JP2010008357A - 磁気センサ - Google Patents

Abstract

【課題】平面領域を有効活用して外部磁界の検知感度の向上を図る。
【解決手段】基板の上に、外部磁界Ｊ１により磁気特性が変化する磁性体膜と前記磁性体膜にバイアス磁界を印加するコイルとを、絶縁体を介して重なるように配し、前記コイルは、逆スパイラルの第１コイル部および第２コイル部からなり、前記第１コイル部と前記第２コイル部は、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が誘起電圧出力端をなしており、前記磁性体膜は、前記第１コイル部の内周端近傍および前記第２コイル部の内周端近傍を通る直線に沿って、前記第１コイル部と前記第２コイル部の内周端近傍間に位置する第１領域ｅ１からその外側に位置する第２領域ｅ２１，ｅ２２まで延設され、ｅ２１，ｅ２２に通電領域を有し、前記コイルは、その長手方向に沿って生じる前記誘起電圧Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２が、ｅ１およびｅ２１，ｅ２２において同じ向きである。
【選択図】図２

Description

本発明は、微小な磁界を高精度に検知する磁気センサに関し、特にフラックスゲートセンサや高周波キャリア型センサとして使用される磁気センサに関する。

微弱な外部磁界を高精度に検知する磁気センサとして、磁気インピーダンス素子（磁性体膜）を用いたものがある。しかし、磁気インピーダンス素子は、ゼロ磁界付近では感度を持たないため、素子近傍に配置したコイルによってバイアス磁界を印加して高周波キャリア型センサとして使用するか、あるいは素子近傍にコイルを配置してフラックスゲートセンサとして使用する必要がある。

近年は、モバイル機器に搭載するために、磁気センサの薄型化・小型化の要求が強く、例えば磁性体膜と平面コイルとで構成された薄型かつ小型の磁気センサが提案されている（例えば特許文献１，２参照）。

図６および図７は、それぞれ従来の磁気センサの一例を示す図である。図６において、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）においてのＳ１１−Ｓ１１間の断面図である。同様に、図７において、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）においてのＳ１２−Ｓ１２間の断面図である。

図６に示すように、従来の磁気センサ１００は、基板１００Ａと、絶縁体１００Ｂと、磁性体膜１１１（１１１ａ，１１１ｂ）と、磁性体膜の接続配線１１２（１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ）と、磁性体膜の電極パッド１１３（１１３ａ，１１３ｂ）と、コイル１１４（１１４ａ，１１４ｂ）と、コイルの接続配線１１５（１１５ａ，１１５ｂ）と、コイルの電極パッド１１６（１１６ａ，１１６ｂ）とを備えて構成されている（例えば特許文献１参照）。

また、図７に示すように、従来の磁気センサ２００は、基板２００Ａと、絶縁体２００Ｂと、磁性体膜２１１（２１１ａ，２１１ｂ）と、磁性体膜の接続配線２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ）と、磁性体膜の電極パッド２１３（２１３ａ，２１３ｂ）と、コイル２１４（２１４ａ，２１４ｂ）と、コイルの接続配線２１５（２１５ａ，２１５ｂ）と、コイルの電極パッド２１６（２１６ａ，２１６ｂ）とを備えて構成されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００３−００４８３１号公報 特開２００６−２０１１２３号公報

しかしながら、図６に示す従来の磁気センサ１００では、磁性体膜１１１が、逆スパイラルのコイル部１１４ａ，１１４ｂからなるコイル１１４の内周端近傍間領域（コイル中心間領域）ｅ１のみに設けられているため、このコイル中心間領域ｅ１の外側領域ｅ２１，ｅ２２が無駄になっていた。

一方、図７に示す従来の磁気センサ２００では、磁性体膜２１１はコイル中心間領域ｅ１のみならず、外側領域ｅ２１，ｅ２２まで延びて、コイル２１４の全域にわたって設けられている。しかし、磁性体膜２１１ａ，２１１ｂは、コイル部２１４ｂの内周端近傍において、それぞれ配線２１２ａ，２１２ｂによって電極パッド２１３ａ，２１３ｂに接続されるとともに、コイル部２１４ａの内周端近傍において、配線２１２ｃによって互いに接続されている。従って、磁気センサ２００において、外側領域ｅ２１，ｅ２２に配置された磁性体膜部分は通電領域ではないので、外側領域ｅ２１，ｅ２２を有効に使用しているとは言い難い。従来の磁気センサ２００において通電領域をコイル中心間領域ｅ１から外側領域ｅ２１，ｅ２２にまで広げた場合には、以下の問題が発生し、外部磁界の検知感度を高めることの障害となる（例えば、特許文献２の段落［０００９］および図１３参照）。

（誘導コイルの場合）
図８は磁性体膜２１１の通電領域を広げた磁気センサ２００をフラックスゲートセンサとして使用した場合の従来の問題を説明する平面模式図である。通電領域を広げた磁気センサ２００において、コイル２１４を誘導コイルとして用い、電極パッド２１６ａ，２１６ｂを磁気検知（誘起電圧）出力端子とし、電極パッド２１３ａを信号入力端子、電極パッド２１３ｂをＧＮＤ端子とする。

