磁気検出装置、地磁気センサ
【課題】小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができる磁気検出装置、及びこれを用いた地磁気センサを提供する。
【解決手段】平板状の基板と、前記基板の一方面からその厚み方向に形成された凹部と、前記凹部内表面に形成された第１の磁性膜と、前記基板の一方面に対向する対向面に形成された第２の磁性膜と、前記第１及び第２の磁性膜の間に形成された磁電変換素子とを有する磁気検出装置であって、前記凹部は、その周壁が前記基板の一方面に対し垂直に形成され、前記凹部の底面部は、前記対向面と対向する平坦部と、前記平坦部から前記周壁部に向かうに従って大径となる傾斜部分とを有し、前記磁電変換素子の感度領域は、前記底面部と前記第２の磁性膜との間に形成した。
【解決手段】平板状の基板と、前記基板の一方面からその厚み方向に形成された凹部と、前記凹部内表面に形成された第１の磁性膜と、前記基板の一方面に対向する対向面に形成された第２の磁性膜と、前記第１及び第２の磁性膜の間に形成された磁電変換素子とを有する磁気検出装置であって、前記凹部は、その周壁が前記基板の一方面に対し垂直に形成され、前記凹部の底面部は、前記対向面と対向する平坦部と、前記平坦部から前記周壁部に向かうに従って大径となる傾斜部分とを有し、前記磁電変換素子の感度領域は、前記底面部と前記第２の磁性膜との間に形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を検出する磁気検出装置、及びこれを用いた地磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳ（Global Positioning System；全地球測位システム）を利用して位置情報を取得可能とした携帯型のＧＰＳ端末装置の需要が増大している。それに伴い、ＧＰＳ端末装置の向き（方位）を検出するための電子コンパスの需要も増大しつつある。電子コンパスは、ＧＰＳ端末装置の姿勢に関わりなく地磁気を検出するために、直交３軸方向の磁気検出が可能な小型の磁気検出装置を必要とする。
【０００３】
この種の磁気検出装置として、例えば特許文献１に開示されるように、ホール素子と、ホール素子へ磁束を集束させる磁束集束素子とを備えたものが知られている。図１７は、特許文献１に記載される従来の磁気検出装置を示す図であり、図１７（ａ）は、この磁気検出装置の縦断面図、図１７（ｂ）は裏面側から見た同装置の斜視図、そして図１８は同装置の動作説明図である。この磁気検出装置１５０では、シリコンを母材とする半導体基板１１１の第１主面１１３の上に、磁電変換素子であるホール素子１１５が形成されており、第２主面１１７の側のホール素子１１５に対向する部位に、ホール素子１１５の近傍にまで達する縦断面台形のエッチング溝１１９が形成されている。このエッチング溝１１９は、ホール素子１１５に対向する矩形の底面１２０と、底面１２０を囲む４つの台形の傾斜面とを有している。すなわち、エッチング溝１１９は、第２主面１１７から底面１２０に近づくほど小径となるように、テーパ状に形成されている。また、エッチング溝１１９には、外部磁界をホール素子１１５に集束させるために、パーマロイやフェライトなどの高透磁率材料からなる磁性体部１２１が埋め込まれている。更に、半導体基板１１１の第１主面１１３の上には絶縁膜１２５が積層して形成されており、この絶縁膜１２５を介してホール素子１１５に対向する位置に磁性体膜１２７が積層して形成されている。
【０００４】
以上のように構成される磁気検出装置１５０では、ホール素子１１５が出力するホール電圧は、半導体基板１１１の第１主面１１３及び第２主面１１７の法線方向Ｚ、即ちホール素子１１５の感度軸方向に外部磁界Ｈが向くときに、ホール素子１１５が最大感度を示す。一般に、ホール素子１１５が出力するホール電圧は、外部磁界Ｈの上記法線方向Ｚの成分に比例する。従って、外部磁界Ｈが地磁気のように一定の方向及び強さを持った磁界である場合には、外部磁界Ｈと法線方向Ｚとが交差する角度θが変化するのに伴い、ホール電圧はＨ・ｃｏｓθに比例して変化する。従って、ホール電圧を計測することにより、外部磁界Ｈの方向θを検出することができる。
【０００５】
但し、地磁気による磁界の強さは、東京において約０．３ガウス（＝３×１０-5テスラ）であり、ホール素子１１５の検出感度に対して比較的小さい。従って、検出精度を高めるためには、ホール素子１１５を通過する磁束密度を高める必要がある。図１７に示す磁気検出装置１５０では、ホール素子１１５の感度軸方向に対向する磁性体部１２１及び磁性体膜１２７を設けることにより、磁束密度を外部磁界Ｈによる磁束密度よりも高め、それによってホール素子１１５の磁気検出素子としての感度を向上させている。また、磁気検出装置１５０は、単結晶シリコン基板の面方位を利用して異方性エッチングを実行することにより、エッチング溝１１９を容易に形成できるという利点をも有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６１１３１号公報（段落［００２４］〜段落［００３２］及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の磁気検出装置１５０では、ホール素子１１５の感度領域の面積がエッチング溝１１９の底面１２０と同等の面積の場合は磁束の収束効果による感度向上が有効に作用するが、例えば図１８（ｂ）に示すようにホール素子１１５を、磁気ダイオードのように感度領域が小さな面積のものに代えた場合、底面部１２０の面積を変化せずに同一の面積とすると、磁束を収束させたい磁気ダイオードの感度領域以外の領域に磁束が漏れる為、有効に磁束を収束させることができないという問題があった。
【０００８】
また、このような磁束の漏れを減少させるためには、底面部１２０の面積を磁電変換素子の感度領域と同等の大きさまで縮小することが考えられる。しかし、基板の第２主面１１７側から単結晶シリコン基板の面方位を利用して異方性エッチングによって斜め研削する方法によれば、底面部１２０の面積は、エッチング溝１１９の開口部の大きさにされたエッチング用マスクの開口窓の大きさと基板１１１の厚みとにより決まる一方、基板厚みはばらつきが大きいため、基板厚みの公差や加工精度等によって底面１２０面積が大きく変動し、底面部１２０の面積を精度良く形成することが困難である。そのため、磁電変換素子の感度領域に収束される磁束にバラツキが生じ、その結果として磁気検出装置１５０の磁気検出感度にバラツキが生じるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができる磁気検出装置、及びこれを用いた地磁気センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る磁気検出装置は、平板状の基板と、前記基板の一方面からその厚み方向に形成された凹部と、前記凹部内表面に形成された第１の磁性膜と、前記基板の一方面に対向する対向面に形成された第２の磁性膜と、前記第１及び第２の磁性膜の間に形成された磁電変換素子とを有する磁気検出装置であって、前記凹部は、その周壁が前記基板の一方面に対し垂直に形成され、前記凹部の底面部は、前記対向面と対向する平坦部と、前記平坦部から前記周壁部に向かうに従って大径となる傾斜部分とを有し、前記磁電変換素子の感度領域は、前記底面部と前記第２の磁性膜との間に形成されている。
【００１１】
また、前記凹部の底面部は、前記磁電変換素子に向かって凸状のドーム形状にされており、前記磁電変換素子の感度領域は、前記凹部の底面部と前記第２の磁性膜とが最も近接する位置に形成されている。
【００１２】
また、前記第２の磁性膜は、前記磁電変換素子の感度領域に向かって凸状の部分を有する。
【００１３】
また、本発明に係る地磁気センサは、上述の磁気検出装置を用いる。
【発明の効果】
【００１４】
このような構成の磁気検出装置及び地磁気センサは、磁電変換素子の感度領域に磁束を集中させることができ、小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図２】磁電変換素子の構成を説明するための説明図である。
【図３】図１に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図４】図１に示す磁気検出装置の変形例を示す図である。
【図５】図１に示す磁気検出装置の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図７】図６に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図９】図８に示す磁気検出装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図１０】図８に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図１２】図１１に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図１４】図１３に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図１６】図１５に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図１７】背景技術に係る磁気検出装置を示す説明図である。
