DE112010003703T5 - Magnetsensor-Herstellungsverfahren - Google Patents

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Ichiro Tokunaga
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Abstract

Es wird ein Verfahren des Herstellens eines Magnetsensors bereitgestellt, das es ermöglicht, mehrere Erkennungselemente (2, 3, 4, 5) auf dem gleichen Substrat (10) unter Benutzung eines schwachen Magnetfeldes in verschiedenen Richtungen zu Pinnen. In einem Verfahrensschritt (a) wird eine zweite magnetische Schicht (13c) so ausgebildet, dass sie eine gröberes Ms·t als eine erste magnetische Schicht (13a) hat. Im Verfahrensschritt (b) wird für eine Schichtstruktur (20) eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld durchgeführt. In diesem Fall sind Richtungen, in denen Ströme durch leitfähige Bereiche (6) fließen, unterschiedlich, und äußere Magnetfelder werden in verschiedenen Richtungen auf Bereiche (A bis D) der Schichtstruktur (20) angewandt. Die zweite magnetische Schicht (13c) mit großem Ms·t kann durch Festlegen des äußeren Magnetfeldes auf ein schwaches Magnetfeld in der Richtung des angelegten Magnetfeldes magnetisiert werden. Dementsprechend wird die erste magnetische Schicht (13a) durch ein RKKY-Kopplungsmagnetfeld antiparallel zur zweiten magnetischen Schicht (13c) gepinnt. In einem Verfahrensschritt (c) wird ein Bereich der zweiten magnetischen Schicht (13c) abgeschnitten, um Ms·t der ersten magnetischen Schicht (13a) gleich Ms·t der zweiten magnetischen Schicht (13c) zu machen. Im Verfahrensschritt (d) werden eine Schicht (13b) aus nicht-magnetischem Material, eine freie magnetische Schicht (15) und eine Schutzschicht (16) ausgebildet, und in jedem Bereich wird ein Magneterkennungselement (2, 3, 4, 5) musterförmig ausgebildet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren des Herstellens eines Magnetsensors, der mehrere Magneterkennungselemente mit unterschiedlichen Pinning-Richtungen hat.
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik hat ein Magnetsensor, der in einem Potentiometer oder Ähnlichem benutzt wird, einen Aufbau, in dem Chips, die Magneterkennungselemente mit unterschiedlichen Pinning-Richtungen (PIN-Richtungen; Richtungen der Empfindlichkeitsachsen) aufweisen, auf einer Abstützplatte befestigt sind.
  • Wenn ein zu erkennendes Magnetfeld wirkt, ändert sich die Magnetisierungsrichtung einer freien magnetischen Schicht, die ein Magneterkennungselement bildet, und auch der Widerstandswert ändert sich aufgrund der Beziehung mit der Pinning-Richtung einer festen magnetischen Schicht. Dementsprechend wird es möglich, aus dem Ausgangssignal, das auf der Widerstandsänderung basiert, einen Rotationswinkel und Ähnliches zu erkennen.
  • Im Stand der Technik werden zunächst mehrere Magneterkennungselemente auf einem waferähnlichen großen Substrat ausgebildet. Wie in der 9 gezeigt, werden im Magneterkennungselement 100 von unten in dieser Reihenfolge eine antiferromagnetische Schicht 101, eine feste magnetische Schicht 102, eine Schicht 103 aus nicht-magnetischem Material, eine freie magnetische Schicht 104 und eine Schutzschicht 105 geschichtet.
  • Wie in der 9 gezeigt, ist die feste magnetische Schicht 102 in einer ferrimagnetischen Schichtstruktur ausgebildet, in der von unten in dieser Reihenfolge eine erste magnetische Schicht 106, eine nicht-magnetische Zwischenschicht 107 und eine zweite magnetische Schicht 108 geschichtet sind. Wie in der 9 gezeigt, ist Ms·t (Ms ist die Sättigungsmagnetisierung und t ist eine Dicke) der ersten und der zweiten magnetischen Schicht 106 und 108 durch Festlegen der Dicken der ersten und zweiten magnetischen Schicht 106 und 108 auf fast die gleiche Dicke und Ausbilden der ersten und zweiten magnetischen Schicht 106 und 108 aus dem gleichen magnetischen Material fast gleich eingestellt. Dann wird für die mehreren Magneterkennungselemente eine Wärmebehandlung im gleichen Magnetfeld durchgeführt. Die erste und die zweite magnetische Schicht 106 und 108 können durch ein Austauschkopplungsmagnetfeld, das zwischen jeder der ersten und zweiten magnetischen Schichten 106 und 108 und der antiferromagnetischen Schicht 101 erzeugt wird, und ein RKKY-Kopplungsmagnetfeld durch eine nicht-magnetische Zwischenschicht antiparallel zueinander gepinnt werden.
  • Wie zuvor beschrieben, wird im Stand der Technik eine Wärmebehandlung für mehrere Magneterkennungselemente im gleichen Magnetfeld durchgeführt, so dass alle Pinning-Richtungen der Magneterkennungselemente in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
  • Dann werden durch Zerschneiden des großen Substrats mehrere Chips für jedes Magneterkennungselement ausgebildet. Dann werden die mehreren Chips auf der gemeinsamen Abstützplatte befestigt. In diesem Fall werden jedoch die Pinning-Richtungen der Magneterkennungselemente, die auf der Abstützplatte befestigt sind, durch mechanisches Ändern des Befestigungswinkels jedes Chips in Bezug auf die Abstützplatte eingestellt.
  • Dokumente des Standes der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Übersetzung der japanischen PCT-Patentveröffentlichung Nr. 11-505931
    • Patentdokument 2: Veröffentlichung der nicht geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-299728
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Wie zuvor beschrieben, ist es durch Einstellen von Ms·t der ersten und zweiten magnetischen Schicht 106 und 108, welche die in einer ferrimagnetischen Schichtstruktur ausgebildete feste magnetische Schicht 102 bilden, so dass sie fast gleich sind, möglich, einen Magnetsensor herzustellen, der eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme und einem äußeren Magnetfeld hat, und der eine hohe Genauigkeit der Linearität besitzt.
  • Wenn Ms·t der ersten magnetischen Schicht 106 und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 108 so eingestellt werden, dass sie fast gleich sind, ist zum Pinnen ein starkes Magnetfeld von mehreren kOe oder mehr notwendig. Durch das starke Magnetfeld werden die erste und die zweite magnetische Schicht 106 und 108 einmal in die gleiche Richtung magnetisiert. Wenn jedoch das starke Magnetfeld entfernt wird, werden die erste magnetische Schicht 106 und die zweite magnetische Schicht 108 auf der Basis eines RKKY-Kopplungsmagnetfeldes und eines Austauschkopplungsmagnetfeldes, das zwischen der antiferromagnetischen Schicht und jeder der ersten und zweiten magnetischen Schichten 106 und 108 erzeugt wird, antiparallel zueinander gepinnt.
  • Da im Stand der Technik ein starkes Magnetfeld von mehreren kOe oder mehr benutzt wird, können auf diese Weise nicht mehrere Magneterkennungselemente mit unterschiedlichen Pinning-Richtungen auf dem gleichen Substrat ausgebildet werden.
  • Daher werden im Stand der Technik mehrere Magneterkennungselemente, die durch eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld, das ein starkes Magnetfeld ist, die gleiche Pinning-Richtung haben, in Chips geschnitten, und die Befestigungswinkel werden beim Befestigen der mehreren Chips auf einer gemeinsamen Abstützplatte unterschiedlich gewählt, so dass die Pinning-Richtungen der auf der gemeinsamen Abstützplatte befestigten Magneterkennungselemente unterschiedlich sind.
  • Bei den bekannten Einstellverfahren zum Einstellen der Pinning-Richtung jedes Magneterkennungselements durch Anpassen des mechanischen Befestigungswinkels besteht jedoch ein Problem darin, dass die Pinning-Richtung aufgrund von Änderungen des Befestigungswinkels leicht von einer vorgegebenen Richtung abweicht und daher die Winkelerkennungsgenauigkeit des Magnetsensors abnimmt. Da im Stand der Technik ein Die-Bonding-Verfahren (Chipanbringungsverfahren bzw. Chipflächenkontaktierungsverfahren) und eine Einstellung des mechanischen Befestigungswinkels durch Benutzung eines Bonding-Dies (Bonding-Werkzeugs) notwendig sind, ist ein komplizierter Herstellungsprozess notwendig und die Herstellungskosten werden zusätzlich erhöht.
  • Patentdokument 1 offenbart eine Erfindung einer Sensorvorrichtung, in der über einem Magneterkennungselement ein Leiterpfad angeordnet ist. Im Patentdokument 1 wird ein Strom dazu gebracht, durch den Leiterpfad zu fließen, und zu diesem Zeitpunkt wird durch das erzeugte Magnetfeld eine Bias-Schicht magnetisiert.
  • In der im Patentdokument 1 offenbarten Erfindung wird jedoch das zuvor beschriebene, bekannte Problem nicht bemerkt und es werden keine Mittel zum Lösen des bekannten Problems offenbart. Darüber hinaus ist es in der im Patentdokument 1 offenbarten Erfindung nicht klar, ob die Bias-Schicht eine ferrimagnetische Schichtstruktur hat oder nicht, und es ist nicht gewiss, ob die Bias-Schicht stabil gepinnt werden kann.
  • Die im Patentdokument 2 offenbarte Erfindung ist ein Aufbau, der eine feste magnetische Schicht mit einem Ein-Schicht-Aufbau hat, die in Kontakt mit einer antiferromagnetischen Schicht ist, wobei die feste magnetische Schicht nicht in einer ferrimagnetischen Schichtstruktur ausgebildet ist, und das zuvor beschriebene, bekannte Problem wird nicht wahrgenommen. Zusätzlich ist in der im Patentdokument 2 offenbarten Erfindung die Magnetisierung fester magnetischer Schichten mehrere Magnetwiderstandseffektelemente vom Tunneltyp unter Benutzung der verbleibenden Magnetisierung einer Magnetschicht zum Aufbringen eines Magnetfeldes in verschiedenen Richtungen fixiert. In dem Verfahren, das eine permanente Magnetisierung benutzt, treten jedoch leicht Variationen auf, da es schwierig ist, die Pinning-Richtung genau festzulegen.
  • Daher ist die vorliegende Erfindung gemacht worden, um die zuvor beschriebenen, bekannten Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren des Herstellen eines Magnetsensors bereitzustellen, das in der Lage ist, mehrere Magneterkennungselemente auf dem gleichen Substrat unter Benutzung eines schwachen Magnetfeldes in verschiedene Richtungen zu Pinnen.
