JP2016058609A - Magnetic sensor and method of manufacturing magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ、及び、当該磁気センサの製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic sensor using a magnetoresistive effect element and a method for manufacturing the magnetic sensor.
従来、磁気センサに使用される素子として、巨大磁気抵抗効果素子(GMR(Giant Magneto Resistance)素子)が知られている。いわゆるスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子は、磁化が所定の方位に固定(ピン)されたピンド層と、磁化の方位が外部磁場に応じて変化するフリー層とを備え、ピンド層の磁化の方位と、フリー層の磁化の方位との相対的関係に応じて抵抗値が変化する。この抵抗値の変化を電気的に検知することで、外部磁場(磁界)の強度を把握することができる。 Conventionally, giant magnetoresistive elements (GMR (Giant Magneto Resistance) elements) are known as elements used in magnetic sensors. A so-called spin-valve magnetoresistive element includes a pinned layer whose magnetization is fixed (pinned) in a predetermined direction and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, and the magnetization direction of the pinned layer And the resistance value changes according to the relative relationship between the magnetization direction of the free layer. By electrically detecting the change in the resistance value, the strength of the external magnetic field (magnetic field) can be grasped.
また、このような磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサの製造方法として、所定の面に永久磁石をマトリクス状に配列させたマグネットアレイを半導体ウェハ(基板)に重ね合わせながら熱処理を行う規則化熱処理工程が知られている(例えば、特許文献1)。半導体ウェハにマグネットアレイを重ねることで、当該半導体ウェハの平坦面におけるマトリクス状の区画(即ち、磁気センサ)ごとに、当該平坦面に対し水平な方位に規則性を有する外部磁場を印加することができる。これにより、磁気センサを構成する複数の磁気抵抗効果素子ごとに、上記外部磁場の水平方向成分に基づき、ピンド層の磁化の方位を所望する方位に固定することができる。 Further, as a method of manufacturing a magnetic sensor using such a magnetoresistive effect element, a regularized heat treatment is performed in which a heat treatment is performed while a magnet array in which permanent magnets are arranged in a matrix on a predetermined surface is superimposed on a semiconductor wafer (substrate). The process is known (for example, Patent Document 1). By superimposing a magnet array on a semiconductor wafer, an external magnetic field having regularity in a horizontal direction with respect to the flat surface can be applied to each of the matrix-like sections (that is, magnetic sensors) on the flat surface of the semiconductor wafer. it can. Accordingly, the magnetization direction of the pinned layer can be fixed to a desired direction based on the horizontal direction component of the external magnetic field for each of the plurality of magnetoresistive elements constituting the magnetic sensor.
上述のように、磁気センサは、半導体ウェハの平坦面においてマトリクス状に形成される。また、マグネットアレイは、そのマトリクスの区画(磁気センサ)ごとに対応するように永久磁石が配列される。ここで、磁気センサの小型化を図る場合、半導体ウェハの平坦面に形成される区画の縮小に応じて、マグネットアレイにおける永久磁石の格子配列も縮小させる必要がある。 As described above, the magnetic sensor is formed in a matrix on the flat surface of the semiconductor wafer. In the magnet array, permanent magnets are arranged so as to correspond to each section (magnetic sensor) of the matrix. Here, when downsizing the magnetic sensor, it is necessary to reduce the lattice arrangement of the permanent magnets in the magnet array in accordance with the reduction of the section formed on the flat surface of the semiconductor wafer.
しかしながら、マグネットアレイにおいてマトリクス状に配列される各永久磁石のピッチ(間隔)が狭まると、極性が異なる永久磁石間に生じる磁場は、当該永久磁石の間を直進する成分よりも湾曲して進む成分が支配的となる。そのため、半導体ウェハの平坦面に対する外部磁場の水平方向成分を所望に印加することが困難になる。また、区画を小型化させていくほど、マグネットアレイの製作が困難となる。したがって、上記規則化熱処理行程がボトルネックとなり、磁気センサの小型化を図ることが難しかった。 However, when the pitch (interval) of the permanent magnets arranged in a matrix in the magnet array is narrowed, the magnetic field generated between the permanent magnets having different polarities is curved and travels more than the component traveling straight between the permanent magnets. Becomes dominant. Therefore, it becomes difficult to apply the horizontal component of the external magnetic field to the flat surface of the semiconductor wafer as desired. Also, the smaller the compartment, the more difficult it is to manufacture the magnet array. Therefore, the ordering heat treatment process becomes a bottleneck, and it is difficult to reduce the size of the magnetic sensor.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、磁気センサの小型化を実現可能な磁気センサ及び磁気センサの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic sensor and a method of manufacturing the magnetic sensor that can realize downsizing of the magnetic sensor.
本発明の一態様は、基板の平坦面に設けられた傾斜面上に、磁気抵抗効果素子をなして少なくともピンド層を含む多層膜を成膜する成膜ステップと、前記基板の平坦面に直交する成分を有する外部磁場を印加して、当該直交する成分に基づいて、前記ピンド層の磁化の方位を固定する着磁ステップと、を有する磁気センサの製造方法である。
このような構成によれば、外部磁場を印加する磁石のピッチが狭まるほど湾曲する成分が強くなる水平成分を用いないため、磁気抵抗効果素子同士の間隔を狭めて配置しても、ピンド層の磁化の方位を所望する方位に固定することができる。
One embodiment of the present invention is a film formation step of forming a multilayer film including a magnetoresistive element and including at least a pinned layer on an inclined surface provided on a flat surface of a substrate, and orthogonal to the flat surface of the substrate A magnetic step of applying an external magnetic field having a component to be fixed and fixing the magnetization direction of the pinned layer based on the orthogonal component.
According to such a configuration, since the horizontal component in which the curved component becomes stronger as the pitch of the magnets to which the external magnetic field is applied becomes narrower is used, the pinned layer of the pinned layer can be arranged even if the gap between the magnetoresistive effect elements is narrowed. The direction of magnetization can be fixed to a desired direction.
また、本発明の一態様は、前記着磁ステップにおいて、前記基板の平坦面のうちの一の区画に含まれる所定の第1領域において前記平坦面に直交する一の方位の外部磁場を印加し、当該区画に含まれる所定の領域であって前記第1領域とは異なる第2領域において、前記平坦面に直交する方位であって前記一の方位とは逆向きの外部磁場を印加することを特徴とする。
このような構成によれば、一の区画において、磁化の方位が互いに逆向きのピンド層を形成できる。したがって、磁化の方位が互いに逆向きのピンド層を有する磁気抵抗効果素子を組み合わせてブリッジ回路を構成することで、小型で、かつ、検出精度の高い磁気センサを作製することができる。
In one aspect of the present invention, in the magnetizing step, an external magnetic field in one direction perpendicular to the flat surface is applied in a predetermined first region included in one section of the flat surface of the substrate. Applying an external magnetic field in a predetermined region included in the section and different from the first region in a direction orthogonal to the flat surface and opposite to the one direction. Features.
According to such a configuration, a pinned layer having magnetization directions opposite to each other can be formed in one section. Therefore, a magnetic sensor having a small size and high detection accuracy can be manufactured by combining a magnetoresistive effect element having pinned layers whose magnetization directions are opposite to each other to form a bridge circuit.
また、本発明の一態様は、前記着磁ステップにおいて、前記第1領域に対して一の極性面を対向させる第1磁石と、前記第2領域に対して他の極性面を対向させる第2磁石と、を同一平面上に配列して前記外部磁場を印加することを特徴とする。
第1磁石及び第2磁石が各区画に整合するように同一平面上に配列された治具(マグネットアレイ)を基板に重ねるのみで、平坦面に直交する成分を有する外部磁場を印加することができるので、着磁ステップの作業を簡素化することができる。
Further, according to one aspect of the present invention, in the magnetizing step, a first magnet that makes one polar surface face the first region and a second magnet that makes the other region face the second region. Magnets are arranged on the same plane and the external magnetic field is applied.
Applying an external magnetic field having a component orthogonal to the flat surface by simply superimposing a jig (magnet array) arranged on the same plane so that the first magnet and the second magnet are aligned with each section on the substrate. As a result, the work of the magnetizing step can be simplified.
また、本発明の一態様は、前記着磁ステップにおいて、1つの前記第1磁石が、矩形状の前記区画の一の頂点を共有して隣接する4つの前記第1領域に対向するように配されるとともに、1つの前記第2磁石は、前記区画のうち前記一の頂点の対角に位置する他の頂点を共有して隣接する4つの前記第2領域に対向するように配されることを特徴とする。
このような構成とすることで、単一の磁石が、一の頂点を共有して隣接する4つの区画のそれぞれに外部磁場を印加することができるので、一定の磁石のサイズ及び配列ピッチに対し、区画のサイズを効率的に縮小化することができる。
Further, according to one aspect of the present invention, in the magnetizing step, one of the first magnets is arranged so as to face four adjacent first regions while sharing one vertex of the rectangular section. In addition, one of the second magnets is disposed so as to face the four adjacent second regions while sharing another vertex located at the diagonal of the one vertex in the section. It is characterized by.