【図１８】図１７に示す磁気検出装置の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１７】
また、本発明は磁電変換素子に磁気を収束させる構造に特徴を有するものであるから、磁電変換素子として半導体基板に形成可能な素子、例えば、以下の実施形態で説明する半導体ダイオード磁気センサの他、磁気トランジスタ、ＭＲ（MagnetoResistive）素子、ホール素子、磁気インピーダンス素子、あるいはフラックスゲート素子などが利用可能である。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気検出装置１の構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、磁気検出装置１の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図１に示す磁気検出装置１は、シリコン支持基板２上に埋込酸化膜３、ｐ型のＳＯＩ（Semiconductor On Insulator）層４、及び絶縁層９を積層したＳＯＩ基板５を有し、ＳＯＩ層４に磁電変換素子６が形成されている。また、磁電変換素子６の両端部には、配線１１が接続されている。
【００１９】
図２は、磁電変換素子６の構成を説明するための説明図である。磁電変換素子６は、ｐ＋型のアノード領域６１、ｎ＋型のカソード領域６２及びｐ型の高抵抗領域６３を有し、高抵抗領域６３の一方面には再結合層６４が、再結合層６４以外の面には非再結合領域６５が形成されており、ＳＯＩ層４の法線方向（以下Ｚ軸方向と呼ぶ）に対して磁気感度軸を有するように構成されている。図２に示す磁電変換素子６は、例えばＳＯＩ基板５の単結晶シリコン薄膜層に形成されたｐ−π−ｎダイオードの順方向二重注入を利用するものであって、二重注入キャリアである電子と正孔が磁界によるローレンツ力により曲げられ、再結合層６４側に曲げられると電流が減少し、非再結合領域６５に曲げられると電流が増加するという性質を利用して、印加磁界の向きと大きさによる電流変化を検出するものである。（例えば、特開２００２−１３４７５８号公報参照）。
【００２０】
図１に戻って、ＳＯＩ基板５における支持基板２側には、酸化膜の開口部などをマスクとしてシリコンの反応性エッチング、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching、反応性イオンエッチング）によって支持基板２を垂直に研削することで、その周壁部が支持基板２の表面と略垂直に形成されると共に、平坦な底部が磁電変換素子６に対向して形成されている。また、支持基板２の表面と凹部７の底部及び周壁部の表面とを覆うようにして第１の磁性膜に相当する磁性体部８が形成されている。そして、絶縁層９の表面には、少なくとも平面視において凹部７の底部を覆う大きさであって、磁気検出装置１のチップ面積並びに磁束集束効果から適切に設計された大きさの、概ね正方形の第２の磁性膜に相当する磁性体部１０が、少なくとも磁電変換素子６の形成領域とＺ軸方向において重なるように形成されている。
【００２１】
磁性体部８及び１０としては、例えばパーマロイやフェライトなどの高透磁率材料が用いられる。凹部７の底部は埋込酸化膜３まで達しており、図１（ａ）に示すように磁電変換素子６はその感度領域である高抵抗領域６３が平面視において凹部７の周壁部に重なるように形成され、従って、磁電変換素子６の感度領域は凹部７の周壁部の延長線と交わる位置に形成されている。
【００２２】
次に、上述のように構成された磁気検出装置１を、例えば地磁気などによる一定の磁界中に置いた時の磁束の変化について説明する。図３は、図１に示す磁気検出装置１による磁束の収束動作を説明するための断面図である。Ｚ軸方向の磁束は、シリコン支持基板２側の凹部７の周壁に形成された磁性体部８で集められ、磁性体部８を通って埋込酸化膜３の方向に向かい、埋込酸化膜３、ＳＯＩ層４、及び高抵抗領域６３を通過して磁性体部１０に到達する。この時、ＳＯＩ層４を通過する磁束は凹部７の底面部において均等ではなく、図３に破線で示すように凹部７の周壁部の延長線上に多くの磁束が通過する。
【００２３】
この場合、図１に示す磁気検出装置１は、支持基板２を垂直に研削することによって凹部７を形成するため凹部７における周壁部の形成位置の精度が向上するので、小型の磁電変換素子６の感度領域を凹部７の周壁部の延長線と交わる位置に形成することが容易である。そして、磁電変換素子６の感度領域が、凹部７の周壁部の延長線と交わる位置に形成されていることによって、最も磁束の集中する領域の磁束を検出することができるので、小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができ、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００２４】
また、図１に示す磁気検出装置１は、支持基板２に略垂直に凹部７を形成するので、図１７に示す背景技術に係る磁気検出装置１５０と比較して、図１（ｂ）に一点鎖線で示すテーパ状の広がりがなく、磁気検出装置１を小型化することができる。そして、凹部７を小型化できることから磁気検出装置１の機械的強度を向上することができる。
【００２５】
なお、図４に示す磁気検出装置１ａのように、磁電変換素子６ａとして、感度領域である高抵抗領域６３が平面視において長方形のものを用いて、その長手方向を凹部７の周壁部に形成された磁性体部８の辺に沿うように配列してもよい。磁束は凹部７の周壁部における磁性体部８内では略均一に分布するため、周壁部の磁性体部８に沿って長方形の感度領域を形成することで、磁電変換素子６ａを通る磁束を増大させて有効に磁束を検出することができ、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００２６】
また、図５に示す磁気検出装置１ｂのように、感度領域である高抵抗領域６３が長方形にされた磁電変換素子６ａを複数、例えば４個用いて、各磁電変換素子６ａの長手方向を凹部７の４辺の周壁部に形成された磁性体部８の辺にそれぞれ沿うように配列してもよい。なお、磁電変換素子６ａの数は４個に限定されない。また、複数の磁電変換素子６における感度領域が、それぞれ凹部７の周壁部の延長線と交わる位置に形成されていればよく、高抵抗領域６３が長方形でなくてもよい。
【００２７】
これにより、例えば図１７に示す背景技術に係る磁気検出装置１５０では、複数のホール素子１１５を用いるためには複数のエッチング溝１１９を形成する必要があるが、図５に示す磁気検出装置１ｂでは、凹部７を一つ形成することによって、その周壁部の延長線と交わる位置に複数の磁電変換素子６，６ａを形成することができるので、支持基板２上での磁気検出装置１ｂの専有面積を縮小することができ、例えばホイートストンブリッジのように複数の磁電変換素子６，６ａを用いる回路を小型化することが容易である。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁気検出装置１ｃについて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る磁気検出装置１ｃの構成の一例を示す図である。図６（ａ）は、磁気検出装置１ｃの正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図６に示す磁気検出装置１ｃと図１に示す磁気検出装置１とでは、下記の点で異なる。
【００２９】
すなわち、図６に示す磁気検出装置１ｃは、凹部７ａの周壁部が埋込酸化膜３内に食い込む形で延設されていて、かつ磁性体部８ａがその領域まで敷設され、その結果、図６（ｂ）に示すように、磁電変換素子６ａの感度領域が形成されている領域で磁性体部８と磁性体部１０の間隙が最も小さくなるように構成されている。
【００３０】
これにより、図７に示すように、磁電変換素子６ａの感度領域により効率的に磁束を収束させることができ、磁気検出装置１ｃによる磁気検出の感度を向上させることができる。
【００３１】
また、磁気検出装置１ｃは、図１に示す磁気検出装置１における凹部７を形成した後に、例えば支持基板２を斜めに傾けた状態でイオンミリング法などによって酸化膜エッチングを行うことにより、凹部７ａの周壁部を埋込酸化膜３に食い込む形で延設するように形成することが容易であり、さらに例えばスパッタによって磁性体部８ａを形成することにより、容易に磁気検出装置１ｃを形成することができる。
【００３２】
