JP2007256293A - Magnetic sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor which has magnetoresistance effect elements, located on a single substrate to cross each other in the three-dimensional direction, and to provide a manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: This magnetic sensor is provided with at least three of the identical magnetoresistance effect elements, having different sensitivity directions, and the single substrate, whereon the magnetoresistance effect elements are arranged, and a direction of magnetization of a magnetoresistance effect film, constituting the magnetoresistance effect elements, crosses each other in the three-dimensional direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピンド層とフリー層とを含んでなる磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサおよびその製造方法に関し、特に磁気センサの表面に垂直な方向の磁場を測定する高感度の磁気センサおよびその製造方法に関するものである。  The present invention relates to a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element including a pinned layer and a free layer, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a highly sensitive magnetic sensor for measuring a magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the magnetic sensor and the method thereof. It relates to a manufacturing method.

従来から、磁気センサに使用される素子として、磁気抵抗効果素子が用いられている。これには、異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）、および磁気トンネル効果素子（ＴＭＲ素子）がある。ＡＭＲ素子は、ＭＲ膜からなり、外部磁界により、この膜の磁化が回転することにより、ＭＲ膜の抵抗値が変化するので、この出力により外部磁界の向きを検出することができる。
一方、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子は、磁界の変化をより感度よく検出することができることで知られている。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おり、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。
このような素子を、直交する２方向（ここでは、以下「直交する２方向」を「Ｘ軸方向、Ｙ軸方向」とする。）の磁界の変化をそれぞれ検出するように、それぞれ１個ずつ直交するように配置する。その際、それぞれを数個ずつの素子群としてブリッジ接続するのが一般的である。そして、それぞれの素子の出力（抵抗値の変化）を得ることにより、外部磁界の向きを検出することができる。
その結果、図１１に示すように、一方向への一様な磁界中で、その磁界方向を含む面内で磁気センサを回転させたとき、Ｘ軸センサ出力とＹ軸センサ出力が９０°位相のずれた形の正弦波出力となる、いわゆる二次元（二軸）磁気センサとなる。 Conventionally, magnetoresistive elements have been used as elements used in magnetic sensors. These include anisotropic magnetoresistive elements (AMR elements), giant magnetoresistive elements (GMR elements), and magnetic tunnel effect elements (TMR elements). The AMR element is composed of an MR film, and the resistance value of the MR film changes due to rotation of the magnetization of this film by an external magnetic field. Therefore, the direction of the external magnetic field can be detected from this output.
On the other hand, GMR elements and TMR elements are known to be able to detect changes in magnetic fields with higher sensitivity. These magnetoresistive effect 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.
One such element is used to detect changes in the magnetic field in two orthogonal directions (herein, “two orthogonal directions” are referred to as “X-axis direction and Y-axis direction”). Arrange so that they are orthogonal. At that time, it is common to bridge-connect each of them as several element groups. The direction of the external magnetic field can be detected by obtaining the output (change in resistance value) of each element.
As a result, as shown in FIG. 11, when the magnetic sensor is rotated in a plane including the magnetic field direction in a uniform magnetic field in one direction, the X-axis sensor output and the Y-axis sensor output are 90 ° phase. This is a so-called two-dimensional (biaxial) magnetic sensor with a sine wave output with a shifted shape.

通常、二次元での方位を求めるには、Ｘ軸方向の出力を検出するＸセンサと、Ｙ軸方向の出力を検出するＹセンサを一対にして、図１１に示すように、２方向の磁界に対して感応する二次元磁気センサを形成して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の出力をそれぞれ測定し、ｓｉｎθとｃｏｓθから方位を検出する。これにより、二次元平面において、どの方位を指しているかを求めることができる。
一方、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。例えば、医療用途において、体内における治療対象部位の位置を特定するために、体内に内視鏡やカテーテルなどを挿入した際に、これら医療機器の先端の位置や、姿勢を検出する必要がある。このような用途では、磁気の方位を三次元的（Ｘ方向、Ｙ方向だけでなくＺ方向）に精度良く求める必要がある。従来、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、薄型の三次元磁気センサが得られていなかった。したがって、携帯電話などの小型の機器には、三次元磁気センサを搭載することができなかった。 Usually, in order to obtain a two-dimensional azimuth, a pair of an X sensor that detects an output in the X-axis direction and a Y sensor that detects an output in the Y-axis direction, and a two-direction magnetic field as shown in FIG. A two-dimensional magnetic sensor sensitive to the above is formed, the outputs in the X-axis direction and the Y-axis direction are measured, and the azimuth is detected from sin θ and cos θ. As a result, it is possible to determine which direction is indicated in the two-dimensional plane.
On the other hand, there is a case where the orientation in space, that is, the orientation needs to be obtained in a three-dimensional manner instead of the two-dimensional plane. For example, in medical applications, it is necessary to detect the position and posture of the tip of these medical devices when an endoscope, a catheter, or the like is inserted into the body in order to specify the position of the treatment target site in the body. In such an application, it is necessary to accurately determine the magnetic direction in three dimensions (not only in the X direction and the Y direction, but also in the Z direction). Conventionally, a thin three-dimensional magnetic sensor has not been obtained because such a three-dimensional magnetic sensor capable of obtaining the orientation in three dimensions cannot be manufactured on the same substrate. Therefore, a three-dimensional magnetic sensor cannot be mounted on a small device such as a mobile phone.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、単一の基板上に三次元方向に交差するように配置された磁気抵抗効果素子を有する磁気センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。  The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetic sensor having a magnetoresistive effect element disposed so as to intersect in a three-dimensional direction on a single substrate, and a method for manufacturing the same. To do.

本発明の磁気センサは、異なる感度方向をもつ同一の３個以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子が配設される単一基板とを有し、前記磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗効果膜の磁化の向きが、互いに三次元方向に交差するように形成されたことを特徴とする。  The magnetic sensor of the present invention includes the same three or more magnetoresistive elements having different sensitivity directions, and a single substrate on which the magnetoresistive elements are disposed, and constitutes the magnetoresistive element. The magnetoresistive effect film is formed so that the magnetization directions intersect each other in a three-dimensional direction.

本発明の磁気センサにおいて、前記単一基板は少なくとも１つの斜面を有し、前記斜面上に少なくとも１個の磁気抵抗効果素子が配置されていることが好ましい。  In the magnetic sensor of the present invention, it is preferable that the single substrate has at least one inclined surface, and at least one magnetoresistive element is disposed on the inclined surface.

本発明の磁気センサにおいて、前記磁気抵抗効果素子はピンド層とフリー層を含んでなる磁気抵抗効果素子であって、前記ピンド層の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されたことが好ましい。  In the magnetic sensor of the present invention, the magnetoresistive effect element is a magnetoresistive effect element including a pinned layer and a free layer, and is formed such that the magnetization directions of the pinned layer intersect each other in a three-dimensional direction. It is preferable.

