JP2011007801A

JP2011007801A - Magnetic sensor

Info

Publication number: JP2011007801A
Application number: JP2010181624A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sato; 秀樹佐藤; Masayoshi Omura; 昌良大村; Yukio Wakui; 幸夫涌井; Toshiyuki Ohashi; 俊幸大橋; Chihiro Osuga; 千尋大須賀
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2011-01-13

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor having a structure which can be manufactured in one chip.SOLUTION: A via part connected to wiring from magnetic sensor elements 12e-12h (12i-12l), and a pad part taking out the output from the wiring to the outside are provided on a substrate 11, and a plurality of protrusions 15 are sequentially provided on the substrate 11. The plurality of the protrusions 15 have a sequential two tilt surfaces 15a and 15b, the magnetic sensor element 12e is formed on the one tilt surface 15a tilted to the same angle, and the plurality of the magnetic sensor elements 12e-2 and 12e-3 formed on the tilt surface 15a are connected in series by a lead formed on the tilt surface 15a and leads 12e-6 and 12e-7 continued to the lead and formed on the other tilt surface 15b, and the lead is connected to the pad through the wiring.

Description

本発明は、磁界の変化を検出することができる磁気センサに係り、特に、複数の磁気センサ素子を１つの基板内に備えた磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor capable of detecting a change in a magnetic field, and more particularly to a magnetic sensor including a plurality of magnetic sensor elements in one substrate.

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。 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.

特許第３４９８７３７号公報Japanese Patent No. 3498737 特開２００２−２９９７２８号公報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１８（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１８（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. 18A, two chips each 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. 18B, 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１９（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１９（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１９（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. 19A, the GMR elements a to d are bridge-connected to constitute an X-axis sensor. Further, as shown in FIG. 19B, a Y1-axis sensor is configured by GMR elements e to h being bridge-connected. Further, as shown in FIG. 19 (c), the YMR sensor is configured by GMR elements i to l being bridge-connected. The sensitivity direction of the GMR elements a to d constituting the X axis sensor is the X axis direction, the sensitivity direction of the GMR elements e to h constituting the Y1 axis sensor is the Y1 axis direction, and the GMR elements constituting the Y2 axis sensor. The sensitivity directions i to l are set to the Y2 axis direction.

これにより、各センサを構成するＧＭＲ素子に、図１８（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１８（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１９（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。 Thus, when a magnetic field is applied to the GMR elements constituting each sensor in the direction of the arrow in FIG. 18A, 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. 18A, the resistance value increases in proportion to the magnetic field strength. Here, each GMR element is bridge-connected as shown in FIGS. 19A, 19B, and 19C 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 magnetic sensor having a structure that can be easily and easily manufactured in one chip (one substrate).

上記の目的を達成するため、本発明は、複数の磁気センサ素子を１つの基板内に備えた磁気センサであって、基板に磁気センサ素子から配線に接続するビア部と、当該配線から外部に出力を取り出すパッド部とを備えるとともに、当該基板上に複数の突部を連続して備え、複数の突部は２つの連続する傾斜面を有しており、同じ角度で傾斜する一方の傾斜面上に磁気センサ素子が形成されていて、当該一方の傾斜面上に形成された複数の磁気センサ素子同士は当該一方の傾斜面上に形成されたリードおよび当該リードに連続する一方の傾斜面に対向する他方の傾斜面上に形成されたリードにより直列に接続されており、リードは配線を介してパッドに接続されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic sensor having a plurality of magnetic sensor elements in one substrate, the via portion connecting the magnetic sensor element to the wiring on the substrate, and the wiring to the outside. A pad portion for taking out the output, and a plurality of protrusions continuously provided on the substrate, the plurality of protrusions having two continuous inclined surfaces, and one inclined surface inclined at the same angle A magnetic sensor element is formed above, and a plurality of magnetic sensor elements formed on the one inclined surface are connected to a lead formed on the one inclined surface and one inclined surface continuous to the lead. The leads are connected in series by leads formed on the other inclined surface facing each other, and the leads are connected to the pads via wiring.

これにより、正確な磁界を測定することができる。そして、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、小型の磁気センサを提供することが可能となる。この場合、基板に設けられた斜面上に形成するだけであるので、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。 Thereby, an accurate magnetic field can be measured. And since it is provided in one substrate, it is possible to prevent the occurrence of angular deviation like a magnetic sensor formed by assembling a separate sensor, and it is also possible to prevent an increase in size of the sensor, A small magnetic sensor can be provided. In this case, since it is only formed on the slope provided on the substrate, it can be easily and easily fabricated in one substrate.

