以下、本発明の実施の形態について添付図� ��を参照して詳細に説明する。
 図1は、本発明の実施の形態に係る多感度軸 を持つ磁気センサ装置を示す図であり、(a)は 平面図であり、(b)は(a)におけるIB-IB線に沿う� ��面図である。

 図1に示す磁気センサ装置1は、X軸方向に感� ��を持つ第1磁気センサ11と、Z軸方向に感度を 持つ第2磁気センサ12とを備えている。この第 1磁気センサ11及び第2磁気センサ12は、絶縁層 13内に埋め込まれるように設けられており、� ��1磁気センサ11及び第2磁気センサ12を埋め込� ��だ絶縁層13が、図1(b)に示すように、主面を� ��する基体である基板10上に設けられている� �ここで、基板10としては、シリコン基板、ガ ラス基板などを用いることができ、絶縁層13� ��構成する材料としては、SiO ₂ 、Al ₂ O ₃ などを挙げることができる。また、第1磁気� �ンサ11には、リード14,15が設けられており、� ��2磁気センサ12には、リード16,17が設けられ� �いる。これらのリード14~17は、第1磁気セン� �11、第2磁気センサ12に印加される磁場変化に 起因する抵抗変化を測定するための端子であ る。

 第1磁気センサ11は、絶縁層中にナノグラ� ��ュラ粒子が分散してなるナノグラニュラ膜1 11と、このナノグラニュラ膜111を挟持する一� ��の軟磁性膜112,113とから構成されている。ま た、第2磁気センサ12は、絶縁層中にナノグラ ニュラ粒子が分散してなるナノグラニュラ膜 121と、このナノグラニュラ膜121を挟持する一 対の軟磁性膜122,123とから構成されている。

 ナノグラニュラ膜111,112は、絶縁層中にナ ノグラニュラ粒子が分散してなるものであり 、GMR(Giant MagnetoResistance)素子やTMR(Tunnel Magneto Resistance)素子と異なり、磁気抵抗変化の感度� ��の異方性を持たないので、後述する軟磁性� ��を用いて特定方向に感度を持つ磁気センサ� ��容易に構成することができる。このため、G MR素子やTMR素子では困難である、基板面に対� ��て垂直な方向に感度を持つ磁気センサを実� ��することができる。

 ナノグラニュラ膜111,121における絶縁層を 構成する材料としては、Mg,Al,Y,Si,Ti,Taなどの� �属のフッ化物や酸化物などを挙げることが� �きる。また、ナノグラニュラ膜111,121におけ� ��ナノグラニュラ粒子としては、粒径がナノ� ��ーダーであるNi,Co,Feなどの磁性金属微粒子� �挙げることができる。

 軟磁性膜112,113,122,123は、ナノグラニュラ� ��111,121に対してヨークとして機能するもので あり、ナノグラニュラ膜111,121の両側に、互� �に接触しないように設けることにより、長� �状の磁気センサ11,12を構成する。この長尺状 の磁気センサ11は、ナノグラニュラ膜111及び� ��磁性膜112,113が基板10の主面に対して略平行� ��方向に並設するように配置され、長尺状の� ��気センサ12は、ナノグラニュラ膜121及び軟� �性膜122,123が基板10の主面に対して略垂直な� �向に立設するように配置されている。この� �合、その並設方向あるいは立設方向(軸方向) に感度を持つので、磁気センサ11,12間でその� ��設方向あるいは立設方向を調整して配置す� ��ことにより、多感度軸を持つ磁気センサ装� ��を構成することが可能となる。

 軟磁性膜112,113,122,123を構成する材料とし� ��は、パーマロイ(FeNi合金)、センダスト(FeSiAl 合金)、ハードパーム(FeNiNb合金)、CoNbZrアモル ファス合金、CoFeSiBアモルファス合金、ファ� �ンメットFeSiBNbCu合金などを挙げることがで� �る。

 第1磁気センサ11は、図1(a),(b)から分かる� �うに、その並設方向(長手方向)を基板10の主� ��に対して略平行に配置されており、X軸方向 に感度を持つように配置されている。また、 第2磁気センサ12は、図1(b)から分かるように� �その立設方向を基板10の主面に対して略垂直 に配置されており、Z軸方向に感度を持つよ� �に配置されている。すなわち、第1磁気セン� ��11が基板10の表面に平行な方向(水平方向)に� ��って延在するように配置され、第2磁気セン サ12が基板10の表面に垂直な方向(鉛直方向)に 沿って延在するように配置される。これによ り、同一基板において、基板面に対して垂直 な方向をも正確に磁気検出すること可能であ り、しかも余分な演算処理が不要である多感 度軸を持つ磁気センサ装置を実現することが 可能となる。

