２層を１μｍ成膜し、そのＳｉＯ２層の上に形成した磁気インピーダンス効果素子（図１〜４に示す構造において第１の絶縁樹脂層が４００℃でベークしたポリイミドからなるもの）の、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。２つの磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）の作製条件（膜厚１μｍ、長さ０．５ｍｍ、幅方向のライン／スペース：３０μｍ／２０μｍ、ミアンダのターン回数：１ターン、回転磁場中熱処理３６０℃；２時間、静磁場中熱処理３６０℃；１時間）は同じである。図１０、図１１において、縦軸は、印加磁場が０のときのインピーダンス（Ｚ０）との比（Ｚ／Ｚ０）により表示した。
【００６１】
図１０、図１１に示すように、ソレノイドコイルの内部に磁気コアを有する構造の磁気センサにおいて、磁気コア（ＭＩ素子）下側の絶縁層に４００℃でベークしたポリイミドを用いることにより、特性劣化が抑えられ、かつ、図８、図９のものよりも特性が向上していた。このことから、イミド化ベークの温度を４００℃以上にすることで、それ未満の温度でベークした場合に比べて熱による体積変化が小となり、ポリイミドの磁場中熱処理時の収縮を抑制することができ、磁歪による特性劣化を抑制することが可能であることが判った。
【００６２】
図１２は、上記実施例３の磁気センサにおいて、同一ウェハ上の異なる４点で、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。
同一ウェハ上であれば、どの点においても同様な印加磁場とインピーダンスとの関係が観察され、信頼性の高さが観察された。
【００６３】
図１３は、実施例４として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを４００℃で４時間行って形成した磁気センサのソレノイドコイルにＤＣ電流を通電し、磁気インピーダンス効果素子（図５〜７に示す構造において、第１の絶縁樹脂層が４００℃でベークしたポリイミドからなるもの）に、３００ＭＨｚの高周波電流を通電した際の、磁気センサにおけるインピーダンス―磁界曲線を示したグラフである。コイルに関しては、巻き数：１６．５回、幅方向のライン／スペース：１５μｍ／１０μｍである。また、磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）の作製条件は、膜厚：１μｍ、長さ：０．５ｍｍ、幅方向のライン／スペース：３０μｍ／２０μｍ、ミアンダのターン数：１ターン、回転磁場中熱処理：４００℃；２時間、静磁場中熱処理：４００℃；１時間である。図１３において、横軸は磁場の強さ、縦軸はインピーダンスである。
【００６４】
図１３に示すように、コイルへの１０ｍＡの通電により、３．３Ｏｅのバイアス磁界が印加されていることが判った。この際の磁界発生効率は、０．３３Ｏｅ／ｍＡであった。このことから、対称な曲線を描き、０磁界付近では感度を持たない磁気インピーダンス効果素子の特性が、ソレノイドコイルへのバイアス電流の通電により、０磁界付近で感度を有していることが判った。これにより、磁気インピーダンス効果方式で駆動した際に、０磁界付近で感度を有するセンサを実現することが可能となる。
【００６５】
図１４は、コイルの巻き数を１２．５回、あるいは８．５回として実施例４と同様に作製した磁気センサにおいて、ソレノイドコイルの巻き数とバイアス発生効率（Ｏｅ／ｍＡ）との関係を示した図である。図１４において、横軸はソレノイドコイルの巻き数、縦軸は磁界発生効率（Ｏｅ/ｍＡ）を表している。
【００６６】
図１４に示すように、バイアス磁界発生効率は、ソレノイドコイルの巻き数に比例していることが判った。このことから、ソレノイドコイルの巻き数が多いほどバイアス磁界発生効率が良くなることが判った。
【００６７】
図１５は、実施例４において、パルス状の励磁電流を通電した際に、ソレノイドコイルに生じる誘導出力を示した図である。図１５において、上段の波形は励磁パルス電圧を示しており、下段の波形は、ソレノイドコイルの出力電圧を示している。
励磁パルス電圧のパルス立ち上がり部と立下り部において、ソレノイドコイルでは誘導出力が得られることが判った。なお、この誘導出力の高さ（大きさ）は、外部磁界により変化する。
【００６８】
図１６は、コイルの巻き数を１６回とした実施例４において、図１５に示すようなパルス状の励磁電流を通電した際の、外部磁界による誘導出力の変化を示したグラフである。測定条件に関しては、電圧：３．０Ｖ、電流：１２４ｍＡ、立ち上がり時間：３ｎｓ、パルス幅：３０ｎｓ、周期１ｍｓのパルスを入力している。横軸は磁場の強さ（Ｏｅ）、縦軸は誘導出力（ｍＶ）を表している。
【００６９】
図１６に示すように、本発明の磁気センサにおいて、パルス入力をした際に０磁界付近で線形な特性を示す直交フラックスゲート素子の特性が得られていることが判った。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の磁気センサは、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）等のモバイル機器、そのほか各種機器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の磁気センサの一形態例を示す図面であり、（ａ）は絶縁樹脂層が透明であるかのように上方から透視して図示した透視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２】図１に示す磁気センサの分解斜視図である。
【図３】図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の磁気センサの改変例を示す図面であり、（ａ）は絶縁樹脂層が透明であるかのように上方から透視して図示した透視図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図５（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】図５（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】比較例の磁気センサの特性を測定した結果を示すグラフである。
【図９】実施例１の磁気センサの特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】実施例２の磁気センサの特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１１】実施例３の磁気センサの特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】実施例３の同一ウェハ上の異なる４点で、その特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１３】実施例４の磁気センサを磁気インピーダンス効果素子として駆動した際の磁気インピーダンス特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１４】実施例４の磁気センサを磁気インピーダンス効果素子として駆動した際のバイアス磁界発生効率を測定した結果を示すグラフである。
【図１５】実施例４の磁気センサにおける励磁パルスとコイルからの出力を示した図である。
【図１６】実施例４の磁気センサの直交フラックスゲート素子として駆動した際の特性を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１０…磁気センサ、１１…非磁性基板、１２…第１の絶縁樹脂層、１２ａ…第１の開口部、１２ｂ…第２の開口部、１３…第２の絶縁樹脂層、１３ａ…第３の開口部、１３ｂ…第４の開口部、１３ｃ…第５の開口部、１４…磁気コア、１７…電極（磁気コア用の電極パッド）、１８…ＳｉＯ２層、２０…ソレノイドコイル、２１…第２の導体層、２２…第１の導体層、２３ａ，２３ｂ…第１の導体層と第２の導体層とを導通させる導体、２４…電極（コイル用の電極パッド）、３０…磁気センサ、３１…非磁性基板、３２…第１の絶縁樹脂層、３２ａ…第１の開口部、３２ｂ…第２の開口部、３３…第２の絶縁樹脂層、３３ａ…第３の開口部、３３ｂ…第４の開口部、３３ｃ…第５の開口部、３４…磁気コア。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性体からなる磁気コアに高周波電流またはパルス電流を通電し、磁気コアの長手方向の磁界の印加に対する幅方向透磁率の変化に基づき磁気を検出する磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）等のモバイル機器において、小型で高感度な磁気センサに対する要求が高まっている。高感度な磁気センサとして、フラックスゲートセンサや、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス効果素子が用いられているが、フラックスゲートセンサはコイルの巻数を要すること、磁気コアの反磁界を小さくするために磁気コアの長さを長くすることが必要であり、小型化が困難である。一方、アモルファスワイヤを用いた磁気インピーダンス効果素子は、ワイヤを用いているため、基板へのはんだ付けやバイアスコイル（ピックアップコイル）の巻き付けに特殊なプロセスが必要となり、製造コストが高いといった問題がある。
【０００３】
特許文献１〜３には、軟磁性体膜を用いた薄膜型磁気インピーダンス効果素子が提案されている。また、特許文献４には、磁気コアに直接高周波電流またはパルス電流を通電し、磁気コア周囲に巻かれたピックアップコイルに誘起される誘導起電力の変化を読み取る直交フラックスゲートセンサが提案されている。
これらに対して、バイアスコイル（ピックアップコイル）を薄膜プロセスにて形成する検討がなされており、特許文献５および非特許文献１では、薄膜プロセスを用いて磁気インピーダンス効果素子およびソレノイド型のバイアスコイル、負帰還コイルを集積したセンサが提案されている。また、特許文献６，７には、平面スパイラルコイルにてバイアスコイル（ピックアップコイル）を形成している。
【特許文献１】特許第３２１０９３３号公報
【特許文献２】特許第３６５０５７５号公報
【特許文献３】特許第３６５６０１８号公報
【特許文献４】特許第２６１７４９８号公報
【特許文献５】特開平１１−１０９００６号公報
【特許文献６】特開２００３−１６３３９１号公報
