CN108369260B - 磁检测装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种通过在形成于基板的凹部的倾斜侧面形成磁阻效应元件来检测X－Y－Z方向的各个方向的磁的磁检测装置。在Z检测部(10)，在Z检测凹部(11A、11B)的倾斜侧面(13、14)设置有磁阻效应元件(40(R1、R2、R3、R4))，在X检测部(20)，在X检测凹部(21A、21B)的倾斜侧面(23、24)设置有磁阻效应元件(40(R5、R6、R7、R8))，在Y检测部(30)，在Y检测凹部(31A、31B)的倾斜侧面(33、34)设置有磁阻效应元件(40(R9、R10、R11、R12))。各个磁阻效应元件(40)的固定磁性层的固定磁化(P)被决定为实线的箭头所示的方向。

Description

磁检测装置
技术领域
本发明涉及在形成于基板的凹部的倾斜侧面配置有磁阻效应元件的磁检测装置。
背景技术
在专利文献1中记载有与磁传感器相关的发明，该磁传感器在基板上形成有槽，在槽的倾斜面形成有检测部。
关于该磁传感器，通过对具有(100)的晶面的硅晶片进行蚀刻，在槽的侧面形成构成(111)的晶面的倾斜面。在槽的同一个倾斜面形成一对检测部，在另一个倾斜面形成固定电阻，利用检测部和固定电阻构成电桥电路。在各个检测部，磁化的灵敏度方向被决定为斜面的深度方向。
在专利文献2中也记载有如下的技术：对硅基板进行蚀刻而形成凹部和倾斜面，且在倾斜面形成有TMR、GMR的磁阻效应元件。
该磁阻效应元件具有PIN层和软磁层。当在硅基板成膜磁阻效应元件后，沿与硅基板的基板面垂直的方向施加磁场并进行退火，由此使PIN层的磁化沿着凹部的深度方向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－20092号公报
专利文献2：日本特开2007－235051号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所记载的磁传感器中，将一对检测部形成于基板的槽的同一个倾斜面。相对于外部的磁场，一对检测部具有相同极性的灵敏度，因此，在构成电桥电路时，必须将各个检测部与固定电阻串联连接。由于固定电阻并不与外部磁场发生感应，因此在提高利用电桥电路检测到的磁检测输出的灵敏度的方面存在极限。
关于专利文献2所记载的磁阻效应元件，施加与硅基板的基板面垂直的磁场并进行退火处理，使形成在对置的倾斜面上的磁阻效应元件的PIN层的磁化沿着倾斜面的深度方向、且均统一朝向上方。因此，能够形成为相对于外部磁场而使形成在对置的倾斜面上的磁阻效应元件的电阻值彼此为相反的极性。
然而，专利文献2所记载的发明仅止于如何制造磁阻效应元件这样的记载，并不清楚使用各个磁阻效应元件构成何种检测电路。
并且，关于专利文献2所记载的磁阻效应元件，由于通过施加相对于硅基板的基板面朝向上方的磁场并进行退火处理来将PIN层的磁化固定，因此所有的磁阻效应元件的PIN层的磁化的固定方向均朝向上方，所能够形成的磁阻效应元件的种类有限。
本发明是为了解决上述现有的课题而完成的，其目的在于提供一种能够使用设置在基板的倾斜侧面上的磁阻效应元件高精度地检测各种方向的磁、特别是与基板表面垂直的Z方向的磁的磁检测装置。
用于解决课题的手段
本发明提供一种磁检测装置，具有：基板，具有凹部；以及磁阻效应元件，设置于上述凹部的倾斜侧面，
上述磁检测装置的特征在于，
设置有至少两处Z检测凹部，上述Z检测凹部具有相互对置且随着趋向基板表面而对置间隔逐渐扩大的第1倾斜侧面和第2倾斜侧面，在上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面分别设置有磁阻效应元件，
上述磁阻效应元件具有固定磁性层、自由磁性层、以及形成在上述固定磁性层和上述自由磁性层之间的非磁性中间层，关于各个上述磁阻效应元件，上述固定磁性层的固定磁化的方向被设定为沿着上述倾斜侧面、且朝向上述基板的厚度方向倾斜，
上述磁阻效应元件中的、上述固定磁化的方向在上述基板的板厚方向上相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成元件列，两列上述元件列并联连接而构成电桥电路，
利用上述电桥电路检测上述基板的板厚方向即Z方向的磁。
关于本发明的磁检测装置，在所有的上述Z检测凹部，在设置于同一Z检测凹部的上述第1倾斜侧面、和上述第2倾斜侧面的上述磁阻效应元件中，固定磁化的方向在上述基板的板厚方向上相互为相反方向。
或者，本发明的磁检测装置设置有：设置于上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面的磁阻效应元件的上述固定磁化均在上述基板的板厚方向上为下方的上述Z检测凹部、以及设置于上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面的磁阻效应元件的上述固定磁化均在上述基板的板厚方向上为上方的上述Z检测凹部，
设置于不同的上述Z检测凹部的上述第1倾斜侧面的、上述固定磁化的方向相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成第1元件列，
设置于不同的上述Z检测凹部的上述第2倾斜侧面的、上述固定磁化的方向相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成第2元件列，
上述第1元件列和上述第2元件列并联连接而构成上述电桥电路。
本发明的磁检测装置能够构成为：
