角度検出センサおよびその製造方法
【課題】１つの基板に設けた複数の磁気抵抗素子部のピン磁性層を異なる方向に着磁させる。
【解決手段】基板１０を用意し、基板１０の一面１３の上方に複数の磁気抵抗素子部２２を形成する。次に、基板１０において一面１３から他面１４までを貫通する貫通孔１５を形成する。続いて、基板１０の一面１３側と他面１４側とのいずれか一方から他方に貫通孔１５を介して電流が流れる直線状の電流供給ライン４０を形成する。ここで、電流供給ライン４０としてワイヤ４１を用いる。この後、ワイヤ４１に電流を流すことによってワイヤ４１の周囲にワイヤ４１を中心とした同心円状の磁界を発生させると共に、基板１０全体を加熱して磁場中アニールを行う。これにより、複数の磁気抵抗素子部２２を構成するピン磁性層２２ａの磁化の向きがそれぞれ同心円状の磁界の接線方向に向くように着磁を行う。
【解決手段】基板１０を用意し、基板１０の一面１３の上方に複数の磁気抵抗素子部２２を形成する。次に、基板１０において一面１３から他面１４までを貫通する貫通孔１５を形成する。続いて、基板１０の一面１３側と他面１４側とのいずれか一方から他方に貫通孔１５を介して電流が流れる直線状の電流供給ライン４０を形成する。ここで、電流供給ライン４０としてワイヤ４１を用いる。この後、ワイヤ４１に電流を流すことによってワイヤ４１の周囲にワイヤ４１を中心とした同心円状の磁界を発生させると共に、基板１０全体を加熱して磁場中アニールを行う。これにより、複数の磁気抵抗素子部２２を構成するピン磁性層２２ａの磁化の向きがそれぞれ同心円状の磁界の接線方向に向くように着磁を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度検出センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の技術として、フリー磁性層とピン磁性層とを有するＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistance；ＧＭＲ）やＴＭＲ素子（Tunneling Magneto Resistance；ＴＭＲ）を用いて物体の回転角を検出する磁気センサが知られている。これらの素子では１方向に固定されたピン磁性層の磁化方向と外部磁場に影響されるフリー磁性層の磁化方向との違いにより、素子の出力が変動することで角度を検出することができる。
【０００３】
通常、ピン磁性層の磁化方向は、磁場を印加しながら３００℃程度でアニールすることで決定される（例えば、特許文献１参照）。この場合、複数の素子を形成したウェハ全体に磁場を印加しつつ各ピン磁性層の着磁を行うので、ピン磁性層の磁化方向は１ウェハ内で全て同じ方向となる。このため、出力信号はｃｏｓ曲線またはｓｉｎ曲線のいずれか一方となり、１素子での３６０°検出はできない。
【０００４】
そこで、３６０°の検出を可能とするために２つのチップをピン磁性層の磁化の向きが９０°異なるように配置することで、ｃｏｓ曲線とｓｉｎ曲線とが得られる構造が必要となる。この構造を実現するため、従来では、上述のように１ウェハに同じ磁化方向のピン磁性層を持つ素子を複数形成し、ウェハを素子毎にチップ状に分割した後、ピン磁性層の磁化方向が互いに９０°となるように２つのチップをパッケージ化していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２９２１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、１枚のウェハに同じ磁化の向きのチップを多数形成するため、同じ磁化の向きのチップの数が多くなるために、コストアップに繋がるという問題があった。また、ピン磁性層の磁化方向が互いに９０°となるようにチップの向きを制御しなければならず、組み付け誤差によって回転の検出精度が低下する可能性があった。このため、１ウェハに多くの磁化方向を設ける、ピン磁性層多極化の技術が求められている。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、１つの基板に設けた複数の磁気抵抗素子部のピン磁性層を異なる方向に着磁させることができる角度検出センサの製造方法を提供することを第１の目的とする。また、この方法を実現するための構造を備えた角度検出センサを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１３）とこの一面（１３）の反対側の他面（１４）とを有する基板（１０）を備えている。また、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（２２ｃ）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（２２ａ）と、を有し、基板（１０）の一面（１３）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（２２）を備えている。
【０００９】
そして、複数の磁気抵抗素子部（２２）には基板（１０）の一面（１３）に平行な面方向においてピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きが異なるものが含まれており、複数の磁気抵抗素子部（２２）が外部の磁場の影響を受けたときの複数の磁気抵抗素子部（２２）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する角度検出センサの製造方法であって、以下の点を特徴としている。
【００１０】
まず、基板（１０）を用意する工程を行う。次に、基板（１０）の一面（１３）の上方に複数の磁気抵抗素子部（２２）を形成する素子部形成工程を行う。続いて、基板（１０）において一面（１３）から他面（１４）までを貫通する貫通孔（１５）を形成する貫通孔形成工程を行う。
【００１１】
そして基板（１０）の一面（１３）側と他面（１４）側とのいずれか一方から他方に貫通孔（１５）を介して電流が流れる直線状の電流供給ライン（４０）を形成する電流経路形成工程を行う。
【００１２】
この後、電流供給ライン（４０）に電流を流すことによって電流供給ライン（４０）の周囲に電流供給ライン（４０）を中心とした同心円状の磁界を発生させると共に、基板（１０）全体を加熱して磁場中アニールを行うことにより、複数の磁気抵抗素子部（２２）を構成するピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きがそれぞれ同心円状の磁界の接線方向に向くように着磁を行う着磁工程を行うことを特徴とする。
【００１３】
これによると、貫通孔（１５）の周囲に電流供給ライン（４０）を中心とした同心円状の磁界を形成することができるので、基板（１０）の一面（１３）における場所に応じて磁界の向きを異ならせることができる。このため、基板（１０）の一面（１３）の上方に複数の磁気抵抗素子部（２２）を形成したとしても、１回の着磁工程において各磁気抵抗素子部（２２）のピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きをそれぞれ異なる方向に着磁させることができる。したがって、ピン磁性層（２２ａ）の多極化を実現できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明のように、電流経路形成工程では、基板（１０）の貫通孔（１５）にワイヤ（４１）を通すことにより電流供給ライン（４０）を形成することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明のように、電流経路形成工程では、基板（１０）の貫通孔（１５）に金属棒（４２）を通すことにより電流供給ライン（４０）を形成することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、貫通孔形成工程では、貫通孔（１５）を形成した後、基板（１０）の貫通孔（１５）の表面に側壁酸化膜（１６）を形成する絶縁膜形成工程を含んでいることを特徴とする。
【００１７】