By adopting such a configuration, a single magnet can apply an external magnetic field to each of four adjacent sections sharing one apex, so that for a certain magnet size and arrangement pitch. The size of the compartment can be reduced efficiently.
また、本発明の一態様は、前記着磁ステップにおいて、前記第1磁石及び前記第2磁石のそれぞれと、前記基板の平坦面を挟むように磁性体を配することを特徴とする。
このような構成とすることで、外部磁場の各方向成分のうち、平坦面に直交する成分が他の方向成分に対して強まるので、固定されるピンド層の磁化の方位の精度を高めることができる。
According to another aspect of the present invention, in the magnetizing step, a magnetic body is disposed so as to sandwich each flat surface of the substrate with each of the first magnet and the second magnet.
By adopting such a configuration, among the directional components of the external magnetic field, the component orthogonal to the flat surface is stronger than the other directional components, so that the accuracy of the magnetization direction of the pinned layer to be fixed can be improved. it can.
また、本発明の一態様は、前記成膜ステップにおいて、前記ピンド層が、前記平坦面の面内方向における第1方位に沿って当該平坦面と接するように設けられた第1傾斜面と、前記第1方位と異なる第2方位に沿って当該平坦面と接するように設けられた第2傾斜面と、の両方に成膜されていることを特徴とする。
このような構成とすることで、作製される磁気センサにおいて、平坦面の面内方向において感度方向が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子が形成されるため、外部磁場を、異なる複数の方位の成分別に計測可能となる磁気センサを作製することができる。
According to another aspect of the present invention, in the film forming step, the pinned layer is provided with a first inclined surface provided so as to be in contact with the flat surface along a first direction in an in-plane direction of the flat surface; The film is formed on both the second inclined surface provided so as to be in contact with the flat surface along a second direction different from the first direction.
With such a configuration, in the magnetic sensor to be manufactured, a plurality of magnetoresistive elements having different sensitivity directions in the in-plane direction of the flat surface are formed. A magnetic sensor that can be separately measured can be manufactured.
また、本発明の一態様は、矩形板状の本体部と、少なくともピンド層を含み、前記本体部の平坦面の面内方向における第1方位に沿って設けられた第1傾斜面の傾斜面上に、当該第1方位を長手方向として形成された第1磁気抵抗効果素子と、少なくともピンド層を含み、前記本体部の平坦面の面内方向における方位であって前記第1方位と異なる第2方位に沿って設けられた第2傾斜面の傾斜面上に、当該第2方位を長手方向として形成された第2磁気抵抗効果素子と、を備え、前記本体部の一の頂点及び当該一の頂点で接する二辺の各辺上における二点で区画される第1領域、並びに、前記一の頂点の対角に位置する他の頂点及び当該他の頂点で接する二辺の各辺上における二点で区画される第2領域の各々において、前記第1磁気抵抗効果素子及び前記第2磁気抵抗効果素子の各々が配されていることを特徴とする磁気センサである。
このようにすることで、磁気センサの製造工程において、矩形板状の本体部を一つの区画として基板上に複数並べて配した際に、一の頂点を共有して隣接する4つの区画のそれぞれに単一の磁石を対向させて外部磁場を印加することができるので、一定の磁石のサイズ及び配列ピッチに対し、区画のサイズを効率的に縮小化することができる。
One embodiment of the present invention includes a rectangular plate-shaped main body portion and at least a pinned layer, and an inclined surface of a first inclined surface provided along a first orientation in an in-plane direction of the flat surface of the main body portion. Further, the first magnetoresistive element formed with the first orientation as the longitudinal direction, and at least a pinned layer, is an orientation in the in-plane direction of the flat surface of the main body and is different from the first orientation. A second magnetoresistive element formed on the inclined surface of the second inclined surface provided along the two directions and having the second direction as the longitudinal direction. A first region defined by two points on each side of two sides that touch each other at the vertex, and another vertex located at a diagonal of the one vertex and each side of the two sides touched by the other vertex In each of the second regions partitioned by two points, the first magnetoresistance A magnetic sensor, wherein each of the fruit element and the second magnetoresistance effect element is disposed.
In this way, in the magnetic sensor manufacturing process, when a plurality of rectangular plate-like main body portions are arranged on the substrate as one section, each of the four adjacent sections sharing one vertex is shared. Since an external magnetic field can be applied with a single magnet facing each other, the size of the partition can be efficiently reduced with respect to a certain magnet size and arrangement pitch.
また、本発明の一態様は、上述の磁気センサにおいて、前記第1領域に配される前記第1磁気抵抗効果素子及び前記第2磁気抵抗効果素子は、前記ピンド層の磁化の方位が、少なくとも前記平坦面に直交する一の方位を向く成分を有し、前記第2領域に配される前記第1磁気抵抗効果素子及び前記第2磁気抵抗効果素子は、前記ピンド層の磁化の方位が、少なくとも前記平坦面に直交する他の方位を向く成分を有していることを特徴とする。
このようにすることで、一の区画において、磁化の方位が互いに逆向きのピンド層を有する磁気抵抗効果素子を組み合わせてブリッジ回路を構成することで、小型で、かつ、検出精度の高い磁気センサを作製することができる。
In one embodiment of the present invention, in the above-described magnetic sensor, the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element arranged in the first region have at least a magnetization direction of the pinned layer. The first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element that have a component facing one direction perpendicular to the flat surface and are arranged in the second region have a magnetization direction of the pinned layer, It has a component that faces at least another direction orthogonal to the flat surface.
By doing so, a bridge circuit is configured by combining magnetoresistive effect elements having pinned layers whose magnetization directions are opposite to each other in one section, so that the magnetic sensor is small and has high detection accuracy. Can be produced.
上述の磁気センサ及び磁気センサの製造方法によれば、磁気センサの小型化を実現することができる。 According to the magnetic sensor and the method for manufacturing the magnetic sensor described above, it is possible to reduce the size of the magnetic sensor.
<第1の実施形態>
[磁気センサの構造]
以下、第1の実施形態に係る磁気センサ及びその製造方法について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る磁気センサの全体構成を示す図である。
図1に示す磁気センサ1は、外部から印加される外部磁場の磁界強度を、互いに直交する3軸(±X方向、±Y方向、±Z方向)の成分(Hx、Hy、Hz)別に計測可能な3軸磁気センサである。
1つの磁気センサ1は、基板1W(半導体ウェハ)の平坦面のうちの一の区画1aに形成される。なお、図1では図示を省略しているが、区画1aを含む複数の区画は、基板1Wの平坦面において互いに隣接するようにマトリクス状に配列されている。磁気センサ1は、製造工程のある段階において、基板1Wが当該複数の区画ごとに分断されることで、基板1Wから切り出される。本実施形態において区画1aを含む複数の区画は、約1mm四方のサイズとされる。
<First Embodiment>
[Magnetic sensor structure]
Hereinafter, the magnetic sensor and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of the magnetic sensor according to the first embodiment.
The
One
図1に示すように、磁気センサ1は、矩形板状の本体部(区画1a)内において、16個の磁気抵抗効果素子X1A、X1B、X1C、X1D、X2A、X2B、X2C、X2D、Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dを備えている。
16個の各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dは、いずれも基板1Wの平坦面に設けられた傾斜面(傾斜面10a、10b、10c、10d)上に形成されている。
As shown in FIG. 1, the
Each of the 16 magnetoresistive elements X1A to Y2D is formed on an inclined surface (
図1において、磁気抵抗効果素子X1A、X1B、X1C、X1D、X2A、X2B、X2C、X2D(第1磁気抵抗効果素子)は、基板1Wの平坦面の面内方向における第1方位(±Y方向)に沿って当該平坦面と接するように設けられた第1傾斜面上に形成される。磁気抵抗効果素子X1A〜X2D(第1磁気抵抗効果素子)は、いずれも、第1傾斜面上において第1方位(±Y方向)が長手方向となるように形成されている。
一方、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2D(第2磁気抵抗効果素子)は、第1方位と異なり、互いに直交する第2方位(±X方向)に沿って当該平坦面と接するように設けられた第2傾斜面上に形成される。磁気抵抗効果素子Y1A〜Y2D(第2磁気抵抗効果素子)は、いずれも、第2傾斜面上において第2方位(±X方向)が長手方向となるように形成されている。
In FIG. 1, the magnetoresistive elements X1A, X1B, X1C, X1D, X2A, X2B, X2C, and X2D (first magnetoresistive elements) are in the first direction (± Y direction) in the in-plane direction of the flat surface of the substrate 1W. ) On the first inclined surface provided so as to be in contact with the flat surface. The magnetoresistive elements X1A to X2D (first magnetoresistive elements) are all formed such that the first direction (± Y direction) is the longitudinal direction on the first inclined surface.
On the other hand, the magnetoresistive effect elements Y1A, Y1B, Y1C, Y1D, Y2A, Y2B, Y2C, and Y2D (second magnetoresistive effect elements) are different from the first orientation and are along the second orientation (± X direction) orthogonal to each other. And formed on a second inclined surface provided in contact with the flat surface. The magnetoresistive elements Y1A to Y2D (second magnetoresistive elements) are all formed such that the second direction (± X direction) is the longitudinal direction on the second inclined surface.
