JP2008309567A - 磁気センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒステリシス特性に優れた磁気センサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ＧＭＲ素子とＣＶＤ酸化膜１１ｏとの間には，ＧＭＲバー１２ａ−２の表面を覆うように、基板１１の全面に亘って非酸化性雰囲気で成膜したＰＶＤ絶縁膜１１ｒが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気センサ及びその製造方法に関し、特に１つの基板に複数の巨大磁気抵抗効果素子を配置して二軸方向や三軸方向の磁界の強さを検知する磁気センサ及びその製造方法に関する。

従来から、磁気センサに使用される素子として、巨大磁気抵抗効果素子（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にて提案されている。
そして、特許文献１の磁気センサにおいては、同一の基板の表面に平坦面及び平坦面に対して傾斜する斜面が形成されると共に、これら平坦面上及び斜面上に前述の磁気抵抗効果素子がそれぞれ形成されており、これによって、二軸方向や三軸方向の磁界の強さを測定する磁気センサを構成することができる。
ところで、近年では、ピン層における耐強磁界性の向上を目的として、ピン層の磁性層にＲｕ層を挟み込んだＳＡＦ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）構造のＧＭＲ素子を磁気センサに用いることが知られている。

また、このようなＧＭＲ素子は、帯状に形成された複数のＧＭＲバーからなるが、その周面には、ピン層やフリー層等の各層の形成材料が露出しているものである。そこで、ＧＭＲ素子の耐水性、耐熱性、電気絶縁性等を確保するために、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により酸化膜や窒化膜等からなる保護膜（パッシベーション膜）が形成されている。
特開２００６−２６１４００号公報

ところで、上述の磁気センサに使用されるＧＭＲ素子にあっては、プラズマＣＶＤ法等によりＧＭＲ素子を保護する酸化膜を形成する際、チャンバー内にはプラズマにより活性化された酸素が存在しており、この酸素がＧＭＲ素子に吸着してしまうという問題がある。ＧＭＲ素子に酸素が吸着してしまうと、ＧＭＲ素子が局部的に酸化してしまうという問題がある。なお、以上の問題点は、ＴＭＲ素子を被覆する保護膜をプラズマＣＶＤ法等で形成する場合にも同様に存在する。
ＧＭＲ素子のうち、ＧＭＲバーを構成するフリー層の形成材料が酸化してしまうと、フリー層の軟磁気特性が劣化してしまうため、磁化の向きの相対関係に応じた抵抗値を正確に出力できなくなってしまう。その結果、磁気ヒステリシスループが大きくなってしまい、磁気センサの特性（いわゆる、ヒステリシス特性）を悪化させてしまうという問題がある。

以上の問題点は、平坦面及び斜面に形成されるＧＭＲ素子に対して存在するが、特に斜面に形成されるＧＭＲ素子において顕著に現れる。具体的には、ＧＭＲ素子を形成する場合、イオンミリングにより各ＧＭＲバーとして形成されるが、この時露出するＧＭＲバーの周面のうち、ＧＭＲバーの長手方向に沿う側面が基板に対して傾斜（順テーパ）するように形成される。そして、斜面に形成されたＧＭＲ素子のＧＭＲバーは、その斜面の上側と下側とでＧＭＲバーの側面における傾斜の形状が異なり、上側に向かう傾斜に比べ下側に向かう傾斜の方が裾広がりとなる。つまり、下側に向かう傾斜は、他の部分に比べて薄く、フリー層の露出面積が多いため、酸化の影響を受けやすい。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ヒステリシス特性に優れた磁気センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、本発明は以下の手段を提供している。
本発明の磁気センサの製造方法は、基板の上に、シリコン酸化膜により該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成する配置面形成工程と、前記平坦面上及び前記斜面上の少なくともいずれか一方にフリー層、導電層及びピン層を順次積層して磁気抵抗効果素子を形成する素子形成工程と、前記磁気抵抗効果素子の上にＣＶＤ法によりＣＶＤ酸化膜を形成するＣＶＤ膜形成工程とを有する磁気センサの製造方法において、前記素子形成工程と前記ＣＶＤ膜形成工程との間に、前記磁気抵抗効果素子の上に非酸化性雰囲気下で行われるＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりＰＶＤ絶縁膜を形成するＰＶＤ膜形成工程を有することを特徴とする。
一方、本発明の磁気センサは、基板の上に、該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成してなるシリコン酸化膜が設けられるとともに、前記平坦面上及び前記斜面上の少なくともいずれか一方に、フリー層、導電層及びピン層を積層してなる磁気抵抗効果素子が設けられ、前記磁気抵抗効果素子の上にＣＶＤ酸化膜が形成される磁気センサにおいて、前記磁気抵抗効果素子と前記ＣＶＤ酸化膜との間には非酸化性雰囲気で成膜したＰＶＤ絶縁膜が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る磁気センサの製造方法及び磁気センサによれば、ＣＶＤ膜形成工程に先立って磁気抵抗効果素子の上に、非酸化性雰囲気下のチャンバー内でＰＶＤ法によりＰＶＤ絶縁膜を形成するため、ＣＶＤ法により磁気抵抗効果素子上にＣＶＤ酸化膜を形成する際、ＰＶＤ絶縁膜によって磁気抵抗効果素子を保護することができる。すなわち、ＣＶＤ法により活性化された酸素が磁気抵抗効果素子上に吸着して、磁気抵抗効果素子が酸化することを防ぐことができる。
また、非酸化性雰囲気で成膜されたＰＶＤ絶縁膜は、ＣＶＤ酸化膜に比べ酸素原子欠損が多いため、ＣＶＤ酸化膜に比べて膜の密度が粗く柔軟な層となる。つまり、ＣＶＤ酸化膜と磁気抵抗効果素子との間にＰＶＤ絶縁膜を形成することで、ＣＶＤ酸化膜から磁気抵抗効果素子に作用する応力を緩和することもできる。さらに、ＰＶＤ絶縁膜の上に酸素元素欠損の少ないＣＶＤ酸化膜を形成することで、磁気抵抗効果素子を確実に保護して、磁気抵抗効果素子の耐水性、耐熱性、電気絶縁性等を確保することができる。