これによると、電流供給ライン（４０）が側壁酸化膜（１６）に接触したとしても基板（１０）に直接接触することがないので、電流供給ライン（４０）と基板（１０）とが導通してしまうことを防止することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明のように、貫通孔形成工程では、貫通孔（１５）を形成した後、基板（１０）の貫通孔（１５）の表面に側壁酸化膜（１６）を形成する絶縁膜形成工程を含んでいる。また、電流経路形成工程では、側壁酸化膜（１６）の上に貫通電極（１７）を形成することにより貫通孔（１５）を貫通電極（１７）で埋め込む電極形成工程と、貫通電極（１７）のうち基板（１０）の一面（１３）側の表面に第１ワイヤ（４３）を接合すると共に貫通電極（１７）のうち基板（１０）の他面（１４）側の表面に第２ワイヤ（４４）を接合するワイヤボンディング工程と、を含み、第１ワイヤ（４３）、貫通電極（１７）、および第２ワイヤ（４４）によって電流供給ライン（４０）を形成することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、一面（１３）とこの一面（１３）の反対側の他面（１４）とを有する基板（１０）と、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（２２ｃ）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（２２ａ）と、を有し、基板（１０）の一面（１３）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（２２）と、を備え、複数の磁気抵抗素子部（２２）には基板（１０）の一面（１３）に平行な面方向においてピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きが異なるものが含まれており、複数の磁気抵抗素子部（２２）が外部の磁場の影響を受けたときの複数の磁気抵抗素子部（２２）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する角度検出センサであって、以下の点を特徴としている。
【００２０】
すなわち、基板（１０）は、一面（１３）から他面（１４）までを貫通する貫通孔（１５）を有している。そして、複数の磁気抵抗素子部（２２）のピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きは、貫通孔（１５）を中心とした同心円の接線方向にそれぞれ向けられていることを特徴とする。
【００２１】
これによると、貫通孔（１５）に電流供給ライン（４０）を通すことができ、貫通孔（１５）を中心とした同心円状の磁界が形成されるようにすることができる。これにより、基板（１０）の一面（１３）における場所に応じて磁界の向きが異なるので、各磁気抵抗素子部（２２）のピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きをそれぞれ異なる方向に着磁させることができる。したがって、ピン磁性層（２２ａ）の多極化を実現できる。
【００２２】
請求項７に記載の発明のように、貫通孔（１５）の表面には側壁酸化膜（１６）が形成されている構造とすることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明のように、側壁酸化膜（１６）の上には、貫通孔（１５）を埋める貫通電極（１７）が形成されている構造とすることができる。
【００２４】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る角度検出センサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】図１に示される磁気抵抗素子部の断面図である。
【図３】図１および図２に示される角度検出センサの製造工程を示した図である。
【図４】図３に続く製造工程を示した図である。
【図５】図４に続く製造工程を示した図であり、特に電流経路形成工程を示した図である。
【図６】図５に続く製造工程を示した図であり、特に着磁工程を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る角度検出センサの製造工程の一部を示した図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る角度検出センサの製造工程の一部を示した図である。
【図９】図８に続く製造工程を示した図であり、特に着磁工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る角度検出センサは、例えば自動車用のエンジン回転数検出やハンドル回転角検出等に使用されるものである。
【００２８】
図１（ａ）は本実施形態に係る角度検出センサの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、角度検出センサは基板１０の上に２つのセンサ部２０を備えている。センサ部２０は、外部の磁場の影響を受けたときに抵抗値が変化する素子である。本実施形態に係るセンサ部２０は、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）として構成されている。
【００２９】
基板１０は、図１（ｂ）に示されるように、Ｓｉ等で形成された半導体基板１１と、この半導体基板１１の上に形成された絶縁膜１２と、を備えて構成されている。
【００３０】
また、基板１０は一面１３とこの一面１３の反対側の他面１４とを有している。上記のように基板１０は半導体基板１１と絶縁膜１２とで構成されているので、絶縁膜１２の表面が基板１０の一面１３に対応し、半導体基板１１のうち絶縁膜１２が形成された面とは反対側の面が基板１０の他面１４に対応する。
【００３１】
さらに、基板１０は、一面１３から他面１４までを貫通する貫通孔１５を有している。この貫通孔１５は、後述する各センサ部２０に対する着磁工程で用いられる孔である。
【００３２】
そして、センサ部２０は絶縁膜１２の上に複数形成されている。図１（ａ）に示されるように、本実施形態では、４個のセンサ部２０が貫通孔１５の周囲に配置されている。確センサ部２０は貫通孔１５を中心とした同心円上に等間隔で配置されている。
【００３３】
センサ部２０は、絶縁膜１２の上に設けられた下部電極２１と、下部電極２１の上に設けられた磁気抵抗素子部２２と、磁気抵抗素子部２２の上に設けられた上部電極２３と、を備えている。
【００３４】
図２は磁気抵抗素子部２２の断面図である。この図に示されるように、磁気抵抗素子部２２は、下部電極２１の上にピン磁性層２２ａ、トンネル層２２ｂ、フリー磁性層２２ｃが順に形成されてＴＭＲ素子が構成されたものである。
【００３５】
ピン磁性層２２ａはフリー磁性層２２ｃよりも絶縁膜１２側に位置すると共に磁化の向きが固定される強磁性金属層である。トンネル層２２ｂはトンネル効果によりフリー磁性層２２ｃからピン磁性層２２ａに電流を流すための絶縁層である。フリー磁性層２２ｃは、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化する強磁性金属層である。
【００３６】
このような構成の磁気抵抗素子部２２は基板１０の一面１３の上方に位置している。そして、基板１０の一面１３に平行な面方向において、各磁気抵抗素子部２２のピン磁性層２２ａの磁化の向きがそれぞれ異なっている。
【００３７】
具体的には、図１（ａ）におけるセンサ部２０の矢印の向きに示されるように、各磁気抵抗素子部２２のピン磁性層２２ａの磁化の向きは、貫通孔１５を中心とした同心円の接線方向にそれぞれ向けられている。このため、一つの磁気抵抗素子部２２では回転角度に応じて抵抗値が例えばｃｏｓ曲線の出力となり、他の一つの磁気抵抗素子部２２では回転角度に応じて抵抗値が例えばｓｉｎ曲線の出力となる。
【００３８】
なお、センサ部２０は、図１（ａ）に示されるように円形にレイアウトされている。このようにセンサ部２０の平面レイアウトを円形としているのは、磁化の特性が良くなるためである。完全な円形ではなく、楕円でも良い。もちろん、センサ部２０の平面レイアウトは円形や楕円に限らず、多角形でも良い。
【００３９】
また、基板１０の一面１３においてセンサ部２０の積層構造よりも外側には当該積層構造の側面に接するように絶縁膜３０が形成されている。この絶縁膜３０や上述の絶縁膜１２として、誘電率の高い熱酸化膜、ＣＶＤ酸化膜、ＣＶＤ窒化膜、ＴＥＯＳ酸化膜等の絶縁材料が用いられている。具体例として、絶縁膜１２、３０はＳｉＯ２やＳｉＮ等である。
【００４０】
下部電極２１は、当該下部電極２１に接続された図示しない下部電極用配線を介して絶縁膜１２の上に形成された図示しない下部電極用パッドに接続されている。下部電極用配線は、絶縁膜３０を貫通するように形成されている。下部電極用パッドは図示しない信号処理用のチップに接続されている。
【００４１】
また、上部電極２３は、当該上部電極２３に接続された図示しない上部電極用配線を介して絶縁膜１２の上に形成された図示しない上部電極用パッドに接続されている。上部電極用配線は、絶縁膜３０の上に形成されている。上部電極用パッドは図示しない信号処理用のチップに接続されている。
【００４２】
以上が、本実施形態に係る角度検出センサの全体構成である。次に、上記構成の角度検出センサの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３、図４、および図６（ａ）の各図は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する図であり、図５および図６（ｂ）は斜視図ある。
【００４３】
まず、図３（ａ）に示す工程では、半導体基板１１の上に例えば数μｍの厚さの絶縁膜１２を熱酸化やＣＶＤ法等で形成する。このようにして基板１０を用意する。
【００４４】
図３（ｂ）に示す工程では、下部電極２１となる金属層をスパッタ等で基板１０（絶縁膜１２）の一面１３に成膜する。そして、ウェット等でエッチングすることにより、下部電極２１を形成する。なお、下部電極２１となる金属層には、下部電極用配線の一部が残されるように、金属層のパターニングを行う。