在上述基板上，与上述Z检测凹部一起，设置有至少两处的水平检测凹部，上述水平检测凹部具有相互对置且随着趋向基板表面而对置间隔逐渐扩大的第1倾斜侧面和第2倾斜侧面，在上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面设置有上述磁阻效应元件，
关于各个上述磁阻效应元件，固定磁性层的固定磁化的方向被设定为沿着上述倾斜侧面、且朝向上述基板的厚度方向倾斜，
设置于上述水平检测凹部的上述磁阻效应元件中的、上述固定磁化的方向沿着上述基板表面相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成元件列，两列上述元件列并联连接而构成电桥电路，
利用上述电桥电路检测与上述基板表面平行的方向的磁。
关于该情况下的磁检测装置，在所有的上述水平检测凹部，在设置于同一水平检测凹部的上述第1倾斜侧面的上述磁阻效应元件、和设置于上述第2倾斜侧面的上述磁阻效应元件中，上述固定磁化沿着基板表面相互为相反方向。
或者，关于本发明的磁检测装置，设置于同一上述水平检测凹部的上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面的上述磁阻效应元件的固定磁化的方向沿着上述基板表面为相同方向，
在不同的上述水平检测凹部之间，上述磁阻效应元件的固定磁化的方向沿着上述基板表面相互为相反方向，
设置于不同的上述水平检测凹部的上述第1倾斜侧面的、上述固定磁化的方向相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成第1元件列，
设置于不同的上述水平检测凹部的上述第2倾斜侧面的、上述固定磁化的方向相互为相反方向的磁阻效应元件串联连接而构成第2元件列，
上述第1元件列和上述第2元件列并联连接而构成上述电桥电路。
并且，本发明的磁检测装置能够形成为：作为上述水平检测凹部，检测相互正交的X－Y方向中的X方向的磁场的至少两处的X检测凹部、和检测Y方向的磁场的至少两处的Y检测凹部设置于同一上述基板。
此外，关于本发明的磁检测装置，设置于上述Z检测凹部的上述磁阻效应元件的在沿着上述基板表面的方向上的长度比设置于上述水平检测凹部的上述磁阻效应元件的在沿着上述基板表面的方向上的长度短。
但是，也可以形成为：设置于上述Z检测凹部的上述磁阻效应元件的在沿着上述基板表面的方向上的长度与设置于上述水平检测凹部的上述磁阻效应元件的在沿着上述基板表面的方向上的长度相同。
本发明的磁检测装置优选形成为：在上述基板的表面和上述凹部的底面中的至少一方，设置有由软磁性材料构成的磁屏蔽层。
发明效果
关于本发明的磁检测装置，在形成于基板的凹部中对置的第1倾斜侧面和第2倾斜侧面双方设置磁阻效应元件，将设置于对置的倾斜侧面的磁阻效应元件的固定磁性层的固定磁化的方向设定为沿着倾斜侧面、且朝向基板的厚度方向倾斜。通过将固定磁化的方向不同的磁阻效应元件串联连接而构成元件列，并利用两个元件列构成电桥电路，能够构成可获得高灵敏度的磁检测输出的电桥电路。
特别地，在设置于第1倾斜侧面的磁阻效应元件和设置于第2倾斜侧面的磁阻效应元件中，将固定磁化在上述基板的板厚方向上设定为相反方向，或者，在设置于第1倾斜侧面的磁阻效应元件和设置于第2倾斜侧面的磁阻效应元件中，将固定磁化在上述基板的板厚方向上设定为相同方向，能够构成高灵敏度地检测与基板垂直的Z方向的磁化的电桥电路。
并且，通过在凹部的底面或者基板的表面中的至少一方形成屏蔽层，能够容易消除因来自欲测定的方向的磁以外的方向的干扰磁场而造成的噪声。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的磁检测装置的整体构造的立体图。
图2中，(A)示出图1所示的磁检测装置的第1实施方式的Z检测部，(B)示出第1实施方式的X检测部，(C)示出第1实施方式的Y检测部。
图3中，(A)是将图2所示的Z检测部在IIIa－IIIa线处切断后的剖视图，(B)是将图2所示的X检测部在IIIb－IIIb线处切断后的剖视图。
图4中，(A)、(B)是示出设置于图2和图3所示的磁检测装置的磁阻效应元件的层构造的放大剖视图。
图5中，(A)示出本发明的第2实施方式的Z检测部，(B)示出第2实施方式的X检测部，(C)示出第2实施方式的Y检测部。
图6中，(A)是将图5所示的Z检测部在VIa－VIa线处切断后的剖视图，(B)是将图5所示的X检测部在VIb－VIb线处切断后的剖视图。
图7中，(A)示出图1所示的磁检测装置的第1实施方式的Z检测部的变形例，(B)示出第1实施方式的X检测部，(C)示出第1实施方式的Y检测部。
图8中，(A)示出本发明的第3实施方式的Z检测部，(B)示出第3实施方式的X检测部，(C)示出第3实施方式的Y检测部。
图9是示出设置于图5和图6所示的磁检测装置的磁阻效应元件的层构造的放大剖视图。
图10中，(A)是示出Z轴检测用的电桥电路的电路图，(B)是示出X轴检测用的电桥电路的电路图，(C)是示出Y轴检测用的电桥电路的电路图。
图11中，(A)、(B)、(C)是将基板的凹部按照每个制造工序示出的放大剖视图。
具体实施方式
图1示出本发明的实施方式的磁检测装置1。
磁检测装置1具有基板2，在基板2的安装表面(基板表面)3设置有Z检测部10、X检测部20、Y检测部30。
Z检测部10检测与基板2的安装表面3垂直的方向即Z方向的磁。在图2的(A)所示的第1实施方式中，在Z检测部10形成有至少两个Z检测凹部11A、11B。X检测部20检测与基板2的安装表面3平行的方向中的X方向的磁。如图2的(B)所示，在X检测部20形成有至少两个X检测凹部21A、21B。Y检测部30检测与基板2的安装表面3平行的方向中的Y方向的磁。如图2的(C)所示，在Y检测部30形成有至少两个Y检测凹部31A、31B。