電極パッド２１３から磁性体膜２１１に高周波信号またはパルス信号を通電し、そのときに例えば図８中の矢印Ｊ１の向きの外部磁界が存在すると、磁性体膜２１１は、広げた通電領域において、図８中の矢印Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２２の向きに磁界変化を生じる。これにより、コイル２１４は、磁性体膜２１１の上層に位置しているので、コイル中心間領域ｅ１では図８中の矢印Ｈ１１，Ｈ１２の向きに誘起電圧を発生し、外側領域ｅ２１，ｅ２２では図８中の矢印Ｈ２１，Ｈ２２の向きに誘起電圧を発生する。

このように、フラックスゲートセンサとして使用する場合には、磁性体膜２１１の磁気特性変化によりコイル２１４に誘起される電圧は、コイル中心間領域ｅ１においての向き（符号）Ｈ１１，Ｈ１２と、その外側領域ｅ２１，ｅ２２においての向き（符号）Ｈ２１，Ｈ２２とが逆になる。このため、誘起電圧を大きくすることができず、かえって外部磁界の検知感度が低下してしまう。

（バイアスコイルの場合）
図９は磁性体膜２１１の通電領域を広げた磁気センサ２００を高周波キャリア型センサとして使用した場合の従来の問題を説明する平面模式図である。通電領域を広げた磁気センサ２００において、コイル２１４をバイアスコイルとして用い、電極パッド２１３ａ，２１３ｂを磁気検知出力端子とし、電極パッド２１６ｂをＧＮＤ端子とし、電極パッド２１６ａを電圧入力端子とする。

コイル２１４に電圧を印加すると、図９中の矢印Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２の向きにコイル電流が流れ、コイル２１４はバイアス磁界を発生する。これにより、磁性体膜２１１ａ，２１１ｂは、コイル２１４の下層に位置するので、コイル中心間領域ｅ１では図９中の矢印Ｆ１１，Ｆ１２の向きにコイル２１４からの上記バイアス磁界を受け、外側領域ｅ２１，ｅ２２では図９中の矢印Ｆ２１，Ｆ２２の向きにコイル２１４からの上記バイアス磁界を受ける。

このように、高周波キャリア型センサとして使用した場合には、磁性体膜２１１から見て、コイル中心間領域ｅ１でのコイル通電の向きＥ１１，Ｅ１２と、この外側領域ｅ２１，ｅ２２でのコイル通電の向きＥ２１，Ｅ２２とが逆向きになる。このため、バイアス磁界印加のためにコイル２１４に通電すると、コイル中心間領域ｅ１において磁性体膜２１１が受けるバイアス磁界の向きＦ１１，Ｆ１２と、その外側領域ｅ２１，ｅ２２において磁性体膜２１１が受けるバイアス磁界の向きＦ２１，Ｆ２２とが逆向きとなる。従って、磁性体膜２１１に逆向きのバイアス磁界が印加されるので、バイアス磁界の印加効率が悪くなり、この印加効率の低下が検知感度の向上を図ることの障害となる。

以上のように従来の磁気センサでは、その平面領域を有効活用して検知感度の向上を図ることができないという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、平面領域を有効活用して外部磁界の検知感度の向上を図ることができる磁気センサを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の磁気センサは、基板の上に、外部磁界が印加されつつ信号を通電すると通電領域の磁気特性が変化する磁性体膜と、前記磁性体膜の通電による磁気特性の変化により誘起電圧が変化するコイルとを、絶縁体を介して重なるように配した磁気センサであって、前記コイルは、前記基板の上方から見て、それぞれの内周端から外周端に向けて同じ回転方向のスパイラル形状をもつ第１コイル部および第２コイル部からなり、前記第１コイル部と前記第２コイル部は、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が誘起電圧出力端をなしており、前記磁性体膜は、前記第１コイル部の内周端近傍および前記第２コイル部の内周端近傍を通る直線に沿って、前記第１コイル部と前記第２コイル部の内周端近傍間に位置する第１領域から前記第１領域の外側に位置する第２領域まで延設され、前記第２領域に通電領域を有しており、前記コイルは、その長手方向に沿って生じる前記誘起電圧が、前記第１領域および前記第２領域において同じ向きであることを特徴とする。

また、本発明の第２の磁気センサは、基板の上に、外部磁界により磁気特性が変化する磁性体膜と前記磁性体膜にバイアス磁界を印加するコイルとを、絶縁体を介して重なるように配した磁気センサであって、前記コイルは、前記基板の上方から見て、それぞれの内周端から外周端に向けて同じ回転方向のスパイラル形状をもつ第１コイル部および第２コイル部からなり、前記第１コイル部と前記第２コイル部は、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が信号入力端をなしており、前記磁性体膜は、前記第１コイル部の内周端近傍および前記第２コイル部の内周端近傍を通る直線に沿って、前記第１コイル部と前記第２コイル部の内周端近傍間に位置する第１領域から前記第１領域の外側に位置する第２領域まで延設され、その長手方向に沿って生じる前記バイアス磁界が、前記第１領域および前記第２領域において同じ向きであることを特徴とする。

本発明の第１の磁気センサによれば、コイルの長手方向に沿って生じる誘起電圧が第１の領域と前記第２の領域において同じ向きであることにより、従来よりも誘起電圧を大きくすることができるので、センサの平面領域を有効活用して外部磁界の検知感度を向上させることができるという効果がある。

また、本発明の第２の磁気センサによれば、磁性体膜の長手方向に沿って生じるバイアス磁界が第１の領域と前記第２の領域において同じ向きであることにより、従来よりもバイアス磁界の印加効率を高くすることができるので、センサの平面領域を有効活用して外部磁界の検知感度を向上させることができるという効果がある。