【００４５】
図３（ｃ）に示す工程では、下部電極２１の上に磁気抵抗素子部２２となる各層をスパッタ等で順に成膜する。そして、ウェット等でエッチングすることにより、各下部電極２１の上に一対の磁気抵抗素子部２２を形成する（素子部形成工程）。
【００４６】
続いて、図４（ａ）に示す工程では、リフトオフの方法により絶縁膜１２の上に絶縁膜３０を形成する。これにより、絶縁膜３０が下部電極２１や磁気抵抗素子部２２の外周側の側面を覆う。なお、下部電極用配線の一部に繋がる図示しない孔部を絶縁膜３０に形成する。
【００４７】
そして、図４（ｂ）に示す工程では、絶縁膜３０に形成した図示しない孔部に金属材料を埋めると共に、各磁気抵抗素子部２２の上に上部電極２３となる金属層をスパッタ等で成膜する。また、当該金属層をウェット等でエッチングする。これにより、上部電極２３と、下部電極２１に接続された下部電極用配線と、上部電極２３に接続された上部電極用配線と、これらの配線にそれぞれ接続された下部電極用パッドおよび上部電極用パッドを形成する。こうして、基板１０上に４つのセンサ部２０を形成する。
【００４８】
図４（ｃ）に示す工程では、基板１０に貫通孔１５を形成する（貫通孔形成工程）。このため、基板１０を構成する半導体基板１１と絶縁膜１２をドライまたはウェット等でエッチングすることにより、基板１０を貫通する貫通孔１５を形成する。本実施形態では、基板１０の一面１３の中心位置に貫通孔１５を形成する。
【００４９】
この後、図５に示す工程では、基板１０の一面１３側と他面１４側とのいずれか一方から他方に貫通孔１５を介して電流が流れる直線状の電流供給ライン４０を形成する（電流経路形成工程）。本実施形態では、基板１０の貫通孔１５に金属のワイヤ４１を通すことにより電流供給ライン４０を形成する。ここで、基板１０の一面１３に対して垂直に配置されるようにワイヤ４１を貫通孔１５に通すことが望ましい。
【００５０】
なお、半導体基板１１は導電性材料であるので、半導体基板１１とワイヤ４１とが接触しないようにワイヤ４１を固定する。ワイヤ４１の固定は絶縁性の引っかけ部材に引っかけることや、他の基板等にワイヤボンディングすることにより行う。
【００５１】
そして、図６に示す工程では、各センサ部２０のピン磁性層２２ａの着磁を行う（着磁工程）。具体的には、図６（ａ）に示されるように、貫通孔１５にワイヤ４１を通した基板１０を恒温槽５０に配置して恒温槽５０内を３００℃前後に加熱し、電流供給ライン４０であるワイヤ４１に電流Ｉを流す。本実施形態では、基板１０の他面１４側から一面１３側に電流を流す。これにより、図６（ｂ）に示されるように、電流供給ライン４０の周囲に、アンペールの法則に従って電流供給ライン４０を中心とした同心円状の磁界Ｈを発生させることができる。なお、「同心円」とは、ワイヤ４１の長手方向に対して垂直な方向を径方向とする円のことを指す。
【００５２】
このように、基板１０全体を加熱して磁場中アニールを行うことにより、各磁気抵抗素子部２２を構成するピン磁性層２２ａの磁化の向きがそれぞれ同心円状の磁界Ｈの接線方向に向くように着磁を行うことができる。
【００５３】
この後、基板１０を恒温槽５０から取り出し、ワイヤ４１を貫通孔１５から引き抜くことで、１つの基板１０に形成した４つのセンサ部２０の各ピン磁性層２２ａをそれぞれ異なる方向に磁化させた角度検出センサが完成する。すなわち、一部の磁気抵抗素子部２２の出力はｃｏｓ曲線の抵抗値となり、他の一部の磁気抵抗素子部２２の出力はｓｉｎ曲線の抵抗値となる。
【００５４】
次に、角度検出センサが外部の磁場の影響を受けたときに物理量として回転角度を検出する方法について説明する。回転角度を検出するため、下部電極用パッドおよび上部電極用パッドを介して磁気抵抗素子部２２に電流を流す。
【００５５】
そして、例えば、図示しない磁石が磁気センサ装置の上方に配置され、この磁石がハンドル操作によって回転すると、フリー磁性層２２ｃが磁石から受ける磁界が変化する。すなわち、各磁気抵抗素子部２２が外部の磁場の影響を受けたことにより、各磁気抵抗素子部２２の抵抗値の変化に基づいて各磁気抵抗素子部２２に流れる電流の大きさつまり抵抗値が変化する。
【００５６】
ここで、一方の磁気抵抗素子部２２が出力するｃｏｓ曲線の抵抗値と、他方の磁気抵抗素子部２２が出力するｓｉｎ曲線の抵抗値と、をそれぞれ外部の演算用チップに取り出し、このチップでａｒｃＴａｎ演算する。これにより、−１８０°から＋１８０°まで、つまり３６０°の回転角度に応じて一定の傾きで変化する出力が得られる。したがって、出力の大きさに対応する磁石の回転角度を得ることができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態では、各センサ部２０のピン磁性層２２ａの磁化の向きをそれぞれ異なる方向に着磁するため、基板１０に貫通孔１５を設けてこの貫通孔１５にワイヤ４１を通して電流を流すことにより、ワイヤ４１の周囲に発生させた磁界Ｈにより各ピン磁性層２２ａの着磁を行うことが特徴となっている。
【００５８】
すなわち、電流供給ライン４０を中心とした同心円状の磁界Ｈを貫通孔１５の周囲に形成することができるので、基板１０の一面１３において場所の違いに応じて磁界Ｈの向きを異ならせることができる。したがって、基板１０の一面１３の上方に複数の磁気抵抗素子部２２を形成したとしても、１回の着磁工程において各磁気抵抗素子部２２のピン磁性層２２ａの磁化の向きをそれぞれ異なる方向に着磁させることができる。
【００５９】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。第１実施形態では、１つの基板１０に１つの角度検出センサを製造していた。しかしながら、チップウェハに角度検出センサとなる部分を複数形成し、まとめて着磁することもできる。
【００６０】
図７は、本実施形態に係る着磁工程を示した図である。この図に示されるように、チップウェハ６０に角度検出センサとなる部分を複数形成し、それぞれの角度検出センサに上述のように貫通孔１５を形成しておく。
【００６１】
そして、本実施形態では、図５に示す電流経路形成工程において、チップウェハ６０の各貫通孔１５に金属棒４２をそれぞれ通すことにより、各貫通孔１５に電流供給ライン４０をそれぞれ形成する。この金属棒４２は、チップウェハ６０に形成された各貫通孔１５にそれぞれ差し込まれるようになっており、例えば、剣山のようなものとして構成されている。
【００６２】
また、本実施形態では、一方の電流供給ライン４０が発生させる磁界Ｈと他方の電流供給ライン４０が発生させる磁界Ｈとが逆方向にならないように、隣り合う電流供給ライン４０の電流の向きが互いに逆方向に設定されている。これにより、一方に電流供給ライン４０から発生した磁界Ｈによって着磁が行われるピン磁性層２２ａが、他方の電流供給ライン４０から発生した逆向きの磁界Ｈによって影響を受けることはない。
【００６３】
以上のように、チップウェハ６０にまとめて角度検出センサを形成し、まとめて着磁を行うこともできる。なお、上記では金属棒４２を用いたが、第１実施形態と同様にワイヤ４１を用いても良い。
【００６４】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。上記第１、第２では、貫通孔１５にワイヤ４１または金属棒４２を通していたが、本実施形態では貫通孔１５に電極を埋め込み、この電極にワイヤボンディングを行うことにより電流供給ライン４０を形成することが特徴となっている。この製造工程について、図８および図９を参照して説明する。なお、図８および図９において、左欄は断面図を示し、右欄は斜視図を示している。
【００６５】
図８は、本実施形態に係る角度検出センサの製造工程の一部を示した図であり、上述の図４（ｃ）に続く製造工程を示した図である。したがって、まず、図３（ａ）に示す工程から図４（ｃ）に示す工程を順に行う。
【００６６】
そして、図４（ｃ）に示す工程の後、図８（ａ）に示す工程では、基板１０の貫通孔１５の表面に、例えば熱酸化の方法により側壁酸化膜１６を形成する（絶縁膜形成工程）。
【００６７】
次に、図８（ｂ）に示す工程では、側壁酸化膜１６の上に蒸着、スパッタ、めっき法等により貫通電極１７を形成することにより貫通孔１５を貫通電極１７で埋め込む（電極形成工程）。これにより、基板１０の一面１３側および他面１４側に貫通電極１７が露出した状態となる。
【００６８】
この後、図８（ｃ）に示す工程では、基板１０から露出した貫通電極１７にワイヤボンディングを行う（ワイヤボンディング工程）。具体的には、貫通電極１７のうち基板１０の一面１３側の表面に第１ワイヤ４３を接合すると共に貫通電極１７のうち基板１０の他面１４側の表面に第２ワイヤ４４を接合する。これにより、第１ワイヤ４３、貫通電極１７、および第２ワイヤ４４によって構成された電流供給ライン４０を形成する。
【００６９】
第１ワイヤ４３および第２ワイヤ４４については第１実施形態と同様に他の部材に固定し、基板１０の一面１３に対して垂直に延びるようにそれぞれ配置する。
【００７０】
