磁気検出素子およびその製造方法
【課題】反磁界による磁気検出素子の感度の低下を避けるとともに、電流の漏れによる感度の低下や消費電力の増大を抑制する。
【解決手段】一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜（通電部１１）およびこの通電部１１の長手方向の外側に位置する軟磁性体膜（集磁部１２）を非磁性基板上に形成し、その上に、絶縁層を介して、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂを設け、通電部１１は、一方のコイル１５ａの中心部１６ａと他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂとの間の領域に位置し、通電部１１と集磁部１２との間がギャップ１４により電気的に絶縁され、かつ通電部１１の長手方向において、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂが通電部１１の端部よりも外側に位置し、さらに集磁部１２が渦巻状のコイルの中心部１６ａ，１６ｂよりも外側に位置している。
【解決手段】一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜（通電部１１）およびこの通電部１１の長手方向の外側に位置する軟磁性体膜（集磁部１２）を非磁性基板上に形成し、その上に、絶縁層を介して、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂを設け、通電部１１は、一方のコイル１５ａの中心部１６ａと他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂとの間の領域に位置し、通電部１１と集磁部１２との間がギャップ１４により電気的に絶縁され、かつ通電部１１の長手方向において、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂが通電部１１の端部よりも外側に位置し、さらに集磁部１２が渦巻状のコイルの中心部１６ａ，１６ｂよりも外側に位置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、略長方形の軟磁性体からなる通電部（磁気コア）に高周波電流またはパルス電流を通電し、長手方向の磁界の印加に対する幅方向の透磁率の変化を検出する磁気インピーダンスセンサや直交フラックスゲートセンサ等の磁気検出素子に関するもので、簡易なプロセスにて感度を損なうことなく、磁気センサと薄膜コイルを集積したものである。
【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。また、構造が複雑であるためコストが高く、上下配線の接続部での導通の信頼性など、信頼性に乏しく、高い歩留まりで作製することが困難である。
【０００５】
また、このような問題を解決するために、特許文献６，７等では、平面型スパイラルコイルを磁気コア上に形成している。しかしながら、特許文献６のような構造で、スパイラルコイルをバイアス磁界の印加に使用した場合、コイルからの逆相磁界発生部を避けて軟磁性体膜を成膜する必要があるため、素子のうちで軟磁性体膜の長手方向の長さがこの分だけ短くなり、同一のチップサイズであれば反磁界による感度の低下を招き、同一の感度が必要であればチップサイズを大きくする必要がある。
【０００６】
また、特許文献７では、上記の問題を解決するためにスパイラルコイルの中心部に電極を設け、スパイラルコイルの逆相磁界部分の軟磁性体膜に電流を通電しないものとしている。しかしながら、この構造を用いると、通電した高周波電流の一部が、軟磁性体膜において電極より外側の部分に漏れ出すため、電流のロスが発生し、通電効率が悪く、感度の低下や消費電力の増大を招く。
【０００７】
また、平面型渦巻きコイルを用いた場合、基板内でバイアス磁界発生に寄与しない部分の面積が大きいため、この部分を避けると通電部の形成できる領域が限られるため、形状異方性による感度の調整が困難であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、反磁界による感度の低下を避けるとともに、電流の漏れによる感度の低下や消費電力の増大を抑制することが可能な磁気検出素子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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、非磁性基板上に形成され、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部と、前記通電部の端部に形成され、前記通電部への通電を行うための電極と、前記非磁性基板上に形成され、前記通電部の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部と、前記通電部および集磁部を覆うように前記非磁性基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルとを備え、前記通電部は、前記２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域において、前記通電部の一端が前記一方のコイルの中心部に近接するとともに前記通電部の他端が前記他方のコイルの中心部に近接して位置しており、前記通電部と前記集磁部との間がギャップにより電気的に絶縁されていることを特徴とする磁気検出素子を提供する。
【００１０】
本発明の磁気検出素子においては、前記集磁部は、その幅が前記通電部の幅よりも広く、かつ、前記通電部の端部に近い側から外側に向かって幅が広くなっている形状であることが好ましい。
前記通電部と前記集磁部との間のギャップの大きさは、５〜５０μｍであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、非磁性基板上に、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部および前記通電部の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部を、通電部と集磁部との間が電気的に絶縁されたギャップを介して形成する工程と、前記通電部に、回転磁場中の熱処理とそれに引き続く静磁場中の熱処理とを行って、前記通電部の幅方向に一軸異方性を付与する工程と、前記通電部の端部に、前記通電部への通電を行うための電極を形成する工程と、前記通電部および集磁部を覆うように絶縁層を前記非磁性基板上に形成する工程と、前記絶縁層上に、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルを形成する工程とを有する磁気検出素子の製造方法であって、前記２つの渦巻状のコイルは、前記通電部が、前記２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域において、前記通電部の一端が前記一方のコイルの中心部に近接するとともに前記通電部の他端が前記他方のコイルの中心部に近接して位置しているものとすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁界を検出するための軟磁性体膜からなる通電部が、２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域に配置されているので、これらのコイルからバイアス磁界を印加することができる。そのとき、通電部の長手方向の端部が、それぞれ渦巻状のコイルの中心部に近接して位置しているので、コイルに発生する逆相の磁界の影響を抑制することができる。また、通電部の長手方向の外側には、軟磁性体膜からなる集磁部が設けられているので、コイルの中心部より外側の部分に発生する磁界の集磁構造として働くため、反磁界を小さくすることができる。また、集磁部と通電部との間がギャップを介して電気的に絶縁されているので、通電部に通電した電流またはその一部が集磁部に漏れ出すことがなく、電流のロスを抑制することができる。これにより、感度の低下や消費電力の増大を回避して、磁気検出素子の感度を高めることができる。