本発明の磁気センサにおいて、前記単一の基板は少なくとも１の斜面を有する溝を備え、当該溝の内部に、前記３個以上の磁気抵抗効果素子のうち、少なくとも１個が配置されていることが好ましい。  In the magnetic sensor of the present invention, the single substrate includes a groove having at least one inclined surface, and at least one of the three or more magnetoresistive elements is disposed in the groove. Is preferred.

本発明の磁気センサは同一の３個以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子が配設される単一基板とを有し、前記磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗効果膜の磁化の向きとが、互いに三次元方向に交差するように形成されたものであるから、別個のセンサが単一基板ではなく別に組み付けられた磁気センサの場合に生じる角度ずれや、センサの大型化を防止することができる。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向、すなわち３個の各素子の感度が持つ方向の地磁気レベルの正確な磁界測定をすることができる。  The magnetic sensor of the present invention has the same three or more magnetoresistive elements and a single substrate on which the magnetoresistive elements are disposed, and magnetization of the magnetoresistive film constituting the magnetoresistive elements Are formed so as to intersect each other in the three-dimensional direction, so that the angle deviation and the increase in the size of the sensor that occur when a separate sensor is assembled in place of a single substrate. Can be prevented. In addition, it is possible to accurately measure the magnetic field of the geomagnetic level in the three-dimensional direction of the X axis, the Y axis, and the Z axis, that is, the direction of the sensitivity of each of the three elements.

以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の磁気センサの一実施形態を示す概略構成図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。また、図２は、本発明の磁気センサで用いられる磁気抵抗効果素子を示す概略構成図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。
この実施形態の磁気センサは、例えば、ＳｉＯ２／Ｓｉ、ガラスまたは石英からなる略正方形状の基板１と、Ｘ軸方向の磁界を検出するＸ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸方向の磁界を検出するＹ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸方向の磁界を検出するＺ軸磁気抵抗効果素子４と、バイアス磁界用のコイル（図示略）と、複数の電極パッド（図示略）とから概略構成されている。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２とＹ軸磁気抵抗効果素子３は基板１の同一表面１ａ上に形成されており、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きは、基板１の表面１ａと平行な一方向となっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きは、基板１の表面１ａと平行な一方向となっている。さらに、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２のピンド層の磁化の向きと、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３のピンド層の磁化の向きとが直交している。
また、この実施形態の磁気センサには、楔型溝５が、基板１の一辺に平行で、この一辺の近傍、かつこの一辺の中央部近傍に形成されている。
このように、楔型溝５の斜面５ａ上に、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４が配されていることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向の地磁気レベルの磁界測定が可能となる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a magnetic sensor according to the present invention. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a magnetoresistive effect element used in the magnetic sensor of the present invention. FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a front view.
The magnetic sensor of this embodiment, for example, SiO 2 / Si, a substantially square-shaped substrate 1 made of glass or quartz, the magnetic field in the X-axis magnetoresistive element 2, Y-axis direction to detect the magnetic field in the X-axis direction Y-axis magnetoresistive effect element 3 to detect, Z-axis magnetoresistive effect element 4 to detect a magnetic field in the Z-axis direction, a bias magnetic field coil (not shown), and a plurality of electrode pads (not shown). Has been.
The X-axis magnetoresistive effect element 2 and the Y-axis magnetoresistive effect element 3 are formed on the same surface 1 a of the substrate 1, and the magnetization direction of the pinned layer of the X-axis magnetoresistive effect element 2 depends on the surface 1 a of the substrate 1. The magnetization direction of the pinned layer of the Y-axis magnetoresistive element 3 is one direction parallel to the surface 1a of the substrate 1. Furthermore, the magnetization direction of the pinned layer of the X-axis magnetoresistance effect element 2 is orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer of the Y-axis magnetoresistance effect element 3.
Further, in the magnetic sensor of this embodiment, the wedge-shaped groove 5 is formed in parallel to one side of the substrate 1, in the vicinity of this one side, and in the vicinity of the central part of this one side.
As described above, by arranging the Z-axis magnetoresistive element 4 on the inclined surface 5a of the wedge-shaped groove 5, it is possible to measure the magnetic field at the geomagnetic level in the three-dimensional directions of the X-axis, Y-axis, and Z-axis. Become.

Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４は、図２に示すように、互いに隣り合って平行に配置された複数の帯状部２ａ、３ａ、４ａが、バイアス磁石２ｂ、３ｂ、４ｂを介して接続されている。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４は、これらの磁気抵抗効果素子が巨大磁気抵抗素子（ＧＭＲ素子）の場合、膜厚２．４ｎｍのタンタル（Ｔａ）、膜厚２４．０ｎｍの白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）、膜厚２．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、膜厚２．４ｎｍの銅（Ｃｕ）、膜厚１．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）、膜厚３．３ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）、膜厚８．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ）などの金属薄膜がこの順に積層された積層体で形成されている。 As shown in FIG. 2, the X-axis magnetoresistive effect element 2, the Y-axis magnetoresistive effect element 3, and the Z-axis magnetoresistive effect element 4 have a plurality of strips 2a, 3a, 4a arranged next to each other in parallel. Are connected via the bias magnets 2b, 3b, 4b.
The X-axis magnetoresistive element 2, the Y-axis magnetoresistive element 3, and the Z-axis magnetoresistive element 4 are tantalum having a thickness of 2.4 nm when these magnetoresistive elements are giant magnetoresistive elements (GMR elements). (Ta), platinum-manganese (Pt-Mn) with a thickness of 24.0 nm, cobalt-iron (Co-Fe) with a thickness of 2.2 nm, copper (Cu) with a thickness of 2.4 nm, and a thickness of 1.2 nm Cobalt-iron (Co-Fe), 3.3-nm thick nickel-iron (Ni-Fe), and 8.0-nm thick cobalt-zirconium-niobium (Co-Zr-Nb) thin films It is formed of a laminated body.

以下、この実施形態の磁気センサの製造方法について説明する。
図３および図４は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、まず、図３（ａ）に示すように、厚さ数ｍｍ程度のシリコン基板１１を、９００〜１１００℃で熱酸化し、表面に厚さ５００ｎｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層１２を形成する。 Hereinafter, the manufacturing method of the magnetic sensor of this embodiment will be described.
3 and 4 are schematic cross-sectional views showing a first example of the method of manufacturing the magnetic sensor of this embodiment.
In this method of manufacturing a magnetic sensor, first, as shown in FIG. 3A, a silicon substrate 11 having a thickness of about several millimeters is thermally oxidized at 900 to 1100 ° C., and silicon dioxide (with a thickness of about 500 nm is formed on the surface. A SiO 2 ) layer 12 is formed.