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。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). is there. 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Ｘ軸センサ用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 a three-axis magnetic sensor, and FIG. 2A shows one X-axis sensor to which a plurality of giant magnetoresistive effect element (GMR) bars are connected. FIG. 2B is a cross-sectional view schematically showing a BB ′ cross section of FIG. 2A, and FIG. (c) is a figure which shows typically the lamination | stacking state inside FIG.2 (b). 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Ｙ１軸センサ用の巨大磁気抵抗効果素子と１つのＹ２軸センサ用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３（ａ）はその平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ部を斜め上方から見た状態を模式的に示す斜視図である。A plan view showing a state in which a plurality of giant magnetoresistive effect elements (GMR) bars are connected to form one giant magnetoresistive effect element for Y1-axis sensor and one giant magnetoresistive effect element for Y2-axis sensor. FIG. 3A is a plan view thereof, and FIG. 3B is a perspective view schematically showing a state where the portion C of FIG. 3A is viewed obliquely from above. 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。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a pinning direction and a sensitivity direction of the triaxial magnetic sensor in FIG. 1, FIG. 4A is a plan view schematically illustrating the entire plane, and FIG. FIG. 4C is a perspective view schematically showing an enlarged D part of FIG. 4A, and FIG. 4C is a perspective view schematically showing an enlarged E part of FIG. ブリッジ結線を示すブロック図であり、図５（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５（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５（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。FIG. 5A is a block diagram showing the bridge connection of the X-axis sensor, FIG. 5B is a block diagram showing the bridge connection of the Y1-axis sensor, and FIG. c) is a block diagram showing the bridge connection of the Y2-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. 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。It is a top view which shows typically the state of ordered heat processing (pinning process). 規則化熱処理（ピニング処理）において用いられヨークを示す図であり、図１７（ａ）はヨークの一部の平面を模式的に示す平面図であり、図１７（ｂ）はヨークを用いて規則化熱処理（ピニング処理）を行う状態を模式的に示す断面図である。FIG. 17A is a diagram showing a yoke used in ordering heat treatment (pinning treatment), FIG. 17A is a plan view schematically showing a part of the plane of the yoke, and FIG. It is sectional drawing which shows typically the state which performs crystallization heat processing (pinning process). 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１８（ａ）は平面図であり、図１８（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.18 (a) is a top view, FIG.18 (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.

以下に、本発明の実施の形態を図に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and may be modified as appropriate without departing from the scope of the present invention. Is possible.

１．実施例１
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。 1. Example 1
As shown in FIG. 1, the triaxial magnetic sensor 10 according to the first embodiment has a square shape having sides along the X axis and the Y axis that are orthogonal to each other in plan view, and is orthogonal to the X axis and the Y axis. A substrate 11 made of quartz or silicon having a small thickness in the Z-axis direction is provided. On the substrate 11, four X-axis GMR elements 12a to 12d, Y1-axis GMR elements 12e to 12h (solid line portions indicating GMR bars described later in FIG. 1), and Y2-axis GMR elements 12i to 12h, respectively. A total of 12 GMR elements composed of 12l (broken line portions indicating GMR bars described later in FIG. 1), pad portions (portions for extracting outputs from wiring: not shown), and via portions (wiring from GMR elements) This via portion is not finally exposed (not shown) and wiring (not shown) is formed. 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（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。 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 X-axis of the substrate 11 (in this case, the left end 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, and the other side is the opposite side. In the vicinity of the right end of the X-axis negative direction (the same applies hereinafter), the Y-axis (in this case, the lower end of FIG. 1A is used as the Y-axis reference point). The direction from the point toward the upper side of the figure is the Y-axis positive direction, and the direction toward the opposite side is the Y-axis negative direction (the same applies below) (hereinafter referred to as the Y-axis center). The first X-axis GMR element 12a is disposed above, and the second X-axis GMR element 12b is disposed below the first X-axis GMR element 12a. 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、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。 The Y1-axis GMR element is composed of a first Y1-axis GMR element 12e, a second Y1-axis GMR element 12f, a third Y1-axis GMR element 12g, and a fourth Y1-axis GMR element 12h. A first Y1-axis GMR element 12e is arranged on the left side of the X-axis central part in the vicinity of the upper end of the Y-axis of the substrate 11, and a second Y1-axis GMR element 12f is arranged on the right side thereof. Further, in the vicinity of the lower end portion of the Y axis of the substrate 11, the third Y1 axis GMR element 12g is arranged on the left side of the X axis central part, and the fourth Y1 axis GMR element 12h is arranged on the right side thereof.

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。 Further, the Y2-axis GMR element includes a first Y2-axis GMR element 12i, a second Y2-axis GMR element 12j, a third Y2-axis GMR element 12k, and a fourth Y2-axis GMR element 12l. Then, in the vicinity of the lower end portion of the Y axis of the substrate 11, the first Y2 axis GMR element 12i is arranged on the left side of the center part of the X axis, and the second Y2 axis GMR element 12j is arranged on the right side thereof. Further, in the vicinity of the upper end portion of the Y axis of the substrate 11, the third Y2 axis GMR element 12k is arranged on the left side of the X axis central part, and the fourth Y2 axis GMR element 121 is arranged on the right side thereof.

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個とするが、偶数個であれば何個でもよい）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。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。 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 four, but any number is acceptable if the number is even) (Good) GMR bars are provided, 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. 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. 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 their longitudinal directions are parallel to the Y axis (perpendicular to the X axis).