 上記説明及び図1においては、X軸方向及� �Z軸方向に感度を持つ磁気センサを同一基板� ��設けた場合について説明しているが、本発� ��においては、X軸方向及びZ軸方向以外の方� �に感度を持つ磁気センサを同じ基板上に設� �ても良い。例えば、基板10の表面において第 1磁気センサ11の並設方向に直交する方向が並 設方向になるような磁気センサをさらに設け ることによりY軸方向に感度を持つ磁気セン� �を同一基板に形成することができ、これに� �り3軸方向に感度を持つ磁気センサ装置を実� ��することができる。

 このような多感度軸を持つ磁気センサ装� ��においては、それぞれの磁気センサの感度� ��ほぼ同じであることが好ましい。この場合� ��おいて、Z軸方向に感度を持つ磁気センサ(� �2磁気センサ12)は、基板10の表面に対して垂� �な方向に延在するように配置されるので、� �気センサ装置の厚さが厚くなってしまう。� �のため、Z軸方向に感度を持つ磁気センサに� ��いては、基板10の表面に対して平行な方向� �延在するように配置される磁気センサと感� �が同じになるようにして、その寸法(特に基� ��10の表面に対して垂直な方向の寸法を小さ� �することが望ましい。これにより、基板面� �対して垂直な方向をも正確に磁気検出する� �と可能である磁気センサ装置の厚さを薄く� �ることが可能である。

 ナノグラニュラ膜は、絶縁層中にナノグ� ��ニュラ粒子が分散してなるものであるので� ��非常に高い抵抗値を持つ。このため、磁気� ��ンサの感度を合わせる場合には、ナノグラ� ��ュラ膜の抵抗値を合わせることが好ましい� ��図1に示す磁気センサ装置においては、第1� �気センサ11のナノグラニュラ膜111の抵抗値と 第2磁気センサのナノグラニュラ膜121の抵抗� �とがほぼ等しくなるように、ナノグラニュ� �膜111,121及び軟磁性膜112,113,122,123の寸法を調� ��する。

 図1に示す例で算出すると、第1磁気センサ11 のナノグラニュラ膜111におけるX軸方向(水平� ��向)の寸法はL _{x_111} であり、第2磁気センサ12のナノグラニュラ膜 121のZ軸方向(鉛直方向)の寸法はT _{z_121} である。この寸法比はT _{z_121} /L _{x_111} となり、この比をaとすると、第1磁気センサ1 1の軟磁性膜112,113と第2磁気センサ12の軟磁性� ��122,123の寸法は以下の式(1)により算出するこ とができる。
   L _{z_122,123} =a・L _{x_112,113}
   W _{z_122,123_1} ×W _{z_122,123_2} =a・T _{x_112,113} ×W _{x_112,113}     式(1)
 なお、ナノグラニュラ膜111,121は同一工程で 形成することが好ましいので、同一工程で形 成すると、T _{x_111} =T _{z_121} となる。

 ナノグラニュラ膜111,121の抵抗値については 、第1磁気センサ11のナノグラニュラ膜111の抵 抗値をR _x とし、第2磁気センサ12のナノグラニュラ膜121 の抵抗値をR _z とし、ナノグラニュラ膜111,121自体の比抵抗� �ρとすると、以下の式(2)のようになる。
   R _x =L _{x_111} ×ρ/(T _{x_111} ×W _{x_111} )
   R _z =T _{z_121} ×ρ/(W _{z_121_1} ×W _{z_121_2} )            式(2)

 ここで、R _x =R _z 及びT _{x_111} =T _{z_121} を式(2)に代入すると、以下の式(3)のようにな る。
   L _{x_111} /(T _{x_111} ×W _{x_111} )=T _{x_111} /(W _{z_121_1} ×W _{z_121_2} ) 式(3)
 この式(3)に示す関係式を満足することによ� ��ナノグラニュラ膜111,121の抵抗値を合わせる ことができる。

 また、軟磁性膜で収束させた磁束をナノグ� ��ニュラ膜で効率的に検出するためには、一� ��の軟磁性膜で挟持されたナノグラニュラ膜� ��軟磁性膜からはみ出して延在しないことが� ��ましい。このためには、以下の式(4)を満足� ��ることが好ましい。
   W _{x_112,113} >W _{x_111}
   T _{x_112,113} >T _{x_112,113}
   W _{z_122,123_1} >W _{z_121_1}
   W _{z_122,123_2} >W _{z_121_2}                      式(4)

 さらに、より効率的にするためには、それ� ��れが1/2以下であること、すなわち以下の式( 5)を満足することが好ましい。
   W _{x_112,113} /2>W _{x_111}
   T _{x_112,113} /2>T _{x_112,113}
   W _{z_122,123_1} /2>W _{z_121_1}
   W _{z_122,123_2} /2>W _{z_121_2}                    式(5)