次に、図３（ｂ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、楔型溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、楔型溝を形成するための開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。
第１のレジスト膜１３として用いられるフォトレジストは、光や紫外線照射により感度よく架橋反応を起こして硬化し、未露光部が溶媒に可溶化（ネガ型）する樹脂であり、高解像度の任意形状を形成することができる樹脂である。また、現像液としては、専用の剥離液、アセトンなどの有機溶剤、アルカリ水溶液などが用いられる。なお、ネガレジストの代わりに、ポジレジストを用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 3B, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the silicon dioxide layer 12, and only a portion where a wedge-shaped groove is formed is opened on the surface of the photoresist. As described above, a mask having an arbitrary shape is arranged, baking and development are performed to remove unnecessary photoresist, and a first resist film 13 having an opening for forming a wedge-shaped groove is formed. The thickness of the first resist film 13 is preferably about 0.8 to 1 μm.
The photoresist used as the first resist film 13 is a resin that undergoes a crosslinking reaction with high sensitivity by irradiation with light or ultraviolet rays and is cured, and an unexposed portion is solubilized in a solvent (negative type), and has an arbitrary shape with high resolution. It is resin which can form. As the developer, a dedicated stripping solution, an organic solvent such as acetone, an alkaline aqueous solution, or the like is used. A positive resist may be used instead of the negative resist.

次に、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、バッファドフッ酸に浸漬し、図３（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分の二酸化ケイ素層１２を除去する。   Next, a laminate composed of the silicon substrate 11, the silicon dioxide layer 12, and the first resist film 13 is immersed in buffered hydrofluoric acid, and is protected by the first resist film 13 as shown in FIG. A portion of the silicon dioxide layer 12 that is not present is removed.

次に、図３（ｄ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。レジスト膜１３を除去するには、Ｎ−メチル−２−ピロリドンで、第１のレジスト膜１３と二酸化ケイ素層１２の界面を洗浄する。このとき、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に浸漬し、８５℃で、超音波洗浄すれば、第１のレジスト膜１３の除去を効率的に行なうことができる。   Next, as shown in FIG. 3D, the first resist film 13 is removed. In order to remove the resist film 13, the interface between the first resist film 13 and the silicon dioxide layer 12 is washed with N-methyl-2-pyrrolidone. At this time, the first resist can be obtained by immersing the laminate composed of the silicon substrate 11, the silicon dioxide layer 12, and the first resist film 13 in N-methyl-2-pyrrolidone and ultrasonically cleaning at 85 ° C. The film 13 can be removed efficiently.

次に、図３（ｅ）に示すように、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２からなる積層体を、水酸化カリウムの５０％水溶液に浸漬し、９０℃でエッチングする。これにより、シリコン基板１１の二酸化ケイ素層１２が形成されていない部分が、（１１１）面が出るようにエッチングされ、楔型溝１４が形成される。   Next, as shown in FIG.3 (e), the laminated body which consists of the silicon substrate 11 and the silicon dioxide layer 12 is immersed in the 50% aqueous solution of potassium hydroxide, and is etched at 90 degreeC. As a result, the portion of the silicon substrate 11 where the silicon dioxide layer 12 is not formed is etched so that the (111) plane is exposed, and the wedge-shaped groove 14 is formed.

次に、図４（ａ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上および楔型溝１４内に、スパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。
下地膜１５としては、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）３００μｍ／コバルト（Ｃｏ）−白金（Ｐｔ）−Ｃｒ１０００μｍを用いることができる。 Next, as shown in FIG. 4A, a base film 15 is formed on the surface of the silicon dioxide layer 12 and in the wedge-shaped groove 14 by sputtering.
As the base film 15, titanium (Ti) or chromium (Cr) 300 μm / cobalt (Co) -platinum (Pt) —Cr 1000 μm can be used.

次に、下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第２のレジスト膜１６を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、第２のレジスト膜１６で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。 Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the base film 15, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist. Then, a second resist film 16 having an arbitrary pattern of the base film 15 is formed.
Next, as shown in FIG. 4B, the portion of the base film 15 that is not protected by the second resist film 16 is removed by ion milling to form the base film 15 in an arbitrary shape.

次に、図４（ｃ）に示すように、第２のレジスト膜１６を除去する。第２のレジスト膜１６を除去するには、第１のレジスト膜１３を除去するのと同様な方法が用いられる。   Next, as shown in FIG. 4C, the second resist film 16 is removed. In order to remove the second resist film 16, a method similar to that for removing the first resist film 13 is used.

次に、ＧＭＲ素子をなすＧＭＲ多層膜１７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、二酸化ケイ素層１２および下地膜１５の表面上に形成する。
ＧＭＲ多層膜１７は、シリコン基板１１上に、順に積層されたフリー層と、膜厚が２．４ｎｍの銅（Ｃｕ）からなる導電性のスペーサ層と、ピンド層と、膜厚が２．４ｎｍのタンタル（Ｔａ）からなるキャッピング層とからなっている。 Next, a GMR multilayer film 17 constituting a GMR element is formed on the surfaces of the silicon dioxide layer 12 and the base film 15 by sputtering, vacuum deposition, ion plating, or the like.
The GMR multilayer film 17 includes a free layer sequentially stacked on the silicon substrate 11, a conductive spacer layer made of copper (Cu) having a thickness of 2.4 nm, a pinned layer, and a thickness of 2.4 nm. And a capping layer made of tantalum (Ta).

フリー層は、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、シリコン基板１１の直上に形成された膜厚が８．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ）アモルファス磁性層と、この上に形成された膜厚が３．３ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）磁性層と、さらに、この上に形成された膜厚が１．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）層とからなっている。
Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂアモルファス磁性層とＮｉ−Ｆｅ磁性層は、軟質強磁性体薄膜層を構成している。Ｃｏ−Ｆｅ層は、ＭＲ比を高めるものである。 The free layer is a layer whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field, and is formed on the silicon substrate 11 with a film thickness of 8.0 nm in cobalt-zirconium-niobium (Co-Zr-Nb) amorphous. A magnetic layer, a nickel-iron (Ni-Fe) magnetic layer having a thickness of 3.3 nm formed thereon, and a cobalt-iron (Co--) having a thickness of 1.2 nm formed thereon. Fe) layer.
The Co—Zr—Nb amorphous magnetic layer and the Ni—Fe magnetic layer constitute a soft ferromagnetic thin film layer. The Co—Fe layer increases the MR ratio.

ピンド層は、膜厚が２．２ｎｍのコバルト−鉄（Ｃｏ−Ｆｅ）磁性層と、白金を４５〜５５ｍｏｌ％含む白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）合金から形成した膜厚が２４．０ｎｍの白金−マンガン（Ｐｔ−Ｍｎ）反強磁性層とが積層されたものである。
Ｃｏ−Ｆｅ磁性層は、着磁（磁化）されたＰｔ−Ｍｎ反強磁性層に交換結合的に裏打ちされることにより磁化（磁化ベクトル）の向きがピン（固着）されるピンド層を構成している。 The pinned layer is formed of a cobalt-iron (Co—Fe) magnetic layer having a thickness of 2.2 nm and a platinum-manganese (Pt—Mn) alloy containing 45 to 55 mol% of platinum and having a thickness of 24.0 nm. -Manganese (Pt-Mn) antiferromagnetic layer is laminated.
The Co—Fe magnetic layer constitutes a pinned layer in which the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) by being exchange-coupled to the magnetized (magnetized) Pt—Mn antiferromagnetic layer. ing.