その他の構成は図１に示す磁気検出装置１と同様であるのでその説明を省略する。
【００３３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る磁気検出装置１ｄについて説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る磁気検出装置１ｄの構成の一例を示す図である。図８（ａ）は、磁気検出装置１ｄの正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図８に示す磁気検出装置１ｄと図１に示す磁気検出装置１とでは、下記の点で異なる。すなわち、図８に示す磁気検出装置１ｄでは、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体部８ｂと、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体部８ｂとが分離されている。また、凹部７ｂの周壁部は、埋込酸化膜３の近傍において埋込酸化膜３に向かう方向に径が拡大するように形成されることにより、凹部７ｂの周壁部と底面部との接合部は、凹部７ｂの径の方向に切り欠き部１２（いわゆるノッチ）が形成されている。
【００３４】
その他の構成は図１に示す磁気検出装置１と同様であるのでその説明を省略し、図８に示す磁気検出装置１ｄにおける凹部７ｂ及び磁性体部８ｂの製造方法について説明する。図９は、磁気検出装置１ｄの製造方法を説明するための説明図である。
【００３５】
まず、図９（ａ）に示す第１工程において、ＳＯＩ基板５の支持基板２側から、例えば酸化膜の開口部などをマスクとして選択的に例えばＲＩＥによって支持基板２を垂直に、埋込酸化膜３に達するまで研削する。これによって、凹部７ｂの周壁部が、支持基板２の厚み方向に略垂直に形成されると共に、凹部７ｂの平坦な底面部が形成される。
【００３６】
次に、図９（ｂ）に示す第２工程において、例えばＲＩＥやＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチングによる垂直研削を、凹部７ｂの平坦な底面部が埋込酸化膜３に達した後、予め定められた所定の期間継続する。そうすると、埋込酸化膜３は研削されずに凹部７ｂの周壁部が、埋込酸化膜３の近傍において埋込酸化膜３に向かう方向に径が拡大するように研削され、凹部７ｂの周壁部と底面部との接合部に凹部７ｂの径の方向に切り欠き部１２が形成される。
【００３７】
次に、図９（ｃ）に示す第３工程において、例えばスパッタによって凹部７ｂの表面に磁性体膜を形成する。そうすると、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体膜と、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体膜とが切り欠き部１２によって自己整合的に分離される。
【００３８】
これにより、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体部８ｂと、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体部８ｂとが分離された磁気検出装置１ｄを容易に製造することができる。
【００３９】
そして、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体部８ｂと、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体部８ｂとが分離された磁気検出装置１ｄによれば、図１０に示すように、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体部８ｂを通過する磁束が減少し、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体部８ｂから直接磁性体部１０方向に通過する磁束が増大する結果、磁電変換素子６ａの感度領域に収束する磁束が増大し、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００４０】
なお、図１、図４、図５、図６に示す磁気検出装置１,１ａ,１ｂ,１ｃにおいて、凹部７の周壁部に形成された磁性体膜と凹部７の底面部に形成された磁性体膜とが分離された構成としても良く、磁性体部８を凹部７の周壁部のみに備える構成としても良い。この場合、図８に示す磁気検出装置１ｄと同様の効果が得られる。
【００４１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る磁気検出装置１ｅについて説明する。図１１は、本発明の第４の実施形態に係る磁気検出装置１ｅの構成の一例を示す図である。図１１（ａ）は、磁気検出装置１ｄの正面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図１１に示す磁気検出装置１ｅと図８に示す磁気検出装置１ｄとでは、下記の点で異なる。すなわち、図１１に示す磁気検出装置１ｅでは、磁電変換素子６ａの感度領域である高抵抗領域６３と相対する位置において絶縁層９が、磁電変換素子６ａとの間に絶縁層を残して例えばエッチングにより研削され、底部の面積が磁電変換素子６ａにおける高抵抗領域６３の平面視での形状、面積と略同等にされた凹状の部分が形成されている。
【００４２】
そして、絶縁層９に形成された凹状の部分を磁性体で充填して磁性体部１０が形成されることにより、磁性体部１０には、磁電変換素子６ａにおける高抵抗領域６３に向かって凸状にされた凸部１３が形成されている。
【００４３】
これにより、図１２に示すように、磁性体部１０における凸部１３が磁電変換素子６ａにおける感度領域に近接するので、磁電変換素子６ａの感度領域を通過する磁束を増大させることができ、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００４４】
その他の構成は図８に示す磁気検出装置１ｄと同様であるのでその説明を省略する。
【００４５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る磁気検出装置１ｆについて説明する。図１３は、本発明の第５の実施形態に係る磁気検出装置１ｆの構成の一例を示す図である。図１３（ａ）は、磁気検出装置１ｆの正面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図１３に示す磁気検出装置１ｆと図１に示す磁気検出装置１とでは、下記の点で異なる。
【００４６】
すなわち、磁気検出装置１ｆにおける凹部７ｃは、その開口部から支持基板２の表面に対し略垂直に形成された周壁部分７１と、磁性体部１０と略平行に対向する平坦部７２及び平坦部７２から周壁部分７１に向かうに従って大径となる傾斜部分７３からなる底面部とを有する。平坦部７２は、埋込酸化膜３によって略平坦に形成されている。そして、このように構成された凹部７ｃの表面に、磁性体部８ｃが形成されている。
【００４７】
そして、埋込酸化膜３を夾んで平坦部７２と相対する位置に磁電変換素子６の感度領域である高抵抗領域６３が位置するように、磁電変換素子６が一つ、ＳＯＩ層４に形成されている。平坦部７２の形状及び面積は、磁電変換素子６の高抵抗領域６３の平面視における形状及び面積と略同等にされていることが望ましい。
【００４８】
これにより、図１４に示すように、周壁部分７１及び傾斜部分７３の表面に形成された磁性体部８ｃによって、磁電変換素子６ａにおける高抵抗領域６３に近接する平坦部７２に磁束が収束され、磁電変換素子６ａの感度領域を通過する磁束を増大させることができるので、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００４９】
また、図１３に示す凹部７ｃは、高抵抗領域６３の平面視における形状と略同等の開口窓を有するマスクを用いてシリコン支持基板２の表面から例えばドライエッチングによる垂直研削で凹部及び平坦部７２を形成した後、エッチング溶液としてＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）等を用いた異方性エッチング等によって、凹部の径を広げることにより、凹部７ｃを形成することが容易である。
【００５０】
この場合、平坦部７２は垂直エッチングによって形成されるため、支持基板２の厚み公差による平坦部７２の形状、面積のバラツキを低減することができる。これにより、平坦部７２の形状、面積を磁電変換素子６の高抵抗領域６３の平面視における形状及び面積と略同等にすることが容易となるので、小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができ、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００５１】
