JP2007212274A - Triaxial magnetic sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a triaxial magnetic sensor of structure manufacturable in a single chip. <P>SOLUTION: This triaxial magnetic sensor 10 comprises a substrate 11 made of quartz or silicon, and 12 pieces of GMR elements in total each consisting of four X-axis GMR elements 12a-12d, Y-axis GMR elements 12e-12h, and Z-axis GMR elements 12i-12l, are formed on the substrate 11. The GMR elements of the Z-axis sensors 12i-12l are formed on the slope formed on the substrate 11 so that the direction of magnetization is within the slope. An LSI and a wiring layer are built in the substrate 11. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＸ軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＹ軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＺ軸センサとを１つの基板内に備えた三軸磁気センサおよびその製造方法に関する。   In the present invention, an X-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridge-connected, a Y-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridge-connected, and a plurality of giant magnetoresistive elements are bridge-connected The present invention relates to a three-axis magnetic sensor including a Z-axis sensor in one substrate and a method for manufacturing the same.

従来から、磁気センサに使用される素子として、巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）や磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）等が知られている。これらの磁気抵抗効果素子は、磁化の向きが所定の向きにピン（固定）されたピンド層と、磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層とを備えていて、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きの相対関係に応じた抵抗値を出力として示すものである。このような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサとしては、例えば、特許文献１（特許第３４９８７３７号公報）や特許文献２（特開２００２−２９９７２８号公報）にて提案されている。   Conventionally, giant magnetoresistive elements (GMR elements), magnetic tunnel effect elements (TMR elements), and the like are known as elements used in magnetic sensors. These magnetoresistive elements include a pinned layer whose magnetization direction is pinned (fixed) in a predetermined direction, and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. A resistance value corresponding to the relative relationship between the direction and the magnetization direction of the free layer is shown as an output. As a magnetic sensor using such a magnetoresistive effect element, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3498737) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-299728) have been proposed.

特許文献１や特許文献２にて提案された磁気センサにおいては、直交する２方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の磁界の変化をそれぞれ検出するように、磁気抵抗効果素子をそれぞれ直交するように配置し、それぞれを数個づつの素子群としてブリッジ接続するようにして、それぞれの素子の出力（抵抗値の変化）を得ることにより、二次元平面での外部磁界を検出するようにしている。   In the magnetic sensors proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the magnetoresistive elements are orthogonal to each other so as to detect magnetic field changes in two orthogonal directions (X-axis direction and Y-axis direction). In order to detect an external magnetic field in a two-dimensional plane by obtaining an output (change in resistance value) of each element by bridging each element as a group of several elements. .

ところで、二次元平面ではなく、空間での方位、すなわち、三次元的に方位が求められる必要のある場合がある。このような用途では、磁気の方位を三次元的（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）に精度良く求める必要がある。ところが、このような三次元的に方位を求めることが可能な三次元磁気センサを同一基板上に作製することができないため、現時点においては薄型の三次元磁気センサが得られていなかった。
特許第３４９８７３７号公報 特開２００２−２９９７２８号公報 By the way, there is a case where it is necessary to obtain a direction in space, that is, a direction in three dimensions, instead of a two-dimensional plane. In such an application, it is necessary to accurately determine the magnetic direction in three dimensions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction). However, since such a three-dimensional magnetic sensor capable of obtaining the orientation in three dimensions cannot be manufactured on the same substrate, a thin three-dimensional magnetic sensor has not been obtained at the present time.
Japanese Patent No. 3498737 JP 2002-299728 A

そこで、二つのチップを傾斜実装させた三軸磁気センサ（三次元磁気センサ）が提案されるようになった。この三軸磁気センサにおいては、図２０（ａ）の上面図に示すように、パッケージ内に平面視で正方形状のＡチップとＢチップとからなる２個のチップが実装されている。そして、これら２個のチップは、図２０（ｂ）の側面図に示すように、水平面から角度θだけ傾斜して配置されてあり、Ａチップにはｘ軸センサ（ａ〜ｄ）とｙ１軸センサ（ｅ〜ｈ）が作り込まれており、Ｂチップにはｙ２軸センサ（ｉ〜ｌ）が作り込まれている。各センサは４つのＧＭＲ素子（ａ〜ｄ，ｅ〜ｈ，ｉ〜ｌ）で構成されており、各ＧＭＲ素子はチップの辺に沿って作られている。   Therefore, a three-axis magnetic sensor (three-dimensional magnetic sensor) in which two chips are mounted in an inclined manner has been proposed. In this three-axis magnetic sensor, as shown in the top view of FIG. 20A, two chips consisting of a square A chip and a B chip in a plan view are mounted in a package. Then, as shown in the side view of FIG. 20B, these two chips are arranged at an angle θ from the horizontal plane, and the A chip has an x-axis sensor (ad) and a y1-axis. Sensors (e to h) are built in, and y2 axis sensors (i to l) are built in the B chip. Each sensor is composed of four GMR elements (ad, e to h, i to l), and each GMR element is formed along the side of the chip.

この場合、図２１（ａ）に示すように、ＧＭＲ素子ａ〜ｄがブリッジ接続されることによりｘ軸センサが構成される。また、図２１（ｂ）に示すように、ＧＭＲ素子ｅ〜ｈがブリッジ接続されることによりｙ１軸センサが構成される。さらに、図２１（ｃ）に示すように、ＧＭＲ素子ｉ〜ｌがブリッジ接続されることによりｙ２軸センサが構成される。そして、ｘ軸センサを構成するＧＭＲ素子ａ〜ｄの感度方向はｘ軸方向で、ｙ１軸センサを構成するＧＭＲ素子ｅ〜ｈの感度方向はｙ１軸方向で、ｙ２軸センサを構成するＧＭＲ素子ｉ〜ｌの感度方向はｙ２軸方向になるようになされている。   In this case, as shown in FIG. 21A, the GMR elements a to d are bridge-connected to constitute an x-axis sensor. Further, as shown in FIG. 21 (b), the Y1-axis sensor is configured by bridge-connecting the GMR elements e to h. Furthermore, as shown in FIG. 21 (c), the GMR elements i to l are bridge-connected to form a y2-axis sensor. The sensitivity directions of the GMR elements a to d constituting the x axis sensor are the x axis direction, the sensitivity directions of the GMR elements e to h constituting the y1 axis sensor are the y1 axis direction, and the GMR elements constituting the y2 axis sensor. The sensitivity directions i to l are set in the y2 axis direction.

これにより、各センサを構成するＧＭＲ素子に、図２０（ａ）の矢印方向に磁界が印加されると、その磁界強度に比例して抵抗値が減少する。一方、図２０（ａ）の矢印方向とは反対方向に磁界が印加されると、その磁界強度に比例して抵抗値が増大する。ここで、各ＧＭＲ素子を図２１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにブリッジ接続して各センサを構成し、電源−グランド間に所定の電圧（例えば、３Ｖ）を印加すると、ｘ軸センサからはＳｘが出力され、ｙ１軸センサからはＳｙ１が出力され、ｙ２軸センサからはＳｙ２が出力される。   Thereby, when a magnetic field is applied to the GMR elements constituting each sensor in the direction of the arrow in FIG. 20A, the resistance value decreases in proportion to the magnetic field strength. On the other hand, when a magnetic field is applied in the direction opposite to the arrow direction in FIG. 20A, the resistance value increases in proportion to the magnetic field strength. Here, each GMR element is bridge-connected as shown in FIGS. 21A, 21B, and 21C to form each sensor, and when a predetermined voltage (for example, 3 V) is applied between the power source and the ground, x Sx is output from the axis sensor, Sy1 is output from the y1-axis sensor, and Sy2 is output from the y2-axis sensor.

そして、得られた出力に基づいて、ｘ軸方向の磁界の成分Ｈｘを下記の（１）式により求めることができる。同様に、ｙ軸方向の磁界の成分Ｈｙを下記の（２）式により求めることができ、ｚ軸方向の磁界の成分Ｈｚを下記の（３）式により求めることができる。
Ｈｘ＝２ｋｘ×Ｓｘ・・・（１）
Ｈｙ＝ｋｙ（Ｓｙ１−Ｓｙ２）／ｃｏｓθ・・・（２）
Ｈｚ＝ｋｚ（Ｓｙ１＋Ｓｙ２）／ｓｉｎθ・・・（３）
ただし、ｋｘ，ｋｙ，ｋｚは比例定数で、各センサの感度が等しければ、ｋｘ＝ｋｙ＝ｋｚとなる。 Based on the obtained output, the magnetic field component Hx in the x-axis direction can be obtained by the following equation (1). Similarly, the magnetic field component Hy in the y-axis direction can be obtained from the following equation (2), and the magnetic field component Hz in the z-axis direction can be obtained from the following equation (3).
Hx = 2kx × Sx (1)
Hy = ky (Sy1-Sy2) / cos θ (2)
Hz = kz (Sy1 + Sy2) / sin θ (3)
However, kx, ky, kz are proportional constants, and if the sensitivity of each sensor is equal, kx = ky = kz.

しかしながら、上述した三軸磁気センサにおいては、パッケージ内にＡチップとＢチップとからなる二個のチップを実装させる必要があるため、この種のセンサを製造するのが複雑で、手間もかかるという問題を生じた。また、特殊なパッケージを用いる必要があるため、この種のセンサが高価になるとともに、小型化するのが困難であるという問題も生じた。
そこで、本発明はこのような問題点を解消するためになされたものであって、１チップ（１つの基板）内に簡単、容易に作製できる構造の三軸磁気センサを提供することを目的とする。 However, in the above-described three-axis magnetic sensor, since it is necessary to mount two chips consisting of an A chip and a B chip in the package, it is complicated and time-consuming to manufacture this type of sensor. Caused a problem. In addition, since it is necessary to use a special package, this type of sensor is expensive and difficult to downsize.
Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a three-axis magnetic sensor having a structure that can be easily and easily manufactured in one chip (one substrate). To do.

上記の目的を達成するため、本発明の三軸磁気センサは、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＸ軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＹ軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＺ軸センサとを１つの基板内に備えている。そして、巨大磁気抵抗効果素子は少なくとも１つ以上の巨大磁気抵抗効果素子バーで形成されているとともに、Ｘ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向はＹ軸方向であって、当該巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向はＸ軸に対して所定の角度（望ましくは４５°）の方向であって、その感度方向は当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であり、Ｙ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向はＸ軸方向であって、当該巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向はＹ軸に対して所定の角度（望ましくは４５°）の方向であって、その感度方向は各巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であり、Ｚ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は基板に設けられた斜面上に形成されていて磁化の向きは該斜面内になるように形成されているとともに、その感度方向は当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して交差するように形成されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a three-axis magnetic sensor of the present invention includes an X-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistance effect elements are bridge-connected, and a Y-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistance effect elements are bridge-connected. A Z-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistance effect elements are bridge-connected is provided in one substrate. The giant magnetoresistive element is formed of at least one giant magnetoresistive element bar, and the giant magnetoresistive element of the X-axis sensor is formed on a plane parallel to the plane of the substrate. The longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar is the Y-axis direction, and the magnetization direction of the pinned layer of the giant magnetoresistive effect element bar is a predetermined angle (desirably 45 °) with respect to the X axis. The sensitivity direction is perpendicular to the longitudinal direction of the giant magnetoresistive element bar, and the giant magnetoresistive element of the Y-axis sensor is formed on a plane parallel to the plane of the substrate. The longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar is the X-axis direction, and the magnetization direction of the pinned layer of the giant magnetoresistive effect element bar is a predetermined angle (preferably 45 °) with respect to the Y axis. And that The direction of sensitivity is perpendicular to the longitudinal direction of each giant magnetoresistive element bar, and the giant magnetoresistive element of the Z-axis sensor is formed on a slope provided on the substrate, and the direction of magnetization is within the slope. The sensitivity direction is formed so as to intersect with the longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar.

これにより、Ｘ軸センサとＹ軸センサとＺ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子の感度方向が互いに三次元方向に交差するように形成されたものとなるので、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向の正確な磁界を測定することができる。そして、Ｘ軸センサとＹ軸センサとＺ軸センサとが１つの基板内に備えているので、別個のセンサを組み付けて形成された磁気センサのように角度ずれを生じることが防止できるようになるとともに、センサの大型化も防止することができ、小型の三軸磁気センサを提供することが可能となる。この場合、Ｚ軸センサは基板に設けられた斜面上に形成するだけであるので、Ｚ軸センサを１つの基板内に簡単、容易に作製することができるようになる。ここで、巨大磁気抵抗効果素子は複数の巨大磁気抵抗効果素子バーが平行に配置されて、隣接する巨大磁気抵抗効果素子バーがバイアス磁石膜により直列接続されていると、後述する各巨大磁気抵抗効果素子バーのフリー層にバイアス磁界を容易に付与することができる。   As a result, the sensitivity directions of the giant magnetoresistive elements of the X-axis sensor, the Y-axis sensor, and the Z-axis sensor are formed so as to intersect each other in the three-dimensional direction, so that the X-axis, Y-axis, and Z-axis An accurate magnetic field in the three-dimensional direction can be measured. Since the X-axis sensor, the Y-axis sensor, and the Z-axis sensor are provided in one substrate, it is possible to prevent the occurrence of angular deviation as in a magnetic sensor formed by assembling separate sensors. In addition, an increase in the size of the sensor can be prevented, and a small three-axis magnetic sensor can be provided. In this case, since the Z-axis sensor is only formed on the slope provided on the substrate, the Z-axis sensor can be easily and easily manufactured in one substrate. Here, in the giant magnetoresistive effect element, a plurality of giant magnetoresistive effect element bars are arranged in parallel, and when adjacent giant magnetoresistive effect element bars are connected in series by a bias magnet film, A bias magnetic field can be easily applied to the free layer of the effect element bar.

この場合、Ｚ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子を構成する各巨大磁気抵抗効果素子バーは基板の平面に垂直なＺ軸に対して同角度で相対向するように形成された斜面上に形成されており、当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向は基板のＸ軸方向あるいはＹ軸に対して４５°の方向で、各斜面にそれぞれ形成された巨大磁気抵抗効果素子バーにより構成される巨大磁気抵抗効果素子同士が隣接して互に平行に配置されていると、磁界の感度のＸ軸成分およびＹ軸成分が各巨大磁気抵抗効果素子内でキャンセルされるようになるので、磁界の感度のＺ軸成分のみが出現することとなる。上述のように構成される三軸磁気センサにおいては、基板は平面視でアスペクト比は１：２あるいは１：１．５の長方形状あるいは正方形状に形成されているのが小型化にとっては望ましい。   In this case, each giant magnetoresistive effect element bar constituting the giant magnetoresistive effect element of the Z-axis sensor is formed on a slope formed to face each other at the same angle with respect to the Z axis perpendicular to the plane of the substrate. The longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar is 45 ° with respect to the X-axis direction or the Y-axis of the substrate, and giant magnetism constituted by giant magnetoresistive effect element bars respectively formed on each inclined surface. If the resistance effect elements are adjacent to each other and arranged in parallel with each other, the X-axis component and the Y-axis component of the magnetic field sensitivity are canceled in each giant magnetoresistive effect element. Only the Z-axis component will appear. In the three-axis magnetic sensor configured as described above, it is desirable for miniaturization that the substrate is formed in a rectangular shape or a square shape having an aspect ratio of 1: 2 or 1: 1.5 in plan view.