  • Mittel zum Lösen der Aufgaben
  • Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren des Herstellens eines Magnetsensors, der so bereitgestellt wird, dass er nicht im Kontakt mit einem Magnetfelderzeugungsmittel zum Erzeugen eines Erkennungsmagnetfeldes ist, und der mehrere Magneterkennungselemente enthält, die das Erkennungsmagnetfeld erkennen. Wenn jedes Magneterkennungselement auf demselben Substrat von unten in der Reihenfolge einer antiferromagnetischen Schicht, einer festen magnetischen Schicht, einer Schicht aus einem nicht-magnetischen Material, und einer freien magnetischen Schicht geschichtet ist und die feste magnetische Schicht in einer ferrimagnetischen Schichtstruktur, die von unten eine erste magnetische Schicht, eine nicht-magnetische Zwischenschicht und eine zweite magnetische Schicht aufweist, ausgebildet ist, enthält das Verfahren des Herstellens eines Magnetsensors (a) einen Verfahrensschritt des Ausbildens der ersten und der zweiten magnetischen Schicht mit unterschiedlichen Ms·t (wobei Ms die Sättigungsmagnetisierung und t eine Dicke ist) und des Durchführens einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld; und (b) einen Verfahrensschritt des Anpassen von Ms·t der ersten und der zweiten magnetischen Schicht, so dass sie fast gleich sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung, in der das Magnetfeld im Verfahrensschhritt (a) aufgebracht wird, so eingestellt wird, dass die Pinning-Richtungen der beiden oder mehreren Magneterkennungselemente in verschiedene Richtungen eingestellt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung wird, wie im Verfahrensschritt (a) gezeigt, Ms·t der ersten magnetischen Schicht anders eingestellt als Ms·t der zweiten magnetischen Schicht. Dementsprechend kann eine magnetische Schicht mit großem Ms·t vorzugsweise in der Richtung, in der das schwache Magnetfeld aufgebracht wird, gepinnt werden, wenn ein schwaches Magnetfeld benutzt wird. Andererseits ist die magnetische Schicht mit Ms·t durch ein RKKY-Kopplungsmagnetfeld antiparallel magnetisiert. Somit ist es möglich, eine Pinning-Einstellung in einem schwachen Magnetfeld durchzuführen, wenn Ms·t der ersten magnetischen Schicht und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht von Beginn an in einen unausgeglichenen Zustand eingestellt werden. Danach werden in der vorliegenden Erfindung Ms·t der ersten magnetischen Schicht und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht so eingestellt, dass sie fast gleich sind, wie im Verfahrensschritt (b) gezeigt. Durch Durchführen des Verfahrensschrittes (a), in dem Ms·t der ersten magnetischen Schicht und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht in den unausgeglichenen Zustand eingestellt werden, um eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld durchzuführen, und dann Durchführen des Verfahrensschrittes (b), in dem Ms·t der ersten magnetischen Schicht und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht so eingestellt werden, dass sie gleich sind, können eine erste magnetische Schicht und eine zweite magnetische Schicht mit fast gleichem Ms·t stabil antiparallel zueinander gepinnt werden, selbst wenn kein starkes Magnetfeld benutzt wird.
  • In der vorliegenden Erfindung werden mehrere Magneterkennungselemente mit verschiedenen Pinning-Richtungen in einem Magnetsensor bereitgestellt. In der vorliegenden Erfindung kann das Pinnen unter Benutzung eines schwachen Magnetfeldes realisiert werden. Daher können durch Einstellen der Richtung, in der das äußere Magnetfeld aufgebracht wird, zwei oder mehr Magneterkennungselemente auf demselben Substrat mit verschiedenen Pinning-Richtungen einfach und mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden.
  • Somit können in der vorliegenden Erfindung mehrere Magneterkennungselemente, die ferrimagnetische Schichtstrukturen mit fast dem gleichen Ms·t und verschiedene Pinning-Richtungen haben, unter Benutzung von Wärmebehandlung in einem Magnetfeld, das ein schwaches Magnetfeld ist, mit hoher Genauigkeit auf dem gleichen Substrat ausgebildet werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen Ein-Chip-Magnetsensor herzustellen, der eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Wärme und ein äußeres Magnetfeld sowie eine hohe Linaritätsgenauigkeit hat.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die zweite magnetische Schicht im Verfahrensschritt (a) so ausgebildet werden, dass sie ein größeres Ms·t als die erste magnetische Schicht hat, und ein Bereich der zweiten magnetischen Schicht kann abgeschnitten werden, um Ms·t der ersten magnetischen Schicht und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht im Verfahrensschritt (b) so einzustellen, dass sie fast gleich sind.
  • Alternativ kann in der vorliegenden Erfindung ein Bereich der zweiten magnetischen Schicht im Verfahrensschritt (a) so ausgebildet werden, dass sie ein kleineres Ms·t als die erste magnetische Schicht hat, und die verbleibende zweite magnetische Schicht kann ausgebildet werden, um Ms·t der ersten magnetischen Schicht und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht im Verfahrensschritt (b) so einzustellen, dass sie fast gleich sind.
  • In diesem Fall enthält der Verfahrensschritt (a) vorzugsweise einen Verfahrensschritt des Ausbildens einer unteren zweiten magnetischen Schicht mit kleinerem Ms·t als die erste magnetische Schicht und Ausbilden einer Schutzschicht auf der zweiten magnetischen Schicht, und der Verfahrensschritt (b) enthält einen Verfahrensschritt des Ausbildens einer oberen zweiten magnetischen Schicht auf der Schutzschicht. Vorzugsweise ist die Schutzschicht mit solch einer Dicke ausgebildet, dass die untere zweite magnetische Schicht und die obere zweite magnetische Schicht in der gleichen Richtung gepinnt sind, und die Summe von Ms·t der unteren zweiten magnetischen Schicht und der oberen zweiten magnetischen Schicht ist so festgelegt, dass sie fast gleich Ms·t der zweiten magnetischen Schicht ist. In der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, die Schutzschicht als Cr-Schicht auszubilden.
  • Darüber hinaus ist es in der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, dass die erste und die zweite magnetische Schicht aus dem gleichen magnetischen Material gemacht sind, wobei die erste und die zweite magnetische Schicht im Verfahrensschritt (a) mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet werden, und die erste und die zweite magnetische Schicht im Verfahrensschritt (b) so angepasst werden, dass sie fast die gleiche Dicke haben. Dies ist vorteilhaft, da Ms·t auf diese Weise einfach eingestellt werden kann.
  • Zusätzlich umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren des Herstellens eines Magnetsensors, der bereitgestellt wird, um nicht im Kontakt mit einem Magnetfelderzeugungsmittel zum Erzeugen eines Erkennungsmagnetfeldes zu sein, und der mehrere Magneterkennungselemente aufweist, die das Erkennungsmagnetfeld erkennen. Wenn jedes Magneterkennungselement auf dem gleichen Substrat von unten in der Reihenfolge einer antiferromagnetischen Schicht, einer festen magnetischen Schicht, einer Schicht aus nicht-magnetischem Material und einer freien magnetischen Schicht geschichtet wird, und wenn die feste magnetische Schicht in einer ferrimagnetischen Schichtstruktur von unten aus einer ersten magnetischen Schicht, einer nicht-magnetischen Zwischenschicht, und einer zweiten magnetischen Schicht ausgebildet wird, enthält das Verfahren des Herstellens eines Magnetsensors einen Verfahrensschritt (c) des Ausbildens der ersten magnetischen Schicht und der nicht-magnetischen Zwischenschicht und des Durchführens einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld; und einen Verfahrensschritt (d) des Ausbildens der zweiten magnetischen Schicht auf der nicht-magnetischen Zwischenschicht, so dass sie fast das gleiche Ms·t wie die erste magnetische Schicht hat, und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtung, in der ein äußeres Magnetfeld aufgebracht wird, im Verfahrensschritt (c) so angepasst wird, dass die Pinning-Richtungen der beiden oder mehreren Magneterkennungselemente in verschiedenen Richtungen eingestellt werden.
  • Da Schichten bis zur ersten magnetischen Schicht/nicht-magnetischen Zwischenschicht ausgebildet werden und die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld vor dem Ausbilden der zweiten magnetischen Schicht durchgeführt wird, wie im Verfahrensschritt (c) gezeigt, kann in der vorliegenden Erfindung die erste magnetische Schicht unter Benutzung eines schwachen Magnetfeldes in der Richtung des aufgebrachten Magnetfeldes gepinnt werden. Dann wird die zweite magnetische Schicht ausgebildet, so dass die zweite magnetische Schicht durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld antiparallel zur festen Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht gepinnt werden kann. Es ist somit möglich, die Pinning-Einstellung in einem schwachen Magnetfeld durchzuführen, wenn die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld von Beginn an in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Schichten bis zur nicht-magnetischen Zwischenschicht ausgebildet sind, aber die zweite magnetische Schicht nicht ausgebildet ist. Danach wird in der vorliegenden Erfindung die zweite magnetische Schicht so ausgebildet, dass sie fast das gleiche Ms·t wie die erste magnetische Schicht hat, wie im Verfahrensschritt (d) gezeigt. Durch Durchführen des Verfahrensschrittes (c), in dem Schichten bis zur ersten magnetischen Schicht/nicht-magnetischen Zwischenschicht ausgebildet werden und eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld durchgeführt wird, und dann Durchführen des Verfahrensschrittes (d), in dem die zweite magnetische Schicht mit dem gleichen Ms·t wie die erste magnetische Schicht ausgebildet wird, können die erste und die zweite magnetische Schicht mit fast dem gleichen Ms·t stabil antiparallel zueinander gepinnt werden, selbst wenn kein starkes Magnetfeld benutzt wird.
  • In der vorliegenden Erfindung sind mehrere Magneterkennungselemente mit verschiedenen Pinning-Richtungen in einem Magnetsensor vorgesehen. In der vorliegenden Erfindung kann das Pinnen mit einem schwachen Magnetfeld realisiert werden. Daher können durch Anpassen der Richtung, in der das Magnetfeld aufgebracht wird, zwei oder mehr Magneterkennungselemente mit verschiedenen Pinning-Richtungen einfach und mit hoher Genauigkeit auf dem gleichen Substrat ausgebildet werden.
  • Daher können in der vorliegenden Erfindung mehrere Magneterkennungselemente, die ferrimagnetische Schichtstrukturen mit fast dem gleichen Ms·t und verschiedene Pinning-Richtungen haben, unter Benutzung einen Wärmebehandlung in einem Magnetfeld, das ein schwaches Magnetfeld ist, mit hoher Genauigkeit auf dem gleichen Substrat ausgebildet werden. Als Ergebnis ist es möglich, einen Ein-Chip-Magnetsensor herzustellen, der eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme und einem äußeren Magnetfeld hat, und der eine hohe Genauigkeit der Linearität hat.
  • In der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, zwischen den Verfahrensschritten (c) und (d) einen Verfahrensschritt des Abtragens einer Oberflächenschicht der nicht-magnetischen Zwischenschicht einzufügen.
  • Zusätzlich ist es in der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, dass leitfähige Bereiche mit verschiedenen Stromrichtungen so angeordnet sind, dass sie der Schichtstruktur bis zum Verfahrensschritt (a) oder dem Verfahrensschritt (c) gegenüberliegen, und äußere Magnetfelder in verschiedenen Richtungen, die durch einen Stromfluss durch die leitfähigen Bereiche erzeugt werden, auf verschiedene Elementausbildungsbereiche der geschichteten Lage aufgebracht werden, um die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld durchzuführen.
  • In dem zuvor beschriebenen Fall wird das Herstellungsverfahren einfacher und jedes Magneterkennungselement kann mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden, da die Einstellung des Pinnens für die Elementausbildungsbereiche gleichzeitig durchgeführt werden kann.