次に、ＧＭＲ多層膜１７の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意のＧＭＲ多層膜１７のパターンを有する第３のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第３のレジスト膜で保護されていない部分のＧＭＲ多層膜１７を、イオンミリングにより除去し、ＧＭＲ多層膜１７を任意形状に形成する。
次に、図４（ｄ）に示すように、第３のレジスト膜を除去する。第３のレジスト膜を除去するには、第１のレジスト膜１３を除去するのと同様な方法が用いられる。
得られた積層体を、永久磁石上に載置して熱処理し、ピンド層の磁化の向きを固定し、磁気センサを得る。 Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the GMR multilayer film 17, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development processing, and unnecessary photo processing. The resist is removed, and a third resist film (not shown) having an arbitrary GMR multilayer film 17 pattern is formed.
Next, the portion of the GMR multilayer film 17 that is not protected by the third resist film is removed by ion milling to form the GMR multilayer film 17 in an arbitrary shape.
Next, as shown in FIG. 4D, the third resist film is removed. In order to remove the third resist film, a method similar to that for removing the first resist film 13 is used.
The obtained laminate is placed on a permanent magnet and heat-treated to fix the magnetization direction of the pinned layer, thereby obtaining a magnetic sensor.

図５は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第２の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、前記第１の例において、図３（ｂ）〜（ｅ）に示した工程を以下のようにする。
図５（ａ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、テーパ状の溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、テーパ状の開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。次いで、イオンミリングにより、第１のレジスト膜１３の開口部の端部に斜面を一旦、形成する。次いで、第１のレジスト膜１３の開口部のレジストを加熱し、リフローさせて、開口部端部をテーパ状に形成する。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a second example of the magnetic sensor manufacturing method of this embodiment.
In this method of manufacturing a magnetic sensor, the steps shown in FIGS. 3B to 3E in the first example are performed as follows.
As shown in FIG. 5A, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the silicon dioxide layer 12, and only a portion where a tapered groove is formed opens on the surface of the photoresist. In addition, a mask having an arbitrary shape is disposed, and baking and development processes are performed to remove unnecessary photoresist, and a first resist film 13 having a tapered opening is formed. The thickness of the first resist film 13 is preferably about 0.8 to 1 μm. Next, a slope is once formed at the end of the opening of the first resist film 13 by ion milling. Next, the resist in the opening of the first resist film 13 is heated and reflowed to form the end of the opening in a tapered shape.

次に、図５（ｂ）に示すように、イオンミリングにより、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分のシリコン基板１１および二酸化ケイ素層１２を削る。このとき、第１のレジスト膜１３の開口部のテーパ形状をトレースすれば、図５（ｂ）に示すような、向い合う斜面と、この斜面に挟まれた底面とからなる断面台形状の溝１４が形成される。
次いで、図５（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。 Next, as shown in FIG. 5B, portions of the silicon substrate 11 and the silicon dioxide layer 12 that are not protected by the first resist film 13 are shaved by ion milling. At this time, if the taper shape of the opening of the first resist film 13 is traced, a groove having a trapezoidal cross section made up of an inclined surface facing each other and a bottom surface sandwiched between the inclined surfaces as shown in FIG. 14 is formed.
Next, as shown in FIG. 5C, the first resist film 13 is removed.

図６および図７は、この実施形態の磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。
この磁気センサの製造方法では、まず、図６（ａ）に示すように、厚さ数ｍｍ程度のシリコン基板１１を、９００〜１１００℃で熱酸化し、表面に厚さ５００ｎｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層１２を形成する。 6 and 7 are schematic cross-sectional views showing a third example of the method of manufacturing the magnetic sensor of this embodiment.
In this method of manufacturing a magnetic sensor, first, as shown in FIG. 6A, a silicon substrate 11 having a thickness of about several millimeters is thermally oxidized at 900 to 1100 ° C., and silicon dioxide (with a thickness of about 500 nm is formed on the surface. A SiO 2 ) layer 12 is formed.

次に、図６（ｂ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、楔型溝を形成する部分のみが開口するように、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、楔型溝を形成するための開口部を有する第１のレジスト膜１３を形成する。第１のレジスト膜１３の厚さは、０．８〜１μｍ程度が好ましい。
第１のレジスト膜１３として用いられるフォトレジストは、光や紫外線照射により感度よく架橋反応を起こして硬化し、未露光部が溶媒に可溶化（ネガ型）する樹脂であり、高解像度の任意形状を形成することができる樹脂である。また、現像液としては、専用の剥離液、アセトンなどの有機溶剤、アルカリ水溶液などが用いられる。なお、ネガレジストの代わりに、ポジレジストを用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 6B, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the silicon dioxide layer 12, and only a portion where a wedge-shaped groove is formed is opened on the surface of the photoresist. As described above, a mask having an arbitrary shape is arranged, baking and development are performed to remove unnecessary photoresist, and a first resist film 13 having an opening for forming a wedge-shaped groove is formed. The thickness of the first resist film 13 is preferably about 0.8 to 1 μm.
The photoresist used as the first resist film 13 is a resin that undergoes a crosslinking reaction with high sensitivity by irradiation with light or ultraviolet rays and is cured, and an unexposed portion is solubilized in a solvent (negative type), and has an arbitrary shape with high resolution. It is resin which can form. As the developer, a dedicated stripping solution, an organic solvent such as acetone, an alkaline aqueous solution, or the like is used. A positive resist may be used instead of the negative resist.

次に、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、バッファドフッ酸に浸漬し、図６（ｃ）に示すように、第１のレジスト膜１３で保護されていない部分の二酸化ケイ素層１２を除去する。   Next, the laminate composed of the silicon substrate 11, the silicon dioxide layer 12, and the first resist film 13 is immersed in buffered hydrofluoric acid, and is protected by the first resist film 13 as shown in FIG. A portion of the silicon dioxide layer 12 that is not present is removed.

次に、図６（ｄ）に示すように、第１のレジスト膜１３を除去する。レジスト膜１３を除去するには、Ｎ−メチル−２−ピロリドンで、第１のレジスト膜１３と二酸化ケイ素層１２の界面を洗浄する。このとき、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２、第１のレジスト膜１３からなる積層体を、Ｎ−メチル−２−ピロリドン中に浸漬し、８５℃で、超音波洗浄すれば、第１のレジスト膜１３の除去を効率的に行なうことができる。   Next, as shown in FIG. 6D, the first resist film 13 is removed. In order to remove the resist film 13, the interface between the first resist film 13 and the silicon dioxide layer 12 is washed with N-methyl-2-pyrrolidone. At this time, the first resist can be obtained by immersing the laminate composed of the silicon substrate 11, the silicon dioxide layer 12, and the first resist film 13 in N-methyl-2-pyrrolidone and ultrasonically cleaning at 85 ° C. The film 13 can be removed efficiently.