そして、上述のような三軸磁気センサを製造するには、基板にＸ軸センサとなる複数の巨大磁気抵抗効果素子と、Ｙ軸センサとなる複数の巨大磁気抵抗効果素子と、Ｚ軸センサとなる複数の巨大磁気抵抗効果素子とを形成する巨大磁気抵抗効果素子形成工程と、前記基板に形成された各磁気抵抗効果素子のブリッジ接続された組の２つの磁気抵抗効果素子に互に異なる向の磁界を付与しながら加熱して前記磁気抵抗効果素子のそれぞれを同時に規則化熱処理する規則化熱処理工程とを備えるようにすばよい。この場合、規則化熱処理工程においては、各巨大磁気抵抗効果素子が形成された基板上に隣接する棒磁石の極性が交互に異なるように複数の棒磁石が並列に配列された棒磁石アレーの棒磁石の配列方向が当該基板と４５°の角度をなすように配置した後、加熱して規則化熱処理を行うようにするのが望ましい。   In order to manufacture the above-described three-axis magnetic sensor, a plurality of giant magnetoresistive elements that serve as X-axis sensors, a plurality of giant magnetoresistive elements that serve as Y-axis sensors, a Z-axis sensor, The giant magnetoresistive effect element forming step for forming a plurality of giant magnetoresistive effect elements, and the two magnetoresistive effect elements in a bridge-connected set of the magnetoresistive effect elements formed on the substrate are different from each other. And a regularized heat treatment step of heating each of the magnetoresistive effect elements at the same time by applying a regular heat treatment. In this case, in the regularized heat treatment step, the bars of the bar magnet array in which a plurality of bar magnets are arranged in parallel so that the polarities of the bar magnets adjacent to each other on the substrate on which each giant magnetoresistive element is formed are alternately different. It is desirable that the magnets are arranged so that the arrangement direction of the magnets forms an angle of 45 ° with the substrate, and then the heat treatment is performed by heating.

以下に、本発明の実施の形態を実施例１の三軸磁気センサおよび実施例２の三軸磁気センサとして図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as a triaxial magnetic sensor of Example 1 and a triaxial magnetic sensor of Example 2, but the present invention is not limited to these Examples. However, the present invention can be appropriately modified and implemented without changing the object of the present invention.

１．実施例１
まず、実施例１の三軸磁気センサを図１〜図１５に基づいて以下に説明する。なお、図１は、実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。また、図２は本発明の三軸磁気センサに用いられる巨大磁気抵抗効果素子の概略構成を模式的に示す図であり、図２（ａ）は複数の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）バーが接続されて１つの巨大磁気抵抗効果素子が構成された状態を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の内部の積層状態を模式的に示す図である。 1. Example 1
First, the triaxial magnetic sensor of Example 1 is demonstrated below based on FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing the three-axis magnetic sensor of Example 1, FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is A in FIG. 1 (a). It is sectional drawing which shows -A 'cross section. FIG. 2 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a giant magnetoresistive effect element used in the triaxial magnetic sensor of the present invention. FIG. 2A shows a plurality of giant magnetoresistive effect element (GMR) bars. FIG. 2 (b) is a cross-sectional view schematically showing a BB ′ cross section of FIG. 2 (a), showing a state in which one giant magnetoresistive effect element is configured by being connected; FIG.2 (c) is a figure which shows typically the lamination | stacking state inside FIG.2 (b).

図３は、図１の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図３（ａ）は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＤ部を拡大して模式的に示す斜視図である。図４はブリッジ結線を示すブロック図であり、図４（ａ）はＸ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図４（ｂ）はＹ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図４（ｃ）はＺ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。図５〜図１４は製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。図１５は規則化熱処理（ピニング処理）を示す図であり、図１５（ａ）は規則化熱処理（ピニング処理）に用いる棒磁石アレーを模式的に示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、規則化熱処理（ピニング処理）の状態を模式的に示す平面図である。   3 is a diagram schematically showing the pinning direction and sensitivity direction of the three-axis magnetic sensor of FIG. 1, and FIG. 3 (a) is a plan view schematically showing the entire plane, and FIG. 3 (b). FIG. 3 is a perspective view schematically showing an enlarged C part of FIG. 3A, and FIG. 3C is a perspective view schematically showing an enlarged D part of FIG. . 4 is a block diagram showing the bridge connection, FIG. 4 (a) is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, and FIG. 4 (b) is a block diagram showing the bridge connection of the Y-axis sensor. FIG. 4C is a block diagram showing the bridge connection of the Z-axis sensor. 5-14 is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. FIG. 15 is a diagram showing a regularized heat treatment (pinning process), FIG. 15A is a perspective view schematically showing a bar magnet array used for the regularized heat treatment (pinning process), and FIG. It is a top view which shows typically the state of regularization heat processing (pinning process).

実施例１の三軸磁気センサ１０は、図１に示すように、平面視で互いに直交するＸ軸、及びＹ軸に沿った辺を有する長方形状（ここでは、短辺（縦）と長辺（横）の比率（アスペクト比）が１：２で、Ｘ軸に沿った辺が長辺で、Ｙ軸に沿った辺が短辺となるようになされている）であって、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向に小さな厚みを有する石英やシリコンからなる基板１１を備えている。そして、この基板１１の上に、それぞれ４個ずつのＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ、Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌからなる合計で１２個のＧＭＲ素子と、パッド部（配線から外部に出力を取り出す部分：図示せず）及びビア部（ＧＭＲ素子から配線に接続する部分を指すが、このビア部は最終的には露出されない：図示せず）ならびに配線（図示せず）が作り込まれている。なお、基板１１内には、ＬＳＩや配線層が作り込まれており、ＬＳＩが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。   As shown in FIG. 1, the triaxial magnetic sensor 10 according to the first embodiment has a rectangular shape (here, a short side (longitudinal) and a long side) having sides along the X axis and the Y axis that are orthogonal to each other in a plan view. (Horizontal) ratio (aspect ratio) is 1: 2, the side along the X axis is the long side, and the side along the Y axis is the short side). A substrate 11 made of quartz or silicon having a small thickness in the Z-axis direction orthogonal to the Y-axis is provided. A total of 12 GMR elements each including four X-axis GMR elements 12a to 12d, Y-axis GMR elements 12e to 12h, and Z-axis GMR elements 12i to 12l are formed on the substrate 11, and a pad portion. (Portion from which the output is extracted from the wiring: not shown) and a via portion (a portion connected to the wiring from the GMR element, this via portion is not finally exposed: not shown) and wiring (not shown) Z) is built. Note that an LSI and a wiring layer are built in the substrate 11, and those using the substrate on which the LSI is built are a digital output magnetic sensor, and only the wiring layer is built. The one using the substrate is an analog output magnetic sensor.

ここで、Ｘ軸ＧＭＲ素子は第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａと、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂと、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃと、第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄとにより構成されている。そして、基板１１のＸ軸の左側端部（この場合、図１（ａ）の左側端部をＸ軸の基準点とし、この基準点から図の右側に向かう方向をＸ軸正方向とし、その反対の方向をＸ軸負方向とする。以下においても同様である。）と右側端部との略中央部（以下ではＸ軸中央部という）で、Ｙ軸の下側端部（この場合、図１（ａ）の下側端部をＹ軸の基準点とし、この基準点から図の上側に向かう方向をＹ軸正方向とし、その反対の方向をＹ軸負方向とする。以下においても同様である。）と上側端部との略中央部（以下ではＹ軸中央部という）上方に第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａが配置され、その下方に第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂが配置されている。また、基板１１のＸ軸の左側端部近傍で、Ｙ軸中央部上方に第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃが配置され、その下方に第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄが配置されている。   Here, the X-axis GMR element includes a first X-axis GMR element 12a, a second X-axis GMR element 12b, a third X-axis GMR element 12c, and a fourth X-axis GMR element 12d. Then, the left end portion of the X axis of the substrate 11 (in this case, the left end portion of FIG. 1A is used as the X axis reference point, the direction from the reference point toward the right side of the drawing is the X axis positive direction, The opposite direction is the negative X-axis direction (the same is true in the following) and the substantially central portion (hereinafter referred to as the X-axis central portion) of the right-side end portion and the lower end portion of the Y-axis (in this case, 1A is the Y-axis reference point, the direction from the reference point toward the upper side of the figure is the Y-axis positive direction, and the opposite direction is the Y-axis negative direction. The first X-axis GMR element 12a is disposed above a substantially central part (hereinafter referred to as the Y-axis central part) between the upper end and the second X-axis GMR element 12b. In addition, in the vicinity of the left end of the X axis of the substrate 11, a third X axis GMR element 12c is disposed above the Y axis center, and a fourth X axis GMR element 12d is disposed below the third X axis GMR element 12d.

また、Ｙ軸ＧＭＲ素子は第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅと、第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆと、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｇと、第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｈとにより構成されている。そして、基板１１のＹ軸の上側端部近傍で、Ｘ軸中央部から左側端部までの略中間部右方に第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅが配置され、その左方に第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆが配置されている。また、基板１１のＹ軸の下側端部近傍で、Ｘ軸中央部から左側端部までの略中間部右方に第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｇが配置され、その左方に第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｈが配置されている。   The Y-axis GMR element includes a first Y-axis GMR element 12e, a second Y-axis GMR element 12f, a third Y-axis GMR element 12g, and a fourth Y-axis GMR element 12h. The first Y-axis GMR element 12e is arranged in the vicinity of the upper end of the Y-axis of the substrate 11 at the right side of the substantially middle part from the X-axis central part to the left-side end, and the second Y-axis GMR element 12f is arranged on the left side. Is arranged. Further, in the vicinity of the lower end of the Y axis of the substrate 11, a third Y axis GMR element 12 g is arranged on the right side of the substantially middle part from the X axis central part to the left end, and the fourth Y axis GMR element is located on the left side. 12h is arranged.

さらに、Ｚ軸ＧＭＲ素子は第１Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉと、第２Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｊと、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｋと、第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｌとにより構成されている。そして、基板１１のＹ軸中央部からＹ軸の下側端部までの略中間部で、Ｘ軸中央部から右側端部までの略中間部左方に第１Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉが配置され、その右下方に第２Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｊが配置されている。また、基板１１のＹ軸中央部からＹ軸の上側端部までの略中間部で、Ｘ軸中央部から左側端部までの略中間部左方に第３Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｋが配置され、その右下方に第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｌが配置されている。   Further, the Z-axis GMR element includes a first Z-axis GMR element 12i, a second Z-axis GMR element 12j, a third Z-axis GMR element 12k, and a fourth Z-axis GMR element 12l. The first Z-axis GMR element 12i is arranged at a substantially intermediate portion from the Y-axis central portion of the substrate 11 to the lower end portion of the Y-axis, and at a left of a substantially intermediate portion from the X-axis central portion to the right end portion, A second Z-axis GMR element 12j is disposed at the lower right. A third Z-axis GMR element 12k is arranged at a substantially intermediate portion from the Y-axis central portion of the substrate 11 to the upper end portion of the Y-axis, and to the left of a substantially intermediate portion from the X-axis central portion to the left end portion. A fourth Z-axis GMR element 121 is arranged at the lower right.

ここで、各ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ、１２ｅ〜１２ｈ、１２ｉ〜１２ｌは、互いに平行で帯状に隣接配置された偶数個（この場合は、例えば４個とし、偶数個であるのが望ましいが、１つ以上であれば何個でもよい）のＧＭＲバーを備えており、これらのＧＭＲバーがマグネット膜（バイアス磁石膜）により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜が接続されて形成されている。例えば、図２（なお、図２においては第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａについてのみ示しているが、他のＧＭＲ素子においても同様の構成である）に示すように、４個のＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−２，１２ａ−３，１２ａ−４がマグネット膜１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜１２ａ−５，１２ａ−９が接続されて形成されている。   Here, each of the GMR elements 12a to 12d, 12e to 12h, and 12i to 12l is an even number arranged in parallel and adjacent to each other in a strip shape (in this case, for example, the number is preferably four and is preferably an even number, Any number of GMR bars may be used as long as there are two or more). These GMR bars are connected in series by a magnet film (bias magnet film), and a magnet film serving as a terminal portion is connected to these end portions. Is formed. For example, as shown in FIG. 2 (in FIG. 2, only the first X-axis GMR element 12a is shown, but the other GMR elements have the same configuration), four GMR bars 12a-1, 12a-2, 12a-3, 12a-4 are connected in series by magnet films 12a-6, 12a-7, 12a-8, and magnet films 12a-5, 12a-9 serving as terminal portions are connected to these ends. Has been formed.

この場合、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの各ＧＭＲバー（１２ａ−１，１２ａ−２，１２ａ−３，１２ａ−４等）は、基板１１の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がＹ軸に平行（Ｘ軸に垂直）になるように配列されている。また、Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈの各ＧＭＲバーは、基板１１の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がＸ軸に平行（Ｙ軸に垂直）になるように配列されていて、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの各ＧＭＲバーの長手方向と直交するように配列されている。さらに、Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの各ＧＭＲバーは、基板１１の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部（堤部）１５の各斜面上に、１つの斜面（傾斜角度が略４５°に形成されている）に１つのＧＭＲバー（例えば、図１（ｂ）に示される１２ｋ−１，１２ｋ−２，１２ｋ−３，１２ｋ−４、あるいは１２ｌ−１，１２ｌ−２，１２ｌ−３，１２ｌ−４など）が形成されるように配置され、その長手方向がＸ軸（Ｙ軸）に対して４５°の方向になるように配列されている。   In this case, each GMR bar (12a-1, 12a-2, 12a-3, 12a-4, etc.) of the X-axis GMR elements 12a to 12d is formed on a plane parallel to the surface of the substrate 11, They are arranged so that the longitudinal direction is parallel to the Y axis (perpendicular to the X axis). The GMR bars of the Y-axis GMR elements 12e to 12h are formed on a plane parallel to the surface of the substrate 11, and are arranged so that the longitudinal direction is parallel to the X-axis (perpendicular to the Y-axis). The X-axis GMR elements 12a to 12d are arranged so as to be orthogonal to the longitudinal direction of each GMR bar. Further, each GMR bar of the Z-axis GMR elements 12i to 12l has one inclined surface (inclination angle) on each inclined surface of a plurality of protrusions (bank portions) 15 having a trapezoidal cross-sectional shape formed on the substrate 11. 1 GMR bar (for example, 12k-1, 12k-2, 12k-3, 12k-4, or 12l-1, 12l-2 shown in FIG. 1B). , 12l-3, 12l-4, etc.) are formed so that the longitudinal direction is 45 ° with respect to the X axis (Y axis).

ついで、ＧＭＲバーの構成について、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのＧＭＲバー１２ａ−２を例にして、図２に基づいて説明する。なお、他のＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−３，１２ａ−４についてはこれと等しいため、ここではＧＭＲバー１２ａ−１について説明する。また、他のＸ軸ＧＭＲ素子１２ｂ，１２ｃ，１２ｄおよびＹ軸ＧＭＲ素子１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈおよびＺ軸ＧＭＲ素子１２ｉ，１２ｊ，１２ｋ，１２ｌのそれぞれのＧＭＲバーの構成についてもこれと等しいので、その説明は省略する。   Next, the configuration of the GMR bar will be described with reference to FIG. 2, taking the GMR bar 12a-2 of the first X-axis GMR element 12a as an example. Since the other GMR bars 12a-1, 12a-3, and 12a-4 are equal to this, only the GMR bar 12a-1 will be described here. Also, the configurations of the respective GMR bars of the other X-axis GMR elements 12b, 12c, 12d, Y-axis GMR elements 12e, 12f, 12g, 12h and Z-axis GMR elements 12i, 12j, 12k, 12l are the same. The description is omitted.