【特許文献７】特開２００６−２０１１２３号公報
【非特許文献１】「マイクロめっき法により作製した薄膜ＭＩセンサ」、電気学会、マグネティクス研究会、資料番号ＭＡＧ−００−２４、２０００年、ｐ７４−８４
【非特許文献２】ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、２００３年、第３９巻、第１号、第５７１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、薄膜プロセスによりソレノイドコイルを形成する場合、下層配線上に絶縁層を介して磁気コアを成膜する必要があるが、下層配線により基板上に凹凸が形成され、この上に磁気コアを形成した場合に磁気特性が劣化することがある。
特許文献５および非特許文献１では、コイル配線と磁気コア間の絶縁層として、凹凸緩和のためにレジストをハードベークして硬化させた樹脂を用いているが、このように磁気コアの下地として樹脂材料を用いた場合、樹脂のガラス転移温度や、熱分解温度の制限を受けるため、磁気コアに対して磁場中熱処理を施す際の温度に制限ができ、その結果十分な特性が得られないといった問題がある。特に磁場中熱処理時には熱膨張係数の差に起因する応力を受けることになるため、その上に形成された磁気コアに生じる歪が大きくなり、磁歪の逆効果による特性が大きく劣化する場合がある。
【０００５】
また、このような問題を回避するために、特許文献６，７では、平面型スパイラルコイルを磁気コア上に形成し、下地の影響を回避している。しかしながら、このような構造では磁気コア内の磁束とコイルの発生する磁束との鎖交面積が小さいため、磁気コアに発生する磁束とコイルに流れる電流の変換効率が悪く、コイルの面積が磁気コアの面積よりも大きくなることから、余分な面積を要し、小型化が難しいといった問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、磁気コアに生じる歪を低減でき、小型化が容易な磁気センサおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明は、非磁性基板と、非磁性基板の一方の面上に設けられた第１の導体層と、前記一方の面および前記第１の導体層の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層と、前記第１の絶縁樹脂層の上に形成されたＳｉＯ２層と、前記ＳｉＯ２層の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コアと、前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極と、前記第１の絶縁樹脂層、ＳｉＯ２層および磁気コアの上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層と、前記第２の絶縁樹脂層の上に設けられた第２の導体層とを備え、前記第１の導体層および第２の導体層、ならびに前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通して前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通させる導体からなるソレノイドコイルが構成され、前記ソレノイドコイルの内部に、前記ＳｉＯ２層上に設けられた前記磁気コアが配置されていることを特徴とする磁気センサである。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、非磁性基板と、非磁性基板の一方の面上に設けられた第１の導体層と、前記一方の面および前記第１の導体層の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層と、前記第１の絶縁樹脂層の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コアと、前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極と、前記第１の絶縁樹脂層および磁気コアの上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層と、前記第２の絶縁樹脂層の上に設けられた第２の導体層とを備え、前記第１の導体層および第２の導体層、ならびに前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通して前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通させる導体からなるソレノイドコイルが構成され、前記ソレノイドコイルの内部に、前記第１の絶縁樹脂層上に設けられた前記磁気コアが配置され、前記第１の絶縁樹脂層が、４００℃以上の温度でベークされたポリイミドからなることを特徴とする磁気センサである。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、非磁性基板の一方の面上に複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層を形成する工程と、前記一方の面および前記第１の導体層の上に、前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と整合する位置に設けられた第１の開口部および前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と整合する位置に設けられた第２の開口部を有するポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層とを形成する工程と、前記第１の絶縁樹脂層の上において、前記第１の開口部からなる列と前記第２の開口部からなる列との間の領域を少なくとも含み、かつ前記第１の開口部および前記第２の開口部の上を避けた位置にＳｉＯ２層を形成する工程と、前記ＳｉＯ２層の上に軟磁性体膜からなる磁気コアを形成する工程と、前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程と、前記第１の絶縁樹脂層、ＳｉＯ２層および磁気コアの上に、前記第１の開口部と整合する位置に設けられた第３の開口部、前記第２の開口部と整合する位置に設けられた第４の開口部、および前記磁気コアの端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部を有するポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層を形成する工程と、前記第１および第３の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第１の貫通導体、前記第２および第４の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第２の貫通導体、および前記第５の開口部に充填されて前記第２の絶縁樹脂層を貫通する第３の貫通導体を設ける工程と、前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第１の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と導通するとともに、前記第２の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層を形成する工程と、前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第３の貫通導体を介して前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極を形成する工程と、有することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、非磁性基板の一方の面上に複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層を形成する工程と、前記一方の面および前記第１の導体層の上に、前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と整合する位置に設けられた第１の開口部および前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と整合する位置に設けられた第２の開口部を有するポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層とを形成する工程と、前記第１の絶縁樹脂層を構成するポリイミドを４００℃以上の温度でベークする工程と、前記４００℃以上の温度でベークされた第１の絶縁樹脂層の上において、前記第１の開口部からなる列と前記第２の開口部からなる列との間の領域内に軟磁性体膜からなる磁気コアを形成する工程と、前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程と、前記第１の絶縁樹脂層および磁気コアの上に、前記第１の開口部と整合する位置に設けられた第３の開口部、前記第２の開口部と整合する位置に設けられた第４の開口部、および前記磁気コアの端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部を有するポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層を形成する工程と、前記第１および第３の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第１の貫通導体、前記第２および第４の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第２の貫通導体、および前記第５の開口部に充填されて前記第２の絶縁樹脂層を貫通する第３の貫通導体を設ける工程と、前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第１の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と導通するとともに、前記第２の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層を形成する工程と、前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第３の貫通導体を介して前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極を形成する工程と、を有することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の磁気センサの製造方法において、前記第１の絶縁樹脂層を構成するポリイミドを４００℃以上の温度でベークする工程を、前記第１の絶縁樹脂層を形成する工程の後であって、かつ前記ＳｉＯ２層の上に磁気コアを形成する工程の前に有することを特徴とする磁気センサの製造方法である。