また、Ｙ１軸ＧＭＲ素子とＹ２軸ＧＭＲ素子は、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の各斜面上に形成されているとともに、Ｙ１軸ＧＭＲ素子は突部（堤部）１５の第１斜面１５ａ上に形成されており、Ｙ２軸ＧＭＲ素子は突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂ上に形成されている。なお、各斜面１５ａ，１５ｂの傾斜角度は等しく、基板の平面に対してθ（３０°＜θ＜６０°）となるように形成されている。そして、図１（ｂ），図３（ｂ）に示すように、Ｙ１軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲ素子（例えば、１２ｅ−２）とＹ２軸ＧＭＲ素子の各ＧＭＲ素子（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。 The Y1-axis GMR element and the Y2-axis GMR element are formed on the slopes of a plurality of protrusions (banks) 15 whose cross-sectional shape formed on the substrate 11 is trapezoidal, and the Y1-axis GMR element. The element is formed on the first slope 15 a of the protrusion (bank part) 15, and the Y2-axis GMR element is formed on the second slope 15 b of the protrusion (bank part) 15. The slopes 15a and 15b have the same inclination angle and are formed so as to be θ (30 ° <θ <60 °) with respect to the plane of the substrate. As shown in FIGS. 1B and 3B, each GMR element of the Y1-axis GMR element (for example, 12e-2) and each GMR element of the Y2-axis GMR element (for example, 12k-2) Are arranged so as to be back to back with one protrusion 15. In this case, the GMR bars of the Y1-axis GMR elements 12e to 12h and the GMR bars of the Y2-axis GMR elements 12i to 12l are arranged so that their longitudinal directions are parallel to the X axis (perpendicular to the Y axis). ing.

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−２について説明する。また、他のＸ軸ＧＭＲ素子１２ｂ，１２ｃ，１２ｄおよびＹ１軸ＧＭＲ素子１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈおよびＹ２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-2 will be described here. Also, the configurations of the GMR bars of the other X-axis GMR elements 12b, 12c, 12d, Y1-axis GMR elements 12e, 12f, 12g, 12h and Y2-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. In addition, a hard ferromagnetic material such as CoCrPt, which is formed of a spin valve film SV arranged so that its longitudinal direction is perpendicular to the X axis (parallel to the Y axis), is formed below both ends. And magnet films (bias magnet film; hard ferromagnetic thin film layer) 12a-6 and 12a-7 made of a material having a high coercive force. 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 whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field. 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 back-coupled to the magnetized (magnetized) antiferromagnetic film 12a-26 in an exchange-coupled manner so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the positive direction of the X axis. This constitutes a pinned layer.

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バーの長手方向に平行な方向（Ｘ軸に対して垂直方向）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（図４（ａ）の矢印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２２は、各ＧＭＲバーの長手方向に平行な方向（Ｘ軸に対して垂直方向）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（図４（ａ）の矢印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 a direction parallel to the longitudinal direction of each GMR bar (perpendicular to the X axis). 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 formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the positive direction of the X axis (the direction of arrow a1 in FIG. 4A). Similarly, the second X-axis GMR element 22 applies a bias magnetic field in a direction parallel to the longitudinal direction of each GMR bar (a direction perpendicular to the X-axis). The pinned layer is formed so that the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned (fixed) in the positive direction of the X axis (the direction of the arrow b1 in FIG. 4A).

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においては、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４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１方向）になり、図４（ａ）の矢印ａ１，ｂ１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の抵抗値は磁界の大きさに比例して増大することとなる。 Thereby, in the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b, the magnetic field sensitivity direction is the direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, the X-axis positive direction (FIG. 4 ( When the magnetic field is applied in the direction of arrows a1 and b1 in FIG. 4A, the resistance values of the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b are magnetic fields. When the magnetic field is applied in the direction opposite to the directions of arrows a1 and b1 in FIG. 4A, the resistance values of the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b are It 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、第１Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ａおよび第２Ｘ軸ＧＭＲ素子１２ｂと１８０°反対方向で各ＧＭＲバーの長手方向に平行な方向（Ｘ軸に対して垂直方向）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軸負方向（図４（ａ）の矢印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 is 180 ° opposite to the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b and parallel to the longitudinal direction of each GMR bar. A bias magnetic field is applied in a different direction (perpendicular to the X axis). The direction of magnetization (magnetization vector) is the negative direction of the X-axis (the directions of arrows c1 and d1 in FIG. 4A), and the magnetization direction of the pinned layer of the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b is 180. A pinned layer is formed so as to be pinned (fixed) in the opposite direction.

これにより、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、図４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１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４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１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４（ａ）の矢印ｃ１，ｄ１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。 Thereby, the direction of sensitivity of the magnetic field is perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, that is, in the directions of arrows c1 and d1 in FIG. 4A (of the first X-axis GMR element 12a and the second X-axis GMR element 12b). When the magnetic field is applied in the directions of arrows c1 and d1 in FIG. 4A, the resistance values of the third X-axis GMR element 12c and the fourth X-axis GMR element 12d are magnetic fields. When the magnetic field is applied in the direction opposite to the arrows c1 and d1 in FIG. 4A, the resistance values of the third X-axis GMR element 12c and the fourth X-axis GMR element 12d become the magnetic field. Will increase in proportion to the size of.

