JP2013172040A - Magnetic sensor and manufacturing method of the same - Google Patents

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Masayuki Obana
雅之 尾花
Hideto Ando
秀人 安藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor capable of detecting, with a high sensitivity, a magnetic field by using soft magnetic materials arranged to face each other.SOLUTION: A magnetic sensor comprises: a magnetic element S which is formed by laminating a magnetic layer and a non-magnetic layer on a substrate 2 and which exhibits a magnetoresistance effect; a first soft magnetic material 4 which converts a first vertical magnetic field component from above into a first horizontal magnetic field component and applies the first horizontal magnetic field component to the magnetic element S; and a second soft magnetic material 5 which converts a second vertical magnetic field component from below into a second horizontal magnetic field component and applies the second horizontal magnetic field component to the magnetic element S. The magnetic element S is arranged between the first soft magnetic material 4 and the second soft magnetic material 5.

Description

本発明は、軟磁性体を用いて磁束を磁気素子が検知できる方向に変換する磁気センサに係わり、特に前記磁気素子が磁気抵抗効果素子である磁気センサに関する。   The present invention relates to a magnetic sensor that converts a magnetic flux into a direction that can be detected by a magnetic element using a soft magnetic material, and more particularly to a magnetic sensor in which the magnetic element is a magnetoresistive element.

磁気素子を用いた磁気センサは、例えば、携帯電話等の携帯機器に組み込まれる地磁気を検知する地磁気センサとして使用される。   A magnetic sensor using a magnetic element is used as a geomagnetic sensor for detecting geomagnetism incorporated in a portable device such as a mobile phone.

地磁気センサは、水平面内に直交するX軸方向及びY軸方向と、前記水平面に直交する垂直方向(Z軸方向)との磁界成分を各々検知することができるように構成されている。   The geomagnetic sensor is configured to detect magnetic field components in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other in the horizontal plane and the vertical direction (Z-axis direction) orthogonal to the horizontal plane.

ところが、基板表面に磁性層と非磁性層とが積層されてなる磁気抵抗効果を発揮する磁気素子を用いた磁気センサでは、前記基板表面に平行な水平磁界成分は検知できるが前記基板表面に対して垂直方向の磁界成分は検知できない。   However, in a magnetic sensor using a magnetic element that exhibits a magnetoresistive effect in which a magnetic layer and a nonmagnetic layer are laminated on a substrate surface, a horizontal magnetic field component parallel to the substrate surface can be detected, but the magnetic field component is Thus, the vertical magnetic field component cannot be detected.

このため、特許文献1では、前記磁気素子の近傍に軟磁性体を設けて、この軟磁性体によって外部からの垂直磁界成分を水平方向への磁界成分に変換し、前記水平方向へ変換された磁界成分を前記磁気素子に作用させることで、垂直方向の磁界成分を検知している。   For this reason, in Patent Document 1, a soft magnetic material is provided in the vicinity of the magnetic element, the vertical magnetic field component from the outside is converted into a horizontal magnetic field component by the soft magnetic material, and converted into the horizontal direction. A magnetic field component in the vertical direction is detected by applying a magnetic field component to the magnetic element.

特願2009−274131号Japanese Patent Application No. 2009-274131

特許文献1に開示される磁気センサでは、上方からの垂直磁界成分を有する磁束が軟磁性体の上端部で収束され、該軟磁性体の内部を通って、該軟磁性体の下端部から外方に導かれて水平磁界成分を有する磁束に変換される。ところが、前記磁束が垂直方向の磁界成分が大きいままに前記軟磁性体を通過するため、垂直磁界成分から水平磁界成分への変換効率が小さかった。   In the magnetic sensor disclosed in Patent Document 1, a magnetic flux having a vertical magnetic field component from above is converged at the upper end portion of the soft magnetic body, passes through the soft magnetic body, and is removed from the lower end portion of the soft magnetic body. Is converted into a magnetic flux having a horizontal magnetic field component. However, since the magnetic flux passes through the soft magnetic body while the magnetic field component in the vertical direction is large, the conversion efficiency from the vertical magnetic field component to the horizontal magnetic field component is small.

また、下方からの垂直磁界成分を有する磁束に対しては、前記磁束が軟磁性体の下端部で収束される際に生じる水平磁界成分が利用される。ところが、前記磁束が垂直方向の磁界成分が大きいままに前記軟磁性体を通過するため、垂直磁界成分から水平磁界成分への変換効率が小さかった。   Further, for a magnetic flux having a vertical magnetic field component from below, a horizontal magnetic field component generated when the magnetic flux is converged at the lower end of the soft magnetic material is used. However, since the magnetic flux passes through the soft magnetic body while the magnetic field component in the vertical direction is large, the conversion efficiency from the vertical magnetic field component to the horizontal magnetic field component is small.

よって、特許文献1に開示される磁気センサの構成では、垂直磁界成分に対する感度が小さく、S/N比が小さいと言う課題があった。   Therefore, the configuration of the magnetic sensor disclosed in Patent Document 1 has a problem that the sensitivity to the vertical magnetic field component is small and the S / N ratio is small.

本発明の目的は、このような課題を顧みてなされたものであり、対向に配置される軟磁性体を用いることで高感度に磁界を検知する磁気センサを提供することである。   An object of the present invention is to provide a magnetic sensor that detects a magnetic field with high sensitivity by using a soft magnetic material disposed oppositely.

本発明の磁気センサは、磁束を検知する磁気素子と、第1軟磁性体と第2軟磁性体と、を有し、第1の方向に関し、前記第1軟磁性体と前記第2軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、前記第1軟磁性体が、前記第1の方向に略垂直な第2の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第2軟磁性体とは反対側に配置されてなることを特徴とする。   The magnetic sensor of the present invention includes a magnetic element that detects magnetic flux, a first soft magnetic body, and a second soft magnetic body, and the first soft magnetic body and the second soft magnetic body in a first direction. The magnetic element is disposed between the first soft magnetic body and the second soft magnetic body with respect to the magnetic element in a second direction substantially perpendicular to the first direction. Is arranged on the opposite side.

このような態様であれば、前記磁気素子を挟んで前記第1軟磁性体の前記磁気素子側端部と前記第2軟磁性体の前記磁気素子側端部とが互いに対向して配置される。   According to this aspect, the magnetic element side end portion of the first soft magnetic body and the magnetic element side end portion of the second soft magnetic body are arranged to face each other with the magnetic element interposed therebetween. .

よって、前記第1軟磁性体の前記磁気素子と反対側に位置する端部で外方から収束された磁束が、前記第1軟磁性体の前記磁気素子側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第2軟磁性体の前記磁気素子側端部に収束される。この際、外方から収束されることで磁束が大きくなると共に、前記第1軟磁性体の前記磁気素子側端部と前記第2軟磁性体の前記磁気素子側端部とが互いに対向することで大きな磁束のままに前記磁気素子に検知される。   Therefore, the magnetic flux converged from the outside at the end located on the opposite side of the first soft magnetic body from the magnetic element is guided to the outside from the end of the first soft magnetic body at the magnetic element side, It passes through the magnetic element and converges to the end of the second soft magnetic body on the magnetic element side. At this time, the magnetic flux increases by converging from the outside, and the magnetic element side end of the first soft magnetic body and the magnetic element side end of the second soft magnetic body face each other. Thus, the magnetic element is detected as a large magnetic flux.

また、前記第2軟磁性体の前記磁気素子と反対側に位置する端部で外方から収束された磁束が、前記第2軟磁性体の前記磁気素子側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第1軟磁性体の前記磁気素子側端部に収束される。この際、外方から収束されることで磁束が大きくなると共に、前記第1軟磁性体の前記磁気素子側端部と前記第2軟磁性体の前記磁気素子側端部とが互いに対向することで大きな磁束のままに前記磁気素子に検知される。   In addition, the magnetic flux converged from the outside at the end located on the opposite side of the second soft magnetic body from the magnetic element is guided outward from the end of the second soft magnetic body on the magnetic element side, It passes through the magnetic element and converges to the end of the first soft magnetic body on the magnetic element side. At this time, the magnetic flux increases by converging from the outside, and the magnetic element side end of the first soft magnetic body and the magnetic element side end of the second soft magnetic body face each other. Thus, the magnetic element is detected as a large magnetic flux.

よって、本発明によれば、対向に配置される軟磁性体を用いることで高感度に磁界を検知する磁気センサを提供することができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a magnetic sensor that detects a magnetic field with high sensitivity by using a soft magnetic material disposed oppositely.

基板の表面側に磁気抵抗効果を発揮する磁気素子と、前記磁気素子から離間し、前記表面側に配置される第1軟磁性体と、前記磁気素子から離間し、前記基板の裏面側に配置される第2軟磁性体と、を有し、前記基板面内にある第1の方向に関し、前記第1軟磁性体と前記第2軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、前記第1軟磁性体が、前記基板面に略垂直な第2の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第2軟磁性体とは反対側に配置されてなることが好ましい。   A magnetic element that exhibits a magnetoresistive effect on the front surface side of the substrate, a first soft magnetic material that is spaced from the magnetic element and disposed on the front surface side, and is spaced from the magnetic element and disposed on the back surface side of the substrate A second soft magnetic body, and the magnetic element is disposed between the first soft magnetic body and the second soft magnetic body in a first direction in the plane of the substrate. Preferably, the first soft magnetic body is disposed on the opposite side of the second soft magnetic body with respect to the magnetic element in a second direction substantially perpendicular to the substrate surface.

このような態様であれば、前記磁気素子を挟んで前記第1軟磁性体の前記表面側端部と前記第2軟磁性体の前記表面側端部とが互いに対向して配置される。   According to this aspect, the surface side end portion of the first soft magnetic body and the surface side end portion of the second soft magnetic body are disposed to face each other with the magnetic element interposed therebetween.

よって、前記第1軟磁性体の前記表面と反対側に位置する端部で外方から収束された磁束が、前記第1軟磁性体の前記表面側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第2軟磁性体の前記表面側端部に収束される。この際、第1垂直磁界成分が前記磁気素子の位置で水平成分の大きい第1水平磁界成分に変換される。   Therefore, the magnetic flux converged from the outside at the end located on the opposite side of the surface of the first soft magnetic body is guided outward from the surface side end of the first soft magnetic body, and the magnetic It passes through the element and converges on the surface side end of the second soft magnetic body. At this time, the first vertical magnetic field component is converted into a first horizontal magnetic field component having a large horizontal component at the position of the magnetic element.

また、前記第2軟磁性体の前記表面と反対側に位置する端部で外方から収束された磁束が、前記第2軟磁性体の前記表面側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第1軟磁性体の前記表面側端部に収束される。この際、第2垂直磁界成分が前記磁気素子の位置で水平成分の大きい第2水平磁界成分に変換される。   Further, the magnetic flux converged from outside at the end located on the side opposite to the surface of the second soft magnetic body is guided outward from the surface side end of the second soft magnetic body, and the magnetic It passes through the element and converges to the surface side end of the first soft magnetic body. At this time, the second vertical magnetic field component is converted into a second horizontal magnetic field component having a large horizontal component at the position of the magnetic element.

このようにして、前記第1垂直磁界成分及び前記第2垂直磁界成分から水平磁界成分へ変換される効率が大きい磁気センサが得られる。   In this way, a magnetic sensor having a high efficiency for conversion from the first vertical magnetic field component and the second vertical magnetic field component to the horizontal magnetic field component is obtained.

よって、磁気素子を用いて垂直磁界成分である磁界を高感度に検知できる磁気センサを可能とする。また、磁界が高感度に検知されることでS/N比が改善される。 Therefore, the magnetic sensor which can detect the magnetic field which is a perpendicular magnetic field component with high sensitivity using a magnetic element is enabled. Further, the S / N ratio is improved by detecting the magnetic field with high sensitivity.

前記第1軟磁性体の前記裏面側の端部、前記第2軟磁性体の前記表面側の端部ならびに前記磁気素子が、前記第2の方向に関し、互いに重なり合うような位置に配置されていることが好ましい。   The end portion on the back surface side of the first soft magnetic body, the end portion on the front surface side of the second soft magnetic body, and the magnetic element are arranged at positions overlapping each other in the second direction. It is preferable.

前記第1軟磁性体の前記裏面側の端部、前記第2軟磁性体の前記表面側の端部が互いに前記基板に直交する方向に重なりあって配置されることで、前記各軟磁性体は前記各軟磁性体から流出される磁束を効率的に収束できる。よって、前記第1水平磁界成分及び前記第2水平磁界成分ともに水平磁界成分が大きくなり、垂直磁界成分から水平磁界成分への変換効率が向上し、大きな水平磁界成分を前記磁気素子に作用させることができる。   The end portions on the back surface side of the first soft magnetic body and the end portions on the front surface side of the second soft magnetic body are arranged so as to overlap each other in a direction perpendicular to the substrate, whereby each soft magnetic body Can efficiently converge the magnetic flux flowing out from each soft magnetic material. Accordingly, both the first horizontal magnetic field component and the second horizontal magnetic field component increase the horizontal magnetic field component, improve the conversion efficiency from the vertical magnetic field component to the horizontal magnetic field component, and cause the large horizontal magnetic field component to act on the magnetic element. Can do.

前記第1軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、前記第2軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より、前記基板から離れて位置することが好ましい。   It is preferable that an end portion of the first soft magnetic body that is far from the magnetic element is located farther from the substrate than an end portion of the second soft magnetic body that is closer to the magnetic element.

前記第1垂直磁界成分を有する磁束は、前記第1軟磁性体の前記磁気素子から遠い側の端部及び前記第2磁性体の前記磁気素子に近い側の端部に収束される。よって、前記第1軟磁性体の前記磁気素子から遠い側の端部が前記第2軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より前記基板から離れて位置することで、前記第1軟磁性体は前記第2軟磁性体よりも前記第1垂直磁界成分を有する磁束を優先的に収束する。その結果、前記第1軟磁性体に収束される前記第1垂直磁界成分を有する磁束が多くなり、前記第1垂直磁界成分から変換される前記第1水平磁界成分も多くなり大きな水平磁界成分を得ることができる。   The magnetic flux having the first perpendicular magnetic field component is converged on an end portion of the first soft magnetic body that is far from the magnetic element and an end portion of the second magnetic body that is close to the magnetic element. Therefore, the end portion of the first soft magnetic body on the side far from the magnetic element is located farther from the substrate than the end portion of the second soft magnetic body on the side close to the magnetic element. The magnetic body preferentially converges the magnetic flux having the first perpendicular magnetic field component over the second soft magnetic body. As a result, the magnetic flux having the first vertical magnetic field component converged on the first soft magnetic body is increased, the first horizontal magnetic field component converted from the first vertical magnetic field component is increased, and a large horizontal magnetic field component is obtained. Can be obtained.