  • Alternativ kann, immer wenn eine Schichtstruktur ausgebildet wird, die Wärmebehandlung bis zum Verfahrensschritt (a) oder dem Verfahrensschritt (c) in verschiedenen Elementausbildungsbereichen jedes Mal in einem Magnetfeld mit einer anderen Aufbringrichtung des Magnetfeldes durchgeführt werden.
  • Zusätzlich kann in der vorliegenden Erfindung die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld für verschiedene Elementausbildungsbereiche einer Schichtstruktur, die bis zum Verfahrensschritt (a) oder dem Verfahrensschritt (c) ausgebildet worden ist, mit verschiedenen Anwendungsrichtungen des Magnetfeldes durchgeführt werden, und dann können auf jedem Magneterkennungselement gleichzeitig die Schicht aus einem nicht-magnetischem Material, die freie magnetische Schicht und die Schutzschicht ausgebildet werden, um dadurch jedes Magneterkennungselement in jedem der Elementausbildungsbereiche musterförmig auszubilden. Im Ergebnis können die magnetischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften jedes Magneterkennungselements mit hoher Genauigkeit gleich eingestellt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung können mehrere Magneterkennungselemente auf dem gleichen Substrat so ausgebildet werden, dass ihre Pinning-Richtungen sich um 90° unterscheiden. Als ein Ergebnis ist es möglich, einen Magnetsensor für ein Potentiometer herzustellen, der eine hervorragende Erkennungsgenauigkeit hat.
  • Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können unter Benutzung einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld, das ein schwaches Magnetfeld ist, mehrere Magneterkennungselemente, die ferrimagnetische Schichtstrukturen mit fast gleichem Ms·t und verschiedene Pinning-Richtungen haben, mit hoher Genauigkeit auf demselben Substrat ausgebildet werden. Im Ergebnis ist es möglich, einen Ein-Chip-Magnetsensor herzustellen, der eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme und einem äußeren Magnetfeld hat, und der eine hohe Genauigkeit der Linearität hat.
  • Figurenbeschreibung
  • 1 ist eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines ersten Herstellungsverfahrens eines Magnetsensors.
  • 2 ist eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines zweiten Herstellungsverfahrens eines Magnetsensors.
  • 3 ist eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines dritten Herstellungsverfahrens eines Magnetsensors.
  • 4 ist eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines vierten Herstellungsverfahrens eines Magnetsensors.
  • 5 ist eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte eines Herstellungsverfahrens, die den in den 4 gezeigten Verfahrensschritten folgen.
  • 6 ist eine Draufsicht einer Vorrichtung zum Aufbringen eines Magnetfeldes.
  • 7 ist eine schematische Darstellung, die ein anderes Verfahren des Aufbringen eines Magnetfeldes zeigt.
  • 8 ist eine Draufsicht, die ein waferähnliches großes Substrat und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Magnetfeldes zur Herstellung mehrerer Magnetsensoren zeigt.
  • 9 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Magneterkennungselementes im Stand der Technik zeigt.
  • Beste Art, die Erfindung auszuführen
  • 1 zeigt schematisch ein erstes Herstellungsverfahren eines Magnetsensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Jede Ansicht eines Verfahrensschrittes ist eine schematische Ansicht eines vertikalen Bereichs, der in Richtung der Dicke geschnitten ist.
  • In dem Prozess, der in 1A gezeigt ist, werden eine Grundschicht 11, eine antiferromagnetische Schicht 12 und eine feste magnetische Schicht 13 in dieser Reihenfolge von unten und kontinuierlich im gleichen Vakuum unter Benutzung einer Dünnschichttechnik, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, auf einem Substrat 10 ausgebildet. Zusätzlich ist das Substrat 10 z. B. aus Silizium ausgebildet und die Oberfläche des Substrats 10 dient als thermische Siliziumoxidschicht.
  • Die Grundschicht 11 ist z. B. aus Ni-Fe-Cr, Cr, oder Ru gebildet. Zusätzlich kann zwischen der Grundschicht 11 und dem Substrat 10 eine (nicht gezeigte) Basisschicht aus seinem nicht-magnetischen Element, wie z. B. Ta, ausgebildet sein.
  • Die antiferromagnetische Schicht 12 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet, das Mn und ein Element X (wobei X ein Element oder zwei oder mehrere Elemente aus Pe, Pd, Ir, Rh, Ru und Os) enthält. Vorzugsweise wird die antiferromagnetische Schicht 12 unter Benutzung von Pt-Mn oder Ir-Mn ausgebildet. Die antiferromagnetische Schicht 12 ist mit einer Dicke von ungefähr 80 Angstrom bis 300 Angstrom ausgebildet.
  • Wie in der 1A gezeigt, sind in der festen magnetischen Schicht 13 von unten in dieser Abfolge eine erste magnetische Schicht 13a, eine nicht-magnetische Zwischenschicht 13b und eine zweite magnetische Schicht 13c aufgeschichtet.
  • Sowohl die erste magnetische Schicht 13a als auch die zweite magnetische Schicht 13c sind aus magnetischen Materialien, wie z. B. Co-Fe, Mn-Fe, Co-Fe-Ni und Co gebildet und es ist vorteilhaft, ein magnetisches Material, das Co (z. B. Co-Fe) enthält, auszubilden. Weiterhin ist die nicht-magnetische Zwischenschicht 13b aus einem nicht-magnetischen, leitfähigen Material, wie z. B. Ru, Rh, Ir, Cr, Re und Cu gebildet, und es ist insbesondere vorteilhaft, die nicht-magnetische Zwischenschicht 13b unter Benutzung von Ru auszubilden. Z. B. hat die feste magnetische Schicht 13 eine geschichtete Ferri-Struktur aus der ersten magnetischen Schicht 13a; der Co-Fe/nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b; und der Ru/zweiten magnetischen Schicht 13c; Co-Fe.
  • In 1A ist die zweite magnetische Schicht 13c so ausgebildet, dass sie dicker als die erste magnetische Schicht 13a ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist Ms·t (Ms ist die Sättigungsmagnetisierung und t ist eine Dicke) der zweiten magnetischen Schicht 13c größer gewählt als Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a, indem die erste und die zweite magnetische Schicht 13a und 13c unter Benutzung desselben magnetischen Materials ausgebildet sind und die Dicke der zweiten magnetischen Schicht 13c größer als die der ersten magnetischen Schicht 13a gewählt ist.
  • Obwohl Ms·t durch Ausbilden der ersten und zweiten magnetischen Schichten 13a und 13c aus verschiedenen magnetischen Materialien, so dass Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c verschieden sind, so angepasst werden kann, dass es zwischen der ersten und der zweiten magnetischen Schicht 13a und 13c unausgeglichen ist, ist es vorzuziehen, für die erste und zweite magnetische Schicht 13a und 13c das gleiche magnetische Material zu verwenden und die Dicke zu ändern, um Ms·t einfach anpassen zu können.
  • In der 1A ist die erste magnetische Schicht 13a mit einer Dicke von ungefähr 10 Angstrom bis 20 Angstrom ausgebildet, und die zweite magnetische Schicht 13c ist mit einer Dicke von ungefähr 12 Angstrom bis 36 Angstrom ausgebildet. Die Differenz der Dicke zwischen der ersten magnetischen Schicht 13a und der zweiten magnetischen Schicht 13c ist auf ungefähr 2 Angstrom bis 16 Angstrom eingestellt. Zusätzlich wird ist nichtmagnetische Zwischenschicht 13b mit einer Dicke von ungefähr 8 Angstrom bis 10 Angstrom ausgebildet. Zusätzlich beträgt die Differenz von Ms·t zwischen der ersten und der zweiten magnetischen Schicht 13a und 13c vorzugsweise ungefähr 0,4 T·nm bis 3,0 T·nm.
  • Dann wird in dem in der 1B gezeigten Verfahrensschritt eine Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes, in der ein leitfähiger Bereich (Spulenschicht) 6 auf der Fläche einer Abstützplatte 7 ausgebildet ist, oberhalb einer von der Grundschicht 11 bis zur festen magnetischen Schicht 13 geschichteten Lage 20 so angeordnet, dass sie dieser gegenüberliegt.
  • Der leitfähige Bereich 6 ist z. B. dünn in einem Muster ausgebildet, wie es in der 6 gezeigt ist. Der leitfähige Bereich 6 ist unter Benutzung einer Photolithographietechnik mit hoher Präzision als guter Leiter, wie z. B. Co, als Muster auf der Oberfläche 7 der Abstützplatte 7 ausgebildet.
  • Wie in der 6 gezeigt, hat der leitfähige Bereich 6 eine Form, in der mehrere Musterbereiche, die sich in der X1-X2 Richtung und in der Y1-Y2 Richtung erstrecken, miteinander verbunden sind. Hierbei bezeichnen die X1-X2 Richtung und die Y1-Y2 Richtung zwei Richtungen, die in der Ebene (der Fläche parallel zur Oberfläche des Substrats 10) rechtwinklig zueinander sind.
  • Wie in der 6 gezeigt, sind in dem leitfähigen Bereich ein erster Musterbereich 6a und eine dritter Musterbereich 6c, die sich in der Y1-Y2 Richtung erstrecken, sowie ein zweiter Musterbereich 6b und ein vierter Musterbereich 6d, die sich in der X1-X2 Richtung erstrecken, ausgebildet.
  • Unter der Annahme, dass im leitfähigen Bereich 6 ein Strom I in Richtung eines (breiten) in 6 gezeigten Pfeils fließt, fließt der Strom I im ersten Musterbereich 6a des leitfähigen Bereichs 6 in der Y1 Richtung, fließt der Strom I im zweiten Musterbereich 6b des leitfähigen Bereichs 6 in der X1 Richtung, fließt der Strom I im dritten Musterbereich 6c des leitfähigen Bereichs 6 in der Y2 Richtung, und fließt der Strom I im vierten Musterbereich 6d des leitfähigen Bereichs 6 in der X2 Richtung.
  • In diesem Fall wird gemäß der Rechte-Hand-Regel von jedem der Musterbereiche 6a bis 6d ein äußeres Magnetfeld auf die geschichtete Lage 20 ausgeübt, aufgrund der Unterschiede in den Stromrichtungen werden die äußeren Magnetfelder von den Musterbereichen 6a bis 6d aber in um 90° verschiedenen Richtungen auf die geschichtete Lage 20 aufgebracht.
  • In dem Verfahrensschritt der 1B wird das äußere Magnetfeld durch einen Stromfluss durch den leitfähigen Bereich 6 auf die geschichtete Lage 20 aufgebracht, während eine Erwärmung durchgeführt wird (Wärmebehandlung in einem Magnetfeld). Die Temperatur der Erwärmung beträgt ungefähr 270°C bis 310°C.
  • Wie zuvor für die 1A beschrieben, ist Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c größer als Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a. Dementsprechend wird die zweite magnetische Schicht 13c vorzugsweise in der Richtung des äußeren Magnetfeldes magnetisiert.