以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

実施の形態１
図１は本発明の磁気センサの実施の形態１を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）においてのＳ１−Ｓ１間の断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１の磁気センサ１０は、基板１０Ａと、絶縁体１０Ｂと、磁性体膜１１（１１ａ，１１ｂ）と、磁性体膜の接続配線１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と、磁性体膜の電極パッド１３（１３ａ，１３ｂ）と、コイル１４（１４ａ，１４ｂ）と、コイルの接続配線１５（１５ａ，１５ｂ）と、コイルの電極パッド１６（１６ａ，１６ｂ）とを備えて構成されている。

基板１０Ａは、非磁性材料等からなる基板である。この基板１０Ａとしては、例えば、酸化膜付きのシリコン（Ｓｉ）基板、ガラス基板、セラミック基板等を用いることができる。この実施の形態１の磁気センサ１０は、図１に示すように、基板１０Ａ上に形成された薄型のセンサとして構成されている。

絶縁体１０Ｂは、基板１０Ａ上に設けられており、近接して配置された磁性体膜１１とコイル１４との間、あるいはこれらと他の導体との間の絶縁を確保するとともに、磁気センサ１０の絶縁性を確保している。この絶縁体１０Ｂは、１種または２種以上の絶縁性材料を適宜選択して用いることが可能であるが、例えば、プラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜等の酸化膜や樹脂等の有機絶縁膜などにより構成することが可能である。

この実施の形態１では、図１（ｂ）に示すように、基板１０Ａの上に、磁性体膜１１とコイル１４とが、絶縁体１０Ｂを介して重なるように配置されている。なお、絶縁体１０Ｂには、電極パッド１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂを露出する開口部が設けられている。また、絶縁体１０Ｂは、層間絶縁体の最上層に封止絶縁体を設けた構成とすることも可能である。

磁性体膜１１は、外部磁界によってその磁気特性が変化する。また、磁性体膜１１は、外部磁界が印加されつつ信号（高周波電流あるいはパルス電流）を通電するとその通電領域の磁気特性が変化する。この磁性体膜１１は、導電性を有する軟磁性体等、磁界により磁気特性が変化する材質からなる。図１に示すように、この実施の形態１の磁性体膜１１は、２本の直線状の磁性体膜１１ａ，１１ｂにより構成されている。磁性体膜１１ａ，１１ｂは、コイル１４を構成する逆スパイラルのコイル部１４ａ，１４ｂの内周端近傍を通る直線に沿って、それぞれの両端部がコイル部１４ａ，１４ｂの内周端近傍間領域（コイル中心間領域）ｅ１（第１領域）からその外側領域ｅ２１，ｅ２２（第２領域）まで延設されている（図１では、磁性体膜１１ａ，１１ｂは、コイル部１４ａ，１４ｂの長手方向の外周端からそれぞれはみ出して、コイル１４の全配置領域に設けられている）。

磁性体膜１１ａ，１１ｂは、コイル中心間領域ｅ１の外側領域ｅ２２においてそれぞれ配線１２ａ，１２ｂによって電極パッド１３ａ，１３ｂに接続されており、コイル中心間領域ｅ１の外側領域ｅ２１において配線１２ｃによって互いに接続されている。従って、磁性体膜１１の通電領域ｆ１は、コイル中心間領域ｅ１の外側領域ｅ２１，ｅ２２まで延びている。つまり、磁性体膜１１は、コイル中心間領域ｅ１のみならず、外側領域ｅ２１，ｅ２２にも通電領域ｆ１を有している。この通電領域ｆ１は、磁性体膜１１の長手方向の両端部付近の反磁界が強い領域ｑ１，ｑ２よりも内側に設定することにより、特に優れた磁気特性を得ることができる。

コイル１４は、磁性体膜１１にバイアス磁界を印加する。また、コイル１４は、通電された磁性体膜１１の通電による磁気特性の変化を電圧の変化として誘起する。このコイル１４は、非磁性金属材料等からなる導電体膜である。

コイル１４は、基板１０Ａの上方から見て、それぞれの内周端から外周端に同じ回転方向のスパイラル形状をもつコイル部１４ａ（第１コイル部）およびコイル部１４ｂ（第２コイル部）からなる。コイル部１４ａと１４ｂは、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が信号入力端をなしている。

配線１２ａ，１２ｂは、磁性体膜１１ａ，１１ｂと電極パッド１３ａ，１３ｂとの間を接続している。配線１２ａは、コイル中心間領域ｅ１よりも外側の領域ｅ２２において磁性体膜１１ａに接続しており、配線１２ｂは、領域ｅ２２において磁性体膜１１ｂに接続している。また、接続配線１２ｃは、コイル中心間領域ｅ１よりも外側の領域ｅ２１において２本の磁性体膜１１ａ，１１ｂを接続している。接続配線１５ａ，１５ｂは、コイル１４と電極パッド１６ａ，１６ｂとの間を接続している。これらの配線は、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の非磁性導電体からなることが望ましい。

電極パッド１３ａ，１３ｂは、磁性体膜１１の磁気特性の変化をインピーダンスの変化として出力するために設けられている。また、電極パッド１３ａ，１３ｂは、磁性体膜１１に高周波電流またはパルス電流を流すために設けられている。一方、電極パッド１６ａ，１６ｂは、コイル１４にバイアス磁界を発生させるための電圧を印加するために設けられている。また、電極パッド１６ａ，１６ｂは、コイル１４の誘起電圧を出力するために設けられている。これらの電極パッドは、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の非磁性導電体からなることが望ましい。