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の磁気センサの製造方法において、前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程を、４００℃以下の温度で行うことを特徴とする磁気センサの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非磁性基板の上に導体層と絶縁樹脂層の積層によりソレノイドコイルが構成され、このソレノイドコイルの内部に配置された磁気コアが、ＳｉＯ２層または４００℃以上の温度でベークされたポリイミドからなる絶縁樹脂層の上に設けられるものとなるので、磁気コアの下地のヤング率が大きくなり、歪の影響を受けにくくなるため、磁歪の逆効果による磁気特性の劣化を抑制することができる。また、４００℃未満の温度でベークされたポリイミドなどの通常の絶縁樹脂を下地とした場合に比べて、ヤング率が大きく線膨張係数（ＣＴＥ）が小さくなるため、磁歪の影響を抑制することができる。また、磁気コアがソレノイドコイルの内部に配置されることにより、平面スパイラルコイルを用いてバイアス磁界を印加する場合に比べて磁束の鎖交面積が大きく、磁束と電流の変換効率をより良いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の磁気センサの一例を示す図面であり、図１（ａ）は絶縁樹脂層が透明であるかのように上方から透視して図示した透視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図２は、図１に示す磁気センサの分解斜視図であり、非磁性基板１１およびその上に設けられた第１の導体層２２と、第１の絶縁樹脂層１２ならびにその上に形成されたＳｉＯ２層１８および磁気コア１４と、第２の絶縁樹脂層１３およびその上に設けられた第２の導体層２１とをグループにし、その間が分離したかのように図示したものである。図３は、図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図１（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００１４】
図１から図４までに示すように、本形態例の磁気センサ１０は、非磁性基板１１と、非磁性基板１１の一方の面１１ａ上に設けられた第１の導体層２２と、非磁性基板１１の一方の面１１ａおよび第１の導体層２２の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層１２と、第１の絶縁樹脂層１２の上に形成されたＳｉＯ２層１８と、ＳｉＯ２層１８の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コア１４と、磁気コア１４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極１７と、第１の絶縁樹脂層１２、ＳｉＯ２層１８および磁気コア１４の上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層１３と、第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられた第２の導体層２１とを備えている。
【００１５】
さらに、図２、図３に示すように、第１および第２の絶縁樹脂層１２，１３を貫通して第１の導体層２２と第２の導体層２１とを導通させる導体２３ａ，２３ｂが設けられており、第１の導体層２２および第２の導体層２１ならびに前記導体２３ａ，２３ｂにより、ソレノイドコイル２０が構成されている。ＳｉＯ２層１８上に設けられた磁気コア１４は、図３に示すように、ソレノイドコイル２０の内部に配置された構成となっている。
ＳｉＯ２層１８は、ＳｉＯ２をスパッタなどで成膜したものであり、その厚さとしては、例えば０.２〜５μｍである。ＳｉＯ２は電気的には絶縁性であり、かつヤング率が大きく、絶縁樹脂層１２，１３の熱収縮や歪みなどに対して、磁気コア１４に悪影響が及ぶのを防ぐことができる。また、第１の導体層２２上へのポリイミドの塗布により第１の導体層２２の凹凸を緩和することができる。
【００１６】
本形態例の磁気センサ１０によれば、第１の導体層２２と磁気コア１４との間にＳｉＯ２層１８が介在することによって、ソレノイドコイル２０の下層配線となる第１の導体層２２による凹凸を緩和するポリイミド層１２の温度による体積変化の影響が磁気コア１４に及ぶことを防ぎ、磁気コア１４の特性劣化を抑制することができる。また、絶縁樹脂層の応力による歪による磁気コア１４の特性劣化を抑制することができる。磁気コア１４がソレノイドコイル２０の内部に配置されることにより、平面スパイラルコイルを用いてバイアス磁界を印加する場合に比べて磁束の鎖交面積が大きく、磁束と電流の変換効率をより良いものとすることができる。
【００１７】
非磁性基板１１としては、熱酸化シリコン基板等の半導体基板のほか、ガラス基板、セラミック基板などが挙げられる。
磁気コア１４は、軟磁性体からなる薄膜に、一軸異方性を付与したものである。軟磁性体としては、ＣｏＮｂＺｒ等、Ｃｏ基の軟磁性体から構成することができる。例えばＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３が挙げられる。また、ゼロ磁歪組成であるＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＮｉＦｅ、ＦｅＳｉＡｌ等から構成することもできる。
【００１８】
本形態例の場合、図１（ａ）に示すように、磁気コア１４は、複数本並行して形成されており、それぞれが電気的に直列に接続されるようにＣｕ等の導体からなる導体層１５が設けられている。また、複数本の磁気コア１４は、磁気コア１４の長手方向の長さが揃うようにつづら折り状（ミアンダ状）に配置すると、磁気コア１４の配置に要する面積を小型化できるので好ましい。導体層１５は、磁気コア１４の端部およびＳｉＯ２層１８の上に設けることが好ましい。また、本形態例においては、電極パッド１７，１７が第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられているので、電極パッド１７，１７の凹凸による影響が磁気コア１４に及ぶことがない。
【００１９】
磁気コア１４の本数は、１本でも複数本でもよく、特に限定されない。本形態例のように、偶数本をミアンダ状に接続すると、磁気コア１４に高周波電流またはパルス電流を印加するための一対の電極１７，１７を、磁気コア１４の長手方向の同じ側に配置することができるので、電極１７，１７の配置に要する面積をより小さくすることができる。
【００２０】
本形態例におけるソレノイドコイル２０について、より詳しく説明する。非磁性基板１１の一方の面１１ａに対する平面視（図１（ａ）参照）において、第１の導体層２２および第２の導体層２１は、磁気コア１４の長手方向（図１（ａ）における左右方向）に略直交する複数の線状の導体パターンを有する。
【００２１】
図３に示すように、第１の絶縁樹脂層１２は、第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと整合する位置に設けられた第１の開口部１２ａと、第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと整合する位置に設けられた第２の開口部１２ｂを有する。また、第２の絶縁樹脂層１３は、第１の絶縁樹脂層１２の第１の開口部１２ａと整合する位置に設けられた第３の開口部１３ａと、第１の絶縁樹脂層１２の第２の開口部１２ｂと整合する位置に設けられた第４の開口部１３ｂを有する。
【００２２】
そして、第１の開口部１２ａおよび第３の開口部１３ａには、第１の絶縁樹脂層１２および第２の絶縁樹脂層１３を貫通する導体（第１の貫通導体）２３ａが充填され、第２の導体層２１の各導体パターンの一方の側の端部２１ａが、第１の貫通導体２３ａを介して第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと導通している。同様に、第２の開口部１２ｂおよび第４の開口部１３ｂには、第１の絶縁樹脂層１２および第２の絶縁樹脂層１３を貫通する導体（第２の貫通導体）２３ｂが充填され、第２の導体層２１の各導体パターンの他方の側の端部２１ｂが、第２の貫通導体２３ｂを介して第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと導通している。こうして、第１の導体層２２、第１の貫通導体２３ａ、第２の導体層２１、第２の貫通導体２３ｂが、磁気コア１４の長手方向に略直交する回路を形成することにより、ソレノイドコイル２０が構成されている。図１（ａ）に示すように、ソレノイドコイル２０の両端には、該コイル２０に電流を流すための一対の電極パッド２４，２４が設けられている。本形態例においては、これら電極パッド２４，２４が第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられているので、電極パッド２４，２４の凹凸による影響が磁気コア１４に及ぶことがない。
【００２３】
また、磁気コア１４は、電極１７と直接導通させることも可能であるが、電極１７との電気的接続を容易にするため、図１、図４に示すように、磁気コア１４の両端に、Ａｌ等の導体からなる導体層１６を設けるとともに、第１の絶縁樹脂層１２上の導体層１６と第２の絶縁樹脂層１３上の電極１７を導通するため、第２の絶縁樹脂層１３を貫通する導体（第３の貫通導体）１９を設けることが好ましい。このため、第２の絶縁樹脂層１３には、第３の貫通導体１９が充填される第５の開口部１３ｃが設けられる。
【００２４】