また、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｆにおいては、図４（ｂ）に模式的に示すように、バイアス磁石膜（例えば、図４（ｂ）に示す１２ｅ−６，１２ｅ−７，１２ｅ−８および１２ｆ−６，１２ｆ−７，１２ｆ−８など）は、各ＧＭＲバー（例えば、図４（ｂ）に示す１２ｅ−２，１２ｅ−３および１２ｆ−２，１２ｆ−３など）の長手方向に平行な方向、即ち、突部（堤部）１５の第１斜面（傾斜角度はθ）１５ａの平面上で、その長手方向がＸ軸に平行な方向（突部（堤部）１５の稜線の走行方向）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）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸正方向かつＺ軸負方向（図４（ｂ）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。 In the first Y1-axis GMR element 12e and the second Y1-axis GMR element 12f, as schematically shown in FIG. 4B, bias magnet films (for example, 12e-6, 12e- shown in FIG. 4B) are used. 7, 12e-8 and 12f-6, 12f-7, 12f-8, etc.) are respectively GMR bars (for example, 12e-2, 12e-3 and 12f-2, 12f-3 shown in FIG. 4B). ) In the direction parallel to the longitudinal direction, that is, on the plane of the first inclined surface (inclination angle θ) 15a of the projection (bank portion) 15, the longitudinal direction is parallel to the X axis (projection (bank portion). ) A bias magnetic field is applied to the traveling direction of 15 ridge lines). The direction of the magnetization (magnetization vector) is pinned in the Y-axis positive direction and the Z-axis negative direction (solid arrow e1 (f1) direction in FIG. 4B) along the first inclined surface 15a of the protrusion (bank portion) 15. A pinned layer is formed so as to be (fixed).

そして、これらの各ＧＭＲバー（図４（ｂ）に示す１２ｅ−２，１２ｅ−３および１２ｆ−２，１２ｆ−３など）がバイアス磁石膜（図４（ｂ）に示す１２ｅ−６，１２ｅ−７，１２ｅ−８および１２ｆ−６，１２ｆ−７，１２ｆ−８など）で直列に接続されている。これにより、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で、突部（堤部）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸正方向かつＺ軸負方向（図４（ｂ）の実線矢印ｅ１（ｆ１）方向）になり、図４（ａ）の矢印ｅ１（ｆ１）方向に成分を持つ磁界が印加された場合に、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１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４（ａ）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、第１Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｅおよび第２Ｙ１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。 These GMR bars (12e-2, 12e-3, 12f-2, 12f-3, etc. shown in FIG. 4B) are bias magnet films (12e-6, 12e-- shown in FIG. 4B). 7, 12e-8 and 12f-6, 12f-7, 12f-8, etc.). Thereby, the sensitivity direction of the magnetic field is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar and is a positive Y-axis direction and a negative Z-axis direction along the first inclined surface 15a of the protrusion (bank) 15 (FIG. 4 ( (b) (solid arrow e1 (f1) direction), and when a magnetic field having a component in the direction of arrow e1 (f1) in FIG. 4A is applied, the first Y1-axis GMR element 12e and the second Y1-axis GMR element The resistance value of 12f decreases in proportion to the magnitude of the magnetic field. When a magnetic field having a component in the direction opposite to the arrow e1 (f1) in FIG. 4A is applied, the first Y1-axis GMR element 12e and the first The resistance value of the 2Y uniaxial GMR element 12f increases in proportion to the magnitude of the magnetic field.

一方、第３Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｇおよび第４Ｙ１軸ＧＭＲ素子１２ｈにおいては、図４（ｃ）に模式的に示すように、バイアス磁石膜（例えば、図４（ｃ）に示す１２ｇ−６，１２ｇ−７，１２ｇ−８および１２ｈ−６，１２ｈ−７，１２ｈ−８など）は、各ＧＭＲバー（例えば、図４（ｃ）に示す１２ｇ−２，１２ｇ−３および１２ｈ−２，１２ｈ−３など）の長手方向に平行な方向、即ち、突部（堤部）１５の第１斜面（傾斜角度はθ）１５ａの平面上で、その長手方向がＸ軸に平行な方向（突部（堤部）１５の稜線の走行方向）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）１５の第１斜面１５ａに沿うＹ軸負方向かつＺ軸負方向（図４（ｃ）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 Y1-axis GMR element 12g and the fourth Y1-axis GMR element 12h, as schematically shown in FIG. 4C, bias magnet films (for example, 12g-6, 12g- shown in FIG. 7, 12g-8 and 12h-6, 12h-7, 12h-8, etc.), each GMR bar (for example, 12g-2, 12g-3 and 12h-2, 12h-3 etc. shown in FIG. 4 (c)) ) In the direction parallel to the longitudinal direction, that is, on the plane of the first inclined surface (inclination angle θ) 15a of the projection (bank portion) 15, the longitudinal direction is parallel to the X axis (projection (bank portion). ) A bias magnetic field is applied to the traveling direction of 15 ridge lines). The direction of magnetization (magnetization vector) is pinned in the Y-axis negative direction and the Z-axis negative direction (solid arrow g1 (h1) direction in FIG. 4 (c)) along the first inclined surface 15a of the protrusion (bank portion) 15. A pinned layer is formed so as to be (fixed).