（誘導コイルとしての動作）
図２は磁気センサ１０をフラックスゲートセンサとして使用した場合の動作を説明する平面模式図である。磁気センサ１０において、コイル１４をフラックスゲートセンサの誘導コイルとして用い、電極パッド１６ａ，１６ｂを磁気検知（誘起電圧）出力端子とし、電極パッド１３ａを信号入力端子、電極パッド１３ｂをＧＮＤ端子とする。

電極パッド１３ａから磁性体膜１１に高周波信号またはパルス信号を通電し、そのときに例えば図２中の矢印Ｊ１の向きの外部磁界が存在すると、磁性体膜１１は、通電領域ｆ１において、図２中の矢印Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２２の向きに磁界変化を生じる。これにより、コイル中心間領域ｅ１では、コイル１４は、磁性体膜１１の上層に位置しているので、図２中の矢印Ｈ１１，Ｈ１２の向きに誘起電圧を発生する。一方、外側領域ｅ２１，ｅ２２では、コイル１４は、磁性体膜１１の下層に位置するので、図２中の矢印Ｈ２１，Ｈ２２の向きに誘起電圧を発生する。

つまり、コイル中心間領域ｅ１においてコイル１４から見た磁界変化の向きと、外側領域ｅ２１，ｅ２２においてコイル１４から見た磁界変化の向きとは、同じ向きになるので、コイル部１４ａ，１４ｂには、コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２とで同じ向き（符号）の誘起電圧が発生する。従って、コイル１４は、磁性体膜１１の通電領域ｆ１全域において、同じ向き（符号）の誘起電圧を発生する。

このように実施の形態１によれば、外部磁界が印加されつつ通電された磁性体膜１１の磁気特性変化によりコイル１４に誘起される電圧の向き（符号）を、コイル１４の配置領域の略全域において同じ向きにすることができる（コイル中心間領域ｅ１とその外側領域ｅ２１，ｅ２２で同じ向きにすることができる）ので、従来の磁気センサ（フラックスゲートセンサ）よりも、誘起電圧を大きくでき、高い検知感度を得ることができる。

（バイアスコイルとしての動作）
図３は磁気センサ１０を高周波キャリア型センサとして使用した場合の動作を説明する平面模式図である。磁気センサ１０において、コイル１４をバイアスコイルとして用い、電極パッド１３ａ，１３ｂを磁気検知出力端子とし、電極パッド１６ｂをＧＮＤ端子とし、電極パッド１６ａを電圧入力端子とする。

コイル１４に電圧を印加すると、図３中の矢印Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２の向きにコイル電流が流れ、コイル１４はバイアス磁界を発生する。これにより、コイル中心間領域ｅ１では、磁性体膜１１ａ，１１ｂは、コイル１４の下層に位置するので、図３中の矢印Ｆ１１，Ｆ１２の向きにコイル１４からの上記バイアス磁界を受ける。一方、外側領域ｅ２１、ｅ２２では、磁性体膜１１ａ，１１ｂは、コイル１４の上層に位置するので、図３中の矢印Ｆ２１，Ｆ２２の向きにコイル１４からの上記バイアス磁界を受ける。

つまり、コイル中心間領域ｅ１において磁性体膜１１から見たコイル通電の向きと、外側領域ｅ２１，ｅ２２において磁性体膜１１から見たコイル通電の向きとは、同じ向きになるので、磁性体膜１１ａ，１１ｂには、コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２とで同じ向きのバイアス磁界が印加される。従って、磁性体膜１１は、コイル１４の配置領域全域において磁性体膜１１の長手方向に同じ向きのバイアス磁界を印加される。

このように実施の形態１によれば、磁性体膜１１が受けるバイアス磁界の向きを、磁性体膜１１の長手方向の略全域において同じ向きにすることができる（コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２で同じ向きにすることができる）ので、従来の磁気センサ（高周波キャリア型センサ）よりもバイアス磁界の印加効率を高くすることができ、高い検知感度を得ることができる。

さらに、この実施の形態１の磁気センサ１０は、図１（ｂ）に示すように、絶縁体１０Ｂにおいて、基板１０Ａ側の下層に、外側領域ｅ２１，ｅ２２に配置されるコイル１４の部分を形成し、その上の中間層に磁性体膜１１を１層で形成し、その上の上層に、コイル中心間領域ｅ１に配置されるコイル１４の部分を形成し、下層のコイル部分と上層のコイル部分とを、コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２の境界においてコンタクトホール等により接続した構造である。つまり、磁気センサ１０では、磁性体膜１１を１層構造とし、コイル１４を２層構造として、絶縁体１０Ｂを、少なくとも３層（基板１０Ａと下層コイル部分の層間絶縁層、下層コイル部分と磁性体膜１１の層間絶縁層、磁性体膜１１と上層コイル部分の層間絶縁層）の積層構造としている。

このように磁性体膜１１を１層構造とすることにより、磁性体膜１１を全長にわたって平坦にすることが可能となるので、優れた磁気特性の磁性体膜１１を設けることができる。ただし、薄膜磁性体からなる磁性体膜がコイルよりも上層になる領域では、磁性体薄膜下の絶縁体が平坦であることが必要である。