ここで、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのＧＭＲバー１２ａ−２は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った平面にて切断した概略断面図である図２（ｂ）に示したように、その長手方向がＹ軸に対して平行になるように配列されたスピンバルブ膜ＳＶからなり、この両端部下方に形成されたＣｏＣｒＰｔ等の硬質強磁性体であって、高保磁力を有する材質からなるマグネット膜（バイアス磁石膜；硬質強磁性体薄膜層）１２ａ−６，１２ａ−７とを備えている。スピンバルブ膜ＳＶは、図２（ｃ）に膜構成を示したように、基板１１の上に順に積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．４ｎｍ（２４Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のチタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層Ｃからなっている。   Here, the GMR bar 12a-2 of the first X-axis GMR element 12a is as shown in FIG. 2B, which is a schematic sectional view cut along a plane along the line BB ′ in FIG. Further, it is a hard ferromagnetic material such as CoCrPt formed of a spin valve film SV arranged so that its longitudinal direction is parallel to the Y-axis, and has a high coercive force, which is formed below both ends. Magnet films (bias magnet films; hard ferromagnetic thin film layers) 12a-6 and 12a-7. As shown in FIG. 2C, the spin valve film SV has a free layer (free layer, free magnetic layer) F sequentially stacked on the substrate 11, and a film thickness of 2.4 nm (24 cm). A conductive spacer layer S made of Cu, a pinned layer (pinned layer, fixed magnetic layer) P, and a capping layer C made of titanium (Ti) or tantalum (Ta) having a thickness of 2.5 nm (25 mm). ing.

フリー層Ｆは、外部磁界の向きに応じて磁化の向きが変化する層であり、基板１１の直上に形成された膜厚が８ｎｍ（８０Å）のＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１２ａ−２１と、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１２ａ−２１の上に形成された膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２と、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２の上に形成された１〜３ｎｍ（１０〜３０Å）程度の膜厚のＣｏＦｅ層１２ａ−２３とからなっている。ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１２ａ−２１とＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２は軟質強磁性体薄膜層を構成している。ＣｏＦｅ層１２ａ−２３はＮｉＦｅ層１２ａ−２２のＮｉ、及びスペーサ層ＳのＣｕ１２ａ−２４の拡散を防止するために設けられている。   The free layer F is a layer in which the direction of magnetization changes according to the direction of the external magnetic field. The CoZrNb amorphous magnetic layer 12a-21 having a film thickness of 8 nm (80 cm) formed immediately above the substrate 11 and the CoZrNb amorphous magnetic layer. The NiFe magnetic layer 12a-22 having a thickness of 3.3 nm (33Å) formed on the layer 12a-21 and the thickness of about 1 to 3 nm (10 to 30Å) formed on the NiFe magnetic layer 12a-22. It consists of a CoFe layer 12a-23 having a thickness. The CoZrNb amorphous magnetic layer 12a-21 and the NiFe magnetic layer 12a-22 constitute a soft ferromagnetic thin film layer. The CoFe layer 12a-23 is provided to prevent diffusion of Ni in the NiFe layer 12a-22 and Cu12a-24 in the spacer layer S.

ピン層Ｐは、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）のＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５と、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金から形成した膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１２ａ−２６とを重ね合わせたものである。ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５は、着磁（磁化）された反強磁性膜１２ａ−２６に交換結合的に裏打されることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸正方向に対して４５°の方向（図３（ａ）実線矢印ａ１方向）にピン（固着）されるピンド層を構成している。   The pinned layer P is composed of a CoFe magnetic layer 12a-25 having a thickness of 2.2 nm (22 Å) and an antiferromagnetic film 12a-26 having a thickness of 24 nm (240 し た) formed from a PtMn alloy containing 45 to 55 mol% of Pt. Are superimposed. The CoFe magnetic layer 12a-25 is exchange-coupled to the magnetized (magnetized) antiferromagnetic film 12a-26 so that the direction of magnetization (magnetization vector) is 45 ° with respect to the positive X-axis direction. It constitutes a pinned layer that is pinned (fixed) in the direction (direction of solid arrow a1 in FIG. 3A).

なお、上述した第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのバイアス磁石膜１２ａ−５，１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８，１２ａ−９は、フリー層Ｆの一軸異方性を維持するため、このフリー層Ｆに対して各ＧＭＲバーの長手方向でかつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５（他のＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−３，１２ａ−４についても同様である）は、着磁（磁化）された反強磁性膜１２ａ−２６に交換結合的に裏打されることにより磁化（磁化ベクトル）の向きが、Ｘ軸正方向に対して４５°の方向（図３（ａ）の実線矢印ａ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。同様に、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂのバイアス磁石膜は、各ＧＭＲバーのフリー層Ｆに対して各ＧＭＲバーの長手方向でかつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸正方向に対して４５°の方向（図３（ａ）の実線矢印ｂ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   Note that the bias magnet films 12a-5, 12a-6, 12a-7, 12a-8, and 12a-9 of the first X-axis GMR element 12a described above maintain the uniaxial anisotropy of the free layer F. A bias magnetic field is applied to the layer F in the longitudinal direction of each GMR bar and in a direction that forms an acute angle with the magnetization (magnetization vector) direction of the pinned layer. The CoFe magnetic layer 12a-25 (the same applies to the other GMR bars 12a-1, 12a-3, 12a-4) is exchange coupled to the magnetized (magnetized) antiferromagnetic film 12a-26. The pinned layer is pinned (fixed) so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the direction of 45 ° with respect to the positive direction of the X axis (the direction of the solid arrow a1 in FIG. 3A). Is formed. Similarly, the bias magnet film of the second X-axis GMR element 12b is biased with respect to the free layer F of each GMR bar in the longitudinal direction of each GMR bar and in an acute angle with the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer. Giving a magnetic field. The pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in a direction of 45 ° with respect to the positive direction of the X axis (the direction of the solid line arrow b1 in FIG. 3A).

これにより、これらの第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの感度方向（磁界の感度方向）は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Ｘ軸正方向（図３（ａ）の点線矢印ａ２，ｂ２方向）になり、図３（ａ）の点線矢印ａ２，ｂ２方向に磁界が印加された場合に、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図３（ａ）の点線矢印ａ２，ｂ２方向と反対方向に磁界が印加された場合に、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   As a result, the sensitivity directions (magnetic field sensitivity directions) of the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the X-axis positive direction (see FIG. 3 (a) (in the direction of dotted arrows a2 and b2), and when a magnetic field is applied in the directions of dotted arrows a2 and b2 in FIG. 3 (a), the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b The resistance value decreases in proportion to the magnitude of the magnetic field, and the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element when a magnetic field is applied in the direction opposite to the directions of the dotted arrows a2 and b2 in FIG. The resistance value of 12b increases in proportion to the magnitude of the magnetic field.

一方、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおいては、バイアス磁石膜は、各ＧＭＲバーのフリー層Ｆに対して各ＧＭＲバーの長手方向でかつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向（即ち、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂのバイアス磁界と１８０°反対の方向）にバイアス磁界を与ている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸負方向に対して−４５°の方向（図３（ａ）の実線矢印ｃ１，ｄ１方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂのピンド層の磁化の向きと１８０°反対の方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   On the other hand, in the third X-axis GMR element 12c and the fourth X-axis GMR element 12d, the bias magnet film has a magnetization direction (magnetization vector) of the pinned layer in the longitudinal direction of each GMR bar with respect to the free layer F of each GMR bar. A bias magnetic field is applied in a direction that forms an acute angle with the direction (that is, a direction opposite to the bias magnetic field of the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b by 180 °). Then, the direction of magnetization (magnetization vector) is −45 ° with respect to the negative X-axis direction (in the directions of solid arrows c1 and d1 in FIG. 3A), the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b. The pinned layer is formed so as to be pinned (fixed) in a direction 180 ° opposite to the magnetization direction of the pinned layer.

これにより、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、図３（ａ）の点線矢印ｃ２，ｄ２方向（第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの感度方向と１８０°反対の方向）になり、図３（ａ）の点線矢印ｃ２，ｄ２方向に磁界が印加された場合に、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図３（ａ）の点線矢印ｃ２，ｄ２と反対方向に磁界が印加された場合に、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   As a result, the sensitivity directions of the third X-axis GMR element 12c and the fourth X-axis GMR element 12d are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, in the directions of the dotted arrows c2 and d2 in FIG. 1X-axis GMR element 12a and second X-axis GMR element 12b are in the direction opposite to the sensitivity direction by 180 °, and when a magnetic field is applied in the directions of dotted arrows c2 and d2 in FIG. The resistance values of the element 12c and the fourth X-axis GMR element 12d decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field, and when the magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrows c2 and d2 in FIG. The resistance values of the GMR element 12c and the fourth X-axis GMR element 12d increase in proportion to the magnitude of the magnetic field.

また、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆにおいては、バイアス磁石膜は、各ＧＭＲバーのフリー層Ｆに対して各ＧＭＲバーの長手方向でかつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向（即ち、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂのバイアス磁界が反時計方向に９０°回転した方向の反対方向）にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きがＹ軸正方向に対して４５°の方向（図３（ａ）の実線矢印ｅ１，ｆ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   Further, in the first Y-axis GMR element 12e and the second Y-axis GMR element 12f, the bias magnet film has a magnetization direction (magnetization vector) of the pinned layer in the longitudinal direction of each GMR bar with respect to the free layer F of each GMR bar. A bias magnetic field is applied in a direction that forms an acute angle with the direction (that is, the direction opposite to the direction in which the bias magnetic fields of the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b are rotated 90 ° counterclockwise). Then, the pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the direction of 45 ° with respect to the positive direction of the Y-axis (the directions of solid arrows e1 and f1 in FIG. 3A). Yes.

これにより、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Ｙ軸正方向（図３（ａ）の点線矢印ｅ２，ｆ２方向）になり、図３（ａ）の点線矢印ｅ２，ｆ２方向に磁界が印加された場合に、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図３（ａ）の点線矢印ｅ２，ｆ２と反対方向に磁界が印加された場合に、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   Thus, the sensitivity directions of the first Y-axis GMR element 12e and the second Y-axis GMR element 12f are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the Y-axis positive direction (dotted arrow e2 in FIG. 3A). , F2 direction), and when a magnetic field is applied in the directions of the dotted arrows e2, f2 in FIG. 3A, the resistance values of the first Y-axis GMR element 12e and the second Y-axis GMR element 12f become the magnitude of the magnetic field. When a magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrows e2 and f2 in FIG. 3A, the resistance value of the first Y-axis GMR element 12e and the second Y-axis GMR element 12f is the magnitude of the magnetic field. It will increase in proportion to.

一方、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｈにおいては、バイアス磁石膜は、各ＧＭＲバーのフリー層Ｆに対して各ＧＭＲバーの長手方向でかつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向（即ち、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆのバイアス磁界と１８０°反対の方向）にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きがＹ軸負方向に対して−４５°の方向（図３（ａ）の実線矢印ｇ１，ｈ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   On the other hand, in the third Y-axis GMR element 12g and the fourth Y-axis GMR element 12h, the bias magnet film has a magnetization direction (magnetization vector) of the pinned layer in the longitudinal direction of each GMR bar with respect to the free layer F of each GMR bar. A bias magnetic field is applied in a direction that forms an acute angle with the direction (that is, a direction opposite to the bias magnetic field of the first Y-axis GMR element 12e and the second Y-axis GMR element 12f by 180 °). Then, a pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the direction of −45 ° with respect to the negative Y-axis direction (the directions of solid arrows g1 and h1 in FIG. 3A). ing.

これにより、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｈの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Ｙ軸負方向（図３（ａ）の点線矢印ｇ２，ｈ２方向で、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆの感度方向と１８０°反対の方向）になり、図３（ａ）の点線矢印ｇ２，ｈ２方向に磁界が印加された場合に、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｈの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図３（ａ）の点線矢印ｇ２，ｈ２と反対方向に磁界が印加された場合に、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｈの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   Thereby, the sensitivity directions of the third Y-axis GMR element 12g and the fourth Y-axis GMR element 12h are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the Y-axis negative direction (dotted arrow g2 in FIG. 3A). , H2 direction, and a direction opposite to the sensitivity direction of the first Y-axis GMR element 12e and the second Y-axis GMR element 12f by 180 °), and a magnetic field is applied in the directions of the dotted arrows g2 and h2 in FIG. In addition, the resistance values of the third Y-axis GMR element 12g and the fourth Y-axis GMR element 12h decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field, and a magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrows g2 and h2 in FIG. In this case, the resistance values of the third Y-axis GMR element 12g and the fourth Y-axis GMR element 12h increase in proportion to the magnitude of the magnetic field.

また、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｊにおいては、図３（ｂ）に模式的に示すように、バイアス磁石膜１２ｉ−６，１２ｉ−７，１２ｉ−８（１２ｊ−６，１２ｊ−７，１２ｊ−８）は、各ＧＭＲバー１２ｉ−１，１２ｉ−２，１２ｉ−３，１２ｉ−４（１２ｊ−１，１２ｊ−２，１２ｊ−３，１２ｊ−４）の長手方向に平行な方向かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向、即ち、突部（堤部）１５の各斜面（傾斜角度は略４５°）の平面上で、その長手方向であるＸ軸およびＹ軸に対して４５°の方向かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きがＺ軸正方向に対して４５°の方向（図３（ｂ）の実線矢印ｉ１（ｊ１）方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   In the first Z-axis GMR element 12i and the second Z-axis GMR element 12j, as schematically shown in FIG. 3B, bias magnet films 12i-6, 12i-7, 12i-8 (12j-6, 12j-7, 12j-8) are parallel to the longitudinal direction of each GMR bar 12i-1, 12i-2, 12i-3, 12i-4 (12j-1, 12j-2, 12j-3, 12j-4). X, which is the longitudinal direction on the plane of each inclined surface (inclination angle is approximately 45 °) of the projection (bank portion) 15, that is, a direction that forms an acute angle with the direction of the magnetization (magnetization vector) of the pinned layer. A bias magnetic field is applied in a direction that is at an angle of 45 ° with respect to the axis and the Y-axis and the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer. Then, a pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in a direction of 45 ° with respect to the positive direction of the Z-axis (direction of solid arrow i1 (j1) in FIG. 3B). ing.

そして、これらの各ＧＭＲバー１２ｉ−１，１２ｉ−２，１２ｉ−３，１２ｉ−４（１２ｊ−１，１２ｊ−２，１２ｊ−３，１２ｊ−４）がバイアス磁石膜１２ｉ−６，１２ｉ−７，１２ｉ−８（１２ｊ−６，１２ｊ−７，１２ｊ−８）で直列に接続されている。これにより、ｘ軸成分およびｙ軸成分はキャンセルされることとなるため、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｊの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向で、Ｚ軸正方向、即ち、図３（ｂ）の点線矢印ｉ２（ｊ２）方向（紙面の裏から表に向かう方向）になる。そして、図３（ｂ）の点線矢印ｉ２（ｊ２）方向に磁界が印加された場合に、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図３（ｂ）の点線矢印ｉ２（ｊ２）と反対方向に磁界が印加された場合に、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   These GMR bars 12i-1, 12i-2, 12i-3, 12i-4 (12j-1, 12j-2, 12j-3, 12j-4) are bias magnet films 12i-6, 12i-7. , 12i-8 (12j-6, 12j-7, 12j-8). As a result, the x-axis component and the y-axis component are cancelled. Therefore, the sensitivity directions of the first Z-axis GMR element 12i and the second Z-axis GMR element 12j are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar. , The Z-axis positive direction, that is, the direction indicated by the dotted arrow i2 (j2) in FIG. 3B (the direction from the back of the paper to the front). When a magnetic field is applied in the direction of the dotted arrow i2 (j2) in FIG. 3B, the resistance values of the first Z-axis GMR element 12i and the second Z-axis GMR element 12j decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field. When a magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrow i2 (j2) in FIG. 3B, the resistance values of the first Z-axis GMR element 12i and the second Z-axis GMR element 12j are proportional to the magnitude of the magnetic field. Will increase.