次に、図６（ｅ）に示すように、シリコン基板１１、二酸化ケイ素層１２からなる積層体を、水酸化カリウムの５０％水溶液に浸漬し、９０℃でエッチングする。これにより、シリコン基板１１の二酸化ケイ素層１２が形成されていない部分が、（１１１）面が出るようにエッチングされ、楔型溝１４が形成される。   Next, as shown in FIG.6 (e), the laminated body which consists of the silicon substrate 11 and the silicon dioxide layer 12 is immersed in the 50% aqueous solution of potassium hydroxide, and is etched at 90 degreeC. As a result, the portion of the silicon substrate 11 where the silicon dioxide layer 12 is not formed is etched so that the (111) plane is exposed, and the wedge-shaped groove 14 is formed.

次に、図６（ｆ）に示すように、二酸化ケイ素層１２の表面上および楔型溝１４内に、スパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。
下地膜１５としては、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）３００μｍ／コバルト（Ｃｏ）−白金（Ｐｔ）−Ｃｒ１０００μｍを用いることができる。 Next, as shown in FIG. 6F, a base film 15 is formed on the surface of the silicon dioxide layer 12 and in the wedge-shaped groove 14 by sputtering.
As the base film 15, titanium (Ti) or chromium (Cr) 300 μm / cobalt (Co) -platinum (Pt) —Cr 1000 μm can be used.

次に、下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第２のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、図７（ａ）に示すように、第２のレジスト膜で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。これにより、楔型溝１４内の一方の斜面と、二酸化ケイ素層１２の表面の一部にのみ、下地膜１５が存在するようにする。 Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the base film 15, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist. Then, a second resist film (not shown) having an arbitrary pattern of the base film 15 is formed.
Next, as shown in FIG. 7A, a portion of the base film 15 that is not protected by the second resist film is removed by ion milling to form the base film 15 in an arbitrary shape. Thereby, the base film 15 is made to exist only on one slope in the wedge-shaped groove 14 and a part of the surface of the silicon dioxide layer 12.

次に、ＧＭＲ素子をなす第１のＧＭＲ多層膜１８を、斜めスパッタリング法などによって、二酸化ケイ素層１２および下地膜１５の表面全面に形成する。
次に、第１のＧＭＲ多層膜１８の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の第１のＧＭＲ多層膜１８のパターンを有する第３のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第３のレジスト膜で保護されていない部分の第１のＧＭＲ多層膜１８を、イオンミリングにより除去し、第１のＧＭＲ多層膜１８を任意形状に形成する。これにより、図７（ｂ）に示すように、楔型溝１４内に形成された下地膜１５の表面上にのみ、第１のＧＭＲ多層膜１８が存在するようにする。 Next, a first GMR multilayer film 18 forming a GMR element is formed on the entire surface of the silicon dioxide layer 12 and the base film 15 by an oblique sputtering method or the like.
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the first GMR multilayer film 18, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development. A necessary photoresist is removed, and a third resist film (not shown) having a pattern of an arbitrary first GMR multilayer film 18 is formed.
Next, the portion of the first GMR multilayer film 18 that is not protected by the third resist film is removed by ion milling to form the first GMR multilayer film 18 in an arbitrary shape. As a result, as shown in FIG. 7B, the first GMR multilayer film 18 is present only on the surface of the base film 15 formed in the wedge-shaped groove 14.

次に、図７（ｃ）に示すように、二酸化ケイ素層１２、下地膜１５および第１のＧＭＲ多層膜１８の表面全面に、スパッタリング法により、厚さ３００ｎｍ程度の酸化ケイ素（ＳｉＯ）層１９を形成する。
次に、図７（ｄ）に示すように、イオンミリングなどにより、酸化ケイ素層１９を貫通して、内層の下地膜１５が露出するように、円形状のコンタクトホール２０を形成する。 Next, as shown in FIG. 7C, a silicon oxide (SiO) layer 19 having a thickness of about 300 nm is formed on the entire surface of the silicon dioxide layer 12, the base film 15 and the first GMR multilayer film 18 by sputtering. Form.
Next, as shown in FIG. 7D, a circular contact hole 20 is formed by ion milling or the like so as to penetrate the silicon oxide layer 19 and expose the inner layer base film 15.

次に、再び、酸化ケイ素層１９の表面全面にスパッタリング法によって、下地膜１５を形成する。このとき、コンタクトホール２０内にも、下地膜１５を形成し、酸化ケイ素層１９の下層の下地膜１５と接合するようにする。
次に、この下地膜１５の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の下地膜１５のパターンを有する第４のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、図７（ｅ）に示すように、第４のレジスト膜で保護されていない部分の下地膜１５を、イオンミリングにより除去し、下地膜１５を任意形状に形成する。 Next, the base film 15 is again formed on the entire surface of the silicon oxide layer 19 by sputtering. At this time, the base film 15 is also formed in the contact hole 20 and bonded to the base film 15 under the silicon oxide layer 19.
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the base film 15, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development, and unnecessary photo processing. The resist is removed, and a fourth resist film (not shown) having an arbitrary pattern of the base film 15 is formed.
Next, as shown in FIG. 7E, a portion of the base film 15 that is not protected by the fourth resist film is removed by ion milling to form the base film 15 in an arbitrary shape.

次に、第２のＧＭＲ多層膜２１を、スパッタリング法などによって、下地膜１５および酸化ケイ素層１９の表面全面に形成する。
次に、第２のＧＭＲ多層膜２１の表面上に、任意の厚さのフォトレジストを塗布し、このフォトレジストの表面に、任意形状のマスクを配置して、焼き付け、現像処理を行って不必要なフォトレジストを取り除き、任意の第２のＧＭＲ多層膜２１のパターンを有する第５のレジスト膜（図示略）を形成する。
次に、第５のレジスト膜で保護されていない部分の第２のＧＭＲ多層膜２１を、イオンミリングにより除去し、第２のＧＭＲ多層膜２１を任意形状に形成する。
次に、第５のレジスト膜を除去し、図７（ｆ）に示すような磁気センサを得る。 Next, the second GMR multilayer film 21 is formed on the entire surface of the base film 15 and the silicon oxide layer 19 by sputtering or the like.
Next, a photoresist having an arbitrary thickness is applied on the surface of the second GMR multilayer film 21, and a mask having an arbitrary shape is disposed on the surface of the photoresist, followed by baking and development. A necessary photoresist is removed, and a fifth resist film (not shown) having a pattern of an arbitrary second GMR multilayer film 21 is formed.
Next, the portion of the second GMR multilayer film 21 that is not protected by the fifth resist film is removed by ion milling to form the second GMR multilayer film 21 in an arbitrary shape.
Next, the fifth resist film is removed to obtain a magnetic sensor as shown in FIG.