以上のように本発明の実施の形態１は、基板１０Ａの上に、外部磁界が印加されつつ信号を通電すると通電領域の磁気特性が変化する磁性体膜１１と、磁性体膜１１の通電による磁気特性の変化により誘起電圧が変化するコイル１４とを、絶縁体１０Ｂを介して重なるように配した磁気センサであって、コイル１４は、基板１０Ａの上方から見て、その内周端から外周端に向けて同じ回転方向のスパイラル形状をもつコイル部１４ａおよびコイル部１４ｂからなり、コイル部１４ａと１４ｂは、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が誘起電圧出力端をなしており、磁性体膜１１は、コイル部１４ａの内周端近傍およびコイル１４ｂの内周端近傍を通る直線に沿って、コイル部１４ａと１４ｂの内周端近傍間に位置する第１領域ｅ１からその外側に位置する第２領域ｅ２１または／およびｅ２２まで延設され、前記第２領域に通電領域を有しており、コイル１４は、その長手方向に沿って生じる前記誘起電圧が、前記第１領域および前記第２領域において同じ向きである。これにより、磁性体膜１１の通電領域ｆ１を第１領域ｅ１よりも広げて、誘起電圧を大きくすることができるので、センサの平面領域を有効活用して外部磁界の検知感度を向上させることができる。

また、本発明の実施の形態１は、基板１０Ａの上に、外部磁界により磁気特性が変化する磁性体膜１１と磁性体膜１１にバイアス磁界を印加するコイル１４とを、絶縁体１０Ｂを介して重なるように配した磁気センサであって、コイル１４は、基板１０Ａの上方から見て、その内周端から外周端に向けて同じ回転方向のスパイラル形状をもつコイル部１４ａおよびコイル部１４ｂからなり、コイル部１４ａと１４ｂは、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が信号入力端をなしており、磁性体膜１１は、コイル部１４ａの内周端近傍およびコイル部１４ｂの内周端近傍を通る直線に沿って、コイル部１４ａと１４ｂの内周端近傍間に位置する第１領域ｅ１からその外側に位置する第２領域ｅ２１または／およびｅ２２まで延設され、その長手方向に沿って生じる前記バイアス磁界が、前記第１領域および前記第２領域において同じ向きである。これにより、磁性体膜１１の配置領域を第１領域ｅ１よりも広げて、バイアス磁界の印加効率を高くすることができるので、センサの平面領域を有効活用して外部磁界の検知感度を向上させることができる。

なお、上記実施の形態１では、コイル中心間領域ｅ１においてコイルを磁性体膜の上層に配置し、外側領域ｅ２１，ｅ２２においてコイルを磁性体膜の下層に配置した（図１（ｂ）参照）。しかし、これとは逆に、コイル中心間領域ｅ１ではコイルを磁性体膜の下層に配置し、外側領域ｅ２１，ｅ２２ではコイルを磁性体膜の上層に配置した構成とすることも可能である。この場合にも、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。また、通電領域ｆ１の一端をコイル部１４ａの内周端近傍に位置させること、あるいは通電領域ｆ１の他端をコイル部１４ｂの内周端近傍に位置させることも可能である。同様に、磁性体膜１１の一端をコイル部１４ａのコイル部１４ａの内周端近傍に位置させること、あるいは磁性体膜１１の他端をコイル部１４ｂの内周端近傍に位置させることも可能である。また、上記実施の形態１において、磁性体膜の本数は、１本とすることも、３本以上とすることも可能である。

実施の形態２
図４は本発明の磁気センサの実施の形態２を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）においてのＳ２−Ｓ２間の断面図である。図４に示すように、本発明の実施の形態２の磁気センサ２０は、基板２０Ａと、絶縁体２０Ｂと、磁性体膜２１（２１ａ，２１ｂ）と、磁性体膜の接続配線２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と、磁性体膜の電極パッド２３（２３ａ，２３ｂ）と、コイル２４（２４ａ，２４ｂ）と、コイルの接続配線２５（２５ａ，２５ｂ）と、コイルの電極パッド２６（２６ａ，２６ｂ）とを備えている。

この実施の形態２の磁気センサ２０では、上記実施の形態１の磁気センサ１０（図１参照）と同様に、１層の磁性体膜２１の配置領域を内周端近傍間領域（コイル中心間領域）ｅ１の両側よりも延ばして設け、コイル２４の配置領域全域にわたって設けている。

しかし、この磁気センサ２０では、上記実施の形態１の磁気センサ１０とは異なり、配線２２ａ，２２ｂはそれぞれコイル部２４ｂの内周端近傍において磁性体膜２１ａ，２１ｂに接続されており、配線２２ｃはコイル部２４ａの内周端近傍において磁性体膜２１ａと２１ｂとを接続している。従って、磁性体膜２１の通電領域ｆ２は、コイル部２４ａの内周端近傍からコイル部２４ｂの内周端近傍までの領域であり、通電領域ｆ２の長さはコイル中心間領域ｅ１のそれと略同じである。

つまり、この磁気センサ２０は、磁性体膜を１層構造としてコイルを２層構造とした上記磁気センサ１０において、磁性体膜の通電領域ｆ２をコイル部の内周端近傍間としたものである。従って、コイル中心間領域ｅ１の外側領域ｅ２１，ｅ２２に配置された磁性体膜の部分は非通電領域となる。

（バイアスコイルとしての動作）
磁気センサ２０を高周波キャリア型磁気センサとして使用した場合の動作について以下に説明する。コイル２４をバイアスコイルとして用い、電極パッド２３ａ，２３ｂを磁気検知出力端子とし、電極パッド２６ｂをＧＮＤ端子とし、電極パッド２６ａを電圧入力端子とする。