続いて、図９に示す工程では、図６に示す工程と同様に、第１ワイヤ４３、貫通電極１７、および第２ワイヤ４４によって構成された電流供給ライン４０を形成した基板１０を恒温槽５０に配置して加熱し、電流供給ライン４０であるワイヤ４１に電流Ｉを流す。これにより、電流供給ライン４０の周囲に電流供給ライン４０を中心とした同心円状の磁界Ｈを発生させ、各ピン磁性層２２ａの着磁を行う。
【００７１】
この後、基板１０を恒温槽５０から取り出し、第１ワイヤ４３および第２ワイヤ４４を貫通電極１７から取り外す。こうして、１つの基板１０に形成した４つのセンサ部２０の各ピン磁性層２２ａをそれぞれ異なる方向に磁化させた角度検出センサが完成する。貫通電極１７は基板１０に残された状態となる。
【００７２】
以上のように、基板１０に貫通電極１７を設けて第１ワイヤ４３および第２ワイヤ４４を貫通電極１７に接合し、第１ワイヤ４３、第２ワイヤ４４、および貫通電極１７によって構成された電流供給ライン４０に電流Ｉを流すことによって磁界Ｈを発生させることもできる。
【００７３】
ここで、センサ部２０が設けられた基板１０の一面１３側のみに第１ワイヤ４３を設け、基板１０の他面１４側には第２ワイヤ４４ではなくパッドが設けられた別基板等を配置し、貫通電極１７のうち基板１０の他面１４側をこのパッドの上に配置することも考えられる。すなわち、別基板の上に基板１０を乗せて、貫通電極１７には第１ワイヤ４３のみ接合することが考えられる。しかし、電流供給ライン４０に流れる電流Ｉによって発生する磁界が別基板に干渉してしまい、基板１０の一面１３側に影響を及ぼす可能性がある。したがって、上述のように、電流供給ライン４０を基板１０の一面１３側と他面１４側との両方に位置させることにより安定した磁界を発生させることが好ましい。
【００７４】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された角度検出センサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、角度検出センサは車両に適用されるものとして説明したが、もちろん車両に限らず回転角度を検出するものとして広く利用できる。
【００７５】
上記各実施形態では磁気抵抗素子部２２をＴＭＲ素子として構成していたが、ＧＭＲ素子として構成しても良い。
【００７６】
上記各実施形態では、１つの角度検出センサに４つのセンサ部２０が設けられていたが、これは一例であり、センサ部２０の数は適宜設定できる。また、基板１０の構成も一例であり、半導体基板１１および絶縁膜１２以外の構成でも良い。
【００７７】
上記各実施形態では、絶縁膜３０は基板１０の一面１３においてセンサ部２０よりも外側に位置していたが、これは構造の一例であり、絶縁膜３０は基板１０の一面１３においてセンサ部２０よりも内側にも形成されていても良い。
【００７８】
第１実施形態では、電流供給ライン４０としてワイヤ４１を用いていたが、第２実施形態で示された金属棒４２を用いても良い。
【００７９】
第１実施形態では、基板１０に貫通孔１５を形成し、この貫通孔１５にワイヤ４１を直接通していたが、第３実施形態で示された側壁酸化膜１６を貫通孔１５の表面に形成しても良い。これは第２実施形態で示された金属棒４２を貫通孔１５に通す場合についても同様である。これにより、ワイヤ４１や金属棒４２と基板１０との絶縁を図ることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 基板
１３ 一面
１４ 他面
１５ 貫通孔
１６ 側壁酸化膜
１７ 貫通電極
２２ 磁気抵抗素子部
２２ａ ピン磁性層
２２ｃ フリー磁性層
４０ 電流供給ライン
４１ ワイヤ
４２ 金属棒
４３ 第１ワイヤ
４４ 第２ワイヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度検出センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既知の技術として、フリー磁性層とピン磁性層とを有するＧＭＲ素子（Giant Magneto Resistance；ＧＭＲ）やＴＭＲ素子（Tunneling Magneto Resistance；ＴＭＲ）を用いて物体の回転角を検出する磁気センサが知られている。これらの素子では１方向に固定されたピン磁性層の磁化方向と外部磁場に影響されるフリー磁性層の磁化方向との違いにより、素子の出力が変動することで角度を検出することができる。
【０００３】
通常、ピン磁性層の磁化方向は、磁場を印加しながら３００℃程度でアニールすることで決定される（例えば、特許文献１参照）。この場合、複数の素子を形成したウェハ全体に磁場を印加しつつ各ピン磁性層の着磁を行うので、ピン磁性層の磁化方向は１ウェハ内で全て同じ方向となる。このため、出力信号はｃｏｓ曲線またはｓｉｎ曲線のいずれか一方となり、１素子での３６０°検出はできない。
【０００４】
そこで、３６０°の検出を可能とするために２つのチップをピン磁性層の磁化の向きが９０°異なるように配置することで、ｃｏｓ曲線とｓｉｎ曲線とが得られる構造が必要となる。この構造を実現するため、従来では、上述のように１ウェハに同じ磁化方向のピン磁性層を持つ素子を複数形成し、ウェハを素子毎にチップ状に分割した後、ピン磁性層の磁化方向が互いに９０°となるように２つのチップをパッケージ化していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２９２１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、１枚のウェハに同じ磁化の向きのチップを多数形成するため、同じ磁化の向きのチップの数が多くなるために、コストアップに繋がるという問題があった。また、ピン磁性層の磁化方向が互いに９０°となるようにチップの向きを制御しなければならず、組み付け誤差によって回転の検出精度が低下する可能性があった。このため、１ウェハに多くの磁化方向を設ける、ピン磁性層多極化の技術が求められている。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、１つの基板に設けた複数の磁気抵抗素子部のピン磁性層を異なる方向に着磁させることができる角度検出センサの製造方法を提供することを第１の目的とする。また、この方法を実現するための構造を備えた角度検出センサを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１３）とこの一面（１３）の反対側の他面（１４）とを有する基板（１０）を備えている。また、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（２２ｃ）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（２２ａ）と、を有し、基板（１０）の一面（１３）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（２２）を備えている。
【０００９】
そして、複数の磁気抵抗素子部（２２）には基板（１０）の一面（１３）に平行な面方向においてピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きが異なるものが含まれており、複数の磁気抵抗素子部（２２）が外部の磁場の影響を受けたときの複数の磁気抵抗素子部（２２）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する角度検出センサの製造方法であって、以下の点を特徴としている。
【００１０】
まず、基板（１０）を用意する工程を行う。次に、基板（１０）の一面（１３）の上方に複数の磁気抵抗素子部（２２）を形成する素子部形成工程を行う。続いて、基板（１０）において一面（１３）から他面（１４）までを貫通する貫通孔（１５）を形成する貫通孔形成工程を行う。
【００１１】
そして基板（１０）の一面（１３）側と他面（１４）側とのいずれか一方から他方に貫通孔（１５）を介して電流が流れる直線状の電流供給ライン（４０）を形成する電流経路形成工程を行う。
【００１２】
この後、電流供給ライン（４０）に電流を流すことによって電流供給ライン（４０）の周囲に電流供給ライン（４０）を中心とした同心円状の磁界を発生させると共に、基板（１０）全体を加熱して磁場中アニールを行うことにより、複数の磁気抵抗素子部（２２）を構成するピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きがそれぞれ同心円状の磁界の接線方向に向くように着磁を行う着磁工程を行うことを特徴とする。
【００１３】
