JP2006261400A

JP2006261400A - 磁気センサおよびその製法

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Publication number: JP2006261400A
Application number: JP2005077010A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sato; 秀樹佐藤; Hiroshi Naito; 寛内藤
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-17
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Abstract

【課題】１枚の基板に３個以上の巨大磁気抵抗素子を配置し、三軸方向の磁界の強さを検知することができる小型の磁気センサを得る。
【解決手段】基板１上に形成された厚膜の平坦面に、Ｘ軸センサを構成する４個の巨大磁気抵抗素子素子２ａ〜２ｄとＹ軸センサを構成する４個の巨大磁気抵抗素子素子３ｅ〜３ｈを配置する。Ｚ軸センサは、厚膜の一部をエッチングして形成した複数の溝の斜面に形成した４個の巨大磁気抵抗素子素子４ｉ〜４ｌで構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁気センサおよびその製法に関し、特に１枚の基板に３個以上の巨大磁気抵抗素子を配置し、三軸方向の磁界の強さを検知することができる小型の磁気センサを得るようにしたものである。

本出願人は、既に特開２００４−６７５２号公報により、１枚の基板上に３個以上の巨大磁気抵抗素子を配置してなり、三軸方向の磁界の強さを測定することができる磁気センサを提案している。

この先行発明では、シリコン基板に溝を形成し、この溝の斜面にＺ軸検知用の巨大磁気抵抗素子を配置し、基板平坦面にＸ軸検知用の巨大磁気抵抗素子とＹ軸検知用の巨大磁気抵抗素子を配置したもので、小型化が可能なものである。
また、これに引き続いて、基板上に酸化ケイ素からなる山部を形成し、この山部の斜面にＺ軸検知用の巨大磁気抵抗素子を配置し、基板の平坦面にＸ軸検知用の巨大磁気抵抗素子とＹ軸検知用の巨大磁気抵抗素子を配置した三軸磁気センサを提案している。
特開２００４−６７５２号公報

本出願は、これら先行発明の延長線上にあるもので、その課題とするところは、同様に、１枚の基板に３個以上の巨大磁気抵抗素子を配置し、三軸方向の磁界の強さを検知することができる小型の磁気センサを得ることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、基板上の厚膜に１以上の溝が並列して形成され、これら溝の斜面に、感磁部とこれら感磁部を電気的に直列に接続するバイアス磁石部とからなる巨大磁気抵抗素子が設けられ、上記厚膜の平坦面に２個以上の巨大磁気抵抗素子が設けられていることを特徴とする磁気センサである。

請求項２にかかる発明は、上記溝の斜面の中央部に上記感磁部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサである。
請求項３にかかる発明は、基板にビア部が形成されており、このビア部と基板に設けられた巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部とが配線で接続されており、この配線がバイアス磁石部を構成するマグネット膜からなり、ビア部においては、このマグネット膜上に感磁部を構成する巨大磁気抵抗素子膜がさらに積層されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサである。

請求項４にかかる発明は、上記巨大磁気抵抗素子の感磁部のピンニング方向が、感磁部の長手方向に対して３０〜６０度となっていることを特徴とする請求項２記載の磁気センサである。
請求項５にかかる発明は、上記感磁部は、溝方向に長手方向を持つ帯状部材からなることを特徴とする請求項１記載の磁気センサである。

請求項６にかかる発明は、基板の最上層の配線層上に、この配線層を覆うとともに平坦面を形成する平坦化層を形成し、この上にパッシベーション膜を成膜したのち、
この上に厚膜を形成し、さらにこの厚膜上にレジスト膜を形成し、
このレジスト膜のうち、一部を除去し、残ったレジスト膜に加熱処理を施して、レジスト膜の側面を傾斜面となし、
ついで、レジスト膜と厚膜とを、そのエッチング選択比がほぼ１：１となるエッチング条件でエッチングし、溝を厚膜に形成し、
次ぎに、厚膜の平坦面と上記溝の斜面ならびに頂部または底部に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部を形成し、この上に巨大磁気抵抗素子膜を成膜したのち、基板をマグネットアレー上に置いて熱処理を施し、
ついで、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去して、厚膜の平坦面および溝の斜面に巨大磁気抵抗素子素子の感磁部を形成し、この上に保護膜を成膜することを特徴とする磁気センサの製法である。