X检测部20和Y检测部30是检测沿着安装表面3的方向的磁的水平检测部，X检测凹部21A、21B和Y检测凹部31A、31B是水平检测凹部。
如图2的(A)所示，Z检测凹部11A、11B具有：底面12；位于X1侧的第1倾斜侧面13；以及位于X2侧的第2倾斜侧面14。此外，具有在Y方向对置的倾斜侧面15、16。第1倾斜侧面13和第2倾斜侧面14在X方向对置，该对置间隔被决定为：在底面12侧最短、且随着趋向安装表面3而逐渐扩大。
如图3的(A)和图11的(A)所示，所使用的基板2是安装表面3的晶面方位为(100)面的硅(Si)基板。在基板2的安装表面3上，将要形成Z检测凹部11A、11B的面以外的面用氧化硅(SiO2)等的层遮盖，并使用蚀刻液进行各向异性蚀刻，由此形成具有(111)面即第1倾斜侧面13、第2倾斜侧面14以及其他的两个倾斜侧面15、16的凹部。各倾斜侧面13、14、15、16的相对于水平面的倾斜角度θ为约55度。
图11的(B)、(C)中示出基板2的其他的加工方法。在图11的(B)所示的加工方法中，将在晶面方位为(100)面的N型硅基板的上方层叠有晶面方位为(100)面的P型硅基板的部件作为基板2使用，并进行电化学蚀刻。在该电化学蚀刻中，N型硅基板的表面成为蚀刻的停止面，能够均匀地且高精度地形成Z检测凹部11A、11B的第1倾斜侧面13和第2倾斜侧面14的在厚度方向(Z方向)上的尺寸。
在图11的(C)所示的加工方法中，将在晶面方位为(100)面的P型硅基板的上方层叠有晶面方位为(100)面的N型硅基板的部件作为基板2使用，通过脉冲电流阳极氧化法进行蚀刻。通过实施该加工方法，能够将P型硅基板的表面作为蚀刻的停止面，也能够均匀且高精度地形成第1倾斜侧面13和第2倾斜侧面14的在厚度方向(Z方向)上的尺寸。
如图2的(B)所示，水平检测凹部即X检测凹部21A、21B为与X方向的宽度尺寸相比而Y方向的长度尺寸形成得大的长条状的长方形。如图3的(B)中也示出的那样，X检测凹部21A、21B在X1侧形成有第1倾斜侧面23，在X2侧形成有第2倾斜侧面24。第1倾斜侧面23与第2倾斜侧面24之间的在X方向上的对置间隔形成为：在底面22处最短，且随着趋向安装表面3而逐渐扩大。并且，如图2的(B)所示，在X检测凹部21A、21B形成有在Y方向对置的倾斜侧面25、26。
X检测凹部21A、21B的形成方法与Z检测凹部11A、11B的形成方法相同，能够通过图11的(A)、(B)、(C)中的任一个图中所示的蚀刻方法进行加工。
如图2的(C)所示，水平检测凹部即Y检测凹部31A、31B为与Y方向的宽度尺寸相比而X方向的长度尺寸大的长条状的长方形。Y检测凹部31A、31B具有：底面32；位于Y1侧的第1倾斜侧面33；以及位于Y2侧的第2倾斜侧面34。第1倾斜侧面33和第2倾斜侧面34之间的在Y方向上的对置间隔形成为：在底面32处最短，且随着趋向安装表面3而对置间隔逐渐扩大。并且，在Y检测凹部31A、31B形成有在X方向对置的倾斜侧面35、36。
Y检测凹部31A、31B的形成方法与Z检测凹部11A、11B的形成方法相同，能够通过图11的(A)、(B)、(C)中的任一个图中所示的蚀刻方法形成。
如图2的(A)和图3的(A)所示，在一方的Z检测凹部11A的第1倾斜侧面13设置有第1磁阻效应元件40(R1)，在第2倾斜侧面14设置有第2磁阻效应元件40(R2)。在另一方的Z检测凹部11B，在第1倾斜侧面13设置有第4磁阻效应元件40(R4)，在第2倾斜侧面14设置有第3磁阻效应元件40(R3)。
磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)均为相同构造的GMR元件(巨磁阻效应元件)。图4的(A)、(B)中示出磁阻效应元件40的层叠构造。
在图4的(A)所示的磁阻效应元件40的制造工序中，在基板2的表面形成Ni－Fe－Cr的种子层42，在种子层42的上方依次成膜Co－Fe的第1强磁性层43、Ru的中间层44、Co－Fe的第2强磁性层45，从而形成三层构造的自钉扎构造(self-pinned structure)的固定磁性层。
如图3的(A)所示，当在Z检测部10形成磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)时，在施加X轴方向(X2方向)的磁场Bx的同时成膜第1强磁性层43、并成膜中间层44后，在施加与第1强磁性层43的成膜时在X轴方向为相反方向(X1方向)的磁场Bx的同时成膜第2强磁性层45。
通过将Ru的中间层44的厚度设定为适当厚度，第1强磁性层43的磁化被固定为朝向X2方向，第2强磁性层45的磁化被固定为朝向X1方向。第2强磁性层45的磁化的方向成为固定磁化(P)的方向。在图2和图3中，固定磁化(P)的方向用实线的箭头示出。
另外，如果预先将第1强磁性层43形成为矫顽力比第2强磁性层45高的高矫顽力层，则若在施加X2方向的磁场Bx的同时成膜第1强磁性层43，则即便随后以不施加磁场的方式成膜第2强磁性层45、或者在施加朝向某一方向的磁场的同时成膜第2强磁性层45，在成膜后，第1强磁性层43的磁化被固定为朝向X2方向，第2强磁性层45的磁化被固定为朝向X1方向。
在形成第1强磁性层43、中间层44、第2强磁性层45这三层固定磁性层后，在第2强磁性层45的上方形成Cu的非磁性中间层46，在其上方形成Co－Fe层和Ni－Fe层的两层构造的自由磁性层47，并利用Ta的帽层48覆盖最上部。