コイル２４に電圧を印加すると、図３中の矢印Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２の向きにコイル電流が流れ、コイル２４はバイアス磁界を発生する。これにより、コイル中心間領域ｅ１では、磁性体膜２１ａ，２１ｂは、コイル２４の下層に位置するので、図３中の矢印Ｆ１１，Ｆ１２の向きにコイル２４からの上記バイアス磁界を受ける。一方、外側領域ｅ２１，ｅ２２では、磁性体膜２１ａ，２１ｂは、コイル２４の上層に位置するので、図３中の矢印Ｆ２１，Ｆ２２の向きにコイル２４からの上記バイアス磁界を受ける。

つまり、コイル中心間領域ｅ１において磁性体膜２１から見たコイル通電の向きと、外側領域ｅ２１，ｅ２２において磁性体膜２１から見たコイル通電の向きとは、同じ向きになるので、磁性体膜２１ａ，２１ｂには、コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２とで同じ向きのバイアス磁界が印加される。従って、磁性体膜２１は、コイル２４の配置領域全域において磁性体膜２１の長手方向に同じ向きのバイアス磁界を印加される。

このように実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、磁性体膜２１が受けるバイアス磁界の向きを、磁性体膜２１の長手方向の略全域において同じ向きにすることができる（コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２で同じ向きにすることができる）ので、従来の磁気センサ（高周波キャリア型センサ）よりもバイアス磁界の印加効率を高くすることができ、高い検知感度を得ることができる。

また、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様に、磁性体膜２１を１層構造とすることにより、磁性体膜２１を全長にわたって平坦にすることが可能となるので、優れた磁気特性の磁性体膜２１を設けることができる。ただし、磁性体膜がコイルよりも上層になる領域では、磁性体膜下の絶縁体が平坦であることが必要である。

以上のように本発明の実施の形態２は、基板２０Ａの上に、外部磁界により磁気特性が変化する磁性体膜２１と磁性体膜２１にバイアス磁界を印加するコイル２４とを、絶縁体２０Ｂを介して重なるように配した磁気センサであって、コイル２４は、基板２０Ａの上方から見て、その内周端から外周端に向けて同じ回転方向のスパイラル形状をもつコイル部２４ａおよびコイル部２４ｂからなり、コイル部２４ａと２４ｂは、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が信号入力端をなしており、磁性体膜２１は、コイル部２４ａの内周端近傍およびコイル部２４ｂの内周端近傍を通る直線に沿って、コイル部２４ａと２４ｂの内周端近傍間に位置する第１領域ｅ１からその外側に位置する第２領域ｅ２１または／およびｅ２２まで延設され、その長手方向に沿って生じる前記バイアス磁界が、前記第１領域および前記第２領域において同じ向きである。これにより、磁性体膜２１の配置領域をコイル中心間領域ｅ１よりも広げて、バイアス磁界の印加効率を高くすることができるので、センサの平面領域を有効活用して外部磁界の検知感度を向上させることができる。

なお、上記実施の形態２では、コイル中心間領域ｅ１においてコイルを磁性体膜の上層に配置し、外側領域ｅ２１，ｅ２２においてコイルを磁性体膜の下層に配置した（図４（ｂ）参照）。しかし、これとは逆に、コイル中心間領域ｅ１ではコイルを磁性体膜の下層に配置し、外側領域ｅ２１，ｅ２２ではコイルを磁性体膜の上層に配置した構成とすることも可能である。この場合にも、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。また、磁性体膜２１の一端をコイル部２４ａの内周端近傍に位置させること、あるいは磁性体膜２１の他端をコイル部２４ｂの内周端近傍に位置させることも可能である。また、上記実施の形態２において、磁性体膜の本数は、１本とすることも、３本以上とすることも可能である。

実施の形態３
図５は本発明の磁気センサの実施の形態３を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）においてのＳ３−Ｓ３間の断面図である。図５に示すように、本発明の実施の形態３の磁気センサ３０は、基板３０Ａと、絶縁体３０Ｂと、磁性体膜３１（３１ａ，３１ｂ）と、磁性体膜の接続配線３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）と、磁性体膜の電極パッド３３（３３ａ，３３ｂ）と、コイル３４（３４ａ，３４ｂ）と、コイルの接続配線３５（３５ａ，３５ｂ）と、コイルの電極パッド３６（３６ａ，３６ｂ）とを備えている。

この実施の形態３の磁気センサ３０では、上記実施の形態２の磁気センサ２０（図４参照）と同様に、磁性体膜３１の配置領域を内周端近傍領域（コイル中心間領域）ｅ１から延設し、コイル３４の配置領域全域にわたって設けるとともに、磁性体膜３１の通電領域ｆ２をコイル部３４ａの内周端近傍からコイル部３４ｂの内周端近傍までの領域としている。

しかし、この磁気センサ３０では、上記実施の形態２の磁気センサ２０（図４参照）とは異なり、図５（ｂ）に示すように、絶縁体３０Ｂにおいて、基板３０Ａ側の下層に、コイル中心間領域ｅ１に配置される磁性体膜３１の部分を形成し、その上の中間層にコイル３４を１層で形成し、その上の上層に、外側領域ｅ２１，ｅ２２に配置される磁性体膜３１の部分を形成し、下層の磁性体膜部分と上層の磁性体膜部分とを、コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２の境界においてコンタクトホール等により接続した構造である。