【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１〜３に、本発明の磁気検出素子の第１形態例を示す。ここで、図１においては、軟磁性体膜からなる通電部および集磁部は、絶縁層の下に隠れて位置するため、これら軟磁性体膜が設けられる位置を一点鎖線にて表示した。図２は、図１に示す磁気検出素子の断面図であり、通電部の長手方向に沿う断面を表すものである。図３においては、非磁性基板上の通電部および集磁部の配置を説明するため、非磁性基板上に通電部および集磁部が設けられた状態の平面図として表した。
【００１４】
図１〜図３に示す本形態例の磁気検出素子１０は、非磁性基板１０ａ（図２参照）上に形成され、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部１１と、通電部１１の端部に形成され、通電部１１への通電を行うための接続パッド１３ａ、配線１３ｂおよび電極パッド１３ｃと、非磁性基板１０ａ上に形成され、通電部１１の長手方向において通電部１１の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部１２と、通電部１１および集磁部１２を覆うように非磁性基板１０ａ上に形成された絶縁層１０ｂ（図２参照）と、絶縁層１０ｂ上に形成され、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂを備えている。非磁性基板１０ａは、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、セラミックなどの非磁性材料から構成することができる。
【００１５】
本形態例の場合、２つのコイル１５ａ，１５ｂを直列接続する接続部１５ｃは、各コイル１５ａ，１５ｂの外周側の端部同士に接続されており、２つのコイル１５ａ，１５ｂと接続部１５ｃとが、絶縁層１０ｂ上に形成された１層の導体層１５から構成されている。この導体層１５は、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の良導体金属の薄膜から構成することができる。
【００１６】
これらコイル１５ａ，１５ｂは、電流を通じることで磁界を発生するものである。そこでこれらコイル１５ａ，１５ｂに通電するため、各コイル１５ａ，１５ｂの内周側の端部に接続された配線１７ａ，１７ｂおよびこの配線１７ａ，１７ｂのコイル１５ａ，１５ｂ側とは反対側の端部に設けられた電極パッド１７ｃ，１７ｄが設けられている。配線１７ａ，１７ｂおよび電極パッド１７ｃ，１７ｄは、図３に示すように非磁性基板１０ａ上に形成されており、コイル１５ａ，１５ｂの内周側の端部において絶縁層１０ｂを貫通して相互に導通されている。配線１７ａ，１７ｂおよび電極パッド１７ｃ，１７ｄは、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム等の良導体金属の薄膜から構成することができる。
【００１７】
なお、本形態例においては、絶縁層１０ｂが電極パッド１７ｃ，１７ｄの少なくとも一部を露出する開口部を設け、電極パッド１７ｃ，１７ｄ上に半田バンプなどを形成して外部との導通を確保することができる。このほか、コイル１５ａ、１５ｂの外側において配線１７ａ，１７ｂが途中で絶縁層１０ｂを貫通する部分を設け、電極パッド１７ｃ，１７ｄを絶縁層１０ｂの上に形成しても良い。
【００１８】
本形態例の磁気検出素子１０において、通電部１１は、２つの渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂのそれぞれの中心部１６ａ，１６ｂの間の領域、すなわち、一方のコイル１５ａの中心部１６ａと他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂとの間の領域において、通電部１１の一端が一方のコイル１５ａの中心部１６ａに近接して位置しているとともに通電部１１の他端が他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂに近接して位置している。これにより、上述した２つのコイル１５ａ，１５ｂから発生する磁界を、バイアス磁界として通電部１１に印加することができる。
【００１９】
また、本形態例においては、通電部１１と集磁部１２との間がギャップ１４により電気的に絶縁されている。これにより、通電部１１に通電した電流またはその一部が、集磁部１２に漏れ出すことがなく、電流のロスが発生することがない。このため、感度の低下や消費電力の増大を回避することができる。通電部１１と集磁部１２との間のギャップ１４の大きさは、例えば５〜５０μｍとすることができる。また、通電部１１がコイルに発生する逆相の影響を受けることがない。
【００２０】
なお、図１、図２に示す例では、通電部１１を中心としたときに、通電部１１の長手方向（図１、図２の左右方向）において、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂが、通電部１１の端部よりも外側に位置し、さらに集磁部１２が、渦巻状のコイルの中心部１６ａ，１６ｂよりも外側に位置している。すなわち、磁気検出素子１０の平面視（図１参照）において、通電部１１は、一方のコイル１５ａの中心部１６ａと他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂとの間の領域にのみ位置しており、通電部１１のいずれの端部も、コイルの中心部１６ａ，１６ｂの領域に位置していないものとされている。
なお、本発明においては、通電部１１と集磁部１２との間がギャップ１４により電気的に絶縁されているのであれば、通電部１１の端部が、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂの中に位置していてもよく、あるいは、集磁部１２の通電部１１側の端部が、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂの中に位置していてもよい。
【００２１】
本発明の構造を、特許文献７の図１および図２に記載された従来構造と比較すると、従来構造においては、電極から磁性体に流入する電流の一部は、通電部の外側に漏れ出しており、この分は磁気検出素子において有効な通電電流として寄与しないため、通電効率が低下する。これに対して、本発明の構造においては、通電部１１のそれぞれの端部からギャップ１４を介して集磁部１２を設け、通電部の両端に電極を設置して通電すると、通電部端での電流のロスが無く、通電部において均一な電流分布が得られる。すなわち、本発明によれば、非通電部に電流が漏れることがないため、通電部のみを効率的に励磁することが可能となり、かつ集磁部の形状の自由度が向上するため、形状異方性を利用した磁気検出素子の特性の調整が容易である。
【００２２】
また、特許文献７の図１２に記載された従来構造と比較すると、この従来構造では、通電部１１の長手方向における端部に発生する反磁界により感度の低下を伴う問題があった。これに対して、本形態例の磁気検出素子１０によれば、透磁率の高い軟磁性体から集磁部１２が通電部１１の長手方向外側に設けられているので、バイアス磁界に寄与しないコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂより外側の部分に発生する磁界の集磁構造として働くため、通電部１１の形状による反磁界を小さくすることができる。このため、平面渦巻きコイルを用いた場合に、基板内でバイアス磁界発生に寄与しないコイル中心部より外側の部分の面積が大きく、その部分を避けると通電部の形成できる領域が限られている場合であっても、軟磁性体膜の形状異方性による感度の調整が可能となり、磁気検出素子１０の感度を高めることができる。
【００２３】
絶縁層１０ｂは、コイル１５ａ，１５ｂを構成する導体層１５と、通電部１１および集磁部１２を構成する軟磁性体膜との間を電気的に絶縁するため、非磁性の絶縁体からなる。絶縁体としては、感光性ポリイミドなどの絶縁性樹脂のほか、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の金属酸化物、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮ等の金属窒化物等が挙げられる。
【００２４】
通電部１１は、長方形状の軟磁性体膜に一軸異方性を付与したものである。本形態例の場合、一軸異方性の方向は、軟磁性体膜の幅方向（図１、図３の上下方向）である。この軟磁性体膜を構成する軟磁性体としては、一軸異方性を付与できるものであれば特に限定されないが、例えばＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３が挙げられる。集磁部１２となる軟磁性体膜は、通電部１１と同様の軟磁性体から構成することができる。集磁部１２には、通電部１１と同じ方向に一軸異方性が付与されている。