在图4所示的各层层叠后，通过蚀刻处理，仅留下磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)，将其他的层叠体除去。
在图4的(B)所示的磁阻效应元件40的制造工序中，在种子层42的上方形成自由磁性层47和非磁性中间层46，并在其上方形成三层构造的自钉扎构造的固定磁性层。
关于图4的(B)中的固定磁性层，在非磁性中间层46的上方依次成膜第2强磁性层45、中间层44、第1强磁性层43。此处，若通过在磁场中成膜而将第1强磁性层43的磁化的方向设定为X2方向，则借助夹着中间层44的相互耦合(反向平行耦合)，第2强磁性层45的磁化被固定为X1方向，灵敏度轴方向即固定磁化(P)的方向成为X1方向。
例如，在以不施加磁场的方式或者在施加任意方向的磁场的同时成膜第2强磁性层45，并进一步成膜中间层44后，在施加X1方向的磁场的同时成膜第1强磁性层43。此时，将第1强磁性层43形成为矫顽力比第2强磁性层45高的高矫顽力层。若在利用磁场将第2强磁性层45沿X1方向磁化后的状态下，在中间层44的上方逐渐成膜第1强磁性层43，则成膜中的第1强磁性层43因与第2强磁性层45的相互耦合(反向平行耦合)而被沿X2方向磁化。设定成如下的状态：在第1强磁性层43的成膜结束时，高矫顽力层即第1强磁性层43的磁化被固定为X2方向，第2强磁性层45的磁化被朝X1方向固定。
在图4的(B)所示的磁阻效应元件40的制造过程中，在第1强磁性层43的上方层叠Ir－Mn合金(铱ー锰合金)或Pt－Mn合金(铂－锰合金)等反强磁性层49a，并在层叠后以不施加磁场的方式进行退火处理。由此，在沿X2方向被磁化的第1强磁性层43与反强磁性层49a之间形成有交换耦合，第1强磁性层43的磁化被牢固地固定。结果，第2强磁性层45的沿X1方向的磁化也稳定地被固定。
如图2的(A)和图3的(A)所示，在Z检测部10，磁阻效应元件40的固定磁化(P)的方向为沿着第1倾斜侧面13和第2倾斜侧面14的方向、且朝向基板2的厚度方向(Z检测凹部11A、11B的深度方向)。借助在施加磁场Bx的同时进行的成膜，在Z检测凹部11A，第1磁阻效应元件40(R1)的固定磁化(P)的方向被固定为从底面12朝向安装表面3而朝向上方，第2磁阻效应元件40(R2)的固定磁化(P)的方向被固定为从安装表面3朝向底面12而朝向下方。
在另一方的Z检测凹部11B，第4磁阻效应元件40(R4)的固定磁化(P)的方向与第1磁阻效应元件40(R1)相同，第3磁阻效应元件40(R3)的固定磁化(P)的方向与第2磁阻效应元件40(R2)相同。
关于各个磁阻效应元件40，优选将自由磁性层47单磁畴化并使磁化方向一致。关于自由磁性层47，通过形状各向异性来决定磁化，或者通过利用设置在外部的磁石进行的硬磁偏置而使磁化的方向一致。在图2所示的Z检测部10中，如虚线的箭头所示，在所有的磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)中，自由磁性层47的磁化(F)朝向Y2方向。
在Z检测部10中，若被施加Z1方向或者Z2方向的外部磁场，则自由磁性层47的磁化(F)的方向朝向外部磁场的方向。若自由磁性层47的磁化(F)与固定磁性层的固定磁化(P)为相同方向则电阻值极小，若自由磁性层47的磁化(F)与固定磁性层的固定磁化(P)为相反方向则电阻值极大。
在Z检测部10中，相对于Z1方向或者Z2方向的外部磁场，在第1磁阻效应元件40(R1)和第4磁阻效应元件40(R4)，电阻值以相同的极性变化，在第2磁阻效应元件40(R2)与第3磁阻效应元件40(R3)，电阻值以相同的极性变化。
图10的(A)中示出Z检测用的电桥电路51。在电桥电路51中，第1磁阻效应元件40(R1)和第2磁阻效应元件40(R2)串联连接而构成第1元件列，第3磁阻效应元件40(R3)和第4磁阻效应元件40(R4)连接而构成第2元件列。两个元件列并联连接，第1磁阻效应元件40(R1)和第3磁阻效应元件40(R3)与直流电源连接，第2磁阻效应元件40(R2)和第4磁阻效应元件40(R4)接地。
另外，在图10的(A)所示的电桥电路51中，也能够将第2磁阻效应元件40(R2)和第3磁阻效应元件40(R3)相互互换。
如图10的(A)所示，第1磁阻效应元件40(R1)和第2磁阻效应元件40(R2)之间的中点电位、与第3磁阻效应元件40(R3)和第4磁阻效应元件40(R4)之间的中点电位被附加给差动放大器54，从而得到Z方向的磁检测输出Oz。
在图2的(A)和图3的(A)所示的例子中，若对Z检测部10施加Z1方向的磁场而各磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)的自由磁性层47的磁化朝向Z1方向，则磁阻效应元件40(R1、R4)的电阻值降低，磁阻效应元件40(R2、R3)的电阻值上升。因此，磁检测输出Oz增大。相反，若施加Z2方向的磁场，各磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)的自由磁性层47的磁化朝向Z2方向，则磁检测输出Oz降低。
在Z检测部10中，如图3的(A)所示，在成膜磁阻效应元件40时，通过在施加沿着X轴方向的磁场Bx的同时进行的磁场中成膜来形成固定磁性层，由此，在设置于Z检测凹部11A、11B的第1倾斜侧面13的磁阻效应元件40(R1、R4)、和设置于第2倾斜侧面14的磁阻效应元件40(R2、R3)中，能够将固定磁性层的固定磁化(P)的方向设定为沿着倾斜侧面而在Z方向相互为相反方向。