 また、軟磁性膜112,113,122,123については、低� ��場側まで検出できることを考慮すると、そ� ��アスペクト比(L _{x_112,113} 又はL _{z_122,123} )/(W _{x_112,113} 又はW _{z_122,123} )が大きいことが好ましい。この場合におい� �、反磁場係数の関係から、以下の式(6)を満� �することが好ましい。
   W _{x_112,113} ×T _{x_112,113} /L _{x_112,113} ²
   W _{z_122,123_1} ×W _{z_122,123_2} /L _{z_122,123} ²             式(6)

 図1に示す磁気センサ装置を製造する場合 、基板10上に第2磁気センサ12の軟磁性膜123及� ��リード17を埋め込むように絶縁層13を形成し 、絶縁層13を平坦化した後で第1磁気センサ11� ��ナノグラニュラ膜111及び第2磁気センサ12の� ��ノグラニュラ膜121を形成する。このとき、� ��1磁気センサ11のナノグラニュラ膜111及び第2 磁気センサ12のナノグラニュラ膜121を同一工� ��で形成することが好ましい。また、ナノグ� ��ニュラ膜111,121の形成前に絶縁層13を平坦化� ��ることにより、ナノグラニュラ膜111,121の成 膜を安定化させることができる。その後、第 2磁気センサ12の軟磁性膜122、第1磁気センサ11 の軟磁性膜112,113及びリード14,15,16を形成する 。

 このように、本発明に係る多感度軸を持� ��磁気センサ装置は、少なくとも2つの磁気セ ンサのうちの第2磁気センサ12が、ナノグラニ ュラ膜121及び軟磁性膜122,123が基板10の主面に 対して略垂直な方向に立設するように配置さ れているので、同一基板において、基板面に 対して垂直な方向をも正確に磁気検出するこ と可能であり、しかも余分な演算処理が不要 である。

 ここで、第2磁気センサ12が、その立設方� ��を基板10の主面に対して略垂直に配置され� �いるモデルと、その立設方向を基板10の主面 に対して垂直な方向から所定の角度を持って 傾斜して配置されているモデル(従来技術)と� ��間のZ軸方向の磁気検出の精度について説明 する。図2に示すモデルは、図1(b)と同様に、� ��1磁気センサ11がその並設方向を基板10の主� �に対して略平行に配置されており、第2磁気� ��ンサ12がその並設方向を基板10の主面に対し て略垂直に配置されている。ここで、第1磁� �センサ11における外部磁場に対する出力は図 3(b)に示すようになり、第2磁気センサ12にお� �る外部磁場に対する出力は図3(a)に示すよう� ��なっている。

 図3(a),(b)に示す出力がある第1磁気センサ11� �び第2磁気センサ12は、それぞれ回転させる� �とにより外部磁界から出力が独立して変化� �、図5に示す回転角をθ ₁ とすると、図5に示すX-Z平面において、X=Xi×co sθ ₁ 、Z=Zi×sinθ ₁ である合成ベクトルとして表すことができる 。そして、角度θとX-Z平面における座標(Xi,Zi) とから図6に示すように表すことができる。

 一方、図6(a),(b)に示すように、第2磁気セン� ��12の立設方向を基板10の主面に対して垂直な 方向から所定の角度θ ₂ ,θ ₃ を持って傾斜して配置されているモデルでは 、それぞれ図7(a),(b)に示すように、Z軸方向の 出力tZは、X軸方向の成分tXaとZ軸方向の成分tZ aのベクトルの和の出力となる。ここで、出� �tZは角度θ ₂ ,θ ₃ だけずれているので、その出力は図5に示す� �うにはならず、図8に示すようになる。すな� ��ち、図6(a),(b)に示すモデルでは、Z軸方向の� ��気検出を正確に行うことができない。

 図6(a),(b)に示すモデルを用いる場合、次の� �うな演算により補正を行うことが必要とな� �。すなわち、Z軸方向に感度を持つ第2磁気セ ンサ12の最大出力は、Z軸方向からθ ₂ ,θ ₃ だけずれた方向であるので、この最大出力tZ� ��すなわち合成ベクトルのX軸方向成分tXaやZ� �方向成分tZaを考慮して補正を行う必要があ� �。このため、Z軸方向の磁気検出を正確に行� ��ためには、補正演算が必須となり、処理が� ��雑となることが分かる。

 本発明に係る磁気センサ装置は、種々の� ��器に組み込むことが想定される。この場合� ��機器に発生する磁場の影響があるため、外� ��磁場をキャンセルして必要な感度を得るた� ��に、磁気センサの周りにコイルを形成する� ��とが考えられる。