  • Wie in der 1B gezeigt, ist die zweite magnetische Schicht 13c in einem Elementausbildungsbereich A der geschichteten Lage 20 in der Zeichenebene nach rechts gepinnt ist, die zweite magnetische Schicht 13c ist in einem Elementausbildungsbereich B in der Zeichenebene nach links gepinnt, die zweite magnetische Schicht 13c ist in einem Elementausbildungsbereich C in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene nach oben gepinnt, und die zweite magnetische Schicht 13c ist in einem Elementausbildungsbereich D in einer. Richtung senkrecht zur Zeichenebene nach unten gepinnt. (Die Pfeile zeigen die Pinning-Richtungen an. Dies gilt genauso für die 2, 3, 4, 5 und 7) Andererseits ist die erste magnetische Schicht 13a jedes der Elementausbildungsbereiche A bis D durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld, das durch die magnetische Zwischenschicht 13b erzeugt wird, antiparallel zur Pinning-Richtung der zweiten magnetischen Schicht 13c magnetisiert. Zusätzlich wird zwischen der ersten magnetischen Schicht 13a und der antiferromagnetischen Schicht 12 ein Austauschkopplungsmagnetfeld erzeugt. Dementsprechend können auf der Basis der RKKY-Kopplungsmagnetfeldes und des Austauschkopplungsmagnetfeldes die erste magnetische Schicht 13a und die zweite magnetische Schicht 13b in jedem der Elementausbildungsbereiche A bis D stabil im antiparallelen Zustand gepinnt Werden.
  • In dem in der 1C gezeigten Verfahrensschritt wird dann eine Schicht der Oberfläche der zweiten magnetischen Schicht 13c durch Ätzen oder Ähnliches entfernt, so dass Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c fast gleich werden.
  • In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird für die erste und die zweite magnetische Schicht 13a und 13c das gleiche magnetische Material benutzt. Dementsprechend wird in der 1C die Dicke der zweiten magnetischen Schicht 13c so eingestellt, dass die Dicke der zweiten magnetischen Schicht 13c fast gleich der Dicke der ersten magnetischen Schicht 13a ist, um fast das gleiche Ms·t zu erhalten.
  • Dann werden in dem in der 1D gezeigten Verfahrensschritt in dieser Reihenfolge von unten eine Schicht aus nicht-magnetischem Material 14, eine freie magnetische Schicht 15 und eine Schutzschicht 16 über der gesamten Oberfläche der festen magnetischen Schicht 13 kontinuierlich in dem gleichen Vakuum unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. der Sputter- bzw. Aufdampftechnik, ausgebildet.
  • Die Schicht 14 aus nicht-magnetischem Material ist z. B. aus Cu ausgebildet. Die Dicke der Schicht 14 aus nicht-magnetischem Material beträgt ungefähr 18 Angstrom bis 26 Angstrom. Darüber hinaus ist in dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Magneterkennungselement 4 in Form eines Magnetwiderstandseffektelements (GMR-Element) vom CIP-Typ (Strom-in-der-Ebene-Typ) ausgebildet. Wenn jedoch das Magneterkennungselement 4 als Magnetwiderstandseffektelement vom Tunneltyp. (TMR-Element) ausgebildet ist, wird die Schicht 14 aus einem nicht-magnetischen Material als isolierende Barriereschicht aus Mg-O, Ti-O, Al-O oder Ähnlichem ausgebildet. Im Fall eines Magnetwiderstandseffektelement vom Tunneltyp oder eines Giant-Magnetwiderstandseffektelements vom CPP-Typ (Strom-rechtwinklig-zur-Ebene-Typ), ist unterhalb der festen magnetischen Schicht 13 und oberhalb der freien magnetischen Schicht 15, die in der 1 gezeigt sind, eine Elektrodenschicht vorgesehen.
  • Die freie magnetische Schicht 15 kann einen einschichtigen Aufbau einer magnetischen Schicht haben, aber ein Aufbau, in dem eine Verstärkungsschicht und eine weiche magnetische Schicht in dieser Reihenfolge von unten aufgeschichtet sind, ist zu bevorzugen. Die Verstärkungsschicht ist beispielsweise aus Co-Fe ausgebildet. Zusätzlich ist die weiche magnetische Schicht aus einem Material mit hervorragenden weichen magnetischen Eigenschaften ausgebildet, das eine kleinere Koerzitivkraft und ein geringeres anisotropisches Magnetfeld als die Verstärkungsschicht hat. Es ist vorteilhaft, die Dicke der freien magnetischen Schicht 15 so zu wählen, dass die Verstärkungsschicht mit einer Dicke von ungefähr 5 Angstrom bis 20 Angstrom ausgebildet ist, und die weiche magnetische Schicht mit einer Dicke von ungefähr 10 Angstrom bis 40 Angstrom ausgebildet ist.
  • Zusätzlich ist die Schutzschicht 16 aus einem nicht-magnetischen Material, wie z. B. Ta mit einer Dicke von ungefähr 30 Angstrom bis 100 Angstrom ausgebildet.
  • Dann werden durch Mustern der geschichteten Lage 21 von der Grundschicht 11 bis zur Schutzschicht 16 in den jeweiligen Elementausbildungsbereichen A bis D in eine vorgegebene Form (z. B. einer mändernden Form) in den jeweiligen Elementausbildungsbereichen A bis D Magneterkennungselemente mit unterschiedlichen Pinning-Richtungen musterförmig ausgebildet. Darüber hinaus ist im Magneterkennungselement, das die geschichtete Lage 21 aus 1D aufweist, von der ersten magnetischen Schicht 13a und der zweiten magnetischen Schicht 13c, welche die feste magnetische Schicht bilden, die zweite magnetische Schicht 13c, die im Kontakt mit der Schicht 14 aus nicht-magnetischem Material ist, eine Schicht, die zur Widerstandsänderung beiträgt. Dementsprechend wird angenommen, dass die ”Pinning-Richtung” eines Magneterkennungselements die Pin-Richtung der zweiten magnetischen Schicht 13c bezeichnet, wenn nichts Anderes gesagt ist.
  • In dem Magnetsensor-Herstellungsverfahren, das in der 1 gezeigt ist, wird in dem in der 1A gezeigten Verfahrensschritt Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c größer gewählt als Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a. Dementsprechend kann, wenn in dem in der 1B gezeigten Verfahrensschritt das äußere Magnetfeld, das auf die feste magnetische Schicht 13 aufgebracht wird, als schwaches Magnetfeld gewählt wird, die zweite magnetische Schicht 13c mit großem Ms·t vorzugsweise in Richtung der Aufbringrichtung des äußeren Magnetfeldes gepinnt werden, während die erste magnetische Schicht 13a mit kleinem Ms·t durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld antiparallel zur zweiten Magnetschicht 13c gepinnt werden kann.
  • D. h., wenn Ms·t so eingestellt wird, dass es von Beginn an zwischen der ersten magnetischen Schicht 13a und der zweiten magnetischen Schicht 13c unausgeglichen ist, ist es möglich, eine Einstellung des Pinnens in einem schwachen Magnetfeld durchzuführen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c so angepasst, dass sie nach der Wärmebehandlung in einem schwachen Magnetfeld gemäß 1B, wie in dem in der 1C gezeigten Verfahrensschritt, fast gleich sind. Durch Durchführen des in der 1B gezeigten Verfahrensschrittes, in dem Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c im unausgeglichenen Zustand eingestellt werden, um eine Wärmebehandlung in einem schwachen Magnetfeld durchzuführen und dann den in der 1C gezeigten Verfahrensschritt durchzuführen, in dem Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c gleich gewählt werden, können die erste und zweite magnetische Schicht mit fast gleichem Ms·t selbst dann stabil im antiparallelen Zustand gepinnt werden, wenn kein starkes Magnetfeld benutzt wird.
  • 2 zeigt schematisch ein zweites Herstellungsverfahren eines Magnetsensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Jede Ansicht eines Verfahrensschrittes ist eine schematische Ansicht eines Vertikalschnitts, der in Richtung der Dicker geschnitten ist. Zusätzlich werden für die gleichen Schichten die gleichen Referenzzeichen wie in der 1 verwendet.
  • In 2A sind in dieser Reihenfolge von unten eine Grundschicht 11, eine antiferromagnetische Schicht 12, eine erste magnetische Schicht 13a, eine nicht-magnetische Zwischenschicht 13b, eine zweite magnetische Schicht 13c1 und eine Cr-Schicht (Schutzschicht) 13d auf dem Substrat 10 kontinuierlich im gleichen Vakuum unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, ausgebildet.
  • In dem in der 2A gezeigten Verfahrensschritt ist die zweite magnetische Schicht 13c1 anders als in der 1A so ausgebildet, dass sie ein kleineres Ms·t als die erste magnetische Schicht 13a hat. In dem in der 2A gezeigten Ausführungsbeispiel sind die erste und die zweite magnetische Schicht 13a und 13c1 aus demselben magnetischen Material ausgebildet, die zweite magnetische Schicht 13c1 ist so ausgebildet, dass sie dünner als die erste magnetische Schicht 13a ist. Die zweite magnetische Schicht 13c1 wird auch ”untere zweite magnetische Schicht” genannt.
  • Die Cr-Schicht 13d ist eine Schicht, um die untere zweite magnetische Schicht 13c1 vor Oxidation und Ähnlichem zu schützen. Obwohl es möglich ist, ein anderes nicht-magnetisches Material als Cr zu benutzen, wird vorzugsweise eine Cr-Schicht 13d benutzt.
  • In dem in der 2B gezeigten Verfahrensschritt wird dann über einer von der Grundschicht 11 bis zur Cr-Schicht 13d geschichteten Lage 23 eine Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes mit leitfähigen Bereichen 6 so angeordnet, dass sie dieser gegenüberliegt.
  • Dann wird ein Strom dazu gebracht, durch den leitfähigen Bereich 6 zu fließen, während eine Erwärmung durchgeführt wird, so dass die äußeren Magnetfelder von dem leitfähigen Bereich 6 in um 90° unterschiedlichen Richtungen auf die Elementausbildungsbereiche A bis D aufgebracht werden (Wärmebehandlung in einem Magnetfeld).
  • In dem in der 2B gezeigten Verfahrensschritt wird als äußeres Magnetfeld ein schwaches Magnetfeld auf die geschichtete Lage 23 aufgebracht, so dass die ersten magnetischen Schichten 13a der Elementausbildungsbereiche A bis D in Richtungen magnetisiert werden, die sich um 90° unterscheiden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die erste große magnetische Schicht 13a mit großem Ms·t in einer Richtung des äußeren Magnetfeldes magnetisiert werden. Zusätzlich wird die untere zweite magnetische Schicht 13c1 durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld, das zwischen der ersten und der zweiten magnetischen Schicht 13a und 13c erzeugt wird, antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 13a magnetisiert. In dem in der 2B gezeigten Verfahrensschritt können die erste magnetische Schicht 13a und die untere zweite magnetische Schicht 13c1 durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld und das Austauschkopplungsmagnetfeld, das durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld zwischen der ersten antiferromagnetischen Schicht 12 und der ersten magnetischen Schicht 13a erzeugt wird, selbst dann stabil in einem antiparallelen Zustand gepinnt werden, wenn der Stromfluss zum leitfähigen Bereich 6 unterbrochen wird.