【００２５】
通電部１１は、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜から構成される。本形態例においては、図３に示すように、長方形状の軟磁性体膜が複数個、長手方向を互いに平行にして配置され、隣接する軟磁性体膜をその端部同士でつづら折り形状になるように導体層（接続パッド）１３ａを介して、幅方向に電気的に接続したものである。また、複数の軟磁性体膜を直列に接続した両端には、外部と導通するための配線１３ｂおよび電極パッド１３ｃが設けられている。接続パッド１３ａ、配線１３ｂおよび電極パッド１３ｃは、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の良導体金属から構成することができる。また、接続パッド１３ａを軟磁性体膜から構成しても良く、その場合に、通電部１１と接続パッド１３ａとを一括して形成しても良い。
【００２６】
以上説明したように、本形態例の磁気検出素子１０によれば、磁界を検出するための軟磁性体膜からなる通電部１１が、２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイル１５ａの中心部１６ａと他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂとの間の領域に配置されているので、これらのコイル１５ａ，１５ｂからバイアス磁界を印加することができる。そのとき、通電部１１の長手方向において、通電部１１の端部が、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂに近接して位置しているので、コイル１５ａ，１５ｂに発生する逆相の磁界の影響を抑制することができる。また、通電部１１の長手方向の外側には、軟磁性体膜からなる集磁部１２が設けられているので、コイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂより外側の部分に発生する磁界の集磁構造として働くため、反磁界を小さくすることができる。また、通電部１１と集磁部１２との間がギャップ１４を介して電気的に絶縁されているので、通電部１１に通電した電流またはその一部が集磁部１２に漏れ出すことがなく、電流のロスを抑制することができる。これにより、感度の低下や消費電力の増大を回避して、磁気検出素子１０の感度を高めることができる。
【００２７】
上述した第１形態例の磁気検出素子１０においては、集磁部１２は、通電部１１の長手方向の延長上に、通電部１１を構成する軟磁性体膜と略同一の幅の長方形状とし、かつ集磁部１２の長手方向で一様な幅として形成されているが、本発明は特にこの態様に限定されるものではなく、発明の効果を損ねない範囲で種々の改変が可能である。例えば、集磁部１２における逆相磁界の集磁作用を制御するため、集磁部１２の形状を種々の形状とすることができる。
【００２８】
図４〜図６に示す磁気検出素子２０，３０，４０は、集磁部２２，３２，４２のほかの形状例である。これらの磁気検出素子２０，３０，４０においても、第１形態例と同様に、通電部２１，３１，４１は、２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイル２５ａ，３５ａ，４５ａの中心部２６ａ，３６ａ，４６ａと他方のコイル２５ｂ，３５ｂ，４５ｂの中心部２６ｂ，３６ｂ，４６ｂとの間の領域において、通電部２１，３１，４１の一端が一方のコイルの中心部２６ａ，３６ａ，４６ａに近接するとともに通電部２１，３１，４１の他端が前記他方のコイルの中心部２６ｂ，３６ｂ，４６ｂに近接して位置しており、通電部２１，３１，４１と集磁部２２，３２，４２との間がギャップ２４，３４，４４により電気的に絶縁されているものとされている。これにより、第１形態例と同様に、コイルに発生する逆相の磁界の影響と軟磁性体膜の内部の反磁界を小さくして感度を高めることができる上、電流のロスを抑制することができる。
【００２９】
図４〜図６に示す磁気検出素子２０，３０，４０においては、集磁部２２，３２，４２は、その幅が通電部２１，３１，４１の幅よりも広く、かつ、通電部２１，３１，４１の端部に近い側から外側に向かって幅が広くなっている形状である。ここで、集磁部２２，３２，４２の通電部２１，３１，４１に近い側における幅とは、集磁部２２，３２，４２の通電部に近い側の端部２２ａ，３２ａ，４２ａにおいて集磁部２２，３２，４２を構成する軟磁性体膜が存在する最大の幅をいい、集磁部２２，３２，４２の外側における幅とは、集磁部２２，３２，４２の外側の端部２２ｂ，３２ｂ，４２ｂにおいて、集磁部２２，３２，４２を構成する軟磁性体膜が存在する最大の幅をいう。また、集磁部２２，３２，４２の幅が通電部２１，３１，４１の幅よりも広い、とは、集磁部２２，３２，４２における最小の幅寸法が通電部２１，３１，４１の幅よりも大きいことをいう。なお、幅とは、通電部２１，３１，４１の幅方向（図４〜図６の上下方向）に沿う寸法をいい、集磁部２２，３２，４２の内部に軟磁性体膜が存在しない部分が存在している場合には、当該軟磁性体膜が存在しない部分の幅を含むものとする。軟磁性体膜が存在しない部分とは、図６に示すように、通電部２１，３１，４１の外側に通じているスリット状の空間４２ｃであってもよく、あるいは、周囲が通電部２１，３１，４１を構成する軟磁性体膜に囲まれた閉じた空間であっても良い。
通電部２１，３１，４１と集磁部２２，３２，４２との間のギャップ２４，３４，４４の大きさは、例えば５〜５０μｍとすることができる。
【００３０】
次に、上述の磁気検出素子の製造方法の一例について説明する。
まず、シリコンやガラスなどからなる非磁性基板（図２では符号１０ａ）の上に、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部１１，２１，３１，４１および前記通電部１１，２１，３１，４１の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部１２，２２，３２，４２を、通電部と集磁部との間が電気的に絶縁されたギャップ１４，２４，３４，４４を介して形成する。軟磁性体膜を形成する方法としては、例えばフォトリソグラフィーによりレジストパターンを非磁性基板上に形成し、軟磁性金属のスパッタリング等によって軟磁性体膜を成膜したのち、レジストを除去してリフトオフによりパターニングする方法が挙げられる。あるいは、軟磁性体膜をスパッタリングにより成膜した上に、フォトレジストにより、所望の形状のレジストパターンを形成したのち、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより軟磁性体膜をエッチングして所望の形状の軟磁性体膜を形成するようにしても良い。軟磁性体膜の厚さは、例えば１〜５μｍとすることができる。本発明においては、通電部１１，２１，３１，４１を構成する軟磁性体膜と、集磁部１２，２２，３２，４２を構成する軟磁性体膜とを別々の工程で形成することもできるが、一括して形成することが好ましい。
【００３１】
次に、軟磁性体膜に対して、通電部１１，２１，３１，４１の幅方向に沿う一軸異方性を付与する。一軸異方性の付与方法としては、例えば４００℃、３ｋＧの回転磁場中熱処理およびそれに引き続いて４００℃、３ｋＧの静磁場中熱処理を行う方法が挙げられる。回転磁場中熱処理では、成膜中に軟磁性体膜に導入された不均一な異方性を緩和することができ、静磁場中熱処理では、軟磁性体膜に印加した磁界の方向に一軸異方性を付与することができる。これにより、一軸異方性が付与された軟磁性体膜からなる通電部１１，２１，３１，４１が得られる。このとき、集磁部１２，２２，３２，４２となる軟磁性体膜にも同様の一軸異方性が付与されるが、集磁部は電流が通電される部分ではないので、一軸異方性の付与の有無にかかわらず、集磁部としての働きをする。
【００３２】