これによると、貫通孔（１５）の周囲に電流供給ライン（４０）を中心とした同心円状の磁界を形成することができるので、基板（１０）の一面（１３）における場所に応じて磁界の向きを異ならせることができる。このため、基板（１０）の一面（１３）の上方に複数の磁気抵抗素子部（２２）を形成したとしても、１回の着磁工程において各磁気抵抗素子部（２２）のピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きをそれぞれ異なる方向に着磁させることができる。したがって、ピン磁性層（２２ａ）の多極化を実現できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明のように、電流経路形成工程では、基板（１０）の貫通孔（１５）にワイヤ（４１）を通すことにより電流供給ライン（４０）を形成することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明のように、電流経路形成工程では、基板（１０）の貫通孔（１５）に金属棒（４２）を通すことにより電流供給ライン（４０）を形成することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、貫通孔形成工程では、貫通孔（１５）を形成した後、基板（１０）の貫通孔（１５）の表面に側壁酸化膜（１６）を形成する絶縁膜形成工程を含んでいることを特徴とする。
【００１７】
これによると、電流供給ライン（４０）が側壁酸化膜（１６）に接触したとしても基板（１０）に直接接触することがないので、電流供給ライン（４０）と基板（１０）とが導通してしまうことを防止することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明のように、貫通孔形成工程では、貫通孔（１５）を形成した後、基板（１０）の貫通孔（１５）の表面に側壁酸化膜（１６）を形成する絶縁膜形成工程を含んでいる。また、電流経路形成工程では、側壁酸化膜（１６）の上に貫通電極（１７）を形成することにより貫通孔（１５）を貫通電極（１７）で埋め込む電極形成工程と、貫通電極（１７）のうち基板（１０）の一面（１３）側の表面に第１ワイヤ（４３）を接合すると共に貫通電極（１７）のうち基板（１０）の他面（１４）側の表面に第２ワイヤ（４４）を接合するワイヤボンディング工程と、を含み、第１ワイヤ（４３）、貫通電極（１７）、および第２ワイヤ（４４）によって電流供給ライン（４０）を形成することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、一面（１３）とこの一面（１３）の反対側の他面（１４）とを有する基板（１０）と、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（２２ｃ）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（２２ａ）と、を有し、基板（１０）の一面（１３）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（２２）と、を備え、複数の磁気抵抗素子部（２２）には基板（１０）の一面（１３）に平行な面方向においてピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きが異なるものが含まれており、複数の磁気抵抗素子部（２２）が外部の磁場の影響を受けたときの複数の磁気抵抗素子部（２２）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する角度検出センサであって、以下の点を特徴としている。
【００２０】
すなわち、基板（１０）は、一面（１３）から他面（１４）までを貫通する貫通孔（１５）を有している。そして、複数の磁気抵抗素子部（２２）のピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きは、貫通孔（１５）を中心とした同心円の接線方向にそれぞれ向けられていることを特徴とする。
【００２１】
これによると、貫通孔（１５）に電流供給ライン（４０）を通すことができ、貫通孔（１５）を中心とした同心円状の磁界が形成されるようにすることができる。これにより、基板（１０）の一面（１３）における場所に応じて磁界の向きが異なるので、各磁気抵抗素子部（２２）のピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きをそれぞれ異なる方向に着磁させることができる。したがって、ピン磁性層（２２ａ）の多極化を実現できる。
【００２２】
請求項７に記載の発明のように、貫通孔（１５）の表面には側壁酸化膜（１６）が形成されている構造とすることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明のように、側壁酸化膜（１６）の上には、貫通孔（１５）を埋める貫通電極（１７）が形成されている構造とすることができる。
【００２４】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る角度検出センサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図２】図１に示される磁気抵抗素子部の断面図である。
【図３】図１および図２に示される角度検出センサの製造工程を示した図である。
【図４】図３に続く製造工程を示した図である。
【図５】図４に続く製造工程を示した図であり、特に電流経路形成工程を示した図である。
【図６】図５に続く製造工程を示した図であり、特に着磁工程を示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る角度検出センサの製造工程の一部を示した図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る角度検出センサの製造工程の一部を示した図である。
【図９】図８に続く製造工程を示した図であり、特に着磁工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る角度検出センサは、例えば自動車用のエンジン回転数検出やハンドル回転角検出等に使用されるものである。
【００２８】
図１（ａ）は本実施形態に係る角度検出センサの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、角度検出センサは基板１０の上に２つのセンサ部２０を備えている。センサ部２０は、外部の磁場の影響を受けたときに抵抗値が変化する素子である。本実施形態に係るセンサ部２０は、トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）として構成されている。
【００２９】
基板１０は、図１（ｂ）に示されるように、Ｓｉ等で形成された半導体基板１１と、この半導体基板１１の上に形成された絶縁膜１２と、を備えて構成されている。
【００３０】
また、基板１０は一面１３とこの一面１３の反対側の他面１４とを有している。上記のように基板１０は半導体基板１１と絶縁膜１２とで構成されているので、絶縁膜１２の表面が基板１０の一面１３に対応し、半導体基板１１のうち絶縁膜１２が形成された面とは反対側の面が基板１０の他面１４に対応する。
【００３１】
さらに、基板１０は、一面１３から他面１４までを貫通する貫通孔１５を有している。この貫通孔１５は、後述する各センサ部２０に対する着磁工程で用いられる孔である。
【００３２】
そして、センサ部２０は絶縁膜１２の上に複数形成されている。図１（ａ）に示されるように、本実施形態では、４個のセンサ部２０が貫通孔１５の周囲に配置されている。確センサ部２０は貫通孔１５を中心とした同心円上に等間隔で配置されている。
【００３３】
センサ部２０は、絶縁膜１２の上に設けられた下部電極２１と、下部電極２１の上に設けられた磁気抵抗素子部２２と、磁気抵抗素子部２２の上に設けられた上部電極２３と、を備えている。
【００３４】
図２は磁気抵抗素子部２２の断面図である。この図に示されるように、磁気抵抗素子部２２は、下部電極２１の上にピン磁性層２２ａ、トンネル層２２ｂ、フリー磁性層２２ｃが順に形成されてＴＭＲ素子が構成されたものである。
【００３５】
ピン磁性層２２ａはフリー磁性層２２ｃよりも絶縁膜１２側に位置すると共に磁化の向きが固定される強磁性金属層である。トンネル層２２ｂはトンネル効果によりフリー磁性層２２ｃからピン磁性層２２ａに電流を流すための絶縁層である。フリー磁性層２２ｃは、外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化する強磁性金属層である。
【００３６】
このような構成の磁気抵抗素子部２２は基板１０の一面１３の上方に位置している。そして、基板１０の一面１３に平行な面方向において、各磁気抵抗素子部２２のピン磁性層２２ａの磁化の向きがそれぞれ異なっている。
【００３７】
具体的には、図１（ａ）におけるセンサ部２０の矢印の向きに示されるように、各磁気抵抗素子部２２のピン磁性層２２ａの磁化の向きは、貫通孔１５を中心とした同心円の接線方向にそれぞれ向けられている。このため、一つの磁気抵抗素子部２２では回転角度に応じて抵抗値が例えばｃｏｓ曲線の出力となり、他の一つの磁気抵抗素子部２２では回転角度に応じて抵抗値が例えばｓｉｎ曲線の出力となる。
【００３８】
なお、センサ部２０は、図１（ａ）に示されるように円形にレイアウトされている。このようにセンサ部２０の平面レイアウトを円形としているのは、磁化の特性が良くなるためである。完全な円形ではなく、楕円でも良い。もちろん、センサ部２０の平面レイアウトは円形や楕円に限らず、多角形でも良い。
【００３９】