前記第2軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、前記第1軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より、前記基板から離れて位置することが好ましい。   It is preferable that an end portion of the second soft magnetic body that is far from the magnetic element is located farther from the substrate than an end portion of the first soft magnetic body that is closer to the magnetic element.

前記第2垂直磁界成分を有する磁束は、前記第1軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部及び前記第2磁性体の前記磁気素子から遠い側の端部に収束される。よって、前記第2軟磁性体の前記磁気素子から遠い側の端部が前記第1軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より前記基板から離れて位置することで、前記第2軟磁性体は前記第1軟磁性体よりも前記第2垂直磁界成分を有する磁束を優先的に収束する。その結果、前記第2軟磁性体に収束される前記第2垂直磁界成分を有する磁束が多くなり、前記第2垂直磁界成分から変換される前記第2水平磁界成分も多くなり大きな水平磁界成分を得ることができる。   The magnetic flux having the second perpendicular magnetic field component is converged on the end portion of the first soft magnetic body closer to the magnetic element and the end portion of the second magnetic body farther from the magnetic element. Therefore, the end of the second soft magnetic body on the side far from the magnetic element is located farther from the substrate than the end of the first soft magnetic body on the side close to the magnetic element. The magnetic body preferentially converges the magnetic flux having the second perpendicular magnetic field component over the first soft magnetic body. As a result, the magnetic flux having the second vertical magnetic field component converged on the second soft magnetic body increases, and the second horizontal magnetic field component converted from the second vertical magnetic field component also increases, resulting in a large horizontal magnetic field component. Can be obtained.

前記第1軟磁性体及び前記第2軟磁性体が、NiFe、CoFe、CoFeSiB、CoZrTi、CoZrNbの少なくとも1つが含まれる軟磁性材料から形成されていることが好ましい。   The first soft magnetic body and the second soft magnetic body are preferably made of a soft magnetic material containing at least one of NiFe, CoFe, CoFeSiB, CoZrTi, and CoZrNb.

このような態様であれば、前記第1垂直磁界成分及び前記第2垂直磁界成分を有する磁束を効率的に収束すると共に、前記第1垂直磁界成分及び前記第2垂直磁界成分の変化に追随して前記第1水平磁界成分及び前記第2水平磁界成分を変化させる前記第1軟磁性体及び前記第2軟磁性体を形成することができる。よって、前記磁気素子に、前記第1垂直磁界成分及び前記第2垂直磁界成分の変化に応じる大きな水平磁界成分を作用させることが可能となる。   With such an aspect, the magnetic flux having the first vertical magnetic field component and the second vertical magnetic field component is efficiently converged, and the change in the first vertical magnetic field component and the second vertical magnetic field component is followed. Thus, the first soft magnetic body and the second soft magnetic body that change the first horizontal magnetic field component and the second horizontal magnetic field component can be formed. Therefore, a large horizontal magnetic field component corresponding to a change in the first vertical magnetic field component and the second vertical magnetic field component can be applied to the magnetic element.

前記第2軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、Au、Ti、Cr、Taの少なくとも1つが含まれる非磁性膜に接することが好ましい。   It is preferable that an end of the second soft magnetic body on the side far from the magnetic element is in contact with a nonmagnetic film containing at least one of Au, Ti, Cr, and Ta.

このような態様であれば、前記非磁性膜が前記第2垂直磁界成分を有する磁束に干渉しないので、前記第2水平磁界成分を低下させない構成の磁気センサを得ることができる。   With such an aspect, the nonmagnetic film does not interfere with the magnetic flux having the second vertical magnetic field component, so that a magnetic sensor having a configuration that does not reduce the second horizontal magnetic field component can be obtained.

前記第2軟磁性体の前記非磁性膜に接する面を除いた外周が絶縁膜で覆われていることが好ましい。   It is preferable that an outer periphery of the second soft magnetic body excluding a surface in contact with the nonmagnetic film is covered with an insulating film.

このような態様であれば、前記第2軟磁性体を、前記磁気素子及び前記第1軟磁性体と絶縁することができる。よって、後述するブリッジ回路を形成することが可能になる。   According to this aspect, the second soft magnetic body can be insulated from the magnetic element and the first soft magnetic body. Therefore, a bridge circuit described later can be formed.

複数の前記磁気素子が第1組磁気素子群と第2組磁気素子群とからなり、前記第1組磁気素子群と前記第2組磁気素子群とは電気的に直列接続され、前記第1組磁気素子群と前記第2組磁気素子群との間に出力取出し用の中点電極を有するブリッジ回路が構成されてなるとともに、前記基板の面上における略直交する2方向のうちの一方を前後方向、他方を左右方向としたときに、前記第1組の前記磁気素子の左側に前記第1軟磁性体がかつ前記第1組の前記磁気素子の右側に前記第2軟磁性体が配置され、前記第2組の前記磁気素子の左側に前記第2軟磁性体がかつ前記第2組の前記磁気素子の右側に前記第1軟磁性体が配置されてなることが好ましい。   The plurality of magnetic elements include a first set of magnetic element groups and a second set of magnetic element groups, and the first set of magnetic element groups and the second set of magnetic element groups are electrically connected in series, A bridge circuit having a middle point electrode for output extraction is formed between the group magnetic element group and the second group magnetic element group, and one of the two directions substantially orthogonal to each other on the surface of the substrate is formed. The first soft magnetic body is disposed on the left side of the first set of magnetic elements and the second soft magnetic body is disposed on the right side of the first set of magnetic elements when the other is the left-right direction. Preferably, the second soft magnetic body is disposed on the left side of the second set of magnetic elements, and the first soft magnetic body is disposed on the right side of the second set of magnetic elements.

このような態様であれば、第1垂直磁界成分及び第2垂直磁界成分から、前記第1軟磁性体及び前記第2軟磁性体により変換された第1水平磁界成分及び第2水平磁界成分が、第1組磁気素子群と第2組磁気素子群とに逆方向から流入する。そのため、前記両素子群の固定磁性層の磁化方向を同じに形成する、すなわち同一基板上に複数の前記磁気素子を簡単かつ適切に形成するという方法で、前記第1垂直磁界成分及び前記第2垂直磁界成分に対して、前記両素子群の電気抵抗を逆に変化させることができる。よって、前記出力取出し用の中点電極からなる第1出力端子と第2出力端子との間に異なる出力を得ることができ、前記第1垂直磁界成分及び前記第2垂直磁界成分を有する磁束を適切に検知する前記ブリッジ回路を構成することができる。   In such an aspect, the first horizontal magnetic field component and the second horizontal magnetic field component converted from the first vertical magnetic field component and the second vertical magnetic field component by the first soft magnetic body and the second soft magnetic body are obtained. Then, it flows into the first set magnetic element group and the second set magnetic element group from opposite directions. Therefore, the first perpendicular magnetic field component and the second magnetic field component are formed by the method in which the magnetization directions of the pinned magnetic layers of both the element groups are the same, that is, a plurality of the magnetic elements are easily and appropriately formed on the same substrate. With respect to the vertical magnetic field component, the electric resistances of the two element groups can be changed in reverse. Therefore, it is possible to obtain different outputs between the first output terminal and the second output terminal formed of the middle point electrode for taking out the output, and to generate the magnetic flux having the first vertical magnetic field component and the second vertical magnetic field component. The bridge circuit that detects appropriately can be configured.

第1組磁気素子群と第2組磁気素子群とを含む複数の前記磁気素子が、磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層され外部磁界によって磁化方向が変化する自由磁性層とを有し、複数の前記磁気素子の前記固定磁性層の磁化方向は前記第1組磁気素子群の前記磁気素子どうし並びに前記第2組磁気素子群の前記磁気素子どうしが同じ方向であり、前記磁気素子、前記第1軟磁性体及び前記第2軟磁性体は前記前後方向に延出形成されてなるとともに、前記自由磁性層の感度軸方向は、前記左右方向であることが好ましい。   A plurality of magnetic elements including a first magnetic element group and a second magnetic element group are stacked with a pinned magnetic layer having a fixed magnetization direction and a nonmagnetic layer stacked on the pinned magnetic layer by an external magnetic field. A magnetization direction of the pinned magnetic layer of the plurality of magnetic elements, and the magnetic elements of the first set of magnetic elements and the magnetic elements of the second set of magnetic elements. The elements are in the same direction, and the magnetic element, the first soft magnetic body, and the second soft magnetic body are formed to extend in the front-rear direction, and the sensitivity axis direction of the free magnetic layer is the left-right direction. The direction is preferred.

このような態様であれば、全ての前記磁気素子の前記固定磁性層の磁化方向が同じであるので、外部からの水平磁界成分に対して全ての前記磁気素子の抵抗値が同様に変化するため、前記外部からの水平磁界成分がブリッジ回路の出力に影響しないようにできる。   In such a mode, since the magnetization directions of the fixed magnetic layers of all the magnetic elements are the same, the resistance values of all the magnetic elements change similarly with respect to the horizontal magnetic field component from the outside. The external horizontal magnetic field component can be prevented from affecting the output of the bridge circuit.

また、前記磁気素子、前記第1軟磁性体及び前記第2軟磁性体は前記前後方向に延出形成されてなることで、前記第1垂直磁界成分及び前記第2垂直磁界成分を有する磁束を広い領域から収束できるので、前記磁気素子の感度が向上する。   Further, the magnetic element, the first soft magnetic body, and the second soft magnetic body are formed to extend in the front-rear direction, so that a magnetic flux having the first vertical magnetic field component and the second vertical magnetic field component is generated. Since it can converge from a wide area, the sensitivity of the magnetic element is improved.

前記磁気素子が、その左右の両側に配置される前記第1軟磁性体と前記第2軟磁性体とよりも前後方向に短いことが好ましい。   It is preferable that the magnetic element is shorter in the front-rear direction than the first soft magnetic body and the second soft magnetic body disposed on both the left and right sides thereof.

このような態様であれば、前後方向からの水平磁界成分を有する磁束が遮蔽されるので、前記前後方向からの水平磁界成分を有する磁束に起因するブリッジ回路の出力への影響を小さくできる。   In such an aspect, since the magnetic flux having the horizontal magnetic field component from the front-rear direction is shielded, the influence on the output of the bridge circuit due to the magnetic flux having the horizontal magnetic field component from the front-rear direction can be reduced.

前記第1組磁気素子群と前記第2組磁気素子群とは、それぞれ少なくとも1つ以上の磁気素子からなることが好ましい。このような態様であれば、前記第1組磁気素子群及び前記第2組磁気素子群は第1垂直磁界成分及び第2垂直磁界成分を有する磁束を検知することができる。   Preferably, each of the first set of magnetic elements and the second set of magnetic elements includes at least one magnetic element. If it is such an aspect, the said 1st group magnetic element group and the said 2nd group magnetic element group can detect the magnetic flux which has a 1st perpendicular magnetic field component and a 2nd perpendicular magnetic field component.

本発明における磁気センサの製造方法は、基板の表面側に磁気抵抗効果を発揮する磁気素子と、前記磁気素子から離間し、前記表面側に配置される第1軟磁性体と、前記磁気素子から離間し、前記基板の裏面側に配置される第2軟磁性体と、を有し、前記基板面内にある第1の方向に関し、前記第1軟磁性体と前記第2軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、前記第1軟磁性体が、前記基板面に略垂直な第2の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第2軟磁性体とは反対側に配置されてなる磁気センサの製造方法であって、
(a)前記基板の表面側に前記磁気素子を形成する工程と、
(b)前記基板の表面側に形成したレジスト孔内に軟磁性材料を充填して前記第1軟磁性体を形成する工程と、
(c)前記基板の表面側から前記基板内に向けて深溝を形成し、前記深溝を軟磁性材料で充填する前記第2軟磁性体を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
The method of manufacturing a magnetic sensor according to the present invention includes: a magnetic element that exhibits a magnetoresistive effect on the surface side of a substrate; a first soft magnetic body that is spaced apart from the magnetic element and disposed on the surface side; A second soft magnetic body that is spaced apart and disposed on the back surface side of the substrate, and the first soft magnetic body and the second soft magnetic body are in a first direction within the substrate surface. The magnetic element is disposed therebetween, and the first soft magnetic body is disposed on the opposite side of the second soft magnetic body with respect to the magnetic element in a second direction substantially perpendicular to the substrate surface. A method for manufacturing a magnetic sensor, comprising:
(A) forming the magnetic element on the surface side of the substrate;
(B) filling the resist holes formed on the surface side of the substrate with a soft magnetic material to form the first soft magnetic body;
(C) forming a deep groove from the surface side of the substrate into the substrate, and forming the second soft magnetic body filling the deep groove with a soft magnetic material;
It is characterized by having.

このような態様であれば、前記磁気素子を挟んで前記第1軟磁性体の前記裏面側端部と前記第2軟磁性体の前記表面側端部とが互いに対向して配置される磁気センサを製造することができる。   According to this aspect, the magnetic sensor in which the back surface side end portion of the first soft magnetic body and the front surface side end portion of the second soft magnetic body are disposed to face each other with the magnetic element interposed therebetween. Can be manufactured.

よって、前記第1軟磁性体の前記表面側端部で外方から収束された磁束が、前記第1軟磁性体の前記裏面側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第2軟磁性体の前記表面側端部に収束される磁気センサを製造することができる。その結果、第1垂直磁界成分が前記磁気素子の位置で水平成分の大きい第1水平磁界成分に変換される磁気センサを製造することができる。   Therefore, the magnetic flux converged from the outside at the surface side end of the first soft magnetic body is guided outward from the back side end of the first soft magnetic body, and passes through the magnetic element. A magnetic sensor converged on the surface side end of the second soft magnetic body can be manufactured. As a result, it is possible to manufacture a magnetic sensor in which the first vertical magnetic field component is converted into the first horizontal magnetic field component having a large horizontal component at the position of the magnetic element.

