磁传感器的制作方法

本实用新型涉及磁传感器。

背景技术：

作为公开了磁传感器的构成的在先文献，存在JP特开2013-44641号公报(专利文献1)。专利文献1中记载的磁传感器具备传感器电路部。传感器电路部具备第1串联电路和第2串联电路。在第1串联电路中，第1磁阻元件与第3磁阻元件被串联连接。在第2串联电路中，第2磁阻元件与第4磁阻元件被串联连接。传感器电路部由第1串联电路与第2串联电路被并联连接而得到的桥电路构成。

第1磁阻元件、第2磁阻元件、第3磁阻元件以及第4磁阻元件各自的表面被绝缘层覆盖。在第3磁阻元件以及第4磁阻元件各自的表面上，夹着绝缘层而形成有由磁性材料构成的磁性体层。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2013-44641号公报

技术实现要素：

由于绝缘层的热膨胀系数与磁性体层的热膨胀系数的差异，有时在绝缘层与磁性体层之间产生应力。在该应力被负荷于磁阻元件的情况下，由于磁阻元件的磁致伸缩而磁传感器的磁特性发生变化。此外，由于磁传感器的周围的温度变化而负荷于磁阻元件的应力值发生变化，由此磁传感器的温度特性劣化，磁传感器的可靠性下降。进而，由于绝缘层与磁性体层之间所产生的应力而在绝缘层产生了裂纹的情况下，磁传感器的耐久性下降。

本实用新型是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种缓和绝缘层与磁性体层之间所产生的应力从而具有稳定的特性的磁传感器。

基于本实用新型的磁传感器具备磁阻元件、绝缘层和磁性体层。绝缘层覆盖磁阻元件。磁性体层位于绝缘层上，从与绝缘层正交的方向观察而覆盖磁阻元件的至少一部分。绝缘层中至少与磁性体层相接的部分包含树脂。

在本实用新型的一方式中，绝缘层包含：由无机物构成的第1层、和位于第1层上并包含树脂的第2层。在磁阻元件与磁性体层之间，第1层与磁阻元件相接而覆盖磁阻元件，第2层与磁性体层相接。

在本实用新型的一方式中，上述树脂是聚酰亚胺树脂或者环氧树脂。

在本实用新型的一方式中，上述无机物包含硅。

根据本实用新型，能够缓和在绝缘层与磁性体层之间所产生的应力从而使得磁传感器的特性变得稳定。

附图说明

图1是表示本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器的构成的俯视图。

图2是从II-II线箭头方向观察图1的磁传感器的剖视图。

图3是表示本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器的构成的剖视图。

图4是表示本实用新型的实施方式2的变形例所涉及的磁传感器的构成的剖视图。

图5是表示比较例所涉及的磁传感器的构成的剖视图。

图6是表示在比较例所涉及的磁传感器中因负荷于磁阻元件的应力的大小而引起的磁传感器的磁特性的变化的图表。

图7是表示由于磁传感器的周围的温度变化而负荷于磁阻元件的应力值发生了变化时的磁传感器的磁灵敏度的偏差的图表。

图8是表示在比较例所涉及的磁传感器中由于在绝缘层与磁性体层之间所产生的应力而在绝缘层产生了裂纹的状态的部分剖视图。

-符号说明-

1、1a、1b、1z磁传感器、4基板、5桥电路、6第1串联电路、7第2串联电路、8接地端子、9驱动电压端子、10第1输出端子、11第2输出端子、12、92绝缘层、12a第1层、12b第2层、13磁性体层、C裂纹、P1第1连接点、P2第2连接点、P3第3连接点、P4第4连接点、R1第1磁阻元件、R2第2磁阻元件、R3第3磁阻元件、R4第4磁阻元件、V1、V2输出电压、Vout检测信号。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本实用新型的各实施方式所涉及的磁传感器。在以下的实施方式的说明中，对于图中的相同的或者相当的部分付与同一符号，并不重复进行其说明。

(实施方式1)

图1是表示本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器的构成的俯视图。图2是从II-II线箭头方向观察图1的磁传感器的剖视图。如图1以及图2所示，本实用新型的实施方式1所涉及的磁传感器1具备：磁阻元件、绝缘层12和磁性体层13。在本实施方式中，磁传感器1作为磁阻元件而具备第1磁阻元件R1、第2磁阻元件R2、第3磁阻元件R3以及第4磁阻元件R4。