次に、通電部１１，２１，３１，４１の両端に設けられる接続パッド１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ、配線１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂおよび電極パッド１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ，４３ｃを導体層により形成する。また、上述の第１から第４の形態例の場合は、コイルのアンダーパス（一方のコイル１５ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａの端部に接続される配線１７ａ，２７ａ，３７ａ，４７ａおよび電極パッド１７ｃ，２７ｃ，３７ｃ，４７ｃと、他方のコイル１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，４５ｂの端部に接続される配線１７ｂ，２７ｂ，３７ｂ，４７ｂおよび電極パッド１７ｄ，２７ｄ，３７ｄ，４７ｄ）についても、この工程において一緒に形成することができる。
【００３３】
これら導体層パターンを形成する方法としては、Ｃｒ，Ｔｉ，ＴｉＷ等を密着層としたＣｕシード層をスパッタ等により成膜し、得られた導体層（シード層）の上にフォトリソグラフィーによりレジストフレームを設けた後、レジスト未形成領域へのＣｕの電解めっきと、ウエットエッチングによるシード層の除去を行うことにより、導体層をパターニングする方法が挙げられる。あるいは、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ等の良導体をスパッタリングにより成膜した上に、フォトレジストにより、所望の形状のレジストパターンを形成したのち、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより良導体層をエッチングして所望の形状の良導体層を形成するようにしても良い。
なお、通電部が１個の軟磁性体膜からなる場合には、複数の軟磁性体膜の間を導通して直列接続するための接続用パッドを省略できる。
【００３４】
次に、通電部１１，２１，３１，４１および集磁部１２，２２，３２，４２を覆うように絶縁層（図２では符号１０ｂ）を非磁性基板上に形成する。絶縁層を感光性ポリイミドから作製する場合には、感光性ポリイミドの前駆体を塗布したのち、通電部を接続するための電極と外部とのコンタクト部、および、後に形成される２つの渦巻きコイルの端子とアンダーパスとを接続するための開口部をフォトリソグラフィーにより形成する。続いて、感光性ポリイミドを硬化させるための熱処理を施す。このとき、軟磁性体膜に付与した一軸異方性がポリイミドを硬化させるための熱処理およびポリイミドの熱処理時に加わる応力により乱れるのを防ぐために、静磁場中にて熱処理を行う。
【００３５】
次に、絶縁層上に、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルを有する導体層１５，２５，３５，４５を形成する。コイルとなる導体層を形成する方法としては、Ｃｒ，Ｔｉ，ＴｉＷ等を密着層としたＣｕシード層をスパッタ等により成膜し、得られた導体層（シード層）の上にフォトリソグラフィーによりレジストフレームを設けた後、レジスト未形成領域へのＣｕの電解めっきと、ウエットエッチングによるシード層の除去を行うことにより、導体層をパターニングする方法が挙げられる。
【００３６】
本発明の磁気検出素子の製造方法においては、通電部１１，２１，３１，４１が、２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部１６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａと他方のコイルの中心部１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ，４６ｂとの間の領域において、通電部の一端が一方のコイルの中心部に近接するとともに通電部の他端が他方のコイルの中心部に近接して位置するものとする。これにより、上述した本発明の磁気検出素子を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の磁気検出素子は、軟磁性体膜からなる通電部に高周波電流またはパルス電流を通電し、長手方向の磁界の印加に対する幅方向の透磁率の変化を検出する磁気インピーダンスセンサや直交フラックスゲートセンサとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の磁気検出素子の第１形態例を示す平面図である。
【図２】図１に示す磁気検出素子の通電部長手方向に沿う断面図である。
【図３】図１に示す磁気検出素子における非磁性基板上の通電部および集磁部の配置を示す説明図である。
【図４】本発明の磁気検出素子の第２形態例を示す平面図である。
【図５】本発明の磁気検出素子の第３形態例を示す平面図である。
【図６】本発明の磁気検出素子の第４形態例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，２０，３０，４０…磁気検出素子、１０ａ…非磁性基板、１０ｂ…絶縁層、１１，２１，３１，４１…通電部、１２，２２，３２，４２…集磁部、２２ａ，３２ａ，４２ａ…集磁部の通電部に近い側の端部、２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ…集磁部の外側の端部、４２ｃ…スリット状の空間、１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ…通電部用の接続パッド、１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ…通電部用の配線、１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ，４３ｃ…通電部用の電極パッド、１４，２４，３４，４４…ギャップ、１５，２５，３５，４５…コイル形成用導体層、１５ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａ…一方のコイル、１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，４５ｂ…他方のコイル、１５ｃ，２５ｃ，３５ｃ，４５ｃ…コイル間の接続部、１６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａ…一方のコイルの中心部、１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ，４６ａ…他方のコイルの中心部、１７ａ，２７ａ，３７ａ，４７ａ…一方のコイル側の配線、１７ｂ，２７ｂ，３７ｂ，４７ｂ…他方のコイル側の配線、１７ｃ，２７ｃ，３７ｃ，４７ｃ…一方のコイル側の電極パッド、１７ｄ，２７ｄ，３７ｄ，４７ｄ…他方のコイル側の電極パッド。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、略長方形の軟磁性体からなる通電部（磁気コア）に高周波電流またはパルス電流を通電し、長手方向の磁界の印加に対する幅方向の透磁率の変化を検出する磁気インピーダンスセンサや直交フラックスゲートセンサ等の磁気検出素子に関するもので、簡易なプロセスにて感度を損なうことなく、磁気センサと薄膜コイルを集積したものである。
【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。また、構造が複雑であるためコストが高く、上下配線の接続部での導通の信頼性など、信頼性に乏しく、高い歩留まりで作製することが困難である。
【０００５】
また、このような問題を解決するために、特許文献６，７等では、平面型スパイラルコイルを磁気コア上に形成している。しかしながら、特許文献６のような構造で、スパイラルコイルをバイアス磁界の印加に使用した場合、コイルからの逆相磁界発生部を避けて軟磁性体膜を成膜する必要があるため、素子のうちで軟磁性体膜の長手方向の長さがこの分だけ短くなり、同一のチップサイズであれば反磁界による感度の低下を招き、同一の感度が必要であればチップサイズを大きくする必要がある。
【０００６】
また、特許文献７では、上記の問題を解決するためにスパイラルコイルの中心部に電極を設け、スパイラルコイルの逆相磁界部分の軟磁性体膜に電流を通電しないものとしている。しかしながら、この構造を用いると、通電した高周波電流の一部が、軟磁性体膜において電極より外側の部分に漏れ出すため、電流のロスが発生し、通電効率が悪く、感度の低下や消費電力の増大を招く。
【０００７】