因此，通过将设置于第1倾斜侧面13的磁阻效应元件40(R1、R4)和设置于第2倾斜侧面14的磁阻效应元件40(R2、R3)串联连接而构成电桥电路51，能够高精度地检测Z方向的磁场。
如图2的(B)和图3的(B)所示，在X检测部20中，在X检测凹部21A的第1倾斜侧面23设置有第5磁阻效应元件40(R5)，在第2倾斜侧面24设置有第6磁阻效应元件40(R6)。在另一个X检测凹部21B，在第1倾斜侧面23设置有第8磁阻效应元件40(R8)，在第2倾斜侧面24设置有第7磁阻效应元件40(R7)。
各磁阻效应元件40(R5、R6、R7、R8)的膜结构与图4所示的膜结构相同。在X检测部20中，如图3的(B)所示，在形成磁阻效应元件40时，通过沿Z2方向施加磁场Bz而进行磁场中成膜，将第1强磁性层43的磁化固定为沿着Z2方向的方向，通过沿Z1方向施加磁场Bz而进行磁场中成膜，将第2强磁性层45的磁化固定为朝向上方。由此，各磁阻效应元件40(R5、R6、R7、R8)的固定磁性层的固定磁化(P)如实线的箭头所示被固定为沿着各倾斜侧面23、24相对于基板2的板厚方向带有角度地朝向上方。
并且，在X检测凹部21A和X检测凹部21B双方，在设置于第1倾斜侧面23的磁阻效应元件40(R5、R8)、和设置于第2倾斜侧面24的磁阻效应元件40(R6、R7)，固定磁性层的固定磁化(P)的方向在X方向上相互为相反方向。
因而，相对于X方向的外部磁场，第5磁阻效应元件40(R5)以及第8磁阻效应元件40(R8)的电阻变化、和第6磁阻效应元件40(R6)以及第7磁阻效应元件40(R7)的电阻变化为相反极性。
如图10的(B)所示，在X检测部20，利用各磁阻效应元件40(R5、R6、R7、R8)构成X检测用的电桥电路52。若对X检测部20施加X1方向的外部磁场，则来自差动放大器55的磁检测输出Ox增大，若施加X2方向的外部磁场，则来自差动放大器55的磁检测输出Ox降低。
在图2的(C)所示的Y检测部30中，在Y检测凹部31A的第1倾斜侧面33设置有第9磁阻效应元件40(R9)，在第2倾斜侧面34设置有第10磁阻效应元件40(R10)。在另一方的Y检测凹部31B，在第1倾斜侧面33设置有第12磁阻效应元件40(R12)，在第2倾斜侧面34设置有第11磁阻效应元件40(R11)。
各磁阻效应元件40(R9、R10、R11、R12)的膜结构与图4所示的膜结构相同。在Y检测部30，与X检测部20同样，在形成磁阻效应元件40时，通过在施加磁场Bz的同时进行磁场中成膜而形成固定磁性层，由此，各磁阻效应元件40(R9、R10、R11、R12)的固定磁性层的固定磁化(P)如实线的箭头所示被固定为沿着各倾斜侧面33、34相对于基板2的板厚方向而带有角度地朝向上方。
并且，在Y检测凹部31A和Y检测凹部31B双方，在设置于第1倾斜侧面33的磁阻效应元件40(R9、R12)、和设置于第2倾斜侧面34的磁阻效应元件40(R10、R11)，固定磁性层的固定磁化(P)的方向在Y方向上相互为相反方向。
因而，相对于Y方向的外部磁场，第9磁阻效应元件40(R9)以及第12磁阻效应元件40(R12)的电阻变化、和第10磁阻效应元件40(R10)以及第11磁阻效应元件40(R11)的电阻变化为相反极性。
如图10的(C)所示，在Y检测部30中，利用各磁阻效应元件40(R9、R10、R11、R12)构成Y检测用的电桥电路53。若对Y检测部30施加Y1方向的外部磁场，则来自差动放大器56的磁检测输出Oy增大，若施加Y2方向的外部磁场，则来自差动放大器56的磁检测输出Oy降低。
另外，在X检测部20的各磁阻效应元件40(R5、R6、R7、R8)、和Y检测部30的各磁阻效应元件40(R9、R10、R11、R12)中，自由磁性层47的磁化根据形状各向异性、硬磁偏置等而如图2的(B)、(C)中用虚线的箭头所示那样朝向Y2方向和X1方向。
在图1所示的磁检测装置1中，由于在一个基板2上形成有Z检测部10、X检测部20以及Y检测部30，因此能够使用一个基板2检测Z方向以及X方向和Y方向的磁场及其强度的变化。
并且，Z检测部10的Z检测凹部11A、11B、X检测部20的X检测凹部21A、21B以及Y检测部30的Y检测凹部31A、31B能够同时通过蚀刻处理形成。
当在Z检测部10形成磁阻效应元件40时，在施加磁场Bx的同时对固定磁性层进行磁场中成膜。当在X检测部20和Y检测部30形成磁阻效应元件40时，在两个检测部20、30中，同时在施加磁场Bz的同时对固定磁性层进行磁场中成膜，由此，在X检测部20和Y检测部30双方，能够将固定磁性层的固定磁化(P)的方向设定为沿着倾斜侧面的方向、且朝向基板的厚度方向。
在第1实施方式中，即便对磁阻效应元件40的固定磁性层进行磁场中成膜时的施加磁场的方向仅为两个方向，也能够形成Z检测部10、X检测部20以及Y检测部30。
图5示出本发明的第2实施方式的磁检测装置101。
关于该磁检测装置101，与图2所示的第1实施方式的磁检测装置1同样，在Z检测部10形成有Z检测凹部11A、11B，在X检测部20形成有X检测凹部21A、21B，在Y检测部30形成有Y检测凹部31A、31B。
如图5的(A)和图6的(A)所示，在Z检测凹部11A的第1倾斜侧面13形成有第1磁阻效应元件50(R1)，在第2倾斜侧面14形成有第2磁阻效应元件50(R2)。如图5的(A)所示，在另一方的Z检测凹部11B，在第1倾斜侧面13形成有第4磁阻效应元件50(R4)，在第2倾斜侧面14形成有第3磁阻效应元件50(R3)。