本形態例においては、ソレノイドコイル２０に電流を流すための電極１７および磁気コア１４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極２４が第２の絶縁樹脂層１３の上に設けられているので、これら電極１７，２４への導通を確保する開口部を残すほかは、第２の絶縁樹脂層１３および第２の導体層２１の上の所望の箇所に、任意に保護層（図示せず）を形成することができる。ソレノイドコイル２０の上側配線となる第２の導体層２１を保護することで、外部からソレノイドコイル２０への悪影響を抑制することができる。保護層は、例えばポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、シリコーンなどの樹脂により形成することができる。
【００２５】
次に、本発明の第１形態例に係る磁気センサ１０の製造方法の一例について説明する。
まず、非磁性基板１１の一方の面１１ａ上に、複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層２２を形成する。第１の導体層２２は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの導体を、スパッタ、めっき等の手法により、１層単独で、もしくは２層以上の積層体として、形成することができる。
【００２６】
次に、非磁性基板１１の一方の面１１ａおよび第１の導体層２２の上に、第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと整合する位置に設けられた第１の開口部１２ａと、第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと整合する位置に設けられた第２の開口部１２ｂを有する第１の絶縁樹脂層１２を、ポリイミドを用いて形成する。第１形態例の磁気センサ１０においては、第１の絶縁樹脂層１２を構成するポリイミドをベークするときの温度は、４００℃未満の温度とすることができ、あるいは４００℃以上の温度とすることができる。
【００２７】
次に、第１の絶縁樹脂層１２の上において、第１の開口部１２ａからなる列と第２の開口部１２ｂからなる列との間の領域を少なくとも含み、かつ第１の開口部１２ａおよび第２の開口部１２ｂの上を避けた位置に、ＳｉＯ２層１８を形成する。ＳｉＯ２層１８は、例えばＣＶＤ、スパッタ法によって形成することができる。本形態例においては、磁気コア１４の幅方向（図１（ａ）の上下方向）において、ＳｉＯ２層１８を、第１の開口部１２ａからなる列と第２の開口部１２ｂからなる列との間にのみ形成するものとしているが、この領域の外側に広がっていてもよい。その場合は、第１の開口部１２ａおよび第２の開口部１２ｂの上を避けるように、ＳｉＯ２層１８に開口部（図示せず）を設け、第１の貫通導体２３ａおよび第２の貫通導体２３ｂを形成できるようにする。
【００２８】
ＳｉＯ２層１８の上には、軟磁性体膜からなる磁気コア１４を形成し、回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより、磁気コア１４に一軸異方性を付与する。磁気コアに一軸異方性を付与するとき、回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理の温度を、４００℃以下とすることが好ましい。
【００２９】
ここで、磁気コア１４が複数本並行して形成されたものである場合には、磁気コア１４を電気的に接続するための導体層１５を形成する。また、磁気コア１４の両端に、電極１７との導通を容易にするための導体層１６を設けることができる。これら導体層１５，１６は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの導体を、スパッタ、めっき等の手法により、１層単独で、もしくは２層以上の積層体として、形成することができる。導体層１５，１６の形成は、磁気コア１４に一軸異方性を付与する工程の前に行っても、後に行ってもよい。
【００３０】
次に、第１の絶縁樹脂層１２とＳｉＯ２層１８と磁気コア１４の上に、第１の開口部１２ａと整合する位置に設けられた第３の開口部１３ａと、第２の開口部１２ｂと整合する位置に設けられた第４の開口部１３ｂと、磁気コア１４の端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部１３ｃを有する第２の絶縁樹脂層１３を、ポリイミドを用いて形成する。第５の開口部１３ｃは、導体層１６を設けた場合には、この導体層１６と整合する位置に設ければよく、導体層１６を設けない場合には、磁気コア１４の端部と整合する位置に設ける。
【００３１】
次に、第１の開口部１２ａおよび第３の開口部１３ａに導体を充填して第１の絶縁樹脂層１２および第２の絶縁樹脂層１３を貫通する第１の貫通導体２３ａと、第２の開口部１２ｂおよび第４の開口部１３ｂに導体を充填して第１の絶縁樹脂層１２および第２の絶縁樹脂層１３を貫通する第２の貫通導体２３ｂと、第５の開口部１３ｃに導体を充填して第２の絶縁樹脂層１３を貫通する第３の貫通導体１９を設ける。また、第２の絶縁樹脂層１３の上に、第１の貫通導体２３ａを介して第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと導通するとともに、第２の貫通導体２３ｂを介して第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層２１を形成する。また、第２の導体層２１とともに、ソレノイドコイル２０に電流を流すための電極１７および磁気コア１４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極２４を形成する。
以上により、第１形態例の磁気センサ１０が得られる。さらに、保護層を形成する工程などを追加してもよい。
【００３２】
次に、本発明の磁気センサの改変例について説明する。
図５は、本発明の磁気センサの改変例を示す図面であり、図５（ａ）は絶縁樹脂層が透明であるかのように上方から透視して図示した透視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図６は、図５（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。図７は、図５（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【００３３】
図５から図７までに示すように、本形態例の磁気センサ３０は、非磁性基板３１と、非磁性基板３１の一方の面３１ａ上に設けられた第１の導体層２２と、非磁性基板３１の一方の面３１ａおよび第１の導体層２２の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層３２と、第１の絶縁樹脂層３２の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コア３４と、磁気コア３４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極３７と、第１の絶縁樹脂層３２および磁気コア３４の上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層３３と、第２の絶縁樹脂層３３の上に設けられた第２の導体層２１とを備えている。
【００３４】
さらに、第１および第２の絶縁樹脂層３２，３３を貫通して第１の導体層２２と第２の導体層２１とを導通させる導体２３ａ，２３ｂが設けられており、第１の導体層２２および第２の導体層２１ならびに前記導体２３ａ，２３ｂにより、ソレノイドコイル２０が構成されている。また、磁気コア３４は、図６に示すように、ソレノイドコイル２０の内部に配置され、第１の絶縁樹脂層３２が、４００℃以上の温度でベークされたポリイミドから形成されている。
【００３５】
本形態例の磁気センサ３０によれば、第１の導体層２２と磁気コア３４との間に設けられた第１の絶縁樹脂層３２が、４００℃以上の温度でハードベークされたポリイミドから形成されていることによって、４００℃未満の温度でベークした場合に比べて熱による体積変化が小となり、ポリイミドの磁場中熱処理時の収縮を抑制することができ、磁歪による特性劣化を抑制することができる。磁気コア３４がソレノイドコイル２０の内部に配置されることにより、平面スパイラルコイルを用いてバイアス磁界を印加する場合に比べて磁束の鎖交面積が大きく、磁束と電流の変換効率をより良いものとすることができる。
【００３６】
非磁性基板３１としては、熱酸化シリコン基板等の半導体基板のほか、ガラス基板、セラミック基板などが挙げられる。
磁気コア３４の構成は、上述の第１形態例における磁気コア１４と同様に選択が可能であり、本形態例の磁気センサ３０においても、磁気コア３４の本数は、１本でも複数本でもよく、特に限定されない。ソレノイドコイル２０の構成も第１形態例と同様に構成することができる。
【００３７】
本形態例においては、ソレノイドコイル２０に電流を流すための電極３７および磁気コア３４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極２４が第２の絶縁樹脂層３３の上に設けられているので、これら電極３７，２４への導通を確保する開口部を残すほかは、第２の絶縁樹脂層３３および第２の導体層２１の上の所望の箇所に、任意に保護層（図示せず）を形成することができる。ソレノイドコイル２０の上側配線となる第２の導体層２１を保護することで、外部からソレノイドコイル２０への悪影響を抑制することができる。保護層は、例えばポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、シリコーンなどの樹脂により形成することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２形態例に係る磁気センサ３０の製造方法の一例について説明する。
まず、非磁性基板３１の一方の面３１ａ上に、複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層２２を形成する。第１の導体層２２は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの導体を、スパッタ、めっき等の手法により、１層単独で、もしくは２層以上の積層体として、形成することができる。
【００３９】