さらに、磁気抵抗効果素子X1A、X1B、X1C、X1Dは、上記第1傾斜面のうち、−X方向側から+X方向側にかけて上昇する(+Z方向側に進む)ように傾斜する傾斜面10a上に形成される。一方、磁気抵抗効果素子X2A、X2B、X2C、X2Dは、上記第1傾斜面のうち、−X方向側から+X方向側にかけて下降する(−Z方向側に進む)ように傾斜する傾斜面10b上に形成される。
同様に、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1Dは、上記第2傾斜面のうち、−Y方向側から+Y方向側にかけて下降する(−Z方向側に進む)ように傾斜する傾斜面10c上に形成される。一方、磁気抵抗効果素子Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dは、上記第2傾斜面のうち、−Y方向側から+Y方向側にかけて上昇する(+Z方向側に進む)ように傾斜する傾斜面10d上に形成される。
Further, the magnetoresistive effect elements X1A, X1B, X1C, and X1D are on the
Similarly, the magnetoresistive effect elements Y1A, Y1B, Y1C, Y1D are
また、図1に示すように、磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2C、Y1A、Y1C、Y2A、Y2Cは、いずれも、区画1aの紙面左上(−X方向、+Y方向)の頂点P1の近傍の所定領域内(第2領域AS)に配されている。一方、磁気抵抗効果素子X1B、X1D、X2B、X2D、Y1B、Y1D、Y2B、Y2Dは、いずれも、区画1aの紙面右下(+X方向、−Y方向)の頂点P2の近傍の所定領域内(第1領域AN)に配されている。
具体的には、図1に示すように、第1領域ANは、本体部(区画1a)の頂点P2及び当該頂点P2で接する二辺の各辺上における二点R21、R22で区画される領域である。また、第2領域ASは、区画1aの頂点であって頂点P2の対角に位置する頂点P1及び当該頂点P1で接する二辺の各辺上における二点R11、R12で区画される領域である。
Further, as shown in FIG. 1, the magnetoresistive elements X1A, X1C, X2A, X2C, Y1A, Y1C, Y2A, and Y2C are all at the apex P1 on the upper left (−X direction, + Y direction) of the
Specifically, as shown in FIG. 1, the first area AN is an area defined by a vertex P2 of the main body (
図2は、第1の実施形態に係る磁気センサの構造を示す第1の図である。
具体的には、図2は、図1におけるα―α’の断面構造を模式的に表した図である。図2に示すように、基板1Wの平坦面上において堤部10が形成されている。堤部10は、所定の製造プロセス(成膜、レジスト塗布、パターニング、エッチングの各工程)を経て、基板1Wの平坦面の一部が加工されることで形成される。
図2に示すように、堤部10は、基板1Wの平坦面に対し所定の傾斜角度θ(例えば、θ=45°)傾斜した傾斜面10a、10bを有している。堤部10(即ち、傾斜面10a、10b)は、±Y方向(紙面奥行き方向)に沿って延伸しており、磁気抵抗効果素子X1Aが傾斜面10aの上に、磁気抵抗効果素子X2Aが傾斜面10bの上に、それぞれ±Y方向を長手方向とするように形成されている。
なお、図2に示した磁気抵抗効果素子X1A及び磁気抵抗効果素子X2Aの他、磁気抵抗効果素子X1B、X1C、X1D及び磁気抵抗効果素子X2B、X2C、X2Dも同様に、それぞれ傾斜面10a、10b上に形成される。
FIG. 2 is a first diagram illustrating the structure of the magnetic sensor according to the first embodiment.
Specifically, FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of α-α ′ in FIG. As shown in FIG. 2, a
As shown in FIG. 2, the
In addition to the magnetoresistive effect element X1A and the magnetoresistive effect element X2A shown in FIG. 2, the magnetoresistive effect elements X1B, X1C, and X1D and the magnetoresistive effect elements X2B, X2C, and X2D are similarly
また、詳細な図示を省略するが、図1に示す傾斜面10c、10dは、堤部10と同様の堤部によって形成される。当該堤部(即ち、傾斜面10c、10d)は、±X方向に沿って延伸するように形成されており、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1Dが傾斜面10cの上に、磁気抵抗効果素子Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dが傾斜面10dの上に、それぞれ±X方向を長手方向とするように形成される(図1参照)。
Although detailed illustration is omitted, the
なお、以下の説明において、傾斜面10aの傾斜方向を±X’軸と定義し、傾斜面10aの法線方向を±Z’軸と定義する。
In the following description, the inclination direction of the
図3は、第1の実施形態に係る磁気センサの構造を示す第2の図である。
具体的には、図3は、図1に示す磁気抵抗効果素子X1Aの具体的な構造を説明する図である。なお、他の15個の磁気抵抗効果素子X1B〜Y2Dの構造も、磁気抵抗効果素子X1Aの構造と同一であるため、説明を省略する。
FIG. 3 is a second diagram illustrating the structure of the magnetic sensor according to the first embodiment.
Specifically, FIG. 3 is a diagram illustrating a specific structure of the magnetoresistive element X1A shown in FIG. The structure of the other 15 magnetoresistive elements X1B to Y2D is also the same as that of the magnetoresistive element X1A, and the description thereof is omitted.
図3(a)は、磁気抵抗効果素子X1Aを+Z’方向側(図2参照)から平面視した場合の模式図であり、図3(b)は、図3(a)におけるβ−β’の断面模式図である。
図3(a)に示すように、磁気抵抗効果素子X1Aは、平面視で長方形を成し、その長手方向が±Y方向に沿うように配される。そして、磁気抵抗効果素子X1Aは、配線層31a、31bにより外部の回路と電気的に接続される。例えば、配線層31a、31bには、それぞれ図示しない定電圧源の正極及び負極等が接続される。この定電圧源による所定の電源電圧Vin+(例えば、3V)及び接地電圧Vin−(例えば、0V)の印加に応じて、配線層31a(配線層31b)から磁気抵抗効果素子X1Aを介して配線層31b(配線層31a)へと電流が流れる。
3A is a schematic diagram when the magnetoresistive element X1A is viewed in plan from the + Z ′ direction side (see FIG. 2), and FIG. 3B is a diagram of β-β ′ in FIG. FIG.
As shown in FIG. 3A, the magnetoresistive effect element X1A has a rectangular shape in plan view, and is arranged such that its longitudinal direction is along the ± Y direction. The magnetoresistive element X1A is electrically connected to an external circuit by the wiring layers 31a and 31b. For example, positive and negative electrodes of a constant voltage source (not shown) are connected to the wiring layers 31a and 31b, respectively. In response to application of a predetermined power supply voltage Vin + (for example, 3V) and ground voltage Vin− (for example, 0V) by the constant voltage source, the
図3(b)に示すように、磁気抵抗効果素子X1Aは、反強磁性材料からなるピニング層30a、ピニング層30aにより磁化の方位が固定されたピンド層30b、非磁性材料からなるスペーサ層30c、および、磁化の方位が外部磁場に応じて変化するフリー層30d、が積層され、スピンバルブ構造をなしている。
このスピンバルブ構造により、磁気抵抗効果素子X1Aは、外部磁場に応じて配線層31aと配線層31b間の抵抗値が変化し、外部磁場の強度を検出することができる。
なお、図3(a)、(b)に示した磁気抵抗効果素子X1Aの構造は一例であって、その構造は、スピンバルブの機能を発揮できる限度において適宜変更可能である。例えば、フリー層30dと、ピンド層30b及びピニング層30aと、の成膜順序は入れ替え可能であり、さらに、磁気抵抗効果素子としての特性改善のため、上記以外の層が挿入されていてもよい。
また、ピニング層30a、ピンド層30b、スペーサ層30c及びフリー層30dの各々に用いる材料や成膜条件等については、既知の製造技術が適用可能であるため、詳細な説明を省略する。なお、ピンド層の磁化の方位を所望の方位に固定する規則化熱処理工程については後述する。
As shown in FIG. 3B, the magnetoresistive element X1A includes a pinning
With this spin valve structure, the magnetoresistive effect element X1A can detect the strength of the external magnetic field by changing the resistance value between the
Note that the structure of the magnetoresistive effect element X1A shown in FIGS. 3A and 3B is an example, and the structure can be appropriately changed as long as the function of the spin valve can be exhibited. For example, the film formation order of the
In addition, as for materials, film forming conditions, and the like used for each of the pinning
磁気抵抗効果素子X1Aは、後述する所定の製造方法(規則化熱処理工程)により、そのピンド層30bの磁化の方位が所定の方位(−X’方向)を向いて固定されるように作製される(図3(a))。
また、磁気抵抗効果素子X1Aは、外部磁場が存在しない状態(以下、「初期状態」とも記載する。)において、フリー層30dの磁化の方位が当該フリー層30dの形状に基づく特定方位(+Y方向)を向くように形成される。具体的には、フリー層30dは、平面視で長方形に成形することで、その形状異方性を利用して、フリー層30dの磁化の方位が、当該長方形の長手方向(+Y方向)に揃うようにしている(図3(a)、(b)参照)。
The magnetoresistive effect element X1A is manufactured by a predetermined manufacturing method (ordering heat treatment step) to be described later so that the magnetization direction of the pinned
Further, in the magnetoresistive effect element X1A, in a state where no external magnetic field exists (hereinafter, also referred to as “initial state”), the magnetization direction of the
[規則化熱処理工程]
図4は、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程の概要を説明する図である。
規則化熱処理工程とは、磁気抵抗効果素子X1A〜Y2D(図1)のピンド層30b(図3)の磁化の方位を所望する方位に固定する工程である。
ここで、規則化熱処理工程の前段階の工程について簡単に説明すると、まず、基板1Wの平坦面の区画(区画1a等)ごとに、堤部(堤部10等(図2参照))を形成する形成ステップを実施する。例えば、当該形成ステップにおいては、まず、SiO2膜からなる酸化膜(例えば、膜厚5μm)をCVD(Chemical Vapor Deposition)等により成膜した後、その上層にレジストを塗布してレジスト膜(例えば、膜厚5μm)を形成する。そして、当該レジスト膜に対し、堤部10等の配置パターンに応じたパターンカットを行った後、熱処理等により、レジスト膜をテーパー状に形成(テーパー化)する。この後、上記酸化膜と上記レジスト膜とがほぼ同じ比率でエッチングされる条件でドライエッチングを行う。これにより、図2に示すように、傾斜面10a、10bを有する堤部10が形成される。また、これと同様に、傾斜面10c、10dを有する堤部も形成される。
その後、スパッタリング法等を用いて、磁気抵抗効果素子X1A〜Y2D(図1)を成す多層膜、即ち、ピニング層30a、ピンド層30b、スペーサ層30c及びフリー層30d(図3)を、傾斜面10a〜10d(図1)上に順次成膜する成膜ステップを実施する。
なお、上述した形成ステップの具体的な処理工程は、あくまで一例であり、半導体ウェハ(基板1W)の平坦面に対し所望の傾斜面を形成可能な方法であれば、他の如何なる態様であっても構わない。例えば、上述の形成ステップでは、平坦面から上方(+Z方向)に突出する堤部(堤部10等)を設けることで傾斜面10a〜10dを形成するものとして説明したが、他の実施形態においては、平坦面から下方(−Z方向)に窪む溝部を設けて傾斜面10a〜10dを形成するものとしてもよい。
[Regularized heat treatment process]
FIG. 4 is a diagram for explaining the outline of the ordered heat treatment process according to the first embodiment.