なお、上記の磁気センサの製造方法では、磁気抵抗効果素子を形成する金属積層体をＧＭＲ多層膜としたが、本発明の磁気センサの製造方法にあっては、ＡＭＲ膜であってもよい。
ＡＭＲ膜を形成する場合、上記下地膜を、膜厚が３０ｎｍのクロム（Ｃｒ）層と、膜厚が９０ｎｍのコバルト−クロム−白金（Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ）層と、膜厚が２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）層からなるものとする。
また、ＡＭＲ多層膜を、膜厚が２０ｎｍのニッケル−鉄（Ｎｉ−Ｆｅ）層と、膜厚が１０ｎｍのタンタル（Ｔａ）層と、膜厚が３０．０ｎｍのコバルト−ジルコニウム−ニオブ（Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、モル比が、Ｃｏ：Ｚｒ：Ｎｂ＝７９ｍｏｌ：９ｍｏｌ：１２ｍｏｌ）層と、膜厚が１．５ｎｍのチタン（Ｔｉ）層とからなるものとする。 In the above magnetic sensor manufacturing method, the metal laminated body forming the magnetoresistive effect element is a GMR multilayer film. However, in the magnetic sensor manufacturing method of the present invention, an AMR film may be used.
In the case of forming an AMR film, the base film is composed of a chromium (Cr) layer having a thickness of 30 nm, a cobalt-chromium-platinum (Co-Cr-Pt) layer having a thickness of 90 nm, and titanium having a thickness of 20 nm. It shall consist of a (Ti) layer.
Further, the AMR multilayer film includes a nickel-iron (Ni—Fe) layer having a thickness of 20 nm, a tantalum (Ta) layer having a thickness of 10 nm, and cobalt-zirconium-niobium (Co—) having a thickness of 30.0 nm. The Zr—Nb, the molar ratio is composed of a Co: Zr: Nb = 79 mol: 9 mol: 12 mol) layer and a titanium (Ti) layer having a thickness of 1.5 nm.

図８は、本発明の磁気センサの製造方法のさらにもう１つの例を示す断面模式図である。
上述の磁気センサの製造方法において、磁気抵抗効果素子をＧＭＲ素子で形成したが、この磁気センサの製造方法では、ＴＭＲ素子で形成する。
以下にＴＭＲ素子の形成方法を示す。
まず、図８（ａ）に示すように、シリコンなどからなる基板４１の表面上に、下部電極を構成するＴｉからなる膜を、膜厚３０ｎｍ程度にスパッタリングにより形成し、次いで固定磁化層の反磁化層の反強磁性膜（ピンド層）を構成するためのＰｔ−Ｍｎからなる膜およびＮｉ−Ｆｅからなる膜を、それぞれ膜厚が３０ｎｍおよび５ｎｍとなるようにスパッタリングにより形成する。ここでは、これらのＴａ膜、Ｐｔ−Ｍｎ膜、Ｎｉ−Ｆｅ膜からなる磁性層を下磁性層４２とする。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the magnetic sensor manufacturing method of the present invention.
In the magnetic sensor manufacturing method described above, the magnetoresistive effect element is formed of a GMR element. In this magnetic sensor manufacturing method, the magnetoresistive effect element is formed of a TMR element.
A method for forming a TMR element will be described below.
First, as shown in FIG. 8A, on the surface of a substrate 41 made of silicon or the like, a film made of Ti constituting the lower electrode is formed by sputtering to a film thickness of about 30 nm, and then the antireflection film of the fixed magnetization layer is formed. A film made of Pt—Mn and a film made of Ni—Fe for constituting an antiferromagnetic film (pinned layer) of the magnetic layer are formed by sputtering so that the film thicknesses become 30 nm and 5 nm, respectively. Here, the magnetic layer made of these Ta film, Pt—Mn film, and Ni—Fe film is used as the lower magnetic layer 42.

次に、下磁性層４２の表面上に、アルミニウムを１ｎｍ積層し、プラズマ酸化させて、絶縁層４３となるＡｌ２Ｏ３からなる膜を形成する。
次に、フリー層の強磁性膜を構成するＮｉ−Ｆｅからなる膜を、例えば、スパッタリングにより膜厚が８０ｎｍとなるように形成し、その上にキャッピング層を構成するＴｉからなる膜を膜厚が３０ｎｍとなるように形成する。ここでは、これらのＮｉ−Ｆｅ膜、Ｔｉ膜からなる磁性層を上磁性層４４とする。 Next, 1 nm of aluminum is laminated on the surface of the lower magnetic layer 42 and plasma oxidized to form a film made of Al 2 O 3 to be the insulating layer 43.
Next, a film made of Ni—Fe constituting the ferromagnetic film of the free layer is formed, for example, by sputtering so that the film thickness becomes 80 nm, and a film made of Ti constituting the capping layer is formed thereon. Is formed to be 30 nm. Here, the magnetic layer made of these Ni—Fe film and Ti film is referred to as the upper magnetic layer 44.

次に、図８（ｂ）に示すように、上磁性層４４を、イオンミリングなどにより分離する。
次に、図８（ｃ）に示すように、下磁性層４２を、イオンミリングなどにより分離する。 Next, as shown in FIG. 8B, the upper magnetic layer 44 is separated by ion milling or the like.
Next, as shown in FIG. 8C, the lower magnetic layer 42 is separated by ion milling or the like.

次に、図８（ｄ）に示すように、層間絶縁層４５を構成するＳｉＯ２からなる膜を膜厚が基板４１上で３００ｎｍとなるようにスパッタリングによって形成する。
次に、図８（ｅ）に示すように、層間絶縁層４５に、イオンミリングなどによりコンタクトホール４６を形成する。 Next, as shown in FIG. 8D, a film made of SiO 2 constituting the interlayer insulating layer 45 is formed by sputtering so that the film thickness becomes 300 nm on the substrate 41.
Next, as shown in FIG. 8E, a contact hole 46 is formed in the interlayer insulating layer 45 by ion milling or the like.

次に、図８（ｆ）に示すように、層間絶縁層４５の表面全面およびコンタクトホール４６内にアルミニウム膜を、その膜厚が３００ｎｍとなるようにスパッタリングにより形成し、これを配線形状に加工して、上部電極４７を形成し、ＴＭＲ素子を備えた磁気センサを得る。   Next, as shown in FIG. 8F, an aluminum film is formed by sputtering so that the film thickness is 300 nm over the entire surface of the interlayer insulating layer 45 and in the contact hole 46, and this is processed into a wiring shape. Then, the upper electrode 47 is formed, and a magnetic sensor provided with a TMR element is obtained.