また、図１３に示す磁気検出装置１ｆは、支持基板２に略垂直な周壁部分７１を有するので、図１７に示す背景技術に係る磁気検出装置１５０と比較して、図１３（ｂ）に一点鎖線で示すテーパ状の広がりがなく、磁気検出装置１ｆを小型化することができる。そして、凹部７ｃを小型化できることから磁気検出装置１の機械的強度を向上することができる。
【００５２】
その他の構成は図１に示す磁気検出装置１と同様であるのでその説明を省略する。
【００５３】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係る磁気検出装置１ｇについて説明する。図１５は、本発明の第６の実施形態に係る磁気検出装置１ｇの構成の一例を示す図である。図１５（ａ）は、磁気検出装置１ｇの正面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図１５に示す磁気検出装置１ｆと図１３に示す磁気検出装置１ｇとでは、下記の点で異なる。
【００５４】
すなわち、磁気検出装置１ｇにおける凹部７ｄは、その開口部から支持基板２に対し略垂直に形成された周壁部分７１と、磁電変換素子６に向かって凸状のドーム形状にされた底部７４とを有する。そして、このように構成された凹部７ｄの表面に、磁性体部８ｄが形成されている。また、磁電変換素子６の高抵抗領域６３は、底部７４と磁性体部１０とが最も近接する凹部７ｄにおけるドームの頂点位置において、底部７４と磁性体部１０との間に形成されている。
【００５５】
これにより、図１６に示すように、周壁部分７１及び底部７４の表面に形成された磁性体部８ｄによって、底部７４における磁電変換素子６の高抵抗領域６３に最も近接するドームの頂点部分に磁束が収束され、磁電変換素子６の感度領域を通過する磁束を増大させることができるので、磁気検出の感度を向上させることができる。また、図１５に示す磁気検出装置１ｇにおける凹部７ｄは、図１３に示す磁気検出装置１ｆにおける凹部７ｃの周壁部分７１と傾斜部分７３との継ぎ目、及び傾斜部分７３と平坦部７２との継ぎ目のような角部を有さないため、角部から漏れる磁束を減少させ、磁電変換素子６の感度領域を通過する磁束を増大させることができるので、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００５６】
また、図１５に示す凹部７ｄは、例えば支持基板２からＩＣＰエッチングによる垂直研削を行い、その研削の先端部が埋込酸化膜３に達したときに垂直研削を停止することによって、周壁部分７１とドーム状の底部７４とを有する凹部７ｄを容易に形成することができる。
【００５７】
また、図１５に示す磁気検出装置１ｇは、支持基板２に略垂直な周壁部分７１を有するので、図１７に示す背景技術に係る磁気検出装置１５０と比較して、図１５（ｂ）に一点鎖線で示すテーパ状の広がりがなく、磁気検出装置１ｇを小型化することができる。そして、凹部７ｄを小型化できることから磁気検出装置１ｇの機械的強度を向上することができる。
【００５８】
なお、図１、図４〜図６、図８、図１３、図１５に示す磁気検出装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｆ，１ｇのいずれにおいても図１１に示す磁気検出装置１ｅと同様に、磁電変換素子の感度領域と相対する位置において、当該高抵抗領域に向かって凸状にされた凸部１３を備える構成とすることができる。
【００５９】
また、図１、図４〜図６、図８、図１１、図１３、図１５に示す磁気検出装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇは、いずれも例えば電子コンパスやＧＰＳなどに使用され、地磁気を検出する地磁気センサ（方位センサ）として用いることができる。
【００６０】
この場合、地磁気センサを小型化することができる。また、磁気検出装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇは、シリコンウェハ上に構成することができるので、磁気検出装置によって検出された磁気から方位を取得するための制御回路や、アンプ等の回路などと同一のシリコン基板上に形成することができ、小型化が容易であると共に、センサ部と制御回路とが同一シリコン基板上に構成されることにより温度補正が容易となる。また、磁気検出装置１等の信号検出用のアンプを同一シリコン基板上に構成することにより、信号配線の配線長を短縮でき、外部からのノイズ耐性を向上させることができる。さらに、加速度センサなどの他のセンサを同一シリコン基板上に集積した複合センサを構成することも可能となる。
【００６１】
上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る磁気検出装置は、平板状の基板と、前記基板の一方面からその厚み方向に形成された凹部と、前記凹部内表面に形成された第１の磁性膜と、前記基板の一方面に対向する対向面に形成された第２の磁性膜と、前記第１及び第２の磁性膜の間に形成された磁電変換素子とを有する磁気検出装置であって、前記凹部は、その周壁が前記基板の一方面に対し略垂直に形成され、前記磁電変換素子の感度領域は、前記周壁の延長線と交わる位置に形成されていることを特徴としている。
【００６２】
また、上述の磁気検出装置は、前記第１の磁性膜は、前記凹部の周壁部に設けられた部分と底面部に設けられた部分とが分離していることを特徴としている。
【００６３】
そして、上述の磁気検出装置は、前記第１の磁性膜は、前記凹部の周壁部のみに設けられていることを特徴としている。
【００６４】
さらに、上述の磁気検出装置は、前記凹部の前記周壁部は底面部よりも前記基板内に延設されていることを特徴としている。
【００６５】
また、上述の磁気検出装置は、前記凹部の底面部は、前記対向面と略平行に対向する平坦部と、前記平坦部から前記周壁部に向かうに従って大径となる傾斜部分とを有し、前記磁電変換素子の感度領域は、前記周壁の延長線と交わる位置に形成される代わりに前記底面部と前記第２の磁性膜との間に形成されていることを特徴としている。
【００６６】
そして、上述の磁気検出装置は、前記凹部の底面部は、前記磁電変換素子に向かって凸状のドーム形状にされており、前記磁電変換素子の感度領域は、前記凹部の底面部と前記第２の磁性膜とが最も近接する位置に形成されていることを特徴としている。
【００６７】
さらに、上述の磁気検出装置は、前記第２の磁性膜は、前記磁電変換素子の感度領域に向かって凸状の部分を有することを特長としている。
【００６８】
また、本発明の第２の手段に係る地磁気センサは、上述の磁気検出装置を用いることを特徴としている。
【００６９】
そして、本発明の第３の手段に係る磁気検出装置の製造方法は、シリコン・オン・インシュレータ基板の一方面から垂直研削して凹部を形成する工程と、前記凹部を形成する工程において、研削した凹部の底面が前記シリコン・オン・インシュレータ基板の埋込酸化膜に到達した後も予め定められた所定の期間研削を継続することで、前記凹部の底面部を開口部より広くする工程と、前記凹部の表面に磁性膜を形成する工程と、を有することを特徴としている。
【符号の説明】
【００７０】
１,１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅ,１ｆ,１ｇ 磁気検出装置
２ 支持基板
３ 埋込酸化膜
４ ＳＯＩ層
５ ＳＯＩ基板
６，６ａ 磁電変換素子
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 凹部
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 磁性体部
９ 絶縁層
１０ 磁性体部
１１ 配線
１２ 切り欠き部
１３ 凸部
６３ 高抵抗領域
７１ 周壁部分
７２ 平坦部
７３ 傾斜部分
７４ 底部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を検出する磁気検出装置、及びこれを用いた地磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＧＰＳ（Global Positioning System；全地球測位システム）を利用して位置情報を取得可能とした携帯型のＧＰＳ端末装置の需要が増大している。それに伴い、ＧＰＳ端末装置の向き（方位）を検出するための電子コンパスの需要も増大しつつある。電子コンパスは、ＧＰＳ端末装置の姿勢に関わりなく地磁気を検出するために、直交３軸方向の磁気検出が可能な小型の磁気検出装置を必要とする。
【０００３】