The ordered heat treatment step is a step of fixing the magnetization direction of the pinned
Here, the process before the regularized heat treatment process will be briefly described. First, a bank part (the
Thereafter, the multilayer film constituting the magnetoresistive elements X1A to Y2D (FIG. 1), that is, the pinning
In addition, the specific process of the formation step described above is merely an example, and any other mode is possible as long as a desired inclined surface can be formed on the flat surface of the semiconductor wafer (
次に、ピンド層30bの磁化の方位を固定する規則化熱処理工程(着磁ステップ)を実施する。
図4に示すように、規則化熱処理工程において、上記形成ステップ、成膜ステップを経て、傾斜面10a〜10d上にピンド層30b等の多層膜が成膜された基板1Wを、予め用意されたマグネットアレイ20に重ねる。マグネットアレイ20は、基板1Wの平坦面に配列された各区画(区画1a等)に対応するように、永久棒磁石(後述する第1磁石20N、第2磁石20S)が規則的に、同一平面上に配列された治具である。
規則化熱処理工程においては、図4に示すように、マグネットアレイ20の平坦面に対し、基板1Wの裏面(磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dが形成される平坦面とは異なる面)を対向させるように両者を重ね合わせて固定する。この際、基板1Wの平坦面における各区画と、マグネットアレイ20における永久棒磁石(第1磁石20N、第2磁石20S)の配列パターンと、が対応するように位置合わせを行う。
この状態を維持したまま、真空中で加熱し、放置することにより、各ピンド層30bの磁化の方位が、各永久棒磁石により印加される外部磁場に応じた方位に固定される(正確には、上記熱処理により、ピニング層30aの磁化の方位が固定される。そして、磁化が固定されたピニング層30aとの相互作用に基づいてピンド層30bの磁化の方位が固定される)。
Next, a regularized heat treatment step (magnetization step) for fixing the magnetization direction of the pinned
As shown in FIG. 4, a
In the ordering heat treatment step, as shown in FIG. 4, the back surface of the
While maintaining this state, by heating in a vacuum and leaving it to stand, the direction of magnetization of each pinned
図5は、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程における基板上の区画とマグネットアレイとの配置関係を示す図である。
図5に示すように、マグネットアレイ20は、基板1Wの裏面に対しN極の面(一の極性面)を対向させる第1磁石20Nと、基板1Wの裏面に対しS極の面(他の極性面)を対向させる第2磁石20Sと、をマトリクス状に、交互に配列してなる。第1磁石20N及び第2磁石20Sは、基板1Wの平坦面における各区画(区画1a等)の配列方向に対し45°傾いた方向に配列されている。
FIG. 5 is a diagram showing an arrangement relationship between the partitions on the substrate and the magnet array in the ordered heat treatment process according to the first embodiment.
As shown in FIG. 5, the
図5に示すように、N極の面を対向させる第1磁石20Nの極性面は、その中央が区画1aの頂点P2に重なるように配されている。同様に、S極の面を対向させる第2磁石20Sの極性面は、その中央が区画1aの頂点P1(頂点P2の対角に位置する頂点)に重なるように配されている。
また、1つの第1磁石20Nは、区画1aの一の頂点(頂点P2)を共有して隣接する4つの領域(区画1a、1b、1c、1dのそれぞれに含まれる第1領域AN)の全てに対向するように配される。同様に、1つの第2磁石20Sは、頂点P1(区画1aにおいて頂点P2の対角に位置する頂点)を共有して隣接する4つの領域(区画1a、1e、1f、1gのそれぞれに含まれる第2領域AS)の全てに対向するように配される。これにより、規則化熱処理工程において、基板1Wの平坦面上に配列される全ての区画は、第1磁石20NのN極の面が対向する領域と、第2磁石20SのS極の面が対向する領域と、を有する。
なお、上述したマグネットアレイ20において、第1磁石20N及び第2磁石20Sの各極性面の形状は、矩形状に形成されているものとしたが、他の実施形態に係るマグネットアレイ20は、この態様に限定されない。例えば、第1磁石20N及び第2磁石20Sの各極性面は、円形であってもよい。
As shown in FIG. 5, the polar surface of the
Also, one
In addition, in the
図6は、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程において印加される外部磁場の様子を説明する第1の図である。
図6に示すように、規則化熱処理工程において、マグネットアレイ20は、基板1Wの下方(−Z方向)に配される。マグネットアレイ20に備えられた第1磁石20Nは、N極の極性面を基板1Wの裏面に対向させるように配され、第2磁石20Sは、S極の極性面を基板1Wの裏面に対向させるように配されている。基板1Wの平坦面上の区画1aには、製造工程を経て磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dが形成される傾斜面10a〜10d(図1)が形成されている(図6には、例として、傾斜面10a、10dのみを記載している)。
FIG. 6 is a first diagram for explaining a state of an external magnetic field applied in the ordered heat treatment process according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6, in the ordered heat treatment step, the
隣り合う第1磁石20Nと第2磁石20Sとは、それぞれ互いに異なる極性(N極、S極)の極性面を基板1Wに対向させる。これにより、基板1Wには、第1磁石20NのN極の極性面から第2磁石20SのS極の極性面へと進む外部磁場Hが印加される(図6参照)。具体的には、外部磁場Hは、第1磁石20NのN極の極性面から上方(+Z方向)に向けて進行し、弧を描くようにして、隣接する第2磁石20SのS極の極性面に、下方(−Z方向)に入射する。
これにより、区画1aに含まれる所定の第1領域ANにおいて、基板1Wの平坦面に直交する一の方位(+Z方向)の外部磁場が印加されるとともに、第1領域ANとは異なる第2領域ASにおいて、基板1Wの平坦面に直交する他の方位(−Z方向)の外部磁場が印加される。
Adjacent
Thereby, in a predetermined first area AN included in the
図7は、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程において印加される外部磁場の様子を説明する第2の図である。
図7は、例として、基板1Wの平坦面における区画1aのうち磁気抵抗効果素子X1A、X2Aが形成される堤部10の近傍を詳細に示している。磁気抵抗効果素子X1A、X2Aが配される位置の下方(−Z方向)には、第2磁石20SのS極の極性面が配されているため、当該磁気抵抗効果素子X1A、X2Aには、下方(−Z方向)を向く外部磁場Hが印加される(図7参照)。傾斜面10a、10b上に形成される磁気抵抗効果素子X1A、X2Aのピンド層30b(図7には図示せず)は、下方を向く外部磁場Hが印加された状態で加熱されることで、各々の磁化の方位が−Z方向の成分を有するように固定される。
FIG. 7 is a second diagram for explaining the state of the external magnetic field applied in the ordered heat treatment process according to the first embodiment.