請求項７にかかる発明は、基板の最上層の配線層上に、この配線層を覆うとともに平坦面を形成する平坦化層を形成し、この平坦化層の一部を除去して、ビア部およびパッド部を露出させ、この上に上層と下層からなるパッシベーション膜を成膜したのち、ビア部およびパッド部に相当する部分の上層を除去し、
この上に厚膜を形成し、さらにこの厚膜上にレジスト膜を形成し、
このレジスト膜のうち、一部を除去し、残ったレジスト膜に加熱処理を施して、レジスト膜の側面を傾斜面となし、
ついで、レジスト膜と厚膜とを、そのエッチング選択比がほぼ１：１となるエッチング条件でエッチングし、厚膜に溝を形成すると同時にビア部およびパッド部に薄くなった厚膜を残し、
ついで、ビア部の中央部分に残った厚膜とパッシベーション膜の下層を除去して、ビア部の導体部を露出させ、
次ぎに、厚膜の平坦面と上記溝の斜面ならびに頂部または底部に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部を形成するとともにこの巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部とビア部の導体部とを接続する配線を形成し、この上に巨大磁気抵抗素子膜を成膜したのち、基板をマグネットアレー上に置いて熱処理を施し、
ついで、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去して、厚膜の平坦面および溝の斜面に巨大磁気抵抗素子の感磁部を形成するとともにビア部にも巨大磁気抵抗素子膜を残し、この上にパッド部を残して保護膜を成膜したのち、パッド部を覆う厚膜とパッシベーション膜の下層を除去してパッド部の導体部を露出することを特徴とする磁気センサの製法である。

請求項１に記載の発明によれば、１枚の基板にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の磁界の強さを検知できる巨大磁気抵抗素子を搭載でき、小型の三軸磁気センサを得ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、溝の斜面の平坦性の良好な部分に巨大磁気抵抗素子の感磁部を形成することができ、性能のよい磁気センサが得られる。

請求項３に記載の発明によれば、ビア部の開口縁部でのマグネット膜からなる配線の上に巨大磁気抵抗素子膜が積層され、段差部分の隅部での配線の切れが生じる恐れが少なくなる。
請求項４に記載の発明によれば、得られる巨大磁気抵抗素子の耐強磁界性が良好となる。

請求項５に記載の発明によれば、溝の形成と、この溝の斜面への巨大磁気抵抗素子の形成が一連のプロセスとして行え、本発明の磁気センサを製造することができる。
請求項６に記載の発明によれば、溝の形成と、この溝の斜面への巨大磁気抵抗素子の形成と、ビア部およびパッド部の形成が一連のプロセスとして行えることになる。

図１は、本発明の磁気センサの一例を模式的に示すもので、基板上の巨大磁気抵抗素子の配置を示すものである。
図１において、符号１は基板を示す。この基板１は、シリコンなどの半導体基板に磁気センサの駆動回路、信号処理回路などの半導体集積回路、配線層などが予め形成されており、この上に平坦化膜、パッシベーション膜、酸化ケイ素膜などからなる厚膜が順次積層されたものであり、これらの各膜は図示を省略してある。

この基板の厚膜上には、Ｘ軸センサ２とＹ軸センサ３とＺ軸センサ４とが設けられている。Ｘ軸センサ２は、図１に示した座標軸において、Ｘ方向に、Ｙ軸センサ３は、同じくＹ方向に感知軸を有するもので、Ｚ軸センサ４は、Ｚ方向の磁場の強さを感知しうるものである。
Ｘ軸センサ２は、４個の巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから構成され、Ｙ軸センサ３は、４個の巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈから構成され、Ｚ軸センサ４は、４個の巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌから構成されている。
Ｘ軸センサ２およびＹ軸センサ３は、基板１の厚膜の平坦面に設けられ、Ｚ軸センサ４は、後述するように、厚膜に形成された溝の斜面に設けられている。