このように、本発明の磁気センサの製造方法によれば、ピンド層の磁化の向きが互いに３次元方向に交差するように、複数の磁気抵抗効果素子が微小な単一基板に配された磁気センサを高精度に、容易に製造することができる。また、この製造方法によれば、このような同一の磁気センサを一度に大量に製造することができるので、製造コストを低減することができる。   As described above, according to the method for manufacturing a magnetic sensor of the present invention, a plurality of magnetoresistive elements are arranged on a small single substrate so that the magnetization directions of the pinned layers intersect each other in a three-dimensional direction. The sensor can be easily manufactured with high accuracy. Moreover, according to this manufacturing method, since such a same magnetic sensor can be manufactured in large quantities at a time, manufacturing cost can be reduced.

図３および図４に示した製造方法の第１の例によって製造された、図１に示したような第１の実施形態の磁気センサに対し、磁化の向きを確認するために、１Ｏｅ（エルステッド）の磁場を磁気センサの回りに回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４で検出される磁場の強さの変化を測定した。ここで用いた磁気センサに備えられたＸ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４はＧＭＲ素子である。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４それぞれの結果を図９に示す。図９（ａ）は、ＸＹ平面内において測定した測定結果を、図９（ｂ）はＹＺ平面内において測定した測定結果を、図９（ｃ）はＸＺ平面内において測定した測定結果をそれぞれ示す。 In order to confirm the magnetization direction of the magnetic sensor according to the first embodiment shown in FIG. 1 manufactured by the first example of the manufacturing method shown in FIGS. The magnetic field detected by the X-axis magnetoresistive effect element 2, the Y-axis magnetoresistive effect element 3, and the Z-axis magnetoresistive effect element 4 was measured. The X-axis magnetoresistance effect element 2, Y-axis magnetoresistance effect element 3, and Z-axis magnetoresistance effect element 4 provided in the magnetic sensor used here are GMR elements.
FIG. 9 shows the results of the X-axis magnetoresistance effect element 2, the Y-axis magnetoresistance effect element 3, and the Z-axis magnetoresistance effect element 4, respectively. 9A shows a measurement result measured in the XY plane, FIG. 9B shows a measurement result measured in the YZ plane, and FIG. 9C shows a measurement result measured in the XZ plane. .

図９（ａ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＹ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＹ平面内において磁場の変化が正弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＹ平面内において余弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図９（ｂ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＹＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＹＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＹＺ平面内において正弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図９（ｃ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＺ平面内において余弦波状に測定されるものの、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２より５５°位相が遅れて測定されることが確認された。
以上より、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＸ軸と平行になっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＹ軸と平行になっており、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きはＸ軸と５５°の角度で交差していることが分かる。 From the result of FIG. 9A, in the X-axis magnetoresistive effect element 2, the change of the magnetic field is measured in a cosine wave shape in the XY plane. In the Y-axis magnetoresistive element 3, the change of the magnetic field is measured in a sine wave shape in the XY plane. In the Z-axis magnetoresistive effect element 4, although measured in a cosine wave shape in the XY plane, it was confirmed that the measurement intensity was low.
Further, from the result of FIG. 9B, the X-axis magnetoresistance effect element 2 does not measure the change of the magnetic field in the YZ plane. In the Y-axis magnetoresistive element 3, the change in the magnetic field is measured in a cosine wave shape in the YZ plane. In the Z-axis magnetoresistive effect element 4, although measured in a sine wave shape in the YZ plane, it was confirmed that the measurement intensity was low.
Further, from the result of FIG. 9C, in the X-axis magnetoresistive element 2, the change in the magnetic field is measured in a cosine wave shape in the XZ plane. In the Y-axis magnetoresistive effect element 3, the change of the magnetic field is not measured in the XZ plane. In the Z-axis magnetoresistive effect element 4, although measured in a cosine wave shape in the XZ plane, it was confirmed that the measurement was delayed by 55 ° from the X-axis magnetoresistive effect element 2.
From the above, the sensitivity direction of the X-axis magnetoresistance effect element 2, that is, the magnetization direction of the pinned layer is parallel to the X-axis, and the sensitivity direction of the Y-axis magnetoresistance effect element 3, that is, the magnetization direction of the pinned layer is It can be seen that the sensitivity direction of the Z-axis magnetoresistive element 4, that is, the magnetization direction of the pinned layer intersects the X-axis at an angle of 55 °, which is parallel to the Y-axis.

また、図５に示した製造方法の第２の例によって製造された、図１に示したような第１の実施形態の磁気センサに対し、磁化の向きを確認するために、１Ｏｅ（エルステッド）の磁場を磁気センサの回りに回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４で検出される磁場の強さの変化を測定した。
Ｘ軸磁気抵抗効果素子２、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４それぞれの結果を図１０に示す。図１０（ａ）はＸＹ平面内において測定した測定結果を、図１０（ｂ）はＹＺ平面内において測定した測定結果を、図１０（ｃ）はＸＺ平面内において測定した測定結果をそれぞれ示す。 Further, in order to confirm the direction of magnetization with respect to the magnetic sensor of the first embodiment shown in FIG. 1 manufactured by the second example of the manufacturing method shown in FIG. 5, 1 Oe (Oersted) is used. The magnetic field detected by the X-axis magnetoresistive effect element 2, the Y-axis magnetoresistive effect element 3, and the Z-axis magnetoresistive effect element 4 was measured.
FIG. 10 shows the results of the X-axis magnetoresistance effect element 2, the Y-axis magnetoresistance effect element 3, and the Z-axis magnetoresistance effect element 4, respectively. 10A shows a measurement result measured in the XY plane, FIG. 10B shows a measurement result measured in the YZ plane, and FIG. 10C shows a measurement result measured in the XZ plane.