FIG. 7 shows, in detail, the vicinity of the
具体的には、傾斜面10a上に形成されたピンド層30b(即ち、磁気抵抗効果素子X1Aを構成するピンド層30b)の磁化の方位は、傾斜面10aの面内方向であって−Z方向の成分を有する方位c1(−X’方向)に固定される。同様に、傾斜面10b上に形成されたピンド層30b(即ち、磁気抵抗効果素子X2Aを構成するピンド層30b)の磁化の方位は、傾斜面10bの面内方向であって−Z方向の成分を有する方位c2(−Z’方向)に固定される。ここで、傾斜面10a上に成膜されたピンド層30bは、+X方向から−X方向にかけて下降する(−Z方向に向かう)ように傾斜している。したがって、当該ピンド層30bの磁化の方位c1は、−Z方向の成分と、−X方向の成分と、を有している。また、傾斜面10b上に成膜されたピンド層30bは、傾斜面10aとは逆に、−X方向から+X方向にかけて下降する(−Z方向に向かう)ように傾斜している。したがって、当該ピンド層30bの磁化の方位c2は、−Z方向の成分と、+X方向の成分と、を有している。
なお、下方の外部磁場Hが印加される他の磁気抵抗効果素子X1C、X2C、Y1A、Y2A、Y1C、Y2Cについても、図7に示す磁気抵抗効果素子X1A、X2Aと同様に、各々が形成される各傾斜面10a〜10d(図1)の面内方向であって−Z方向の成分を有する方位に磁化が固定される。
Specifically, the orientation of magnetization of the pinned
The other magnetoresistive elements X1C, X2C, Y1A, Y2A, Y1C, and Y2C to which the lower external magnetic field H is applied are formed as in the magnetoresistive elements X1A and X2A shown in FIG. The magnetization is fixed in the in-plane direction of each of the
図8は、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程において印加される外部磁場の様子を説明する第3の図である。
図8は、例として、基板1Wの平坦面(区画1a)のうち磁気抵抗効果素子X1B、X2Bが形成される堤部10の近傍を詳細に示している。磁気抵抗効果素子X1B、X2Bが配される位置の下方(−Z方向)には、第1磁石20NのN極の極性面が配されているため、当該磁気抵抗効果素子X1B、X2Bには、上方(+Z方向)を向く外部磁場Hが印加される(図8参照)。傾斜面10a、10b上に形成される磁気抵抗効果素子X1B、X2Bのピンド層30b(図8には図示せず)は、上方を向く外部磁場Hが印加された状態で加熱されることで、磁化の方位が+Z方向の成分を有するように固定される。
FIG. 8 is a third diagram illustrating the state of the external magnetic field applied in the ordered heat treatment process according to the first embodiment.
FIG. 8 shows in detail the vicinity of the
具体的には、傾斜面10a上に形成されたピンド層30b(即ち、磁気抵抗効果素子X1Bを構成するピンド層30b)の磁化の方位は、傾斜面10aの面内方向であって+Z方向の成分を有する方位c3(+X’方向)に固定される。同様に、傾斜面10b上に形成されたピンド層30b(即ち、磁気抵抗効果素子X2Bを構成するピンド層30b)の磁化の方位は、傾斜面10bの面内方向であって+Z方向の成分を有する方位c4(+Z’方向)に固定される。ここで、傾斜面10a上に成膜されたピンド層30bは、−X方向から+X方向にかけて上昇する(+Z方向に向かう)ように傾斜している。したがって、当該ピンド層30bの磁化の方位c3は、+Z方向の成分と、+X方向の成分と、を有している。また、傾斜面10b上に成膜されたピンド層30bは、傾斜面10aとは逆に、+X方向から−X方向にかけて上昇する(+Z方向に向かう)ように傾斜している。したがって、当該ピンド層30bの磁化の方位c4は、+Z方向の成分と、−X方向の成分と、を有している。
なお、上方の外部磁場Hが印加される他の磁気抵抗効果素子X1D、X2D、Y1B、Y2B、Y1D、Y2Dについても、図8に示す磁気抵抗効果素子X1B、X2Bと同様に、各々が形成される各傾斜面10a〜10d(図1)の面内方向であって+Z方向の成分を有する方位に磁化が固定される。
Specifically, the orientation of magnetization of the pinned
The other magnetoresistive elements X1D, X2D, Y1B, Y2B, Y1D, and Y2D to which the upper external magnetic field H is applied are formed as in the magnetoresistive elements X1B and X2B shown in FIG. The magnetization is fixed in the in-plane direction of each of the
図9は、第1の実施形態に係る磁気センサのピンド層の磁化の方位を説明する図である。
図6〜図8に示したように、上記規則化熱処理工程を経た各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dにおけるピンド層30bの磁化の方位は、マグネットアレイ20により印加される外部磁場Hの向き、及び、各々が形成される傾斜面10a〜10d(図1)の向きに基づいて固定される。
FIG. 9 is a diagram for explaining the magnetization orientation of the pinned layer of the magnetic sensor according to the first embodiment.
As shown in FIGS. 6 to 8, the magnetization direction of the pinned
具体的には、区画1aの頂点P1の近傍に配される磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2C、Y1A、Y1C、Y2A、Y2Cは、基板1Wの平坦面に−Z方向に直交する成分を有する外部磁場Hが印加される領域(第2領域AS)に属している。したがって、規則化熱処理工程を経た後は、図9に示すように、磁気抵抗効果素子X1A、X1Cは、傾斜面10aの面内方向であって、−X方向成分と−Z方向成分とを有する方位c1に固定される。また、磁気抵抗効果素子X2A、X2Cは、傾斜面10bの面内方向であって、+X方向成分と−Z方向成分とを有する方位c2に固定される。また、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1Cは、傾斜面10cの面内方向であって、+Y方向成分と−Z方向成分とを有する方位d1に固定される。また、磁気抵抗効果素子Y2A、Y2Cは、傾斜面10dの面内方向であって、−Y方向成分と−Z方向成分とを有する方位d2に固定される。
このように、第2領域ASに配される全ての磁気抵抗効果素子(第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子)は、ピンド層の磁化の方位が、少なくとも区画1aの平坦面に直交する一の方位(−Z方向)を向く成分を有している。
Specifically, the magnetoresistive elements X1A, X1C, X2A, X2C, Y1A, Y1C, Y2A, and Y2C arranged in the vicinity of the apex P1 of the
Thus, all the magnetoresistive effect elements (the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element) arranged in the second region AS have the magnetization direction of the pinned layer at least on the flat surface of the
一方、区画1aの頂点P2の近傍に配される磁気抵抗効果素子X1B、X1D、X2B、X2D、Y1B、Y1D、Y2B、Y2Dは、基板1Wの平坦面に+Z方向に直交する成分を有する外部磁場Hが印加される領域(第1領域AN)に属している。したがって、規則化熱処理工程を経た後は、図9に示すように、磁気抵抗効果素子X1B、X1Dは、傾斜面10aの面内方向であって、+X方向成分と+Z方向成分とを有する方位c3に固定される。また、磁気抵抗効果素子X2B、X2Dは、傾斜面10bの面内方向であって、−X方向成分と+Z方向成分とを有する方位c4に固定される。また、磁気抵抗効果素子Y1B、Y1Dは、傾斜面10cの面内方向であって、−Y方向成分と+Z方向成分とを有する方位d3に固定される。また、磁気抵抗効果素子Y2B、Y2Dは、傾斜面10dの面内方向であって、+Y方向成分と+Z方向成分とを有する方位d4に固定される。
このように、第1領域ANに配される全ての磁気抵抗効果素子(第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子)は、ピンド層の磁化の方位が、少なくとも区画1aの平坦面に直交する他の方位(+Z方向)を向く成分を有している。
On the other hand, the magnetoresistive elements X1B, X1D, X2B, X2D, Y1B, Y1D, Y2B, and Y2D arranged in the vicinity of the vertex P2 of the
As described above, all the magnetoresistive effect elements (the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element) arranged in the first region AN have the magnetization direction of the pinned layer at least on the flat surface of the
以上のように、上記規則化熱処理工程において、基板1Wの平坦面に直交する成分を有する+Z方向、−Z方向の外部磁場Hを印加して、当該直交する成分(±Z方向の成分)に基づいて、基板1Wの平坦面上に形成されたピンド層30bの磁化の方位が固定される。
As described above, in the ordered heat treatment step, the external magnetic field H in the + Z direction and −Z direction having components orthogonal to the flat surface of the
なお、図9には図示していないが、各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dのフリー層30dの磁化の方位(後述する方位My、Mx)は、各々の長手方向に沿う方位となる(図3参照)。例えば、磁気抵抗効果素子X1A、X1B、X1C、X1D、X2A、X2B、X2C、X2Dの磁化の方位は、別途の外部磁場を印加することで、全て+Y方向を向くように揃えられる。同様に、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dの磁化の方位は、別途の外部磁場を印加することで、全て+X方向を向くように揃えられる。
Although not shown in FIG. 9, the magnetization directions (directions My and Mx described later) of the
[回路構成]
図10は、第1の実施形態に係る磁気センサの回路構成を説明する図である。
次に、図9に示した各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dにより構成される回路構成について、図10を参照しながら説明する。
本実施形態に係る磁気センサ1の製造工程では、規則化熱処理工程後に行う配線形成ステップにおいて、各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2D等を電気的に接続する配線(例えば、図3に示す配線層31a、31b等)を形成する。具体的には、各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dは、図10(a)〜(d)に示すように配線接続される。ここで、図9に示したように、第1傾斜面(傾斜面10a、10b)及び第2傾斜面(傾斜面10c、10d)は、それぞれ、第1領域AN及び第2領域ASの両方に形成されている。当該配線形成ステップにおいては、第1領域ANに属する各磁気抵抗効果素子、及び、第2領域ASに属する各磁気抵抗効果素子のうち、同一の傾斜面10a〜10dを有するものを組にしたブリッジ回路を形成する。
[Circuit configuration]
FIG. 10 is a diagram illustrating the circuit configuration of the magnetic sensor according to the first embodiment.