また、前記第2軟磁性体の前記裏面側端部で外方から収束された磁束が、前記第2軟磁性体の前記表面側端部から外方に導かられ、前記磁気素子を通って、前記第1軟磁性体の前記裏面側端部に収束される磁気センサを製造することができる。その結果、第2垂直磁界成分が前記磁気素子の位置で水平成分の大きい第2水平磁界成分に変換される磁気センサを製造することができる。   Further, the magnetic flux converged from the outside at the back surface side end portion of the second soft magnetic body is guided outward from the surface side end portion of the second soft magnetic body, passes through the magnetic element, It is possible to manufacture a magnetic sensor that converges on the back side end of the first soft magnetic body. As a result, it is possible to manufacture a magnetic sensor in which the second vertical magnetic field component is converted into a second horizontal magnetic field component having a large horizontal component at the position of the magnetic element.

このようにして、前記第1垂直磁界成分及び前記第2垂直磁界成分から水平磁界成分へ変換される効率が大きい磁気センサの製造方法が可能となる。   In this way, it is possible to manufacture a magnetic sensor with a high efficiency in conversion from the first vertical magnetic field component and the second vertical magnetic field component to the horizontal magnetic field component.

よって、本発明によれば、対向に配置される軟磁性体を用いることで高感度に磁界を検知する磁気センサの製造方法を提供することができる。 Therefore, according to this invention, the manufacturing method of the magnetic sensor which detects a magnetic field with high sensitivity can be provided by using the soft magnetic body arrange | positioned facing.

本発明によれば、対向に配置される軟磁性体を用いて高感度に磁界を検知する磁気センサを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnetic sensor which detects a magnetic field with high sensitivity using the soft magnetic body arrange | positioned facing can be provided.

第1の実施形態におけるZ軸磁気センサの平面略図である。1 is a schematic plan view of a Z-axis magnetic sensor according to a first embodiment. 図1に示すZ軸磁気センサから第1軟磁性体及び第2軟磁性体を除去した平面略図である。FIG. 2 is a schematic plan view in which a first soft magnetic body and a second soft magnetic body are removed from the Z-axis magnetic sensor shown in FIG. 1. 図1に示すA−A線に沿って切断し矢印方向から見たZ軸磁気センサの部分拡大断面略図である。FIG. 2 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of a Z-axis magnetic sensor cut along the line AA shown in FIG. 1 and viewed from the arrow direction. 第1の実施形態におけるZ軸磁気センサの回路略図である。1 is a circuit schematic diagram of a Z-axis magnetic sensor in a first embodiment. 第1の実施形態における磁気素子の部分断面略図である。It is a partial section schematic diagram of the magnetic element in a 1st embodiment. Z軸磁気センサ、X軸磁気センサ、Y軸磁気センサを備える磁気センサの平面概念図である。It is a plane conceptual diagram of a magnetic sensor provided with a Z-axis magnetic sensor, an X-axis magnetic sensor, and a Y-axis magnetic sensor. 第1の実施形態の第1軟磁性体、磁気素子及び第2軟磁性体の周辺の磁界分布を示す縦断面概念図である。It is a longitudinal cross-sectional conceptual diagram which shows the magnetic field distribution around the 1st soft-magnetic body of 1st Embodiment, a magnetic element, and a 2nd soft-magnetic body. 第1軟磁性体と第2軟磁性体との間に生じる磁界強度の模式図である。It is a schematic diagram of the magnetic field intensity produced between a 1st soft magnetic body and a 2nd soft magnetic body. 第1の実施形態におけるZ軸磁気センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the Z-axis magnetic sensor in 1st Embodiment. 図1の変形例であるZ軸磁気センサの平面略図である。2 is a schematic plan view of a Z-axis magnetic sensor which is a modification of FIG. 1. 第1の実施形態の変形例であるZ軸磁気センサの部分拡大断面略図である。It is the partial expanded sectional schematic of the Z-axis magnetic sensor which is a modification of 1st Embodiment. 第2の実施形態におけるZ軸磁気センサの平面略図である。6 is a schematic plan view of a Z-axis magnetic sensor according to a second embodiment. 第2の実施形態におけるZ軸磁気センサの回路略図である。It is a circuit schematic diagram of a Z-axis magnetic sensor in a 2nd embodiment. 第2の実施形態におけるZ軸磁気センサの部分拡大平面略図である。It is a partial expansion plane schematic diagram of the Z-axis magnetic sensor in a 2nd embodiment.

<第1の実施形態>
図1は本実施形態におけるZ軸磁気センサの平面略図、図2は、図1に示すZ軸磁気センサから第1軟磁性体及び第2軟磁性体を除去した平面略図である。図3は、図1に示すA−A線に沿って切断し矢印方向から見たZ軸磁気センサの部分拡大断面略図である。図4は、本実施形態におけるZ軸磁気センサの回路略図である。図5は本実施形態における磁気素子の部分断面略図、図6はZ軸磁気センサ、X軸磁気センサ、Y軸磁気センサを備える磁気センサの平面概念図、図7は本実施形態の第1の軟磁性体、磁気素子及び第2軟磁性体の周辺の磁界分布を示す断面概念図、図8は第1軟磁性体と第2軟磁性体との間に生じる磁界強度の模式図がある。図9は本実施形態におけるZ軸磁気センサの製造方法の説明図である。なお、各図面は、見やすくするために寸法を適宜実際の寸法とは異ならせて示している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic plan view of a Z-axis magnetic sensor in the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic plan view in which the first soft magnetic body and the second soft magnetic body are removed from the Z-axis magnetic sensor shown in FIG. 3 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of the Z-axis magnetic sensor taken along the line AA shown in FIG. 1 and viewed from the arrow direction. FIG. 4 is a schematic circuit diagram of the Z-axis magnetic sensor in the present embodiment. FIG. 5 is a schematic partial sectional view of a magnetic element in the present embodiment, FIG. 6 is a conceptual plan view of a magnetic sensor including a Z-axis magnetic sensor, an X-axis magnetic sensor, and a Y-axis magnetic sensor, and FIG. 7 is a first view of the first embodiment. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the magnetic field distribution around the soft magnetic body, the magnetic element, and the second soft magnetic body, and FIG. 8 is a schematic diagram of the magnetic field strength generated between the first soft magnetic body and the second soft magnetic body. FIG. 9 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the Z-axis magnetic sensor in the present embodiment. Each drawing shows the dimensions appropriately different from the actual dimensions for easy viewing.

各図に示すX軸方向、及びY軸方向は基板2の裏表面上で直交する2方向を示し、Z軸方向は前記基板2の裏表面に直交する方向を示している。Y1−Y2方向を「前後方向」とし、Y1方向を前方、Y2方向を後方とする。またX1−X2方向を「左右方向」とし、X1方向を右方向、X2方向を左方向とする。Z1−Z2方向を「上下方向」とし、Z1方向を上方向、Z2方向を下方向とする。   The X-axis direction and the Y-axis direction shown in each figure indicate two directions orthogonal to the back surface of the substrate 2, and the Z-axis direction indicates a direction orthogonal to the back surface of the substrate 2. The Y1-Y2 direction is the “front-rear direction”, the Y1 direction is the front, and the Y2 direction is the rear. The X1-X2 direction is the “left-right direction”, the X1 direction is the right direction, and the X2 direction is the left direction. The Z1-Z2 direction is the “vertical direction”, the Z1 direction is the upward direction, and the Z2 direction is the downward direction.

本実施形態における磁気素子Sを備えるZ軸磁気センサ1は、例えば携帯電話等の携帯機器に搭載される地磁気センサを構成する。   The Z-axis magnetic sensor 1 including the magnetic element S in the present embodiment constitutes a geomagnetic sensor that is mounted on a mobile device such as a mobile phone.

地磁気センサは、図6に示すように、互いに感度軸方向が直交する3つのX軸磁気センサ50、Y軸磁気センサ70、Z軸磁気センサ1を備え、3つの磁気センサが磁界の互いに直交するX軸方向の磁界成分、Y軸方向の磁界成分、Z軸方向の磁界成分を検知するものである。ただし、後述するように、Z軸方向の磁界成分は、第1軟磁性体4及び第2軟磁性体5によって水平方向に変換されている。   As shown in FIG. 6, the geomagnetic sensor includes three X-axis magnetic sensors 50, Y-axis magnetic sensor 70, and Z-axis magnetic sensor 1 whose sensitivity axis directions are orthogonal to each other, and the three magnetic sensors are orthogonal to each other in magnetic field. A magnetic field component in the X-axis direction, a magnetic field component in the Y-axis direction, and a magnetic field component in the Z-axis direction are detected. However, as will be described later, the magnetic field component in the Z-axis direction is converted in the horizontal direction by the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5.

Z軸磁気センサ1は、図1、図3に示すように、基板2上に形成された磁気素子Sと、第1軟磁性体4と、及び第2軟磁性体5を有して構成されている。そして、第1軟磁性体4と第2軟磁性体5との間に磁気素子Sが配置され、磁気素子S、第1軟磁性体4、及び第2軟磁性体5は、左右方向に互いに間隔を設けて配列されている。また、磁気素子S、第1軟磁性体4の下端部4b1、及び第2軟磁性体5の上端部5a1が上下方向で重なり合って配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the Z-axis magnetic sensor 1 includes a magnetic element S formed on a substrate 2, a first soft magnetic body 4, and a second soft magnetic body 5. ing. A magnetic element S is disposed between the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5, and the magnetic element S, the first soft magnetic body 4, and the second soft magnetic body 5 are arranged in the left-right direction. They are arranged at intervals. Further, the magnetic element S, the lower end portion 4b1 of the first soft magnetic body 4, and the upper end portion 5a1 of the second soft magnetic body 5 are arranged so as to overlap in the vertical direction.

図3に示すようにシリコン等からなる基板2の上に第1絶縁膜12、非磁性膜13、第2絶縁膜14、及び第3絶縁膜15を介して複数の磁気素子Sが形成されている。   As shown in FIG. 3, a plurality of magnetic elements S are formed on a substrate 2 made of silicon or the like via a first insulating film 12, a nonmagnetic film 13, a second insulating film 14, and a third insulating film 15. Yes.

図5に示すように、磁気素子Sは、例えば下から反強磁性層33、固定磁性層34、非磁性層35、及び自由磁性層36の順に積層されて成膜され、自由磁性層36の表面が保護層37で覆われている。磁気素子Sは、例えばスパッタリング法(Sputtering Method)にて成膜される。   As shown in FIG. 5, the magnetic element S is formed by laminating, for example, an antiferromagnetic layer 33, a pinned magnetic layer 34, a nonmagnetic layer 35, and a free magnetic layer 36 in this order from the bottom. The surface is covered with a protective layer 37. The magnetic element S is formed by, for example, a sputtering method (Sputtering Method).

反強磁性層33は、IrMn合金(イリジウム−マンガン合金)などの反強磁性材料で形成されている。固定磁性層34はCoFe合金(コバルト−鉄合金)などの軟磁性材料で形成されている。非磁性層35はCu(銅)などである。自由磁性層36は、NiFe合金(ニッケル−鉄合金)などの軟磁性材料で形成されている。保護層37はTa(タンタル)などである。図5に示す磁気素子Sの積層構成は一例であって他の積層構成も可能である。   The antiferromagnetic layer 33 is made of an antiferromagnetic material such as an IrMn alloy (iridium-manganese alloy). The fixed magnetic layer 34 is formed of a soft magnetic material such as a CoFe alloy (cobalt-iron alloy). The nonmagnetic layer 35 is made of Cu (copper) or the like. The free magnetic layer 36 is made of a soft magnetic material such as a NiFe alloy (nickel-iron alloy). The protective layer 37 is made of Ta (tantalum) or the like. The stacked configuration of the magnetic element S shown in FIG. 5 is an example, and other stacked configurations are possible.

磁気素子Sでは、反強磁性層33と固定磁性層34との交換結合により、固定磁性層34の磁化方向(P方向)が固定されている。本実施形態は後述するように磁気素子Sが前後方向(Y1−Y2)に延出した形状であり、図5に示すように、固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)が、例えば右方向(X1)に向いている。一方、自由磁性層36の磁化方向は、外部磁界により変動する。また、自由磁性層36は図示していない永久磁石による前後方向(Y1−Y2)のバイアス磁界成分によって、無磁場成分状態(外部磁界の作用がない状態)では、前後方向(Y1−Y2)に向けられている。   In the magnetic element S, the magnetization direction (P direction) of the pinned magnetic layer 34 is fixed by exchange coupling between the antiferromagnetic layer 33 and the pinned magnetic layer 34. In the present embodiment, as will be described later, the magnetic element S has a shape extending in the front-rear direction (Y1-Y2). As shown in FIG. 5, the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 is, for example, right It faces in the direction (X1). On the other hand, the magnetization direction of the free magnetic layer 36 varies depending on the external magnetic field. Further, the free magnetic layer 36 is moved in the front-rear direction (Y1-Y2) in a no-magnetic-field component state (a state in which no external magnetic field is applied) by a bias magnetic field component in the front-rear direction (Y1-Y2) by a permanent magnet (not shown). Is directed.

固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)と同一方向に外部磁界が作用し自由磁性層36の磁化方向が前記外部磁界方向に変動すると、固定磁性層34の固定磁化方向と自由磁性層36の磁化方向とが平行に近づき電気抵抗値は低下する。   When an external magnetic field acts in the same direction as the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 and the magnetization direction of the free magnetic layer 36 fluctuates in the external magnetic field direction, the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 34 and the free magnetic layer 36 are changed. As the magnetization direction approaches parallel, the electrical resistance value decreases.

一方、固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)と反対方向に外部磁界が作用し自由磁性層36の磁化方向が前記外部磁界方向に変動すると、固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)と自由磁性層36の磁化方向とが反平行に近づき電気抵抗値は増大する。   On the other hand, when an external magnetic field acts in a direction opposite to the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 and the magnetization direction of the free magnetic layer 36 changes to the external magnetic field direction, the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34. ) And the magnetization direction of the free magnetic layer 36 approach antiparallel, and the electrical resistance value increases.

本実施形態では、上記のように磁気素子Sを巨大磁気抵抗効果(GMR:Giant Magneto resistive effect)素子としたが、トンネル効果(TMR:Tunnel Magneto resistive effect)素子や、ホール(Hall)素子も可能である。   In the present embodiment, the magnetic element S is a giant magnetoresistive effect (GMR) element as described above, but a tunnel effect (TMR) element or a Hall element is also possible. It is.