また、前記ＰＶＤ法は、不活性ガス雰囲気下で行われるスパッタリング法であることを特徴とする。
このように、スパッタリング法により不活性ガス雰囲気下でＰＶＤ絶縁膜を形成することで、磁気抵抗効果素子上に酸素が吸着することを防ぐことができる。

さらに、前記磁気センサにおいては、前記磁気抵抗効果素子が、前記平坦面上及び前記斜面上の両方にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
この磁気センサでは、平坦面及び斜面に配された磁気抵抗効果素子が相互に交差する軸方向の磁気を検出することができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を検出することが可能となる。
そして、上述したように、各磁気抵抗効果のフリー層の軟磁気特性の劣化を低減ことができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を精度よく検出することが可能となる。

本発明によれば、ＣＶＤ膜形成工程に先立って磁気抵抗効果素子の上に、非酸化性雰囲気下のチャンバー内でＰＶＤ法によりＰＶＤ絶縁膜を形成するため、ＣＶＤ法により磁気抵抗効果素子上にＣＶＤ酸化膜を形成する際、ＰＶＤ絶縁膜によって磁気抵抗効果素子を保護することができる。すなわち、ＣＶＤ法により活性化された酸素が磁気抵抗効果素子上に吸着して、磁気抵抗効果素子が酸化することを防ぐことができる。
また、非酸化性雰囲気で成膜されたＰＶＤ絶縁膜は、ＣＶＤ酸化膜に比べ酸素原子欠損が多いため、ＣＶＤ酸化膜に比べて膜の密度が粗く柔軟な層となる。つまり、ＣＶＤ酸化膜と磁気抵抗効果素子との間にＰＶＤ絶縁膜を形成することで、ＣＶＤ酸化膜から磁気抵抗効果素子に作用する応力を緩和することもできる。さらに、ＰＶＤ絶縁膜の上に酸素元素欠損の少ないＣＶＤ酸化膜を形成することで、磁気抵抗効果素子を確実に保護して、磁気抵抗効果素子の耐水性、耐熱性、電気絶縁性等を確保することができる。
これにより、ヒステリシス特性に優れた磁気抵抗効果素子を製造することができる。

以下、図１から図７を参照して本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態の三軸磁気センサ１０は、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、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ（図１（ａ）の後述するＧＭＲバーを示す実線の部分）、Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌ（図１（ａ）の後述するＧＭＲバーを示す破線の部分）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。

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（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へ向かう方向をＸ軸正方向とし、その反対側へ向かう方向をＸ軸負方向とする。以下においても同様である。）の右側端部近傍で、Ｙ軸（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へ向かう方向をＹ軸正方向とし、その反対側へ向かう方向をＹ軸負方向とする。以下においても同様である。）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。

また、Ｙ１軸ＧＭＲ素子は第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅと、第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆと、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇと、第４Ｙ１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軸中央部の左方に第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅが配置され、その右方に第２Ｙ１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軸中央部の左方に第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇが配置され、その右方に第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈが配置されている。

さらに、Ｙ２軸ＧＭＲ素子は第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉと、第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊと、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋと、第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌとにより構成されている。そして、基板１１のＹ軸の下側端部近傍で、Ｘ軸中央部の左方に第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉが配置され、その右方に第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊが配置されている。また、基板１１のＹ軸の上側端部近傍で、Ｘ軸中央部の左方に第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋが配置され、その右方に第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌが配置されている。

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複数個（この場合は、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄについては偶数個とすることが好ましい。）のＧＭＲバーを備えており、これらのＧＭＲバーがリード膜により直列接続され、これらの端部に端子部となるリード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がリード膜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リード膜１２ａ−５，１２ａ−９が接続されて形成されている。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の表面と平行な平坦面上に形成されており、その長手方向がＹ軸に対して平行（Ｘ軸に直交する）になるように配列されている。

Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄを配する前記平坦面は、基板１１の厚さ方向に直交する平坦面であり、例えば図３に示すように、基板１１の上に形成されたＳｉＯ_２膜等のからなる上層酸化膜（シリコン酸化膜）１１ｉによって形成されており、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄは、この上層酸化膜１１ｉの上に、配置されている。

ここで、図３に示すように、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａを構成するＧＭＲバー１２ａ−２の長手方向に沿う両側面２２ａ，２２ｂは、互いに上層酸化膜１１ｉに対して傾斜しており、順テーパ形状に形成されている。

ＧＭＲバー１２ａ−２の上には、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒが形成されている。このＰＶＤ絶縁膜１１ｒは、ＳｉＯ_ｘ（ｘ≦２）等からなる酸素原子欠損の多い酸化膜であり、厚みが例えば、数百Å程度で形成されている。ＰＶＤ絶縁膜１１ｒは、ＧＭＲバー１２ａ−２の表面を覆うように、基板１１の全面に亘って形成されている。
ＰＶＤ絶縁膜１１ｒの上には、ＣＶＤ酸化膜１１ｏが形成されている。このＣＶＤ酸化膜１１ｏは、ＳｉＯ_ｘ（例えば、ＳｉＯ_２）膜等からなり、そのほとんどが化学両論的なＳｉＯ_２として構成された酸素原子欠損の少ない酸化膜であり、例えば厚みが１５００Åで形成されている。すなわち、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒは、酸素原子欠損が多くＣＶＤ酸化膜１１ｏに比べ膜の密度が粗く柔軟な酸化膜として形成され、一方、ＣＶＤ酸化膜１１ｏは酸素原子欠損がほとんどなくＰＶＤ絶縁膜１１ｒと比べ膜の密度が緻密で硬質な酸化膜として形成されている。

ＣＶＤ酸化膜１１ｏの上には、窒化膜１１ｓが形成されている。この窒化膜１１ｓは、ＳｉＮ_ｘ（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４）膜等の硬質な材料からなり、厚みが例えば５０００Åで形成されている。窒化膜１１ｓの上には、ポリイミドからなるポリイミド膜１１ｐが形成されている。