磁阻元件被形成于沿着彼此正交的X方向以及Y方向而展开的基板4的表面上。作为构成基板4的材料，能够使用硅、玻璃或者蓝宝石等。

在本实施方式中，磁阻元件是AMR(Anisotropic Magneto Resistance：各向异性磁阻)元件，但并不限于AMR元件，也可以是GMR(Giant Magneto Resistance：巨磁阻)元件或者TMR(Tunnel Magneto Resistance：隧道磁阻)元件。

第1磁阻元件R1、第2磁阻元件R2、第3磁阻元件R3以及第4磁阻元件R4各自形成为长的条形形状图案与短的条形形状图案被交替连接的弯折状。另外，磁阻元件的形状并不限于弯折状。

在第1磁阻元件R1以及第2磁阻元件R2各自中，长的条形形状图案沿着X方向延伸。第1磁阻元件R1以及第2磁阻元件R2各自被施加Y方向的磁场时，电阻值最小。

在第3磁阻元件R3以及第4磁阻元件R4各自中，长的条形形状图案沿着Y方向延伸。第3磁阻元件R3以及第4磁阻元件R4各自被施加X方向的磁场时，电阻值最小。

在本实施方式中，磁阻元件由坡莫合金(NiFe)构成。其中，磁阻元件的构成材料并不限于NiFe，也可以是NiFeCo或者FeCo等的软磁性体。

在本实施方式中，在硅基板上进行坡莫合金的成膜，利用光刻技术等的微细加工技术来形成弯折状的磁阻元件。

例如，在将基板4加热至100℃的状态下，通过电子束蒸镀在基板4的整个表面上形成由坡莫合金构成的膜。坡莫合金膜的厚度例如为30nm。在坡莫合金膜上形成了正型的光致抗蚀剂之后，使用作为曝光装置的掩膜对准器对光致抗蚀剂曝光后进行显影。之后，通过进行湿法蚀刻，使坡莫合金膜图案化。被图案化的坡莫合金膜的线宽例如为10μm。

在基板4上形成有引线接合用的焊盘。磁传感器1具备作为引线接合用的焊盘的接地端子8、驱动电压端子9、第1输出端子10以及第2输出端子11。引线接合用的焊盘例如通过剥离法来形成。

如图1所示，第1磁阻元件R1位于基板4的左下，第2磁阻元件R2位于基板4的右上，第3磁阻元件R3位于基板4的左上，第4磁阻元件R4位于基板4的右下。

第1磁阻元件R1、第2磁阻元件R2、第3磁阻元件R3以及第4磁阻元件R4通过全桥相互连接，来构成桥电路5。

具体而言，第1磁阻元件R1与第3磁阻元件R3通过第1连接点P1而串联连接，构成第1串联电路6。第2磁阻元件R2与第4磁阻元件R4通过第2连接点P2而串联连接，构成第2串联电路7。第1串联电路6的第1磁阻元件R1侧的端部与第2串联电路7的第4磁阻元件R4的端部通过第3连接点P3而相互连接。第1串联电路6的第3磁阻元件R3的端部与第2串联电路7的第2磁阻元件R2侧的端部通过第4连接点而相互连接。

由此，第1串联电路6与第2串联电路7被并联连接，构成桥电路5。另外，磁传感器1并不限于具备全桥电路的构成，也可以具备半桥电路。

第3连接点P3连接于与外部的接地(GND)连接的接地端子8。第4连接点P4连接于提供驱动电压(Vdd)的驱动电压端子9。由此，能够对桥电路5施加驱动电压(Vdd)。

第1连接点P1与用于取出输出电压V1的第1输出端子10连接。第2连接点P2与用于取出输出电压V2的第2输出端子11连接。第1输出端子10以及第2输出端子11分别连接于未图示的差动放大器的输入端子。差动放大器对输出电压V1与输出电压V2的电位差(V1-V2)进行放大并作为检测信号Vout输出。

绝缘层12覆盖磁阻元件。在绝缘层12设有开口部，以使得引线接合用的焊盘露出。绝缘层12除了开口部以外形成于基板4的整个表面的上方。作为构成绝缘层12的材料，能够使用聚酰亚胺树脂或者环氧树脂等。作为环氧树脂，例如能够使用永久光致抗蚀剂(SU-8)。