そして、これらの各ＧＭＲバー（図４（ｃ）に示す１２ｇ−２，１２ｇ−３および１２ｈ−２，１２ｈ−３など）がバイアス磁石膜（図４（ｃ）に示す１２ｇ−６，１２ｇ−７，１２ｇ−８および１２ｈ−６，１２ｈ−７，１２ｈ−８など）で直列に接続されている。これにより、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（ｃ）の実線矢印ｇ１（ｈ１）方向）になり、図４（ａ）の矢印ｇ１（ｈ１）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減少し、図４（ａ）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。 Each of these GMR bars (12g-2, 12g-3 and 12h-2, 12h-3, etc. shown in FIG. 4C) is bias magnet films (12g-6, 12g- shown in FIG. 4C). 7, 12g-8 and 12h-6, 12h-7, 12h-8, etc.). Thereby, the sensitivity direction of the magnetic field is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, and the Y-axis negative direction and the Z-axis negative direction along the first inclined surface 15a of the protrusion (bank portion) 15 (FIG. 4 ( c) (solid arrow g1 (h1) direction), and when a magnetic field having a component in the direction of arrow g1 (h1) in FIG. 4A is applied, the third Y1-axis GMR element 12g and the fourth Y1-axis GMR element The resistance value of 12h decreases in proportion to the magnitude of the magnetic field, and when a magnetic field having a component in the direction opposite to the arrow g1 (h1) in FIG. 4A is applied, the third Y1-axis GMR element 12g and the first The resistance value of the 4Y uniaxial GMR element 12h increases in proportion to the magnitude of the magnetic field.

また、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｊにおいては、図４（ｃ）に模式的に示すように、バイアス磁石膜（例えば、図４（ｃ）に示す１２ｉ−６，１２ｉ−７，１２ｉ−８および１２ｊ−６，１２ｊ−７，１２ｊ−８など）は、各ＧＭＲバー（例えば、図４（ｃ）に示す１２ｉ−２，１２ｉ−３および１２ｊ−２，１２ｊ−３など）の長手方向に平行な方向、即ち、突部（堤部）１５の第２斜面（傾斜角度はθ）１５ｂの平面上で、その長手方向がＸ軸に平行な方向（突部（堤部）１５の稜線の走行方向）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）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸負方向かつＺ軸正方向（図４（ｃ）の破線矢印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 Y2-axis GMR element 12i and the second Y2-axis GMR element 12j, as schematically shown in FIG. 4C, bias magnet films (for example, 12i-6, 12i- shown in FIG. 4C) are used. 7, 12i-8 and 12j-6, 12j-7, 12j-8, etc.) are respectively GMR bars (for example, 12i-2, 12i-3 and 12j-2, 12j-3 shown in FIG. 4C). ) In the direction parallel to the longitudinal direction, that is, on the plane of the second slope (inclination angle θ) 15b of the projecting portion (bank portion) 15, the longitudinal direction is parallel to the X axis (projecting portion (bank portion). ) A bias magnetic field is applied to the traveling direction of 15 ridge lines). The direction of magnetization (magnetization vector) is pinned in the Y-axis negative direction and the Z-axis positive direction (the broken line arrow i1 (j1) direction in FIG. 4C) along the second inclined surface 15b of the protrusion (bank portion) 15. A pinned layer is formed so as to be (fixed).

そして、これらの各ＧＭＲバー（図４（ｃ）に示す１２ｉ−２，１２ｉ−３および１２ｊ−２，１２ｊ−３など）がバイアス磁石膜（図４（ｃ）に示す１２ｉ−６，１２ｉ−７，１２ｉ−８および１２ｊ−６，１２ｊ−７，１２ｊ−８など）で直列に接続されている。これにより、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で、突部（堤部）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸負方向かつＺ軸正方向（図４（ｃ）の破線矢印ｉ１（ｊ１）方向）になり、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、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２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、第１Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｉおよび第２Ｙ２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-2, 12i-3 and 12j-2, 12j-3, etc. shown in FIG. 4C) are biased magnet films (12i-6, 12i- shown in FIG. 4C). 7, 12i-8 and 12j-6, 12j-7, 12j-8, etc.). Thereby, the sensitivity direction of the magnetic field is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, and the Y-axis negative direction and the Z-axis positive direction (FIG. c), and when a magnetic field having a component in the direction of arrow i1 (j1) in FIG. 4A is applied, the first Y2-axis GMR element 12i and the second Y2-axis GMR element The resistance value of 12j decreases in proportion to the magnitude of the magnetic field. When a magnetic field having a component in the direction opposite to the arrow i1 (j1) in FIG. 4A is applied, the first Y2-axis GMR element 12i and the first The resistance value of the 2Y biaxial GMR element 12j increases in proportion to the magnitude of the magnetic field.

一方、第３Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｋおよび第４Ｙ２軸ＧＭＲ素子１２ｌにおいては、図４（ｂ）に模式的に示すように、バイアス磁石膜（例えば、図４（ｂ）に示す１２ｋ−６，１２ｋ−７，１２ｋ−８および１２ｌ−６，１２ｌ−７，１２ｌ−８など）は、各ＧＭＲバー（例えば、図４（ｂ）に示す１２ｋ−２，１２ｋ−３および１２ｌ−２，１２ｌ−３など）の長手方向に平行な方向、即ち、突部（堤部）１５の第２斜面（傾斜角度はθ）１５ｂの平面上で、その長手方向がＸ軸に平行な方向（突部（堤部）１５の稜線の走行方向）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）１５の第２斜面１５ｂに沿うＹ軸正方向かつＺ軸正方向（図４（ｂ）の破線矢印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 Y2-axis GMR element 12k and the fourth Y2-axis GMR element 12l, as schematically shown in FIG. 4B, a bias magnet film (for example, 12k-6, 12k- shown in FIG. 4B) is used. 7, 12k-8 and 12l-6, 12l-7, 12l-8, etc.), each GMR bar (for example, 12k-2, 12k-3 and 12l-2, 12l-3 etc. shown in FIG. 4 (b)) ) In the direction parallel to the longitudinal direction, that is, on the plane of the second slope (inclination angle θ) 15b of the projecting portion (bank portion) 15, the longitudinal direction is parallel to the X axis (projecting portion (bank portion). ) A bias magnetic field is applied to the traveling direction of 15 ridge lines). And the direction of magnetization (magnetization vector) is pinned in the Y-axis positive direction and the Z-axis positive direction (the direction of the broken line arrow k1 (l1) in FIG. 4B) along the second inclined surface 15b of the protrusion (bank portion) 15. A pinned layer is formed so as to be (fixed).