Next, a circuit configuration constituted by the magnetoresistive elements X1A to Y2D shown in FIG. 9 will be described with reference to FIG.
In the manufacturing process of the
例えば、図10(a)に示すように、ブリッジ回路BX1において、磁気抵抗効果素子X1A及び磁気抵抗効果素子X1Bは、電源端子Q1と接地端子Q2との間に直列に接続される。このとき、磁気抵抗効果素子X1Aの一端が電源端子Q1と接続され、磁気抵抗効果素子X1Bの一端が接地端子Q2と接続される。また、磁気抵抗効果素子X1D及び磁気抵抗効果素子X1Cは、同様に、電源端子Q1と接地端子Q2との間に直列に接続される。このとき、磁気抵抗効果素子X1Dの一端が電源端子Q1と接続され、磁気抵抗効果素子X1Cの一端が接地端子Q2と接続される。ここで、電源端子Q1、接地端子Q2には図示しない定電圧源の正極、負極がそれぞれ接続され、電源端子Q1には電源電圧Vin+(例えば、3V)が印加され、接地端子Q2には接地電圧Vin−(例えば、0V)が印加される。
また、図10(a)に示すように、ブリッジ回路BX1は、磁気抵抗効果素子X1Aと磁気抵抗効果素子X1Bとの間の電位と、磁気抵抗効果素子X1Dと磁気抵抗効果素子X1Cとの間の電位と、の電位差である出力電圧Vx1を出力する。
For example, as shown in FIG. 10A, in the bridge circuit BX1, the magnetoresistive effect element X1A and the magnetoresistive effect element X1B are connected in series between the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. At this time, one end of the magnetoresistive effect element X1A is connected to the power supply terminal Q1, and one end of the magnetoresistive effect element X1B is connected to the ground terminal Q2. Similarly, the magnetoresistive effect element X1D and the magnetoresistive effect element X1C are connected in series between the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. At this time, one end of the magnetoresistive effect element X1D is connected to the power supply terminal Q1, and one end of the magnetoresistive effect element X1C is connected to the ground terminal Q2. Here, a positive terminal and a negative terminal of a constant voltage source (not shown) are connected to the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2, respectively, a power supply voltage Vin + (for example, 3V) is applied to the power supply terminal Q1, and a ground voltage is applied to the ground terminal Q2. Vin− (for example, 0V) is applied.
As shown in FIG. 10A, the bridge circuit BX1 includes a potential between the magnetoresistive effect element X1A and the magnetoresistive effect element X1B, and between the magnetoresistive effect element X1D and the magnetoresistive effect element X1C. An output voltage Vx1 which is a potential difference between the potential and the potential is output.
各磁気抵抗効果素子X1A〜X1Dのピンド層30b(図3)の磁化の方位c1、c3は、傾斜面10aの面内方向であって互いに逆向きに固定されている。また、各磁気抵抗効果素子X1A〜X1Dのフリー層30d(図3)の磁化の方位Myは、印加される外部磁場に応じて、傾斜面10aの面内方向において変化する。すなわち、ブリッジ回路BX1は、印加される外部磁場のうち+X方向と+Z方向との合成成分に応じて出力電圧Vx1を変化させる。
The magnetization directions c1 and c3 of the pinned
一方、図10(b)に示すように、ブリッジ回路BX2において、磁気抵抗効果素子X2A及び磁気抵抗効果素子X2Bは、電源端子Q1と接地端子Q2との間に直列に接続される。このとき、磁気抵抗効果素子X2Aの一端が電源端子Q1と接続され、磁気抵抗効果素子X2Bの一端が接地端子Q2と接続される。また、磁気抵抗効果素子X2D及び磁気抵抗効果素子X2Cは、同様に、電源端子Q1と接地端子Q2との間に直列に接続される。このとき、磁気抵抗効果素子X2Dの一端が電源端子Q1と接続され、磁気抵抗効果素子X2Cの一端が接地端子Q2と接続される。
また、図10(b)に示すように、ブリッジ回路BX2は、磁気抵抗効果素子X2Aと磁気抵抗効果素子X2Bとの間の電位と、磁気抵抗効果素子X2Dと磁気抵抗効果素子X2Cとの間の電位と、の電位差である出力電圧Vx2を出力する。
On the other hand, as shown in FIG. 10B, in the bridge circuit BX2, the magnetoresistive effect element X2A and the magnetoresistive effect element X2B are connected in series between the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. At this time, one end of the magnetoresistive effect element X2A is connected to the power supply terminal Q1, and one end of the magnetoresistive effect element X2B is connected to the ground terminal Q2. Similarly, the magnetoresistive element X2D and the magnetoresistive element X2C are connected in series between the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. At this time, one end of the magnetoresistive effect element X2D is connected to the power supply terminal Q1, and one end of the magnetoresistive effect element X2C is connected to the ground terminal Q2.
10B, the bridge circuit BX2 includes a potential between the magnetoresistive effect element X2A and the magnetoresistive effect element X2B, and between the magnetoresistive effect element X2D and the magnetoresistive effect element X2C. An output voltage Vx2 that is a potential difference between the potential and the potential is output.
各磁気抵抗効果素子X2A〜X2Dのピンド層30b(図3)の磁化の方位c2、c4は、傾斜面10bの面内方向であって互いに逆向きに固定されている。また、各磁気抵抗効果素子X2A〜X2Dのフリー層30d(図3)の磁化の方位Myは、印加される外部磁場に応じて、傾斜面10bの面内方向において変化する。すなわち、ブリッジ回路BX2は、印加される外部磁場のうち+X方向と−Z方向との合成成分に応じて出力電圧Vx2を変化させる。
The magnetization directions c2 and c4 of the pinned
磁気センサ1は、ブリッジ回路BX1の出力電圧Vx1と、ブリッジ回路BX2の出力電圧Vx2と、を組み合わせることで、印加される外部磁場の±X方向成分及び±Z方向成分を分離して算出することができる。具体的には、外部磁場の±X方向の成分Hxは、下記の式(1)により求めることができる。
Hx=kx(Vx1+Vx2)/cosθ・・・(1)
ここで、傾斜角度θは、基板1Wの平坦面に対する傾斜面10a、10bの角度である(図2参照)。また、感度係数kxは、出力電圧Vx1、Vx2に対する、外部磁場の±X方向の成分Hx(±X方向の磁界強度)の比例定数である。
The
Hx = kx (Vx1 + Vx2) / cos θ (1)
Here, the inclination angle θ is an angle of the
また、図10(c)に示すように、ブリッジ回路BY1において、磁気抵抗効果素子Y1A及び磁気抵抗効果素子Y1Bは、電源端子Q1と接地端子Q2との間に直列に接続される。このとき、磁気抵抗効果素子Y1Aの一端が電源端子Q1と接続され、磁気抵抗効果素子Y1Bの一端が接地端子Q2と接続される。また、磁気抵抗効果素子Y1D及び磁気抵抗効果素子Y1Cは、同様に、電源端子Q1と接地端子Q2との間に直列に接続される。このとき、磁気抵抗効果素子Y1Dの一端が電源端子Q1と接続され、磁気抵抗効果素子Y1Cの一端が接地端子Q2と接続される。
また、図10(c)に示すように、ブリッジ回路BY1は、磁気抵抗効果素子Y1Aと磁気抵抗効果素子Y1Bとの間の電位と、磁気抵抗効果素子Y1Dと磁気抵抗効果素子Y1Cとの間の電位と、の電位差である出力電圧Vy1を出力する。
Further, as shown in FIG. 10C, in the bridge circuit BY1, the magnetoresistive effect element Y1A and the magnetoresistive effect element Y1B are connected in series between the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. At this time, one end of the magnetoresistive effect element Y1A is connected to the power supply terminal Q1, and one end of the magnetoresistive effect element Y1B is connected to the ground terminal Q2. Similarly, the magnetoresistive element Y1D and the magnetoresistive element Y1C are connected in series between the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. At this time, one end of the magnetoresistive effect element Y1D is connected to the power supply terminal Q1, and one end of the magnetoresistive effect element Y1C is connected to the ground terminal Q2.