このようにＰＶＤ絶縁膜１１ｒ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓ、ポリイミド膜１１ｐにより、ＧＭＲバー１２ａ−２の保護膜として構成されており、これら保護膜によりＧＭＲバー１２ａ−２の耐水性、耐熱性、電気絶縁性を確保することができる。
なお、ここでは第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのＧＭＲバー１２ａ−２を例にして説明したが、他のＧＭＲバー１２ａ−１，１２ａ−３，１２ａ−４及び、他のＸ軸ＧＭＲ素子１２ｂ〜１２ｄ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。

また、図１（ｂ），図４（ｂ）に示すように、Ｙ１軸ＧＭＲ素子とＹ２軸ＧＭＲ素子は、断面形状が台形状の複数の突部（堤部）１５の各斜面上に形成されているとともに、Ｙ１軸ＧＭＲ素子のＧＭＲバー１２ｅ−１，１２ｅ−２，１２ｅ−３，１２ｅ−４は突部（堤部）１５の第１斜面１５ａ上に形成されており、Ｙ２軸ＧＭＲ素子のＧＭＲバー１２ｋ−１，１２ｋ−２，１２ｋ−３，１２ｋ−４は突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂ上に形成されている。また、これらＧＭＲバー１２ｅ−１〜１２ｅ−４，１２ｋ−１〜１２ｋ−４は、その長手方向が突部（堤部）１５の稜線の走行方向に平行となるように配されている。なお、各斜面１５ａ，１５ｂの傾斜角度は等しく、基板１１の平坦面に対してθ（２０°≦θ≦６０°）となるように形成されている。
そして、Ｙ１軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２）とＹ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲバー（例えば、１２ｋ−２）とが１つの突部１５で互に背中合わせになるように配置されている。この場合、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈの各ＧＭＲバーおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの各ＧＭＲバーは、その長手方向がＸ軸に対して平行（Ｙ軸と垂直）になるように配列されている。

ここで、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌを配する各斜面１５ａ，１５ｂも、例えば図５に示すように、前述した平坦面と同様にして基板１１の上に形成されるＳｉＯ_２膜等からなる上層酸化膜１１ｉによって構成されており、この上層酸化膜１１ｉの上に、各Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌが設けられている。

図５に示すように、第１斜面１５ａ上に配置されたＧＭＲバー１２ｅ−１であって、長手方向に沿う両側面２３ａ、２３ｂは、互いに上層酸化膜１１ｉに対して傾斜しており、上層酸化膜１１ｉに対して順テーパ形状に形成されている。また、第１斜面１５ａの下側に位置する側面２３ｂは、上側に位置する側面２３ａと比べ傾斜が小さく裾広がりに形成されている。

また、ＧＭＲバー１２ｅ−１上にも、前述したＰＶＤ絶縁膜１１ｒが形成されており、そのＰＶＤ絶縁膜１１ｒ上には保護膜として、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ及び窒化膜１１ｓ、ポリイミド膜１１ｐが形成されている。なお、ここでは第１Ｙ軸ＧＭＲ素子１２ｅのＧＭＲバー１２ｅ−１を例にして説明したが、Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜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。

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２，６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−２について説明する。また、他のＸ軸ＧＭＲ素子１２ｂ〜１２ｄおよびＹ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈおよびＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜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。

ここで、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａのＧＭＲバー１２ａ−２は、図２（ｂ）に示すように、その長手方向がＸ軸に対して垂直（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リード膜１２ａ−６，１２ａ−７に接続されている。ここで、リード膜１２ａ−６，１２ａ−７はＣｒ等の非磁性金属膜からなり、その膜厚は例えば１３０ｎｍ（１３００Å）に設定されている。
そして、スピンバルブ膜ＳＶは、図６（ａ）に示すように、基板１１の上に順次積層されたフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．８ｎｍ（２８Å）のＣｕからなる導電性のスペーサ層（導電層）Ｓ、ピン層（固着層、固定磁化層）Ｐ、及び、膜厚が２．５ｎｍ（２５Å）のタンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング層Ｃによって構成されている。

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の上に形成されて膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２と、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２の上に形成されて膜厚が１．２ｎｍ（１２Å）のＣｏＦｅ層１２ａ−２３とからなる。
ここで、ＣｏＺｒＮｂアモルファス磁性層１２ａ−２１、ＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２及びＣｏＦｅ層１２ａ−２３は軟質強磁性体薄膜層を構成している。また、ＣｏＦｅ層１２ａ−２３はＮｉＦｅ層１２ａ−２２のＮｉ、及び、スペーサ層ＳをなすＣｕ層１２ａ−２４の拡散を防止するために設けられている。

ピン層Ｐは、Ｃｕ層１２ａ−２４の上に形成されて膜厚が３．２ｎｍ（３２Å）の第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５と、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の上に形成されて膜厚が０．５ｎｍ（５Å）のＲｕ層１２ａ−２６と、Ｒｕ層１２ａ−２６の上に形成されて膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）の第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７と、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７の上に形成されてＰｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１２ａ−２８とにより構成されている。
なお、上述したフリー層Ｆ及びピン層Ｐを構成する各層や、スペーサ層Ｓ、キャッピング層Ｃの膜厚は、Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの場合のものであり、斜面１５ａ，１５ｂに形成されるＹ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ〜１２ｈ及びＹ２軸ＧＭＲ素子１２ｉ〜１２ｌの場合には、これらを構成する各層がＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄの場合の７０〜８０％程度の膜厚となる。

そして、前述した第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７は、図６（ｂ）に示すように、反強磁性膜１２ａ−２６に交換結合的に裏打されており、その磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸負方向にピン（固定）されている。また、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５は、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７との間で反強磁性的に結合されており、その磁化の向きがＸ軸正方向にピン（固定）されている。すなわち、これら２つのＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５，１２ａ−２７によってピン層Ｐにおける磁化の向きが定められている。

そして、図２（ａ）、図４（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、上述のように構成された第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａにおける磁界の感度方向は、基板１１の平坦面に平行な方向かつフリー層Ｆの磁化の向きに垂直な方向となっており、ＧＭＲバーの長手方向の垂直方向、かつ、Ｘ軸正方向（図４（ａ）の矢印ａ１方向）となっている。また、第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂにおける磁界の感度方向は、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａと同様にＸ軸正方向（図４（ａ）の矢印ｂ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向に磁界が印加された場合には、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１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の抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。