また、基板１０の一面１３においてセンサ部２０の積層構造よりも外側には当該積層構造の側面に接するように絶縁膜３０が形成されている。この絶縁膜３０や上述の絶縁膜１２として、誘電率の高い熱酸化膜、ＣＶＤ酸化膜、ＣＶＤ窒化膜、ＴＥＯＳ酸化膜等の絶縁材料が用いられている。具体例として、絶縁膜１２、３０はＳｉＯ２やＳｉＮ等である。
【００４０】
下部電極２１は、当該下部電極２１に接続された図示しない下部電極用配線を介して絶縁膜１２の上に形成された図示しない下部電極用パッドに接続されている。下部電極用配線は、絶縁膜３０を貫通するように形成されている。下部電極用パッドは図示しない信号処理用のチップに接続されている。
【００４１】
また、上部電極２３は、当該上部電極２３に接続された図示しない上部電極用配線を介して絶縁膜１２の上に形成された図示しない上部電極用パッドに接続されている。上部電極用配線は、絶縁膜３０の上に形成されている。上部電極用パッドは図示しない信号処理用のチップに接続されている。
【００４２】
以上が、本実施形態に係る角度検出センサの全体構成である。次に、上記構成の角度検出センサの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３、図４、および図６（ａ）の各図は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する図であり、図５および図６（ｂ）は斜視図ある。
【００４３】
まず、図３（ａ）に示す工程では、半導体基板１１の上に例えば数μｍの厚さの絶縁膜１２を熱酸化やＣＶＤ法等で形成する。このようにして基板１０を用意する。
【００４４】
図３（ｂ）に示す工程では、下部電極２１となる金属層をスパッタ等で基板１０（絶縁膜１２）の一面１３に成膜する。そして、ウェット等でエッチングすることにより、下部電極２１を形成する。なお、下部電極２１となる金属層には、下部電極用配線の一部が残されるように、金属層のパターニングを行う。
【００４５】
図３（ｃ）に示す工程では、下部電極２１の上に磁気抵抗素子部２２となる各層をスパッタ等で順に成膜する。そして、ウェット等でエッチングすることにより、各下部電極２１の上に一対の磁気抵抗素子部２２を形成する（素子部形成工程）。
【００４６】
続いて、図４（ａ）に示す工程では、リフトオフの方法により絶縁膜１２の上に絶縁膜３０を形成する。これにより、絶縁膜３０が下部電極２１や磁気抵抗素子部２２の外周側の側面を覆う。なお、下部電極用配線の一部に繋がる図示しない孔部を絶縁膜３０に形成する。
【００４７】
そして、図４（ｂ）に示す工程では、絶縁膜３０に形成した図示しない孔部に金属材料を埋めると共に、各磁気抵抗素子部２２の上に上部電極２３となる金属層をスパッタ等で成膜する。また、当該金属層をウェット等でエッチングする。これにより、上部電極２３と、下部電極２１に接続された下部電極用配線と、上部電極２３に接続された上部電極用配線と、これらの配線にそれぞれ接続された下部電極用パッドおよび上部電極用パッドを形成する。こうして、基板１０上に４つのセンサ部２０を形成する。
【００４８】
図４（ｃ）に示す工程では、基板１０に貫通孔１５を形成する（貫通孔形成工程）。このため、基板１０を構成する半導体基板１１と絶縁膜１２をドライまたはウェット等でエッチングすることにより、基板１０を貫通する貫通孔１５を形成する。本実施形態では、基板１０の一面１３の中心位置に貫通孔１５を形成する。
【００４９】
この後、図５に示す工程では、基板１０の一面１３側と他面１４側とのいずれか一方から他方に貫通孔１５を介して電流が流れる直線状の電流供給ライン４０を形成する（電流経路形成工程）。本実施形態では、基板１０の貫通孔１５に金属のワイヤ４１を通すことにより電流供給ライン４０を形成する。ここで、基板１０の一面１３に対して垂直に配置されるようにワイヤ４１を貫通孔１５に通すことが望ましい。
【００５０】
なお、半導体基板１１は導電性材料であるので、半導体基板１１とワイヤ４１とが接触しないようにワイヤ４１を固定する。ワイヤ４１の固定は絶縁性の引っかけ部材に引っかけることや、他の基板等にワイヤボンディングすることにより行う。
【００５１】
そして、図６に示す工程では、各センサ部２０のピン磁性層２２ａの着磁を行う（着磁工程）。具体的には、図６（ａ）に示されるように、貫通孔１５にワイヤ４１を通した基板１０を恒温槽５０に配置して恒温槽５０内を３００℃前後に加熱し、電流供給ライン４０であるワイヤ４１に電流Ｉを流す。本実施形態では、基板１０の他面１４側から一面１３側に電流を流す。これにより、図６（ｂ）に示されるように、電流供給ライン４０の周囲に、アンペールの法則に従って電流供給ライン４０を中心とした同心円状の磁界Ｈを発生させることができる。なお、「同心円」とは、ワイヤ４１の長手方向に対して垂直な方向を径方向とする円のことを指す。
【００５２】
このように、基板１０全体を加熱して磁場中アニールを行うことにより、各磁気抵抗素子部２２を構成するピン磁性層２２ａの磁化の向きがそれぞれ同心円状の磁界Ｈの接線方向に向くように着磁を行うことができる。
【００５３】
この後、基板１０を恒温槽５０から取り出し、ワイヤ４１を貫通孔１５から引き抜くことで、１つの基板１０に形成した４つのセンサ部２０の各ピン磁性層２２ａをそれぞれ異なる方向に磁化させた角度検出センサが完成する。すなわち、一部の磁気抵抗素子部２２の出力はｃｏｓ曲線の抵抗値となり、他の一部の磁気抵抗素子部２２の出力はｓｉｎ曲線の抵抗値となる。
【００５４】
次に、角度検出センサが外部の磁場の影響を受けたときに物理量として回転角度を検出する方法について説明する。回転角度を検出するため、下部電極用パッドおよび上部電極用パッドを介して磁気抵抗素子部２２に電流を流す。
【００５５】
そして、例えば、図示しない磁石が磁気センサ装置の上方に配置され、この磁石がハンドル操作によって回転すると、フリー磁性層２２ｃが磁石から受ける磁界が変化する。すなわち、各磁気抵抗素子部２２が外部の磁場の影響を受けたことにより、各磁気抵抗素子部２２の抵抗値の変化に基づいて各磁気抵抗素子部２２に流れる電流の大きさつまり抵抗値が変化する。
【００５６】
ここで、一方の磁気抵抗素子部２２が出力するｃｏｓ曲線の抵抗値と、他方の磁気抵抗素子部２２が出力するｓｉｎ曲線の抵抗値と、をそれぞれ外部の演算用チップに取り出し、このチップでａｒｃＴａｎ演算する。これにより、−１８０°から＋１８０°まで、つまり３６０°の回転角度に応じて一定の傾きで変化する出力が得られる。したがって、出力の大きさに対応する磁石の回転角度を得ることができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態では、各センサ部２０のピン磁性層２２ａの磁化の向きをそれぞれ異なる方向に着磁するため、基板１０に貫通孔１５を設けてこの貫通孔１５にワイヤ４１を通して電流を流すことにより、ワイヤ４１の周囲に発生させた磁界Ｈにより各ピン磁性層２２ａの着磁を行うことが特徴となっている。
【００５８】
すなわち、電流供給ライン４０を中心とした同心円状の磁界Ｈを貫通孔１５の周囲に形成することができるので、基板１０の一面１３において場所の違いに応じて磁界Ｈの向きを異ならせることができる。したがって、基板１０の一面１３の上方に複数の磁気抵抗素子部２２を形成したとしても、１回の着磁工程において各磁気抵抗素子部２２のピン磁性層２２ａの磁化の向きをそれぞれ異なる方向に着磁させることができる。
【００５９】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。第１実施形態では、１つの基板１０に１つの角度検出センサを製造していた。しかしながら、チップウェハに角度検出センサとなる部分を複数形成し、まとめて着磁することもできる。
【００６０】
図７は、本実施形態に係る着磁工程を示した図である。この図に示されるように、チップウェハ６０に角度検出センサとなる部分を複数形成し、それぞれの角度検出センサに上述のように貫通孔１５を形成しておく。
【００６１】
そして、本実施形態では、図５に示す電流経路形成工程において、チップウェハ６０の各貫通孔１５に金属棒４２をそれぞれ通すことにより、各貫通孔１５に電流供給ライン４０をそれぞれ形成する。この金属棒４２は、チップウェハ６０に形成された各貫通孔１５にそれぞれ差し込まれるようになっており、例えば、剣山のようなものとして構成されている。
【００６２】
また、本実施形態では、一方の電流供給ライン４０が発生させる磁界Ｈと他方の電流供給ライン４０が発生させる磁界Ｈとが逆方向にならないように、隣り合う電流供給ライン４０の電流の向きが互いに逆方向に設定されている。これにより、一方に電流供給ライン４０から発生した磁界Ｈによって着磁が行われるピン磁性層２２ａが、他方の電流供給ライン４０から発生した逆向きの磁界Ｈによって影響を受けることはない。
【００６３】
以上のように、チップウェハ６０にまとめて角度検出センサを形成し、まとめて着磁を行うこともできる。なお、上記では金属棒４２を用いたが、第１実施形態と同様にワイヤ４１を用いても良い。