そして、これらの各ＧＭＲバー（図４（ｂ）に示す１２ｋ−２，１２ｋ−３および１２ｌ−２，１２ｌ−３など）がバイアス磁石膜（図４（ｂ）に示す１２ｋ−６，１２ｋ−７，１２ｋ−８および１２ｌ−６，１２ｌ−７，１２ｌ−８など）で直列に接続されている。これにより、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（ｂ）の破線矢印ｋ１（ｌ１）方向）になり、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。 Each of these GMR bars (12k-2, 12k-3 and 12l-2, 12l-3, etc. shown in FIG. 4B) is bias magnet film (12k-6, 12k-- shown in FIG. 4B). 7, 12k-8 and 12l-6, 12l-7, 12l-8, etc.). Thereby, the sensitivity direction of the magnetic field is a direction perpendicular to the longitudinal direction of each GMR bar, and the Y-axis positive direction and the Z-axis positive direction along the second inclined surface 15b of the protrusion (bank portion) 15 (FIG. 4 ( b), the third Y2-axis GMR element 12k and the fourth Y2-axis GMR element when a magnetic field having a component in the arrow k1 (l1) direction in FIG. 4A is applied. The resistance value of 12l decreases in proportion to the magnitude of the magnetic field, and when a magnetic field having a component in the direction opposite to the arrow k1 (l1) in FIG. 4A is applied, the third Y2-axis GMR element 12k and the first The resistance value of the 4Y biaxial GMR element 12l increases in proportion to the magnitude of the magnetic field.

Ｘ軸磁気センサは、図５（ａ）（なお、図５（ａ）〜（ｃ）において、各矢印は各ＧＭＲ素子の固着層が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。 The X-axis magnetic sensor is shown in FIG. 5A (in FIGS. 5A to 5C, each arrow indicates the direction of magnetization when the pinned layer of each GMR element is pinned in the negative y-axis direction. The first to fourth X-axis GMR elements 12a to 12d are configured by full-bridge connection as shown in the equivalent circuit in FIG. 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.

Ｙ１軸磁気センサは、図５（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。 The Y1-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Y1-axis GMR elements 12e-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 the potential Vy1in + (3V in this example) and the potential Vy1in− (0 (V) in this example) are applied. A potential difference of 13h is taken out as sensor output Vy1out.

Ｙ２軸磁気センサは、図５（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。 The Y2-axis magnetic sensor is configured by full-bridge connection of the first to fourth Y2-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 are supplied with the potential Vy2in + (3V in this example) and the potential Vy2in− (0 (V) in this example). A potential difference of 13 l is taken out as sensor output Vy2out.

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（４）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（５）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（６）式により求めることができる。なお、これらの演算はこの基板１１に予め形成されたＬＳＩにより行われることとなる。
Ｈｘ＝２ｋｘ×Ｖｘｏｕｔ・・・（４）
Ｈｙ＝ｋｙ（Ｖｙ１ｏｕｔ−Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｃｏｓθ・・・（５）
Ｈｚ＝ｋｚ（Ｖｙ１ｏｕｔ＋Ｖｙ２ｏｕｔ）／ｓｉｎθ・・・（６）
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３０°＜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。 Based on the obtained outputs Vxout, Vy1out and Vy2out, the magnetic field component Hx in the X-axis direction can be obtained by the following equation (4). Similarly, the magnetic field component Hy in the Y-axis direction can be obtained from the following equation (5), and the magnetic field component Hz in the Z-axis direction can be obtained from the following equation (6). These calculations are performed by an LSI formed in advance on the substrate 11.
Hx = 2kx × Vxout (4)
Hy = ky (Vy1out−Vy2out) / cos θ (5)
Hz = kz (Vy1out + Vy2out) / sinθ (6)
However, (theta) is the inclination-angle of each slope 15a, 15b of the protrusion (bank part) 15, Comprising: (theta) in this case has a relationship of 30 degrees <(theta) <60 degrees. Further, kx, ky, and kz are proportional constants, and if the sensitivity of each sensor is equal, kx = ky = kz.

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６〜図１５の断面模式図に基づいて以下に説明する。なお、図６〜図１５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。 Next, a method for manufacturing the three-axis magnetic sensor having the above-described configuration will be described below based on the schematic cross-sectional views of FIGS. 6 to 15, (a) shows a via portion, (b) shows a pad portion, and (c) shows a Y1-axis GMR portion and a Y2-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６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した。この後、図７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を作製した。ついで、図８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した。 In this method of manufacturing a triaxial magnetic sensor, as shown in FIG. 6, 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. It flattened by applying. After that, as shown in FIG. 7, the interlayer insulating film 11b on the via part and the pad part was removed by etching, and openings 11c and 11d were produced. Next, as shown in FIG. 8, 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. Was formed. Subsequently, after applying a resist on these, it cut into the pattern which forms an opening in a via part and a pad part.