この種の磁気検出装置として、例えば特許文献１に開示されるように、ホール素子と、ホール素子へ磁束を集束させる磁束集束素子とを備えたものが知られている。図１７は、特許文献１に記載される従来の磁気検出装置を示す図であり、図１７（ａ）は、この磁気検出装置の縦断面図、図１７（ｂ）は裏面側から見た同装置の斜視図、そして図１８は同装置の動作説明図である。この磁気検出装置１５０では、シリコンを母材とする半導体基板１１１の第１主面１１３の上に、磁電変換素子であるホール素子１１５が形成されており、第２主面１１７の側のホール素子１１５に対向する部位に、ホール素子１１５の近傍にまで達する縦断面台形のエッチング溝１１９が形成されている。このエッチング溝１１９は、ホール素子１１５に対向する矩形の底面１２０と、底面１２０を囲む４つの台形の傾斜面とを有している。すなわち、エッチング溝１１９は、第２主面１１７から底面１２０に近づくほど小径となるように、テーパ状に形成されている。また、エッチング溝１１９には、外部磁界をホール素子１１５に集束させるために、パーマロイやフェライトなどの高透磁率材料からなる磁性体部１２１が埋め込まれている。更に、半導体基板１１１の第１主面１１３の上には絶縁膜１２５が積層して形成されており、この絶縁膜１２５を介してホール素子１１５に対向する位置に磁性体膜１２７が積層して形成されている。
【０００４】
以上のように構成される磁気検出装置１５０では、ホール素子１１５が出力するホール電圧は、半導体基板１１１の第１主面１１３及び第２主面１１７の法線方向Ｚ、即ちホール素子１１５の感度軸方向に外部磁界Ｈが向くときに、ホール素子１１５が最大感度を示す。一般に、ホール素子１１５が出力するホール電圧は、外部磁界Ｈの上記法線方向Ｚの成分に比例する。従って、外部磁界Ｈが地磁気のように一定の方向及び強さを持った磁界である場合には、外部磁界Ｈと法線方向Ｚとが交差する角度θが変化するのに伴い、ホール電圧はＨ・ｃｏｓθに比例して変化する。従って、ホール電圧を計測することにより、外部磁界Ｈの方向θを検出することができる。
【０００５】
但し、地磁気による磁界の強さは、東京において約０．３ガウス（＝３×１０-5テスラ）であり、ホール素子１１５の検出感度に対して比較的小さい。従って、検出精度を高めるためには、ホール素子１１５を通過する磁束密度を高める必要がある。図１７に示す磁気検出装置１５０では、ホール素子１１５の感度軸方向に対向する磁性体部１２１及び磁性体膜１２７を設けることにより、磁束密度を外部磁界Ｈによる磁束密度よりも高め、それによってホール素子１１５の磁気検出素子としての感度を向上させている。また、磁気検出装置１５０は、単結晶シリコン基板の面方位を利用して異方性エッチングを実行することにより、エッチング溝１１９を容易に形成できるという利点をも有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６１１３１号公報（段落［００２４］〜段落［００３２］及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の磁気検出装置１５０では、ホール素子１１５の感度領域の面積がエッチング溝１１９の底面１２０と同等の面積の場合は磁束の収束効果による感度向上が有効に作用するが、例えば図１８（ｂ）に示すようにホール素子１１５を、磁気ダイオードのように感度領域が小さな面積のものに代えた場合、底面部１２０の面積を変化せずに同一の面積とすると、磁束を収束させたい磁気ダイオードの感度領域以外の領域に磁束が漏れる為、有効に磁束を収束させることができないという問題があった。
【０００８】
また、このような磁束の漏れを減少させるためには、底面部１２０の面積を磁電変換素子の感度領域と同等の大きさまで縮小することが考えられる。しかし、基板の第２主面１１７側から単結晶シリコン基板の面方位を利用して異方性エッチングによって斜め研削する方法によれば、底面部１２０の面積は、エッチング溝１１９の開口部の大きさにされたエッチング用マスクの開口窓の大きさと基板１１１の厚みとにより決まる一方、基板厚みはばらつきが大きいため、基板厚みの公差や加工精度等によって底面１２０面積が大きく変動し、底面部１２０の面積を精度良く形成することが困難である。そのため、磁電変換素子の感度領域に収束される磁束にバラツキが生じ、その結果として磁気検出装置１５０の磁気検出感度にバラツキが生じるという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができる磁気検出装置、及びこれを用いた地磁気センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る磁気検出装置は、平板状の基板と、前記基板の一方面からその厚み方向に形成された凹部と、前記凹部内表面に形成された第１の磁性膜と、前記基板の一方面に対向する対向面に形成された第２の磁性膜と、前記第１及び第２の磁性膜の間に形成された磁電変換素子とを有する磁気検出装置であって、前記凹部は、その周壁が前記基板の一方面に対し垂直に形成され、前記凹部の底面部は、前記対向面と対向する平坦部と、前記平坦部から前記周壁部に向かうに従って大径となる傾斜部分とを有し、前記磁電変換素子の感度領域は、前記底面部と前記第２の磁性膜との間に形成されている。
【００１１】
また、前記凹部の底面部は、前記磁電変換素子に向かって凸状のドーム形状にされており、前記磁電変換素子の感度領域は、前記凹部の底面部と前記第２の磁性膜とが最も近接する位置に形成されている。
【００１２】
また、前記第２の磁性膜は、前記磁電変換素子の感度領域に向かって凸状の部分を有する。
【００１３】
また、本発明に係る地磁気センサは、上述の磁気検出装置を用いる。
【発明の効果】
【００１４】
このような構成の磁気検出装置及び地磁気センサは、磁電変換素子の感度領域に磁束を集中させることができ、小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図２】磁電変換素子の構成を説明するための説明図である。
【図３】図１に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図４】図１に示す磁気検出装置の変形例を示す図である。
【図５】図１に示す磁気検出装置の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図７】図６に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図９】図８に示す磁気検出装置の製造方法を説明するための説明図である。
【図１０】図８に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図１２】図１１に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図１４】図１３に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態に係る磁気検出装置の構成の一例を示す図である。
【図１６】図１５に示す磁気検出装置による磁束の収束動作を説明するための説明図である。
【図１７】背景技術に係る磁気検出装置を示す説明図である。
【図１８】図１７に示す磁気検出装置の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１７】
また、本発明は磁電変換素子に磁気を収束させる構造に特徴を有するものであるから、磁電変換素子として半導体基板に形成可能な素子、例えば、以下の実施形態で説明する半導体ダイオード磁気センサの他、磁気トランジスタ、ＭＲ（MagnetoResistive）素子、ホール素子、磁気インピーダンス素子、あるいはフラックスゲート素子などが利用可能である。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気検出装置１の構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、磁気検出装置１の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図１に示す磁気検出装置１は、シリコン支持基板２上に埋込酸化膜３、ｐ型のＳＯＩ（Semiconductor On Insulator）層４、及び絶縁層９を積層したＳＯＩ基板５を有し、ＳＯＩ層４に磁電変換素子６が形成されている。また、磁電変換素子６の両端部には、配線１１が接続されている。
【００１９】
図２は、磁電変換素子６の構成を説明するための説明図である。磁電変換素子６は、ｐ＋型のアノード領域６１、ｎ＋型のカソード領域６２及びｐ型の高抵抗領域６３を有し、高抵抗領域６３の一方面には再結合層６４が、再結合層６４以外の面には非再結合領域６５が形成されており、ＳＯＩ層４の法線方向（以下Ｚ軸方向と呼ぶ）に対して磁気感度軸を有するように構成されている。図２に示す磁電変換素子６は、例えばＳＯＩ基板５の単結晶シリコン薄膜層に形成されたｐ−π−ｎダイオードの順方向二重注入を利用するものであって、二重注入キャリアである電子と正孔が磁界によるローレンツ力により曲げられ、再結合層６４側に曲げられると電流が減少し、非再結合領域６５に曲げられると電流が増加するという性質を利用して、印加磁界の向きと大きさによる電流変化を検出するものである。（例えば、特開２００２−１３４７５８号公報参照）。
【００２０】