  • Dann wird in dem in der 2C gezeigten Verfahrensschritt auf der Cr-Schicht 13d unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, eine obere zweite magnetische Schicht 13c2 ausgebildet. In diesem Fall wird die Dicke der oberen zweiten magnetischen Schicht 13c2 so angepasst, dass das gesamte Ms·t der unteren zweiten magnetischen Schicht 13c1 und der oberen zweiten magnetischen Schicht 13c2 fast gleich Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a ist.
  • Zusätzlich wird die in 2A ausgebildete Cr-Schicht 13d mit einer kleinen Dicke ausgebildet, so dass die untere zweite magnetische Schicht 13c1 und die obere zweite magnetische Schicht 13c2 durch die Cr-Schicht 13d näherungsweise magnetisch gekoppelt sind und näherungsweise in der gleichen Richtung gepinnt sind. Es ist vorteilhaft, die Cr-Schicht 13d mit einer Dicke von ungefähr 0,5 Angstrom bis 1,5 Angstrom auszubilden.
  • Die obere zweite magnetische Schicht 13c2 kann durch vollständiges Entfernen der Cr-Schicht 13d in den Verfahrensschritten der 2B und 2C auch direkt auf der unteren zweiten magnetischen Schicht 13c1 angeordnet werden. Wenn jedoch die Cr-Schicht 13d, wie zuvor beschrieben, so dünn ausgebildet werden kann, dass die untere zweite magnetische Schicht 13c1 und die obere zweite magnetische Schicht 13c2 in derselben Richtung gepinnt sind, besteht selbst dann kein Problem, wenn die Cr-Schicht 13d vorhanden bleibt. Im Gegenteil, da die Cr-Schicht 13d, wenn sie durch die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld oxidiert ist, als NOL (Nanooxidschicht) mit einem Spiegelreflexionseffekt fungieren kann, ist es möglich, die Widerstandsanderungsrate (δR/R) jedes Magneterkennungselements effektiv zu verbessern.
  • Dann werden im Verfahrensschritt der 1D kontinuierlich im gleichen Vakuum unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, in dieser Reihenfolge von unten auf der gesamten Fläche der festen magnetischen Schicht 13 die Schicht 14 aus einem nicht-magnetischem Material, die freie magnetische Schicht 15 und die Schutzschicht 16 ausgebildet.
  • Dann werden in den Elementausbildungsbereichen A bis D durch Mustern der von der Grundschicht 11 bis zur Schutzschicht 16 geschichteten Lage 21 in eine vorgegebene Form (z. B. eine mäanderförmigen Form) in den jeweiligen Elementausbildungsbereichen A bis D Magneterkennungselemente mit verschiedenen Pinning-Richtungen musterförmig ausgebildet.
  • Im Magnetsensor-Herstellungsverfahren, das in der 2 gezeigt ist, wird Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a größer gewählt als Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c (untere zweite magnetische Schicht 13c1), wie in dem Verfahrensschritt der 2A gezeigt. Dementsprechend kann die erste magnetische Schicht 13a mit großem Ms·t vorzugsweise in Richtung der Magnetfeldaufbringungsrichtung des äußeren Magnetfeldes gepinnt werden, während die untere zweite magnetische Schicht 13c1 mit kleinem Ms·t durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld antiparallel zur ersten magnetischen Schicht 13a gepinnt werden kann, wenn das äußere Magnetfeld, das auf die feste magnetische Schicht 13 aufgebracht wird, im Verfahrensschritt der 2B als schwaches Magnetfeld gewählt wird.
  • D. h., wenn Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c von Anfang an auf einen unausgeglichen Zustand eingestellt werden, ist es möglich, eine Pinning-Einstellung in einem schwachen Magnetfeld durchzuführen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c so eingestellt, dass sie nach der Wärmebehandlung in einem schwachen Magnetfeld gemäß 2B fast gleich sind, wie in der 2C gezeigt. Durch Durchführen des in der 2B gezeigten Verfahrensschrittes, in dem Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c in den unausgeglichen Zustand eingestellt werden, um eine Wärmebehandlung in einem schwachen Magnetfeld durchzuführen, und dann Durchführen des Verfahrensschrittes gemäß 2C, in dem Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c so eingestellt werden, dass sie gleich sind, können die erste und die zweite magnetische Schicht mit fast dem gleichen Ms·t stabil im antiparallelen Zustand gepinnt werden, selbst wenn kein starkes Magnetfeld genutzt wird.
  • 3 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren für einen Magnetsensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Jede Ansicht eines Verfahrensschrittes ist eine schematische Ansicht eines Vertikalschnitts, der in Richtung der Dicke geschnitten ist. Zusätzlich wurden die gleichen Referenzzeichen wie in der 1 an die gleichen Schichten vergeben.
  • In dem in der 3A gezeigten Verfahrensschritt werden in dieser Reihenfolge von unten auf der gesamten Oberfläche eines Substrats 10 eine Grundschicht 11, eine antiferromagnetische Schicht 12, eine erste magnetische Schicht 13a und eine nicht-magnetische Zwischenschicht 13b kontinuierlich in dem gleichen Vakuum unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, ausgebildet. In diesem Fall ist die nicht-magnetische Zwischenschicht 13b so ausgebildet, dass sie eine größere Dicke als eine vorgegebene Dicke hat.
  • Dann wird in dem in der 3B gezeigten Verfahrensschritt eine Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes mit leitfähigen Bereichen 6, die unterschiedliche Stromrichtungen haben, über einer von der Grundschicht 11 bis zur nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b geschichteten Lage 22 so angeordnet, dass sie dieser gegenüber liegt. Dann wird ein Strom dazu gebracht, durch die leitfähigen Bereiche 6 zu fließen, während eine Erwärmung durchgeführt wird, so dass äußere Magnetfelder von den leitfähigen Bereichen 6 in Richtungen, die sich um 90° unterscheiden, auf die Elementausbildungsbereiche A bis D der geschichteten Lage 22 aufgebracht werden (Wärmebehandlung in einem Magnetfeld).
  • In dem in der 3B gezeigten Verfahrensschritt wird ein äußeres Magnetfeld als schwaches Magnetfeld auf die geschichtete Lage 22 aufgebracht, so dass die ersten magnetischen Schichten 13a der Elementausbildungsbereiche A bis D in Richtungen magnetisiert werden, die sich um 90° unterscheiden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die erste magnetische Schicht 13a in der Richtung, in der ein äußeres Magnetfeld aufgebracht wird, unter Benutzung eines schwachen Magnetfeldes magnetisiert werden, da die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld durchgeführt wird, bevor die zweite magnetische Schicht 13c ausgebildet wird. In dem Verfahrensschritt der 3D wird durch die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld ein Austauschkopplungsmagnetfeld zwischen der antiferromagnetischen Schicht 12 und der ersten magnetischen Schicht 13a ausgebildet. Dementsprechend kann die erste magnetische Schicht 13a in der Richtung, in der das äußere Magnetfeld aufgebracht wird, gehalten werden, selbst nachdem der Stromfluss zu dem leitfähigen Bereich gestoppt ist.
  • Dann wird im Verfahrensschritt der 3C durch Abtragen einer Schicht der Oberfläche der nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b durch Ätzen oder Ähnliches die nicht-magnetische Zwischenschicht 13b so eingestellt, dass sie eine vorgegebene Dicke hat. Da die Oberflächenschicht der nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b durch Wärmebehandlung in einem nicht-magnetischen Feld gemäß 3B oxidiert ist, ist es vorteilhaft, die nichtmagnetische Zwischenschicht 13b mit einer größeren Dicke als der im Verfahrensschritt der 3A vorgegebenen Dicke auszubilden, und die Oberflächenschicht der nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b im Verfahrensschritt der 3C nach der Wärmebehandlung in einem Magnetfeld abzutragen, so dass sie auf die vorgegebene Dicke angepasst wird.
  • Dann werden im Verfahrensschritt der 3D auf der gesamten Oberfläche der nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b in jedem der Elementausbildungsbereiche A bis D in dieser Reihenfolge von unten eine zweite magnetische Schicht 13c, eine Schicht 14 aus nicht-magnetischem Material, eine freie magnetische Schicht 15 und eine Schutzschicht 16 kontinuierlich in dem gleichen Vakuum unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, ausgebildet.
  • In diesem Fall wird Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c so eingestellt, dass es fast gleich Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a ist. In 3D wird Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a durch Festlegen der Dicke der zweiten magnetischen Schicht 13c so, dass sie fast gleich der Dicke der ersten magnetischen Schicht 13a ist, so festgelegt, dass es fast gleich groß Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c ist, da die zweite magnetische Schicht 13c aus dem gleichen magnetischen Material wie die erste magnetische Schicht 13a ausgebildet ist.
  • Da die Magnetisierung der ersten magnetischen Schicht 13a in einem Zustand in der Richtung, in der das Magnetfeld aufgebracht wird, gehalten wird, wird die zweite magnetische Schicht 13c durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld, das zwischen der ersten und der zweiten magnetischen Schicht 13a und 13c erzeugt wird, antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 13a magnetisiert. Dementsprechend können die erste und die zweite magnetische Schicht 13a und 13c auf der Basis des RKKY-Kopplungsmagnetfeldes und des Austauschkopplungsmagnetfeldes, das zwischen der antiferromagnetischen Schicht 12 und jeder der ersten und der zweiten magnetischen Schicht 13a und 13c erzeugt wird, stabil im antiparallelen Zustand gepinnt werden.
  • Dann werden in den Elementausbildungsbereichen A bis D durch Muster der von der Grundschicht 11 bis zur Schutzschicht 16 geschichteten Lage 21 in eine vorgegebene Form (z. B. eine mäandernde Form) in den jeweiligen Elementausbildungsbereichen A bis D Magneterkennungselemente mit verschiedenen Pinning-Richtungen musterförmig ausgebildet.
  • Im Magnetsensor-Herstellungsverfahren, das in der 3 gezeigt ist, werden im Verfahrensschritt der 3A Schichten bis zur nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b ausgebildet, und die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld wird in einem Zustand durchgeführt, in dem die zweite magnetische Schicht 13c nicht ausgebildet ist. Daher kann die Einstellung der Magnetisierung der ersten magnetischen Schicht 13a in einem schwachen Magnetfeld durchgeführt werden.
  • Dann wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie im Verfahrensschritt der 3C, die zweite magnetische Schicht 13c so ausgebildet, dass sie nach der Wärmebehandlung in einem Magnetfeld das gleiche Ms·t wie die erste magnetische Schicht 13a hat. D. h., durch Ausbilden der Schichten bis zur nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b und Durchführen der Wärmebehandlung in einem Magnetfeld für die erste magnetische Schicht 13a und danach Ausbilden der zweiten magnetischen Schicht 13c können die erste magnetische Schicht 13a und die zweite magnetische Schicht 13c selbst dann mit fast dem gleichen Ms·t stabil antiparallel zueinander gepinnt werden, wenn kein starkes Magnetfeld benutzt wird.