ついで、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、レジストを除去した。これにより、図９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, after removing the nitride film 11f on the via part and the pad part by etching, the resist was removed. Thereby, as shown in FIG. 9, 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１０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、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した。カット後、１５０℃の温度で１０分間の熱処理を行って、図１１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. 10, 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 an opening in the via portion and the pad portion is cut in the formed resist film (thickness: 5 μm) 11j, and protrusions (bank portion) for arranging the Y1-axis GMR element and the Y2-axis GMR element ) The pattern for forming 15 was cut. After the cutting, heat treatment was performed at a temperature of 150 ° C. for 10 minutes to form the 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１２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. 12, 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１３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. 13, 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１１ｍ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、突部（堤部）１５の斜面部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。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 pattern of the bias magnet film 11m, and then the bias magnet film 11m and the base film were etched. In this case, the resist may be tapered by appropriately performing etching at the slopes 15a and 15b of the protrusion (bank part) 15 and performing a heat treatment to adjust the cross-sectional shape of the protrusion (bank part) 15. 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１６を近接させて、後述するように規則化熱処理（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。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）に形成した。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した。これはビア部の縁での断線を予防するためである。 Next, the permanent magnet array 16 was brought close to the obtained laminated body, and regularized heat treatment (pinning treatment) was performed as described later to fix the magnetization direction of the pinned layer P. 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 was 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を切断した。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 was cut. As described above, the triaxial magnetic sensor 10 of the first embodiment shown in FIG. 1 is manufactured.

ここで、規則化熱処理（ピニング処理）は、図１６（なお、図１６においては永久棒磁石片を５個だけ図示している）に模式的に示すように、永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を基板１１上に配置し、これらを真空中で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った。即ち、まず、隣接する永久棒磁石片の上端（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、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，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を配置した。 Here, the regularizing heat treatment (pinning treatment) is performed as shown in FIG. 16 (note that only five permanent bar magnet pieces are shown in FIG. 16), and a permanent bar magnet array (magnet array). 16 were placed on the substrate 11, and these were heated to 260 ° C. to 290 ° C. in a vacuum and left in that state for about 4 hours. That is, first, a permanent bar magnet array (magnet array) 16 is prepared which is arranged in a lattice so that the polarities of the upper ends (lower ends) of adjacent permanent bar magnet pieces are different from each other. Thereafter, the permanent bar magnet pieces 16a (the lower end portion becomes the N pole) are arranged on the center portion of the substrate 11, and the permanent bar magnet pieces 16b on the upper, lower, left and right regions of the permanent bar magnet piece 16a outside the substrate 11. , 16c, 16e (permanent bar magnet array 16 is arranged so that the lower end is the S pole).

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極に隣接する永久棒磁石片１６ｂ，１６ｃ，１６ｅのＳ極に向かう９０°ずつ方向が異なる磁界（図１６の点線矢印）が形成される。かかる磁界を利用して、真空中で２６０℃〜２９０℃に加熱し、その状態で４時間ほど放置することにより、固着層Ｐ（固着層Ｐのピンド層）の磁化の向きが固定されることとなる。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、図４（ａ）のａ１，ｂ１方向にピンド層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、図４（ａ）のｃ１，ｄ１方向にピンド層の磁化の向きが固定されることとなる。 As a result, the directions differ by 90 ° from the N pole of the permanent bar magnet piece 16a disposed on the center of the substrate 11 toward the S pole of the permanent bar magnet pieces 16b, 16c, and 16e adjacent to the N pole. A magnetic field (dotted arrow in FIG. 16) is formed. Using such a magnetic field, the magnetization direction of the pinned layer P (the pinned layer of the pinned layer P) is fixed by heating to 260 ° C. to 290 ° C. in a vacuum and leaving it in that state for about 4 hours. It becomes. As a result, as shown in FIG. 4, 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 a1 and b1 in FIG. In the axial GMR element 12c and the fourth X-axis GMR element 12d, the magnetization direction of the pinned layer is fixed in the c1 and d1 directions in FIG.

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、即ち、図４（ｂ）の矢印ｅ１（ｆ１）方向にピンド層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、即ち、図４（ｃ）の矢印ｇ１（ｈ１）方向にピンド層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、即ち、図４（ｃ）の矢印ｉ１（ｊ１）方向にピンド層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、即ち、図４（ｂ）の矢印ｋ１（ｌ１）方向にピンド層の磁化の向きが固定されることとなる。 On the other hand, in the first Y1-axis GMR element 12e and the second Y1-axis GMR element 12f, the Y-axis positive direction along the first inclined surface 15a of the protrusion (bank portion) 15, that is, the arrow e1 (f1) in FIG. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in the direction. Further, in the third Y1-axis GMR element 12g and the fourth Y1-axis GMR element 12h, the negative Y-axis direction along the first inclined surface 15a of the projecting portion (bank portion) 15, that is, the arrow g1 (h1) in FIG. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in the direction. Further, in the first Y2-axis GMR element 12i and the second Y2-axis GMR element 12j, the negative Y-axis direction along the second inclined surface 15b of the protrusion (bank portion) 15, that is, the arrow i1 (j1) in FIG. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in the direction. Further, in the third Y2-axis GMR element 12k and the fourth Y2-axis GMR element 12l, the Y-axis positive direction along the second inclined surface 15b of the protrusion (bank portion) 15, that is, the arrow k1 (l1) in FIG. The magnetization direction of the pinned layer is fixed in the direction.