図１に戻って、ＳＯＩ基板５における支持基板２側には、酸化膜の開口部などをマスクとしてシリコンの反応性エッチング、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching、反応性イオンエッチング）によって支持基板２を垂直に研削することで、その周壁部が支持基板２の表面と略垂直に形成されると共に、平坦な底部が磁電変換素子６に対向して形成されている。また、支持基板２の表面と凹部７の底部及び周壁部の表面とを覆うようにして第１の磁性膜に相当する磁性体部８が形成されている。そして、絶縁層９の表面には、少なくとも平面視において凹部７の底部を覆う大きさであって、磁気検出装置１のチップ面積並びに磁束集束効果から適切に設計された大きさの、概ね正方形の第２の磁性膜に相当する磁性体部１０が、少なくとも磁電変換素子６の形成領域とＺ軸方向において重なるように形成されている。
【００２１】
磁性体部８及び１０としては、例えばパーマロイやフェライトなどの高透磁率材料が用いられる。凹部７の底部は埋込酸化膜３まで達しており、図１（ａ）に示すように磁電変換素子６はその感度領域である高抵抗領域６３が平面視において凹部７の周壁部に重なるように形成され、従って、磁電変換素子６の感度領域は凹部７の周壁部の延長線と交わる位置に形成されている。
【００２２】
次に、上述のように構成された磁気検出装置１を、例えば地磁気などによる一定の磁界中に置いた時の磁束の変化について説明する。図３は、図１に示す磁気検出装置１による磁束の収束動作を説明するための断面図である。Ｚ軸方向の磁束は、シリコン支持基板２側の凹部７の周壁に形成された磁性体部８で集められ、磁性体部８を通って埋込酸化膜３の方向に向かい、埋込酸化膜３、ＳＯＩ層４、及び高抵抗領域６３を通過して磁性体部１０に到達する。この時、ＳＯＩ層４を通過する磁束は凹部７の底面部において均等ではなく、図３に破線で示すように凹部７の周壁部の延長線上に多くの磁束が通過する。
【００２３】
この場合、図１に示す磁気検出装置１は、支持基板２を垂直に研削することによって凹部７を形成するため凹部７における周壁部の形成位置の精度が向上するので、小型の磁電変換素子６の感度領域を凹部７の周壁部の延長線と交わる位置に形成することが容易である。そして、磁電変換素子６の感度領域が、凹部７の周壁部の延長線と交わる位置に形成されていることによって、最も磁束の集中する領域の磁束を検出することができるので、小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができ、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００２４】
また、図１に示す磁気検出装置１は、支持基板２に略垂直に凹部７を形成するので、図１７に示す背景技術に係る磁気検出装置１５０と比較して、図１（ｂ）に一点鎖線で示すテーパ状の広がりがなく、磁気検出装置１を小型化することができる。そして、凹部７を小型化できることから磁気検出装置１の機械的強度を向上することができる。
【００２５】
なお、図４に示す磁気検出装置１ａのように、磁電変換素子６ａとして、感度領域である高抵抗領域６３が平面視において長方形のものを用いて、その長手方向を凹部７の周壁部に形成された磁性体部８の辺に沿うように配列してもよい。磁束は凹部７の周壁部における磁性体部８内では略均一に分布するため、周壁部の磁性体部８に沿って長方形の感度領域を形成することで、磁電変換素子６ａを通る磁束を増大させて有効に磁束を検出することができ、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００２６】
また、図５に示す磁気検出装置１ｂのように、感度領域である高抵抗領域６３が長方形にされた磁電変換素子６ａを複数、例えば４個用いて、各磁電変換素子６ａの長手方向を凹部７の４辺の周壁部に形成された磁性体部８の辺にそれぞれ沿うように配列してもよい。なお、磁電変換素子６ａの数は４個に限定されない。また、複数の磁電変換素子６における感度領域が、それぞれ凹部７の周壁部の延長線と交わる位置に形成されていればよく、高抵抗領域６３が長方形でなくてもよい。
【００２７】
これにより、例えば図１７に示す背景技術に係る磁気検出装置１５０では、複数のホール素子１１５を用いるためには複数のエッチング溝１１９を形成する必要があるが、図５に示す磁気検出装置１ｂでは、凹部７を一つ形成することによって、その周壁部の延長線と交わる位置に複数の磁電変換素子６，６ａを形成することができるので、支持基板２上での磁気検出装置１ｂの専有面積を縮小することができ、例えばホイートストンブリッジのように複数の磁電変換素子６，６ａを用いる回路を小型化することが容易である。
【００２８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁気検出装置１ｃについて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る磁気検出装置１ｃの構成の一例を示す図である。図６（ａ）は、磁気検出装置１ｃの正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図６（ｃ）は図６（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図６に示す磁気検出装置１ｃと図１に示す磁気検出装置１とでは、下記の点で異なる。
【００２９】
すなわち、図６に示す磁気検出装置１ｃは、凹部７ａの周壁部が埋込酸化膜３内に食い込む形で延設されていて、かつ磁性体部８ａがその領域まで敷設され、その結果、図６（ｂ）に示すように、磁電変換素子６ａの感度領域が形成されている領域で磁性体部８と磁性体部１０の間隙が最も小さくなるように構成されている。
【００３０】
これにより、図７に示すように、磁電変換素子６ａの感度領域により効率的に磁束を収束させることができ、磁気検出装置１ｃによる磁気検出の感度を向上させることができる。
【００３１】
また、磁気検出装置１ｃは、図１に示す磁気検出装置１における凹部７を形成した後に、例えば支持基板２を斜めに傾けた状態でイオンミリング法などによって酸化膜エッチングを行うことにより、凹部７ａの周壁部を埋込酸化膜３に食い込む形で延設するように形成することが容易であり、さらに例えばスパッタによって磁性体部８ａを形成することにより、容易に磁気検出装置１ｃを形成することができる。
【００３２】
その他の構成は図１に示す磁気検出装置１と同様であるのでその説明を省略する。
【００３３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る磁気検出装置１ｄについて説明する。図８は、本発明の第３の実施形態に係る磁気検出装置１ｄの構成の一例を示す図である。図８（ａ）は、磁気検出装置１ｄの正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図８に示す磁気検出装置１ｄと図１に示す磁気検出装置１とでは、下記の点で異なる。すなわち、図８に示す磁気検出装置１ｄでは、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体部８ｂと、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体部８ｂとが分離されている。また、凹部７ｂの周壁部は、埋込酸化膜３の近傍において埋込酸化膜３に向かう方向に径が拡大するように形成されることにより、凹部７ｂの周壁部と底面部との接合部は、凹部７ｂの径の方向に切り欠き部１２（いわゆるノッチ）が形成されている。
【００３４】
その他の構成は図１に示す磁気検出装置１と同様であるのでその説明を省略し、図８に示す磁気検出装置１ｄにおける凹部７ｂ及び磁性体部８ｂの製造方法について説明する。図９は、磁気検出装置１ｄの製造方法を説明するための説明図である。
【００３５】
まず、図９（ａ）に示す第１工程において、ＳＯＩ基板５の支持基板２側から、例えば酸化膜の開口部などをマスクとして選択的に例えばＲＩＥによって支持基板２を垂直に、埋込酸化膜３に達するまで研削する。これによって、凹部７ｂの周壁部が、支持基板２の厚み方向に略垂直に形成されると共に、凹部７ｂの平坦な底面部が形成される。
【００３６】
次に、図９（ｂ）に示す第２工程において、例えばＲＩＥやＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチングによる垂直研削を、凹部７ｂの平坦な底面部が埋込酸化膜３に達した後、予め定められた所定の期間継続する。そうすると、埋込酸化膜３は研削されずに凹部７ｂの周壁部が、埋込酸化膜３の近傍において埋込酸化膜３に向かう方向に径が拡大するように研削され、凹部７ｂの周壁部と底面部との接合部に凹部７ｂの径の方向に切り欠き部１２が形成される。
【００３７】