次に、非磁性基板３１の一方の面３１ａおよび第１の導体層２２の上に、第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと整合する位置に設けられた第１の開口部３２ａと、第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと整合する位置に設けられた第２の開口部３２ｂを有する第１の絶縁樹脂層３２を、ポリイミドを用いて形成する。第２形態例においては、第１の絶縁樹脂層３２を構成するポリイミドをベークするときの温度は、４００℃以上とする。これにより、ＳｉＯ２層を設けなくとも、磁気コア３４の特性劣化等の問題を解決することができる。
【００４０】
次に、第１の絶縁樹脂層３２の上に、軟磁性体膜からなる磁気コア３４を形成し、回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより、磁気コア３４に一軸異方性を付与する。磁気コアに一軸異方性を付与するとき、回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理の温度を、４００℃以下とすることが好ましい。
【００４１】
ここで、磁気コア３４が複数本並行して形成されたものである場合には、磁気コア３４を電気的に接続するための導体層３５を形成する。また、磁気コア３４の両端に、電極３７との導通を容易にするための導体層３６を設けることができる。これら導体層３５，３６は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）などの導体を、スパッタ、めっき等の手法により、１層単独で、もしくは２層以上の積層体として、形成することができる。導体層３５，３６の形成は、磁気コア３４に一軸異方性を付与する工程の前に行っても、後に行ってもよい。
【００４２】
次に、第１の絶縁樹脂層３２と磁気コア３４の上に、第１の開口部３２ａと整合する位置に設けられた第３の開口部３３ａと、第２の開口部３２ｂと整合する位置に設けられた第４の開口部３３ｂと、磁気コア３４の端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部３３ｃを有する第２の絶縁樹脂層３３を、ポリイミドを用いて形成する。第５の開口部３３ｃは、導体層３６を設けた場合には、この導体層３６と整合する位置に設ければよく、導体層３６を設けない場合には、磁気コア３４の端部と整合する位置に設ける。
【００４３】
次に、第１の開口部３２ａおよび第３の開口部３３ａに導体を充填して第１の絶縁樹脂層３２および第２の絶縁樹脂層３３を貫通する第１の貫通導体２３ａと、第２の開口部３２ｂおよび第４の開口部３３ｂに導体を充填して第１の絶縁樹脂層３２および第２の絶縁樹脂層３３を貫通する第２の貫通導体２３ｂと、第５の開口部３３ｃに導体を充填して第２の絶縁樹脂層３３を貫通する第３の貫通導体３９（図７参照）を設ける。また、第２の絶縁樹脂層３３の上に、第１の貫通導体２３ａを介して第１の導体層２２の各導体パターンの一方の側の端部２２ａと導通するとともに、第２の貫通導体２３ｂを介して第１の導体層２２の各導体パターンの他方の側の端部２２ｂと導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層２１を形成する。また、第２の導体層２１とともに、ソレノイドコイル２０に電流を流すための電極３７および磁気コア３４に高周波電流またはパルス電流を印加するための電極２４を形成する。
以上により、第２形態例の磁気センサ３０が得られる。さらに、保護層を形成する工程などを追加してもよい。
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような効果がある。
（１）ソレノイドコイル２０の下側の配線となる第１導体層２２と、磁気コア１４，３４間の絶縁層としてポリイミドからなる樹脂層（第１の絶縁樹脂層１２，３２）を設けることにより、第１導体層２２のパターンによる凹凸を緩和することができ、磁気コア１４，３４となる軟磁性体膜の特性劣化を抑えることができる。
【００４５】
（２）ポリイミドのような樹脂材料を絶縁層としたソレノイドコイル２０の配線内に設けた磁気コア１４の下部に、機械的強度に優れたＳｉＯ２層１８を設けることにより、熱履歴が加わった際の樹脂の体積変化により磁気コア１４に入る歪みを低減することができ、磁歪の逆効果による磁気特性の劣化を防ぐことができる。
【００４６】
（３）また、ポリイミドのような樹脂材料を絶縁層としたソレノイドコイル２０を形成する上では、磁気コア１４，３４形成後の上部絶縁層（第２の絶縁樹脂層１３，３３）であるポリイミドのイミド化ベークの際に熱擾乱により磁気コア１４，３４の一軸異方性が劣化するおそれがあるが、これを静磁場中にて行うことで、劣化を防ぐことができる。
【００４７】
（４）第１の絶縁樹脂層１２，３２のポリイミドのイミド化ベーク温度を４００℃以上とすることで、樹脂の熱履歴による収縮を抑えることができ、磁気コア１４，３４に対する磁歪の影響や、ＳｉＯ２層１８の剥離を抑えることができる。感光性のポリイミド前駆体は、フォトリソグラフィによるパターン形成後の熱処理によりイミド化が進行しポリイミドとなる。この際の熱処理温度の影響であるが、一般に２００〜２５０℃以上の温度でイミド化が進行し、ポリイミドとなる。しかし、低温でイミド化を進行させると、イミド化が十分でない上に、溶媒や、イミド化の反応生成物が抜けた部分などが分子の隙間として存在し、密度が小さく、機械的、化学的にも弱いものになる。この状態で熱処理を加えると、熱処理時にポリイミドの分子主鎖が流動し、分子主鎖の隙間を埋めるために体積収縮が起こる。この体積収縮により、軟磁性体膜からなる磁気コア１４，３４に歪みが生じ、磁歪の逆効果による特性劣化が起こったり、ＳｉＯ２の剥離が起こったりする。一方、４００℃以上の高温でイミド化を進行させると、イミド化が十分に進行することに加え、イミド化したポリイミドの分子主鎖が流動し、溶媒や、イミド化の反応生成物が抜けた部分などを埋めるため、高密度で、機械的、化学的に強固なものになり、後に熱処理を加えても体積変化は小さくなる。その結果、ポリイミドの磁場中熱処理時の収縮を抑制することができ、磁歪による特性劣化を抑制することができる。
【００４８】
以下は、本発明の第１形態例に係る磁気センサの作製方法の詳細な一例である。
熱酸化シリコン基板上に、クロム（Ｃｒ）もしくはチタン―タングステン（ＴｉＷ）等の密着層を介して銅（Ｃｕ）をスパッタにより、約１μｍ成膜する。フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより所望のパターンを形成した後、ウエットエッチングを行い、レジストを剥離することにより、コイル下層配線を得る。このとき、代わりに、熱酸化シリコン基板上に、スパッタによりＣｕを１００ｎｍ程度成膜した後レジストフレームを形成し、めっきにより１μｍ程度Ｃｕを成膜することでコイル下層配線を得てもよい。
【００４９】
このコイル下層配線の上に、感光性のポリイミド前駆体を、イミド化後の膜厚が５〜３０μｍとなるように塗布し、フォトリソグラフィによりコイル下層配線と上層配線の導通部に開口部（第１、第２の開口部）を設け、４００℃４時間窒素雰囲気にて熱処理を施し、硬化する。その後プラズマＣＶＤによりＳｉＯ２を１μｍ成膜した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィにより所望のパターンを形成した後、エッチングを行い、レジストを剥離してＳｉＯ２層を得る。このとき、ＳｉＯ２層の形状は、磁気コアの形成される領域を囲み、かつソレノイドコイルの上層配線と下層配線の導通部には残らないように形成する。また、上下導通部のポリイミド開口部よりも広い開口部を有するように形成する。
【００５０】
この上にレジストフレームを形成した後、コバルト―ニオブ―ジルコニウム（ＣｏＮｂＺｒ）をスパッタにより１〜５μｍ成膜し、リフトオフによりパターニングして並行して複数個形成した磁気コアを得る。この上にＣｒ、ＴｉＷなどの密着層を介してＣｕをスパッタ成膜した後、フォトリソグラフィによりレジストフレームを形成し、開口部にめっきすることで、並行して複数個形成した磁気コアを直接に接続するパッド（導体層）、および磁気コアの端部のパッドを形成する。その後、３００〜４００℃、３ｋＧの真空中にて回転磁場中熱処理を２時間、次いで静磁場中熱処理を１時間行い、磁気コアの幅方向に一軸異方性を付与する。
なお磁気コアの材料としてＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＳｉＢ、ＮｉＦｅ、ＦｅＳｉＡｌ等を用いた場合においても、同様にスパッタにより成膜することができる。ＮｉＦｅを用いた場合は、めっきにより成膜してもよい。
【００５１】
その上に感光性ポリイミド前駆体を塗布し、下層配線となるＣｕ配線および磁気コアの端部に設けたＣｕパッドとの電気的なコンタクトを取るための開口部（第３ないし第５の開口部）をフォトリソグラフィにより形成する。続いて、感光性ポリイミド前駆体をイミド化させるために真空中、もしくは窒素雰囲気にて２５０〜３８０℃程度の温度で１時間熱処理を行う。この際、熱処理時に前工程の磁場中熱処理により付与した磁気コアの一軸異方性が乱されるのを防ぐため、数百Ｏｅから数ｋＯｅの静磁場中にて熱処理することが望ましい。
【００５２】
続いて、スパッタによりＣｕを１００ｎｍ程度成膜した後レジストフレームを形成し、めっきにより１〜１０μｍ程度のＣｕを成膜することでコイル上層配線を得る。この上に、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、シリコーンなどの樹脂を塗布し、外部回路と電気的なコンタクトをとるための開口部をフォトリソグラフィにより形成する。続いて、これらの樹脂を硬化させるためのベークを行い、保護層とする。この際にも、数百Ｏｅから数ｋＯｅの静磁場中にて熱処理することが望ましい。
以上により、本発明の第１形態例に係る磁気センサが得られる。
【００５３】
以下は、本発明の第２形態例に係る磁気センサの作製方法の詳細な一例である。
熱酸化シリコン基板上に、クロム（Ｃｒ）もしくはチタン―タングステン（ＴｉＷ）等の密着層を介して銅（Ｃｕ）をスパッタにより、約１μｍ成膜する。フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより所望のパターンを形成した後、ウエットエッチングを行い、レジストを剥離することにより、コイル下層配線を得る。このとき、代わりに、熱酸化シリコン基板上に、スパッタによりＣｕを１００ｎｍ程度成膜した後レジストフレームを形成し、めっきにより１μｍ程度Ｃｕを成膜することでコイル下層配線を得てもよい。
【００５４】