在本实施方式中，在形成绝缘层12时，首先将感光性聚酰亚胺树脂涂敷在形成有磁阻元件的基板4上。聚酰亚胺层的厚度例如为3μm。之后，将形成有聚酰亚胺层的层叠体放入温度为80℃的烤箱内，维持10分钟时间进行烘烤。使用掩膜对准器对聚酰亚胺层进行曝光之后，放入温度为120℃的烤箱内维持6分钟时间来进行PEB(Post exposure bake：曝光后烘烤)。接下来，对聚酰亚胺层进行显影而设置了开口部之后，放入温度为200℃的烤箱内维持60分钟时间来使其固化。由此，形成设置有开口部的绝缘层12。

磁性体层13位于绝缘层12上。在本实施方式中，磁性体层13形成为覆盖第3磁阻元件R3以及第4磁阻元件R4各自的整体。从与绝缘层12正交的方向观察，覆盖第3磁阻元件R3的部分的磁性体层13为矩形状。从与绝缘层12正交的方向观察，覆盖第4磁阻元件R4的部分的磁性体层13为矩形状。另外，磁性体层13的形成位置并不限于上述内容，只要从与绝缘层12正交的方向观察而覆盖磁阻元件的至少一部分即可。

在本实施方式中，磁性体层13由坡莫合金(NiFe)构成。其中，磁性体层13的构成材料并不限于NiFe，只要是包含NiFeCo或者FeCo等的软磁性体的材料即可。

磁性体层13可以由通过例如蒸镀、溅射或者镀覆等所形成的金属层或者陶瓷层构成，也可以是涂敷含有磁性体粉末的树脂而形成的树脂层。

在本实施方式中，通过电解镀覆在绝缘层12上形成由坡莫合金构成的磁性体层13。首先，通过电子束蒸镀在绝缘层12上形成厚度为300nm的由Ti构成的供电层。在供电层上形成膜抗蚀剂，利用光刻技术在膜抗蚀剂中的与绝缘层12的形成位置对应的部位形成开口部。利用供电层进行电解镀覆，剥离膜抗蚀剂之后，通过蚀刻除去供电层，由此形成被图案化的磁性体层13。磁性体层13的厚度例如为10μm。

为了提高聚磁效果，优选磁性体层13的磁导率较大、磁性体层13较厚。由于第3磁阻元件R3以及第4磁阻元件R4各自被磁性体层13覆盖，磁通通过磁性体层13，因此能够抑制第3磁阻元件R3以及第4磁阻元件R4各自被施加检测磁场。

由于本实施方式所涉及的磁传感器1中由树脂构成绝缘层12，因此能够缓和在绝缘层12与磁性体层13之间产生的应力。其结果，能够使得磁传感器1的特性稳定。具体而言，能够抑制磁阻元件被负荷应力，从而能够使得磁传感器1的磁特性稳定。此外，能够抑制由于磁传感器1的周围的温度变化而磁阻元件被负荷的应力值发生变化，从而使得磁传感器1的温度特性稳定，能够提高磁传感器1的可靠性。进而，在绝缘层12难以产生裂纹，能够抑制磁传感器1的耐久性下降。

(实施方式2)

以下，参照附图来说明本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器。另外，本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器仅绝缘层的构成与实施方式1所涉及的磁传感器1不同，因此对于与实施方式1所涉及的磁传感器1相同的构成不重复进行说明。

图3是表示本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器的构成的剖视图。另外，在图3中，通过与图2相同的剖视来进行图示。

如图3所示，在本实用新型的实施方式2所涉及的磁传感器1a中，绝缘层12包括：由无机物构成的第1层12a、位于第1层12a上并包含树脂的第2层12b。在磁阻元件与磁性体层13之间，第1层12a与磁阻元件相接而覆盖磁阻元件，第2层12b与磁性体层13相接。

构成第1层12a的无机物包含硅。作为构成第1层12a的无机物，能够使用SiO2或者SiN等。另外，第1层12a也可以由在SiO2上设有SiN的层叠构造来构成。

第2层12b形成于第1层12a的表面上，覆盖第1层12a的整个表面。作为构成第2层12b的材料，能够使用聚酰亚胺树脂或者环氧树脂等。

在本实施方式所涉及的磁传感器1a中，由于绝缘层12通过由无机物构成的第1层12a和包含树脂的第2层12b来构成，因此能够由第1层12a稳定地绝缘被覆磁阻元件，并且能够由第2层12b缓和在绝缘层12与磁性体层13之间所产生的应力。其结果，能够使得磁传感器1a的特性稳定。