一方、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおける磁界の感度方向は、図４（ａ）に示すように、これらの各ＧＭＲバーの長手方向の垂直方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂと１８０°反対方向となっている。すなわち、これら第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおいては、磁化（磁化ベクトル）の向きがＸ軸負方向（図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１方向で、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａ及び第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂのピン層の磁化の向きと１８０°反対の方向）にピン（固定）されるようにピン層が形成されている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１方向に磁界が印加された場合には、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４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１と反対方向に磁界が印加された場合には、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。

また、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆにおける磁界の感度方向は、図４（ｂ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２，１２ｅ−３および１２ｆ−２，１２ｆ−３等）の長手方向の垂直方向で、突部（堤部）１５の第１斜面（傾斜角度はθ）１５ａに沿うＹ軸正方向かつＺ軸負方向（図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ），（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。

一方、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈにおける磁界の感度方向は、図４（ｃ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｅ−２，１２ｅ−３および１２ｆ−２，１２ｆ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸負方向かつＺ軸負方向（図４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向）となっている。すなわち、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈの磁界の感度方向は、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆと１８０°反対方向となっている
したがって、図４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１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４（ａ），（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１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。

また、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊにおける磁界の方向は、図４（ｃ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｉ−２，１２ｉ−３および１２ｊ−２，１２ｊ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第２斜面（傾斜角度はθ）１５ｂに沿うＹ軸負方向かつＺ軸正方向（図４（ａ），（ｃ）の矢印ｉ１，ｊ１方向）となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｉ１（ｊ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値が磁界の大きさに比例して減少し、図４（ａ）の矢印ｉ１（ｊ１）と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合には、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊの抵抗値が磁界の大きさに比例して増大することとなる。

一方、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌにおける磁界の感度方向は、図４（ｂ）に示すように、これらの各ＧＭＲバー（例えば、１２ｋ−２，１２ｋ−３および１２ｌ−２，１２ｌ−３等）の長手方向に対して垂直な方向で、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸正方向かつＺ軸正方向（図４（ａ），（ｂ）の矢印ｋ１，ｌ１方向）となっている。すなわち、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌの磁界の感度方向は、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊと１８０°反対方向となっている。
したがって、図４（ａ）の矢印ｋ１（ｌ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２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４（ａ）の矢印ｋ１（ｌ１）と反対方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２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。

以上のように構成された三軸磁気センサ１０のうちＸ軸方向（図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向）の磁気を検出するＸ軸磁気センサは、図７（ａ）（なお、図７（ａ）〜（ｃ）において、各矢印は各ＧＭＲ素子のピン層ＰがＹ軸負方向に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。

また、三軸磁気センサ１０のうちＹ１軸方向（図４の矢印ｅ１，ｆ１，ｇ１，ｈ１方向）の磁気を検出するＹ１軸磁気センサは、図７（ｂ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｙ１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Ｖｙ１ｉｎ+（本例では３Ｖ）と電位Ｖｙ１ｉｎ-（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Ｖｙ１ｏｕｔとして取り出される。

さらに、三軸磁気センサ１０のうちＹ２軸方向（図４の矢印ｉ１，ｊ１，ｋ１，ｌ１方向）の磁気を検出するＹ２軸磁気センサは、図７（ｃ）に等価回路を示したように、第１〜第４Ｙ２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Ｖｙ２ｉｎ+（本例では３Ｖ）と電位Ｖｙ２ｉｎ-（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Ｖｙ２ｏｕｔとして取り出される。

そして、得られた出力Ｖｘｏｕｔ，Ｖｙ１ｏｕｔおよびＶｙ２ｏｕｔ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。なお、これらの演算は、例えば基板１１に予め形成されたＬＳＩや、三軸磁気センサ１０に電気接続された別個のＬＳＩチップ等において行われることとなる。
Ｈｘ＝２ｋｘ×Ｖｘｏｕｔ・・・（１）
Ｈｙ＝ｋｙ（Ｖｙ１ｏｕｔ−Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｃｏｓθ・・・（２）
Ｈｚ＝ｋｚ（Ｖｙ１ｏｕｔ＋Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｓｉｎθ・・・（３）
ただし、θは突部（堤部）１５の各斜面１５ａ，１５ｂの傾斜角度であって、この場合のθは２０°≦θ≦６０°の関係を有する。また、ｋｘ，ｋｙ，ｋｚは比例定数であって、各センサの感度が等しければ、ｋｘ＝ｋｙ＝ｋｚとなる。

次に、上述のような構成となる三軸磁気センサ１０の製造方法について、図８〜図１９の断面模式図に基づいて以下に説明する。なお、図８〜図１９において、（ａ）はビア部を示し、（ｂ）はパッド部を示し、（ｃ）はＹ１軸ＧＭＲ部およびＹ２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。

この三軸磁気センサ１０の製造方法においては、はじめに、図８に示すように、配線層１１ａが形成された基板（石英基板又はシリコン基板）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。次いで、図９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、配線層１１ａを外方に露出させる開口部１１ｃ，１１ｄを作製する。その後、図１０に示すように、これらの表面に、例えばＳｉＯ_２膜等からなる酸化膜（ＳｉＯ_ｘ、厚み：１５００Å）１１ｅと、例えばＳｉ_３Ｎ_４膜等からなる窒化膜（ＳｉＮ_ｘ、厚み：５０００Å）１１ｆとをプラズマＣＶＤ法により成膜する。そして、これらの上にレジストを塗布した後、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する。

次いで、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、レジストを除去すると、図１１に示すように、窒化膜１１ｆにはビア部上およびパッド部上に酸化膜１１ｅを外方に露出させる開口部１１ｇ，１１ｈが形成されることになる。なお、この開口部１１ｇ，１１ｈの形成に際しては、酸化膜１１ｅはエッチングしきらずに残存させるようにし、また、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する。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。

その後、図１２に示すように、これら窒化膜１１ｆ、酸化膜１１ｅの上に、例えばＳｉＯ_２膜等からなる上層酸化膜（ＳｉＯ_ｘ、厚み：５μｍ）１１ｉをプラズマＣＶＤ法により成膜する。次いで、この上層酸化膜１１ｉの上にレジストを塗布してレジスト膜（厚み：５μｍ）１１ｊを形成する（配置面形成工程）。そして、このレジスト膜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、Ｙ１軸ＧＭＲ素子およびＹ２軸ＧＭＲ素子の配列用の突部（堤部）１５を形成するためのパターンをカットする。このカット後には、１５０℃の温度で１〜１０分間の熱処理を行って、図１３に示すように、レジスト膜１１ｊのカド部をテーパ状に形成（テーパ化）する。