このコイル下層配線の上に、感光性のポリイミド前駆体を、イミド化後の膜厚が５〜３０μｍとなるように塗布し、フォトリソグラフィによりコイル下層配線と上層配線の導通部に開口部（第１、第２の開口部）を設け、４００℃４時間窒素雰囲気にて熱処理を施し、硬化する。
【００５５】
この上にレジストフレームを形成した後、コバルト―ニオブ―ジルコニウム（ＣｏＮｂＺｒ）をスパッタにより１〜５μｍ成膜し、リフトオフによりパターニングして並行して複数個形成した磁気コアを得る。この上にＣｒ、ＴｉＷなどの密着層を介してＣｕをスパッタ成膜した後、フォトリソグラフィによりレジストフレームを形成し、開口部にめっきすることで、並行して複数個形成した磁気コアを直接に接続するパッド（導体層）、および磁気コアの端部のパッドを形成する。その後、３００〜４００℃、３ｋＧの真空中にて回転磁場中熱処理を２時間、次いで静磁場中熱処理を１時間行い、磁気コアの幅方向に一軸異方性を付与する。
【００５６】
その上に感光性ポリイミド前駆体を塗布し、下層配線となるＣｕ配線および磁気コアの端部に設けたＣｕパッドとの電気的なコンタクトを取るための開口部（第３ないし第５の開口部）をフォトリソグラフィにより形成する。続いて、感光性ポリイミド前駆体をイミド化させるために真空中、もしくは窒素雰囲気にて２５０〜３８０℃程度の温度で１時間熱処理を行う。この際、熱処理時に前工程の磁場中熱処理により付与した磁気コアの一軸異方性が乱されるのを防ぐため、数百Ｏｅから数ｋＯｅの静磁場中にて熱処理することが望ましい。
【００５７】
続いて、スパッタによりＣｒ密着層、Ｃｕシード層を２５０ｎｍ程度成膜した後レジストフレームを形成し、めっきにより１〜１０μｍ程度のＣｕを成膜することでコイル上層配線を得る。
以上により、本発明の第２形態例に係る磁気センサが得られる。
【実施例】
【００５８】
図８は、比較例として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを３７５℃、１時間行った上に形成した磁気インピーダンス効果素子（図５〜７に示す構造において第１の絶縁樹脂層が３７５℃でベークしたポリイミドからなるもの）の、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。また、図９は、実施例１として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを３７５℃、１時間行った上にＳｉＯ２層を１μｍ成膜し、そのＳｉＯ２層の上に形成した磁気インピーダンス効果素子（図１〜４に示す構造において第１の絶縁樹脂層が３７５℃でベークしたポリイミドからなるもの）の、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。２つの磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）の作製条件（膜厚１μｍ、長さ０．５ｍｍ、幅方向のライン／スペース：３０μｍ／２０μｍ、ミアンダのターン回数：１ターン、回転磁場中熱処理３６０℃；２時間、静磁場中熱処理３６０℃；１時間）は同じである。図８、図９において、縦軸は、印加磁場が０のときのインピーダンス（Ｚ０）との比（Ｚ／Ｚ０）により表示した。
【００５９】
図８では、磁場中熱処理時のポリイミドの収縮により軟磁性体膜に歪みが生じ、磁歪による長手方向への異方性が磁場中熱処理により付与された幅方向への異方性よりも大きくなり、長手方向に一軸異方性を付与したＭＩ素子のような特性を示していた。一方、ポリイミド上にＳｉＯ２を成膜したものでは、図９に示すように、ポリイミドの収縮による歪みがヤング率の大きいＳｉＯ２により緩和され、磁気コア自体に対する歪みが小さく、磁歪による異方性の影響が小さいことが判った。このことから、ソレノイドコイルの内部に磁気コアを有する構造の磁気センサにおいて、磁気コア（ＭＩ素子）下側の絶縁層にポリイミドを用いた場合、該ポリイミドの上にＳｉＯ２を成膜することにより、特性劣化が抑えられることが判った。
【００６０】
また、図１０は、実施例２として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを４００℃、４時間行った上に形成した磁気インピーダンス効果素子（図５〜７に示す構造において第１の絶縁樹脂層が４００℃でベークしたポリイミドからなるもの）の、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。また、図１１は、実施例３として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを４００℃、４時間行った上にＳｉＯ２層を１μｍ成膜し、そのＳｉＯ２層の上に形成した磁気インピーダンス効果素子（図１〜４に示す構造において第１の絶縁樹脂層が４００℃でベークしたポリイミドからなるもの）の、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。２つの磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）の作製条件（膜厚１μｍ、長さ０．５ｍｍ、幅方向のライン／スペース：３０μｍ／２０μｍ、ミアンダのターン回数：１ターン、回転磁場中熱処理３６０℃；２時間、静磁場中熱処理３６０℃；１時間）は同じである。図１０、図１１において、縦軸は、印加磁場が０のときのインピーダンス（Ｚ０）との比（Ｚ／Ｚ０）により表示した。
【００６１】
図１０、図１１に示すように、ソレノイドコイルの内部に磁気コアを有する構造の磁気センサにおいて、磁気コア（ＭＩ素子）下側の絶縁層に４００℃でベークしたポリイミドを用いることにより、特性劣化が抑えられ、かつ、図８、図９のものよりも特性が向上していた。このことから、イミド化ベークの温度を４００℃以上にすることで、それ未満の温度でベークした場合に比べて熱による体積変化が小となり、ポリイミドの磁場中熱処理時の収縮を抑制することができ、磁歪による特性劣化を抑制することが可能であることが判った。
【００６２】
図１２は、上記実施例３の磁気センサにおいて、同一ウェハ上の異なる４点で、３００ＭＨｚでの印加磁場とインピーダンスとの関係を記したグラフである。
同一ウェハ上であれば、どの点においても同様な印加磁場とインピーダンスとの関係が観察され、信頼性の高さが観察された。
【００６３】
図１３は、実施例４として、ポリイミドを塗布し、イミド化ベークを４００℃で４時間行って形成した磁気センサのソレノイドコイルにＤＣ電流を通電し、磁気インピーダンス効果素子（図５〜７に示す構造において、第１の絶縁樹脂層が４００℃でベークしたポリイミドからなるもの）に、３００ＭＨｚの高周波電流を通電した際の、磁気センサにおけるインピーダンス―磁界曲線を示したグラフである。コイルに関しては、巻き数：１６．５回、幅方向のライン／スペース：１５μｍ／１０μｍである。また、磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ素子）の作製条件は、膜厚：１μｍ、長さ：０．５ｍｍ、幅方向のライン／スペース：３０μｍ／２０μｍ、ミアンダのターン数：１ターン、回転磁場中熱処理：４００℃；２時間、静磁場中熱処理：４００℃；１時間である。図１３において、横軸は磁場の強さ、縦軸はインピーダンスである。
【００６４】
図１３に示すように、コイルへの１０ｍＡの通電により、３．３Ｏｅのバイアス磁界が印加されていることが判った。この際の磁界発生効率は、０．３３Ｏｅ／ｍＡであった。このことから、対称な曲線を描き、０磁界付近では感度を持たない磁気インピーダンス効果素子の特性が、ソレノイドコイルへのバイアス電流の通電により、０磁界付近で感度を有していることが判った。これにより、磁気インピーダンス効果方式で駆動した際に、０磁界付近で感度を有するセンサを実現することが可能となる。
【００６５】
図１４は、コイルの巻き数を１２．５回、あるいは８．５回として実施例４と同様に作製した磁気センサにおいて、ソレノイドコイルの巻き数とバイアス発生効率（Ｏｅ／ｍＡ）との関係を示した図である。図１４において、横軸はソレノイドコイルの巻き数、縦軸は磁界発生効率（Ｏｅ/ｍＡ）を表している。
【００６６】
図１４に示すように、バイアス磁界発生効率は、ソレノイドコイルの巻き数に比例していることが判った。このことから、ソレノイドコイルの巻き数が多いほどバイアス磁界発生効率が良くなることが判った。
【００６７】
図１５は、実施例４において、パルス状の励磁電流を通電した際に、ソレノイドコイルに生じる誘導出力を示した図である。図１５において、上段の波形は励磁パルス電圧を示しており、下段の波形は、ソレノイドコイルの出力電圧を示している。
励磁パルス電圧のパルス立ち上がり部と立下り部において、ソレノイドコイルでは誘導出力が得られることが判った。なお、この誘導出力の高さ（大きさ）は、外部磁界により変化する。
【００６８】
図１６は、コイルの巻き数を１６回とした実施例４において、図１５に示すようなパルス状の励磁電流を通電した際の、外部磁界による誘導出力の変化を示したグラフである。測定条件に関しては、電圧：３．０Ｖ、電流：１２４ｍＡ、立ち上がり時間：３ｎｓ、パルス幅：３０ｎｓ、周期１ｍｓのパルスを入力している。横軸は磁場の強さ（Ｏｅ）、縦軸は誘導出力（ｍＶ）を表している。
【００６９】
図１６に示すように、本発明の磁気センサにおいて、パルス入力をした際に０磁界付近で線形な特性を示す直交フラックスゲート素子の特性が得られていることが判った。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の磁気センサは、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）等のモバイル機器、そのほか各種機器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の磁気センサの一形態例を示す図面であり、（ａ）は絶縁樹脂層が透明であるかのように上方から透視して図示した透視図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２】図１に示す磁気センサの分解斜視図である。
【図３】図１（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の磁気センサの改変例を示す図面であり、（ａ）は絶縁樹脂層が透明であるかのように上方から透視して図示した透視図、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】図５（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。