如图5的(B)和图6的(B)所示，在X检测凹部21A的第1倾斜侧面23形成有第5磁阻效应元件50(R5)，在第2倾斜侧面24形成有第6磁阻效应元件50(R6)。在另一方的X检测凹部21B，在第1倾斜侧面23形成有第8磁阻效应元件50(R8)，在第2倾斜侧面24形成有第7磁阻效应元件50(R7)。
如图5的(C)所示，在Y检测凹部31A的第1倾斜侧面33形成有第9磁阻效应元件50(R9)，在第2倾斜侧面34形成有第10磁阻效应元件50(R10)。在另一方的Y检测凹部31B，在第1倾斜侧面33形成有第12磁阻效应元件50(R12)，在第2倾斜侧面34形成有第11磁阻效应元件50(R11)。
如图9所示，关于在第2实施方式中使用的磁阻效应元件50，与图4的(A)所示的磁阻效应元件40同样，在种子层42的上方成膜有Co－Fe的强磁性层43、Ru的中间层44、Co－Fe的第2强磁性层45，从而形成有三层构造的自钉扎构造的固定磁性层。
如图6的(A)所示，在Z检测部10，在形成三层构造的固定磁性层时，通过施加磁场Bx而在磁场中进行成膜，磁阻效应元件50(R1、R2、R3、R4)的固定磁性层的固定磁化(P)被固定为实线的箭头所示的方向。如图6的(B)所示，在X检测部20中，在形成三层构造的固定磁性层时，通过在施加磁场Bz的同时在磁场中进行成膜，磁阻效应元件50(R5、R6、R7、R8)的固定磁性层的固定磁化(P)被固定为实线的箭头所示的方向。同样，在Y检测部30中，通过在施加磁场Bz的同时在磁场中进行成膜，磁阻效应元件50(R9、R10、R11、R12)的固定磁性层的固定磁化(P)被固定为实线的箭头所示的方向。
如图9所示，在各磁阻效应元件50的固定磁性层的固定磁化(P)的方向被固定后，在固定磁性层的上方形成非磁性中间层46，此外还形成自由磁性层47的一部分。
然后，进一步形成自由磁性层47的上层部分，并在其上方在磁场中以磁场中成膜的方式成膜Ir－Mn的上部反强磁性层49b。通过磁场中成膜，生成上部反强磁性层49b与自由磁性层47之间的交换耦合，自由磁性层47被单磁畴化而磁化的方向一致。
在Z检测部10中，通过将上部反强磁性层49b的磁场中成膜时的磁场设为X1方向，如图5的(A)和图6的(A)中用虚线的箭头所示，自由磁性层47的磁化(F)与固定磁化(P)一致，为相同方向。在X检测部20和Y检测部30中，通过将上部反强磁性层49b的磁场中成膜时的磁场设为Z1方向，如虚线的箭头所示，自由磁性层47的磁化(F)与固定磁化(P)一致，为相同方向。
在第2实施方式的磁检测装置101中，连接各磁阻效应元件的电桥电路的结构与图10的(A)、(B)、(C)相同。
在第2实施方式的磁检测装置101中，如图5和图6所示，在各磁阻效应元件50(R1～R12)中，当未被施加外部磁场时，固定磁性层的固定磁化(P)的方向与自由磁性层47的磁化(F)的方向相同。由此，磁阻效应元件50的电阻值为极小值。若与自由磁性层47的磁化(F)的方向为相反方向的外部磁场逐渐变大，则自由磁性层47的磁化(F)反转，磁阻效应元件50的电阻值为极大值。由此，磁检测输出Oz、Ox、Oy变化。
但是，Z检测部10中的自由磁性层47的磁化(F)的方向也可以与图6的(A)所示的虚线箭头为相反方向。同样，在X检测部20和Y检测部30中，自由磁性层47的磁化(F)的方向也可以与图6的(B)所示的虚线箭头为相反方向。
如图5所示，在第2实施方式的磁检测装置101中，在Z检测部10，在各Z检测凹部11A、11B的底面12形成有由NI－Fe等软磁性材料层构成的屏蔽层61。并且，优选以包围各Z检测凹部11A、11B的周围的方式在基板2的安装表面3也形成有屏蔽层。通过设置该屏蔽层61，能够吸收灵敏度方向即Z方向以外的磁场，能够防止因干扰磁场而导致在磁检测输出Oz重叠有噪声。
同样，在X检测部20中，在X检测凹部21A、21B的底面22形成有屏蔽层62，在X检测凹部21A与21B之间的安装表面3也形成有屏蔽层63。屏蔽层62、63形成为长边方向朝向与磁阻效应元件50(R5、R6、R7、R8)的固定磁性层的固定磁化(P)的方向正交的方向的长条形状。由此能够吸收灵敏度方向即X方向以外的干扰磁场。
在Y检测部30中，在Y检测凹部31A、31B的底面32形成有屏蔽层64，在Y检测凹部31A与31B之间的安装表面3也形成有屏蔽层65。屏蔽层64、65形成为长边方向朝向与磁阻效应元件50(R9、R10、R11、R12)的固定磁性层的固定磁化(P)的方向正交的方向的长条形状。由此能够吸收灵敏度方向即Y方向以外的干扰磁场。
并且，通过在各检测凹部的底面设置屏蔽层，能够有效地利用空间效率而形成所需要的屏蔽层。
图7示出成为第1实施方式的变形例的磁检测装置1a。图7的(A)所示的Z检测部10a是图2所示的磁检测装置1的Z检测部10的变形例。并且，图7的(B)所示的X检测部20和图7的(C)所示的Y检测部30的构造与图2所示的构造相同。
在图2的(A)所示的Z检测部10中，Z检测凹部11A、11B的形状为正方形，与X检测凹部21A、21B以及Y检测凹部31A、31B的长方形不同。并且，设置于图2的(A)所示的Z检测凹部11A、11B的磁阻效应元件40的沿着基板表面的方向的尺寸比设置于图2的(B)所示的X检测部20和图2的(C)所示的Y检测部30的磁阻效应元件40的沿着基板表面的尺寸短。
与此相对，在图7的(A)所示的Z检测部10a中，Z检测凹部11A、11B的形状和尺寸与X检测凹部21A、21B以及Y检测凹部31A、31B的形状以及尺寸相同。并且，设置于Z检测凹部11A、11B的磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)的形状和尺寸与设置于X检测凹部21A、21B的磁阻效应元件40(R5、R6、R7、R8)以及设置于Y检测凹部31A、31B的磁阻效应元件40(R9、R10、R11、R12)相同。