その後、上層酸化膜１１ｉ及びレジスト膜１１ｊをほぼ同じ比率でエッチングする条件、かつ、このエッチング後に上層酸化膜１１ｉの残存する厚さが最大で約０．５μｍ（約５０００Åとなる条件でドライエッチングを行う。なお、このドライエッチングに際しては、ビア部およびパッド部において上層酸化膜１１ｉの開口幅（径）が窒化膜１１ｆの開口幅（径）よりも大きくならないようにする。
そして、このドライエッチングの終了後に残存するレジスト膜１１ｊを除去することで、図１４に示すように、ＧＭＲ部に上層酸化膜１１ｉからなる突部（堤部）１５が形成されることになる。

さらに、この上層酸化膜１１ｉ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、エッチングを行う。そして、このエッチングで残存したレジストを除去することにより、図１５に示すように、ビア部に開口１１ｋが形成されて、基板１１の最上層の配線層１１ａが外方に露出することになる。なお、このエッチングにおいては、図示例のようにパッド部における配線層１１ａ上の酸化膜１１ｅ及び上層酸化膜１１ｉを残存させてもよいが、例えば、ビア部と同様に、これら酸化膜１１ｅ及び上層酸化膜１１ｉも同時に除去してパッド部における配線層１１ａを外方に露出させるとしても構わない。

その後、図１６に示すように、Ｃｒ等の材質からなるリード膜１１ｍ（後に、例えば、図２（ａ）に示すリード膜１２ａ−５，１２ａ−６，１２ａ−７，１２ａ−８，１２ａ−９等をなす）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のＰＶＤ法によって、上層酸化膜１１ｉ上およびビア部において露出する配線層１１ａ上に形成する。そして、これらの上層酸化膜１１ｉおよびリード膜１１ｍの上にレジストを塗布して、このレジストをリード膜１１ｍのパターンにカットした後、リード膜１１ｍのエッチングを行う。
この場合、突部（堤部）１５の斜面１５ａ，１５ｂ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熱処理を行ってレジストをテーパ化してもよい。なお、このエッチング終了後には上層酸化膜１１ｉ上に残存するレジストを除去する。

そして、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等をなす）をこれら上層酸化膜１１ｉおよびリード膜１１ｍの表面上に形成する（素子形成工程）。
この素子形成工程においては、図６に示したように、基板１１の上にフリー層（自由層、自由磁化層）Ｆ、膜厚が２．８ｎｍ（２８Å）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）のタンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）からなるキャッピング層Ｃを順次積層することで、前記ＧＭＲ多層膜１１ｎが形成されることになる。

また、この工程におけるフリー層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、膜厚が３．３ｎｍ（３３Å）のＮｉＦｅ磁性層１２ａ−２２、及び、膜厚が１．２ｎｍ（１２Å）のＣｏＦｅ層１２ａ−２３を順次積層することで形成される。
さらに、この工程におけるピン層Ｐは、膜厚が３．２ｎｍ（３２Å）の第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５、膜厚が０．５ｎｍ（５Å）のＲｕ層１２ａ−２６、膜厚が２．２ｎｍ（２２Å）の第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７、及び、Ｐｔを４５〜５５ｍｏｌ％含むＰｔＭｎ合金からなる膜厚が２４ｎｍ（２４０Å）の反強磁性膜１２ａ−２８を順次積層することで形成される。

その後、ＧＭＲ多層膜１１ｎを形成した基板１１に永久棒磁石アレー１６（図２２参照）を近接させて、後述する規則化熱処理（ピニング処理）を行い、ピン層Ｐの磁化の向きを固定させる（規則化熱処理工程）。
そして、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。また、イオンミリングによりＧＭＲ多層膜１１ｎは各々分離され、この時露出される面が各ＧＭＲ多層膜１１ｎの周面（例えば、側面２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ）として形成されることとなる。なお、このイオンミリングでは、ビア部においてＧＭＲ多層膜１１ｎ及びリード膜１１ｍの双方が残るようにしており、これによってビア部の縁におけるリード膜１１ｍの断線を予防することができる。

次に、レジスト膜を除去し、外方に露出する酸化膜１１ｅ、上層酸化膜１１ｉ、リード膜１１ｍ及びＧＭＲ多層膜１１ｎの上に、保護膜を形成していく。

そこで、まずＧＭＲ多層膜１１ｎの表面にＳｉＯ_Ｘ等の酸化膜（厚み：数百Å）からなるＰＶＤ絶縁膜１１ｒを形成する（ＰＶＤ膜形成工程）。具体的には、アルゴン、窒素等の不活性ガスが充填された不活性ガス雰囲気下のチャンバー内で、酸化ケイ素をターゲットに用いてスパッタリング法により成膜する。
ここで、スパッタリング法によりＳｉＯ_Ｘ等からなる酸化膜を形成する際、通常、反応性スパッタリング法を用いている。つまり、ターゲットから削られ酸素原子欠損が生じている生成物と酸素原子とを結びつかせて化学両論的な酸化膜を得ることを目的として、チャンバー内に不活性ガスとともに酸素を充填して行うが、本実施形態においては、チャンバー内には酸素を充填せずに不活性ガスのみを充填している。

このように、スパッタリング法により、チャンバー内に酸素を充填せず、不活性ガスのみを充填した雰囲気下（非酸化性雰囲気下）でＰＶＤ絶縁膜１１ｒを形成することで、ＧＭＲ多層膜１１ｎの上に酸素が吸着することなくＧＭＲ多層膜１１ｎを被覆することができる。なお、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒは、真空蒸着法、レーザアブレーション法等、スパッタリング法以外のＰＶＤ法により形成することも可能である。