  • Zusätzlich können in dem Magnetsensor-Herstellungsverfahren, das in den 1 bis 3 gezeigt ist, unter Benutzung der Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes, die leitfähige Bereiche 6 mit verschiedenen Stromrichtungen hat, Magnetfelder in verschiedenen Richtungen auf die jeweiligen Elementausbildungsbereiche A bis D der geschichteten Lage 20 der 1B, der geschichteten Lage 23 der 2B und der geschichteten Lage 22 der 3B aufgebracht werden. Darüber hinaus wird in der vorliegenden Erfindung die Größe des Stromes, der durch den leitfähigen Bereich 6 fließt, reduziert, da ein schwaches Magnetfeld als externes Magnetfeld angelegt werden kann. Dementsprechend ist die Belastung der Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes klein. Da es möglich ist, die Magnetfeldinterferenz zwischen den äußeren Magnetfeldern in verschiedenen Richtungen zu reduzieren, können zusätzlich äußere Magnetfelder in Verschiedenen Richtungen geeignet auf die jeweiligen Elementausbildungsbereiche A bis D aufgebracht werden.
  • Es ist vorteilhaft, die Größe des Stromes, der durch den leitfähigen Bereich 6 fließt, so anzupassen, dass die Größe des äußeren Magnetfeldes kleiner als das RKKY-Kopplungsmagnetfeld wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, das äußere Magnetfeld in einem Bereich von ungefähr 100 Oe bis 800 Oe einzustellen.
  • Zusätzlich kann der leitfähige Bereich 6 nach dem Ausbilden des leitfähigen Bereichs 6, der durch Benutzen von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, in der Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes auf der gesamten Oberfläche 7a der Abstützplatte 7 ausgebildet worden ist, unter Benutzung einer Photolithographietechnik mit hoher Präzision ausgebildet werden, wie in der 6 gezeigt. Dementsprechend können der erste und der dritte Bereich 6a und 6c des Musters des leitfähigen Bereiches 6 mit hoher Genauigkeit als Muster entlang der Y1-Y2-Richtung ausgebildet werden, und der dritte und der vierte Bereich 6c und 6d des Musters des leitfähigen Bereiches können mit hoher Genauigkeit als Muster entlang der X1-X2-Richtung ausgebildet werden. Daher können die Pinning-Richtungen der Elementausbildungsbereiche A bis D genau in Richtungen, die sich um 90° unterscheiden, eingestellt werden, da äußere Magnetfelder, die durch den Stromfluss durch die Musterbereiche 6a bis 6d erzeugt werden, genau in Richtungen, die sich um 90° unterscheiden, eingestellt werden können, Daher können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Wärmebehandlung in einem schwachen Magnetfeld als Magnetfeld mehrere Magneterkennungselemente, die geschichteten Ferri-Aufbauten mit fast gleichem Ms·t und verschiedene Pinning-Richtungen haben, mit hoher Genauigkeit auf demselben Substrat ausgebildet werden. Als Ergebnis ist es möglich, einen Ein-Chip-Magnetsensor herzustellen, der eine hervorragende Wärmebeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber einem äußeren Magnetfeld hat, und der eine hohe Genauigkeit der Linearität hat. Es ist möglich, die Miniaturisierung eines Magnetsensors durch Verwenden des Ein-Chip-Aufbaus zu vereinfachen.
  • Darüber hinaus kann in den Magnetsensor-Herstellungsverfahren der 1 bis 3 die Pinning-Einstellung gleichzeitig für die Elementausbildungsbereiche A bis D durchgeführt werden. Zusätzlich können Schichten bis zur festen magnetischen Schicht 13, die in 1B gezeigt ist, und Schichten bis zur Schutzschicht 16, die in 1D gezeigt ist, Schichten bis zur Cr-Schicht 13d, die in 2B gezeigt ist, und Schichten bis zur Schutzschicht 16, die in 2D gezeigt ist, oder Schichten bis zur nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b, die in 3B gezeigt ist, und Schichten bis zur Schutzschicht 16, die in 3D gezeigt ist, gleichzeitig in den Elementausbildungsbereichen A bis D ausgebildet werden. Dementsprechend kann, nach jedem der Verfahrensschritte der 1D, 2D und 3D der Verfahrensschritt des Musters der Magneterkennungselemente gleichzeitig in den Elementausbildungsbereichen A bis D durchgeführt werden. Daher kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden und die magnetischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften jedes Magneterkennungselements können mit hoher Genauigkeit eingestellt werden. Im Ergebnis ist es möglich, einen Magnetsensor mit einer hervorragenden Erkennungsgenauigkeit herzustellen.
  • In den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes oberhalb der geschichteten Lagen 20, 22 und 23 so angeordnet, dass sie diesen gegenüberliegt, und die Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes wird nach dem Aufbringen des Magnetfeldes entfernt (die Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes ist nicht in dem Magnetsensor angeordnet). Dementsprechend kann die Vorrichtung 8 zum Aufbringen eines Magnetfeldes, immer wenn ein Magnetsensor hergestellt wird, wiederholt benutzt werden.
  • Wie in der 7 gezeigt, ist es dabei auch möglich, den leitfähigen Bereich 6 unter Benutzung einer Photolitographietechnik auf dem Substrat 10 als vorgegebenes Muster auszubilden, und die von der Grundschicht 11 bis zur Schutzschicht 16 geschichtete Lage 21 auf dem leitfähigen Bereich 6 auszubilden. In diesem Fall werden z. B. Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c zunächst in den unausgeglichenen Zustand eingestellt, oder ein Strom wird dazu gebracht, in einen Zustand durch den leitfähigen Bereich 6 zu fließen, in dem die Schichten bis Zur nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b ausgebildet sind, wie in der 3 gezeigt, so dass eine Pinning-Einstellung in den Elementerzeugungsbereichen A bis D in Richtungen, die sich um 90° unterschieden, auf die gleiche Weise wie in den 1B oder 2B durchgeführt wird. Danach werden 1C -> 1D -> Mustern eines Magneterkennungselements, 2C -> 2D -> Mustern eines Magneterkennungselements oder 3C -> 3D -> Muster eines Magneterkennungselements durchgeführt.
  • In dem in der 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der leitfähige Bereich 6 auf dem Substrat 10 ähnlich dem Magneterkennungselement ausgebildet. Dementsprechend kann die Pinning-Richtung jedes Magneterkennungselements genauer eingestellt werden, da die Position des leitfähigen Bereiches 6 in Bezug auf das Substrat 10 unter Benutzung einer Photolithographietechnik mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.
  • Zusätzlich ist in dem in der 7 gezeigten Ausführungsbeispiel der Magnetsensor so ausgebildet, dass er den leitfähigen Bereich 6 enthält, da der leitfähige Bereich 6 auf dem Substrat 10 verbleibt.
  • Die 4 und 5 zeigen schematisch einen Magnetsensorherstellungsprozess gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Jede Ansicht eines Verfahrensschrittes ist eine schematische Ansicht eines vertikalen Schnitts, der in Richtung der Dicke geschnitten ist. Zusätzlich wurden die gleichen Referenzzeichen an die gleichen Schichten wie in der 1 vergeben.
  • In dem in den 4 und 5 gezeigten Herstellungsprozess ist der Filmaufbau im Herstellungsprozess der gleiche wie in der 2.
  • Im Verfahrensschritt der 4A sind auf der gesamten Oberfläche eines Substrats 10 in dieser Reihenfolge von unten eine Grundschicht 11, eine antiferromagnetische Schicht 12, eine erste magnetische Schicht 13a, eine nicht-magnetische Zwischenschicht 13b, eine untere zweite magnetische Schicht 13c1 und eine Cr-Schicht 13d kontinuierlich ausgebildet.
  • In dem Verfahrensschritt der 4B wird für eine von der Grundschicht 11 bis zur Cr-Schicht 13d geschichtete Lage 23 eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld durchgeführt. In diesem Verfahrensschritt wird eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld für die gesamte geschichtete Lage 23 durchgeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Magnetfeld ein schwaches äußeres Magnetfeld aufgebracht. In diesem Fall wird die erste magnetische Schicht 13a mit großem Ms·t in der Richtung, in der das äußere Magnetfeld aufgebracht wird, magnetisiert. Zusätzlich wird die unter zweite magnetische Schicht 13c1 durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld, das zwischen der ersten und der zweiten magnetischen Schicht 13a und 13c erzeugt wird, antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 13a magnetisiert. Im Verfahrensschritt der 4B können die erste magnetische Schicht 13a und die untere zweite magnetische Schicht 13c1 durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld und das Austauschkopplungsmagnetfeld, das zwischen der antiferromagnetischen Schicht 12 der ersten magnetischen Schicht 13a durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld erzeugt wird, stabil in einem antiparallelen Zustand gepinnt werden, selbst wenn die Anwendung des äußeren Magnetfeldes unterbrochen wird.
  • Dann wird im Verfahrensschritt der 4C auf der Cr-Schicht 13d die obere magnetische Schicht 13c2 unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, ausgebildet. In diesem Fall wird die Dicke der oberen zweiten magnetischen Schicht 13c2 so eingestellt, dass Ms·t der unteren zweiten magnetischen Schicht 13c1 und der oberen zweiten magnetischen Schicht 13c2 fast gleich Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a ist.
  • Weiterhin wird die Cr-Schicht 13d, die in 4A ausgebildet wird, mit einer kleinen Dicke ausgebildet, so dass die untere zweite magnetische Schicht 13c1 und die obere zweite magnetische Schicht 13c2 durch die Cr-Schicht 13d näherungsweise gekoppelt und näherungsweise in die gleiche Richtung gepinnt sind.
  • Darüber hinaus werden in dem Verfahrensschritt der 4C auf der gesamten Oberfläche der festen magnetischen Schicht 13 in dieser Reihenfolge von unten die Schicht 14 aus nicht-magnetischem Material, die freie magnetische Schicht 15 und die Schutzschicht 16 kontinuierlich in dem gleichen Vakuum unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, ausgebildet.
  • Dann wird im Verfahrensschritt der 4D auf der oberen Fläche der von der Grundschicht 11 bis zur Schutzschicht 16 geschichteten Lage 21 eine Maskierungsschicht 25 aus einem Abdeckmittel oder Ähnlichem ausgebildet, und im Verfahrensschritt der 4E wird die geschichtete Lage 21, die nicht von der Maskierungsschicht 25 bedeckt ist, durch Ätzen oder Ähnliches entfernt. Im Ergebnis ist es möglich, ein erstes Magneterkennungselement 2 auszubilden, in dem z. B. die Pinning-Richtung der zweiten magnetischen Schicht 13c (der unteren zweiten magnetischen Schicht 13c1 und der oberen zweiten magnetischen Schicht 13c2) in der Zeichenebene nach links eingestellt ist, und die Pinning-Richtung der ersten magnetischen Schicht 13a in der Zeichenebene nach rechts eingestellt ist. Das Magneterkennungselement 2 kann z. B. musterförmig ausgebildet sein, wobei seine ebene Form eine mäanderförmige Form ist.
  • Dann wird im Verfahrensschritt der 5A auf der Oberfläche der Seitenfläche des ersten Magneterkennungselements 2 eine isolierende Trennschicht 26 aus AL2O3 oder SiO2 ausgebildet. Dann werden in dieser Reihenfolge von unten und kontinuierlich eine Grundschicht 11, eine antiferromagnetische Schicht 12, eine erste magnetische Schicht 27a, eine nicht-magnetische Zwischenschicht 27b, eine untere zweite magnetische Schicht 27cl (mit kleinerem Ms·t als die erste magnetische Schicht 27a) und eine Cr-Schicht 27d auf der Trennschicht 26 des Substrats 10 ausgebildet.