一方、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｌにおいては、図３（ｃ）に模式的に示すように、バイアス磁石膜１２ｋ−６，１２ｋ−７，１２ｋ−８（１２ｌ−６，１２ｌ−７，１２ｌ−８）は、各ＧＭＲバー１２ｋ−１，１２ｋ−２，１２ｋ−３，１２ｋ−４（１２ｌ−１，１２ｌ−２，１２ｌ−３，１２ｌ−４）の長手方向に平行な方向かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向、即ち、突部（堤部）１５の各斜面（傾斜角度は略４５°）の平面上で、その長手方向であるＸ軸およびＹ軸に対して４５°の方向かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きがＺ軸負方向に対して４５°の方向（図３（ｃ）の実線矢印ｋ１（ｌ１）方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   On the other hand, in the third Z-axis GMR element 12k and the fourth Z-axis GMR element 12l, as schematically shown in FIG. 3C, the bias magnet films 12k-6, 12k-7, 12k-8 (12l-6, 12l-7, 12l-8) are parallel to the longitudinal direction of each GMR bar 12k-1, 12k-2, 12k-3, 12k-4 (12l-1, 12l-2, 12l-3, 12l-4). X, which is the longitudinal direction on the plane of each inclined surface (inclination angle is approximately 45 °) of the projection (bank portion) 15, that is, a direction that forms an acute angle with the direction of the magnetization (magnetization vector) of the pinned layer. A bias magnetic field is applied in a direction that is at an angle of 45 ° with respect to the axis and the Y-axis and the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer. Then, the pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in a direction of 45 ° with respect to the negative Z-axis direction (the direction of the solid line arrow k1 (l1) in FIG. 3C). ing.

そして、これらの各ＧＭＲバー１２ｋ−１，１２ｋ−２，１２ｋ−３，１２ｋ−４（１２ｌ−１，１２ｌ−２，１２ｌ−３，１２ｌ−４）がバイアス磁石膜１２ｋ−６，１２ｋ−７，１２ｋ−８（１２ｌ−６，１２ｌ−７，１２ｌ−８）で直列に接続されている。これにより、ｘ軸成分およびｙ軸成分はキャンセルされることとなるので、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｌの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向で、Ｚ軸負方向、即ち、図３（ｃ）の点線矢印のｋ２（ｌ２）方向（紙面の表から裏に向かう方向）になり、図３（ｃ）の点線矢印ｋ２（ｌ２）方向に磁界が印加された場合に、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｌの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図３（ｃ）の点線矢印ｋ２（ｌ２）と反対方向に磁界が印加された場合に、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｌの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   These GMR bars 12k-1, 12k-2, 12k-3, 12k-4 (12l-1, 12l-2, 12l-3, 12l-4) are bias magnet films 12k-6, 12k-7. , 12k-8 (12l-6, 12l-7, 12l-8). As a result, the x-axis component and the y-axis component are canceled, and the sensitivity directions of the third Z-axis GMR element 12k and the fourth Z-axis GMR element 12l are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar. , In the negative direction of the Z-axis, that is, in the direction of k2 (l2) of the dotted arrow in FIG. 3C (the direction from the front to the back of the page), and in the direction of the dotted arrow k2 (l2) in FIG. Is applied, the resistance values of the third Z-axis GMR element 12k and the fourth Z-axis GMR element 12l decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field, and are in the direction opposite to the dotted arrow k2 (l2) in FIG. When a magnetic field is applied to the third Z-axis GMR element 12k and the fourth Z-axis GMR element 12l, the resistance values increase in proportion to the magnitude of the magnetic field.

Ｘ軸磁気センサは、図４（ａ）（なお、図４（ａ）〜（ｃ）において、各矢印は各ＧＭＲ素子の固着層がピンされたときの磁化の向きが上向きとなるように示している。）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。このような構成において、パッド１３ａおよびパッド１３ｂは定電圧源１４の正極，負極に接続され、電位Ｖxin+（本例では３Ｖ）と電位Ｖxin-（本例では０（Ｖ））が付与される。そして、パッド１３ｃとパッド１３ｄの電位がそれぞれ電位Ｖxout+と電位Ｖxout-として取り出され、その電位差（Ｖxout+ − Ｖxout-）がセンサ出力Ｖxoutとして取り出される。   The X-axis magnetic sensor is shown in FIG. 4A (in FIGS. 4A to 4C, each arrow indicates that the magnetization direction is upward when the pinned layer of each GMR element is pinned. 1), the first to fourth X-axis GMR elements 12a to 12d are connected by full bridge connection. In such a configuration, the pad 13a and the pad 13b are connected to the positive electrode and the negative electrode of the constant voltage source 14, and are given a potential Vxin + (3 V in this example) and a potential Vxin- (0 (V) in this example). Then, the potentials of the pad 13c and the pad 13d are taken out as the potential Vxout + and the potential Vxout-, respectively, and the potential difference (Vxout + −Vxout−) is taken out as the sensor output Vxout.

Ｙ軸磁気センサは、図４（ｂ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド１３ｅおよびパッド１３ｆは定電圧源１４の正極，負極に接続され、電位Ｖyin+（本例では３Ｖ）と電位Ｖyin-（本例では０（Ｖ））が付与され、パッド１３ｇとパッド１３ｈの電位差がセンサ出力Ｖyoutとして取り出される。   The Y-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Y-axis GMR elements 12e to 12h, as shown in an equivalent circuit in FIG. The pad 13e and the pad 13f are connected to the positive electrode and the negative electrode of the constant voltage source 14, and are supplied with a potential Vyin + (3V in this example) and a potential Vyin− (0 (V) in this example), and the pad 13g and the pad 13h. Is taken out as a sensor output Vyout.

Ｚ軸磁気センサは、図４（ｃ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド１３ｉおよびパッド１３ｊは定電圧源１４の正極，負極に接続され、電位Ｖzin+（本例では３Ｖ）と電位Ｖzin-（本例では０（Ｖ））が付与され、パッド１３ｋとパッド１３ｌの電位差がセンサ出力Ｖzoutとして取り出される。   The Z-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Z-axis GMR elements 12i to 12l as shown in an equivalent circuit in FIG. The pad 13i and the pad 13j are connected to the positive electrode and the negative electrode of the constant voltage source 14, and the potential Vzin + (3V in this example) and the potential Vzin− (0 (V) in this example) are applied. Is extracted as a sensor output Vzout.

ついで、上述のような構成となる三軸磁気センサの製造方法について、図５〜図１４の断面模式図に基づいて以下に説明する。なお、図５〜図１４において、（ａ）はビア部を示し、（ｂ）はパッド部を示し、（ｃ）はＺ軸ＧＭＲ部を示している。この場合、上述したように、基板１１としては、ＣＭＯＳプロセスにより予めＬＳＩが作り込まれた基板や、予め配線層のみが作り込まれた基板を用いることが望ましい。   Next, a method for manufacturing a triaxial magnetic sensor having the above-described configuration will be described below based on schematic cross-sectional views in FIGS. 5 to 14, (a) shows a via portion, (b) shows a pad portion, and (c) shows a Z-axis GMR portion. In this case, as described above, as the substrate 11, it is desirable to use a substrate in which an LSI has been fabricated in advance by a CMOS process or a substrate in which only a wiring layer has been fabricated in advance.

この三軸磁気センサの製造方法では、図５に示すように、まず、配線層１１ａが形成された基板（石英基板またはシリコン基板）１１の上に層間絶縁膜（ＳＯＧ：Spin On Glass）１１ｂを塗布することにより平坦化する。この後、図６に示すように、ビア部とパッド部の上の層間絶縁膜１１ｂをエッチングで取り除き、開口部１１ｃ，１１ｄを作製する。ついで、図７に示すように、これらの表面に例えばＳｉＯ2膜からなる酸化膜（厚み：１５００Å）１１ｅと、例えばＳｉ3Ｎ4膜からなる窒化膜（厚み：５０００Å）１１ｆとをプラズマＣＶＤにより成膜した。ついで、これらの上にレジストを塗布し、ビア部とパッド部に開口を形成するようなパターンにカットした。 In this method of manufacturing a triaxial magnetic sensor, as shown in FIG. 5, first, an interlayer insulating film (SOG: Spin On Glass) 11b is formed on a substrate (quartz substrate or silicon substrate) 11 on which a wiring layer 11a is formed. Flatten by coating. After that, as shown in FIG. 6, the interlayer insulating film 11b on the via part and the pad part is removed by etching, and the openings 11c and 11d are produced. Next, as shown in FIG. 7, an oxide film (thickness: 1500 mm) 11e made of, for example, a SiO 2 film and a nitride film (thickness: 5000 mm) 11f made of, for example, a Si 3 N 4 film are formed on these surfaces by plasma CVD. A film was formed. Next, a resist was applied on these and cut into a pattern that formed openings in the via part and the pad part.

ついで、図８に示すように、ビア部上およびパッド部上の窒化膜１１ｆをエッチングにより除去した後、レジストを除去した。これにより、窒化膜１１ｆにはビア部上およびパッド部上に開口部１１ｇ，１１ｈが形成されるが、酸化膜１１ｅはエッチングしきらずに残存させるようにした。この場合、開口部１１ｇ，１１ｈの開口幅（径）は開口部１１ｃ，１１ｄの開口幅（径）よりも小さくなるようにした。これは、開口部１１ｃ，１１ｄで層間絶縁膜１１ｂが露出して、水分が配線層やＬＳＩに浸入するのを防止するためである。   Next, as shown in FIG. 8, the nitride film 11f on the via part and the pad part was removed by etching, and then the resist was removed. As a result, openings 11g and 11h are formed in the nitride film 11f on the via part and the pad part, but the oxide film 11e is left without being etched. In this case, the opening width (diameter) of the openings 11g and 11h is made smaller than the opening width (diameter) of the openings 11c and 11d. This is to prevent the interlayer insulating film 11b from being exposed in the openings 11c and 11d and preventing moisture from entering the wiring layer and the LSI.

この後、図９に示すように、これらの上に例えばＳｉＯ2膜からなる上層酸化膜（厚み：５μｍ）１１ｉをプラズマＣＶＤにより成膜した。ついで、これらの上にレジストを塗布してレジスト膜（厚み：５μｍ）１１ｊを形成した。そして、形成されたレジスト膜（厚み：５μｍ）１１ｊにビア部とパッド部に開口を形成するためのパターンをカットするとともに、Ｚ軸ＧＭＲ素子４１，４２，４３，４４の配列用の突部（堤部）１５を形成するためのパターンをカットした。カット後、１５０℃の温度で１０分間の熱処理を行って、図１０に示すように、レジスト１１ｊのカド部をテーパー状に形成（テーパ化）した。 Thereafter, as shown in FIG. 9, an upper oxide film (thickness: 5 μm) 11i made of, for example, a SiO 2 film was formed thereon by plasma CVD. Next, a resist was applied on these to form a resist film (thickness: 5 μm) 11j. Then, a pattern for forming openings in the via portion and the pad portion is cut in the formed resist film (thickness: 5 μm) 11j, and projections for arranging the Z-axis GMR elements 41, 42, 43, 44 ( The pattern for forming the (bank portion) 15 was cut. After cutting, heat treatment was performed at a temperature of 150 ° C. for 10 minutes to form a tapered portion of the resist 11j in a tapered shape (tapered) as shown in FIG.

この後、上層酸化膜（厚み：５μｍ）１１ｉとレジスト膜（厚み：５μｍ）１１ｊとがほぼ同じ比率でエッチングされ、かつエッチング後の上層酸化膜１１ｉの最大厚み部で約５０００Åの厚みが残るような条件でドライエッチングを行った。このとき、上層酸化膜１１ｉのビア部およびパッド部での開口幅（径）が、窒化膜１１ｆのビア部およびパッド部での開口幅（径）より大きくならないようにした。ドライエッチングを行った後、残存するレジストを除去した。これにより、図１１に示すように、ＧＭＲ部に上層酸化膜１１ｉからなる突部（堤部）１５が形成されることとなる。   Thereafter, the upper oxide film (thickness: 5 μm) 11i and the resist film (thickness: 5 μm) 11j are etched at substantially the same ratio, and a thickness of about 5000 mm remains at the maximum thickness portion of the upper oxide film 11i after etching. Dry etching was performed under various conditions. At this time, the opening width (diameter) at the via portion and the pad portion of the upper oxide film 11i was not made larger than the opening width (diameter) at the via portion and the pad portion of the nitride film 11f. After dry etching, the remaining resist was removed. As a result, as shown in FIG. 11, a protrusion (bank portion) 15 made of the upper oxide film 11i is formed in the GMR portion.

ついで、これらの上にレジストを塗布して、このレジストをビア部に開口を形成するためのパターンにカットした後、エッチングを行った。この後、残存するレジストを除去することにより、図１２に示すように、ビア部に開口１１ｋを形成して、基板１１の最上層の配線層１１ａを露出させた。ついで、スパッタリング法によって、ＴｉまたはＣｒ（膜厚は３００μｍ）からなる下地膜を形成した。   Next, a resist was applied on these, and the resist was cut into a pattern for forming an opening in the via portion, and then etched. Thereafter, by removing the remaining resist, as shown in FIG. 12, an opening 11k was formed in the via portion, and the uppermost wiring layer 11a of the substrate 11 was exposed. Next, a base film made of Ti or Cr (film thickness: 300 μm) was formed by sputtering.

ついで、ＣｏＣｒＰｔ等の材質からなる硬質強磁性体で高保磁力を有するバイアス磁石膜１１ｍ（後に、例えば、図２（ａ）に示す１２ａ−５，１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８，１２ａ−９等になる）をスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などによって、下地膜の表面上に形成した。これらの下地膜およびバイアス磁石膜１１ｍの上にレジストを塗布して、このレジストをバイアス磁石膜のパターンにカットした後、バイアス磁石膜１１ｍと下地膜のエッチングを行った。この場合、レジストの露光方向が基板の上面であるのに対し、パターンを形成するのが斜面上であることから、そのままマスクとするのはパターニング精度が落ちるので、このレジストに対して熱処理を行って突部上のレジストをテーパ化した上で、エッチングするのが望ましい。この後、残存するレジストを除去した。ついで、スパッタリング法によって、ＧＭＲ素子をなすＧＭＲ多層膜１１ｎ（後に、１２ａ〜１２ｄ，１２ｅ〜１２ｈ，１２ｉ〜１２ｌ等になる）をこれら下地膜およびバイアス磁石膜１１ｍの表面上に形成した。   Next, a bias magnet film 11m having a high coercive force made of a hard ferromagnetic material such as CoCrPt (later, for example, 12a-5, 12a-6, 12a-7, 12a-8, 12a shown in FIG. 2A). −9 etc.) was formed on the surface of the base film by sputtering, vacuum deposition, ion plating, or the like. A resist was applied on the base film and the bias magnet film 11m, the resist was cut into a bias magnet film pattern, and then the bias magnet film 11m and the base film were etched. In this case, since the resist is exposed on the upper surface of the substrate, the pattern is formed on the slope, so that using the mask as it is reduces the patterning accuracy. It is desirable that the resist on the protrusion is tapered and then etched. Thereafter, the remaining resist was removed. Next, a GMR multilayer film 11n (later 12a to 12d, 12e to 12h, 12i to 12l, etc.) forming a GMR element was formed on the surface of the base film and the bias magnet film 11m by sputtering.