Further, as shown in FIG. 10C, the bridge circuit BY1 includes a potential between the magnetoresistive effect element Y1A and the magnetoresistive effect element Y1B, and between the magnetoresistive effect element Y1D and the magnetoresistive effect element Y1C. An output voltage Vy1 which is a potential difference between the potential and the potential is output.
各磁気抵抗効果素子Y1A〜Y1Dのピンド層30b(図3)の磁化の方位d1、d3は、傾斜面10cの面内方向であって互いに逆向きに固定されている。また、各磁気抵抗効果素子Y1A〜Y1Dのフリー層30d(図3)の磁化の方位Mxは、印加される外部磁場に応じて、傾斜面10cの面内方向において変化する。すなわち、ブリッジ回路BY1は、印加される外部磁場のうち+Y方向と−Z方向との合成成分に応じて出力電圧Vy1を変化させる。
The magnetization directions d1 and d3 of the pinned
同様に、図10(d)に示すように、ブリッジ回路BY2において、磁気抵抗効果素子Y2A及び磁気抵抗効果素子Y2Bは、電源端子Q1と接地端子Q2との間に直列に接続される。このとき、磁気抵抗効果素子Y2Aの一端が電源端子Q1と接続され、磁気抵抗効果素子Y2Bの一端が接地端子Q2と接続される。また、磁気抵抗効果素子Y2D及び磁気抵抗効果素子Y2Cは、同様に、電源端子Q1と接地端子Q2との間に直列に接続される。このとき、磁気抵抗効果素子Y2Dの一端が電源端子Q1と接続され、磁気抵抗効果素子Y2Cの一端が接地端子Q2と接続される。
また、図10(d)に示すように、ブリッジ回路BY2は、磁気抵抗効果素子Y2Aと磁気抵抗効果素子Y2Bとの間の電位と、磁気抵抗効果素子Y2Dと磁気抵抗効果素子Y2Cとの間の電位と、の電位差である出力電圧Vy2を出力する。
Similarly, as shown in FIG. 10D, in the bridge circuit BY2, the magnetoresistive effect element Y2A and the magnetoresistive effect element Y2B are connected in series between the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. At this time, one end of the magnetoresistive effect element Y2A is connected to the power supply terminal Q1, and one end of the magnetoresistive effect element Y2B is connected to the ground terminal Q2. Similarly, the magnetoresistive element Y2D and the magnetoresistive element Y2C are connected in series between the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. At this time, one end of the magnetoresistive element Y2D is connected to the power supply terminal Q1, and one end of the magnetoresistive element Y2C is connected to the ground terminal Q2.
Further, as shown in FIG. 10D, the bridge circuit BY2 includes a potential between the magnetoresistive effect element Y2A and the magnetoresistive effect element Y2B, and between the magnetoresistive effect element Y2D and the magnetoresistive effect element Y2C. An output voltage Vy2 which is a potential difference between the potential and the potential is output.
各磁気抵抗効果素子Y2A〜Y2Dのピンド層30b(図3)の磁化の方位d2、d4は、傾斜面10dの面内方向であって互いに逆向きに固定されている。また、各磁気抵抗効果素子Y2A〜Y2Dのフリー層30d(図3)の磁化の方位Mxは、印加される外部磁場に応じて、傾斜面10dの面内方向において変化する。すなわち、ブリッジ回路BY2は、印加される外部磁場のうち+Y方向と+Z方向との合成成分に応じて出力電圧Vy2を変化させる。
The magnetization directions d2 and d4 of the pinned
磁気センサ1は、ブリッジ回路BY1の出力電圧Vy1と、ブリッジ回路BY2の出力電圧Vy2と、を組み合わせることで、印加される外部磁場の±Y方向成分及び±Z方向成分を分離して算出することができる。具体的には、外部磁場の±Y方向の成分Hyは、下記の式(2)により求めることができる。
Hy=ky(Vy1+Vy2)/cosθ・・・(2)
ここで、感度係数kyは、出力電圧Vy1、Vy2に対する、外部磁場の±Y方向の成分Hy(±Y方向の磁界強度)の比例定数である。
The
Hy = ky (Vy1 + Vy2) / cos θ (2)
Here, the sensitivity coefficient ky is a proportional constant of the component Hy (magnetic field strength in the ± Y direction) of the external magnetic field with respect to the output voltages Vy1 and Vy2.
さらに、外部磁場の±Z方向の成分Hzは、下記の式(3)により求めることができる。
Hz=kz(Vy1−Vy2)/sinθ・・・(3)
ここで、感度係数kzは、出力電圧Vy1、Vy2に対する、外部磁場の±Z方向の成分Hz(±Z方向の磁界強度)の比例定数である。
Further, the component Hz in the ± Z direction of the external magnetic field can be obtained by the following equation (3).
Hz = kz (Vy1-Vy2) / sin θ (3)
Here, the sensitivity coefficient kz is a proportionality constant of the component Hz (magnetic field strength in the ± Z direction) of the external magnetic field with respect to the output voltages Vy1 and Vy2.
なお、磁気センサ1は、別途、各ブリッジ回路BX1、BX2、BY1、BY2の出力電圧Vx1、Vx2、Vy1、Vy2を入力し、外部磁場の各方向成分(Hx、Hy、Hz)を算出する磁界強度演算部を備えている。この場合、当該磁界強度演算部は、例えば、A/D変換回路を介して出力電圧Vx1を入力し、サンプリング値SVx1を取得するステップを実行した後、同様に、A/D変換回路を介して出力電圧Vx2、Vy1、Vy2を順次入力し、サンプリング値SVx2、SVy1、SVy2を取得するステップを実行するものとしてもよい。その後、磁界強度演算部は、取得したサンプリング値SVx1〜SVy2に基づいて、式(1)〜(3)の演算を行い、外部磁場の各方向成分(Hx、Hy、Hz)を算出する。
この場合、各ブリッジ回路BX1、BX2、BY1、BY2は、各々の出力電圧Vx1、Vx2、Vy1、Vy2を増幅する増幅器(出力アンプ)を介して上記磁界強度演算部(A/D変換回路)に出力してもよい。
The
In this case, each of the bridge circuits BX1, BX2, BY1, and BY2 is connected to the magnetic field strength calculation unit (A / D conversion circuit) via an amplifier (output amplifier) that amplifies the output voltages Vx1, Vx2, Vy1, and Vy2. It may be output.
[作用効果]
図11は、第1の実施形態の対比例に係る磁気センサの製造方法を説明する第1の図である。また、図12は、第1の実施形態の対比例に係る磁気センサの製造方法を説明する第2の図である。
次に、上述した磁気センサ1の製造方法の作用効果について、図11、図12に示す対比例と比較しながら説明する。
[Function and effect]
FIG. 11 is a first diagram illustrating a method for manufacturing a magnetic sensor according to the comparison of the first embodiment. FIG. 12 is a second view for explaining the magnetic sensor manufacturing method according to the first embodiment.