【図７】図５（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】比較例の磁気センサの特性を測定した結果を示すグラフである。
【図９】実施例１の磁気センサの特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】実施例２の磁気センサの特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１１】実施例３の磁気センサの特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】実施例３の同一ウェハ上の異なる４点で、その特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１３】実施例４の磁気センサを磁気インピーダンス効果素子として駆動した際の磁気インピーダンス特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１４】実施例４の磁気センサを磁気インピーダンス効果素子として駆動した際のバイアス磁界発生効率を測定した結果を示すグラフである。
【図１５】実施例４の磁気センサにおける励磁パルスとコイルからの出力を示した図である。
【図１６】実施例４の磁気センサの直交フラックスゲート素子として駆動した際の特性を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１０…磁気センサ、１１…非磁性基板、１２…第１の絶縁樹脂層、１２ａ…第１の開口部、１２ｂ…第２の開口部、１３…第２の絶縁樹脂層、１３ａ…第３の開口部、１３ｂ…第４の開口部、１３ｃ…第５の開口部、１４…磁気コア、１７…電極（磁気コア用の電極パッド）、１８…ＳｉＯ２層、２０…ソレノイドコイル、２１…第２の導体層、２２…第１の導体層、２３ａ，２３ｂ…第１の導体層と第２の導体層とを導通させる導体、２４…電極（コイル用の電極パッド）、３０…磁気センサ、３１…非磁性基板、３２…第１の絶縁樹脂層、３２ａ…第１の開口部、３２ｂ…第２の開口部、３３…第２の絶縁樹脂層、３３ａ…第３の開口部、３３ｂ…第４の開口部、３３ｃ…第５の開口部、３４…磁気コア。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性基板と、
非磁性基板の一方の面上に設けられた第１の導体層と、
前記一方の面および前記第１の導体層の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層と、
前記第１の絶縁樹脂層の上に形成されたＳｉＯ２層と、
前記ＳｉＯ２層の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コアと、
前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極と、
前記第１の絶縁樹脂層、ＳｉＯ２層および磁気コアの上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に設けられた第２の導体層とを備え、
前記第１の導体層および第２の導体層、ならびに前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通して前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通させる導体からなるソレノイドコイルが構成され、
前記ソレノイドコイルの内部に、前記ＳｉＯ２層上に設けられた前記磁気コアが配置されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
非磁性基板と、
非磁性基板の一方の面上に設けられた第１の導体層と、
前記一方の面および前記第１の導体層の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層と、
前記第１の絶縁樹脂層の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コアと、
前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極と、
前記第１の絶縁樹脂層および磁気コアの上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に設けられた第２の導体層とを備え、
前記第１の導体層および第２の導体層、ならびに前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通して前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通させる導体からなるソレノイドコイルが構成され、
前記ソレノイドコイルの内部に、前記第１の絶縁樹脂層上に設けられた前記磁気コアが配置され、
前記第１の絶縁樹脂層が、４００℃以上の温度でベークされたポリイミドからなることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
非磁性基板の一方の面上に複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層を形成する工程と、
前記一方の面および前記第１の導体層の上に、前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と整合する位置に設けられた第１の開口部および前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と整合する位置に設けられた第２の開口部を有するポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層とを形成する工程と、
前記第１の絶縁樹脂層の上において、前記第１の開口部からなる列と前記第２の開口部からなる列との間の領域を少なくとも含み、かつ前記第１の開口部および前記第２の開口部の上を避けた位置にＳｉＯ２層を形成する工程と、
前記ＳｉＯ２層の上に軟磁性体膜からなる磁気コアを形成する工程と、
前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程と、
前記第１の絶縁樹脂層、ＳｉＯ２層および磁気コアの上に、前記第１の開口部と整合する位置に設けられた第３の開口部、前記第２の開口部と整合する位置に設けられた第４の開口部、および前記磁気コアの端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部を有するポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記第１および第３の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第１の貫通導体、前記第２および第４の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第２の貫通導体、および前記第５の開口部に充填されて前記第２の絶縁樹脂層を貫通する第３の貫通導体を設ける工程と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第１の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と導通するとともに、前記第２の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層を形成する工程と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第３の貫通導体を介して前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極を形成する工程と、を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項４】
非磁性基板の一方の面上に複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層を形成する工程と、
前記一方の面および前記第１の導体層の上に、前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と整合する位置に設けられた第１の開口部および前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と整合する位置に設けられた第２の開口部を有するポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層とを形成する工程と、
前記第１の絶縁樹脂層を構成するポリイミドを４００℃以上の温度でベークする工程と、
前記４００℃以上の温度でベークされた第１の絶縁樹脂層の上において、前記第１の開口部からなる列と前記第２の開口部からなる列との間の領域内に軟磁性体膜からなる磁気コアを形成する工程と、
前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程と、
前記第１の絶縁樹脂層および磁気コアの上に、前記第１の開口部と整合する位置に設けられた第３の開口部、前記第２の開口部と整合する位置に設けられた第４の開口部、および前記磁気コアの端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部を有するポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記第１および第３の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第１の貫通導体、前記第２および第４の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第２の貫通導体、および前記第５の開口部に充填されて前記第２の絶縁樹脂層を貫通する第３の貫通導体を設ける工程と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第１の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と導通するとともに、前記第２の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層を形成する工程と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第３の貫通導体を介して前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極を形成する工程と、を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の磁気センサの製造方法において、