【００６４】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。上記第１、第２では、貫通孔１５にワイヤ４１または金属棒４２を通していたが、本実施形態では貫通孔１５に電極を埋め込み、この電極にワイヤボンディングを行うことにより電流供給ライン４０を形成することが特徴となっている。この製造工程について、図８および図９を参照して説明する。なお、図８および図９において、左欄は断面図を示し、右欄は斜視図を示している。
【００６５】
図８は、本実施形態に係る角度検出センサの製造工程の一部を示した図であり、上述の図４（ｃ）に続く製造工程を示した図である。したがって、まず、図３（ａ）に示す工程から図４（ｃ）に示す工程を順に行う。
【００６６】
そして、図４（ｃ）に示す工程の後、図８（ａ）に示す工程では、基板１０の貫通孔１５の表面に、例えば熱酸化の方法により側壁酸化膜１６を形成する（絶縁膜形成工程）。
【００６７】
次に、図８（ｂ）に示す工程では、側壁酸化膜１６の上に蒸着、スパッタ、めっき法等により貫通電極１７を形成することにより貫通孔１５を貫通電極１７で埋め込む（電極形成工程）。これにより、基板１０の一面１３側および他面１４側に貫通電極１７が露出した状態となる。
【００６８】
この後、図８（ｃ）に示す工程では、基板１０から露出した貫通電極１７にワイヤボンディングを行う（ワイヤボンディング工程）。具体的には、貫通電極１７のうち基板１０の一面１３側の表面に第１ワイヤ４３を接合すると共に貫通電極１７のうち基板１０の他面１４側の表面に第２ワイヤ４４を接合する。これにより、第１ワイヤ４３、貫通電極１７、および第２ワイヤ４４によって構成された電流供給ライン４０を形成する。
【００６９】
第１ワイヤ４３および第２ワイヤ４４については第１実施形態と同様に他の部材に固定し、基板１０の一面１３に対して垂直に延びるようにそれぞれ配置する。
【００７０】
続いて、図９に示す工程では、図６に示す工程と同様に、第１ワイヤ４３、貫通電極１７、および第２ワイヤ４４によって構成された電流供給ライン４０を形成した基板１０を恒温槽５０に配置して加熱し、電流供給ライン４０であるワイヤ４１に電流Ｉを流す。これにより、電流供給ライン４０の周囲に電流供給ライン４０を中心とした同心円状の磁界Ｈを発生させ、各ピン磁性層２２ａの着磁を行う。
【００７１】
この後、基板１０を恒温槽５０から取り出し、第１ワイヤ４３および第２ワイヤ４４を貫通電極１７から取り外す。こうして、１つの基板１０に形成した４つのセンサ部２０の各ピン磁性層２２ａをそれぞれ異なる方向に磁化させた角度検出センサが完成する。貫通電極１７は基板１０に残された状態となる。
【００７２】
以上のように、基板１０に貫通電極１７を設けて第１ワイヤ４３および第２ワイヤ４４を貫通電極１７に接合し、第１ワイヤ４３、第２ワイヤ４４、および貫通電極１７によって構成された電流供給ライン４０に電流Ｉを流すことによって磁界Ｈを発生させることもできる。
【００７３】
ここで、センサ部２０が設けられた基板１０の一面１３側のみに第１ワイヤ４３を設け、基板１０の他面１４側には第２ワイヤ４４ではなくパッドが設けられた別基板等を配置し、貫通電極１７のうち基板１０の他面１４側をこのパッドの上に配置することも考えられる。すなわち、別基板の上に基板１０を乗せて、貫通電極１７には第１ワイヤ４３のみ接合することが考えられる。しかし、電流供給ライン４０に流れる電流Ｉによって発生する磁界が別基板に干渉してしまい、基板１０の一面１３側に影響を及ぼす可能性がある。したがって、上述のように、電流供給ライン４０を基板１０の一面１３側と他面１４側との両方に位置させることにより安定した磁界を発生させることが好ましい。
【００７４】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された角度検出センサの構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、角度検出センサは車両に適用されるものとして説明したが、もちろん車両に限らず回転角度を検出するものとして広く利用できる。
【００７５】
上記各実施形態では磁気抵抗素子部２２をＴＭＲ素子として構成していたが、ＧＭＲ素子として構成しても良い。
【００７６】
上記各実施形態では、１つの角度検出センサに４つのセンサ部２０が設けられていたが、これは一例であり、センサ部２０の数は適宜設定できる。また、基板１０の構成も一例であり、半導体基板１１および絶縁膜１２以外の構成でも良い。
【００７７】
上記各実施形態では、絶縁膜３０は基板１０の一面１３においてセンサ部２０よりも外側に位置していたが、これは構造の一例であり、絶縁膜３０は基板１０の一面１３においてセンサ部２０よりも内側にも形成されていても良い。
【００７８】
第１実施形態では、電流供給ライン４０としてワイヤ４１を用いていたが、第２実施形態で示された金属棒４２を用いても良い。
【００７９】
第１実施形態では、基板１０に貫通孔１５を形成し、この貫通孔１５にワイヤ４１を直接通していたが、第３実施形態で示された側壁酸化膜１６を貫通孔１５の表面に形成しても良い。これは第２実施形態で示された金属棒４２を貫通孔１５に通す場合についても同様である。これにより、ワイヤ４１や金属棒４２と基板１０との絶縁を図ることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 基板
１３ 一面
１４ 他面
１５ 貫通孔
１６ 側壁酸化膜
１７ 貫通電極
２２ 磁気抵抗素子部
２２ａ ピン磁性層
２２ｃ フリー磁性層
４０ 電流供給ライン
４１ ワイヤ
４２ 金属棒
４３ 第１ワイヤ
４４ 第２ワイヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１３）とこの一面（１３）の反対側の他面（１４）とを有する基板（１０）と、
外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（２２ｃ）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（２２ａ）と、を有し、前記基板（１０）の一面（１３）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（２２）と、を備え、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）には前記基板（１０）の一面（１３）に平行な面方向において前記ピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きが異なるものが含まれており、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）が外部の磁場の影響を受けたときの前記複数の磁気抵抗素子部（２２）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する角度検出センサの製造方法であって、
前記基板（１０）を用意する工程と、
前記基板（１０）の一面（１３）の上方に前記複数の磁気抵抗素子部（２２）を形成する素子部形成工程と、
前記基板（１０）において前記一面（１３）から前記他面（１４）までを貫通する貫通孔（１５）を形成する貫通孔形成工程と、
前記基板（１０）の一面（１３）側と他面（１４）側とのいずれか一方から他方に前記貫通孔（１５）を介して電流が流れる直線状の電流供給ライン（４０）を形成する電流経路形成工程と、
前記電流供給ライン（４０）に電流を流すことによって前記電流供給ライン（４０）の周囲に前記電流供給ライン（４０）を中心とした同心円状の磁界を発生させると共に、前記基板（１０）全体を加熱して磁場中アニールを行うことにより、前記複数の磁気抵抗素子部（２２）を構成するピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きがそれぞれ前記同心円状の磁界の接線方向に向くように着磁を行う着磁工程と、
を含んでいることを特徴とする角度検出センサの製造方法。
【請求項２】
前記電流経路形成工程では、前記基板（１０）の貫通孔（１５）にワイヤ（４１）を通すことにより前記電流供給ライン（４０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の角度検出センサの製造方法。
【請求項３】
前記電流経路形成工程では、前記基板（１０）の貫通孔（１５）に金属棒（４２）を通すことにより前記電流供給ライン（４０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の角度検出センサの製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔形成工程では、前記貫通孔（１５）を形成した後、前記基板（１０）の貫通孔（１５）の表面に側壁酸化膜（１６）を形成する絶縁膜形成工程を含んでいることを特徴とする請求項２また３に記載の角度検出センサの製造方法。
【請求項５】
前記貫通孔形成工程では、前記貫通孔（１５）を形成した後、前記基板（１０）の貫通孔（１５）の表面に側壁酸化膜（１６）を形成する絶縁膜形成工程を含んでおり、