  • Dann wird eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld durchgeführt, aber die Richtung, in der das Magnetfeld aufgebracht wird, wird diesmal in einer anderen Richtung als der Richtung, in der das Magnetfeld in der 4B aufgebracht wird, eingestellt. In 5A wird die Richtung, in der das Magnetfeld aufgebracht wird, in der Zeichenebene nach links eingestellt. Als Ergebnis wird die erste magnetische Schicht 27a mit großem Ms·t der geschichteten Lage 28, die im Seitenbereich des ersten Magneterkennungselements 2 angeordnet ist, in der Zeichenebene nach links magnetisiert, während die untere zweite magnetische Schicht 27c1 durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 27a magnetisiert wird. Im Verfahrensschritt der 5A können die erste magnetische Schicht 27a und die untere zweite magnetische Schicht 27c1 durch das RKKY-Kopplungsmagnetfeld und durch das Austauschkopplungsmagnetfeld, das zwischen der antiferromagnetischen Schicht 12 und der ersten magnetischen Schicht 27a durch Wärmebehandlung in einem Magnetfeld erzeugt wird, stabil im antiparallelen Zustand gepinnt werden, selbst wenn das Aufbringen des äußeren Magnetfelds unterbrochen wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das äußere Magnetfeld als schwaches Magnetfeld gewählt werden. Insbesondere wird das äußere Magnetfeld auf einen Wert eingestellt, der kleiner als das RKKY-Kopplungsmagnetfeld ist. Daher können, da die Pinning-Richtungen der ersten magnetischen Schicht 13a und der zweiten magnetischen Schicht 13c (die untere zweite magnetische Schicht 13c1 und die obere zweite magnetische Schicht 13c2) des ersten Magneterkennungselements 2, das bereits fertiggestellt und in der 4A gezeigt ist, sich aufgrund des im Verfahrensschritt der 5A angelegten äußeren Magnetfeldes nicht ändern, die Pinning-Richtungen der ersten magnetischen Schicht 13a und der zweiten magnetischen Schicht 13c des ersten Magneterkennungselements stabil im antiparallelen Zustand gehalten werden.
  • Wie in der 5A gezeigt, ist die Pinning-Richtung der ersten magnetischen Schicht 27a der geschichteten Lage 28 eine Linksrichtung in der Zeichenebene und die Pinning-Richtung der unteren zweiten magnetischen Schicht 27c1 ist eine Rechtsrichtung in der Zeichenebene. Dementsprechend unterscheidet sich die Pinning-Richtung der ersten magnetischen Schicht 27a der geschichteten Lage 28 um 180° von der ersten magnetischen Schicht 13a des ersten Magneterkennungselements 2, und die Pinning-Richtung der unteren zweiten magnetischen Schicht 27cl unterscheidet sich von der zweiten magnetischen Schicht 13c des ersten Magneterkennungselements 2 um 180°.
  • Dann wird im Verfahrensschritt der 5B auf der Cr-Schicht 27d unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, eine obere zweite magnetische Schicht 27c2 ausgebildet. In diesem Fall wird die Dicke der oberen zweiten magnetischen Schicht 27c2 so eingestellt, dass die Summe von Ms·t der unteren zweiten magnetischen Schicht 27c1 und der oberen zweiten magnetischen Schicht 27c2 fast gleich Ms·t der ersten magnetischen Schicht 27a wird.
  • Zusätzlich wird die Cr-Schicht 27d, die in der 5A ausgebildet wird, mit einer kleinen Dicke ausgebildet, so dass die untere zweite magnetische Schicht 27cl und die obere zweite magnetische Schicht 27c2 näherungsweise durch die Cr-Schicht 27d magnetisch miteinander gekoppelt und näherungsweise in der gleichen Richtung gepinnt sind.
  • Darüber hinaus werden im Verfahrensschritt der 5B die Schicht 14 aus nicht-magnetischem Material, die freie magnetische Schicht 15 und die Schutzschicht 16 auf der gesamten Oberfläche der festen magnetischen Schicht 13 in dieser Reihenfolge von unten und kontinuierlich im gleichen Vakuum unter Benutzung von Dünnschichttechniken, wie z. B. einer Sputter- bzw. Aufdampftechnik, ausgebildet.
  • Dann wird eine (nicht gezeigte) Maskierungsschicht aus einem Abdeckmittel oder Ähnlichem auf der oberen Fläche der von der Grundschicht 11 bis zur Schutzschicht 16 geschichteten Lage 29 in einem Bereich, der an einer anderen Stelle als das erste Magneterkennungselement 2 angeordnet ist, ausgebildet, und die geschichtete Lage 29, die nicht von der Maskierungsschicht 25 bedeckt ist, wird durch Ätzen oder Ähnliches in dem in der 5E gezeigten Verfahrensschritt entfernt. Als Ergebnis kann ein zweites Magneterkennungselement 3, das eine anderer Pinning-Richtung als das erste Magneterkennungselement 2 hat, musterförmig auf dem gleichen Substrat 10 wie das erste Magneterkennungselement 2 ausgebildet werden.
  • Durch Wiederholen der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte der 5A und 5B können vier Magneterkennungselemente 2 bis 5 mit Pinning-Richtungen, die sich um 90° unterscheiden, auf demselben Substrat 10 ausgebildet werden, wie in der 5D gezeigt.
  • In den 4 und 5 wird eine Wärmebehandlung in einem Magnetfeld in einem Zustand durchgeführt, in dem Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a größer gewählt wird als Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13b. Es ist jedoch unnötig zu sagen, dass die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld auch in einem Zustand durchgeführt werden kann, in dem Ms·t der zweiten magnetischen Schicht 13c größer gewählt wird, als Ms·t der ersten magnetischen Schicht 13a, wie in 1, oder dass die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld auch in einem Zustand durchgeführt werden kann, in dem, wie in 3, die Schichten bis zur nicht-magnetischen Zwischenschicht 13b ausgebildet sind.
  • Auch können, ähnlich den Herstellungsverfahren, die in den 1 bis 3 gezeigt sind, in dem Herstellungsverfahren, das in den 4 und 5 gezeigt ist, die erste und die zweite Schicht mit fast gleichem Ms·t stabil antiparallel zueinander gepinnt werden, selbst wenn kein starkes Magnetfeld benutzt wird.
  • Darüber hinaus kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Finnen unter Benutzen eines schwachen Magnetfeldes realisiert werden. Daher können durch Anpassen der Anwendungsrichtung des Magnetfeldes mehrere Magneterkennungselemente 2 bis 5 mit verschiedenen Pinning-Richtungen einfach und mit hoher Genauigkeit auf demselben Substrat 10 ausgebildet werden, wie in 5A gezeigt.
  • Daher können im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Magneterkennungselemente, die unterschiedliche geschichtete Ferri-Strukturen mit fast gleichem Ms·t und verschiedenen Pinning-Richtungen haben, mit hoher Genauigkeit auf demselben Substrat unter Benutzung von Wärmebehandlung in einem Magnetfeld, das ein schwaches Magnetfeld ist, ausgebildet werden. Im Ergebnis ist es möglich, einen Ein-Chip-Magnetsensor herzustellen, der eine exzellente Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärme und einem äußeren Magnetfeld hat und der eine hohe Genauigkeit der Linearität hat.
  • In dem in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Magneterkennungselement, das eine Schichtstruktur von der Grundschicht 11 bis zur Schutzschicht 16 hat, fertiggestellt, und ein anderes Magneterkennungselement, das eine andere Pinning-Richtung hat, wird ausgebildet. Jedoch können die Schichten einer Schicht aus nichtmagnetischem Material bis zur Schutzschicht jedes der Magneterkennungselemente 2 bis 5 später ausgebildet werden.
  • D. h., anstatt nach dem Verfahrensschritt der 4B mit dem Verfahrensschritt der 4C fortzufahren, wird z. B. die geschichtete Lage 23 in einem Elementausbildungsbereich des ersten Magneterkennungselementes 2 belassen (es ist vorzuziehen, dass die geschichtete Lage 23 in einem Zustand belassen wird, in der sie im gewissen Ausmaß eine große Fläche hat, anstatt durch Musterbildung in die Form des fertigen Magneterkennungselements gebracht zu werden) und dann fährt das Verfahren mit 5A fort, um die geschichtete Lage 28 auszubilden und die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld für das zweite Magneterkennungselement 3 durchzuführen. Dann wird die geschichtete Lage 28 im Elementausbildungsbereich des zweiten Magneterkennungselementes 3 belassen. Geschichtete Lagen, die das dritte und das vierte Magneterkennungselement 4, 5 bilden, werden auf die gleiche Art und Weise ausgebildet.
  • Die Schicht 14 aus nicht-magnetischem Material, die freie magnetische Schicht 15 und die Schutzschicht 16 werden über die gesamte Oberfläche der geschichteten Lage, die in jedem Elementausbildungsbereich ausgebildet wird, in dieser Reihenfolge von unten und kontinuierlich ausgebildet. Dann wird jedes der Magneterkennungselemente 2 bis 5 in jedem Elementausbildungsbereich musterförmig ausgebildet.
  • Dementsprechend können, da der Herstellungsprozess vereinfacht werden kann und die Schichten von der Schicht 14 aus nicht-magnetischem Material bis zur Schutzschicht 16 in den jeweiligen Magneterkennungselementen 2 bis 5 gemeinsam ausgebildet werden können, die magnetischen, elektrischen und Temperatureigenschaften der Magneterkennungselemente 2 bis 5 gleich eingestellt werden.
  • Darüber hinaus sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel z. B. die Schichten bis zur zweiten magnetischen Schicht 13c der 1A auf der gesamten Oberfläche eines waferähnlichen großen Substrats 30 ausgebildet, und eine Vorrichtung 32 zum Aufbringen eines Magnetfeldes ist oberhalb der von der Grundschicht 11 bis zur zweiten magnetischen Schicht 13c geschichteten Lage 20 angeordnet, so dass sie einander gegenüberliegen, wie in der 8 gezeigt.
  • Obwohl ein leitfähiger Bereich 31, der in der in der 8 gezeigten Vorrichtung 32 zum Aufbringen des Magnetfeldes ausgebildet ist, in der 8 eine lineare Form in der X1-X2-Richtung hat, wird in der Praxis eine Musterform ausgebildet, die wie in der 6 gezeigt, gekrümmt ist, so dass sie jedem der Bereiche 30a, in die das große Substrat 30, wie durch die gepunkteten Linien gezeigt, unterteilt ist, gegenüber liegt.