次に、図１８に示すように、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒ上に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ_ｘのうち化学両論的なＳｉＯ_２を多く含んだ酸化膜（厚み：１５００Å）からなるＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成する（ＣＶＤ膜形成工程）。具体的には、チャンバー内に基板１１を載置し、その基板１１を約２５０℃に加熱する。そして、チャンバー内に反応ガスを充填し、プラズマによりエネルギーを加えて活性化させ、ガス反応を促進させることで成膜する。

さらに、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ上に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ_ｘ（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４）膜等からなる窒化膜１１ｓ（厚み：５０００Å）を形成する。具体的には、前述したＣＶＤ酸化膜１１ｏの形成方法と同様に、チャンバー内に基板１１を載置し、その基板１１を約２５０℃に加熱する。そして、チャンバー内に反応ガスを充填し、プラズマによりエネルギーを加えて活性化させ、ガス反応を促進させることで成膜する。なお、ＣＶＤ酸化膜１１ｏや窒化膜１１ｓ等の酸化膜、窒化膜の形成方法は、プラズマＣＶＤ法の他に、熱や光を用いたＣＶＤ法で行うことも可能である。
そして、図１９に示すように、窒化膜１１ｓの上にポリイミド膜１１ｐを成膜する。このように、ＧＭＲ多層膜１１ｎ上にＰＶＤ絶縁膜１１ｒ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓ、ポリイミド膜１１ｐを成膜することにより、ＧＭＲ多層膜１１ｎの保護膜が形成されることになる。

そして、パッド部上のポリイミド膜１１ｐをマスクとして、パッド部の配線層１１ａ上の酸化膜１１ｅ、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓをエッチングにより除去してパッド部を開口して、露出する配線層１１ａからなる電極パッドを形成し、最後に基板１１を切断する。以上により、図１に示した三軸磁気センサ１０の製造が完了する。

なお、上述した保護膜および電極パッドの形成は、上記実施形態の手順に限ることはない。すなわち、例えばＰＶＤ絶縁膜１１ｒ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓを成膜した後に、パッド部上のＰＶＤ絶縁膜１１ｒ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓをエッチングにより除去してパッド部を開口してパッド部の配線層１１ａを露出させる。次いで、これらＰＶＤ絶縁膜１１ｒ、ＣＶＤ酸化膜１１ｏ、窒化膜１１ｓ、配線層１１ａの上にポリイミド膜１１ｐを成膜して保護膜を形成する。最後に、パッド部上のポリイミド膜１１ｐをエッチングにより除去してパッド部の配線層１１ａを再度露出させて、この配線層１１ａからなる電極パッドを形成するとしてもよい。

そして、前述した規則化熱処理（ピニング処理）は、図２０，２１（なお、図２０においては永久棒磁石片を５個だけ図示している）に示すように、ＧＭＲ多層膜１１ｎを形成した表面とは反対側となる基板１１の裏面側に永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を配置し、これら基板１１および永久棒磁石アレー１６を真空中で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行う。
すなわち、はじめに、隣接する永久棒磁石片の下端の極性が互いに異なるように格子状に配列された永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を用意する。この後、基板１１の中心部上で永久棒磁石片１６ａ（下端部がＮ極となる）が配列されるように、かつ、基板１１の外側で永久棒磁石片１６ａの上下左右の領域上に永久棒磁石片１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ（下端部がＳ極となる）が配列されるように永久棒磁石アレー１６を配置する。

これにより、基板１１の中心部の上に配置された永久棒磁石片１６ａのＮ極から、このＮ極に隣接して基板１１の外側に配置された永久棒磁石片１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅのＳ極に向かう９０°ずつ方向が異なる磁界Ｈ（図２０の点線矢印）が形成され、磁界Ｈは、永久棒磁石片１６ａのＮ極から各ＧＭＲ素子（例えば、図２１のＸ軸ＧＭＲ素子１２ａ〜１２ｄ）に到達することになる。

そして、磁界Ｈを利用して、真空中で２６０℃〜２９０℃に加熱し、その状態で４時間ほど放置した後には、例えば図６（ｂ）に示すように、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７の磁化の向きが、磁界Ｈと逆向きの状態で反強磁性膜１２ａ−２８に交換結合的に裏打ちされて固定されることになる。また、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の磁化の向きは、第２ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２７との反強磁性的な結合によって磁界Ｈと同じ向きの状態で固定されることになる。
なお、第１ＣｏＦｅ磁性層１２ａ−２５の磁化の向きは、規則化熱処理において付与する磁界Ｈと同じ向きに固定されるとしても構わない。

この結果、図４に示したように、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂにおいては、Ｘ軸正方向、すなわち、図４（ａ）のａ１，ｂ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定され、第３Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｃおよび第４Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｄにおいては、Ｘ軸負方向、すなわち、図４（ａ）のｃ１，ｄ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。

一方、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆにおいては、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸正方向、すなわち、図４（ｂ）の矢印ｅ１，ｆ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。また、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈにおいては、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸負方向、すなわち、図４（ｃ）の矢印ｇ１，ｈ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。

さらに、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊにおいては、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸負方向、すなわち、図４（ｃ）の矢印ｉ１，ｊ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。
また、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌにおいては、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸正方向、すなわち、図４（ｂ）の矢印ｋ１，ｌ１方向にピン層Ｐの磁化の向きが固定されることとなる。

ここで、本実施形態のようにＧＭＲ素子とＣＶＤ酸化膜との間に、ＧＭＲ素子を覆うＰＶＤ絶縁膜を形成した場合と、従来のようにＧＭＲ素子の表面上に直接、ＣＶＤ酸化膜を形成した場合とで、Ｘ軸ＧＭＲ素子、Ｙ１軸ＧＭＲ素子、Ｙ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲ素子のヒステリシス特性を比較する試験を行った。なお、本試験のＰＶＤ絶縁膜は、チャンバー内に充填する不活性ガスにアルゴンを用い、ターゲットにＳｉＯ_２の焼結体を用いたスパッタリング法により形成した。
図２２，２３のグラフは、各ＧＭＲ素子のヒステリシス特性を示しており、その横軸は各ＧＭＲ素子のヒステリシス値［μＴ］を示している。また、グラフの縦軸は各ＧＭＲ素子の全体の試験数を１００とした時の度数［％］を示す。ここで、ヒステリシス値とは、外部の磁場の強さを変化させた時の出力を示すヒステリシス曲線において、出力が０となる時の正の磁場と負の磁場の強さの差とする。