図1、図2に示すように基板2の上には複数の磁気素子S1〜S18が形成されている。これら各磁気素子S1〜S18は左右方向(X1−X2)の幅寸法よりも前後方向(Y1−Y2)に沿って長く延出する形状となっている。各磁気素子S1〜S18で前後方向(Y1−Y2)への長さ寸法が異なるが、これは、図2に示す入力端子(Vdd)と第2出力端子(V2)間に直列に接続される複数の磁気素子S1、S2、S3を合わせた素子長さの全長と、入力端子(Vdd)と第1出力端子(V1)間に直列に接続される複数の磁気素子S9、S10、S11、S12、S13を合わせた素子長さの全長と、グランド端子(GND)と第2出力端子(V2)間に直列に接続される複数の磁気素子S4、S5、S6、S7、S8を合わせた素子長さの全長と、グランド端子(GND)と第1出力端子(V1)間に直列に接続される複数の磁気素子S14、S15、S16、S17、S18を合わせた素子長さの全長と、を同じとするためである。   As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of magnetic elements S <b> 1 to S <b> 18 are formed on the substrate 2. Each of these magnetic elements S1 to S18 has a shape extending longer in the front-rear direction (Y1-Y2) than the width dimension in the left-right direction (X1-X2). Each of the magnetic elements S1 to S18 has a different length in the front-rear direction (Y1-Y2). This is connected in series between the input terminal (Vdd) and the second output terminal (V2) shown in FIG. The total length of the total element length of the plurality of magnetic elements S1, S2, S3 and the plurality of magnetic elements S9, S10, S11, S12 connected in series between the input terminal (Vdd) and the first output terminal (V1). , S13 and the total length of the element length, and the element length of the plurality of magnetic elements S4, S5, S6, S7, and S8 connected in series between the ground terminal (GND) and the second output terminal (V2) And the total length of the element length of the plurality of magnetic elements S14, S15, S16, S17, and S18 connected in series between the ground terminal (GND) and the first output terminal (V1) are the same. This is because.

図2に示すように各磁気素子S間は非磁性導電材料の接続部6にて電気的に接続されている。また、磁気素子S1、S9の前方端部から非磁性導電材料で形成された配線層7が引き出されて、配線層7の右側端部に配線層7とは一体あるいは別体の入力端子(Vdd)を構成する電極パッド8が形成されている。また、磁気素子S13、S14の端部から非磁性導電材料で形成された配線層7が引き出されて、配線層7の右側端部に配線層7とは一体あるいは別体の第1の出力端子(V1)を構成する電極パッド9が形成されている。また、磁気素子S8、S18の端部から非磁性導電材料で形成された配線層7が引き出されて、配線層7の右側端部に配線層7とは一体あるいは別体のグランド端子(GND)を構成する電極パッド10が形成されている。また、磁気素子S3、S4の後方端部から非磁性導電材料で形成された配線層7が引き出されて、配線層7の右側端部に配線層7とは一体あるいは別体の第2出力端子(V2)を構成する電極パッド11が形成されている。   As shown in FIG. 2, the magnetic elements S are electrically connected by a connection portion 6 made of a nonmagnetic conductive material. Further, the wiring layer 7 made of a nonmagnetic conductive material is drawn out from the front end portions of the magnetic elements S1 and S9, and an input terminal (Vdd) integrated with or separate from the wiring layer 7 is provided on the right end portion of the wiring layer 7. ) Is formed. Also, the wiring layer 7 made of a nonmagnetic conductive material is drawn out from the end portions of the magnetic elements S13 and S14, and the first output terminal integrated with or separate from the wiring layer 7 is provided on the right end portion of the wiring layer 7. Electrode pads 9 constituting (V1) are formed. Further, the wiring layer 7 made of a nonmagnetic conductive material is drawn out from the end portions of the magnetic elements S8 and S18, and a ground terminal (GND) that is integral with or separate from the wiring layer 7 is provided at the right end portion of the wiring layer 7. The electrode pad 10 which comprises is formed. A wiring layer 7 made of a nonmagnetic conductive material is drawn out from the rear ends of the magnetic elements S3 and S4, and a second output terminal integrated with or separate from the wiring layer 7 is provided at the right end of the wiring layer 7. Electrode pads 11 constituting (V2) are formed.

上記した接続部6、配線層7、電極パッド8〜11は、Al、Au、Cr等の非磁性導電材料で形成される。   The connection portion 6, the wiring layer 7, and the electrode pads 8 to 11 are formed of a nonmagnetic conductive material such as Al, Au, or Cr.

図2に示すように、各磁気素子Sは接続部6を介して蛇行するように配置することで、入力端子(Vdd)と第2の出力端子(V2)間、入力端子(Vdd)と第1の出力端子(V1)間、グランド端子(GND)と第2の出力端子(V2)間、及びグランド端子(GND)と第1の出力端子(V1)間に夫々、直列に接続された磁気素子Sの素子長さの全長を長くでき電気抵抗を高めることができる。これにより、入力端子(Vdd)から供給される電流値が小さく抑えられ、本実施形態の磁気センサは低電力で駆動される。   As shown in FIG. 2, each magnetic element S is arranged to meander through the connection portion 6, so that the input terminal (Vdd) and the second output terminal (V2) are connected to each other. Magnetic fields connected in series between one output terminal (V1), between the ground terminal (GND) and the second output terminal (V2), and between the ground terminal (GND) and the first output terminal (V1). The total length of the element length of the element S can be increased and the electrical resistance can be increased. Thereby, the current value supplied from the input terminal (Vdd) is kept small, and the magnetic sensor of this embodiment is driven with low power.

図1に示すように、複数の第1軟磁性体4と複数の第2軟磁性体5とが、左右方向(X1−X2)の幅寸法よりも前後方向(Y1−Y2)に沿って長く延出した形状で形成される。各第1軟磁性体4と各第2軟磁性体5とは、所定の間隔を空けて交互に左右方向(X1−X2)に配列され、第1軟磁性体4の左右の側に各磁気素子Sが配置されている。例えば、第1軟磁性体4の左右に磁気素子S1と磁気素子S9が配置されている。また、全ての磁気素子S1〜S18は、第1軟磁性体4と第2軟磁性体5との間に配置されている。   As shown in FIG. 1, the plurality of first soft magnetic bodies 4 and the plurality of second soft magnetic bodies 5 are longer along the front-rear direction (Y1-Y2) than the width dimension in the left-right direction (X1-X2). It is formed in an extended shape. The first soft magnetic bodies 4 and the second soft magnetic bodies 5 are alternately arranged in the left-right direction (X1-X2) with a predetermined interval therebetween, and the respective magnets are arranged on the left and right sides of the first soft magnetic body 4. Element S is arranged. For example, the magnetic element S <b> 1 and the magnetic element S <b> 9 are disposed on the left and right sides of the first soft magnetic body 4. All the magnetic elements S <b> 1 to S <b> 18 are disposed between the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5.

図3に示すように、第1軟磁性体4は基板2の上に形成される第3絶縁膜15の膜中まで削られて底面15bから上方向に延出して形成されている。また、第2軟磁性体5は、第4絶縁膜16の上面16aより上方の位置から下方向に延出し、その一部が基板2の上に形成された第2絶縁膜14に埋め込まれて非磁性膜13と接して形成されている。このように、第1軟磁性体4は、高さ方向(Z1−Z2)に関して磁気素子Sを基準にして第2軟磁性体5とは反対側に配置されている。   As shown in FIG. 3, the first soft magnetic body 4 is formed by being cut into the third insulating film 15 formed on the substrate 2 and extending upward from the bottom surface 15 b. The second soft magnetic body 5 extends downward from a position above the upper surface 16 a of the fourth insulating film 16, and a part thereof is embedded in the second insulating film 14 formed on the substrate 2. It is formed in contact with the nonmagnetic film 13. Thus, the first soft magnetic body 4 is disposed on the opposite side of the second soft magnetic body 5 with respect to the magnetic element S in the height direction (Z1-Z2).

また、図9(h)に示すように、第2軟磁性体5は、第2絶縁膜14、第3絶縁膜15、第4絶縁膜16及びファイナルパッシベーション膜19に埋め込まれて、その下面を除いた外周全面が絶縁膜で覆われている。   Further, as shown in FIG. 9H, the second soft magnetic body 5 is embedded in the second insulating film 14, the third insulating film 15, the fourth insulating film 16, and the final passivation film 19, and the lower surface thereof is covered. The entire outer periphery is covered with an insulating film.

本実施形態では、第1軟磁性体4の下面4bを第3絶縁膜15の膜中に設けたが、これに限定されるものではない。第2絶縁膜14の膜中まで削ることで下面4bを第2絶縁膜14の膜中に設けることが可能である。ただし、第1軟磁性体4の下面4bは、第2軟磁性体5の下面5bより上方に設ける必要がある。   In the present embodiment, the lower surface 4b of the first soft magnetic body 4 is provided in the third insulating film 15, but the present invention is not limited to this. It is possible to provide the lower surface 4 b in the film of the second insulating film 14 by cutting into the film of the second insulating film 14. However, the lower surface 4 b of the first soft magnetic body 4 needs to be provided above the lower surface 5 b of the second soft magnetic body 5.

第2軟磁性体5の上面5aも、第1軟磁性体4の上面4aより下方であれば自由に設けることが可能である。   The upper surface 5a of the second soft magnetic body 5 can be freely provided as long as it is below the upper surface 4a of the first soft magnetic body 4.

図3に示すように、第1軟磁性体4の上面4aと第2軟磁性体5の上面5aとの間には高さ方向(Z1−Z2)に間隔T9が設けられる。また、第1軟磁性体4の下面4bと第2軟磁性体5の下面5bとの間には高さ方向(Z1−Z2)に間隔T10が設けられる。そして、T9とT10とは3〜14μm程度であることが好ましい。   As shown in FIG. 3, a gap T9 is provided in the height direction (Z1-Z2) between the upper surface 4a of the first soft magnetic body 4 and the upper surface 5a of the second soft magnetic body 5. Further, a gap T10 is provided between the lower surface 4b of the first soft magnetic body 4 and the lower surface 5b of the second soft magnetic body 5 in the height direction (Z1-Z2). And it is preferable that T9 and T10 are about 3-14 micrometers.

第1軟磁性体4及び第2軟磁性体5は、NiFe、CoFe、CoFeSiB、CoZrTi、CoZrNbから選ばれた少なくとも1つが含まれる軟磁性材料から形成される。また、非磁性膜13は、Au、Ti、Cr、Taの少なくとも1つが含まれる非磁性材料から形成される。   The first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 are made of a soft magnetic material containing at least one selected from NiFe, CoFe, CoFeSiB, CoZrTi, and CoZrNb. The nonmagnetic film 13 is formed of a nonmagnetic material containing at least one of Au, Ti, Cr, and Ta.

図3に示すように、各第1軟磁性体4は、基板2の表裏面に平行な上面4aと下面4b、及び上面4a及び下面4b間を繋ぐ垂直面である側面4c、4cを有して構成される。また、各第2軟磁性体5は、基板2の表裏面に平行な上面5aと下面5b、及び上面5a及び下面5b間を繋ぐ垂直面である側面5c、5cを有して構成される。尚、側面4c、4c及び側面5c、5cは、垂直面ではなく上下方向に向けて徐々に各々の幅寸法T1、T2が拡がる傾斜面とすることができる。また、上面4a、下面4b、上面5a、及び下面5b共に、基板2の表裏面に平行でないことも可能である。   As shown in FIG. 3, each first soft magnetic body 4 has an upper surface 4 a and a lower surface 4 b parallel to the front and back surfaces of the substrate 2, and side surfaces 4 c and 4 c that are vertical surfaces connecting the upper surface 4 a and the lower surface 4 b. Configured. Each of the second soft magnetic bodies 5 includes an upper surface 5a and a lower surface 5b that are parallel to the front and back surfaces of the substrate 2, and side surfaces 5c and 5c that are vertical surfaces that connect the upper surface 5a and the lower surface 5b. Note that the side surfaces 4c and 4c and the side surfaces 5c and 5c can be inclined surfaces in which the respective width dimensions T1 and T2 gradually increase in the vertical direction instead of the vertical surfaces. Further, the upper surface 4a, the lower surface 4b, the upper surface 5a, and the lower surface 5b may not be parallel to the front and back surfaces of the substrate 2.

図3に示すように、各磁気素子Sと第1軟磁性体4及び第2軟磁性体5とは、左右方向(X1−X2)に各々T5、T6の間隔が設けられている。尚、T5とT6とは0.1〜2μm程度であることが好ましい。   As shown in FIG. 3, each magnetic element S, the first soft magnetic body 4, and the second soft magnetic body 5 are provided with an interval of T5 and T6 in the left-right direction (X1-X2), respectively. T5 and T6 are preferably about 0.1 to 2 μm.

図1に示すように、入力端子(Vdd)と第2出力端子(V2)間に直列接続される磁気素子S1、S2、S3、及び第1出力端子(V1)とグランド端子(GND)間に直列接続される磁気素子S14、S15、S16、S17、S18は、全て各第2軟磁性体5に対して上端部5a1の右側近傍に配置される。また、第2出力端子(V2)とグランド端子(GND)間に直列接続される磁気素子S4、S5、S6、S7、S8、及び入力端子(Vdd)と第1の出力端子(V1)間に直列接続される磁気素子S9、S10、S11は、全て各第2軟磁性体5に対して上端部5a1の左側近傍に配置される。   As shown in FIG. 1, magnetic elements S1, S2, and S3 connected in series between the input terminal (Vdd) and the second output terminal (V2), and between the first output terminal (V1) and the ground terminal (GND). The magnetic elements S14, S15, S16, S17, and S18 connected in series are all arranged near the right side of the upper end 5a1 with respect to each second soft magnetic body 5. Further, the magnetic elements S4, S5, S6, S7, S8 connected in series between the second output terminal (V2) and the ground terminal (GND), and between the input terminal (Vdd) and the first output terminal (V1). The magnetic elements S9, S10, S11 connected in series are all arranged in the vicinity of the left side of the upper end 5a1 with respect to each second soft magnetic body 5.