つまり、この磁気センサ３０は、磁性体膜の通電領域ｆ２を内周端近傍間とした上記磁気センサ２０において、コイル３４を１層構造とし、磁性体膜３１を２層構造として、絶縁体３０Ｂを、少なくとも３層（基板３０Ａと下層磁性体膜部分の層間絶縁層、下層磁性体膜部分とコイル３４の層間絶縁層、コイル３４と上層磁性体膜部分の層間絶縁層）の積層構造としたものである。

このように実施の形態３によれば、コイル３４を１層構造とすることにより、コイル３４に層間の接続部を設ける必要がないので、信頼性の高いコイル３４を設けることができる。

なお、磁性体膜３１を２層構造とした磁気センサ３０では、磁性体膜３１ａ，３１ｂがコイル部３４ａ、３４ｂの中心を通る幅方向の位置でそれぞれ層間接続されており、屈曲部を有する。この屈曲部を通電領域に含めてしまうと、磁性体膜３１の磁気特性の悪化を招くおそれがある。このため、この磁気センサ３０では、磁性体膜３１の通電領域をコイル中心間領域ｅ１から外側領域ｅ２１，ｅ２２にまで広げることは得策ではない。

（バイアスコイルとしての動作）
磁気センサ３０を高周波キャリア型磁気センサとして使用した場合の動作について以下に説明する。コイル３４をバイアスコイルとして用い、電極パッド３３ａ，３３ｂを磁気検知出力端子とし、電極パッド３６ｂをＧＮＤ端子とし、電極パッド３６ａを電圧入力端子とする。

コイル３４に電圧を印加すると、図３中の矢印Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２の向きにコイル電流が流れ、コイル３４はバイアス磁界を発生する。これにより、コイル中心間領域ｅ１では、磁性体膜３１ａ，３１ｂは、コイル３４の下層に位置するので、図３中の矢印Ｆ１１，Ｆ１２の向きにコイル３４からの上記バイアス磁界を受ける。一方、外側領域ｅ２１，ｅ２２では、磁性体膜３１ａ，３１ｂは、コイル３４の上層に位置するので、図３中の矢印Ｆ２１，Ｆ２２の向きにコイル３４からの上記バイアス磁界を受ける。

つまり、コイル中心間領域ｅ１において磁性体膜３１から見たコイル通電の向きと、外側領域ｅ２１，ｅ２２において磁性体膜３１から見たコイル通電の向きとは、同じ向きになるので、磁性体膜３１ａ，３１ｂには、コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２とで同じ向きのバイアス磁界が印加される。従って、磁性体膜３１は、コイル３４の配置領域全域において磁性体膜３１の長手方向に同じ向きのバイアス磁界を印加される。

このように実施の形態３によれば、上記実施の形態２と同様に、磁性体膜３１が受けるバイアス磁界の向きを、磁性体膜３１の長手方向の略全域において同じ向きにすることができる（コイル中心間領域ｅ１と外側領域ｅ２１，ｅ２２で同じ向きにすることができる）ので、従来の磁気センサ（高周波キャリア型センサ）よりもバイアス磁界の印加効率を高くすることができ、高い検知感度を得ることができる。

以上のように本発明の実施の形態３は、基板３０Ａの上に、外部磁界により磁気特性が変化する磁性体膜３１と磁性体膜３１にバイアス磁界を印加するコイル３４とを、絶縁体３０Ｂを介して重なるように配した磁気センサであって、コイル３４は、基板３０Ａの上方から見て、その内周端から外周端に向けて同じ回転方向のスパイラル形状をもつコイル部３４ａおよびコイル部３４ｂからなり、コイル部３４ａと３４ｂは、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が信号入力端をなしており、磁性体膜３１は、コイル部３４ａの内周端近傍およびコイル部３４ｂの内周端近傍を通る直線に沿って、コイル部３４ａと３４ｂの内周端近傍間に位置する第１領域ｅ１からその外側に位置する第２領域ｅ２１または／およびｅ２２まで延設され、その長手方向に沿って生じる前記バイアス磁界が、前記第１領域および前記第２領域において同じ向きである。これにより、磁性体膜３１の配置領域をコイル中心間領域ｅ１よりも広げて、バイアス磁界の印加効率を高くすることができるので、センサの平面領域を有効活用して外部磁界の検知感度を向上させることができる。

なお、上記実施の形態３では、コイル中心間領域ｅ１において磁性体膜をコイルの下層に配置し、外側領域ｅ２１，ｅ２２において磁性体膜をコイルの上層に配置した（図５（ｂ）参照）。しかし、これとは逆に、コイル中心間領域ｅ１では磁性体膜をコイルの上層に配置し、外側領域ｅ２１，ｅ２２では磁性体膜をコイルの下層に配置した構成とすることも可能である。この場合にも、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。また、磁性体膜３１の一端をコイル部３４ａの内周端近傍に位置させること、あるいは磁性体膜３１の他端をコイル部３４ｂの内周端近傍に位置させることも可能である。また、上記実施の形態３において、磁性体膜の本数は、１本とすることも、３本以上とすることも可能である。

本発明の磁気センサ１０（図１参照）を作成した。コイル１４については、厚さ５μｍとし、コイル部１４ａ，１４ｂのそれぞれのライン／スペースを１０μｍ／１０μｍとした。磁性体膜１１ａ，１１ｂについては、ライン／スペースを４０μｍ／２０μｍ、全長を１．０ｍｍ、厚さを１．５μｍ、通電領域長を６００μｍとした。基板１０Ａは、１ｍｍ角のシリコン基板とした。