  • Zusätzlich kann dadurch, dass ein Strom durch den leitfähigen Bereich 6 fließt, die Pinning-Einstellung gleichzeitig für die geschichtete Lage 20, die auf der gesamten Fläche des großen Substrats 30 ausgebildet ist, durchgeführt werden. Dann wird der Herstellungsprozess gemäß den 1C und 1D durchgeführt, um jedes Magneterkennungselement musterförmig auszubilden und dann wird jeder der in der 8 gezeigten Bereiche in Scheiben geschnitten, um mehrere Magnetsensoren herzustellen. Auf diese Weise können mehrere Magnetsensoren gleichzeitig hergestellt werden, und anders als im Stand der Technik sind eine Anpassung des Anbringungswinkels, ein Verfahrensschritt des Chipflächenkontaktierens („die bonding”) und Ähnliches nicht erforderlich. Dementsprechend kann ein einfaches Herstellungsverfahren realisiert werden.
  • Der Magnetsensor des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird z. B. für ein Potentiometer benutzt. In den Magnetsensoren, die durch die in den 1 bis 5 gezeigten Herstellungsverfahren hergestellt worden sind, unterscheiden sich die Pinning-Richtungen der Magneterkennungselemente 2 bis 5 um 90°. Zusätzlich sind die Magneterkennungselemente 2 bis 5 mit einer Vollbrückenschaltung oder einer Spannungsteilerschaltung verdrahtet.
  • Ein Nicht-Kontakt-Magnet (Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes) ist so angeordnet, dass er dem Magnetsensor gegenüberliegt, so dass ein Erkennungsmagnetfeld auf den Magnetsensor wirkt, wenn der Magnet rotiert. Dieses Erkennungsmagnetfeld wirkt auf jedes der Magneterkennungselemente 2 bis 5 und der Rotationswinkel des Magneten kann aus den Ausgabewerten basierend auf einer Widerstandsänderung jedes der Magneterkennungselemente 2 bis 5 erkannt werden.
  • Der Magnetsensor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann auch als Magnet-Codierer, Magnet-Schalter oder Ähnliches benutzt werden, ohne auf das Potentiometer beschränkt zu sein. Die vorliegende Erfindung wird auf alle Magnetsensor-Herstellungsverfahren angewandt, in denen die Pinning-Richtungen von Magneterkennungselementen, die auf dem gleichen Substrat 10 ausgebildet sind, so eingestellt werden, dass sie sich in wenigstens in zwei Richtungen unterscheiden.
  • Bezugszeichenliste
    • 2–5
    Magneterkennungselement
    6, 31
    leitfähiger Bereich
    6a–6d
    Musterbereich
    8, 32
    Vorrichtung zum Aufbringen eines Magnetfeldes
    10
    Substrat
    12
    aniferromagnetische Schicht
    13
    feste magnetische Schicht
    13a, 27a
    erste magnetische Schicht
    13b, 27b
    nicht-magnetische Zwischenschicht
    13c
    zweite magnetische Schicht
    13c1, 27c1
    untere zweite magnetische Schicht
    13c2, 27c2
    obere zweite magnetische Schicht
    13d, 27d
    Cr-Schicht
    14
    Schicht aus nicht-magnetischem Material
    15
    freie magnetische Schicht
    20, 21, 22, 23, 28, 29
    geschichtete Lage
    25
    Maskierungsschicht
    30
    großes Substrat
    I
    Strom
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 11-505931 [0008]
    • JP 2002-299728 [0008]

Claims (12)

  1. Verfahren des Herstellens eines Magnetsensors, der so bereitgestellt wird, dass er nicht im Kontakt mit Magnetfelderzeugungsmitteln zum Erzeugen eines Erkennungsmagnetfeldes ist, und der mehrere Magneterkennungselemente (2, 3, 4, 5) aufweist, die das Erkennungsmagnetfeld erkennen, wobei das Verfahren zum Herstellen des Magnetsensors aufweist: beim Schichten jedes Magneterkennungselements (2, 3, 4, 5) auf dem gleichen Substrat (10) in der Reihenfolge einer antiferromagnetischen Schicht (12), einer festen magnetischen Schicht (13), einer Schicht (14) aus nicht-magnetischem Material, und einer freien magnetischen Schicht (15) von unten und beim Ausbilden der festen magnetischen Schicht (13) in einer ferrimagnetischen Schichtstruktur aus einer ersten magnetischen Schicht (13a), einer nicht-magnetischen Zwischenschicht (13b) und einer zweiten magnetischen Schicht (13c) von unten, einen Verfahrensschritt (a) des Ausbilden der ersten und der zweiten magnetischen Schicht (13a, 13b) mit unterschiedlichen Ms·t, wobei Ms die Sättigungsmagnetisierung und t eine Dicke ist, und Durchführen einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld; und einen Verfahrensschritt (b) des Anpassens von Ms·t der ersten und zweiten magnetischen Schicht (13a, 13b), so dass diese fast gleich sind, wobei eine Anwendungsrichtung des Magnetfeldes im Verfahrensschritt (a) angepasst wird, um die Pinning-Richtungen der beiden oder mehreren Magneterkennungselemente (2, 3, 4, 5) in verschiedene Richtungen einzustellen.
  2. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im Verfahrensschritt (a) die zweite magnetische Schicht (13b) so ausgebildet wird, dass sie ein größeres Ms·t als die erste magnetische (13a) Schicht hat, und im Verfahrensschritt (b) ein Teil der zweiten magnetischen Schicht (13b) abgetragen wird, um Ms·t der ersten magnetischen Schicht (13a) und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht (13b) so anzupassen, dass sie fast gleich sind.
  3. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei im Verfahrensschritt (a) ein Bereich der zweiten magnetischen Schicht (13b) so ausgebildet wird, dass er ein kleineres Ms·t als die erste magnetische Schicht (13a) hat, und im Verfahrensschritt (b) die verbleibende zweite magnetische Schicht (13b) ausgebildet wird, um Ms·t der ersten magnetischen Schicht (13a) und Ms·t der zweiten magnetischen Schicht (13b) so anzupassen, dass sie fast gleich sind.
  4. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, wobei im Verfahrensschritt (a) ein Verfahrensschritt des Ausbildens einer unteren zweiten magnetischen Schicht (13c1, 27c1) mit kleinerem Ms·t als die erste magnetische Schicht (13a) und Ausbilden einer Schutzschicht (16) auf der unteren zweiten magnetischen Schicht (13c1, 27c1) enthalten ist, und ein Verfahrensschritt des Ausbildens einer oberen zweiten magnetischen Schicht (13c2, 27c2) auf der Schutzschicht (16) im Verfahrensschritt (b) enthalten ist, die Schutzschicht (16) mit einer solchen Dicke ausgebildet wird, dass die untere zweite magnetische Schicht (13c1, 27c1) und die obere zweite magnetische Schicht (13c2, 27c2) in der gleichen Richtung gepinnt sind, und die Summe von Ms·t der unteren zweiten magnetischen Schicht (13c1, 27c1) und der oberen zweiten magnetischen Schicht (13c2, 27c2) so eingestellt wird, dass sie fast gleich Ms·t der ersten magnetischen Schicht (13a) ist.
  5. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach Anspruch 4, wobei die Schutzschicht (16) als Cr-Schicht (13d, 27d) ausgebildet ist.
  6. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste und die zweite magnetische Schicht (13, 13b) aus dem gleichen magnetischen Material ausgebildet werden, im Verfahrensschritt (a) die erste und die zweite magnetische Schicht (13, 13b) mit verschiedenen Dicken ausgebildet werden, und im Verfahrensschritt (b) die erste und die zweite magnetische Schicht (13, 13b) so angepasst werden, dass sie fast die gleiche Dicke haben.
  7. Magnetsensor-Herstellungsverfahren, der so bereitgestellt wird, dass er nicht im Kontakt mit Magnetfelderzeugungsmitteln zum Erzeugen eines Erkennungsmagnetfeldes ist, und der mehrere Magneterkennungselemente aufweist, die das Erkennungsmagnetfeld erkennen, wobei das Verfahren des Herstellen eines Magnetsensors entschließt: beim Schichten jedes Magneterkennungselementes (2, 3, 4, 5) auf dem gleichen Substrat (10) von unten in der Reihenfolge einer antiferromagnetischen Schicht (12), einer festen magnetischen Schicht (13), einer Schicht aus einem nicht-magnetischem Material und einer freien magnetischen Schicht (15) und Ausbilden der festen magnetischen Schicht (13) in einer ferrimagnetischen Schichtstruktur aus einer ersten magnetischen Schicht (13a), einer nicht-magnetischen Zwischenschicht (13b) und einer zweiten magnetischen Schicht (13c) von unten, einen Verfahrensschritt (c) des Ausbildens der ersten magnetischen Schicht (13a) und der nicht-magnetischen Zwischenschicht (13b) und Durchführen einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld; und einen Verfahrensschritt des Ausbildens der zweiten magnetischen Schicht (13c) auf der nicht-magnetischen Zwischenschicht (13b), so dass sie fast das gleiche Ms·t wie die erste magnetische Schicht (13a) hat, wobei die Richtung, in der im Verfahrensschritt (c) ein Magnetfeld aufgebracht wird, eingestellt wird, um die Pinning-Richtungen der beiden oder mehreren Magneterkennungselemente in verschiedene Richtungen einzustellen.
  8. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, wobei ein Verfahrensschritt des Abtragens einer Oberflächenschicht der nicht-magnetischen Zwischenschicht (13b) zwischen die Verfahrensschritte (c) und (d) eingefügt wird.
  9. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei leitfähige Bereiche (6) mit verschiedenen Stromrichtungen so angeordnet sind, dass sie einer aufgebrachten Schicht, die im Verfahrensschritt (a) oder im Verfahrensschritt (c) ausgebildet wird, gegenüberliegen und äußere Magnetfelder in verschiedenen Richtungen, die durch einen Stromfluss durch die leitfähigen Bereiche (6) erzeugt werden, auf verschiedene Elementausbildungsbereiche (A, B, C, D) der geschichteten Lage (20, 21, 22, 23, 28, 29) aufgebracht werden, um die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld durchzuführen.
  10. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei immer wenn im Verfahrensschritt (a) oder Verfahrensschritt (c) eine Schicht in anderen Elementausbildungsbereichen (A, B, C, D) ausgebildet wird, die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld mit einer anderen Aufbringrichtung des Magnetfeldes durchgeführt wird.
  11. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Wärmebehandlung in einem Magnetfeld für verschiedene Elementausbildungsbereiche (A, B, C, D) einer geschichteten Lage (20, 21, 22, 23, 28, 29), die bis zum Verfahrensschritt (a) oder dem Verfahrensschritt (c) ausgebildet ist, mit verschiedenen Aufbringrichtungen des Magnetfeldes durchgeführt wird, und dann die Schicht (14) aus nicht-magnetischem Material, die freie magnetische Schicht (15) und die Schutzschicht (16) gleichzeitig auf jedem Magneterkennungselement (2, 3, 4, 5) ausgebildet werden, um dadurch jedes Magneterkennungselement (2, 3, 4, 5) in jedem Elementausbildungsbereich (A, B, C, D) musterförmig auszubilden.
  12. Magnetsensor-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mehrere Magneterkennungselemente auf demselben Substrat (10) so ausgebildet werden, dass ihre Pinning-Richtungen sich um 90° unterscheiden.
DE112010003703T 2009-09-17 2010-09-09 Magnetsensor-Herstellungsverfahren Withdrawn DE112010003703T5 (de)

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