Ｘ軸センサ２をなす４個の巨大磁気抵抗素子の内、巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂは、基板１のほぼ中央部並んで設けられ、残りの２個の巨大磁気抵抗素子２ｃ、２ｄは、これらからやや離れた基板１の端部に互い並んで、巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂと対峙するように設けられている。

Ｙ軸センサ３をなす４個の巨大磁気抵抗素子の内、巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆは、基板１の一方の端部側に互いに並んで配され、残りの２個の巨大磁気抵抗素子３ｇ、３ｈは、基板１の他方の端部側に互いに並んで、巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆと対峙するように配置されている。

Ｚ軸センサ４をなす４個の巨大磁気抵抗素子の内、２個の巨大磁気抵抗素子４ｋ、４ｌは、巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆに近い位置に互いに並んで配され、残りの２個の巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊは、巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂからやや離れた位置に互いに並んで配置されている。

また、これら各Ｘ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４をなす巨大磁気抵抗素子の配置に関して、ある規則性がある。
図１において、破線で示す線イ、ロ、ハは、基板１をその長手方向に四等分する仮想線であり、線ニは、基板１をその短手方向に二等分する仮想線である。また、線イと線ニとの交点をＡとし、線ロと線ニとの交点をＢとする。

このとき、Ｘ軸センサ２をなす巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂと巨大磁気抵抗素子２ｃ、２ｄとは点Ａに対して点対称になっている。また、Ｙ軸センサ３をなす巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆと巨大磁気抵抗素子３ｇ、３ｈとは点Ａに対して点対称になっている。さらに、Ｚ軸センサ４をなす４ｉ、４ｊと巨大磁気抵抗素子４ｋ、４ｌとは点Ｂに対して点対称になっている。

これらの巨大磁気抵抗素子は、基本的には従来の巨大磁気抵抗素子と同様のもので、この例では図２に示すように、４個の感磁部５、５・・と、これらの感磁部５、５・・を電気的に直列に接続する３個のバイアス磁石部６、６・とから構成されている。
感磁部５は、巨大磁気抵抗素子の本体をなす部分であり、細長い帯状の平面形状を有するもので、後述する溝部の長手方向にその長手方向が平行になるように配置されている。

感磁部５は、磁化の向きが所定の向きに固定されたピンド層と、磁化の向きが外部磁界の向きに応じて変化するフリー層を備えたもので、具体的にはフリー層上に導電性のスペーサ層、ピンド層、キャッピング層を順次積層してなる多層金属薄膜積層物から構成されている。

例えば、フリー層には、コバルト−ジルコニウム−ニオブのアモルファス磁性層とニッケル−鉄の磁性層とコバルト−鉄の磁性層との三層からなるものが、スペーサ層には、銅からなるものが、ピンド層には、コバルト−鉄の強磁性層と白金−マンガンの反磁性層との二層からなるものが、キャピング層にはタンタルからなるものが用いられる。

バイアス磁石部６は、４個の感磁部５、５・・を電気的に直列に接続するとともに感磁部５の磁気特性を整えるためのバイアス磁界を感磁部５に印加するためのものである。また、このバイアス磁石部５は、例えば、コバルト−白金−クロム層とクロム層との二層からなる薄膜金属積層物から構成されている。

基板１の平坦面に設けられたＸ軸センサ２およびＹ軸センサ３をなす巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈについての構造は、図２に示すように、４個の感磁部５、５・・と３個のバイアス磁石部６、６・とから構成され、感磁部５、５・・のうち、両外側の２個の感磁部５、５のバイアス磁石部６が接続されていない端部には、配線層７、７が接続され、この配線層７、７は、図示しないビア部に接続されている。

図３ないし図５は、Ｚ軸センサ４をなす巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌの構造を示すもので、これらの図において、Ｚ軸センサ４をなす４個の巨大磁気抵抗素子のうち、巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊについて、詳しく描いたもので、他の巨大磁気抵抗素子４ｋ、４ｌについても同様の構造となっているので、これについては説明を省略する。

図３は、巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊの概略平面図であり、図４は、図３において破断線ＩＶ−ＩＶで切断した概略断面図であり、図５は、巨大磁気抵抗素子の感磁部５とバイアス磁石部６の配置状態を模式的に示した斜視図である。