本発明の磁気センサ２０（図４参照）を作成した。コイル２４については、厚さ５μｍとし、コイル部２４ａ，２４ｂのそれぞれのライン／スペースを１０μｍ／１０μｍとした。磁性体膜２１ａ，２１ｂについては、ライン／スペースを４０μｍ／２０μｍ、全長を１．０ｍｍ、厚さを１．５μｍ、通電領域長を５００μｍとした。基板２０Ａは、１ｍｍ角のシリコン基板とした。

本発明の磁気センサ３０（図５参照）を作成した。薄膜磁性体からなるコイル３４については、厚さ５μｍとし、コイル部３４ａ，３４ｂのそれぞれのライン／スペースを１０μｍ／１０μｍとした。磁性体膜３１ａ，３１ｂについては、ライン／スペースを４０μｍ／２０μｍ、全長を１．０ｍｍ、厚さを１．５μｍ、通電領域長を５００μｍとした。基板３０Ａは、１ｍｍ角のシリコン基板とした。

本発明の磁気センサの実施の形態１を示す図である。 本発明の磁気センサをフラックスゲート型センサとして使用した場合の磁性体膜による磁界変化とコイルの誘起電圧の向きを説明する図である。 本発明の磁気センサを高周波キャリア型センサとして使用した場合のコイルの通電の向きと磁性体膜がコイルから受けるバイアス磁界の向きを説明する図である。 本発明の磁気センサの実施の形態２を示す図である。 本発明の磁気センサの実施の形態３を示す図である。 従来の磁気センサの一例を示す図である。 従来の磁気センサの一例を示す図である。 図７の従来の磁気センサにおいて磁性体膜の通電領域をスパイラスコイル部の中心間領域長よりも長くしたものをフラックスゲート型センサとして使用した場合の磁性体膜による磁界変化とコイルの誘起電圧の向きを説明する図である。 図７の従来の磁気センサにおいて磁性体膜の通電領域をスパイラスコイル部の中心間領域長よりも長くしたものを高周波キャリア型センサとして使用した場合のコイルの通電の向きと磁性体膜がコイルから受けるバイアス磁界の向きを説明する図である。

符号の説明

１０，２０，３０…磁気センサ、 １０Ａ，２０Ａ，３０Ａ…基板、 １０Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂ…絶縁体、 １１（１１ａ，１１ｂ），２１（２１ａ，２１ｂ），３１（３１ａ，３１ｂ）…磁性体膜、 １２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ），２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ），３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）…接続配線、 １３（１３ａ，１３ｂ），２３（２３ａ，２３ｂ），３３（３３ａ，３３ｂ）…電極パッド、 １４，２４，３４…コイル、 １４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ…コイル部、 １５（１５ａ，１５ｂ），２５（２５ａ，２５ｂ），３５（３５ａ，３５ｂ）…接続配線、 １６（１６ａ，１６ｂ），２６（２６ａ，２６ｂ），３６（３６ａ，３６ｂ）…電極パッド。

Claims (4)

1. 基板の上に、外部磁界が印加されつつ信号を通電すると通電領域の磁気特性が変化する磁性体膜と、前記磁性体膜の通電による磁気特性の変化により誘起電圧が変化するコイルとを、絶縁体を介して重なるように配した磁気センサであって、
   前記コイルは、前記基板の上方から見て、それぞれの内周端から外周端に向けて同じ回転方向のスパイラル形状をもつ第１コイル部および第２コイル部からなり、
   前記第１コイル部と前記第２コイル部は、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が誘起電圧出力端をなしており、
   前記磁性体膜は、前記第１コイル部の内周端近傍および前記第２コイル部の内周端近傍を通る直線に沿って、前記第１コイル部と前記第２コイル部の内周端近傍間に位置する第１領域から前記第１領域の外側に位置する第２領域まで延設され、前記第２領域に通電領域を有しており、
   前記コイルは、その長手方向に沿って生じる前記誘起電圧が、前記第１領域および前記第２領域において同じ向きである
   ことを特徴とする磁気センサ。
2. 基板の上に、外部磁界により磁気特性が変化する磁性体膜と前記磁性体膜にバイアス磁界を印加するコイルとを、絶縁体を介して重なるように配した磁気センサであって、
   前記コイルは、前記基板の上方から見て、それぞれの内周端から外周端に向けて同じ回転方向のスパイラル形状をもつ第１コイル部および第２コイル部からなり、
   前記第１コイル部と前記第２コイル部は、隣接して設けられ、おのおのの外周端同士が接続され、それぞれのコイル部の内周端が信号入力端をなしており、
   前記磁性体膜は、前記第１コイル部の内周端近傍および前記第２コイル部の内周端近傍を通る直線に沿って、前記第１コイル部と前記第２コイル部の内周端近傍間に位置する第１領域から前記第１領域の外側に位置する第２領域まで延設され、その長手方向に沿って生じる前記バイアス磁界が、前記第１領域および前記第２領域において同じ向きである
   ことを特徴とする磁気センサ。
3. 前記磁性体膜は、一層で形成されており、
   前記コイルは、前記第１領域と前記第２領域のいずれか一方の領域では前記磁性体膜よりも前記基板側となる下層に形成され、他方の領域では前記磁性体膜よりも上層に形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。
4. 前記コイルは、一層で形成されており、
   前記磁性体膜は、前記第１領域と前記第２領域のいずれか一方の領域では前記コイルよりも前記基板側となる下層に形成され、他方の領域では前記コイルよりも上層に形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ。

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