另外，第2层12b也可以未必覆盖第1层12a的整个表面。图4是表示本实用新型的实施方式2的变形例所涉及的磁传感器的构成的剖视图。另外，在图4中，通过与图2相同的剖视来进行图示。

如图4所示，在本实用新型的实施方式2的变形例所涉及的磁传感器1b中，第2层12b仅形成于磁性体层13的正下方的位置。这样，也可以仅在与磁性体层13相接的部分设置第2层12b。

此外，在绝缘层12中至少与磁性体层13相接的部分包含树脂即可，例如可以在绝缘层12中，未与磁性体层13相接的部分仅由无机物构成，与磁性体层13相接的部分由无机物和树脂的混合体构成。

(实验例)

以下，说明利用绝缘层仅由无机物构成的比较例所涉及的磁传感器和实施例所涉及的磁传感器来进行的实验例。

图5是表示比较例所涉及的磁传感器的构成的剖视图。另外，在图5中通过与图2相同的剖视来进行图示。另外，由于比较例所涉及的磁传感器仅绝缘层的构成与实施方式1所涉及的磁传感器1不同，因此对于与实施方式1所涉及的磁传感器1相同的构成不进行重复说明。

如图5所示，在比较例所涉及的磁传感器1z中，绝缘层92覆盖磁阻元件。磁性体层13位于绝缘层92上。绝缘层92由SiO2等的无机物构成。

图6是表示在比较例所涉及的磁传感器中因磁阻元件被负荷的应力的大小所引起的磁传感器的磁特性的变化的图表。图6中以实线表示磁阻元件被负荷的应力较大时的数据，以虚线表示磁阻元件被负荷的应力较小时的数据。此外，图6中纵轴表示磁传感器的输出电压(Vout)，横轴表示磁场强度(H)。

如图6所示，在比较例所涉及的磁传感器1z中，与磁阻元件被负荷的应力较小时相比，磁阻元件被负荷的应力较大时磁传感器1z的输出电压变小。这样，在比较例所涉及的磁传感器1z中，由于输出值因磁阻元件被负荷的应力值而变化，因此磁传感器1z的磁特性不稳定，可靠性变低。

图7是表示磁传感器的周围的温度发生了变化时的磁传感器的磁灵敏度的偏差的图表。图7中纵轴表示磁灵敏度(Hon)，横轴表示样本名。

比较例1是具有图6所示的构造的磁传感器，比较例2是与图6所示的构造的不同之处仅在于未设置磁性体层的磁传感器。实施例1是具有图2所示的构造的磁传感器，实施例2是具有图3所示的构造的磁传感器。

如图7所示，与比较例1、实施例1以及实施例2所涉及的磁传感器各自的磁灵敏度相比，未设置磁性体层13的比较例2所涉及的磁传感器的磁灵敏度显著变低。比较例1所涉及的磁传感器的磁灵敏度的偏差比实施例1以及实施例2所涉及的磁传感器各自的磁灵敏度的偏差大。

根据该结果能够确认：在绝缘层12中与磁性体层13相接的部分包含树脂，由此能够抑制因磁传感器的周围的温度变化而磁阻元件被负荷的应力值发生变化，从而能够使得磁传感器的温度特性稳定，能够提高磁传感器的可靠性。

图8是表示在比较例所涉及的磁传感器中因在绝缘层与磁性体层之间所产生的应力而在绝缘层产生了裂纹的状态的部分剖视图。另外，图8中通过与图5相同的剖视来进行图示。

如图8所示，在比较例所涉及的磁传感器1z中，由于在绝缘层92与磁性体层13之间所产生的应力，从磁性体层13的边缘的正下方的位置的绝缘层92产生了裂纹C。这样，在绝缘层92产生了裂纹C时，磁传感器1z的耐久性下降。假如裂纹C到达磁阻元件的情况下，磁传感器1z的输出变得不稳定，可靠性下降。

通过本实验例能够确认，缓和在绝缘层12与磁性体层13之间产生的应力对于使得磁传感器的特性变得稳定较为重要。

在上述实施方式的说明中，也可以将能组合的构成相互组合。

本次所公开的实施方式的全部部分应该理解为仅是例示而并非限定。本实用新型的范围通过权利要求书来示出而并非上述说明，意图包含与权利要求书等同的意义以及范围内的全部变更。