次に、図９（ｃ）に示す第３工程において、例えばスパッタによって凹部７ｂの表面に磁性体膜を形成する。そうすると、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体膜と、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体膜とが切り欠き部１２によって自己整合的に分離される。
【００３８】
これにより、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体部８ｂと、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体部８ｂとが分離された磁気検出装置１ｄを容易に製造することができる。
【００３９】
そして、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体部８ｂと、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体部８ｂとが分離された磁気検出装置１ｄによれば、図１０に示すように、凹部７ｂの底面部に形成された磁性体部８ｂを通過する磁束が減少し、凹部７ｂの周壁部に形成された磁性体部８ｂから直接磁性体部１０方向に通過する磁束が増大する結果、磁電変換素子６ａの感度領域に収束する磁束が増大し、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００４０】
なお、図１、図４、図５、図６に示す磁気検出装置１,１ａ,１ｂ,１ｃにおいて、凹部７の周壁部に形成された磁性体膜と凹部７の底面部に形成された磁性体膜とが分離された構成としても良く、磁性体部８を凹部７の周壁部のみに備える構成としても良い。この場合、図８に示す磁気検出装置１ｄと同様の効果が得られる。
【００４１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る磁気検出装置１ｅについて説明する。図１１は、本発明の第４の実施形態に係る磁気検出装置１ｅの構成の一例を示す図である。図１１（ａ）は、磁気検出装置１ｄの正面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図１１に示す磁気検出装置１ｅと図８に示す磁気検出装置１ｄとでは、下記の点で異なる。すなわち、図１１に示す磁気検出装置１ｅでは、磁電変換素子６ａの感度領域である高抵抗領域６３と相対する位置において絶縁層９が、磁電変換素子６ａとの間に絶縁層を残して例えばエッチングにより研削され、底部の面積が磁電変換素子６ａにおける高抵抗領域６３の平面視での形状、面積と略同等にされた凹状の部分が形成されている。
【００４２】
そして、絶縁層９に形成された凹状の部分を磁性体で充填して磁性体部１０が形成されることにより、磁性体部１０には、磁電変換素子６ａにおける高抵抗領域６３に向かって凸状にされた凸部１３が形成されている。
【００４３】
これにより、図１２に示すように、磁性体部１０における凸部１３が磁電変換素子６ａにおける感度領域に近接するので、磁電変換素子６ａの感度領域を通過する磁束を増大させることができ、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００４４】
その他の構成は図８に示す磁気検出装置１ｄと同様であるのでその説明を省略する。
【００４５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る磁気検出装置１ｆについて説明する。図１３は、本発明の第５の実施形態に係る磁気検出装置１ｆの構成の一例を示す図である。図１３（ａ）は、磁気検出装置１ｆの正面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図１３に示す磁気検出装置１ｆと図１に示す磁気検出装置１とでは、下記の点で異なる。
【００４６】
すなわち、磁気検出装置１ｆにおける凹部７ｃは、その開口部から支持基板２の表面に対し略垂直に形成された周壁部分７１と、磁性体部１０と略平行に対向する平坦部７２及び平坦部７２から周壁部分７１に向かうに従って大径となる傾斜部分７３からなる底面部とを有する。平坦部７２は、埋込酸化膜３によって略平坦に形成されている。そして、このように構成された凹部７ｃの表面に、磁性体部８ｃが形成されている。
【００４７】
そして、埋込酸化膜３を夾んで平坦部７２と相対する位置に磁電変換素子６の感度領域である高抵抗領域６３が位置するように、磁電変換素子６が一つ、ＳＯＩ層４に形成されている。平坦部７２の形状及び面積は、磁電変換素子６の高抵抗領域６３の平面視における形状及び面積と略同等にされていることが望ましい。
【００４８】
これにより、図１４に示すように、周壁部分７１及び傾斜部分７３の表面に形成された磁性体部８ｃによって、磁電変換素子６ａにおける高抵抗領域６３に近接する平坦部７２に磁束が収束され、磁電変換素子６ａの感度領域を通過する磁束を増大させることができるので、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００４９】
また、図１３に示す凹部７ｃは、高抵抗領域６３の平面視における形状と略同等の開口窓を有するマスクを用いてシリコン支持基板２の表面から例えばドライエッチングによる垂直研削で凹部及び平坦部７２を形成した後、エッチング溶液としてＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）等を用いた異方性エッチング等によって、凹部の径を広げることにより、凹部７ｃを形成することが容易である。
【００５０】
この場合、平坦部７２は垂直エッチングによって形成されるため、支持基板２の厚み公差による平坦部７２の形状、面積のバラツキを低減することができる。これにより、平坦部７２の形状、面積を磁電変換素子６の高抵抗領域６３の平面視における形状及び面積と略同等にすることが容易となるので、小型の磁電変換素子に対する磁束の収束効率を向上させることができ、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００５１】
また、図１３に示す磁気検出装置１ｆは、支持基板２に略垂直な周壁部分７１を有するので、図１７に示す背景技術に係る磁気検出装置１５０と比較して、図１３（ｂ）に一点鎖線で示すテーパ状の広がりがなく、磁気検出装置１ｆを小型化することができる。そして、凹部７ｃを小型化できることから磁気検出装置１の機械的強度を向上することができる。
【００５２】
その他の構成は図１に示す磁気検出装置１と同様であるのでその説明を省略する。
【００５３】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係る磁気検出装置１ｇについて説明する。図１５は、本発明の第６の実施形態に係る磁気検出装置１ｇの構成の一例を示す図である。図１５（ａ）は、磁気検出装置１ｇの正面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＸ−Ｘ’断面図、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＹ−Ｙ’断面図である。図１５に示す磁気検出装置１ｆと図１３に示す磁気検出装置１ｇとでは、下記の点で異なる。
【００５４】
すなわち、磁気検出装置１ｇにおける凹部７ｄは、その開口部から支持基板２に対し略垂直に形成された周壁部分７１と、磁電変換素子６に向かって凸状のドーム形状にされた底部７４とを有する。そして、このように構成された凹部７ｄの表面に、磁性体部８ｄが形成されている。また、磁電変換素子６の高抵抗領域６３は、底部７４と磁性体部１０とが最も近接する凹部７ｄにおけるドームの頂点位置において、底部７４と磁性体部１０との間に形成されている。
【００５５】
これにより、図１６に示すように、周壁部分７１及び底部７４の表面に形成された磁性体部８ｄによって、底部７４における磁電変換素子６の高抵抗領域６３に最も近接するドームの頂点部分に磁束が収束され、磁電変換素子６の感度領域を通過する磁束を増大させることができるので、磁気検出の感度を向上させることができる。また、図１５に示す磁気検出装置１ｇにおける凹部７ｄは、図１３に示す磁気検出装置１ｆにおける凹部７ｃの周壁部分７１と傾斜部分７３との継ぎ目、及び傾斜部分７３と平坦部７２との継ぎ目のような角部を有さないため、角部から漏れる磁束を減少させ、磁電変換素子６の感度領域を通過する磁束を増大させることができるので、磁気検出の感度を向上させることができる。
【００５６】
また、図１５に示す凹部７ｄは、例えば支持基板２からＩＣＰエッチングによる垂直研削を行い、その研削の先端部が埋込酸化膜３に達したときに垂直研削を停止することによって、周壁部分７１とドーム状の底部７４とを有する凹部７ｄを容易に形成することができる。
【００５７】
また、図１５に示す磁気検出装置１ｇは、支持基板２に略垂直な周壁部分７１を有するので、図１７に示す背景技術に係る磁気検出装置１５０と比較して、図１５（ｂ）に一点鎖線で示すテーパ状の広がりがなく、磁気検出装置１ｇを小型化することができる。そして、凹部７ｄを小型化できることから磁気検出装置１ｇの機械的強度を向上することができる。