そして、従来の場合のヒステリシス値の分布は、図２３に示すように、Ｘ軸ＧＭＲ素子、Ｙ１軸ＧＭＲ素子、Ｙ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲ素子のいずれにおいても、３．５［μＴ］から４．０［μＴ］の付近で１０［％］から１１［％］と集中していることがわかる。また、この分布にはバラツキ（分布の広がり）があり、分布範囲は少なくとも０．５［μＴ］から１３［μＴ］まで広がっている。
従来では、ＧＭＲ素子上に、直接、ＣＶＤ酸化膜を形成していたため、ＣＶＤ酸化膜の成膜時に、チャンバー内でプラズマにより活性化された酸素がＧＭＲ素子に吸着して、ＧＭＲ素子が酸化してしまう結果、ヒステリシス値が高く、バラツキも生じてしまっていたものと考えられる。

一方、本実施形態の場合のヒステリシス値の分布は、図２２に示すように、各ＧＭＲ素子のいずれにおいても、１．０［μＴ］付近で、６５［％］から７０［％］と従来の場合よりも高い度数で集中している。また、ヒステリシス値の分布範囲も０．５［μＴ］から４．０［μＴ］までの間に収まっており従来の場合と比較してバラツキが少ない。
本実施形態では、ＣＶＤ酸化膜との間に、チャンバー内に酸素を充填しない不活性ガス雰囲気下でＰＶＤ絶縁膜を形成しているため、ＣＶＤ酸化膜の成膜時に、ＰＶＤ絶縁膜によってチャンバー内で活性化された酸素がＧＭＲ素子に吸着することを防ぐことができるのではないかと考えられる。

以上のように、本実施形態の三軸磁気センサ１０の製造方法によれば、ＧＭＲ素子を保護する保護膜を形成する際、ＣＶＤ酸化膜１１ｏの形成工程に先立ってＧＭＲ素子上にスパッタリング法によりＰＶＤ絶縁膜１１ｒを形成するため、チャンバー内に酸素を充填しない不活性ガス雰囲気下でＧＭＲ素子を被覆することができる。
そして、プラズマＣＶＤ法によりＰＶＤ絶縁膜１１ｒ上にＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成することで、プラズマにより反応ガスが活性化された雰囲気下でＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成しても、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒによってＧＭＲ素子を保護することができる。したがって、活性化された酸素がＧＭＲ素子に吸着して、ＧＭＲ素子のうち、ＧＭＲバーを構成するフリー層Ｆが酸化することによるフリー層Ｆの軟磁気特性の劣化を防ぐことができる。これにより、ＧＭＲ素子のヒステリシスループ小さくすることができるため、ヒステリシス特性に優れたＧＭＲ素子を製造することができる。

特に、第１斜面１５ａ（及び第２斜面１５ｂ）に形成されたＧＭＲ素子のＧＭＲバーにおいて、長手方向に沿う下側の側面２３ｂは、上側の側面２３ａに比べ裾広がりに形成されるため、側面２３ｂには酸素が吸着しやすくなってしまうが、このような場合に対してもＧＭＲバーを確実に保護して、酸化を防ぐことができる。

さらに、各ＧＭＲ素子のＧＭＲバーとＣＶＤ酸化膜１１ｏとの間にＰＶＤ絶縁膜１１ｒが形成され、このＰＶＤ絶縁膜１１ｒはＣＶＤ酸化膜１１ｏに比べ酸素原子欠損が多い層として構成されているため、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒはＣＶＤ酸化膜１１ｏに比べて膜の密度が粗く柔軟な層となる。したがって、ＣＶＤ酸化膜１１ｏや窒化膜１１ｓのような硬質で応力が強い層から各ＧＭＲ素子のＧＭＲバーに作用する応力を緩和することもできる。さらに、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒの上に酸素元素欠損の少ないＣＶＤ酸化膜１１ｏを形成することで、ＧＭＲ素子を確実に保護して、ＧＭＲ素子の耐水性、耐熱性、電気絶縁性等を確保することができる。したがって、ＧＭＲ素子のヒステリシス特性の悪化を防ぐことができる。

また、平坦面上及び斜面１５ａ，１５ｂ上に各々ＧＭＲ素子を形成した三軸磁気センサ１０では、相互に交差する軸方向の磁気を検出することができるため、二軸方向あるいは三軸方向の磁気を検出することが可能となる。

なお、上記実施形態において、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒをスパッタリング法により、ＣＶＤ酸化膜１１ｏに比べて酸素原子欠損が多いＳｉＯ_Ｘ（ｘ≦２）からなる酸化膜として形成したが、ＳｉＯ_Ｘ（ｘ≦２）の酸化膜に限らず、スパッタリング法のようにチャンバー内に酸素を充填しない形成方法で形成すれば、ＴａＯ、ＭｇＯ、ＡｌＯ、ＳｉＮ、ＡｌＮ等の酸化膜や窒化膜で形成することも可能である。

また、本実施形態においては、ＰＶＤ絶縁膜を基板の全面に形成した場合について説明したが、ＰＶＤ絶縁膜の形成領域は、それに限ることはなく、少なくともＧＭＲ素子を覆うように形成されていればよい。例えば、図２４に示すように、基板上のパッド部（図８〜１９に示す（ｂ）の領域）における配線層１１ａ形成領域を除く領域のみに形成してもよい。