なお、ＧＭＲ多層膜１１ｎは、図２（ｃ）に示したように、基板１１の上に順に積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．４ｎｍ（２４Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のチタン（Ｔｉ）又はタンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層Ｃからなっている。そして、フリー層Ｆは、基板１１の直上に形成された膜厚が８ｎｍ（８０Å）のＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１２ａ−２１と、膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２と、１〜３ｎｍ（１０〜３０Å）程度の膜厚のＣｏＦｅ層１２ａ−２３とからなっている。ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１２ａ−２１とＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２は軟質強磁性体薄膜層を構成している。一方、ピン層Ｐは、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）のＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５と、膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１２ａ−２６とを重ね合わせたものである。   As shown in FIG. 2C, the GMR multilayer film 11n has a free layer (free layer, free magnetic layer) F sequentially stacked on the substrate 11, and a film thickness of 2.4 nm (24 cm). A conductive spacer layer S made of Cu, a pinned layer (fixed layer, fixed magnetic layer) P, and a capping layer C made of titanium (Ti) or tantalum (Ta) having a film thickness of 2.5 nm (25 mm). Yes. The free layer F includes a CoZrNb amorphous magnetic layer 12a-21 having a film thickness of 8 nm (80 mm) formed immediately above the substrate 11, a NiFe magnetic layer 12a-22 having a film thickness of 3.3 nm (33 mm), The CoFe layer 12a-23 has a thickness of about 1 to 3 nm (10 to 30 mm). The CoZrNb amorphous magnetic layer 12a-21 and the NiFe magnetic layer 12a-22 constitute a soft ferromagnetic thin film layer. On the other hand, the pinned layer P is formed by superposing a CoFe magnetic layer 12a-25 having a thickness of 2.2 nm (22 Å) and an antiferromagnetic film 12a-26 having a thickness of 24 nm (240 Å).

ついで、得られた積層体の上に永久磁石アレーを近接させて規則化熱処理（ピニング処理）を行い、ピンド層Ｐの磁化の向きを固定させた。この場合、規則化熱処理（ピニング処理）は、図１５（ａ）に模式的に示すように、隣接する永久棒磁石片３１，３２，３３，３４の上端（下端）の極性が互いに異なるように互いに平行に配列された永久棒磁石アレー（マグネットアレー）３０を用意する。そして、この永久棒磁石アレー３０を基板１１の平面に対して４５°の角度になるように基板１１の上部に配置し、所定の温度に加熱して行った。具体的には、図１５（ｂ）に示した状態で、基板１１および永久棒磁石アレー（マグネットアレー）３０を固定し、真空中でこれらを２６０℃〜２９０℃に加熱し、その状態で４時間ほど放置することにより規則化熱処理（ピニング処理）を行った。なお、図１５（ｂ）においては、永久棒磁石アレー３０の下面の磁極の状態を示している。   Subsequently, a permanent magnet array was brought close to the obtained laminated body, and regularized heat treatment (pinning treatment) was performed to fix the magnetization direction of the pinned layer P. In this case, the regularization heat treatment (pinning treatment) is performed so that the polarities of the upper ends (lower ends) of the adjacent permanent bar magnet pieces 31, 32, 33, and 34 are different from each other, as schematically shown in FIG. A permanent bar magnet array (magnet array) 30 arranged in parallel with each other is prepared. The permanent bar magnet array 30 was placed on the substrate 11 so as to be at an angle of 45 ° with respect to the plane of the substrate 11 and heated to a predetermined temperature. Specifically, in the state shown in FIG. 15B, the substrate 11 and the permanent bar magnet array (magnet array) 30 are fixed, and these are heated to 260 ° C. to 290 ° C. in a vacuum, and in this state 4 A regularized heat treatment (pinning treatment) was performed by allowing to stand for about an hour. In FIG. 15B, the state of the magnetic poles on the lower surface of the permanent bar magnet array 30 is shown.

ここで、図１５（ｂ）に示すように、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａは永久棒磁石片３３の幅方向の中心線Ｌ３よりも左側に位置し、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂは、永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂは、図３（ａ）の実線矢印ａ１，ｂ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃは永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも左側に位置し、第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄは、永久棒磁石片３１の幅方向の中心線Ｌ１よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３１に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄは、図３（ａ）の実線矢印ｃ１，ｄ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。   Here, as shown in FIG. 15B, the first X-axis GMR element 12a is located on the left side of the center line L3 in the width direction of the permanent bar magnet piece 33, and the second X-axis GMR element 12b is a permanent bar magnet. Since they are located on the right side of the center line L2 in the width direction of the piece 32, they are magnetized in the direction of the magnetic field from the permanent bar magnet piece 32 toward the permanent bar magnet piece 33. As a result, in the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b, the magnetization direction of the pinned layer is fixed in the directions of solid arrows a1 and b1 in FIG. Similarly, the third X-axis GMR element 12 c is positioned on the left side of the center line L 2 in the width direction of the permanent bar magnet piece 32, and the fourth X-axis GMR element 12 d is from the center line L 1 in the width direction of the permanent bar magnet piece 31. Are also magnetized in the direction of the magnetic field from the permanent bar magnet piece 32 toward the permanent bar magnet piece 31. As a result, in the third X-axis GMR element 12c and the fourth X-axis GMR element 12d, the magnetization direction of the pinned layer is fixed in the directions of solid arrows c1 and d1 in FIG.

また、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅは永久棒磁石片３３の幅方向の中心線Ｌ３よりも左側に位置し、第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆは、永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｆは、図３（ａ）の実線矢印ｅ１，ｆ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｇは永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも左側に位置し、第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｈは、永久棒磁石片３１の幅方向の中心線Ｌ１よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｈは、図３（ａ）の実線矢印ｇ１，ｈ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。   Further, the first Y-axis GMR element 12e is positioned on the left side of the center line L3 in the width direction of the permanent bar magnet piece 33, and the second Y-axis GMR element 12f is in the center line L2 in the width direction of the permanent bar magnet piece 32. Since they are located on the right side, they are magnetized in the direction of the magnetic field from the permanent bar magnet piece 32 toward the permanent bar magnet piece 33. As a result, in the first Y-axis GMR element 12e and the second Y-axis GMR element 12f, the magnetization directions of the pinned layers are fixed in the directions of solid arrows e1 and f1 in FIG. Similarly, the third Y-axis GMR element 12g is positioned on the left side of the center line L2 in the width direction of the permanent bar magnet piece 32, and the fourth Y-axis GMR element 12h is from the center line L1 in the width direction of the permanent bar magnet piece 31. Since these are also located on the right side, they are magnetized in the direction of the magnetic field from the permanent bar magnet piece 32 toward the permanent bar magnet piece 33. As a result, in the third Y-axis GMR element 12g and the fourth Y-axis GMR element 12h, the magnetization direction of the pinned layer is fixed in the directions of solid arrows g1 and h1 in FIG.

さらに、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｊは永久棒磁石片３３の幅方向の中心線Ｌ３よりも左側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｊは、図３（ｂ）の実線矢印ｉ１，ｊ１方向に突部（堤部）１５の斜面内でＺ軸正方向にＸ軸から４５°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｌは永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子１２ｌは、図３（ｃ）の実線矢印ｋ１，ｌ１方向に突部（堤部）１５の斜面内でＺ軸負方向にＸ軸から４５°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。   Further, since the first Z-axis GMR element 12i and the second Z-axis GMR element 12j are located on the left side of the center line L3 in the width direction of the permanent bar magnet piece 33, they are changed from the permanent bar magnet piece 32 to the permanent bar magnet piece 33. It becomes magnetized in the direction of the magnetic field. As a result, the first Z-axis GMR element 12i and the second Z-axis GMR element 12j are moved from the X axis in the positive direction of the Z axis within the slope of the protrusion (bank portion) 15 in the direction of solid arrows i1 and j1 in FIG. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in the direction inclined by 45 °. Similarly, since the third Z-axis GMR element 12k and the fourth Z-axis GMR element 12l are located on the right side of the center line L2 in the width direction of the permanent bar magnet piece 32, they are changed from the permanent bar magnet piece 32 to the permanent bar magnet piece 33. It is magnetized in the direction of the magnetic field toward. As a result, the third Z-axis GMR element 12k and the fourth Z-axis GMR element 12l move from the X axis in the negative direction of the Z axis within the slope of the protrusion (bank portion) 15 in the direction of the solid arrows k1 and 11 in FIG. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in the direction inclined by 45 °.

その後、ＧＭＲ多層膜１１ｎの表面上に、任意の厚さ、例えば平坦部で２μｍの厚みとなるようにレジストを塗布し、このレジストの表面にマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なレジストを取り除き、後に得られるＧＭＲ多層膜１１ｎと同じパターンを有するレジスト膜を形成する。その際、突部（堤部）１５でのエッチングを適切に行い、突部（堤部）１５の断面形状を整えるためにレジストをテーパー化する。この後、レジスト膜で保護されていない部分のＧＭＲ多層膜１１ｎを、イオンミリングにより除去し、ＧＭＲ多層膜１１ｎを所定の形状（例えば、複数の狭幅の帯状体の形状）に形成する。その際、ビア部はＧＭＲ多層膜１１ｎとバイアス磁石膜１１ｍの双方が残るようにする。これはビア部の縁での断線を予防するためである。   Thereafter, a resist is applied on the surface of the GMR multilayer film 11n so as to have an arbitrary thickness, for example, 2 μm in a flat portion, a mask is disposed on the resist surface, and baking and development are performed. Unnecessary resist is removed, and a resist film having the same pattern as the GMR multilayer film 11n obtained later is formed. At that time, the resist is tapered in order to appropriately perform etching at the projecting portion (bank portion) 15 and to adjust the cross-sectional shape of the projecting portion (bank portion) 15. Thereafter, the portion of the GMR multilayer film 11n not protected by the resist film is removed by ion milling to form the GMR multilayer film 11n in a predetermined shape (for example, a plurality of narrow strips). At that time, both the GMR multilayer film 11n and the bias magnet film 11m remain in the via portion. This is to prevent disconnection at the edge of the via portion.

次に、レジスト膜を除去し、これらの上に膜厚が１００００Åの例えばＳｉ3Ｎ4膜からなる窒化膜１１ｏをプラズマＣＶＤで成膜した後、これらの上にポリイミド膜１１ｐを成膜して、保護膜を形成した。ついで、パッド部上のポリイミド膜１１ｐをマスクとして、パッド部上の窒化膜１１ｏをエッチングにより除去してパッド部を開口して、各パッドを形成するとともに、これらを接続する配線を形成し、最後に基板１１を切断する。以上により、図１に示した実施例１の三軸磁気センサ１０が作製される。 Next, the resist film is removed, and a nitride film 11o made of, for example, a Si 3 N 4 film having a thickness of 10,000 mm is formed thereon by plasma CVD, and then a polyimide film 11p is formed thereon. A protective film was formed. Next, using the polyimide film 11p on the pad portion as a mask, the nitride film 11o on the pad portion is removed by etching to open the pad portion, and each pad is formed, and a wiring for connecting these is formed. The substrate 11 is cut. As described above, the triaxial magnetic sensor 10 of the first embodiment shown in FIG. 1 is manufactured.

２．実施例２
ついで、実施例２の三軸磁気センサを図１６〜図２０に基づいて説明する。なお、図１６は、実施例２の三軸磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、図１６（ａ）は平面図であり、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＥ−Ｅ’断面を示す断面図である。また、図１７は、図１６の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図１７（ａ）は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＦ部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図１７（ｃ）は、図１７（ａ）のＧ部を拡大して模式的に示す斜視図である。 2. Example 2
Next, the triaxial magnetic sensor of Example 2 will be described with reference to FIGS. 16 is a schematic configuration diagram schematically showing a triaxial magnetic sensor of Example 2, FIG. 16 (a) is a plan view, and FIG. 16 (b) is an E diagram in FIG. 16 (a). It is sectional drawing which shows -E 'cross section. FIG. 17 is a diagram schematically showing the pinning direction and sensitivity direction of the triaxial magnetic sensor of FIG. 16, and FIG. 17 (a) is a plan view schematically showing the entire plane. FIG. 17B is a perspective view schematically showing an enlarged F part in FIG. 17A, and FIG. 17C is a perspective view schematically showing an enlarged G part in FIG. It is.

図１８は、ブリッジ結線を示すブロック図であり、図１８（ａ）はＸ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図１８（ｂ）はＹ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図１８（ｃ）はＺ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。図１９は規則化熱処理（ピニング処理）を示す図であり、図１９（ａ）は規則化熱処理（ピニング処理）に用いる棒磁石アレーを模式的に示す斜視図であり、図１９（ｂ）は、規則化熱処理（ピニング処理）の状態を模式的に示す平面図である。   18 is a block diagram showing the bridge connection, FIG. 18 (a) is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, and FIG. 18 (b) is a block diagram showing the bridge connection of the Y-axis sensor. FIG. 18C is a block diagram showing the bridge connection of the Z-axis sensor. FIG. 19 is a diagram showing a regularized heat treatment (pinning process), FIG. 19A is a perspective view schematically showing a bar magnet array used for the regularized heat treatment (pinning process), and FIG. It is a top view which shows typically the state of regularization heat processing (pinning process).

本実施例２の三軸磁気センサ２０は、図１６に示すように、平面視で互いに直交するＸ軸、及びＹ軸に沿った辺を有する正方形状（即ち、上述した実施例１の基板１１の半分の大きさ）であって、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向に小さな厚みを有する石英基板やシリコン基板からなる基板２１を備えている。なお、このような正方形状の基板２１を用いることにより、実施例１の三軸磁気センサよりもさらに小型化を達成することが可能となる。   As shown in FIG. 16, the triaxial magnetic sensor 20 of the second embodiment has a square shape having sides along the X axis and the Y axis that are orthogonal to each other in plan view (that is, the substrate 11 of the first embodiment described above). And a substrate 21 made of a quartz substrate or a silicon substrate having a small thickness in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and the Y-axis. In addition, by using such a square substrate 21, it is possible to achieve further downsizing than the triaxial magnetic sensor of the first embodiment.

そして、この基板２１の上に形成されたそれぞれ４個ずつのＸ軸ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄおよびＹ軸ＧＭＲ素子２２ｅ〜２２ｈと、２個のＺ軸ＧＭＲ素子２２ｉ〜２２ｌからなる合計で１２個のＧＭＲ素子と、、パッド部（配線から外部に出力を取り出す部分：図示せず）及びビア部（ＧＭＲ素子から配線に接続する部分を指すが、このビア部は最終的には露出されない：図示せず）ならびに配線（図示せず）が作り込まれている。なお、基板２１内には、上述した実施例１の基板１１と同様に、ＬＳＩや配線層が作り込まれており、ＬＳＩが作り込まれた基板を用いたものにおいてはデジタル出力の磁気センサとなされており、配線層のみが作り込まれた基板を用いたものにおいてはアナログ出力の磁気センサとなされている。   A total of 12 X-axis GMR elements 22a to 22d and Y-axis GMR elements 22e to 22h formed on the substrate 21 and two Z-axis GMR elements 22i to 22l are formed. GMR element, pad portion (portion for extracting output from wiring: not shown) and via portion (portion connecting to wiring from GMR element, this via portion is not finally exposed: not shown) As well as wiring (not shown). An LSI and a wiring layer are formed in the substrate 21 in the same manner as the substrate 11 of the first embodiment described above. A digital output magnetic sensor is used in a substrate using the substrate in which the LSI is formed. In the case of using a substrate on which only a wiring layer is formed, an analog output magnetic sensor is formed.