図４において、符号１は基板で示し、符号１１は基板１上に堆積された酸化ケイ素などからなる厚膜を示す。
この厚膜１１には、この厚膜１１を部分的に削り取って形成された４個のＶ字状の溝８、８・・・が互いに並んで平行に設けられている。

この溝８は、その深さが３〜８μｍ、長さが２００〜４００μｍとされる細長い形状の凹部となっており、その斜面の幅が３〜１６μｍとなっており、斜面と厚膜１１表面とのなす角度は３０〜８０度、好ましくは７０度程度となっている。
なお、図４では、溝８の斜面を平坦面として描いているが、実際には製造プロセス上、外方（基板１の上側）に向けてやや張り出した湾曲面となっている。

また、これらの溝８、８・・・の互いに隣接する８つの斜面には、斜面の長手方向に沿い、かつ斜面の中央部分の平坦性が良好な位置に、８個の巨大磁気抵抗素子の感磁部５、５・・が設けられている。
また、これら８つの斜面の内、第１の斜面に形成された感磁部５の一方の端部から溝の底部を経て隣の第２の斜面に形成された感磁部５の一方の端部にかけてバイアス磁石部６が設けられて、電気的に接続されている。

さらに、第２の斜面に形成された感磁部５の他方の端部から溝の頂部を跨ぐようにして隣の第３の斜面に形成された感磁部５の一方の端部にかけてバイアス磁石部６が設けられ、以下同様にして４個の感磁部５が３個のバイアス磁石部６で電気的に接続され、１個の巨大磁気抵抗素子４ｉが構成されている。
そして、同様にして残りの４個の感磁部５・・・が３個のバイアス磁石部６・・によって直列に接続され、１個の巨大磁気抵抗素子４ｊが構成されている。

また、厚膜１１の平坦部に設けられたＸ軸センサ２、Ｙ軸センサ３をなす巨大磁気抵抗素子と同様に、これら感磁部５、５・・のうち、両外側の２個の感磁部５、５のバイアス磁石部６が接続されていない端部には、配線層７、７が接続され、この配線層７、７は、図示しないビア部に接続されている。この配線層７は、この例では巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部６を構成するマグネット膜で形成されており、これによりバイアス磁石部６と配線層７を同時に作製することができる。

また、Ｘ軸センサ２をなす巨大磁気抵抗素子およびＹ軸センサ３をなす巨大磁気抵抗素子においては、図２に示すように、その感知軸は感磁部５の長手方向に直交方向で基板１の表面に平行に向けられており、感磁部５のピニング方向およびバイアス磁石部６のバイアス磁界の着磁方向は、感磁部５の長手方向に対して３０〜６０度、好ましくは４５度で、基板１の表面に平行となっている。

また、Ｚ軸センサ４をなす巨大磁気抵抗素子においては、巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊでは、図５に示すように、その感知軸は、感磁部５の長手方向に対して直交方向で溝８の斜面に平行でかつ斜面の上向きに向けられており、感磁部５のピニング方向およびバイアス磁石部６のバイアス磁界の着磁方向は、感磁部５の長手方向に対して３０〜６０度、好ましくは４５度で、溝８の斜面に平行で斜面の上向きとなっている。

また、巨大磁気抵抗素子４ｋ、４ｌでは、図６に示すように、その感知軸は、感磁部５の長手方向に対して直交方向で溝８の斜面に平行でかつ斜面の下向きに向けられており、感磁部５のピニング方向およびバイアス磁石部６のバイアス磁界の着磁方向は、感磁部５の長手方向に対して３０〜６０度、好ましくは４５度で、溝８の斜面に平行で斜面の下向きとなっている。

このような感知軸方向を得るためには、マグネットアレイを基板上方から接近させた状態で基板を２６０〜２９０℃で、３〜５時間加熱する加熱処理を行えばよく、これは従来のピニング処理と同様である。

通常の巨大磁気抵抗素子では、感知軸方向とピニング方向とは、ともに感磁部５の長手方向に対して直交方向で、基板表面に平行とされているが、上述のように、感知軸方向とピニング方向とを異ならせることで、巨大磁気抵抗素子の耐強磁界性が向上することになる。