なお、上記実施形態において、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒは、酸化ケイ素をターゲットに用いてスパッタリング法により、ＣＶＤ酸化膜１１ｏに比べて酸素原子欠損が多いＳｉＯ_ｘ（ｘ≦２）からなる酸化膜として形成したが、ＰＶＤ絶縁膜１１ｒは、ＳｉＯ_ｘ（ｘ≦２）の酸化膜に限られない。スパッタリング法のようにチャンバー内に酸素を充填しない形成方法で形成すれば、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等をターゲットに用いて、ＣＶＤ酸化膜１１ｏに比べて酸素原子欠損が多い、酸化膜や窒化膜からなるＰＶＤ絶縁膜を形成することも可能である。また、スパッタリング装置のターゲットに、ＣＶＤ酸化膜１１ｏに比べて酸素原子欠損が多い酸化物や窒化物を用いることもできる。なお、ＰＶＤ絶縁膜は、ＧＭＲ素子に磁気的な影響を与えない非磁性、かつ電圧を印加したときに電流の流れにくい絶縁性の金属酸化膜、金属窒化膜等で形成することが好ましい。このような非磁性かつ絶縁性のＰＶＤ絶縁膜を用いることで、ＰＶＤ絶縁膜の形成領域は基板の全面に形成することができる。この場合は、その後にパッド部を露出させる。ここで非磁性とは、外部磁界を取り去ったときに磁化せず、かつ磁気センサとして機能できるようにＧＭＲバーに磁気的な影響を与えにくい性質をいい、強磁性及び反強磁性の物質を除く意味で用いている。すなわち、反磁性、常磁性の物質ならば非磁性となり得る。

また、本実施形態においては、ＰＶＤ絶縁膜を基板の全面に形成した後に、パッド部を選択的エッチングにより開口した場合について説明をしたが、ＰＶＤ絶縁膜の形成領域は、全面に限られることはなく、少なくともＰＶＤ絶縁膜を形成後にパッド部が開口できるようにＧＭＲ素子を覆うような領域であればよい。例えば、図２４に示すように、基板１１上のパッド部（図８〜１９に示す（ｂ）の領域）における配線層１１ａ形成領域を除く領域に形成してもよい。このように配線層１１ａ形成領域を除く領域にレジスト膜を形成することで、配線層１１ａ形成領域に形成されたＰＶＤ絶縁膜１１ｒを必要によりイオンミリングにて除去することができる。すなわち、選択的エッチングの難しい絶縁膜（ＭｇＯ等）をイオンミリングにて除去することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る磁気センサを模式的に示す概略構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’矢視断面図である。 図１の磁気センサを構成する巨大磁気抵抗効果素子を模式的に示しており、（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Ｘ軸用の巨大磁気抵抗効果素子を構成された状態を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’矢視断面図である。 図２のＯ−Ｏ’線に相当する部分における巨大磁気抵抗効果素子の概略断面図である。 図１の三軸磁気センサのピニング方向と感度方向を示しており、図４（ａ）は全体の平面を模式的に示す平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＤ部を拡大して模式的に示す斜視図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＥ部を拡大して模式的に示す斜視図である。 図１のＪ部に相当する部分における巨大磁気抵抗効果素子の概略断面図である。 図１の磁気センサを構成する巨大磁気抵抗効果素子を示しており、（ａ）は図２（ｂ）の内部の積層状態を模式的に示す図であり、（ｂ）はピン層における第１ＣｏＦｅ磁性層及び第２ＣｏＦｅ磁性層の磁化の向きを模式的に示す図である。 ブリッジ結線を示すブロック図であり、図７（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７（ｂ）はＹ１軸センサのブリッジ結線を示すブロック図であり、図７（ｃ）はＹ２軸センサのブリッジ結線を示すブロック図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 図１の磁気センサの製造工程を模式的に示す概略断面図である。 規則化熱処理（ピニング処理）の状態を模式的に示す概略平面図である。 図２０のＧ−Ｇ’矢視断面図である。 本実施形態におけるＧＭＲ素子のヒステリシス値に対する度数分布を示すグラフである。 従来におけるＧＭＲ素子のヒステリシス値に対する度数分布を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る磁気センサのＰＶＤ絶縁膜の形成領域を模式的に示す概略構成図である。

符号の説明

１０…三軸磁気センサ、１１…基板、１１ｉ…上層酸化膜（シリコン酸化膜）、１１ｎ…ＧＭＲ多層膜（ＧＭＲ素子）、１１ｏ…ＣＶＤ酸化膜、１１ｒ…ＰＶＤ絶縁膜、１２ａ〜１２ｄ…Ｘ軸ＧＭＲ素子、１２ｅ〜１２ｈ…Ｙ１軸ＧＭＲ素子、１２ｉ〜１２ｌ…Ｙ２軸ＧＭＲ素子、１２ａ−２５…第１ＣｏＦｅ磁性層（第１磁性層）、１２ａ−２６…Ｒｕ層、１２ａ−２７…第２ＣｏＦｅ磁性層（第２磁性層）、１２ａ−２８…反強磁性膜、１５ａ…第１斜面、１５ｂ…第２斜面、１６…永久棒磁石アレー（マグネットアレー）、Ｆ…フリー層、Ｈ…磁界、Ｐ…ピン層、Ｓ…スペーサ層（導電層）

Claims (4)

1. 基板の上に、シリコン酸化膜により該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成する配置面形成工程と、
   前記平坦面上及び前記斜面上の少なくともいずれか一方にフリー層、導電層及びピン層を順次積層して磁気抵抗効果素子を形成する素子形成工程と、
   前記磁気抵抗効果素子の上にＣＶＤ法によりＣＶＤ酸化膜を形成するＣＶＤ膜形成工程とを有する磁気センサの製造方法において、
   前記素子形成工程と前記ＣＶＤ膜形成工程との間に、前記磁気抵抗効果素子の上に非酸化性雰囲気下で行われるＰＶＤ法によりＰＶＤ絶縁膜を形成するＰＶＤ膜形成工程を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
2. 前記ＰＶＤ法は、不活性ガス雰囲気下で行われるスパッタリング法であることを特徴とする請求項１記載の磁気センサの製造方法。
3. 基板の上に、該基板の厚さ方向に直交する平坦面と該平坦面に対して傾斜する斜面とを形成してなるシリコン酸化膜が設けられるとともに、
   前記平坦面上及び前記斜面上の少なくともいずれか一方に、フリー層、導電層及びピン層を積層してなる磁気抵抗効果素子が設けられ、
   前記磁気抵抗効果素子の上にＣＶＤ酸化膜が形成される磁気センサにおいて、
   前記磁気抵抗効果素子と前記ＣＶＤ酸化膜との間には非酸化性雰囲気で成膜したＰＶＤ絶縁膜が形成されていることを特徴とする磁気センサ。
4. 前記磁気抵抗効果素子が、前記平坦面上及び前記斜面上の両方にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサ。

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