ここで、Ｘ軸ＧＭＲ素子は第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａと、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂと、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｃと、第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｄとにより構成されている。そして、Ｘ軸の右側端部近傍で、Ｙ軸中央部上方に第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａが配置され、その下方に第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂが配置されている。また、Ｘ軸の左側端部近傍で、Ｙ軸中央部上方に第３Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｃが配置され、その下方に第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｄが配置されている。   Here, the X-axis GMR element includes a first X-axis GMR element 22a, a second X-axis GMR element 22b, a third X-axis GMR element 22c, and a fourth X-axis GMR element 22d. In the vicinity of the right end portion of the X axis, the first X axis GMR element 22a is disposed above the Y axis center, and the second X axis GMR element 22b is disposed below the first X axis GMR element 22b. Further, in the vicinity of the left end portion of the X axis, the third X axis GMR element 22c is disposed above the Y axis center, and the fourth X axis GMR element 22d is disposed below the third X axis GMR element 22d.

また、Ｙ軸ＧＭＲ素子は第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅと、第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆと、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｇと、第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｈとにより構成されている。そして、Ｙ軸の上側端部近傍でＸ軸中央部右方に第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅが配置され、その左方に第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆが配置されている。また、Ｙ軸の下側端部近傍でＸ軸中央部右方に第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｇが配置され、その左方に第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｈが配置されている。   The Y-axis GMR element includes a first Y-axis GMR element 22e, a second Y-axis GMR element 22f, a third Y-axis GMR element 22g, and a fourth Y-axis GMR element 22h. The first Y-axis GMR element 22e is arranged on the right side of the X-axis center near the upper end of the Y-axis, and the second Y-axis GMR element 22f is arranged on the left side. In addition, a third Y-axis GMR element 22g is disposed on the right side of the X-axis center near the lower end of the Y-axis, and a fourth Y-axis GMR element 22h is disposed on the left.

さらに、Ｚ軸ＧＭＲ素子は第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉと、第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊと、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｋと、第４Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｌとにより構成されている。そして、基板２２の右上角部左方に第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉが配置され、その右下側に第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊが配置されている。また、基板２２の右上角部より左下方で、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅの下方に第３Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｋが配置され、その右下側に第４Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｌが配置されている。   Further, the Z-axis GMR element includes a first Z-axis GMR element 22i, a second Z-axis GMR element 22j, a third Z-axis GMR element 22k, and a fourth Z-axis GMR element 22l. The first Z-axis GMR element 22i is disposed on the left of the upper right corner of the substrate 22, and the second Z-axis GMR element 22j is disposed on the lower right side thereof. A third Z-axis GMR element 22k is disposed below the first Y-axis GMR element 22e at the lower left corner of the upper right corner of the substrate 22, and a fourth Z-axis GMR element 22l is disposed at the lower right side thereof.

各ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄ、２２ｅ〜２２ｈおよび２２ｉ〜２２ｌは、それぞれ互いに平行で帯状に隣接配置された偶数個（この場合は、例えば４個とし、偶数個であるのが望ましいが、１つ以上であれば何個でもよい）のＧＭＲバーを備えており、これらのＧＭＲバーがマグネット膜（バイアス磁石膜）により直列接続され、これらの端部に端子部となるマグネット膜が接続されて形成されている。
この場合、Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの各ＧＭＲバーは、基板２１の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がＹ軸に平行（Ｘ軸に垂直）になるように配列されている。また、Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅ〜２２ｈの各ＧＭＲバーは、基板２１の表面と平行な平面上に形成されており、その長手方向がＸ軸に平行（Ｙ軸に垂直）になるように配列されていて、Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄの各ＧＭＲバーの長手方向と直交するように配列されている。 Each of the GMR elements 22a to 22d, 22e to 22h, and 22i to 22l is an even number arranged in parallel and adjacent to each other in a strip shape (in this case, for example, the number is preferably four, but it is desirable that the even number is one or more. Any number of GMR bars may be provided, and these GMR bars are connected in series by a magnet film (bias magnet film), and a magnet film serving as a terminal portion is connected to these end portions. ing.
In this case, each GMR bar of the X-axis GMR elements 22a to 22d is formed on a plane parallel to the surface of the substrate 21, and is arranged so that its longitudinal direction is parallel to the Y-axis (perpendicular to the X-axis). Has been. Each GMR bar of the Y-axis GMR elements 22e to 22h is formed on a plane parallel to the surface of the substrate 21, and is arranged so that its longitudinal direction is parallel to the X-axis (perpendicular to the Y-axis). The X-axis GMR elements 22a to 22d are arranged so as to be orthogonal to the longitudinal direction of each GMR bar.

さらに、Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉ〜２２ｌの各ＧＭＲバーは、基板２１の上に形成された断面形状が台形状の複数の突部（堤部）２５の各斜面上に、１つの斜面（傾斜角度が略４５°に形成されている）に１つのＧＭＲバー（例えば、図１６（ｂ）に示される２２ｉ−１，２２ｉ−２，２２ｉ−３，２２ｉ−４（２２ｊ−１，２２ｊ−２，２２ｊ−３，２２ｊ−４）が形成されるように配置され、その長手方向がＸ軸（Ｙ軸）に対して４５°の方向になるように配列されている。   Further, each GMR bar of the Z-axis GMR elements 22i to 22l has one inclined surface (inclination angle) on each inclined surface of a plurality of protrusions (bank portions) 25 having a trapezoidal cross-sectional shape formed on the substrate 21. Is formed at approximately 45 °) and one GMR bar (for example, 22i-1, 22i-2, 22i-3, 22i-4 (22j-1, 22j-2, 22j-3, 22j-4) are formed so that the longitudinal direction thereof is 45 ° with respect to the X axis (Y axis).

この場合、Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｂにおいては、バイアス磁石膜は、各ＧＭＲバーの長手方向（Ｘ軸に対して垂直の方向）かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きが、Ｘ軸正方向に対して４５°の方向（図１７（ａ）の実線矢印ａ１，ｂ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   In this case, in the X-axis GMR elements 22a and 22b, the bias magnet film is in a direction that forms an acute angle with the longitudinal direction of each GMR bar (direction perpendicular to the X-axis) and the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer. Is given a bias magnetic field. Then, a pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in a direction of 45 ° with respect to the positive direction of the X axis (directions of solid arrows a1 and b1 in FIG. 17A). ing.

したがって、Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａ，２２ｂの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Ｘ軸正方向（図１７（ａ）の点線矢印ａ２，ｂ２方向）になる。これにより、図１７（ａ）の点線矢印ａ２，ｂ２方向に磁界が印加された場合に、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図１７（ａ）の点線矢印ａ２，ｂ２方向と反対方向に磁界が印加された場合に、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   Accordingly, the sensitivity direction of the X-axis GMR elements 22a and 22b is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the X-axis positive direction (the directions of dotted arrows a2 and b2 in FIG. 17A). Thereby, when a magnetic field is applied in the directions of the dotted arrows a2 and b2 in FIG. 17A, the resistance values of the first X-axis GMR element 22a and the second X-axis GMR element 22b decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field. When the magnetic field is applied in the direction opposite to the directions of the dotted arrows a2 and b2 in FIG. 17A, the resistance values of the first X-axis GMR element 22a and the second X-axis GMR element 22b are proportional to the magnitude of the magnetic field. Will increase.

一方、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｄにおいては、バイアス磁石膜は、各ＧＭＲバーの長手方向に平行な方向（Ｘ軸に対して垂直の方向）かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向（第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂのバイアス磁界とは１８０°反対の方向）にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きが、Ｘ軸負に対して−４５°の方向（図１７（ａ）の実線矢印ｃ１，ｄ１方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂの磁化の向きと１８０°反対の方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   On the other hand, in the third X-axis GMR element 22c and the fourth X-axis GMR element 22d, the bias magnet film has a direction parallel to the longitudinal direction of each GMR bar (direction perpendicular to the X axis) and the magnetization (magnetization) of the pinned layer. A bias magnetic field is applied in a direction that makes an acute angle with the direction of the vector (a direction opposite to the bias magnetic field of the first X-axis GMR element 22a and the second X-axis GMR element 22b by 180 °). Then, the direction of magnetization (magnetization vector) is in the direction of −45 ° with respect to the negative X axis (in the directions of solid arrows c1 and d1 in FIG. 17A), the first X axis GMR element 22a and the second X axis GMR element 22b. The pinned layer is formed so as to be pinned (fixed) in the direction opposite to the direction of magnetization of 180 °.

したがって、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｄの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Ｘ軸負方向（図１７（ａ）の点線矢印ｃ２，ｄ２方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂの感度方向と１８０°反対の方向）になる。これにより、図１７（ａ）の点線矢印ｃ２，ｄ２方向に磁界が印加された場合に、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｄの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図１７（ａ）の点線矢印ｃ２，ｄ２と反対方向に磁界が印加された場合に、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｄの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   Therefore, the sensitivity directions of the third X-axis GMR element 22c and the fourth X-axis GMR element 22d are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the X-axis negative direction (dotted arrow c2, in FIG. 17A). In the d2 direction, the sensitivity direction of the first X-axis GMR element 22a and the second X-axis GMR element 22b is 180 ° opposite. As a result, when a magnetic field is applied in the directions of the dotted arrows c2 and d2 in FIG. 17A, the resistance values of the third X-axis GMR element 22c and the fourth X-axis GMR element 22d decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field. When a magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrows c2 and d2 in FIG. 17A, the resistance values of the third X-axis GMR element 22c and the fourth X-axis GMR element 22d are proportional to the magnitude of the magnetic field. Will increase.

また、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆにおいては、バイアス磁石膜は、各ＧＭＲバーの長手方向でかつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向（即ち、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂのバイアス磁界が反時計方向に９０°回転した方向の反対方向）にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きが、Ｙ軸正方向に対して４５°の方向（図１７（ａ）の実線矢印ｅ１，ｆ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   Further, in the first Y-axis GMR element 22e and the second Y-axis GMR element 22f, the bias magnet film is in the longitudinal direction of each GMR bar and in an acute angle with the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer (that is, the first The bias magnetic field is applied in the direction opposite to the direction in which the bias magnetic fields of the 1X-axis GMR element 22a and the second X-axis GMR element 22b are rotated 90 ° counterclockwise. Then, the pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the direction of 45 ° with respect to the positive direction of the Y-axis (the direction of solid arrows e1 and f1 in FIG. 17A). ing.

したがって、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に垂直な方向、即ち、Ｙ軸正方向（図１７（ａ）の点線矢印ｅ２，ｆ２方向）になる。これにより、図１７（ａ）の点線矢印ｅ２，ｆ２方向に磁界が印加された場合に、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図１７（ａ）の点線矢印ｅ２，ｆ２と反対方向に磁界が印加された場合に、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   Therefore, the sensitivity directions of the first Y-axis GMR element 22e and the second Y-axis GMR element 22f are the directions perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the Y-axis positive direction (the direction of the dotted arrows e2, f2 in FIG. 17A). )become. Thereby, when a magnetic field is applied in the directions of the dotted arrows e2 and f2 in FIG. 17A, the resistance values of the first Y-axis GMR element 22e and the second Y-axis GMR element 22f decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field. When a magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrows e2 and f2 in FIG. 17A, the resistance values of the first Y-axis GMR element 22e and the second Y-axis GMR element 22f are proportional to the magnitude of the magnetic field. Will increase.

一方、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｈにおいては、バイアス磁石膜は、各ＧＭＲバーの長手方向（Ｙ軸に対して垂直の方向）かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向（第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆのバイアス磁界とは１８０°反対の方向）にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きが、Ｙ軸負方向に対して−１３５°の方向（図１７（ａ）の実線矢印ｇ１，ｈ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   On the other hand, in the third Y-axis GMR element 22g and the fourth Y-axis GMR element 22h, the bias magnet film has the longitudinal direction of each GMR bar (direction perpendicular to the Y axis) and the magnetization (magnetization vector) direction of the pinned layer. A bias magnetic field is applied in a direction that forms an acute angle with the first Y-axis GMR element 22e and the second Y-axis GMR element 22f. Then, the pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the direction of −135 ° with respect to the negative Y-axis direction (the directions of solid arrows g1 and h1 in FIG. 17A). Has been.

したがって、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｈの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向、即ち、Ｙ軸負方向（図１７（ａ）の点線矢印ｇ２，ｈ２方向で、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆの感度方向と１８０°反対の方向）になる。これにより、図１７（ａ）の点線矢印ｇ２，ｈ２方向に磁界が印加された場合に、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｈの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図１７（ａ）の点線矢印ｇ２，ｈ２と反対方向に磁界が印加された場合に、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｈの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   Therefore, the sensitivity direction of the third Y-axis GMR element 22g and the fourth Y-axis GMR element 22h is the direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the Y-axis negative direction (dotted arrow g2, in FIG. 17A). In the h2 direction, the sensitivity direction of the first Y-axis GMR element 22e and the second Y-axis GMR element 22f is 180 ° opposite. Thereby, when a magnetic field is applied in the directions of the dotted arrows g2 and h2 in FIG. 17A, the resistance values of the third Y-axis GMR element 22g and the fourth Y-axis GMR element 22h decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field. When a magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrows g2 and h2 in FIG. 17A, the resistance values of the third Y-axis GMR element 22g and the fourth Y-axis GMR element 22h are proportional to the magnitude of the magnetic field. Will increase.

さらに、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊにおいては、図１７（ｂ）に模式的に示すように、バイアス磁石膜２２ｉ−５，２２ｉ−６，２２ｉ−７（２２ｊ−５，２２ｊ−６，２２ｊ−７）は、各ＧＭＲバー２２ｉ−１，２２ｉ−２，２２ｉ−３，２２ｉ−４（２２ｊ−１，２２ｊ−２，２２ｊ−３，２２ｊ−４）の長手方向（Ｘ軸，Ｙ軸に対して４５°の方向）かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向、即ち、突部（堤部）１５の各斜面（傾斜角度は略４５°）の平面上で、その長手方向であるＸ軸およびＹ軸に対して４５°の方向かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きが突部（堤部）２５の各斜面内でＺ軸正方向に４５°傾いた方向（図１７（ｂ）の実線矢印ｉ１，ｊ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   Further, in the first Z-axis GMR element 22i and the second Z-axis GMR element 22j, as schematically shown in FIG. 17B, the bias magnet films 22i-5, 22i-6, 22i-7 (22j-5, 22j-6, 22j-7) is the longitudinal direction (X of each GMR bar 22i-1, 22i-2, 22i-3, 22i-4 (22j-1, 22j-2, 22j-3, 22j-4). Direction of 45 ° with respect to the axis and the Y-axis) and a direction that forms an acute angle with the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer, that is, each slope (inclination angle is approximately 45 °) of the protrusion (bank portion) 15. On the plane, a bias magnetic field is applied in a direction that makes an acute angle with the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer with respect to the X-axis and Y-axis that are the longitudinal directions. And the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in a direction (solid arrow i1, j1 direction in FIG. 17B) inclined by 45 ° in the positive direction of the Z axis within each inclined surface of the protrusion (bank portion) 25. The pinned layer is formed as shown in FIG.