また、平面型渦巻きコイルを用いた場合、基板内でバイアス磁界発生に寄与しない部分の面積が大きいため、この部分を避けると通電部の形成できる領域が限られるため、形状異方性による感度の調整が困難であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、反磁界による感度の低下を避けるとともに、電流の漏れによる感度の低下や消費電力の増大を抑制することが可能な磁気検出素子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】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、非磁性基板上に形成され、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部と、前記通電部の端部に形成され、前記通電部への通電を行うための電極と、前記非磁性基板上に形成され、前記通電部の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部と、前記通電部および集磁部を覆うように前記非磁性基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルとを備え、前記通電部は、前記２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域において、前記通電部の一端が前記一方のコイルの中心部に近接するとともに前記通電部の他端が前記他方のコイルの中心部に近接して位置しており、前記通電部と前記集磁部との間がギャップにより電気的に絶縁されていることを特徴とする磁気検出素子を提供する。
【００１０】
本発明の磁気検出素子においては、前記集磁部は、その幅が前記通電部の幅よりも広く、かつ、前記通電部の端部に近い側から外側に向かって幅が広くなっている形状であることが好ましい。
前記通電部と前記集磁部との間のギャップの大きさは、５〜５０μｍであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、非磁性基板上に、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部および前記通電部の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部を、通電部と集磁部との間が電気的に絶縁されたギャップを介して形成する工程と、前記通電部に、回転磁場中の熱処理とそれに引き続く静磁場中の熱処理とを行って、前記通電部の幅方向に一軸異方性を付与する工程と、前記通電部の端部に、前記通電部への通電を行うための電極を形成する工程と、前記通電部および集磁部を覆うように絶縁層を前記非磁性基板上に形成する工程と、前記絶縁層上に、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルを形成する工程とを有する磁気検出素子の製造方法であって、前記２つの渦巻状のコイルは、前記通電部が、前記２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域において、前記通電部の一端が前記一方のコイルの中心部に近接するとともに前記通電部の他端が前記他方のコイルの中心部に近接して位置しているものとすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁界を検出するための軟磁性体膜からなる通電部が、２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域に配置されているので、これらのコイルからバイアス磁界を印加することができる。そのとき、通電部の長手方向の端部が、それぞれ渦巻状のコイルの中心部に近接して位置しているので、コイルに発生する逆相の磁界の影響を抑制することができる。また、通電部の長手方向の外側には、軟磁性体膜からなる集磁部が設けられているので、コイルの中心部より外側の部分に発生する磁界の集磁構造として働くため、反磁界を小さくすることができる。また、集磁部と通電部との間がギャップを介して電気的に絶縁されているので、通電部に通電した電流またはその一部が集磁部に漏れ出すことがなく、電流のロスを抑制することができる。これにより、感度の低下や消費電力の増大を回避して、磁気検出素子の感度を高めることができる。
【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１〜３に、本発明の磁気検出素子の第１形態例を示す。ここで、図１においては、軟磁性体膜からなる通電部および集磁部は、絶縁層の下に隠れて位置するため、これら軟磁性体膜が設けられる位置を一点鎖線にて表示した。図２は、図１に示す磁気検出素子の断面図であり、通電部の長手方向に沿う断面を表すものである。図３においては、非磁性基板上の通電部および集磁部の配置を説明するため、非磁性基板上に通電部および集磁部が設けられた状態の平面図として表した。
【００１４】
図１〜図３に示す本形態例の磁気検出素子１０は、非磁性基板１０ａ（図２参照）上に形成され、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部１１と、通電部１１の端部に形成され、通電部１１への通電を行うための接続パッド１３ａ、配線１３ｂおよび電極パッド１３ｃと、非磁性基板１０ａ上に形成され、通電部１１の長手方向において通電部１１の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部１２と、通電部１１および集磁部１２を覆うように非磁性基板１０ａ上に形成された絶縁層１０ｂ（図２参照）と、絶縁層１０ｂ上に形成され、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂを備えている。非磁性基板１０ａは、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、セラミックなどの非磁性材料から構成することができる。
【００１５】
本形態例の場合、２つのコイル１５ａ，１５ｂを直列接続する接続部１５ｃは、各コイル１５ａ，１５ｂの外周側の端部同士に接続されており、２つのコイル１５ａ，１５ｂと接続部１５ｃとが、絶縁層１０ｂ上に形成された１層の導体層１５から構成されている。この導体層１５は、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の良導体金属の薄膜から構成することができる。
【００１６】
これらコイル１５ａ，１５ｂは、電流を通じることで磁界を発生するものである。そこでこれらコイル１５ａ，１５ｂに通電するため、各コイル１５ａ，１５ｂの内周側の端部に接続された配線１７ａ，１７ｂおよびこの配線１７ａ，１７ｂのコイル１５ａ，１５ｂ側とは反対側の端部に設けられた電極パッド１７ｃ，１７ｄが設けられている。配線１７ａ，１７ｂおよび電極パッド１７ｃ，１７ｄは、図３に示すように非磁性基板１０ａ上に形成されており、コイル１５ａ，１５ｂの内周側の端部において絶縁層１０ｂを貫通して相互に導通されている。配線１７ａ，１７ｂおよび電極パッド１７ｃ，１７ｄは、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム等の良導体金属の薄膜から構成することができる。
【００１７】
なお、本形態例においては、絶縁層１０ｂが電極パッド１７ｃ，１７ｄの少なくとも一部を露出する開口部を設け、電極パッド１７ｃ，１７ｄ上に半田バンプなどを形成して外部との導通を確保することができる。このほか、コイル１５ａ、１５ｂの外側において配線１７ａ，１７ｂが途中で絶縁層１０ｂを貫通する部分を設け、電極パッド１７ｃ，１７ｄを絶縁層１０ｂの上に形成しても良い。
【００１８】
本形態例の磁気検出素子１０において、通電部１１は、２つの渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂのそれぞれの中心部１６ａ，１６ｂの間の領域、すなわち、一方のコイル１５ａの中心部１６ａと他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂとの間の領域において、通電部１１の一端が一方のコイル１５ａの中心部１６ａに近接して位置しているとともに通電部１１の他端が他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂに近接して位置している。これにより、上述した２つのコイル１５ａ，１５ｂから発生する磁界を、バイアス磁界として通電部１１に印加することができる。
【００１９】