図１０（ａ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＹ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＹ平面内において磁場の変化が正弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＹ平面内において余弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図１０（ｂ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＹＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＹＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＹＺ平面内において正弦波状に測定されるものの、測定強度が低いことが確認された。
また、図１０（ｃ）の結果から、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２では、ＸＺ平面内において磁場の変化が余弦波状に測定される。Ｙ軸磁気抵抗効果素子３では、ＸＺ平面内において磁場の変化が測定されない。Ｚ軸磁気抵抗効果素子４では、ＸＺ平面内において余弦波状に測定されるものの、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２より１５°位相が遅れて測定されることが確認された。
以上より、Ｘ軸磁気抵抗効果素子２の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＸ軸と平行になっており、Ｙ軸磁気抵抗効果素子３の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きがＹ軸と平行になっており、Ｚ軸磁気抵抗効果素子４の感度方向、すなわちピンド層の磁化の向きはＸ軸と１５°の角度で交差していることが分かる。 From the result of FIG. 10A, in the X-axis magnetoresistive element 2, the change of the magnetic field is measured in a cosine wave shape in the XY plane. In the Y-axis magnetoresistive element 3, the change of the magnetic field is measured in a sine wave shape in the XY plane. In the Z-axis magnetoresistive effect element 4, although measured in a cosine wave shape in the XY plane, it was confirmed that the measurement intensity was low.
Further, from the result of FIG. 10B, the X-axis magnetoresistance effect element 2 does not measure the change of the magnetic field in the YZ plane. In the Y-axis magnetoresistive element 3, the change in the magnetic field is measured in a cosine wave shape in the YZ plane. In the Z-axis magnetoresistive effect element 4, although measured in a sine wave shape in the YZ plane, it was confirmed that the measurement intensity was low.
Further, from the result of FIG. 10C, in the X-axis magnetoresistive element 2, the change in the magnetic field is measured in a cosine wave shape in the XZ plane. In the Y-axis magnetoresistive effect element 3, the change of the magnetic field is not measured in the XZ plane. In the Z-axis magnetoresistive effect element 4, although measured in a cosine wave shape in the XZ plane, it was confirmed that the measurement was delayed by 15 ° from the X-axis magnetoresistive effect element 2.
From the above, the sensitivity direction of the X-axis magnetoresistance effect element 2, that is, the magnetization direction of the pinned layer is parallel to the X-axis, and the sensitivity direction of the Y-axis magnetoresistance effect element 3, that is, the magnetization direction of the pinned layer is It can be seen that the sensitivity direction of the Z-axis magnetoresistive element 4, that is, the magnetization direction of the pinned layer intersects the X axis at an angle of 15 °, which is parallel to the Y axis.

このように、本発明の磁気センサによれば、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子のそれぞれにおいて、磁場の変化を測定する感度方向が異なるから、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元方向の地磁気レベルの磁界測定が可能となる。   As described above, according to the magnetic sensor of the present invention, the X-axis magnetoresistive effect element, the Y-axis magnetoresistive effect element, and the Z-axis magnetoresistive effect element have different sensitivity directions for measuring the change in the magnetic field. It is possible to measure the magnetic field at the geomagnetic level in the three-dimensional direction of the axis, the Y axis, and the Z axis.

本発明の磁気センサの一実施形態を示す概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the magnetic sensor of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. 本発明の磁気センサで用いられる磁気抵抗効果素子を示す概略構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。It is a schematic block diagram which shows the magnetoresistive effect element used with the magnetic sensor of this invention, (a) is a top view, (b) is a front view. 磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the 1st example of the manufacturing method of a magnetic sensor. 磁気センサの製造方法の第１の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the 1st example of the manufacturing method of a magnetic sensor. 磁気センサの製造方法の第２の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the 2nd example of the manufacturing method of a magnetic sensor. 磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the 3rd example of the manufacturing method of a magnetic sensor. 磁気センサの製造方法の第３の例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the 3rd example of the manufacturing method of a magnetic sensor. 本発明の磁気センサの製造方法の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the manufacturing method of the magnetic sensor of this invention. 本発明の磁気センサの製造方法の第１の例で製造された磁気センサの回りに所定強度の磁場を回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子で検出された磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ｂ）はＹＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ｃ）はＸＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフである。An X-axis magnetoresistive element, a Y-axis magnetoresistive element, and a Z-axis magnetoresistive element are rotated by rotating a magnetic field having a predetermined intensity around the magnetic sensor manufactured in the first example of the magnetic sensor manufacturing method of the present invention. 4A is a graph showing the result of measuring the change in the strength of the magnetic field detected in FIG. 1, FIG. 5A is a graph showing the result of measuring the change in the strength of the magnetic field in the XY plane, and FIG. It is a graph which shows the result of having measured the change of the strength of the magnetic field in the inside, and (c) is the graph which shows the result of having measured the change of the strength of the magnetic field in the XZ plane. 本発明の磁気センサの製造方法の第２の例で製造された磁気センサの回りに所定強度の磁場を回転させ、Ｘ軸磁気抵抗効果素子、Ｙ軸磁気抵抗効果素子、Ｚ軸磁気抵抗効果素子で検出された磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ｂ）はＹＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフであり、（ｃ）はＸＺ平面内における磁場の強さの変化を測定した結果を示すグラフである。A magnetic field of a predetermined intensity is rotated around the magnetic sensor manufactured in the second example of the method for manufacturing a magnetic sensor of the present invention, and an X-axis magnetoresistive element, a Y-axis magnetoresistive element, and a Z-axis magnetoresistive element 4A is a graph showing the result of measuring the change in the strength of the magnetic field detected in FIG. 1, FIG. 5A is a graph showing the result of measuring the change in the strength of the magnetic field in the XY plane, and FIG. It is a graph which shows the result of having measured the change of the strength of the magnetic field in the inside, and (c) is the graph which shows the result of having measured the change of the strength of the magnetic field in the XZ plane. 従来の二次元磁気センサの磁場の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the magnetic field of the conventional two-dimensional magnetic sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・基板、２・・・Ｘ軸磁気抵抗効果素子、３・・・Ｙ軸磁気抵抗効果素子、４・・・Ｚ軸磁気抵抗効果素子、５・・・楔型溝、５ａ・・・斜面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... X-axis magnetoresistive effect element, 3 ... Y-axis magnetoresistive effect element, 4 ... Z-axis magnetoresistive effect element, 5 ... Wedge-shaped groove | channel, 5a ...・ Slopes.

Claims (4)

異なる感度方向をもつ同一の３個以上の磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子が配設される単一基板とを有し、前記磁気抵抗効果素子を構成する磁気抵抗効果膜の磁化の向きが、互いに三次元方向に交差するように形成されたことを特徴とする磁気センサ。 Having three or more identical magnetoresistive effect elements having different sensitivity directions and a single substrate on which the magnetoresistive effect element is disposed, the magnetization of the magnetoresistive effect film constituting the magnetoresistive effect element; A magnetic sensor characterized in that the directions are formed so as to cross each other in a three-dimensional direction. 前記単一基板は少なくとも１つの斜面を有し、前記斜面上に少なくとも１個の磁気抵抗効果素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 1, wherein the single substrate has at least one inclined surface, and at least one magnetoresistive element is disposed on the inclined surface. 前記磁気抵抗効果素子はピンド層とフリー層を含んでなる磁気抵抗効果素子であって、前記ピンド層の磁化の向きが互いに三次元方向に交差するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。 The magnetoresistive effect element is a magnetoresistive effect element including a pinned layer and a free layer, and is formed such that the magnetization directions of the pinned layer intersect each other in a three-dimensional direction. The magnetic sensor according to 1. 請求項１記載の磁気センサにおいて、
前記単一の基板は少なくとも１の斜面を有する溝を備え、当該溝の内部に、前記３個以上の磁気抵抗効果素子のうち、少なくとも１個が配置されていることを特徴とする磁気センサ。

The magnetic sensor according to claim 1,
The single sensor includes a groove having at least one inclined surface, and at least one of the three or more magnetoresistive elements is disposed in the groove.

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