図７は、上述のＸ軸センサ２をなす４個の巨大磁気抵抗素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、Ｙ軸センサ３をなす４個の巨大磁気抵抗素子３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈおよびＺ軸センサ４をなす４個の巨大磁気抵抗素子４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌの結線方法を示すもので、各軸センサの４個の巨大磁気抵抗素子の出力をブリッジ結線したものが示されている。

このようなブリッジ結線を行うことで、図１の座標軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の正方向に磁界を印加した時に、それぞれのＸ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４からの出力が増加し、逆方向に磁界を印加したときには各センサ２、３、４からの出力が低下する特性が得られることになる。

また、図１ないし図６では、図示していないが、Ｘ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４を構成するすべての巨大磁気抵抗素子を含む基板１全面には、窒化ケイ素などのパッシベーション膜、ポリイミドなどの保護膜が被覆されており、外界から保護されている。

図８は、基板１に設けられたビア部の構造の例を示すもので、図８において符号２１ａは、ビア部を構成するアルミニウムなどからなる導体部を示し、この導体部２１ａは、下層の配線部に電気的に接続されている。
この導体部２１ａの表面の周辺部は、上述の平坦化膜２２、第１のパッシベーション膜２３、厚膜１１で覆われている。厚膜１１の端縁部は、図示のように傾斜面となっている。

さらに、導体部２１ａの表面の中央部分は、配線膜２５で被覆されており、この配線膜２５は、上述の巨大磁気抵抗素子の配線層７に接続されている。この配線膜２５も配線層７と同様にバイアス磁石部６をなすマグネット膜から構成されており、バイアス磁石部６と同時に作製することができる。

この配線膜２５は、図示のように、厚膜１１の端縁部において、階段状の段差が形成されている。この段差部分の隅部では、プロセス上、配線膜２５の厚さが薄くなって断線の恐れがある。このため、この段差部分および中央部分を覆うように、保護導体膜２６が積層されている。

この保護導体膜２６としては、この例では、巨大磁気抵抗素子の感磁部５をなす巨大磁気抵抗素子膜が用いられており、これによれば感磁部５の作製と同時に配線膜２５上に保護導体膜２６を積層できる。これによって、配線膜２５の断線の恐れを回避できることになる。
さらに、このようなビア部には、窒化ケイ素などのパッシベーション膜２７、ポリイミドなどの保護膜２８が被覆され、外界から保護されている。

このような磁気センサにあっては、１枚の基板１に、Ｘ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４が配置されているので、小型の三軸磁気センサとして機能する。また、溝８の斜面の平坦性の良好な部分に巨大磁気抵抗素子の感磁部を形成することができ、性能のよい磁気センサが得られる。

また、ビア部では、その開口縁部でのバイアス磁石膜からなる配線膜２５の上に巨大磁気抵抗素子膜からなる保護導体膜２６が積層され、段差部分の隅部での配線膜２５の断線が生じる恐れが少なくなる。
さらに、感磁部５のピニング方向を、感磁部５の長手方向に対して３０〜６０度としたことで、得られる巨大磁気抵抗素子の耐強磁界性が良好となる。

つぎに、このような磁気センサの製法について説明する。
以下の説明においては、溝８、８・・の斜面に形成されたＺ軸センサ４を構成する巨大磁気抵抗素子、ビア部、パッド部の作製についで、主に説明する。
まず、基板１を用意する。この基板１には、上述のように、シリコンなどの半導体基板に磁気センサの駆動回路、信号処理回路などの半導体集積回路、配線層などが予め形成されたものである。

図９（ａ）に示すように、この基板１の最上層の配線層の一部をなすビア部Ａのアルミニウムなどからなる導体部２１ａとパッド部Ｂのアルミニウムなどからなる導体部２１ｂが設けられている。

この基板１上に、まず平坦化膜３１を成膜する。この平坦化膜３１には、例えば、プラズマＣＶＤ法による厚さ３００ｎｍの酸化ケイ素膜、厚さ６００ｎｍのＳＯＧ膜、厚さ５０ｎｍのトリエトキシシランを原料として製膜した酸化ケイ素膜を順次積層したものなどが用いられる。