なお、このような規則化熱処理（ピニング処理）において、突部（堤部）１５の各斜面１５ａ，１５ｂに対して水平方向に強い磁界を付与することが望ましい。そこで、図１７（ａ）に示すように、永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６の各永久棒磁石片１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅに対応する位置に窓１７ａが形成された鉄製のヨーク１７を用いて、規則化熱処理を行うのが望ましい。この場合、図１７（ｂ）に示すように、上述のように各素子が形成された基板１１の上に永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６を配置し、この基板１１の下にヨーク１７を配置して、これらを真空中で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った。この場合、ヨーク１７を基板１１の下に配置するに際しては、永久棒磁石アレー（マグネットアレー）１６の各永久棒磁石片１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅに対応する位置に窓１７ａが位置するように配置して行った。これにより、突部（堤部）１５の各斜面１５ａ，１５ｂに対して水平方向に強い磁界を付与することができるようになる。 In such an ordered heat treatment (pinning process), it is desirable to apply a strong magnetic field in the horizontal direction to the inclined surfaces 15 a and 15 b of the protrusion (bank portion) 15. Therefore, as shown in FIG. 17A, an iron yoke 17 having a window 17a formed at a position corresponding to each permanent bar magnet piece 16a, 16b, 16c, 16e of a permanent bar magnet array (magnet array) 16 is provided. It is desirable to use a regularized heat treatment. In this case, as shown in FIG. 17B, a permanent bar magnet array (magnet array) 16 is disposed on the substrate 11 on which each element is formed as described above, and a yoke 17 is disposed below the substrate 11. They were placed and heated in a vacuum at 260 ° C. to 290 ° C. and left in that state for about 4 hours. In this case, when the yoke 17 is disposed under the substrate 11, the window 17a is positioned at a position corresponding to each permanent bar magnet piece 16a, 16b, 16c, 16e of the permanent bar magnet array (magnet array) 16. Arranged and went. Thereby, it becomes possible to apply a strong magnetic field in the horizontal direction to the slopes 15 a and 15 b of the protrusion (bank portion) 15.

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…酸化膜（ＳｉＯ₂膜）、１１ｆ…窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）、１１ｇ，１１ｈ…開口部、１１ｉ…上層酸化膜（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…窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄膜）、１１ｐ…ポリイミド膜、１５…突部（堤部）、１２ａ〜１２ｄ…Ｘ軸ＧＭＲ素子、１２ｅ〜１２ｈ…Ｙ１軸ＧＭＲ素子、１２ｉ〜１２ｌ…Ｙ２軸ＧＭＲ素子、１５…突部、１６…永久棒磁石アレー（マグネットアレー）、１７…ヨーク、１７ａ…窓、 10 ... three-axis magnetic sensor of Example 1, 11 ... substrate, 11a ... wiring layer, 11b ... interlayer insulation film, 11c, 11d ... opening, 11e ... oxide film (SiO ₂ film), 11f ... nitride film (Si ₃ N ₄ film), 11g, 11h ... opening, 11i ... upper oxide film (SiO ₂ film), 11j ... resist film, 11k ... opening, 11m ... bias magnet film, 11n ... GMR multilayer film, 11o ... nitride (Si ₃ N ₄ film), 11p ... polyimide film, 15 ... projection (bank portion), 12 a to 12 d ... X-axis GMR element, 12e to 12h ... Y1 axis GMR element 12i to 12l ... Y2 axis GMR element 15 ... collision , 16 ... Permanent bar magnet array (magnet array), 17 ... Yoke, 17a ... Window,

Claims

A magnetic sensor comprising a plurality of magnetic sensor elements in one substrate,
The substrate includes a via portion connected to the wiring from the magnetic sensor element, and a pad portion for taking out an output from the wiring to the outside, and continuously includes a plurality of protrusions on the substrate.
The plurality of protrusions have two continuous inclined surfaces, and a magnetic sensor element constituting a sensor of one axis is formed on one inclined surface inclined at the same angle, and the one inclined A plurality of magnetic sensor elements formed on a surface are connected in series by a lead formed on the one inclined surface and a lead formed on the other inclined surface facing the one inclined surface continuous to the lead. Connected to
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the lead is connected to the pad via the wiring.

A magnetic sensor element constituting a sensor of another axis is formed on the other inclined surface inclined at the same angle, and the plurality of magnetic sensor elements formed on the other inclined surface are the other inclined surface. 2. The magnetism according to claim 1, wherein the magnet is connected in series by a lead formed on the lead and the lead formed on the one inclined surface facing the other inclined surface continuous to the lead. Sensor.

The magnetic sensor according to claim 1, wherein the sensor element is formed at a predetermined angle with respect to each side of the substrate.

4. The magnetic sensor element according to claim 1, wherein a plurality of magnetic sensor elements are arranged in parallel, and adjacent magnetic sensor elements are connected in series by a bias magnet film serving as a lead. A magnetic sensor according to claim 1.

5. The projection according to claim 1, wherein a first inclined surface and a second inclined surface that are inclined in the opposite direction at the same angle are formed so as to be back-to-back. 6. The magnetic sensor described.