在图7所示的Z检测部10a中，能够将Z检测凹部11A、11B的长边方向沿与X检测凹部21A、21B相同的方向进行加工，或者能够将Z检测凹部11A、11B的长边方向沿与Y检测凹部31A、31B相同的方向形成。此外，能够将所有的磁阻效应元件40以相同图案加工成相同大小。并且，设置于图7所示的Z检测部10a的磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)的面积比设置于图2所示的Z检测部10的磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)的面积大，因此，能够增大磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)的电阻变化率，能够提高Z检测部的灵敏度。
另外，本发明中的Z探测部10、10a的形状、大小并不限定于上述实施方式，当在相同基板上配置各检测部的情况下，例如也能够将Z检测部10、10a的面积形成得比X检测部20或者Y检测部30的面积大。
图8示出本发明的第3实施方式的磁检测装置201。
在图8的(A)所示的Z检测部10b和图2的(A)所示的Z检测部10中，Z检测凹部11A、11B的形状和尺寸相同。在图8的(A)所示的Z检测部10b中，在设置于Z检测凹部11A的第1倾斜侧面13的第1磁阻效应元件40(R1)和设置于第2倾斜侧面14的第4磁阻效应元件40(R4)中，固定磁化(P)的方向均朝向Z1方向。并且，在设置于Z检测凹部11B的第1倾斜侧面13的第2磁阻效应元件40(R2)和设置于第2倾斜侧面14的第3磁阻效应元件40(R3)中，固定磁化(P)的方向均朝向Z2方向。
在图8的(A)所示的Z检测部10b中，由各磁阻效应元件40(R1、R2、R3、R4)构成的电桥电路51与图10的(A)的电路图相同。此处，设置于Z检测凹部11A的第1倾斜侧面13的第1磁阻效应元件40(R1)和设置于Z检测凹部11B的第1倾斜侧面13的第2磁阻效应元件40(R2)串联连接而形成第1元件列。设置于Z检测凹部11B的第2倾斜侧面14的第3磁阻效应元件40(R3)和设置于Z检测凹部11A的第2倾斜侧面14的第4磁阻效应元件40(R4)串联连接而形成第2元件列。进而，第1元件列和第2元件列并联连接而构成电桥电路。
Z检测凹部11A和Z检测凹部11B通过相同的蚀刻处理形成。因此，在相同晶面形成的Z检测凹部11A的第1倾斜侧面13和Z检测凹部11B的第1倾斜侧面13的角度容易一致，在相同晶面形成的Z检测凹部11A的第2倾斜侧面14和Z检测凹部11B的第2倾斜侧面14的角度容易一致。因此，通过将设置于容易以相同角度形成的第1倾斜侧面13的第1磁阻效应元件40(R1)和第2磁阻效应元件40(R2)串联连接而构成第1元件列，并获得其中点电位，容易抑制各个产品的第1元件列的中点电位的偏差。同样，通过将设置于容易以相同角度形成的第2倾斜侧面14的第3磁阻效应元件40(R3)和第4磁阻效应元件40(R4)串联连接而形成第2元件列并获得其中点电位，容易抑制各个产品的第2元件列的中点电位的偏差。
在图8的(B)所示的X检测部20b，设置于X检测凹部21A的倾斜侧面的第5磁阻效应元件40(R5)与第8磁阻效应元件40(R8)的固定磁化(P)相同，均朝向X1方向。并且，设置于X检测凹部21B的倾斜侧面的第6磁阻效应元件40(R6)与第7磁阻效应元件40(R7)的固定磁化(P)相同，均朝向X2方向。即、在X检测凹部21A和X检测凹部21B中，设置于二者的磁阻效应元件40的固定磁化(P)在X方向上相互为相反方向。
在X检测部20b中，在X检测凹部21A和X检测凹部21B中，设置于容易形成为相同角度的第1倾斜侧面23的第5磁阻效应元件40(R5)和第6磁阻效应元件40(R6)串联连接而构成第1元件列。并且，在X检测凹部21A和X检测凹部21B中，设置于容易形成为相同角度的第2倾斜侧面24的第7磁阻效应元件40(R7)和第8磁阻效应元件40(R8)串联连接而构成第2元件列。通过将设置于容易形成为相同角度的倾斜侧面的磁阻效应元件串联连接，容易抑制第1元件列和第2元件列的中点电位的偏差。
另外，Y检测部30b呈使X检测部20b沿着基板表面旋转90度后的构造，在Y检测部30b中也能够起到与X检测部20b相同的效果。
在上述各实施方式中，磁阻效应元件的固定磁性层形成为自钉扎构造，固定磁性层通过磁场中成膜形成，不需要进行磁场中退火。因此，能够自由地组合设定设置于相同基板的各检测凹部的倾斜侧面的磁阻效应元件的固定磁化(P)的方向。
另外，在上述各实施方式中，构成磁阻效应元件40、50的固定磁性层形成为在施加磁场Bx、Bz的同时成膜第1强磁性层43和第2强磁性层45的所谓的自钉扎构造，但是，也可以通过在作为固定磁性层的强磁性层重叠Ir－Mn、Pt－Mn的反强磁性层并进行磁场中的退火处理来形成交换耦合，由此将固定磁性层的固定磁化(P)的方向固定。在该情况下，在Z检测部10中，施加磁场Bx并进行退火处理，在X检测部20和Y检测部30中，施加磁场Bz并进行退火处理。
标记说明
F：自由磁性层的磁化
P：固定磁化
Oz、Ox、Oz：磁检测输出
1、1a、101、201：磁检测装置
2：基板
3：安装表面
10、10a、10b：Z检测部
11A、11B：Z检测凹部
12：底面
13：第1倾斜侧面
14：第2倾斜侧面
20、20b：X检测部(水平检测部)