前記電流経路形成工程では、前記側壁酸化膜（１６）の上に貫通電極（１７）を形成することにより前記貫通孔（１５）を前記貫通電極（１７）で埋め込む電極形成工程と、前記貫通電極（１７）のうち前記基板（１０）の一面（１３）側の表面に第１ワイヤ（４３）を接合すると共に前記貫通電極（１７）のうち前記基板（１０）の他面（１４）側の表面に第２ワイヤ（４４）を接合するワイヤボンディング工程と、を含み、前記第１ワイヤ（４３）、前記貫通電極（１７）、および前記第２ワイヤ（４４）によって前記電流供給ライン（４０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の角度検出センサの製造方法。
【請求項６】
一面（１３）とこの一面（１３）の反対側の他面（１４）とを有する基板（１０）と、
外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（２２ｃ）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（２２ａ）と、を有し、前記基板（１０）の一面（１３）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（２２）と、を備え、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）には前記基板（１０）の一面（１３）に平行な面方向において前記ピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きが異なるものが含まれており、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）が外部の磁場の影響を受けたときの前記複数の磁気抵抗素子部（２２）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する角度検出センサであって、
前記基板（１０）は、前記一面（１３）から前記他面（１４）までを貫通する貫通孔（１５）を有し、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）のピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きは、前記貫通孔（１５）を中心とした同心円の接線方向にそれぞれ向けられていることを特徴とする角度検出センサ。
【請求項７】
前記貫通孔（１５）の表面には側壁酸化膜（１６）が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の角度検出センサ。
【請求項８】
前記側壁酸化膜（１６）の上には、前記貫通孔（１５）を埋める貫通電極（１７）が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の角度検出センサ。
【請求項１】
一面（１３）とこの一面（１３）の反対側の他面（１４）とを有する基板（１０）と、
外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（２２ｃ）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（２２ａ）と、を有し、前記基板（１０）の一面（１３）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（２２）と、を備え、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）には前記基板（１０）の一面（１３）に平行な面方向において前記ピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きが異なるものが含まれており、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）が外部の磁場の影響を受けたときの前記複数の磁気抵抗素子部（２２）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する角度検出センサの製造方法であって、
前記基板（１０）を用意する工程と、
前記基板（１０）の一面（１３）の上方に前記複数の磁気抵抗素子部（２２）を形成する素子部形成工程と、
前記基板（１０）において前記一面（１３）から前記他面（１４）までを貫通する貫通孔（１５）を形成する貫通孔形成工程と、
前記基板（１０）の一面（１３）側と他面（１４）側とのいずれか一方から他方に前記貫通孔（１５）を介して電流が流れる直線状の電流供給ライン（４０）を形成する電流経路形成工程と、
前記電流供給ライン（４０）に電流を流すことによって前記電流供給ライン（４０）の周囲に前記電流供給ライン（４０）を中心とした同心円状の磁界を発生させると共に、前記基板（１０）全体を加熱して磁場中アニールを行うことにより、前記複数の磁気抵抗素子部（２２）を構成するピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きがそれぞれ前記同心円状の磁界の接線方向に向くように着磁を行う着磁工程と、
を含んでいることを特徴とする角度検出センサの製造方法。
【請求項２】
前記電流経路形成工程では、前記基板（１０）の貫通孔（１５）にワイヤ（４１）を通すことにより前記電流供給ライン（４０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の角度検出センサの製造方法。
【請求項３】
前記電流経路形成工程では、前記基板（１０）の貫通孔（１５）に金属棒（４２）を通すことにより前記電流供給ライン（４０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の角度検出センサの製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔形成工程では、前記貫通孔（１５）を形成した後、前記基板（１０）の貫通孔（１５）の表面に側壁酸化膜（１６）を形成する絶縁膜形成工程を含んでいることを特徴とする請求項２また３に記載の角度検出センサの製造方法。
【請求項５】
前記貫通孔形成工程では、前記貫通孔（１５）を形成した後、前記基板（１０）の貫通孔（１５）の表面に側壁酸化膜（１６）を形成する絶縁膜形成工程を含んでおり、
前記電流経路形成工程では、前記側壁酸化膜（１６）の上に貫通電極（１７）を形成することにより前記貫通孔（１５）を前記貫通電極（１７）で埋め込む電極形成工程と、前記貫通電極（１７）のうち前記基板（１０）の一面（１３）側の表面に第１ワイヤ（４３）を接合すると共に前記貫通電極（１７）のうち前記基板（１０）の他面（１４）側の表面に第２ワイヤ（４４）を接合するワイヤボンディング工程と、を含み、前記第１ワイヤ（４３）、前記貫通電極（１７）、および前記第２ワイヤ（４４）によって前記電流供給ライン（４０）を形成することを特徴とする請求項１に記載の角度検出センサの製造方法。
【請求項６】
一面（１３）とこの一面（１３）の反対側の他面（１４）とを有する基板（１０）と、
外部の磁場の影響を受けて磁化の向きが変化するフリー磁性層（２２ｃ）と、磁化の向きが固定されたピン磁性層（２２ａ）と、を有し、前記基板（１０）の一面（１３）の上方に形成された複数の磁気抵抗素子部（２２）と、を備え、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）には前記基板（１０）の一面（１３）に平行な面方向において前記ピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きが異なるものが含まれており、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）が外部の磁場の影響を受けたときの前記複数の磁気抵抗素子部（２２）の抵抗値の変化に基づいて物理量を検出する角度検出センサであって、
前記基板（１０）は、前記一面（１３）から前記他面（１４）までを貫通する貫通孔（１５）を有し、
前記複数の磁気抵抗素子部（２２）のピン磁性層（２２ａ）の磁化の向きは、前記貫通孔（１５）を中心とした同心円の接線方向にそれぞれ向けられていることを特徴とする角度検出センサ。
【請求項７】
前記貫通孔（１５）の表面には側壁酸化膜（１６）が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の角度検出センサ。
【請求項８】
前記側壁酸化膜（１６）の上には、前記貫通孔（１５）を埋める貫通電極（１７）が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の角度検出センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６８５１１（Ｐ２０１３−６８５１１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７１６６（Ｐ２０１１−２０７１６６）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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