前記第１の絶縁樹脂層を構成するポリイミドを４００℃以上の温度でベークする工程を、前記第１の絶縁樹脂層を形成する工程の後であって、かつ前記ＳｉＯ２層の上に磁気コアを形成する工程の前に有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の磁気センサの製造方法において、
前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程を、４００℃以下の温度で行うことを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項１】
非磁性基板と、
非磁性基板の一方の面上に設けられた第１の導体層と、
前記一方の面および前記第１の導体層の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層と、
前記第１の絶縁樹脂層の上に形成されたＳｉＯ２層と、
前記ＳｉＯ２層の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コアと、
前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極と、
前記第１の絶縁樹脂層、ＳｉＯ２層および磁気コアの上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に設けられた第２の導体層とを備え、
前記第１の導体層および第２の導体層、ならびに前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通して前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通させる導体からなるソレノイドコイルが構成され、
前記ソレノイドコイルの内部に、前記ＳｉＯ２層上に設けられた前記磁気コアが配置されていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
非磁性基板と、
非磁性基板の一方の面上に設けられた第１の導体層と、
前記一方の面および前記第１の導体層の上に設けられたポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層と、
前記第１の絶縁樹脂層の上に設けられた軟磁性体膜からなる磁気コアと、
前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極と、
前記第１の絶縁樹脂層および磁気コアの上に設けられたポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に設けられた第２の導体層とを備え、
前記第１の導体層および第２の導体層、ならびに前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通して前記第１の導体層と前記第２の導体層とを導通させる導体からなるソレノイドコイルが構成され、
前記ソレノイドコイルの内部に、前記第１の絶縁樹脂層上に設けられた前記磁気コアが配置され、
前記第１の絶縁樹脂層が、４００℃以上の温度でベークされたポリイミドからなることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
非磁性基板の一方の面上に複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層を形成する工程と、
前記一方の面および前記第１の導体層の上に、前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と整合する位置に設けられた第１の開口部および前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と整合する位置に設けられた第２の開口部を有するポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層とを形成する工程と、
前記第１の絶縁樹脂層の上において、前記第１の開口部からなる列と前記第２の開口部からなる列との間の領域を少なくとも含み、かつ前記第１の開口部および前記第２の開口部の上を避けた位置にＳｉＯ２層を形成する工程と、
前記ＳｉＯ２層の上に軟磁性体膜からなる磁気コアを形成する工程と、
前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程と、
前記第１の絶縁樹脂層、ＳｉＯ２層および磁気コアの上に、前記第１の開口部と整合する位置に設けられた第３の開口部、前記第２の開口部と整合する位置に設けられた第４の開口部、および前記磁気コアの端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部を有するポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記第１および第３の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第１の貫通導体、前記第２および第４の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第２の貫通導体、および前記第５の開口部に充填されて前記第２の絶縁樹脂層を貫通する第３の貫通導体を設ける工程と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第１の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と導通するとともに、前記第２の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層を形成する工程と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第３の貫通導体を介して前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極を形成する工程と、を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項４】
非磁性基板の一方の面上に複数の線状の導体パターンを有する第１の導体層を形成する工程と、
前記一方の面および前記第１の導体層の上に、前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と整合する位置に設けられた第１の開口部および前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と整合する位置に設けられた第２の開口部を有するポリイミドからなる第１の絶縁樹脂層とを形成する工程と、
前記第１の絶縁樹脂層を構成するポリイミドを４００℃以上の温度でベークする工程と、
前記４００℃以上の温度でベークされた第１の絶縁樹脂層の上において、前記第１の開口部からなる列と前記第２の開口部からなる列との間の領域内に軟磁性体膜からなる磁気コアを形成する工程と、
前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程と、
前記第１の絶縁樹脂層および磁気コアの上に、前記第１の開口部と整合する位置に設けられた第３の開口部、前記第２の開口部と整合する位置に設けられた第４の開口部、および前記磁気コアの端部と電気的に接続可能な位置に設けられた第５の開口部を有するポリイミドからなる第２の絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記第１および第３の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第１の貫通導体、前記第２および第４の開口部に充填されて前記第１および第２の絶縁樹脂層を貫通する第２の貫通導体、および前記第５の開口部に充填されて前記第２の絶縁樹脂層を貫通する第３の貫通導体を設ける工程と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第１の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの一方の側の端部と導通するとともに、前記第２の貫通導体を介して前記第１の導体層の各導体パターンの他方の側の端部と導通する複数の線状の導体パターンを有する第２の導体層を形成する工程と、
前記第２の絶縁樹脂層の上に、前記第３の貫通導体を介して前記磁気コアに高周波電流またはパルス電流を印加するための電極を形成する工程と、を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の磁気センサの製造方法において、
前記第１の絶縁樹脂層を構成するポリイミドを４００℃以上の温度でベークする工程を、前記第１の絶縁樹脂層を形成する工程の後であって、かつ前記ＳｉＯ２層の上に磁気コアを形成する工程の前に有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の磁気センサの製造方法において、
前記磁気コアに回転磁場中熱処理と静磁場中熱処理とにより一軸異方性を付与する工程を、４００℃以下の温度で行うことを特徴とする磁気センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−２７５５７８（Ｐ２００８−２７５５７８Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６３２８３（Ｐ２００７−２６３２８３）
【出願日】平成１９年１０月９日（２００７．１０．９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月９日（２００７．１０．９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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