次ぎに、図９（ｂ）に示すように、ビア部Ａ、パッド部Ｂの導体部２１ａ、２１ｂ上の平坦化膜３１をエッチングして取り除き、それらの導体部２１ａ、２１ｂを開口させる。さらに、図９（ｃ）に示すように、基板１全面に第１のパッシベーション膜３２（２３）を成膜する。この第１のパッシベーション膜３２（２３）としては、例えば、厚さ２５０ｎｍのプラズマＣＶＤ法による酸化ケイ素膜３３と、厚さ６００ｎｍのプラズマＣＶＤ法による窒化ケイ素膜３４との積層膜などが用いられる。

ついで、図９（ｄ）に示すように、ビア部Ａ、パッド部Ｂの導体部２１ａ、２１ｂの上方に堆積している窒化ケイ素膜３４をエッチングして除去する。この際、酸化ケイ素膜３３は残し、窒化ケイ素膜３４の除去の範囲は、平坦化膜３１の開口幅よりも小さくされる。このようにすることにより、ビア部Ａおよびパッド部Ｂの開口部分において、平坦化膜３１の端面が露出して、水分が配線層や半導体集積回路などに侵入することが防止される。

ついで、図１０（ａ）に示すように、この上に厚さ５μｍ程度のプラズマＣＶＤ法による酸化ケイ素からなる厚膜３５を形成する。この厚膜３５は、後述するように、上記溝８、８・・が形成されるもので、図４、図８において符号１１で示したものである。

次ぎに、図１０（ｂ）に示すように、この厚膜３５上に厚さ３μｍ程度のレジスト膜３６を全面に形成する。このレジスト膜３６の一部をエッチング処理して、除去して、レジストパターンを形成する。このレジストパターンは、溝形成部Ｃの各溝に相当する部分、ビア部Ａおよびパッド部Ｂのみが開口するようにする。

つぎに、図１０（ｃ）にあるように、残っているレジスト膜３６に温度１５０℃、時間１０分程度の加熱処理を施し、レジスト膜３６を溶融させる。この加熱処理によりレジストが溶融し、溶融液の表面張力に起因して、図示のように、レジスト３６膜の上面が盛り上がり、同時に端面が傾斜面となる。特に、溝形成部Ｃに対応する部分のレジスト膜３６では、断面形状が山状となって、その高さが約５μｍ程度に盛り上がる。

こののち、レジストと酸化ケイ素とのエッチング選択比がほぼ１対１となるような条件でレジスト膜３６と厚膜３５に対してドライエッチングを行う。
このドライエッチング条件は、例えば以下の通りである。
エッチングガスには、ＣＦ_４／ＣＨＦ_３／Ｎ_２／Ｏ_２の混合ガスを、以下の割合、６０／１８０／１０／１００ｓｃｃｍで用いた。
処理圧力：４００ｍトール（５３．２Ｐａ）、ＲＦパワー：７５０Ｗ、電極温度：１５℃、チャンバー温度：１５℃

このドライエッチングの際に、図１１（ａ）にあるように、ビア部Ａおよびパッド部Ｂでは、その開口の広さがパッシベーション膜３２の開口の広さよりも大きくならないようにする。
この後、厚膜３５上に残っているレジスト膜３６を除去する。

これにより、図１１（ａ）に示すように、厚膜３５の溝形成部Ｃには、溝８、８・・が形成される。さらに、図１１（ｂ）に示すように、ビア部Ａの導体部２１ａを覆っている厚膜３５および酸化ケイ素膜３３を取り除き、導体部２１ａを露出する。

ついで、基板１全面に、巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部６となるマグネット膜をスパッタにより成膜し、レジストワーク、エッチングにより不要部分を除去し、図１１（ｃ）に示すように、溝８、８・・の斜面上にバイアス磁石部６を形成し、これと同時にビア部Ａの導体部２１ａ上に配線膜２５を形成し、この配線膜２５と巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部６とを繋ぐ配線層７を形成する。

このマグネット膜には、先に述べたとおりの、例えばＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔなどの多層金属薄膜が用いられる。
この際に、厚膜３５の平坦面にも、Ｘ軸センサ２、Ｙ軸センサ３を構成する各巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部６とこれの配線層７も形成する。