また、本形態例においては、通電部１１と集磁部１２との間がギャップ１４により電気的に絶縁されている。これにより、通電部１１に通電した電流またはその一部が、集磁部１２に漏れ出すことがなく、電流のロスが発生することがない。このため、感度の低下や消費電力の増大を回避することができる。通電部１１と集磁部１２との間のギャップ１４の大きさは、例えば５〜５０μｍとすることができる。また、通電部１１がコイルに発生する逆相の影響を受けることがない。
【００２０】
なお、図１、図２に示す例では、通電部１１を中心としたときに、通電部１１の長手方向（図１、図２の左右方向）において、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂが、通電部１１の端部よりも外側に位置し、さらに集磁部１２が、渦巻状のコイルの中心部１６ａ，１６ｂよりも外側に位置している。すなわち、磁気検出素子１０の平面視（図１参照）において、通電部１１は、一方のコイル１５ａの中心部１６ａと他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂとの間の領域にのみ位置しており、通電部１１のいずれの端部も、コイルの中心部１６ａ，１６ｂの領域に位置していないものとされている。
なお、本発明においては、通電部１１と集磁部１２との間がギャップ１４により電気的に絶縁されているのであれば、通電部１１の端部が、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂの中に位置していてもよく、あるいは、集磁部１２の通電部１１側の端部が、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂの中に位置していてもよい。
【００２１】
本発明の構造を、特許文献７の図１および図２に記載された従来構造と比較すると、従来構造においては、電極から磁性体に流入する電流の一部は、通電部の外側に漏れ出しており、この分は磁気検出素子において有効な通電電流として寄与しないため、通電効率が低下する。これに対して、本発明の構造においては、通電部１１のそれぞれの端部からギャップ１４を介して集磁部１２を設け、通電部の両端に電極を設置して通電すると、通電部端での電流のロスが無く、通電部において均一な電流分布が得られる。すなわち、本発明によれば、非通電部に電流が漏れることがないため、通電部のみを効率的に励磁することが可能となり、かつ集磁部の形状の自由度が向上するため、形状異方性を利用した磁気検出素子の特性の調整が容易である。
【００２２】
また、特許文献７の図１２に記載された従来構造と比較すると、この従来構造では、通電部１１の長手方向における端部に発生する反磁界により感度の低下を伴う問題があった。これに対して、本形態例の磁気検出素子１０によれば、透磁率の高い軟磁性体から集磁部１２が通電部１１の長手方向外側に設けられているので、バイアス磁界に寄与しないコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂより外側の部分に発生する磁界の集磁構造として働くため、通電部１１の形状による反磁界を小さくすることができる。このため、平面渦巻きコイルを用いた場合に、基板内でバイアス磁界発生に寄与しないコイル中心部より外側の部分の面積が大きく、その部分を避けると通電部の形成できる領域が限られている場合であっても、軟磁性体膜の形状異方性による感度の調整が可能となり、磁気検出素子１０の感度を高めることができる。
【００２３】
絶縁層１０ｂは、コイル１５ａ，１５ｂを構成する導体層１５と、通電部１１および集磁部１２を構成する軟磁性体膜との間を電気的に絶縁するため、非磁性の絶縁体からなる。絶縁体としては、感光性ポリイミドなどの絶縁性樹脂のほか、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の金属酸化物、Ｓｉ３Ｎ４やＡｌＮ等の金属窒化物等が挙げられる。
【００２４】
通電部１１は、長方形状の軟磁性体膜に一軸異方性を付与したものである。本形態例の場合、一軸異方性の方向は、軟磁性体膜の幅方向（図１、図３の上下方向）である。この軟磁性体膜を構成する軟磁性体としては、一軸異方性を付与できるものであれば特に限定されないが、例えばＣｏ８５Ｎｂ１２Ｚｒ３が挙げられる。集磁部１２となる軟磁性体膜は、通電部１１と同様の軟磁性体から構成することができる。集磁部１２には、通電部１１と同じ方向に一軸異方性が付与されている。
【００２５】
通電部１１は、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜から構成される。本形態例においては、図３に示すように、長方形状の軟磁性体膜が複数個、長手方向を互いに平行にして配置され、隣接する軟磁性体膜をその端部同士でつづら折り形状になるように導体層（接続パッド）１３ａを介して、幅方向に電気的に接続したものである。また、複数の軟磁性体膜を直列に接続した両端には、外部と導通するための配線１３ｂおよび電極パッド１３ｃが設けられている。接続パッド１３ａ、配線１３ｂおよび電極パッド１３ｃは、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の良導体金属から構成することができる。また、接続パッド１３ａを軟磁性体膜から構成しても良く、その場合に、通電部１１と接続パッド１３ａとを一括して形成しても良い。
【００２６】
以上説明したように、本形態例の磁気検出素子１０によれば、磁界を検出するための軟磁性体膜からなる通電部１１が、２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイル１５ａの中心部１６ａと他方のコイル１５ｂの中心部１６ｂとの間の領域に配置されているので、これらのコイル１５ａ，１５ｂからバイアス磁界を印加することができる。そのとき、通電部１１の長手方向において、通電部１１の端部が、渦巻状のコイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂに近接して位置しているので、コイル１５ａ，１５ｂに発生する逆相の磁界の影響を抑制することができる。また、通電部１１の長手方向の外側には、軟磁性体膜からなる集磁部１２が設けられているので、コイル１５ａ，１５ｂの中心部１６ａ，１６ｂより外側の部分に発生する磁界の集磁構造として働くため、反磁界を小さくすることができる。また、通電部１１と集磁部１２との間がギャップ１４を介して電気的に絶縁されているので、通電部１１に通電した電流またはその一部が集磁部１２に漏れ出すことがなく、電流のロスを抑制することができる。これにより、感度の低下や消費電力の増大を回避して、磁気検出素子１０の感度を高めることができる。
【００２７】
上述した第１形態例の磁気検出素子１０においては、集磁部１２は、通電部１１の長手方向の延長上に、通電部１１を構成する軟磁性体膜と略同一の幅の長方形状とし、かつ集磁部１２の長手方向で一様な幅として形成されているが、本発明は特にこの態様に限定されるものではなく、発明の効果を損ねない範囲で種々の改変が可能である。例えば、集磁部１２における逆相磁界の集磁作用を制御するため、集磁部１２の形状を種々の形状とすることができる。
【００２８】
図４〜図６に示す磁気検出素子２０，３０，４０は、集磁部２２，３２，４２のほかの形状例である。これらの磁気検出素子２０，３０，４０においても、第１形態例と同様に、通電部２１，３１，４１は、２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイル２５ａ，３５ａ，４５ａの中心部２６ａ，３６ａ，４６ａと他方のコイル２５ｂ，３５ｂ，４５ｂの中心部２６ｂ，３６ｂ，４６ｂとの間の領域において、通電部２１，３１，４１の一端が一方のコイルの中心部２６ａ，３６ａ，４６ａに近接するとともに通電部２１，３１，４１の他端が前記他方のコイルの中心部２６ｂ，３６ｂ，４６ｂに近接して位置しており、通電部２１，３１，４１と集磁部２２，３２，４２との間がギャップ２４，３４，４４により電気的に絶縁されているものとされている。これにより、第１形態例と同様に、コイルに発生する逆相の磁界の影響と軟磁性体膜の内部の反磁界を小さくして感度を高めることができる上、電流のロスを抑制することができる。
【００２９】