【００５８】
なお、図１、図４〜図６、図８、図１３、図１５に示す磁気検出装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｆ，１ｇのいずれにおいても図１１に示す磁気検出装置１ｅと同様に、磁電変換素子の感度領域と相対する位置において、当該高抵抗領域に向かって凸状にされた凸部１３を備える構成とすることができる。
【００５９】
また、図１、図４〜図６、図８、図１１、図１３、図１５に示す磁気検出装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇは、いずれも例えば電子コンパスやＧＰＳなどに使用され、地磁気を検出する地磁気センサ（方位センサ）として用いることができる。
【００６０】
この場合、地磁気センサを小型化することができる。また、磁気検出装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇは、シリコンウェハ上に構成することができるので、磁気検出装置によって検出された磁気から方位を取得するための制御回路や、アンプ等の回路などと同一のシリコン基板上に形成することができ、小型化が容易であると共に、センサ部と制御回路とが同一シリコン基板上に構成されることにより温度補正が容易となる。また、磁気検出装置１等の信号検出用のアンプを同一シリコン基板上に構成することにより、信号配線の配線長を短縮でき、外部からのノイズ耐性を向上させることができる。さらに、加速度センサなどの他のセンサを同一シリコン基板上に集積した複合センサを構成することも可能となる。
【００６１】
上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る磁気検出装置は、平板状の基板と、前記基板の一方面からその厚み方向に形成された凹部と、前記凹部内表面に形成された第１の磁性膜と、前記基板の一方面に対向する対向面に形成された第２の磁性膜と、前記第１及び第２の磁性膜の間に形成された磁電変換素子とを有する磁気検出装置であって、前記凹部は、その周壁が前記基板の一方面に対し略垂直に形成され、前記磁電変換素子の感度領域は、前記周壁の延長線と交わる位置に形成されていることを特徴としている。
【００６２】
また、上述の磁気検出装置は、前記第１の磁性膜は、前記凹部の周壁部に設けられた部分と底面部に設けられた部分とが分離していることを特徴としている。
【００６３】
そして、上述の磁気検出装置は、前記第１の磁性膜は、前記凹部の周壁部のみに設けられていることを特徴としている。
【００６４】
さらに、上述の磁気検出装置は、前記凹部の前記周壁部は底面部よりも前記基板内に延設されていることを特徴としている。
【００６５】
また、上述の磁気検出装置は、前記凹部の底面部は、前記対向面と略平行に対向する平坦部と、前記平坦部から前記周壁部に向かうに従って大径となる傾斜部分とを有し、前記磁電変換素子の感度領域は、前記周壁の延長線と交わる位置に形成される代わりに前記底面部と前記第２の磁性膜との間に形成されていることを特徴としている。
【００６６】
そして、上述の磁気検出装置は、前記凹部の底面部は、前記磁電変換素子に向かって凸状のドーム形状にされており、前記磁電変換素子の感度領域は、前記凹部の底面部と前記第２の磁性膜とが最も近接する位置に形成されていることを特徴としている。
【００６７】
さらに、上述の磁気検出装置は、前記第２の磁性膜は、前記磁電変換素子の感度領域に向かって凸状の部分を有することを特長としている。
【００６８】
また、本発明の第２の手段に係る地磁気センサは、上述の磁気検出装置を用いることを特徴としている。
【００６９】
そして、本発明の第３の手段に係る磁気検出装置の製造方法は、シリコン・オン・インシュレータ基板の一方面から垂直研削して凹部を形成する工程と、前記凹部を形成する工程において、研削した凹部の底面が前記シリコン・オン・インシュレータ基板の埋込酸化膜に到達した後も予め定められた所定の期間研削を継続することで、前記凹部の底面部を開口部より広くする工程と、前記凹部の表面に磁性膜を形成する工程と、を有することを特徴としている。
【符号の説明】
【００７０】
１,１ａ,１ｂ,１ｃ,１ｄ,１ｅ,１ｆ,１ｇ 磁気検出装置
２ 支持基板
３ 埋込酸化膜
４ ＳＯＩ層
５ ＳＯＩ基板
６，６ａ 磁電変換素子
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 凹部
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 磁性体部
９ 絶縁層
１０ 磁性体部
１１ 配線
１２ 切り欠き部
１３ 凸部
６３ 高抵抗領域
７１ 周壁部分
７２ 平坦部
７３ 傾斜部分
７４ 底部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の基板と、前記基板の一方面からその厚み方向に形成された凹部と、
前記凹部内表面に形成された第１の磁性膜と、
前記基板の一方面に対向する対向面に形成された第２の磁性膜と、
前記第１及び第２の磁性膜の間に形成された磁電変換素子とを有する磁気検出装置であって、
前記凹部は、その周壁が前記基板の一方面に対し垂直に形成され、
前記凹部の底面部は、前記対向面と対向する平坦部と、前記平坦部から前記周壁部に向かうに従って大径となる傾斜部分とを有し、
前記磁電変換素子の感度領域は、前記底面部と前記第２の磁性膜との間に形成されていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記凹部の底面部は、前記磁電変換素子に向かって凸状のドーム形状にされており、
前記磁電変換素子の感度領域は、前記凹部の底面部と前記第２の磁性膜とが最も近接する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記第２の磁性膜は、前記磁電変換素子の感度領域に向かって凸状の部分を有することを特長とする請求項１又は２記載の磁気検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３記載の磁気検出装置を用いることを特徴とする地磁気センサ。
【請求項１】
平板状の基板と、前記基板の一方面からその厚み方向に形成された凹部と、
前記凹部内表面に形成された第１の磁性膜と、
前記基板の一方面に対向する対向面に形成された第２の磁性膜と、
前記第１及び第２の磁性膜の間に形成された磁電変換素子とを有する磁気検出装置であって、
前記凹部は、その周壁が前記基板の一方面に対し垂直に形成され、
前記凹部の底面部は、前記対向面と対向する平坦部と、前記平坦部から前記周壁部に向かうに従って大径となる傾斜部分とを有し、
前記磁電変換素子の感度領域は、前記底面部と前記第２の磁性膜との間に形成されていることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】
前記凹部の底面部は、前記磁電変換素子に向かって凸状のドーム形状にされており、
前記磁電変換素子の感度領域は、前記凹部の底面部と前記第２の磁性膜とが最も近接する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記第２の磁性膜は、前記磁電変換素子の感度領域に向かって凸状の部分を有することを特長とする請求項１又は２記載の磁気検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３記載の磁気検出装置を用いることを特徴とする地磁気センサ。
【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１７】
【図１８】
【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１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２３７２１７（Ｐ２０１０−２３７２１７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２６９５６（Ｐ２０１０−１２６９５６）
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【分割の表示】特願２００４−２１８８０８（Ｐ２００４−２１８８０８）の分割
【原出願日】平成１６年７月２７日（２００４．７．２７）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【分割の表示】特願２００４−２１８８０８（Ｐ２００４−２１８８０８）の分割
【原出願日】平成１６年７月２７日（２００４．７．２７）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]