ただし、図7に示すように、上端部5a1あるいは下端部5b1は、各々に第2軟磁性体5の上面5a近傍あるいは下面5b近傍に含まれる第2軟磁性体5の両端部の領域である。また、上端部4a1あるいは下端部4b1は、各々に第1軟磁性体4の上面4a近傍あるいは下面4b近傍に含まれる第1軟磁性体4の両端部の領域である。   However, as shown in FIG. 7, the upper end portion 5a1 or the lower end portion 5b1 is a region of both end portions of the second soft magnetic body 5 included in the vicinity of the upper surface 5a or the lower surface 5b of the second soft magnetic body 5, respectively. . Further, the upper end 4a1 or the lower end 4b1 is a region at both ends of the first soft magnetic body 4 included in the vicinity of the upper surface 4a or the lower surface 4b of the first soft magnetic body 4, respectively.

図7(a)に示すように、上方からの垂直磁界成分H01が、第1軟磁性体4に収束され、上面4aから第1軟磁性体4の内部に進入する。垂直磁界成分H01は、第1軟磁性体4内を通過し、下端部4b1(下面4bの近傍)から外方に流出し、水平磁界成分H02に変換され、各磁気素子Sに作用する。この水平磁界成分H02は、各磁気素子Sを挟んで対向する第2軟磁性体5に収束され、上端部5a1(上面5aの近傍)から第2軟磁性体5の内部に進入する。そして、第2軟磁性体5の下面5bから外方に発せられる。   As shown in FIG. 7A, the vertical magnetic field component H01 from above converges on the first soft magnetic body 4 and enters the inside of the first soft magnetic body 4 from the upper surface 4a. The vertical magnetic field component H01 passes through the first soft magnetic body 4, flows out from the lower end 4b1 (near the lower surface 4b), is converted into a horizontal magnetic field component H02, and acts on each magnetic element S. The horizontal magnetic field component H02 is converged on the second soft magnetic body 5 facing each other across the magnetic elements S, and enters the second soft magnetic body 5 from the upper end portion 5a1 (near the upper surface 5a). And it emits outward from the lower surface 5b of the second soft magnetic body 5.

水平磁界成分H02は、第1軟磁性体4の左右に配置される各磁気素子Sにおいて、各固定磁性層34の磁化方向に対し平行または反平行に作用する。図5で説明したように各磁気素子Sの固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)は右方向(X1)である。したがって、第1軟磁性体4から右方向の水平磁界成分H02が作用する磁気素子S(図1に示す、S4〜S8、S9〜S13)は、自由磁性層36の磁化方向が右方向(X1)を向くため、固定磁性層34と自由磁性層36の磁化方向が同じとなり電気抵抗値が小さくなる。一方、第1軟磁性体4から左方向の水平磁界成分H02が作用する磁気素子S(図1に示す、S1〜S3、S14〜S18)は、自由磁性層36の磁化方向が左方向(X2)を向くため、固定磁性層34と自由磁性層36の磁化方向が反平行となり電気抵抗値が大きくなる。よって、図4に示すブリッジ回路では、磁気素子S1〜S3、S14〜S18の電気抵抗値は大きくなり、磁気素子S4〜S8、S9〜S13の電気抵抗値は小さくなる。このため、第1出力端子(V1)の電位は大きくなり、第2出力端子(V2)の電位は小さくなり、差動出力を得ることで、上方からの垂直磁界成分H01の検知が可能になる。   The horizontal magnetic field component H02 acts in parallel or antiparallel to the magnetization direction of each pinned magnetic layer 34 in each magnetic element S disposed on the left and right of the first soft magnetic body 4. As described with reference to FIG. 5, the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 of each magnetic element S is the right direction (X1). Therefore, in the magnetic element S (S4 to S8 and S9 to S13 shown in FIG. 1) on which the right horizontal magnetic field component H02 acts from the first soft magnetic body 4, the magnetization direction of the free magnetic layer 36 is the right direction (X1 ), The magnetization directions of the pinned magnetic layer 34 and the free magnetic layer 36 are the same, and the electric resistance value is reduced. On the other hand, in the magnetic element S (S1 to S3, S14 to S18 shown in FIG. 1) on which the left horizontal magnetic field component H02 acts from the first soft magnetic body 4, the magnetization direction of the free magnetic layer 36 is the left direction (X2 ), The magnetization directions of the pinned magnetic layer 34 and the free magnetic layer 36 are antiparallel, and the electric resistance value is increased. Therefore, in the bridge circuit shown in FIG. 4, the electric resistance values of the magnetic elements S1 to S3 and S14 to S18 are large, and the electric resistance values of the magnetic elements S4 to S8 and S9 to S13 are small. For this reason, the potential of the first output terminal (V1) is increased, the potential of the second output terminal (V2) is decreased, and by obtaining a differential output, the vertical magnetic field component H01 can be detected from above. .

図7(b)に示すように、下方からの垂直磁界成分H03が、第2軟磁性体5に収束され、下面5bから第2軟磁性体5の内部に進入する。垂直磁界成分H03は、第2軟磁性体5内を通過し、上端部5a1(上面5aの近傍)から外方に流出し、水平磁界成分H04に変換され、各各磁気素子Sに作用する。
この水平磁界成分H04は、各磁気素子Sを挟んで対向する第1軟磁性体4に収束され、下端部4b1(下面4bの近傍)から第1軟磁性体4の内部に進入する。そして、第1軟磁性体4の上面4aから外方に発せられる。
As shown in FIG. 7B, the vertical magnetic field component H03 from below is converged on the second soft magnetic body 5 and enters the second soft magnetic body 5 from the lower surface 5b. The vertical magnetic field component H03 passes through the second soft magnetic body 5, flows out from the upper end portion 5a1 (near the upper surface 5a), is converted into a horizontal magnetic field component H04, and acts on each magnetic element S.
The horizontal magnetic field component H04 converges on the first soft magnetic body 4 facing each other across the magnetic elements S, and enters the first soft magnetic body 4 from the lower end portion 4b1 (in the vicinity of the lower surface 4b). And it emits outward from the upper surface 4a of the first soft magnetic body 4.

水平磁界成分H04は、第1軟磁性体4の左右に配置される各磁気素子Sにおいて、各固定磁性層34の磁化方向に対し平行または反平行に作用する。図5で説明したように各磁気素子Sの固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)は右方向(X1)である。したがって、第2軟磁性体5から右方向の水平磁界成分H04が作用する磁気素子S(図1に示す、S1〜S3、S14〜S18)は、自由磁性層36の磁化方向が右方向(X1)を向くため、固定磁性層34と自由磁性層36の磁化方向が同じとなり電気抵抗値が小さくなる。一方、第1軟磁性体4から左方向の水平磁界成分H04が作用する磁気素子S(図1に示す、S4〜S8、S9〜S13)は、自由磁性層36の磁化方向が左方向(X2)を向くため、固定磁性層34と自由磁性層36の磁化方向が反平行となり電気抵抗値が大きくなる。よって、図4に示すブリッジ回路では、磁気素子S1〜S3、S14〜S18の電気抵抗値は小さくなり、磁気素子S4〜S8、S9〜S13の電気抵抗値は大きくなる。このため、第1出力端子(V1)の電位は小さくなり、第2出力端子(V2)の電位は大きくなり、差動出力を得ることで、下方からの垂直磁界成分H03の検知が可能になる。   The horizontal magnetic field component H04 acts in parallel or antiparallel to the magnetization direction of each pinned magnetic layer 34 in each magnetic element S disposed on the left and right of the first soft magnetic body 4. As described with reference to FIG. 5, the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 of each magnetic element S is the right direction (X1). Therefore, in the magnetic element S (S1 to S3, S14 to S18 shown in FIG. 1) on which the right horizontal magnetic field component H04 acts from the second soft magnetic body 5, the magnetization direction of the free magnetic layer 36 is the right direction (X1). ), The magnetization directions of the pinned magnetic layer 34 and the free magnetic layer 36 are the same, and the electric resistance value is reduced. On the other hand, in the magnetic element S (S4 to S8, S9 to S13 shown in FIG. 1) on which the left horizontal magnetic field component H04 acts from the first soft magnetic body 4, the magnetization direction of the free magnetic layer 36 is the left direction (X2 ), The magnetization directions of the pinned magnetic layer 34 and the free magnetic layer 36 are antiparallel, and the electric resistance value is increased. Therefore, in the bridge circuit shown in FIG. 4, the electrical resistance values of the magnetic elements S1 to S3 and S14 to S18 are small, and the electrical resistance values of the magnetic elements S4 to S8 and S9 to S13 are large. For this reason, the potential of the first output terminal (V1) is reduced, the potential of the second output terminal (V2) is increased, and the vertical magnetic field component H03 can be detected from below by obtaining a differential output. .

尚、図7においては、図7での説明に必要な磁界のみを記載しており、それ以外の磁界に関しては省略した。実際には、垂直磁界成分H01の磁界成分が、各第1軟磁性体4の上面4aや上面4a近傍の上端部4a1の側面4c、4cに収束され、また、垂直磁界成分H03の磁界成分が、各第2軟磁性体5の下面5bや下面5b近傍の下端部5b1の側面5c、5cに収束される。また、上方からの垂直磁界成分H01と下方からの垂直磁界成分H03とは、中点電位の増減を逆に変化させるので、それらの違いは区分されて検知される。   In FIG. 7, only the magnetic fields necessary for the explanation in FIG. 7 are shown, and the other magnetic fields are omitted. Actually, the magnetic field component of the vertical magnetic field component H01 is converged on the upper surface 4a of each first soft magnetic body 4 and the side surfaces 4c and 4c of the upper end portion 4a1 in the vicinity of the upper surface 4a. The second soft magnetic body 5 converges to the lower surface 5b and the side surfaces 5c and 5c of the lower end portion 5b1 in the vicinity of the lower surface 5b. Further, since the vertical magnetic field component H01 from above and the vertical magnetic field component H03 from below change the increase / decrease in the midpoint potential in reverse, the difference between them is detected separately.

図8に第1軟磁性体4と第2軟磁性体5との間に生じる磁界強度の模式図を示す。図8に示すように、各下端部4b1と各上端部5a1とが水平(基板2の表裏面に平行)に対向して配置されている。よって、上方から垂直磁界成分H01を有する磁束が、水平磁界成分H02を有する磁束に変換されて各下端部4b1から外方に流出される際に、水平磁界成分H02を有する磁束は各上端部5a1に水平に進入しようとする。その結果、垂直磁界成分H01は大きな水平磁界成分H02に変換される。   FIG. 8 shows a schematic diagram of the magnetic field strength generated between the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5. As shown in FIG. 8, each lower end 4b1 and each upper end 5a1 are arranged horizontally (parallel to the front and back surfaces of the substrate 2). Therefore, when the magnetic flux having the vertical magnetic field component H01 is converted into the magnetic flux having the horizontal magnetic field component H02 from above and flows out from the respective lower end portions 4b1, the magnetic flux having the horizontal magnetic field component H02 is converted into the respective upper end portions 5a1. Try to enter horizontally. As a result, the vertical magnetic field component H01 is converted into a large horizontal magnetic field component H02.

また、下方から垂直磁界成分H03を有する磁束が、水平磁界成分H04を有する磁束に変換されて各上端部5a1から外方に流出される際に、水平磁界成分H04を有する磁束が各下端部4b1に水平に進入しようとする。その結果、垂直磁界成分H03は大きな水平磁界成分H04に変換される。   Further, when the magnetic flux having the vertical magnetic field component H03 is converted into the magnetic flux having the horizontal magnetic field component H04 from the lower side and flows out from the upper end portions 5a1, the magnetic flux having the horizontal magnetic field component H04 is transferred to the lower end portions 4b1. Try to enter horizontally. As a result, the vertical magnetic field component H03 is converted into a large horizontal magnetic field component H04.

磁束の方向と各軟磁性体4、5との対称性から、磁束の方向が逆になっても、基本的には磁束の流れは同じである。よって、上方及び下方からの垂直磁界成分は、同様に大きな水平磁界成分に変換される。   Because of the symmetry between the direction of the magnetic flux and each of the soft magnetic bodies 4 and 5, the flow of the magnetic flux is basically the same even if the direction of the magnetic flux is reversed. Therefore, vertical magnetic field components from above and below are similarly converted into large horizontal magnetic field components.

よって、垂直磁界成分H01及び垂直磁界成分H03が、水平磁界成分が大きい水平磁界成分H02及び水平磁界成分H04に変換され、Z軸磁気センサ1を構成する各磁気素子Sの固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)が水平方向であるので、Z軸磁気センサ1は垂直磁界成分H01及び垂直磁界成分H03を高感度に検知することができる。   Therefore, the vertical magnetic field component H01 and the vertical magnetic field component H03 are converted into a horizontal magnetic field component H02 and a horizontal magnetic field component H04 having a large horizontal magnetic field component, and the fixed magnetic layer 34 of each magnetic element S constituting the Z-axis magnetic sensor 1 is fixed. Since the magnetization direction (P direction) is the horizontal direction, the Z-axis magnetic sensor 1 can detect the vertical magnetic field component H01 and the vertical magnetic field component H03 with high sensitivity.

図8に示すように、第1軟磁性体4と第2軟磁性体5との間に強い磁界が略一様に分布している。よって、第1軟磁性体4と第2軟磁性体5との間に各磁気素子Sを設置する際の設置精度は厳しく要求されない。ただし、設置精度を考慮すると、各磁気素子Sを下端部4b1と上端部5a1との中心付近に設置することが好ましい。   As shown in FIG. 8, a strong magnetic field is distributed substantially uniformly between the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5. Therefore, the installation accuracy when installing each magnetic element S between the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 is not strictly required. However, in consideration of installation accuracy, each magnetic element S is preferably installed in the vicinity of the center between the lower end 4b1 and the upper end 5a1.