このバイアス磁石部６の形成のためのレジストワークの際に、溝８の斜面でのマグネット膜のエッチングを適切に行うため、パターン形成後のレジスト膜に加熱処理を施して、レジスト膜の端面を傾斜面とすることが好ましい。

ついで、この上に巨大磁気抵抗素子の感磁部５となる巨大磁気抵抗素子膜をスパッタにより全面に成膜する。この巨大磁気抵抗素子膜としては、先に述べた通りの多層金属薄膜が用いられる。
さらに、この状態の基板１をマグネットアレー上にセットして、温度２６０〜２９０℃、時間３〜５時間の熱処理を行って、巨大磁気抵抗素子膜に対して、ピニング処理を行う。このピニング処理については後述する。

こののち、巨大磁気抵抗素子膜に対してレジストワーク、エッチングを行い、不要部分を除去して、図１２（ａ）に示すように、溝８、８・・の斜面上に感磁部５、５・・を形成し、巨大磁気抵抗素子を作製する。これにより、Ｚ軸センサ４が完成する。

同時にビア部Ａの導体部２１ａ上に先に形成されたマグネット膜からなる配線膜２５上にも巨大磁気抵抗素子膜を残し、保護導体膜２６とする。これにより図８に示すビア部Ａの構造が得られる。
さらにこれと同時に厚膜３５の平坦面にも、感磁部５を形成し、巨大磁気抵抗素子を作製する。これによりＸ軸センサ２と、Ｙ軸センサ３が完成する。

ついで、図１２（ｂ）に示すように、プラズマＣＶＤ法による厚さ１μｍ程度の窒化ケイ素膜からなるパッシベーション膜２７を成膜し、さらにこの上にポリイミドからなる保護膜２８を設ける。さらに、この保護膜２８、パッシベーション膜２７のうち、パッド部Ｂに存在する部分を除去し、開口する。

ついで、図１２（ｃ）に示すように、保護膜２８をマスクとして、エッチングを行い、パッド部Ｂの導体部２１ｂを覆っているパッシベーション膜３２と厚膜３５を除去し、パッド部Ｂの導体部２１ｂを露出させて、目的とする磁気センサとする。

図１３および図１４は、上述のピニング処理を具体的に示すもので、基板１に対してマグネットアレーの各磁石の配置状態を示すものである。
マグネットアレーは、基板１の巨大磁気抵抗素子が形成される面（表面）の上方に配置される。

図１３（ａ）は、基板１の表面での巨大磁気抵抗素子と、マグネットアレーの各磁石の極性の位置関係を示し、図に示した極性は基板表面に面する側のものである。
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における破線Ｑで示した断面での磁性の位置関係を示すものである。

図１３（ｃ）は、図１３（ａ）における破線Ｒで示した断面での磁性の位置関係を示したものである。
図１４は、図１３（ｂ）の拡大図であって、１個の巨大磁気抵抗素子に作用する磁力線の方向を示したものである。

このような磁気センサの製法によれば、１枚の基板にＸ軸センサ２、Ｙ軸センサ３およびＺ軸センサ４を作り込むことができ、しかもビア部、パッド部もこれと同時に作製することができ、一連の連続したプロセスで小型の三軸磁気センサを一挙に製造することが可能になる。

本発明の磁気センサの一例を示す概略平面図である。本発明での巨大磁気抵抗素子の例を示す概略平面図である。本発明でのＺ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の例を示す概略平面図である。本発明でのＺ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の例を示す概略断面図である。本発明でのＺ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の例を示す概略斜視図である。本発明でのＺ軸センサを構成する巨大磁気抵抗素子の他の例を示す概略斜視図である。本発明での各軸センサをなす巨大磁気抵抗素子の結線方法の例を示す説明図である。本発明の磁気センサのビア部の構造の例を示す概略断面図である。本発明の磁気センサの製法の一例を工程順に示す概略断面図である。本発明の磁気センサの製法の一例を工程順に示す概略断面図である。本発明の磁気センサの製法の一例を工程順に示す概略断面図である。本発明の磁気センサの製法の一例を工程順に示す概略断面図である。本発明の磁気センサの製法におけるピニング処理でのマグネットアレーの各磁石の位置関係を示す説明図である。本発明の磁気センサの製法におけるピニング処理での巨大磁気抵抗素子に対する磁力線の方向を示す説明図である。