図４〜図６に示す磁気検出素子２０，３０，４０においては、集磁部２２，３２，４２は、その幅が通電部２１，３１，４１の幅よりも広く、かつ、通電部２１，３１，４１の端部に近い側から外側に向かって幅が広くなっている形状である。ここで、集磁部２２，３２，４２の通電部２１，３１，４１に近い側における幅とは、集磁部２２，３２，４２の通電部に近い側の端部２２ａ，３２ａ，４２ａにおいて集磁部２２，３２，４２を構成する軟磁性体膜が存在する最大の幅をいい、集磁部２２，３２，４２の外側における幅とは、集磁部２２，３２，４２の外側の端部２２ｂ，３２ｂ，４２ｂにおいて、集磁部２２，３２，４２を構成する軟磁性体膜が存在する最大の幅をいう。また、集磁部２２，３２，４２の幅が通電部２１，３１，４１の幅よりも広い、とは、集磁部２２，３２，４２における最小の幅寸法が通電部２１，３１，４１の幅よりも大きいことをいう。なお、幅とは、通電部２１，３１，４１の幅方向（図４〜図６の上下方向）に沿う寸法をいい、集磁部２２，３２，４２の内部に軟磁性体膜が存在しない部分が存在している場合には、当該軟磁性体膜が存在しない部分の幅を含むものとする。軟磁性体膜が存在しない部分とは、図６に示すように、通電部２１，３１，４１の外側に通じているスリット状の空間４２ｃであってもよく、あるいは、周囲が通電部２１，３１，４１を構成する軟磁性体膜に囲まれた閉じた空間であっても良い。
通電部２１，３１，４１と集磁部２２，３２，４２との間のギャップ２４，３４，４４の大きさは、例えば５〜５０μｍとすることができる。
【００３０】
次に、上述の磁気検出素子の製造方法の一例について説明する。
まず、シリコンやガラスなどからなる非磁性基板（図２では符号１０ａ）の上に、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部１１，２１，３１，４１および前記通電部１１，２１，３１，４１の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部１２，２２，３２，４２を、通電部と集磁部との間が電気的に絶縁されたギャップ１４，２４，３４，４４を介して形成する。軟磁性体膜を形成する方法としては、例えばフォトリソグラフィーによりレジストパターンを非磁性基板上に形成し、軟磁性金属のスパッタリング等によって軟磁性体膜を成膜したのち、レジストを除去してリフトオフによりパターニングする方法が挙げられる。あるいは、軟磁性体膜をスパッタリングにより成膜した上に、フォトレジストにより、所望の形状のレジストパターンを形成したのち、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより軟磁性体膜をエッチングして所望の形状の軟磁性体膜を形成するようにしても良い。軟磁性体膜の厚さは、例えば１〜５μｍとすることができる。本発明においては、通電部１１，２１，３１，４１を構成する軟磁性体膜と、集磁部１２，２２，３２，４２を構成する軟磁性体膜とを別々の工程で形成することもできるが、一括して形成することが好ましい。
【００３１】
次に、軟磁性体膜に対して、通電部１１，２１，３１，４１の幅方向に沿う一軸異方性を付与する。一軸異方性の付与方法としては、例えば４００℃、３ｋＧの回転磁場中熱処理およびそれに引き続いて４００℃、３ｋＧの静磁場中熱処理を行う方法が挙げられる。回転磁場中熱処理では、成膜中に軟磁性体膜に導入された不均一な異方性を緩和することができ、静磁場中熱処理では、軟磁性体膜に印加した磁界の方向に一軸異方性を付与することができる。これにより、一軸異方性が付与された軟磁性体膜からなる通電部１１，２１，３１，４１が得られる。このとき、集磁部１２，２２，３２，４２となる軟磁性体膜にも同様の一軸異方性が付与されるが、集磁部は電流が通電される部分ではないので、一軸異方性の付与の有無にかかわらず、集磁部としての働きをする。
【００３２】
次に、通電部１１，２１，３１，４１の両端に設けられる接続パッド１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ、配線１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂおよび電極パッド１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ，４３ｃを導体層により形成する。また、上述の第１から第４の形態例の場合は、コイルのアンダーパス（一方のコイル１５ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａの端部に接続される配線１７ａ，２７ａ，３７ａ，４７ａおよび電極パッド１７ｃ，２７ｃ，３７ｃ，４７ｃと、他方のコイル１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，４５ｂの端部に接続される配線１７ｂ，２７ｂ，３７ｂ，４７ｂおよび電極パッド１７ｄ，２７ｄ，３７ｄ，４７ｄ）についても、この工程において一緒に形成することができる。
【００３３】
これら導体層パターンを形成する方法としては、Ｃｒ，Ｔｉ，ＴｉＷ等を密着層としたＣｕシード層をスパッタ等により成膜し、得られた導体層（シード層）の上にフォトリソグラフィーによりレジストフレームを設けた後、レジスト未形成領域へのＣｕの電解めっきと、ウエットエッチングによるシード層の除去を行うことにより、導体層をパターニングする方法が挙げられる。あるいは、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ等の良導体をスパッタリングにより成膜した上に、フォトレジストにより、所望の形状のレジストパターンを形成したのち、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより良導体層をエッチングして所望の形状の良導体層を形成するようにしても良い。
なお、通電部が１個の軟磁性体膜からなる場合には、複数の軟磁性体膜の間を導通して直列接続するための接続用パッドを省略できる。
【００３４】
次に、通電部１１，２１，３１，４１および集磁部１２，２２，３２，４２を覆うように絶縁層（図２では符号１０ｂ）を非磁性基板上に形成する。絶縁層を感光性ポリイミドから作製する場合には、感光性ポリイミドの前駆体を塗布したのち、通電部を接続するための電極と外部とのコンタクト部、および、後に形成される２つの渦巻きコイルの端子とアンダーパスとを接続するための開口部をフォトリソグラフィーにより形成する。続いて、感光性ポリイミドを硬化させるための熱処理を施す。このとき、軟磁性体膜に付与した一軸異方性がポリイミドを硬化させるための熱処理およびポリイミドの熱処理時に加わる応力により乱れるのを防ぐために、静磁場中にて熱処理を行う。
【００３５】
次に、絶縁層上に、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルを有する導体層１５，２５，３５，４５を形成する。コイルとなる導体層を形成する方法としては、Ｃｒ，Ｔｉ，ＴｉＷ等を密着層としたＣｕシード層をスパッタ等により成膜し、得られた導体層（シード層）の上にフォトリソグラフィーによりレジストフレームを設けた後、レジスト未形成領域へのＣｕの電解めっきと、ウエットエッチングによるシード層の除去を行うことにより、導体層をパターニングする方法が挙げられる。
【００３６】
本発明の磁気検出素子の製造方法においては、通電部１１，２１，３１，４１が、２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部１６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａと他方のコイルの中心部１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ，４６ｂとの間の領域において、通電部の一端が一方のコイルの中心部に近接するとともに通電部の他端が他方のコイルの中心部に近接して位置するものとする。これにより、上述した本発明の磁気検出素子を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の磁気検出素子は、軟磁性体膜からなる通電部に高周波電流またはパルス電流を通電し、長手方向の磁界の印加に対する幅方向の透磁率の変化を検出する磁気インピーダンスセンサや直交フラックスゲートセンサとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の磁気検出素子の第１形態例を示す平面図である。
【図２】図１に示す磁気検出素子の通電部長手方向に沿う断面図である。
【図３】図１に示す磁気検出素子における非磁性基板上の通電部および集磁部の配置を示す説明図である。