本実施形態において垂直磁界成分H01及び垂直磁界成分H03を検知できるのは、各第1軟磁性体4及び各第2軟磁性体5によって水平磁界成分H02及び水平磁界成分H04に変換されるからである。この変換効率を高めるには、図3及び図7を参照して説明するが、各第1軟磁性体4と各第2軟磁性体5との左右方向(X1−X2)における各々の幅寸法T1、T2に対して、高さ方向(Z1−Z2)における各々の高さ寸法T3、T4のアスペクト比(T3/T1、T4/T2)を1.5倍〜5倍程度に大きくすることが望ましい。   The reason why the vertical magnetic field component H01 and the vertical magnetic field component H03 can be detected in the present embodiment is that each of the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 is converted into a horizontal magnetic field component H02 and a horizontal magnetic field component H04. is there. In order to improve this conversion efficiency, it demonstrates with reference to FIG.3 and FIG.7, but each width dimension in the left-right direction (X1-X2) of each 1st soft magnetic body 4 and each 2nd soft magnetic body 5 is demonstrated. The aspect ratios (T3 / T1, T4 / T2) of the height dimensions T3, T4 in the height direction (Z1-Z2) with respect to T1, T2 may be increased to about 1.5 to 5 times. desirable.

これにより、第1軟磁性体4の上面4aや上面4a近傍の上端部4a1の側面4c、4cが、上方から下方(Z1方向からZ2方向)に向かう垂直磁界成分H01の主たる収束面として適切に機能し、一方、下面4bや下面4b近傍の下端部4b1の側面4c、4cが、第1軟磁性体4内を通過した磁界を流出する主たる流出面として機能し、水平方向への磁界成分を磁気素子Sの近傍にて生じることが可能になる。   Accordingly, the upper surface 4a of the first soft magnetic body 4 and the side surfaces 4c and 4c of the upper end portion 4a1 in the vicinity of the upper surface 4a are appropriately used as main converging surfaces of the vertical magnetic field component H01 from the upper side to the lower side (from the Z1 direction to the Z2 direction). On the other hand, the lower surface 4b and the side surfaces 4c and 4c of the lower end portion 4b1 in the vicinity of the lower surface 4b function as main outflow surfaces through which the magnetic field that has passed through the first soft magnetic body 4 flows out. This can occur in the vicinity of the magnetic element S.

また、第2軟磁性体5の下面5bや下面5b近傍の下端部5b1の側面5c、5cが、下方から上方(Z2方向からZ1方向)に向かう垂直磁界成分H03の主たる収束面として適切に機能し、一方、上面5aや上面5a近傍の上端部5a1の側面5c、5cが、第2軟磁性体5内を通過した磁界を流出する主たる流出面として機能し、水平方向への磁界成分を磁気素子Sの近傍にて生じることが可能になる。   Further, the lower surface 5b of the second soft magnetic body 5 and the side surfaces 5c and 5c of the lower end 5b1 in the vicinity of the lower surface 5b function appropriately as main converging surfaces of the vertical magnetic field component H03 from the lower side to the upper side (from the Z2 direction to the Z1 direction). On the other hand, the upper surface 5a and the side surfaces 5c and 5c of the upper end portion 5a1 in the vicinity of the upper surface 5a function as main outflow surfaces through which the magnetic field that has passed through the second soft magnetic body 5 flows out. This can occur in the vicinity of the element S.

尚、アスペクト比の上限を5としたのは、5程度とすれば変換効率を非常に良好にでき、また5よりも大きくするとZ軸磁気センサ1の低背化を阻害するためである。尚、T1とT2とは3〜10μm程度、T3とT4とは5〜15μm程度である。   The reason why the upper limit of the aspect ratio is set to 5 is that if it is about 5, the conversion efficiency can be made very good, and if it is larger than 5, the low profile of the Z-axis magnetic sensor 1 is hindered. T1 and T2 are about 3 to 10 μm, and T3 and T4 are about 5 to 15 μm.

本実施形態では図1、図7に示すように、複数の磁気素子Sが、第1軟磁性体4の下端部4b1と第2軟磁性体5の上端部5a1との間に配置されている。また、各磁気素子Sの固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)は全て同じ方向に揃えられている。これにより、各磁気素子Sが、外部からの左右方向(X1−X2)の水平磁界成分H05(図7参照)あるいは外部からの前後方向(Y1−Y2)の水平磁界成分H06(図示してない)を検知しても、各磁気素子Sは全て同じ抵抗値を示すため、図4に示すブリッジ回路での出力端子V1、V2は中点電位をそのままに変動しない。一方、外部からの垂直磁界成分H01、H03に対しては、第1軟磁性体4の左右に配置される各磁性素子Sには逆方向の水平磁界成分が作用するので、第1軟磁性体4の右側に配置される各磁性素子Sと第1軟磁性体4の左側に配置される各磁性素子Sとで異なる抵抗値を示し、各磁性素子S1〜S18を用いて図4に示すブリッジ回路を組むことで、外部からの水平磁界成分H05及び外部からの水平磁界成分H06の検知を抑制できると共に、垂直磁界成分H01、H03を適切に検出することが可能なZ軸磁気センサ1を構成することができる。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 7, the plurality of magnetic elements S are disposed between the lower end 4 b 1 of the first soft magnetic body 4 and the upper end 5 a 1 of the second soft magnetic body 5. . In addition, the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 of each magnetic element S is all aligned in the same direction. Thereby, each magnetic element S has a horizontal magnetic field component H05 in the left-right direction (X1-X2) from the outside (see FIG. 7) or a horizontal magnetic field component H06 in the front-back direction (Y1-Y2) from the outside (not shown). ), All the magnetic elements S exhibit the same resistance value, so the output terminals V1 and V2 in the bridge circuit shown in FIG. On the other hand, since the horizontal magnetic field components in the opposite direction act on the magnetic elements S arranged on the left and right of the first soft magnetic body 4 with respect to the external vertical magnetic field components H01 and H03, the first soft magnetic body 4 shows a resistance value different between each magnetic element S arranged on the right side of 4 and each magnetic element S arranged on the left side of the first soft magnetic body 4, and the bridge shown in FIG. 4 using each magnetic element S1 to S18. By constructing a circuit, it is possible to suppress the detection of the external horizontal magnetic field component H05 and the external horizontal magnetic field component H06 and configure the Z-axis magnetic sensor 1 capable of appropriately detecting the vertical magnetic field components H01 and H03. can do.

また、上記のように本実施形態では、全ての磁気素子Sの固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)を同じにできるから、全ての磁気素子Sを同じ基板2の上に同時に形成することができ、Z軸磁気センサ1の製造を容易化できる。   Further, as described above, in this embodiment, since the fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 of all the magnetic elements S can be made the same, all the magnetic elements S are simultaneously formed on the same substrate 2. Therefore, the manufacture of the Z-axis magnetic sensor 1 can be facilitated.

また、図1、図2に示すように、磁気素子S1〜S18、第1軟磁性体4、及び第2軟磁性体5は、前後方向(Y1−Y2)に平行に長く延びる形態であるが、磁気素子S1〜S18は第1軟磁性体4及び第2軟磁性体5より短く形成される。このため、第1軟磁性体4の左右に磁気素子Sを配置する際に、磁気素子S1と磁気素子S9のように左右方向(X1−X2)に相対向するように配置することもできるし、磁気素子S10、S2、S5のように、前後方向(Y1−Y2)にずらして配置することもでき、磁気素子Sに対する配置の自由度が高い。   As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetic elements S <b> 1 to S <b> 18, the first soft magnetic body 4, and the second soft magnetic body 5 extend in parallel in the front-rear direction (Y1-Y2). The magnetic elements S1 to S18 are formed shorter than the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5. Therefore, when the magnetic elements S are arranged on the left and right sides of the first soft magnetic body 4, they can be arranged so as to face each other in the left-right direction (X1-X2) like the magnetic elements S1 and S9. The magnetic elements S10, S2, and S5 can be arranged so as to be shifted in the front-rear direction (Y1-Y2).

図1、図3に示すように、第1軟磁性体4及び第2軟磁性体5の左右方向(X1−X2)の幅寸法T1及びT2を短く形成でき、また第1軟磁性体4の下端部4b1近傍及び第2軟磁性体5の上端部5a1近傍に、磁気素子Sを配置できる。したがって、磁気素子S、第1軟磁性体4及び第2軟磁性体5をコンパクトに配置できるのでZ軸磁気センサ1の小型化を促進できる。また、Z軸磁気センサ1を、X軸磁気センサ及びY軸磁気センサと平面視で同程度の大きさに形成することができる。   As shown in FIGS. 1 and 3, the width dimensions T1 and T2 in the left-right direction (X1-X2) of the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 can be formed short. The magnetic element S can be disposed in the vicinity of the lower end portion 4b1 and in the vicinity of the upper end portion 5a1 of the second soft magnetic body 5. Therefore, since the magnetic element S, the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 can be arranged in a compact manner, the Z-axis magnetic sensor 1 can be reduced in size. Further, the Z-axis magnetic sensor 1 can be formed in the same size as the X-axis magnetic sensor and the Y-axis magnetic sensor in plan view.

図10に、図1の変形例であるZ軸磁気センサの平面略図を示す。この変形例においては、各磁気素子Sが第2軟磁性体5の左右の両側に配置されている。これ以外においては、第1実施形態と同じである。   FIG. 10 is a schematic plan view of a Z-axis magnetic sensor which is a modification of FIG. In this modification, each magnetic element S is arranged on both the left and right sides of the second soft magnetic body 5. Other than this, the second embodiment is the same as the first embodiment.

よって、垂直磁界成分H01、H03に対して、各磁気素子Sには水平磁界成分H02、H04が、第1実施形態とは逆方向に作用する。そのため、各磁気素子Sは、その抵抗値を第1実施形態とは増減を逆に変化させて、図4に示すブリッジ回路の差動出力を得ることで、垂直磁界成分H01、H03を検知することができる。   Therefore, the horizontal magnetic field components H02 and H04 act on the magnetic elements S in the opposite direction to the first embodiment with respect to the vertical magnetic field components H01 and H03. Therefore, each magnetic element S detects the vertical magnetic field components H01 and H03 by changing the resistance value of the first and second embodiments in reverse to obtain the differential output of the bridge circuit shown in FIG. be able to.

本実施形態の製造方法について図9を用いて説明する。まず、図9(a)に示すように、基板2の表面に第1絶縁膜12、非磁性膜13、第2絶縁膜14、及び第3絶縁膜15を積層して形成する。   The manufacturing method of this embodiment is demonstrated using FIG. First, as shown in FIG. 9A, a first insulating film 12, a nonmagnetic film 13, a second insulating film 14, and a third insulating film 15 are stacked on the surface of the substrate 2.

基板2は例えばシリコン基板であり、第1絶縁膜12は例えば前記シリコン基板を熱酸化して形成した熱酸化膜である。第1絶縁膜12の膜厚は0.05〜0.3μm程度である。非磁性膜13は、例えばAu、Ti、Cr、Taの少なくとも1つを含む非磁性材料からなり、基板2の全面に形成され第2軟磁性体5のメッキシード層として機能し、その膜厚は0.05〜0.3μm程度である。第2絶縁膜14は、例えばシリコンナイトライト膜やシリコン酸化膜であり、その膜厚は4〜14μm程度である。第3絶縁膜15は例えばアルミナ膜であり、その膜厚は0.05〜0.5μm程度である。また、非磁性膜13、第2絶縁膜14、及び第3絶縁膜15は、スパッタリング法やCVD法(Chemical Vapor Deposition Method)等の薄膜形成技術を用い成膜することができる。   The substrate 2 is, for example, a silicon substrate, and the first insulating film 12 is, for example, a thermal oxide film formed by thermally oxidizing the silicon substrate. The film thickness of the first insulating film 12 is about 0.05 to 0.3 μm. The nonmagnetic film 13 is made of, for example, a nonmagnetic material containing at least one of Au, Ti, Cr, and Ta. The nonmagnetic film 13 is formed on the entire surface of the substrate 2 and functions as a plating seed layer of the second soft magnetic body 5. Is about 0.05 to 0.3 μm. The second insulating film 14 is, for example, a silicon nitrite film or a silicon oxide film, and the film thickness is about 4 to 14 μm. The third insulating film 15 is, for example, an alumina film, and the film thickness is about 0.05 to 0.5 μm. The nonmagnetic film 13, the second insulating film 14, and the third insulating film 15 can be formed using a thin film forming technique such as a sputtering method or a CVD method (Chemical Vapor Deposition Method).

図9(b)に示すように、第3絶縁膜15の上に、例えば図5に示すように下から反強磁性層33、固定磁性層34、非磁性層35、自由磁性層36、及び保護層37の順に積層して成膜することで、磁気素子Sを構成する積層多層膜を形成する。次に、レジストパターン形成技術やエッチング技術等からなるホトリソ加工技術を用いて磁気素子Sのパターニング形成(例えば図2に示すパターン)を行う。次に、例えば図2に示す接続部6、及び配線層7を、薄膜形成技術とホトリソ加工技術を繰り返すことで形成する。接続部6と配線層7とは、Al、Au、Cr等の導電材料からなる。   As shown in FIG. 9B, on the third insulating film 15, for example, as shown in FIG. 5, the antiferromagnetic layer 33, the pinned magnetic layer 34, the nonmagnetic layer 35, the free magnetic layer 36, and By laminating and forming the protective layers 37 in this order, a multilayer multilayer film constituting the magnetic element S is formed. Next, patterning formation of the magnetic element S (for example, the pattern shown in FIG. 2) is performed by using a photolithography processing technique including a resist pattern forming technique and an etching technique. Next, for example, the connection portion 6 and the wiring layer 7 shown in FIG. 2 are formed by repeating the thin film formation technique and the photolithography process technique. The connection portion 6 and the wiring layer 7 are made of a conductive material such as Al, Au, or Cr.

図9(c)に示すように、第4絶縁膜16を成膜し、図2に示す電極パッド8〜11部に金メッキ用のコンタクト穴(図示してない)をホトリソ加工技術で形成し、金シード層(図示してない)を成膜する。第4絶縁膜16は、例えばアルミナ膜であり、その膜厚は0.1〜0.5μm程度である。また、金シード層の膜厚は0.01〜0.1μm程度である。第4絶縁膜16及び金シード層はスパッタリング法等で成膜できる。   As shown in FIG. 9C, a fourth insulating film 16 is formed, and contact holes for gold plating (not shown) are formed in the electrode pads 8 to 11 shown in FIG. A gold seed layer (not shown) is deposited. The 4th insulating film 16 is an alumina film, for example, and the film thickness is about 0.1-0.5 micrometer. The film thickness of the gold seed layer is about 0.01 to 0.1 μm. The fourth insulating film 16 and the gold seed layer can be formed by sputtering or the like.