符号の説明

１・・基板、５・・感磁部、６・・バイアス磁石部、７・・配線層、Ａ・・ビア部、８・・溝、２１ａ・・導体部、２１ｂ・・導体部、３１・・平坦化膜、３２・・第１のパッシベーション膜、３５・・厚膜、３６・・レジスト膜

Claims

基板上の厚膜に１以上の溝が並列して形成され、これら溝の斜面に、感磁部とこれら感磁部を電気的に直列に接続するバイアス磁石部とからなる巨大磁気抵抗素子が設けられ、上記厚膜の平坦面に２個以上の巨大磁気抵抗素子が設けられていることを特徴とする磁気センサ。
上記溝の斜面の中央部に上記感磁部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
基板にビア部が形成されており、このビア部と基板に設けられた巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部とが配線で接続されており、この配線がバイアス磁石部を構成するマグネット膜からなり、ビア部においては、このマグネット膜上に感磁部を構成する巨大磁気抵抗素子膜がさらに積層されていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
上記巨大磁気抵抗素子の感磁部のピンニング方向が、感磁部の長手方向に対して３０〜６０度となっていることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
上記感磁部は、溝方向に長手方向を持つ帯状部材からなることを特徴とする請求項１記載の磁気センサ。
基板の最上層の配線層上に、この配線層を覆うとともに平坦面を形成する平坦化層を形成し、この上にパッシベーション膜を成膜したのち、
この上に厚膜を形成し、さらにこの厚膜上にレジスト膜を形成し、
このレジスト膜のうち、一部を除去し、残ったレジスト膜に加熱処理を施して、レジスト膜の側面を傾斜面となし、
ついで、レジスト膜と厚膜とを、そのエッチング選択比がほぼ１：１となるエッチング条件でエッチングし、溝を厚膜に形成し、
次ぎに、厚膜の平坦面と上記溝の斜面ならびに頂部または底部に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部を形成し、この上に巨大磁気抵抗素子膜を成膜したのち、基板をマグネットアレー上に置いて熱処理を施し、
ついで、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去して、厚膜の平坦面および溝の斜面に巨大磁気抵抗素子素子の感磁部を形成し、この上に保護膜を成膜することを特徴とする磁気センサの製法。
基板の最上層の配線層上に、この配線層を覆うとともに平坦面を形成する平坦化層を形成し、この平坦化層の一部を除去して、ビア部およびパッド部を露出させ、この上に上層と下層からなるパッシベーション膜を成膜したのち、ビア部およびパッド部に相当する部分の上層を除去し、
この上に厚膜を形成し、さらにこの厚膜上にレジスト膜を形成し、
このレジスト膜のうち、一部を除去し、残ったレジスト膜に加熱処理を施して、レジスト膜の側面を傾斜面となし、
ついで、レジスト膜と厚膜とを、そのエッチング選択比がほぼ１：１となるエッチング条件でエッチングし、厚膜に溝を形成すると同時にビア部およびパッド部に薄くなった厚膜を残し、
ついで、ビア部の中央部分に残った厚膜とパッシベーション膜の下層を除去して、ビア部の導体部を露出させ、
次ぎに、厚膜の平坦面と上記溝の斜面ならびに頂部または底部に巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部を形成するとともにこの巨大磁気抵抗素子のバイアス磁石部とビア部の導体部とを接続する配線を形成し、この上に巨大磁気抵抗素子膜を成膜したのち、基板をマグネットアレー上に置いて熱処理を施し、
ついで、巨大磁気抵抗素子膜の一部をエッチングにより除去して、厚膜の平坦面および溝の斜面に巨大磁気抵抗素子の感磁部を形成するとともにビア部にも巨大磁気抵抗素子膜を残し、この上にパッド部を残して保護膜を成膜したのち、パッド部を覆う厚膜とパッシベーション膜の下層を除去してパッド部の導体部を露出することを特徴とする磁気センサの製法。