そして、これらの各ＧＭＲバー２２ｉ−１，２２ｉ−２，２２ｉ−３，２２ｉ−４（２２ｊ−１，２２ｊ−２，２２ｊ−３，２２ｊ−４）がバイアス磁石膜２２ｉ−５，２２ｉ−６，２２ｉ−７（２２ｊ−５，２２ｊ−６，２２ｊ−７）で直列に接続されている。これにより、ｘ軸成分およびｙ軸成分はキャンセルされることとなるため、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向でＺ軸正方向、即ち、図１７（ｂ）の点線矢印ｉ２，ｊ２方向（紙面の裏から表に向かう方向）になり、図１７（ｂ）の点線矢印ｉ２，ｊ２方向に磁界が印加された場合に、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図１７（ｂ）の点線矢印ｉ２，ｊ２と反対方向に磁界が印加された場合に、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   The GMR bars 22i-1, 22i-2, 22i-3, 22i-4 (22j-1, 22j-2, 22j-3, 22j-4) are bias magnet films 22i-5, 22i-6. , 22i-7 (22j-5, 22j-6, 22j-7). As a result, the x-axis component and the y-axis component are cancelled. Therefore, the sensitivity directions of the first Z-axis GMR element 22i and the second Z-axis GMR element 22j are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar. The magnetic field was applied in the positive direction of the Z-axis, that is, in the direction of dotted arrows i2 and j2 in FIG. 17B (the direction from the back of the paper to the front) and in the direction of dotted arrows i2 and j2 in FIG. In this case, the resistance values of the first Z-axis GMR element 22i and the second Z-axis GMR element 22j decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field, and a magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrows i2 and j2 in FIG. In this case, the resistance values of the first Z-axis GMR element 22i and the second Z-axis GMR element 22j increase in proportion to the magnitude of the magnetic field.

一方、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｌにおいては、図１７（ｃ）に模式的に示すように、バイアス磁石膜２２ｋ−６，２２ｋ−７，２２ｋ−８（２２ｌ−６，２２ｌ−７，２２ｌ−８）は、各ＧＭＲバー２２ｋ−１，２２ｋ−２，２２ｋ−３，２２ｋ−４（２２ｌ−１，２２ｌ−２，２２ｌ−３，２２ｌ−４）の長手方向（Ｘ軸，Ｙ軸に対して４５°の方向）かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向、即ち、突部（堤部）１５の各斜面（傾斜角度は略４５°）の平面上で、その長手方向であるＸ軸およびＹ軸に対して４５°の方向かつピンド層の磁化（磁化ベクトル）の向きと鋭角をなす方向にバイアス磁界を与えている。そして、磁化（磁化ベクトル）の向きが突部（堤部）２５の各斜面内でＺ軸負方向に対して４５°の方向（図１６（ｃ）の実線矢印ｋ１，ｌ１方向）にピン（固着）されるようにピンド層が形成されている。   On the other hand, in the third Z-axis GMR element 22k and the fourth Z-axis GMR element 22l, as schematically shown in FIG. 17C, the bias magnet films 22k-6, 22k-7, 22k-8 (221-6, 22l-6) 22l-7, 22l-8) is the longitudinal direction (X of each GMR bar 22k-1, 22k-2, 22k-3, 22k-4 (22l-1, 22l-2, 22l-3, 22l-4). Direction of 45 ° with respect to the axis and the Y-axis) and a direction that forms an acute angle with the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer, that is, each slope (inclination angle is approximately 45 °) of the protrusion (bank portion) 15. On the plane, a bias magnetic field is applied in a direction that makes an acute angle with the direction of magnetization (magnetization vector) of the pinned layer with respect to the X-axis and Y-axis that are the longitudinal directions. Then, the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned in the direction of 45 ° with respect to the negative Z-axis direction (the directions of solid arrows k1 and l1 in FIG. A pinned layer is formed so as to be fixed.

そして、これらの各ＧＭＲバー２２ｋ−１，２２ｋ−２，２２ｋ−３，２２ｋ−４（２２ｌ−１，２２ｌ−２，２２ｌ−３，２２ｌ−４）がバイアス磁石膜２２ｋ−６，２２ｋ−７，２２ｋ−８（２２ｌ−６，２２ｌ−７，２２ｌ−８）で直列に接続されている。これにより、ｘ軸成分およびｙ軸成分はキャンセルされることとなるので、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｌの感度方向は、各ＧＭＲバーの長手方向に対して垂直な方向でＺ軸負方向、即ち、図１７（ｃ）の点線矢印のｋ２，ｌ２方向（紙面の表から裏に向かう方向）になり、図１７（ｃ）の点線矢印ｋ２，ｌ２方向に磁界が印加された場合に、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｌの抵抗値は磁界の大きさに比例して減少し、図１７（ｃ）の点線矢印ｋ２，ｌ２と反対方向に磁界が印加された場合に、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｌの抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。   These GMR bars 22k-1, 22k-2, 22k-3, 22k-4 (221-l, 22l-2, 22l-3, 22l-4) are bias magnet films 22k-6, 22k-7. , 22k-8 (221- 6, 22l-7, 22l-8). As a result, the x-axis component and the y-axis component are canceled, and therefore the sensitivity directions of the third Z-axis GMR element 22k and the fourth Z-axis GMR element 22l are perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar. The magnetic field is applied in the negative direction of the Z-axis, that is, in the k2 and l2 directions of the dotted arrows in FIG. 17C (the direction from the front to the back of the page), and in the directions of the dotted arrows k2 and l2 in FIG. In this case, the resistance values of the third Z-axis GMR element 22k and the fourth Z-axis GMR element 22l decrease in proportion to the magnitude of the magnetic field, and a magnetic field is applied in the direction opposite to the dotted arrows k2 and l2 in FIG. In this case, the resistance values of the third Z-axis GMR element 22k and the fourth Z-axis GMR element 22l increase in proportion to the magnitude of the magnetic field.

Ｘ軸磁気センサは、図１８（ａ）（なお、図１８（ａ）〜（ｃ）において、各矢印は各ＧＭＲ素子の固着層がピンされたときの磁化の向きが上向きとなるように示している。）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａ〜２２ｄがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。このような構成において、パッド２３ａおよびパッド２３ｂは定電圧源２４の正極，負極に接続され、電位Ｖxin+（本例では３Ｖ）と電位Ｖxin-（本例では０（Ｖ））が付与される。そして、パッド２３ｃとパッド２３ｄの電位がそれぞれ電位Ｖxout+と電位Ｖxout-として取り出され、その電位差（Ｖxout+ − Ｖxout-）がセンサ出力Ｖxoutとして取り出される。   In the X-axis magnetic sensor, FIG. 18 (a) (in FIGS. 18 (a) to 18 (c)), each arrow indicates the direction of magnetization when the pinned layer of each GMR element is pinned. The first to fourth X-axis GMR elements 22a to 22d are connected by full bridge connection as shown in the equivalent circuit in FIG. In such a configuration, the pad 23a and the pad 23b are connected to the positive electrode and the negative electrode of the constant voltage source 24, and are given a potential Vxin + (3 V in this example) and a potential Vxin− (0 (V) in this example). The potentials of the pad 23c and the pad 23d are taken out as the potential Vxout + and the potential Vxout-, respectively, and the potential difference (Vxout + −Vxout−) is taken out as the sensor output Vxout.

Ｙ軸磁気センサは、図１８（ｂ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅ〜２２ｈがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド２３ｅおよびパッド２３ｆは定電圧源２４の正極，負極に接続され、電位Ｖyin+（本例では３Ｖ）と電位Ｖyin-（本例では０（Ｖ））が付与され、パッド２３ｇとパッド２３ｈの電位差がセンサ出力Ｖyoutとして取り出される。   As shown in an equivalent circuit in FIG. 18B, the Y-axis magnetic sensor is configured by first to fourth Y-axis GMR elements 22e to 22h being full-bridge connected. The pad 23e and the pad 23f are connected to the positive electrode and the negative electrode of the constant voltage source 24, and are supplied with a potential Vyin + (3 V in this example) and a potential Vyin- (0 (V) in this example), and the pad 23g and the pad 23h. Is taken out as a sensor output Vyout.

Ｚ軸磁気センサは、図１８（ｃ）に等価回路を示したように、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉと第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊおよび第１非磁性抵抗体２２ｋと第２非磁性抵抗体２２ｌがフルブリッヂ接続されることにより構成されている。そして、パッド２３ｉおよびパッド２３ｊは定電圧源２４の正極，負極に接続され、電位Ｖyin+（本例では３Ｖ）と電位Ｖyin-（本例では０（Ｖ））が付与され、パッド２３ｋとパッド２３ｌの電位差がセンサ出力Ｖyoutとして取り出される。   As shown in the equivalent circuit of FIG. 18C, the Z-axis magnetic sensor includes a first Z-axis GMR element 22i, a second Z-axis GMR element 22j, a first nonmagnetic resistor 22k, and a second nonmagnetic resistor 22l. It is configured by full bridge connection. The pad 23i and the pad 23j are connected to the positive electrode and the negative electrode of the constant voltage source 24, and are supplied with a potential Vyin + (3V in this example) and a potential Vyin− (0 (V) in this example). Is taken out as a sensor output Vyout.

なお、本実施例２の三軸磁気センサ２０を製造するに際して、上述した実施例１の三軸磁気センサ１０の製造方法とほぼ同様であるので、その製造方法についての説明は省略する。ただし、規則化熱処理（ピニング処理）については、以下で簡単に説明する。   In addition, since the manufacturing method of the triaxial magnetic sensor 20 of the second embodiment is almost the same as the manufacturing method of the triaxial magnetic sensor 10 of the first embodiment, description of the manufacturing method is omitted. However, the regularizing heat treatment (pinning treatment) will be briefly described below.

本実施例２の三軸磁気センサ２０を製造する際の規則化熱処理（ピニング処理）においては、図１９（ａ）に模式的に示すように、隣接する永久棒磁石片３１，３２，３３，３４の上端（下端）の極性が互いに異なるように互いに平行に配列された永久棒磁石アレー（マグネットアレー）３０を用意する。そして、この永久棒磁石アレー３０を基板２１の平面に対して４５°の角度になるように基板２１の上部に配置し、所定の温度に加熱して行った。具体的には、図１９（ｂ）に示した状態で、基板２１および永久棒磁石アレー（マグネットアレー）３０を固定し、真空中でこれらを２６０℃〜２９０℃に加熱し、その状態で４時間ほど放置することにより規則化熱処理（ピニング処理）を行った。なお、図１９（ｂ）においては、永久棒磁石アレー３０の下面の磁極の状態を示している。   In the regularized heat treatment (pinning process) when manufacturing the triaxial magnetic sensor 20 of the second embodiment, as shown schematically in FIG. 19A, the adjacent permanent bar magnet pieces 31, 32, 33, A permanent bar magnet array 30 (magnet array) 30 arranged in parallel so that the polarities of the upper end (lower end) of 34 are different from each other is prepared. Then, this permanent bar magnet array 30 was arranged on the upper portion of the substrate 21 so as to be at an angle of 45 ° with respect to the plane of the substrate 21, and heated to a predetermined temperature. Specifically, in the state shown in FIG. 19B, the substrate 21 and the permanent bar magnet array (magnet array) 30 are fixed, and these are heated to 260 ° C. to 290 ° C. in a vacuum, and in this state 4 A regularized heat treatment (pinning treatment) was performed by allowing to stand for about an hour. In FIG. 19B, the state of the magnetic poles on the lower surface of the permanent bar magnet array 30 is shown.

ここで、図１９（ｂ）に示すように、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａは永久棒磁石片３３の幅方向の中心線Ｌ３よりも左側に位置し、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂは、永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｂは、図１７（ａ）の実線矢印ａ１，ｂ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｃは永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも左側に位置し、第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｄは、永久棒磁石片３１の幅方向の中心線Ｌ１よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３１に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子２２ｄは、図１７（ａ）の実線矢印ｃ１，ｄ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。   Here, as shown in FIG. 19B, the first X-axis GMR element 22a is located on the left side of the center line L3 in the width direction of the permanent bar magnet piece 33, and the second X-axis GMR element 22b is a permanent bar magnet. Since they are located on the right side of the center line L2 in the width direction of the piece 32, they are magnetized in the direction of the magnetic field from the permanent bar magnet piece 32 toward the permanent bar magnet piece 33. As a result, in the first X-axis GMR element 22a and the second X-axis GMR element 22b, the magnetization directions of the pinned layers are fixed in the directions of solid arrows a1 and b1 in FIG. Similarly, the third X-axis GMR element 22c is positioned on the left side of the center line L2 in the width direction of the permanent bar magnet piece 32, and the fourth X-axis GMR element 22d is from the center line L1 in the width direction of the permanent bar magnet piece 31. Are also magnetized in the direction of the magnetic field from the permanent bar magnet piece 32 toward the permanent bar magnet piece 31. As a result, in the third X-axis GMR element 22c and the fourth X-axis GMR element 22d, the magnetization direction of the pinned layer is fixed in the directions of solid arrows c1 and d1 in FIG.

また、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅは永久棒磁石片３３の幅方向の中心線Ｌ３よりも左側に位置し、第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆは、永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第１Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｅおよび第２Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｆは、図１７（ａ）の実線矢印ｅ１，ｆ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｇは永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも左側に位置し、第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｈは、永久棒磁石片３１の幅方向の中心線Ｌ１よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第３Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｇおよび第４Ｙ軸ＧＭＲ素子２２ｈは、図１７（ａ）の実線矢印ｇ１，ｈ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。   The first Y-axis GMR element 22e is located on the left side of the center line L3 in the width direction of the permanent bar magnet piece 33, and the second Y-axis GMR element 22f is located in the width direction of the center line L2 of the permanent bar magnet piece 32. Since they are located on the right side, they are magnetized in the direction of the magnetic field from the permanent bar magnet piece 32 toward the permanent bar magnet piece 33. As a result, in the first Y-axis GMR element 22e and the second Y-axis GMR element 22f, the magnetization direction of the pinned layer is fixed in the directions of solid arrows e1 and f1 in FIG. Similarly, the third Y-axis GMR element 22g is positioned on the left side of the center line L2 in the width direction of the permanent bar magnet piece 32, and the fourth Y-axis GMR element 22h is from the center line L1 in the width direction of the permanent bar magnet piece 31. Since these are also located on the right side, they are magnetized in the direction of the magnetic field from the permanent bar magnet piece 32 toward the permanent bar magnet piece 33. As a result, in the third Y-axis GMR element 22g and the fourth Y-axis GMR element 22h, the magnetization direction of the pinned layer is fixed in the directions of solid arrows g1 and h1 in FIG.

さらに、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊは永久棒磁石片３３の幅方向の中心線Ｌ３よりも左側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第１Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｉおよび第２Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｊは、図１７（ｂ）の実線矢印ｉ１，ｊ１方向に突部（堤部）２５の斜面内でＺ軸正方向にＸ軸から４５°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。同様に、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｌは永久棒磁石片３２の幅方向の中心線Ｌ２よりも右側に位置するため、これらは永久棒磁石片３２から永久棒磁石片３３に向かう磁界の方向に磁化されるようになる。これにより、第３Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｋおよび第４Ｚ軸ＧＭＲ素子２２ｌは、図１７（ｃ）の実線矢印ｋ１，ｌ１方向に突部（堤部）２５の斜面内でＺ軸負方向にＸ軸から４５°傾いた方向にピンド層の磁化の向きが固定されるようになる。   Further, since the first Z-axis GMR element 22 i and the second Z-axis GMR element 22 j are located on the left side of the center line L 3 in the width direction of the permanent bar magnet piece 33, they are changed from the permanent bar magnet piece 32 to the permanent bar magnet piece 33. It becomes magnetized in the direction of the magnetic field. As a result, the first Z-axis GMR element 22i and the second Z-axis GMR element 22j are moved from the X axis in the positive direction of the Z axis within the slope of the protrusion (bank portion) 25 in the direction of solid arrows i1 and j1 in FIG. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in the direction inclined by 45 °. Similarly, since the third Z-axis GMR element 22k and the fourth Z-axis GMR element 22l are located on the right side of the center line L2 in the width direction of the permanent bar magnet piece 32, they are changed from the permanent bar magnet piece 32 to the permanent bar magnet piece 33. It is magnetized in the direction of the magnetic field toward. As a result, the third Z-axis GMR element 22k and the fourth Z-axis GMR element 22l are moved from the X axis in the negative direction of the Z axis within the slope of the protrusion (bank portion) 25 in the direction of the solid arrows k1 and 11 in FIG. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in the direction inclined by 45 °.