この際に、磁気センサを構成するX軸磁気センサ50、Y軸磁気センサ70、Z軸磁気センサ1が、基板2の上に同時に形成されている。また、図9には、説明に必要な一つの磁気素子Sとその周辺しか図示していないが、実際には複数の磁気素子S、複数の配線層7、や複数の電極パッド8〜11等があるが、これらは省略して図示していない。   At this time, the X-axis magnetic sensor 50, the Y-axis magnetic sensor 70, and the Z-axis magnetic sensor 1 constituting the magnetic sensor are simultaneously formed on the substrate 2. FIG. 9 shows only one magnetic element S necessary for the description and its periphery, but actually, a plurality of magnetic elements S, a plurality of wiring layers 7, a plurality of electrode pads 8 to 11 and the like. Although these are omitted, they are not shown.

次に、図9(d)〜 図9(g)によって、Z軸磁気センサ1が有する第1軟磁性体4と第2軟磁性体5とを形成する製造工程について説明する。   Next, a manufacturing process for forming the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 included in the Z-axis magnetic sensor 1 will be described with reference to FIGS. 9D to 9G.

図9(d)に示すように、第1レジスト膜17を塗布し、露光と現像によって第1レジスト膜17をパターニングする。そして、この第1レジスト膜17をマスクにして深堀りRIE(Deep Reactive Ion Etching)等によって第4絶縁膜16、第3絶縁膜15、第2絶縁膜14をエッチングして、非磁性膜13に達する深溝を形成する。   As shown in FIG. 9D, a first resist film 17 is applied, and the first resist film 17 is patterned by exposure and development. Then, using the first resist film 17 as a mask, the fourth insulating film 16, the third insulating film 15, and the second insulating film 14 are etched by deep RIE (Deep Reactive Ion Etching) or the like to form the nonmagnetic film 13. A deep groove reaching is formed.

図9(e)に示すように、非磁性膜13をメッキシード層として第2軟磁性体5を形成する膜をメッキ法等によって、その膜厚を5〜15μm程度に成膜する。次に、第1レジスト膜17を除去することで、メッキ法等で成膜した不必要な膜部分を除去することで、第2軟磁性体5を形成する。第2軟磁性体5は、NiFe、CoFe、CoFeSiB、CoZrTi、CoZrNbの少なくとも1つが含まれる軟磁性材料からなる。   As shown in FIG. 9E, a film for forming the second soft magnetic body 5 is formed to a thickness of about 5 to 15 μm by plating or the like using the nonmagnetic film 13 as a plating seed layer. Next, the second soft magnetic body 5 is formed by removing the unnecessary film portion formed by plating or the like by removing the first resist film 17. The second soft magnetic body 5 is made of a soft magnetic material containing at least one of NiFe, CoFe, CoFeSiB, CoZrTi, and CoZrNb.

図9(f)に示すように、第2レジスト膜18を塗布し、露光と現像によって第1軟磁性体4を形成する箇所の第2レジスト膜18に孔パターンを形成する。そして、この孔パターン内の第4絶縁膜16を除去し、第3絶縁膜15の膜中の途中まで除去する。この除去は、RIEやイオンミリング(Ion Milling)法等で行うことができる。図示していないが第1軟磁性体4と同じ材質の膜あるいはAu、Ti、Cr、Taの少なくとも1つを含む非磁性材料を、0.01〜0.1μm程度の膜厚にてシード層としてスパッタリング法等で成膜する。次に、第1軟磁性体4を形成する膜をメッキ法等によって、その膜厚を5〜15μm程度に成膜する。次に、第2レジスト膜18を除去することで、メッキ法等で成膜した不必要な膜部分を除去することで、第1軟磁性体4を形成する。第1軟磁性体4はNiFe、CoFe、CoFeSiB、CoZrTi、CoZrNbの少なくとも1つが含まれる軟磁性材料からなる。   As shown in FIG. 9F, a second resist film 18 is applied, and a hole pattern is formed in the second resist film 18 where the first soft magnetic body 4 is to be formed by exposure and development. Then, the fourth insulating film 16 in the hole pattern is removed, and the middle of the third insulating film 15 is removed. This removal can be performed by RIE, ion milling (Ion Milling) method, or the like. Although not shown, a seed layer of a film made of the same material as the first soft magnetic body 4 or a nonmagnetic material containing at least one of Au, Ti, Cr, and Ta is formed to a thickness of about 0.01 to 0.1 μm. The film is formed by sputtering or the like. Next, a film for forming the first soft magnetic body 4 is formed to a thickness of about 5 to 15 μm by plating or the like. Next, by removing the second resist film 18 and removing unnecessary film portions formed by plating or the like, the first soft magnetic body 4 is formed. The first soft magnetic body 4 is made of a soft magnetic material containing at least one of NiFe, CoFe, CoFeSiB, CoZrTi, and CoZrNb.

その結果、図9(g)に示すように、磁気素子Sを挟んで第1軟磁性体4と第2軟磁性体5とが配置されるZ軸磁気センサ1が形成される。別途に、X軸磁気センサ50及びY軸磁気センサ70の漏洩磁場を遮蔽するシールド膜が形成されるが、図示していない。   As a result, as shown in FIG. 9G, the Z-axis magnetic sensor 1 in which the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 are arranged with the magnetic element S interposed therebetween is formed. Separately, a shield film that shields the leakage magnetic field of the X-axis magnetic sensor 50 and the Y-axis magnetic sensor 70 is formed, but this is not shown.

次工程からは、X軸磁気センサ50、Y軸磁気センサ70、及びZ軸磁気センサ1に対して同時に製造工程が進行する。図示していないが、レジスト膜を塗布し、レジストパターン形成技術で図2に示す電極パッド8〜11部に金メッキ用のコンタクト孔を形成し、金メッキを行う。そして、前記レジスト膜を除去した後に、電極パッド8〜11部に形成された金メッキパターンをマスクにして、図9(c)で成膜した金シード層をエッチング除去する。   From the next step, the manufacturing process proceeds simultaneously for the X-axis magnetic sensor 50, the Y-axis magnetic sensor 70, and the Z-axis magnetic sensor 1. Although not shown, a resist film is applied, contact holes for gold plating are formed in the electrode pads 8 to 11 shown in FIG. 2 by a resist pattern forming technique, and gold plating is performed. Then, after removing the resist film, the gold seed layer formed in FIG. 9C is removed by etching using the gold plating pattern formed on the electrode pads 8 to 11 as a mask.

図9(h)に示すように、ファイナルパッシベーション膜19を成膜して、ホトリソ加工技術を用いて図2に示す電極パッド8〜11部に、ワイヤボンディング用のパッド穴を形成する。ファイナルパッシベーション膜19は、例えば、CVD法等で成膜されるシリコンナイトライト膜であり、その膜厚は0.3〜5μm程度である。   As shown in FIG. 9H, a final passivation film 19 is formed, and pad holes for wire bonding are formed in the electrode pads 8 to 11 shown in FIG. 2 using a photolithography technique. The final passivation film 19 is a silicon nitrite film formed by, for example, a CVD method and has a thickness of about 0.3 to 5 μm.

基板2上には、X軸磁気センサ50、Y軸磁気センサ70、及びZ軸磁気センサ1から構成される複数の磁気センサが形成される。よって、図示していないが、基板2を切断すれば、複数の磁気センサチップを製造することができる。   On the substrate 2, a plurality of magnetic sensors including the X-axis magnetic sensor 50, the Y-axis magnetic sensor 70, and the Z-axis magnetic sensor 1 are formed. Therefore, although not shown, a plurality of magnetic sensor chips can be manufactured by cutting the substrate 2.

上述したように、本実施形態においては、薄膜の積層多層膜である各磁気素子Sを形成した後に、第2軟磁性体5、第1軟磁性体4を形成している。このように、製造工程の初期段階で各磁気素子Sを形成することは、製造工程を経る毎に基板表面に成長する微小な凹凸である面荒れを未然に防ぐことができるので、各磁気素子Sの膜厚精度を向上させることができる。その結果、特性ばらつきが小さいと共に高歩留で磁気センサを製造できる。また、磁気センサの特性ばらつきが小さくなることで検出精度が向上し、検出感度(S/N比)が向上する。   As described above, in the present embodiment, the second soft magnetic body 5 and the first soft magnetic body 4 are formed after the magnetic elements S that are thin multilayered films are formed. Thus, forming each magnetic element S in the initial stage of the manufacturing process can prevent surface roughness, which is minute unevenness growing on the surface of the substrate every time the manufacturing process is performed, so that each magnetic element The film thickness accuracy of S can be improved. As a result, a magnetic sensor can be manufactured with a small yield and a high yield. In addition, the detection accuracy is improved and the detection sensitivity (S / N ratio) is improved by reducing the characteristic variation of the magnetic sensor.

第1軟磁性体4や第2軟磁性体5を形成した後に磁気素子Sを形成する際には、第1軟磁性体4や第2軟磁性体5を形成することで基板表面の平坦性が損なわれるので、各磁気素子Sを膜厚精度よく形成するためには厚い絶縁膜で基板表面を覆いCMP(Chemical Mechanical Polishing)等で平坦化することが必要である。   When the magnetic element S is formed after the first soft magnetic body 4 or the second soft magnetic body 5 is formed, the flatness of the substrate surface is formed by forming the first soft magnetic body 4 or the second soft magnetic body 5. Therefore, in order to form each magnetic element S with high film thickness accuracy, it is necessary to cover the substrate surface with a thick insulating film and planarize it by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like.

このため、工程数が増えるとともに、高価なCMP装置等を導入することが必要となり、製造コストが高くなることが問題である。よって、本実施形態では、第1軟磁性体4や第2軟磁性体5を形成する前に、各磁気素子Sを形成することで、製造コストを低く抑えることができる。   For this reason, it is necessary to introduce an expensive CMP apparatus and the like as the number of steps increases, and the manufacturing cost becomes a problem. Therefore, in the present embodiment, by forming each magnetic element S before the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 are formed, the manufacturing cost can be kept low.

図9(g)に示すように第1軟磁性体4の下面4bは第3絶縁膜15中に設けられているが、これに限定されない。第2絶縁膜14を絶縁膜で形成しているので、第2絶縁膜14の膜中まで深掘りし前記下面4bを第2絶縁膜14の膜中に設けることも可能である。このように、本実施形態によれば、第1軟磁性体4と各磁気素子Sとの重なり合いの自由度を大きく取れる。   As shown in FIG. 9G, the lower surface 4b of the first soft magnetic body 4 is provided in the third insulating film 15, but is not limited thereto. Since the second insulating film 14 is formed of an insulating film, it is possible to dig deeply into the second insulating film 14 and provide the lower surface 4 b in the second insulating film 14. Thus, according to the present embodiment, the degree of freedom of overlapping between the first soft magnetic body 4 and each magnetic element S can be increased.

また、第2軟磁性体5においても、その膜厚を変えることで第2軟磁性体5と各磁気素子Sとの重なり合いを自由に変えることが可能である。   Also, in the second soft magnetic body 5, the overlap between the second soft magnetic body 5 and each magnetic element S can be freely changed by changing the film thickness.

よって、本実施形態によれば、第1軟磁性体4及び第2軟磁性体5と各磁気素子Sとの高さ方向(Z1−Z2)の重なり合いの設計自由度が大きいので、磁気素子Sに大きな水平磁界成分H02、H04を作用するように設計することが容易である。よって、本実施形態によれば、Z軸磁気センサ1の検出感度(S/N比)が向上させることが可能である。   Therefore, according to the present embodiment, the degree of freedom in designing the overlapping in the height direction (Z1-Z2) between the first soft magnetic body 4 and the second soft magnetic body 5 and each magnetic element S is large. It is easy to design so that the large horizontal magnetic field components H02 and H04 act. Therefore, according to the present embodiment, the detection sensitivity (S / N ratio) of the Z-axis magnetic sensor 1 can be improved.

本実施形態では、基板2をシリコン等としたが、これに限定されるものではない。基板2をガラス基板等の絶縁基板とすることもできる。この際には、図11に示す変形例のように、第1絶縁膜12、第2絶縁膜14、第3絶縁膜15が形成されない場合もある。   In this embodiment, the substrate 2 is made of silicon or the like, but is not limited to this. The substrate 2 can be an insulating substrate such as a glass substrate. At this time, the first insulating film 12, the second insulating film 14, and the third insulating film 15 may not be formed as in the modification shown in FIG.

本実施形態では非磁性膜13が形成されているが、これに限定されるものではない。第2軟磁性体5と同一材料をシード層にして第2軟磁性体5をメッキ成膜できるので、図11に示す変形例のように、非磁性膜13が形成されない場合もある。   In the present embodiment, the nonmagnetic film 13 is formed, but the present invention is not limited to this. Since the second soft magnetic body 5 can be plated by using the same material as the second soft magnetic body 5 as a seed layer, the nonmagnetic film 13 may not be formed as in the modification shown in FIG.

<第2の実施形態>
図12に第2の実施形態におけるZ軸磁気センサの平面略図を示す。また、図13に第2の実施形態におけるZ軸磁気センサの回路略図を示す。また、図14に、第2の実施形態におけるZ軸磁気センサの部分拡大平面略図を示す。
<Second Embodiment>
FIG. 12 is a schematic plan view of the Z-axis magnetic sensor according to the second embodiment. FIG. 13 is a schematic circuit diagram of the Z-axis magnetic sensor according to the second embodiment. FIG. 14 is a partially enlarged schematic plan view of the Z-axis magnetic sensor according to the second embodiment.

Z軸磁気センサは、図12、図13、図14に示すように、4つの抵抗部101〜104によってブリッジ回路を成して構成される。図14(a)に第1抵抗部101及び第4抵抗部104の部分拡大平面略図を、図14(b)に第2抵抗部102及び第3抵抗部103の部分拡大平面略図を示す。図14に示すように、4つの抵抗部101〜104は、磁気素子S、第1軟磁性体4、及び第2軟磁性体5を有して形成される。   As shown in FIGS. 12, 13, and 14, the Z-axis magnetic sensor is configured by forming a bridge circuit with four resistance units 101 to 104. FIG. 14A shows a partially enlarged schematic plan view of the first resistor portion 101 and the fourth resistor portion 104, and FIG. 14B shows a partially enlarged schematic plan view of the second resistor portion 102 and the third resistor portion 103. As shown in FIG. 14, the four resistance portions 101 to 104 are formed to include a magnetic element S, a first soft magnetic body 4, and a second soft magnetic body 5.