21A、21B：X检测凹部(水平检测凹部)
22：底面
23：第1倾斜侧面
24：第2倾斜侧面
30、30b：Y检测部(水平检测部)
31A、31B：Y检测凹部(水平检测凹部)
32：底面
33：第1倾斜侧面
34：第2倾斜侧面
40：磁阻效应元件
43：第1强磁性层
44：中间层
45：第2强磁性层
46：非磁性中间层
47：自由磁性层
49a：反强磁性层
49b：上部反强磁性层
50：磁阻效应元件

Claims (9)

1.一种磁检测装置，具有：基板，具有凹部；以及磁阻效应元件，设置于上述凹部的倾斜侧面，上述磁检测装置的特征在于，
设置有至少两处的Z检测凹部，上述Z检测凹部具有相互对置且随着趋向基板表面而对置间隔逐渐扩大的第1倾斜侧面和第2倾斜侧面，在上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面分别设置有磁阻效应元件，
上述磁阻效应元件具有固定磁性层、自由磁性层、以及形成在上述固定磁性层和上述自由磁性层之间的非磁性中间层，关于各个上述磁阻效应元件，上述固定磁性层的固定磁化的方向被设定为沿着上述倾斜侧面、且朝向上述基板的厚度方向倾斜，
上述磁阻效应元件中的、上述固定磁化的方向在上述基板的板厚方向相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成元件列，两列上述元件列并联连接而构成电桥电路，
利用上述电桥电路检测上述基板的板厚方向即Z方向的磁，
上述磁检测装置中设置有：设置于上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面的磁阻效应元件的上述固定磁化均在上述基板的板厚方向上朝向下方的上述Z检测凹部、以及设置于上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面的磁阻效应元件的上述固定磁化均在上述基板的板厚方向上朝向上方的上述Z检测凹部，
设置于不同的上述Z检测凹部的上述第1倾斜侧面的、上述固定磁化的方向相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成第1元件列，
设置于不同的上述Z检测凹部的上述第2倾斜侧面的、上述固定磁化的方向相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成第2元件列，
上述第1元件列和上述第2元件列并联连接而构成上述电桥电路。
2.根据权利要求1所述的磁检测装置，其中，
在所有的上述Z检测凹部，在设置于同一Z检测凹部的上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面的上述磁阻效应元件中，固定磁化的方向在上述基板的板厚方向上相互为相反方向。
3.根据权利要求1或2所述的磁检测装置，其中，
在上述基板上，与上述Z检测凹部一起设置有至少两处的水平检测凹部，上述水平检测凹部具有相互对置且随着趋向基板表面而对置间隔逐渐扩大的第1倾斜侧面和第2倾斜侧面，在上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面设置有上述磁阻效应元件，
关于各个上述磁阻效应元件，固定磁性层的固定磁化的方向被设定为沿着上述倾斜侧面、且朝向上述基板的厚度方向倾斜，
设置于上述水平检测凹部的上述磁阻效应元件中的、上述固定磁化的方向沿着上述基板表面相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成元件列，两列上述元件列并联连接而构成电桥电路，
利用上述电桥电路检测与上述基板表面平行的方向的磁。
4.根据权利要求3所述的磁检测装置，其中，
在所有的上述水平检测凹部，在设置于同一水平检测凹部的上述第1倾斜侧面的上述磁阻效应元件和设置于上述第2倾斜侧面的上述磁阻效应元件中，上述固定磁化沿着基板表面相互为相反方向。
5.根据权利要求3所述的磁检测装置，其中，
设置于同一上述水平检测凹部的上述第1倾斜侧面和上述第2倾斜侧面的上述磁阻效应元件的固定磁化的方向沿着上述基板表面为相同方向，
在不同的上述水平检测凹部之间，上述磁阻效应元件的固定磁化的方向沿着上述基板表面相互为相反方向，
设置于不同的上述水平检测凹部的上述第1倾斜侧面的、上述固定磁化的方向相互为相反方向的上述磁阻效应元件串联连接而构成第1元件列，
设置于不同的上述水平检测凹部的上述第2倾斜侧面的、上述固定磁化的方向相互为相反方向的磁阻效应元件串联连接而构成第2元件列，
上述第1元件列和上述第2元件列并联连接而构成上述电桥电路。
6.根据权利要求3所述的磁检测装置，其中，
作为上述水平检测凹部，检测相互正交的X－Y方向中的X方向的磁场的至少两处的X检测凹部、和检测Y方向的磁场的至少两处的Y检测凹部设置于同一上述基板。
7.根据权利要求3所述的磁检测装置，其中，
设置于上述Z检测凹部的上述磁阻效应元件的在沿着上述基板表面的方向上的长度比设置于上述水平检测凹部的上述磁阻效应元件的在沿着上述基板表面的方向上的长度短。
8.根据权利要求3所述的磁检测装置，其中，
设置于上述Z检测凹部的上述磁阻效应元件的在沿着上述基板表面的方向上的长度与设置于上述水平检测凹部的上述磁阻效应元件的在沿着上述基板表面的方向上的长度相同。
9.根据权利要求1所述的磁检测装置，其中，
在上述基板的表面和上述凹部的底面中的至少一方，设置有由软磁性材料构成的磁屏蔽层。
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