【図４】本発明の磁気検出素子の第２形態例を示す平面図である。
【図５】本発明の磁気検出素子の第３形態例を示す平面図である。
【図６】本発明の磁気検出素子の第４形態例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，２０，３０，４０…磁気検出素子、１０ａ…非磁性基板、１０ｂ…絶縁層、１１，２１，３１，４１…通電部、１２，２２，３２，４２…集磁部、２２ａ，３２ａ，４２ａ…集磁部の通電部に近い側の端部、２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ…集磁部の外側の端部、４２ｃ…スリット状の空間、１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ…通電部用の接続パッド、１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ…通電部用の配線、１３ｃ，２３ｃ，３３ｃ，４３ｃ…通電部用の電極パッド、１４，２４，３４，４４…ギャップ、１５，２５，３５，４５…コイル形成用導体層、１５ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａ…一方のコイル、１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，４５ｂ…他方のコイル、１５ｃ，２５ｃ，３５ｃ，４５ｃ…コイル間の接続部、１６ａ，２６ａ，３６ａ，４６ａ…一方のコイルの中心部、１６ｂ，２６ｂ，３６ｂ，４６ａ…他方のコイルの中心部、１７ａ，２７ａ，３７ａ，４７ａ…一方のコイル側の配線、１７ｂ，２７ｂ，３７ｂ，４７ｂ…他方のコイル側の配線、１７ｃ，２７ｃ，３７ｃ，４７ｃ…一方のコイル側の電極パッド、１７ｄ，２７ｄ，３７ｄ，４７ｄ…他方のコイル側の電極パッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性基板上に形成され、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部と、前記通電部の端部に形成され、前記通電部への通電を行うための電極と、前記非磁性基板上に形成され、前記通電部の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部と、前記通電部および集磁部を覆うように前記非磁性基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルとを備え、
前記通電部は、前記２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域において、前記通電部の一端が前記一方のコイルの中心部に近接するとともに前記通電部の他端が前記他方のコイルの中心部に近接して位置しており、
前記通電部と前記集磁部との間がギャップにより電気的に絶縁されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記集磁部は、その幅が前記通電部の幅よりも広く、かつ、前記通電部の端部に近い側から外側に向かって幅が広くなっている形状であることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記通電部と前記集磁部との間のギャップの大きさは、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気検出素子。
【請求項４】
非磁性基板上に、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部および前記通電部の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部を、通電部と集磁部との間が電気的に絶縁されたギャップを介して形成する工程と、
前記通電部に、回転磁場中の熱処理とそれに引き続く静磁場中の熱処理とを行って、前記通電部の幅方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記通電部の端部に、前記通電部への通電を行うための電極を形成する工程と、
前記通電部および集磁部を覆うように絶縁層を前記非磁性基板上に形成する工程と、
前記絶縁層上に、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルを形成する工程とを有する磁気検出素子の製造方法であって、
前記２つの渦巻状のコイルは、前記通電部が、前記２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域において、前記通電部の一端が前記一方のコイルの中心部に近接するとともに前記通電部の他端が前記他方のコイルの中心部に近接して位置しているものとすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
【請求項１】
非磁性基板上に形成され、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部と、前記通電部の端部に形成され、前記通電部への通電を行うための電極と、前記非磁性基板上に形成され、前記通電部の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部と、前記通電部および集磁部を覆うように前記非磁性基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルとを備え、
前記通電部は、前記２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域において、前記通電部の一端が前記一方のコイルの中心部に近接するとともに前記通電部の他端が前記他方のコイルの中心部に近接して位置しており、
前記通電部と前記集磁部との間がギャップにより電気的に絶縁されていることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記集磁部は、その幅が前記通電部の幅よりも広く、かつ、前記通電部の端部に近い側から外側に向かって幅が広くなっている形状であることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記通電部と前記集磁部との間のギャップの大きさは、５〜５０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気検出素子。
【請求項４】
非磁性基板上に、一個または複数個の長方形状の軟磁性体膜からなる通電部および前記通電部の長手方向において前記通電部の各端部よりも外側に位置する軟磁性体膜からなる集磁部を、通電部と集磁部との間が電気的に絶縁されたギャップを介して形成する工程と、
前記通電部に、回転磁場中の熱処理とそれに引き続く静磁場中の熱処理とを行って、前記通電部の幅方向に一軸異方性を付与する工程と、
前記通電部の端部に、前記通電部への通電を行うための電極を形成する工程と、
前記通電部および集磁部を覆うように絶縁層を前記非磁性基板上に形成する工程と、
前記絶縁層上に、巻き方向が逆向きで直列に接続された２つの渦巻状のコイルを形成する工程とを有する磁気検出素子の製造方法であって、
前記２つの渦巻状のコイルは、前記通電部が、前記２つの渦巻状のコイルのうちの一方のコイルの中心部と他方のコイルの中心部との間の領域において、前記通電部の一端が前記一方のコイルの中心部に近接するとともに前記通電部の他端が前記他方のコイルの中心部に近接して位置しているものとすることを特徴とする磁気検出素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１４６０３（Ｐ２００９−１４６０３Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７８４１０（Ｐ２００７−１７８４１０）
【出願日】平成１９年７月６日（２００７．７．６）
【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２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月６日（２００７．７．６）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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