第1抵抗部101及び第4抵抗部104は、図14(a)に示すように、第1軟磁性体4が各磁気素子Sの左側に、第2軟磁性体5が各磁気素子Sの右側に配置されている。よって、第1抵抗部101及び第4抵抗部104は、第1組の磁気素子から構成されている。   As shown in FIG. 14A, the first resistance part 101 and the fourth resistance part 104 have a first soft magnetic body 4 on the left side of each magnetic element S and a second soft magnetic body 5 on each magnetic element S. Located on the right side. Therefore, the first resistance unit 101 and the fourth resistance unit 104 are configured by a first set of magnetic elements.

第2抵抗部102及び第3抵抗部103は、図14(b)に示すように、第1軟磁性体4が各磁気素子Sの右側に、第2軟磁性体5が各磁気素子Sの左側に配置されている。よって、第2抵抗部102及び第3抵抗部103は、第2組の磁気素子から構成されている。   As shown in FIG. 14B, the second resistance unit 102 and the third resistance unit 103 include a first soft magnetic body 4 on the right side of each magnetic element S and a second soft magnetic body 5 on each magnetic element S. Located on the left side. Therefore, the 2nd resistance part 102 and the 3rd resistance part 103 are comprised from the 2nd set of magnetic elements.

第2の実施形態は、上記の配置と第1軟磁性体4、第2軟磁性体5、及び各磁気素子Sの本数と前後方向(Y1−Y2)の寸法以外は第1の実施形態と同じである。   The second embodiment is the same as the first embodiment except for the above arrangement, the number of first soft magnetic bodies 4, the second soft magnetic bodies 5, and the number of magnetic elements S and the dimensions in the front-rear direction (Y1-Y2). The same.

各磁気素子Sの固定磁性層34の固定磁化方向(P方向)は、第1の実施形態と同じく右方向(X1)である。また、第1抵抗部101及び第4抵抗部104と、第2抵抗部102及び第3抵抗部103とでは、垂直磁界成分に対して、逆方向の水平磁界成が作用する。そのため、第1抵抗部101及び第4抵抗部104と、第2抵抗部102及び第3抵抗部103とでは、垂直磁界成分に対して、その抵抗値の増減を逆に変化させる。よって、図12に示すブリッジ回路の差動出力を得ることで、垂直磁界成分H01、H03を検知することができる。   The fixed magnetization direction (P direction) of the fixed magnetic layer 34 of each magnetic element S is the right direction (X1) as in the first embodiment. Further, in the first resistor portion 101 and the fourth resistor portion 104, and the second resistor portion 102 and the third resistor portion 103, horizontal magnetic field formation in the opposite direction acts on the vertical magnetic field component. Therefore, in the first resistance unit 101 and the fourth resistance unit 104, and the second resistance unit 102 and the third resistance unit 103, the increase and decrease of the resistance values are changed inversely with respect to the vertical magnetic field component. Therefore, the vertical magnetic field components H01 and H03 can be detected by obtaining the differential output of the bridge circuit shown in FIG.

第2の実施形態では、全ての各磁気素子Sの前後方向(Y1−Y2)の長さを同じにしたが、第1の実施形態と同じように各磁気素子Sの長さは異ならせて、その全長を同じにすることも可能である。   In the second embodiment, the lengths of all the magnetic elements S in the front-rear direction (Y1-Y2) are made the same. However, the lengths of the magnetic elements S are made different as in the first embodiment. It is also possible to have the same overall length.

このようにして、第1組の磁気素子と第2組の磁気素子とから構成されるブリッジ回路は、図12、図13、図14に示す構成で形成することができる。   In this way, a bridge circuit composed of the first set of magnetic elements and the second set of magnetic elements can be formed with the configuration shown in FIGS. 12, 13, and 14.

1 Z軸磁気センサ
2 基板
4 第1軟磁性体
5 第2軟磁性体
6 接続部
7 配線層
8〜11 電極パッド
12 第1絶縁膜
13 非磁性膜
14 第2絶縁膜
15 第3絶縁膜
16 第4絶縁膜
17 第1レジスト膜
18 第2レジスト膜
19 ファイナルパッシベーション膜
33 反強磁性層
34 固定磁性層
35 非磁性層
36 自由磁性層
37 保護層
50 X軸磁気センサ
70 Y軸磁気センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Z-axis magnetic sensor 2 Board | substrate 4 1st soft magnetic body 5 2nd soft magnetic body 6 Connection part 7 Wiring layer 8-11 Electrode pad 12 1st insulating film 13 Nonmagnetic film 14 2nd insulating film 15 3rd insulating film 16 Fourth insulating film 17 First resist film 18 Second resist film 19 Final passivation film 33 Antiferromagnetic layer 34 Fixed magnetic layer 35 Nonmagnetic layer 36 Free magnetic layer 37 Protective layer 50 X-axis magnetic sensor 70 Y-axis magnetic sensor

Claims (13)

磁束を検知する磁気素子と、第1軟磁性体と第2軟磁性体と、を有し、
第1の方向に関し、前記第1軟磁性体と前記第2軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、
前記第1軟磁性体が、前記第1の方向に略垂直な第2の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第2軟磁性体とは反対側に配置されてなることを特徴とする磁気センサ。
A magnetic element for detecting magnetic flux, a first soft magnetic body, and a second soft magnetic body,
Regarding the first direction, the magnetic element is disposed between the first soft magnetic body and the second soft magnetic body,
The magnetism is characterized in that the first soft magnetic body is disposed on the opposite side of the second soft magnetic body with respect to the magnetic element in a second direction substantially perpendicular to the first direction. Sensor.
基板の表面側に磁気抵抗効果を発揮する磁気素子と、前記磁気素子から離間し、前記表面側に配置される第1軟磁性体と、前記磁気素子から離間し、前記基板の裏面側に配置される第2軟磁性体と、を有し、
前記基板面内にある第1の方向に関し、前記第1軟磁性体と前記第2軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、
前記第1軟磁性体が、前記基板面に略垂直な第2の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第2軟磁性体とは反対側に配置されてなることを特徴とする磁気センサ。
A magnetic element that exhibits a magnetoresistive effect on the front surface side of the substrate, a first soft magnetic material that is spaced from the magnetic element and disposed on the front surface side, and is spaced from the magnetic element and disposed on the back surface side of the substrate A second soft magnetic body,
The magnetic element is disposed between the first soft magnetic body and the second soft magnetic body in a first direction in the substrate plane,
The magnetic sensor, wherein the first soft magnetic body is disposed on the opposite side of the second soft magnetic body with respect to the magnetic element in a second direction substantially perpendicular to the substrate surface.
前記第1軟磁性体の前記裏面側の端部、前記第2軟磁性体の前記表面側の端部ならびに前記磁気素子が、前記第2の方向に関し、互いに重なり合うような位置に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の磁気センサ。   The end portion on the back surface side of the first soft magnetic body, the end portion on the front surface side of the second soft magnetic body, and the magnetic element are arranged at positions overlapping each other in the second direction. The magnetic sensor according to claim 2. 前記第1軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、前記第2軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より、前記基板から離れて位置することを特徴とする請求2または請求項3に記載の磁気センサ。   The end of the first soft magnetic body on the side far from the magnetic element is located farther from the substrate than the end of the second soft magnetic body on the side close to the magnetic element. Or the magnetic sensor of Claim 3. 前記第2軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、前記第1軟磁性体の前記磁気素子に近い側の端部より、前記基板から離れて位置することを特徴とする請求2から請求項4のいずれか1項に記載の磁気センサ。   The end of the second soft magnetic body on the side far from the magnetic element is located farther from the substrate than the end of the first soft magnetic body on the side close to the magnetic element. The magnetic sensor according to claim 1. 前記第1軟磁性体及び前記第2軟磁性体が、NiFe、CoFe、CoFeSiB、CoZrTi、CoZrNbの少なくとも1つが含まれる軟磁性材料から形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の磁気センサ。   The first soft magnetic body and the second soft magnetic body are made of a soft magnetic material containing at least one of NiFe, CoFe, CoFeSiB, CoZrTi, and CoZrNb. The magnetic sensor according to any one of the above. 前記第2軟磁性体における前記磁気素子から遠い側の端部が、Au、Ti、Cr、Taの少なくとも1つが含まれる非磁性膜に接することを特徴とする請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の磁気センサ。   The end of the second soft magnetic body on the side far from the magnetic element is in contact with a nonmagnetic film containing at least one of Au, Ti, Cr, and Ta. The magnetic sensor according to claim 1. 前記第2軟磁性体の前記非磁性膜に接する面を除いた外周が絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項7に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to claim 7, wherein an outer periphery of the second soft magnetic body excluding a surface in contact with the nonmagnetic film is covered with an insulating film. 複数の前記磁気素子が第1組磁気素子群と第2組磁気素子群とからなり、前記第1組磁気素子群と前記第2組磁気素子群とは電気的に直列接続され、前記第1組磁気素子群と前記第2組磁気素子群との間に出力取出し用の中点電極を有するブリッジ回路が構成されてなるとともに、
前記基板の面上における略直交する2方向のうちの一方を前後方向、他方を左右方向としたときに、
前記第1組の前記磁気素子の左側に前記第1軟磁性体がかつ前記第1組の前記磁気素子の右側に前記第2軟磁性体が配置され、
前記第2組の前記磁気素子の左側に前記第2軟磁性体がかつ前記第2組の前記磁気素子の右側に前記第1軟磁性体が配置されてなることを特徴とする請求項2から請求項8のいずれか1項に記載の磁気センサ。
The plurality of magnetic elements include a first set of magnetic element groups and a second set of magnetic element groups, and the first set of magnetic element groups and the second set of magnetic element groups are electrically connected in series, A bridge circuit having a midpoint electrode for output extraction is formed between the group magnetic element group and the second group magnetic element group, and
When one of two substantially orthogonal directions on the surface of the substrate is the front-rear direction and the other is the left-right direction,
The first soft magnetic body is disposed on the left side of the first set of magnetic elements and the second soft magnetic body is disposed on the right side of the first set of magnetic elements;
3. The second soft magnetic body is disposed on the left side of the second set of magnetic elements, and the first soft magnetic body is disposed on the right side of the second set of magnetic elements. The magnetic sensor according to claim 8.
第1組磁気素子群と第2組磁気素子群とを含む複数の前記磁気素子が、磁化方向が固定された固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性層を介して積層され外部磁界によって磁化方向が変化する自由磁性層とを有し、複数の前記磁気素子の前記固定磁性層の磁化方向は前記第1組磁気素子群の前記磁気素子どうし並びに前記第2組磁気素子群の前記磁気素子どうしが同じ方向であり、前記磁気素子、前記第1軟磁性体及び前記第2軟磁性体は前記前後方向に延出形成されてなるとともに、前記自由磁性層の感度軸方向は、前記左右方向であることを特徴とする請求項9に記載の磁気センサ。   A plurality of magnetic elements including a first magnetic element group and a second magnetic element group are stacked with a pinned magnetic layer having a fixed magnetization direction and a nonmagnetic layer stacked on the pinned magnetic layer by an external magnetic field. A magnetization direction of the pinned magnetic layer of the plurality of magnetic elements, and the magnetic elements of the first set of magnetic elements and the magnetic elements of the second set of magnetic elements. The elements are in the same direction, and the magnetic element, the first soft magnetic body, and the second soft magnetic body are formed to extend in the front-rear direction, and the sensitivity axis direction of the free magnetic layer is the left-right direction. The magnetic sensor according to claim 9, wherein the magnetic sensor is a direction. 前記磁気素子が、その左右の両側に配置される前記第1軟磁性体と前記第2軟磁性体とよりも前後方向に短いことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の磁気センサ。   11. The magnetic sensor according to claim 9, wherein the magnetic element is shorter in the front-rear direction than the first soft magnetic body and the second soft magnetic body disposed on both right and left sides thereof. . 前記第1組磁気素子群と前記第2組磁気素子群とは、それぞれ少なくとも1つ以上の磁気素子からなることを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の磁気センサ。   The magnetic sensor according to any one of claims 9 to 11, wherein each of the first set of magnetic element groups and the second set of magnetic element groups includes at least one or more magnetic elements. . 基板の表面側に磁気抵抗効果を発揮する磁気素子と、前記磁気素子から離間し、前記表面側に配置される第1軟磁性体と、前記磁気素子から離間し、前記基板の裏面側に配置される第2軟磁性体と、を有し、前記基板面内にある第1の方向に関し、前記第1軟磁性体と前記第2軟磁性体との間に前記磁気素子が配置されてなり、前記第1軟磁性体が、前記基板面に略垂直な第2の方向に関して前記磁気素子を基準にして前記第2軟磁性体とは反対側に配置されてなる磁気センサの製造方法であって、
(a)前記基板の表面側に前記磁気素子を形成する工程と、
(b)前記基板の表面側に形成したレジスト孔内に軟磁性材料を充填して前記第1軟磁性体を形成する工程と、
(c)前記基板の表面側から前記基板内に向けて深溝を形成し、前記深溝を軟磁性材料で充填する前記第2軟磁性体を形成する工程と、
を有することを特徴とする磁気センサの製造方法。
A magnetic element that exhibits a magnetoresistive effect on the front surface side of the substrate, a first soft magnetic material that is spaced from the magnetic element and disposed on the front surface side, and is spaced from the magnetic element and disposed on the back surface side of the substrate A second soft magnetic body, and the magnetic element is disposed between the first soft magnetic body and the second soft magnetic body in a first direction in the plane of the substrate. The method of manufacturing a magnetic sensor, wherein the first soft magnetic body is disposed on the opposite side of the second soft magnetic body with respect to the magnetic element in a second direction substantially perpendicular to the substrate surface. And
(A) forming the magnetic element on the surface side of the substrate;
(B) filling the resist holes formed on the surface side of the substrate with a soft magnetic material to form the first soft magnetic body;
(C) forming a deep groove from the surface side of the substrate into the substrate, and forming the second soft magnetic body filling the deep groove with a soft magnetic material;
A method of manufacturing a magnetic sensor, comprising:
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