 図9は、本発明の実施の形態に係る多感度 軸を持つ磁気センサ装置の他の例を示す図で あり、(a)は平面図であり、(b)は(a)におけるIXB -IXB線に沿う断面図である。この磁気センサ� �置は、X軸方向に感度を持つ第1磁気センサ11� ��Y軸方向に感度を持つ第1磁気センサ11、Z軸� �向に感度を持つ第2磁気センサ12を備えてお� �、第1磁気センサ11の周囲にはソレノイドコ� �ル21が設けられており、第2磁気センサ12の周 囲にはスパイラルコイル22が設けられている� ��

 このように磁気センサの周りにコイルを� ��置することにより、外部磁場をキャンセル� ��て必要な感度を得ることが可能となる。な� ��、スパイラルコイル22で発生する磁場はソ� �ノイドコイル21で発生する磁場よりも小さい ので、この発生磁場の違いを考慮して、第1� �気センサと第2磁気センサとで特性がほぼ等� ��くなるようにコイル巻き数を調整する、す� ��わちスパイラルコイル22の巻き数をソレノ� �ドコイル21の巻き数よりも多くすることが好 ましい。

 上述した本発明に係る多感度軸を持つ磁� ��センサ装置は、ナノグラニュラ膜を挟持す� ��一対の軟磁性膜で構成された少なくとも2つ の磁気センサ、例えば図10に示すように、X軸 方向に感度を持つ第1磁気センサ11と、Y軸方� �に感度を持つ第1磁気センサ11と、Z軸方向に� ��度を持つ第2磁気センサ12とを同一基板であ� ��基板10上に設けて構成されており、この磁� �センサ装置は、種々のデバイスに応用する� �とができる。

 図11は、本発明の実施の形態に係る多感� �軸を持つ磁気センサ装置を備えたデバイス� �例を示す図である。図11に示すデバイスは、 上記磁気センサ装置と、磁気センサ装置から 所定の間隔をおいて配置され、回転可能であ ると共に、磁気センサ装置に対して進退可能 である磁石30とを具備するスイッチングデバ� ��スである。このスイッチングデバイスにお� ��る磁気センサ装置は、X軸方向に感度を持つ 第1磁気センサ11と、Z軸方向に感度を持つ第2� ��気センサ12とを同一基板である基板10上に設 けて構成されている。このような構成を有す るスイッチングデバイスにおいては、磁石30� ��回転による磁場変化を第1磁気センサで検出 し、磁石30の昇降(磁気センサ装置に対する進 退)による磁場変化を第2磁気センサ12で検出� �る。このため、磁石30の動きに伴ってスイッ チングを行うことができる。

 図12は、本発明の実施の形態に係る多感� �軸を持つ磁気センサ装置を備えたデバイス� �例を示す図であり、(a)は斜視図であり、(b)� �側面図である。図12に示すデバイスは、上記 磁気センサ装置と、磁気センサ装置から所定 の間隔をおいて配置されており、磁気センサ 11,12と対向する位置に磁石43を有する錘部42及 び錘部42を揺動可能に支持する梁部41を備え� �揺動部材40とを具備する加速度センデバイス である。このスイッチングデバイスにおける 磁気センサ装置は、X軸方向に感度を持つ第1� ��気センサ11と、Y軸方向に感度を持つ第1磁気 センサ11と、Z軸方向に感度を持つ第2磁気セ� �サ12とを同一基板である基板10上に設けて構� ��されている。揺動部材40は、枠体に対して� �部41を介して錘部42が設けられており、加速� ��が加わると錘部42が揺動する。このとき、� �部42の磁石43と磁気センサ11,12との間の距離� �変わるので、この磁場変化をパラメータと� �て加速度を求めることができる。

 また、図12に示す揺動部材40の代わりに、 磁気センサ11,12と対向する位置に磁石を有す� ��ダイヤフラムを用いることにより、圧力セ� ��サデバイスを構成することができる。この� ��力センサデバイスにおいて、ダイヤフラム� ��圧力が加わると、磁石と磁気センサ11,12と� �間の距離が変わるので、この磁場変化をパ� �メータとして圧力を求めることができる。

 本発明は上記実施の形態に限定されず、� ��々変更して実施することが可能である。上� ��実施の形態においては、ナノグラニュラ膜� ��挟持する一対の軟磁性膜の並設方向あるい� ��立設方向が磁気センサの長手方向である場� ��について説明しているが、本発明において� ��、前記並設方向あるいは立設方向が磁気セ� ��サの長手方向以外の方向である場合にも適� ��することができる。また、上記実施の形態� ��説明した装置構成、デバイス構成、数値、� ��法、材質などについては、本発明の範囲を� ��脱しないで適宜変更することができる。そ� ��他、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲� ��で適宜変更して実施することができる。