実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1, Fig.1 (a) is a top view, FIG.1 (b) is sectional drawing which shows the AA cross section of Fig.1 (a). . 本発明の三軸磁気センサに用いられる巨大磁気抵抗効果素子の概略構成を模式的に示す図であり、図２（ａ）は複数の巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）バーが接続されて１つの巨大磁気抵抗効果素子が構成された状態を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面を模式的に示す断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の内部の積層状態を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a giant magnetoresistive effect element used in the three-axis magnetic sensor of the present invention. FIG. 2A is a diagram in which a plurality of giant magnetoresistive effect element (GMR) bars are connected to each other. FIG. 2B is a plan view showing a state in which a giant magnetoresistive element is configured, and FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing a BB ′ cross section of FIG. These are figures which show typically the lamination state inside FIG.2 (b). 図１の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図３（ａ）は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＤ部を拡大して模式的に示す斜視図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a pinning direction and a sensitivity direction of the triaxial magnetic sensor in FIG. 1, FIG. 3A is a plan view schematically illustrating the entire plane, and FIG. FIG. 3C is a perspective view schematically showing an enlarged C part of FIG. 3A, and FIG. 3C is a perspective view schematically showing an enlarged D part of FIG. 実施例１の三軸磁気センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図４（ａ）はＸ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図４（ｂ）はＹ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図４（ｃ）はＺ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。FIG. 4A is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, and FIG. 4B is the block diagram showing the bridge connection of the Y-axis sensor. FIG. 4C is a block diagram illustrating the bridge connection of the Z-axis sensor. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 製造途中の実施例１の三軸磁気センサを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the triaxial magnetic sensor of Example 1 in the middle of manufacture. 実施例１の三軸磁気センサの規則化熱処理（ピニング処理）を示す図であり、図１５（ａ）は規則化熱処理（ピニング処理）に用いる棒磁石アレーを模式的に示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、規則化熱処理（ピニング処理）の状態を模式的に示す平面図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a regularized heat treatment (pinning process) of the triaxial magnetic sensor of Example 1, and FIG. 15A is a perspective view schematically illustrating a bar magnet array used for the regularized heat treatment (pinning process); FIG. 15B is a plan view schematically showing a state of ordered heat treatment (pinning treatment). 実施例２の三軸磁気センサを示す概略構成図であり、図１６（ａ）は平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＥ−Ｅ’断面を示す断面図である。FIG. 16A is a schematic configuration diagram illustrating a three-axis magnetic sensor according to a second embodiment. FIG. 16A is a plan view, and FIG. 図１６の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を模式的に示す図であり、図１７（ａ）は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＦ部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図１７（ｃ）は、図１７（ａ）のＧ部を拡大して模式的に示す斜視図である。It is a figure which shows typically the pinning direction and sensitivity direction of the triaxial magnetic sensor of FIG. 16, Fig.17 (a) is a top view which shows typically the whole plane, FIG.17 (b) is FIG. It is a perspective view which expands and shows typically the F section of (a), and FIG.17 (c) is a perspective view which expands and schematically shows the G section of Fig.17 (a). 実施例２の三軸磁気センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図１８（ａ）はＸ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図１８（ｂ）はＹ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図１８（ｃ）はＺ軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。FIG. 18A is a block diagram illustrating a bridge connection of an X-axis sensor, and FIG. 18B is a block diagram illustrating a bridge connection of a Y-axis sensor. FIG. 18C is a block diagram showing the bridge connection of the Z-axis sensor. 実施例２の三軸磁気センサの規則化熱処理（ピニング処理）を示す図であり、図１９（ａ）は規則化熱処理（ピニング処理）に用いる棒磁石アレーを模式的に示す斜視図であり、図１９（ｂ）は、規則化熱処理（ピニング処理）の状態を模式的に示す平面図である。FIG. 19 is a diagram showing a regularized heat treatment (pinning process) of the triaxial magnetic sensor of Example 2, and FIG. 19A is a perspective view schematically showing a bar magnet array used for the regularized heat treatment (pinning process); FIG. 19B is a plan view schematically showing the state of the regularized heat treatment (pinning treatment). 従来例の磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、図２０（ａ）は平面図であり、図２０（ｂ）はその側面図である。It is a schematic block diagram which shows typically the magnetic sensor of a prior art example, Fig.20 (a) is a top view, FIG.20 (b) is the side view. 従来例の磁気センサのブリッジ接続を示す図である。It is a figure which shows the bridge connection of the magnetic sensor of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１０…実施例１の三軸磁気センサ、１１…基板、１１ａ…配線層、１１ｂ…層間絶縁膜、１１ｃ，１１ｄ…開口部、１１ｅ…ＳｉＯ2膜、１１ｆ…Ｓｉ3Ｎ4膜、１１ｇ，１１ｈ…開口部、１１ｉ…ＳｉＯ2膜、１１ｊ…レジスト膜、１１ｋ…開口、１１ｍ…バイアス磁石膜、１１ｎ…ＧＭＲ多層膜、１１ｏ…Ｓｉ3Ｎ4膜、１１ｐ…ポリイミド膜、１５…突部（堤部）、１２ａ…第１Ｘ軸ＧＭＲ素子、１２ａ−１〜１２ａ−４…ＧＭＲバー、１２ａ−５〜１２ａ−９…バイアス磁石膜、１２ｂ…第２Ｘ軸ＧＭＲ素子、１２ｃ…第３Ｘ軸ＧＭＲ素子、１２ｄ…第４Ｘ軸ＧＭＲ素子、１３ａ〜１３ｄ…パッド、１４…定電圧源、１２ｅ…第１Ｙ軸ＧＭＲ素子、１２ｆ…第２Ｙ軸ＧＭＲ素子、１２ｇ…第３Ｙ軸ＧＭＲ素子、１２ｈ…第４Ｙ軸ＧＭＲ素子、１３ｅ〜１３ｈ…パッド、１２ｉ…第１Ｚ軸ＧＭＲ素子、１２ｊ…第２Ｚ軸ＧＭＲ素子、１２ｋ…第３Ｚ軸ＧＭＲ素子、１２ｌ…第４Ｚ軸ＧＭＲ素子、１３ｉ〜１３ｌ…パッド、２０…実施例２の三軸磁気センサ、２１…基板、２２ａ〜２２ｄ…第１〜第４Ｘ軸ＧＭＲ素子、２２ｅ〜２２ｈ…第１〜第４Ｙ軸ＧＭＲ素子、２２ｉ〜２２ｊ…第１〜第２Ｚ軸ＧＭＲ素子、２２ｋ〜２２ｌ…第１〜第２非磁性抵抗体、２３ａ〜２３ｄ…パッド、２４…定電圧源、２３ｅ〜２３ｈ…パッド、２３ｉ〜２３ｌ…パッド、２５…突部（堤部）
10 ... three-axis magnetic sensor of Example 1, 11 ... substrate, 11a ... wiring layer, 11b ... interlayer insulation film, 11c, 11d ... opening, 11e ... SiO 2 film, 11f ... Si 3 N 4 film, 11g, 11h ... opening, 11i ... SiO 2 film, 11j ... resist film, 11k ... opening, 11m ... bias magnet film, 11n ... GMR multilayer film, 11o ... Si 3 N 4 film, 11p ... polyimide film, 15 ... projection (Tsutsumi Part), 12a ... 1st X-axis GMR element, 12a-1 to 12a-4 ... GMR bar, 12a-5 to 12a-9 ... bias magnet film, 12b ... 2nd X-axis GMR element, 12c ... 3rd X-axis GMR element, 12d ... 4th X-axis GMR element, 13a-13d ... Pad, 14 ... Constant voltage source, 12e ... 1st Y-axis GMR element, 12f ... 2nd Y-axis GMR element, 12g ... 3rd Y-axis GMR element, 12h ... 4th Y-axis GMR Child, 13e to 13h ... pad, 12i ... first Z-axis GMR element, 12j ... second Z-axis GMR element, 12k ... third Z-axis GMR element, 12l ... fourth Z-axis GMR element, 13i-13l ... pad, 20 ... Examples 2 triaxial magnetic sensors, 21 ... substrate, 22a to 22d ... first to fourth X axis GMR elements, 22e to 22h ... first to fourth Y axis GMR elements, 22i to 22j ... first to second Z axis GMR elements, 22k-22l ... 1st-2nd nonmagnetic resistor, 23a-23d ... Pad, 24 ... Constant voltage source, 23e-23h ... Pad, 23i-23l ... Pad, 25 ... Projection (bank part)

Claims (8)

複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＸ軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＹ軸センサと、複数の巨大磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＺ軸センサとを１つの基板内に備えた三軸磁気センサであって、
前記巨大磁気抵抗効果素子は少なくとも１つ以上の巨大磁気抵抗効果素子バーで形成されているとともに、
前記Ｘ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は前記基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、前記巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向はＹ軸方向であって、当該巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向はＸ軸に対して所定の角度の方向であって、その感度方向は当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であり、
前記Ｙ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は前記基板の平面に対して平行な平面上に形成されていて、前記巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向はＸ軸方向であって、当該巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向はＹ軸に対して所定の角度の方向であって、その感度方向は各巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して垂直方向であり、
前記Ｚ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子は前記基板に設けられた斜面上に形成されていて磁化の向きは該斜面内になるように形成されているとともに、その感度方向は当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向に対して交差するように形成されていることを特徴とする三軸磁気センサ。 An X-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridged, a Y-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridged, and a Z-axis sensor in which a plurality of giant magnetoresistive elements are bridged Is a three-axis magnetic sensor provided in one substrate,
The giant magnetoresistive element is formed of at least one giant magnetoresistive element bar;
The giant magnetoresistive element of the X-axis sensor is formed on a plane parallel to the plane of the substrate, and the longitudinal direction of the giant magnetoresistive element bar is the Y-axis direction. The magnetization direction of the pinned layer of the effect element bar is a direction at a predetermined angle with respect to the X axis, and the sensitivity direction is a direction perpendicular to the longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar.
The giant magnetoresistive element of the Y-axis sensor is formed on a plane parallel to the plane of the substrate, the longitudinal direction of the giant magnetoresistive element bar is the X-axis direction, and the giant magnetoresistive element The magnetization direction of the pinned layer of the effect element bar is a direction at a predetermined angle with respect to the Y axis, and the sensitivity direction is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each giant magnetoresistive element bar,
The giant magnetoresistive element of the Z-axis sensor is formed on a slope provided on the substrate, and the direction of magnetization is formed within the slope, and the direction of sensitivity is the giant magnetoresistive effect. A three-axis magnetic sensor characterized by being formed so as to intersect with the longitudinal direction of the element bar. 前記Ｘ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向の所定の角度および前記Ｙ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子バーのピンド層の磁化方向の所定の角度は４５°であることを特徴とする請求項１に記載の三軸磁気センサ。   The predetermined angle of the magnetization direction of the pinned layer of the giant magnetoresistive element bar of the X-axis sensor and the predetermined angle of the magnetization direction of the pinned layer of the giant magnetoresistive element bar of the Y-axis sensor are 45 °. The three-axis magnetic sensor according to claim 1. 前記巨大磁気抵抗効果素子は複数の巨大磁気抵抗効果素子バーが平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の三軸磁気センサ。   The three-axis magnetic sensor according to claim 1, wherein the giant magnetoresistive effect element includes a plurality of giant magnetoresistive effect element bars arranged in parallel. 前記平行に配置された複数の巨大磁気抵抗効果素子バーは隣接して配置されていてこれらの巨大磁気抵抗効果素子バーがバイアス磁石膜により直列接続されていることを特徴とする請求項３に記載の三軸磁気センサ。   The plurality of giant magnetoresistive effect element bars arranged in parallel are arranged adjacent to each other, and these giant magnetoresistive effect element bars are connected in series by a bias magnet film. Three-axis magnetic sensor. 前記Ｚ軸センサの巨大磁気抵抗効果素子を構成する各巨大磁気抵抗効果素子バーは前記基板の平面に垂直なＺ軸に対して同角度で相対向するように形成された斜面上に形成されており、当該巨大磁気抵抗効果素子バーの長手方向は当該基板のＸ軸方向あるいはＹ軸方向に対して４５°の方向で、前記各斜面にそれぞれ形成された巨大磁気抵抗効果素子バーにより構成された巨大磁気抵抗効果素子同士が平行に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三軸磁気センサ。   Each giant magnetoresistive effect element bar constituting the giant magnetoresistive effect element of the Z axis sensor is formed on a slope formed so as to face each other at the same angle with respect to the Z axis perpendicular to the plane of the substrate. The longitudinal direction of the giant magnetoresistive effect element bar is 45 ° with respect to the X-axis direction or the Y-axis direction of the substrate, and the giant magnetoresistive effect element bar is formed on each inclined surface. 3. The triaxial magnetic sensor according to claim 1, wherein the giant magnetoresistive elements are arranged in parallel. 前記基板の平面形状はアスペクト比が１：２の長方形状あるいは正方形状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の三軸磁気センサ。   The three-axis magnetic sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the planar shape of the substrate is a rectangular shape or a square shape with an aspect ratio of 1: 2. 複数の磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＸ軸センサと、複数の磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＹ軸センサと、複数の磁気抵抗効果素子がブリッジ接続されたＺ軸センサとを１つの基板内に備えた三軸磁気センサの製造方法であって、
前記基板にＸ軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子と、Ｙ軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子と、Ｚ軸センサとなる複数の磁気抵抗効果素子とを形成する磁気抵抗効果素子形成工程と、
前記基板に形成された各磁気抵抗効果素子のブリッジ接続された組の２つの磁気抵抗効果素子に互に異なる向の磁界を付与しながら加熱して前記磁気抵抗効果素子のそれぞれを同時に規則化熱処理する規則化熱処理工程とを備えたことを特徴とする三軸磁気センサの製造方法。 One X-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements are bridge-connected, a Y-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements are bridge-connected, and a Z-axis sensor in which a plurality of magnetoresistive elements are bridge-connected A method of manufacturing a three-axis magnetic sensor provided in a substrate,
A magnetoresistive effect element forming step for forming a plurality of magnetoresistive effect elements serving as X-axis sensors, a plurality of magnetoresistive effect elements serving as Y-axis sensors, and a plurality of magnetoresistive effect elements serving as Z-axis sensors on the substrate. When,
Each of the magnetoresistive effect elements is heated at the same time by applying a magnetic field in a different direction to the two magnetoresistive effect elements in a bridge-connected set of the magnetoresistive effect elements formed on the substrate. A method for manufacturing a three-axis magnetic sensor, comprising: a regularized heat treatment step. 前記規則化熱処理工程において、前記各巨大磁気抵抗効果素子が形成された前記基板上に隣接する棒磁石の極性が交互に異なるように複数の棒磁石が並列に配列された棒磁石アレーの棒磁石の配列方向が当該基板と４５°の角度をなすように配置した後、加熱して規則化熱処理を行うようにしたことを特徴とする請求項７に記載の三軸磁気センサの製造方法。
In the ordered heat treatment step, a bar magnet array bar magnet in which a plurality of bar magnets are arranged in parallel so that the polarities of the bar magnets adjacent to each other on the substrate on which the giant magnetoresistive elements are formed are alternately different. 8. The method of manufacturing a triaxial magnetic sensor according to claim 7, wherein the heat treatment is performed by heating after arranging the substrate so that the arrangement direction forms an angle of 45 [deg.] With the substrate.
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