Next, the effect of the manufacturing method of the
第1の実施形態の対比例に係る磁気センサ9(図12)は、図11に示すように、基板1Wの平坦面に配列される区画(区画1a’)ごとに形成される。
ここで、当該対比例に係る規則化熱処理工程も、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程と同様に、ピンド層30b等の多層膜が成膜された基板1Wを、予め用意されたマグネットアレイ20に重ね、所定の熱処理を行う(図4参照)。
As shown in FIG. 11, the magnetic sensor 9 (FIG. 12) according to the comparison of the first embodiment is formed for each section (
Here, also in the ordered heat treatment step according to the comparison, similarly to the ordered heat treatment step according to the first embodiment, a
図11に示すように、マグネットアレイ20は、基板1Wに対しN極の面(一の極性面)を対向させる第1磁石20Nと、基板1Wに対しS極の面(他の極性面)を対向させる第2磁石20Sと、をマトリクス状に、交互に配列して成る。ただし、第1の実施形態とは異なり、第1磁石20N及び第2磁石20Sは、基板1Wの平坦面における各区画(区画1a’等)に、一対一に対応するように配列されている。
As shown in FIG. 11, the
具体的には、図11に示すように、N極の面を対向させる第1磁石20Nの極性面は、その中心が、基板1Wの平坦面の一区画である区画1a’の中心に重なるように配されている。同様に、S極の面を対向させる第2磁石20Sの極性面は、その中央が、区画1a’に隣接する他の区画の中央に重なるように配されている。したがって、この場合、マグネットアレイ20が生じさせる外部磁場H’は、第1磁石20Nの極性面から出て、その±X方向、±Y方向に配される4つの第2磁石20Sの極性面のそれぞれに向かう。
Specifically, as shown in FIG. 11, the polar surface of the
ここで、図12には、対比例に係る磁気センサ9の構造、及び、各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dのピンド層30b(図12には図示せず)の磁化の方位を示している。
図12に示すように、磁気センサ9は、矩形板状の区画1a’内において、12個の磁気抵抗効果素子X1A、X1B、X1C、X1D、Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dを備えている。
12個の各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dのうち、磁気抵抗効果素子X1A、X1B、X1C、X1Dは、基板1Wの平坦面上に、±Y方向を長手方向とするように形成されている。また、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dは、いずれも基板1Wの平坦面に対し傾斜する傾斜面(傾斜面10c、10d)上に形成されている。
Here, FIG. 12 shows the structure of the
As shown in FIG. 12, the
Among the twelve magnetoresistive elements X1A to Y2D, the magnetoresistive elements X1A, X1B, X1C, and X1D are formed on the flat surface of the
具体的には、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1Dは、−Y方向側から+Y方向側にかけて下降する(−Z方向側に進む)ように傾斜する傾斜面10c上に形成される。一方、磁気抵抗効果素子Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dは、−Y方向側から+Y方向側にかけて上昇する(+Z方向側に進む)ように傾斜する傾斜面10d上に形成される。
Specifically, the magnetoresistive elements Y1A, Y1B, Y1C, and Y1D are formed on an
また、図12に示すように、磁気抵抗効果素子X1A、X1Cは、区画1a’の−X方向側の辺の中央付近に配され、磁気抵抗効果素子X1B、X1Dは、区画1a’の+X方向側の辺の中央付近に配される。さらに、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1C、Y2B、Y2Dは、区画1a’の+Y方向側の辺の中央付近に配され、磁気抵抗効果素子Y1B、Y1D、Y2A、Y2Cは、区画1a’の−Y方向側の辺の中央付近に配される。
As shown in FIG. 12, the magnetoresistive elements X1A and X1C are arranged near the center of the side on the −X direction side of the
規則化熱処理工程を経た各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dにおけるピンド層30bの磁化の方位は、マグネットアレイ20により印加される外部磁場H’(図11)の水平成分(基板1Wの平坦面の面内方向成分)の向きに基づいて固定される。
The magnetization direction of the pinned
具体的には、区画1a’の−X方向側の辺の中央付近に配される磁気抵抗効果素子X1A、X1Cのピンド層30bの磁化の方位は、−X方向の外部磁場H’(図11)により、−X方向の成分のみを有する方位c1’に固定される。また、区画1a’の+X方向側の辺の中央付近に配される磁気抵抗効果素子X1B、X1Dのピンド層30bの磁化の方位は、+X方向の外部磁場H’(図11)により、+X方向の成分のみを有する方位c2’に固定される。
Specifically, the direction of magnetization of the pinned
同様に、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1Cは、+Y方向の外部磁場H’(図11)により、傾斜面10cの面内方向であって、+Y方向成分と−Z方向成分とを有する方位d1に固定される。また、磁気抵抗効果素子Y2B、Y2Dは、+Y方向の外部磁場H’により、傾斜面10dの面内方向であって、+Y方向成分と+Z方向成分とを有する方位d4に固定される。
さらに、磁気抵抗効果素子Y1B、Y1Dは、−Y方向の外部磁場H’(図11)により、傾斜面10cの面内方向であって、−Y方向成分と+Z方向成分とを有する方位d3に固定される。また、磁気抵抗効果素子Y2A、Y2Cは、−Y方向の外部磁場H’により、傾斜面10dの面内方向であって、−Y方向成分と−Z方向成分とを有する方位d2に固定される。
Similarly, the magnetoresistive elements Y1A and Y1C have an in-plane direction of the
Furthermore, the magnetoresistive effect elements Y1B and Y1D are in the in-plane direction of the
対比例に係る磁気センサ9の12個の磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dのうち、磁気抵抗効果素子X1A、X1B、X1C、X1Dの組は、ブリッジ回路を構成するように配線接続される。同様に、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1Dの組、及び、磁気抵抗効果素子Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dの組も、同様に、ブリッジ回路を構成するように配線接続される(図10参照)。
対比例に係る磁気センサ9は、以上の構成により、互いに直交する3軸の成分(Hx、Hy、Hz)別に計測可能な3軸磁気センサを成す。
Of the twelve magnetoresistive effect elements X1A to Y2D of the
The
ここで、マグネットアレイ20のピッチを基準として、第1の実施形態に係る磁気センサ1と、対比例に係る磁気センサ9と、のサイズ(即ち、区画1aと区画1a’とのサイズ)を比較すると、磁気センサ1は、磁気センサ9に比べて1/√2のサイズとなっている。
Here, using the pitch of the
このように、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程(着磁ステップ)では、半導体ウェハ(基板1W)の平坦面に直交する成分を有する外部磁場Hを印加して、当該直交する成分に基づいて、ピンド層の磁化の方位を固定する。
これにより、外部磁場Hのうち永久磁石(第1磁石、第2磁石)のピッチが狭まるほど湾曲する成分が強くなる水平成分を用いないため、磁気抵抗効果素子同士の間隔を狭めて配置しても、ピンド層の磁化の方位を所望する方位に固定することができる。
As described above, in the ordered heat treatment step (magnetization step) according to the first embodiment, the external magnetic field H having a component orthogonal to the flat surface of the semiconductor wafer (
Thereby, since the horizontal component in which the curved component becomes stronger as the pitch of the permanent magnets (the first magnet and the second magnet) becomes smaller in the external magnetic field H is not used, the distance between the magnetoresistive effect elements is reduced. In addition, the magnetization direction of the pinned layer can be fixed to a desired direction.
また、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程では、区画1aに含まれる所定の第1領域ANにおいて平坦面に直交する一の方位(+Z方向)の外部磁場Hを印加し、第1領域ANとは異なる第2領域ASにおいて、一の方位(+Z方向)とは逆向き(−Z方向)の外部磁場Hを印加する。
これにより、一区画内において、磁化の方位が互いに逆向きのピンド層を形成できる。したがって、磁化の方位が互いに逆向きのピンド層を有する磁気抵抗効果素子を組み合わせてブリッジ回路を構成することで、小型で、かつ、検出精度の高い磁気センサを作製することができる。
In the ordered heat treatment step according to the first embodiment, an external magnetic field H in one direction (+ Z direction) perpendicular to the flat surface is applied to the first region in the predetermined first region AN included in the
Thereby, a pinned layer having magnetization directions opposite to each other can be formed in one section. Therefore, a magnetic sensor having a small size and high detection accuracy can be manufactured by combining a magnetoresistive effect element having pinned layers whose magnetization directions are opposite to each other to form a bridge circuit.
また、上記の規則化熱処理工程では、第1領域ANに対して一の極性面(N極の面)を対向させる第1磁石20Nと、第2領域ASに対して他の極性面(S極の面)を対向させる第2磁石20Sと、を同一平面上に配列して外部磁場Hを印加する。
これにより、第1磁石20N及び第2磁石20Sが各区画(区画1a等)に整合するように同一平面上に配列された治具であるマグネットアレイ20を半導体ウェハ(基板1W)に重ねるのみで、平坦面に直交する成分を有する外部磁場Hを印加することができるので、規則化熱処理工程の作業を簡素化することができる。
In the above ordered heat treatment process, the
As a result, the
さらに、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程では、1つの第1磁石20Nが、矩形状の一区画(区画1a等)の一の頂点P2を共有して隣接する4つの第1領域ANに対向するように配されるとともに、1つの第2磁石20Sが、区画1aのうち頂点P1の対角に位置する他の頂点P1を共有して隣接する4つの第2領域ASに対向するように配されている。
これにより、単一の永久磁石(第1磁石20N、第2磁石20S)が、一の頂点を共有して隣接する4つの区画のそれぞれに外部磁場を印加することができるので、一定の永久磁石のサイズ及び配列ピッチに対し、区画のサイズを効率的に縮小化することができる。
Furthermore, in the ordered heat treatment process according to the first embodiment, one
Thereby, since a single permanent magnet (
さらに、第1の実施形態に係る成膜ステップにおいては、ピンド層は、半導体ウェハ(基板1W)の平坦面の面内方向における第1方位(±X方向)に沿って当該平坦面と接するように設けられた第1傾斜面(傾斜面10a、10b)と、第1方位と異なる第2方位(±Y方向)に沿って当該平坦面と接するように設けられた第2傾斜面(傾斜面10c、10d)と、の両方に成膜される。
これにより、磁気センサ1は、平坦面の面内方向において感度方向(外部磁場の強度を主として観測可能な方向)が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子が形成されるため、外部磁場を、異なる複数の方位の成分別に計測可能となる。
Furthermore, in the film forming step according to the first embodiment, the pinned layer is in contact with the flat surface along the first direction (± X direction) in the in-plane direction of the flat surface of the semiconductor wafer (
Thus, in the
以上、第1の実施形態に係る磁気センサの製造方法によれば、磁気センサの小型化を実現することができる。 As mentioned above, according to the manufacturing method of the magnetic sensor which concerns on 1st Embodiment, size reduction of a magnetic sensor is realizable.
<他の変形例>
なお、第1の実施形態に係る磁気センサ1の製造方法は、上述の態様に限定されるものではなく、例として、以下のようにも変形可能である。
<Other variations>
In addition, the manufacturing method of the
図13は、第1の実施形態の変形例に係る規則化熱処理工程の概要を説明する図である。
第1の実施形態に係る磁気センサ1の規則化熱処理工程においては、基板1Wの一方側(裏面側)にマグネットアレイ20を重ねるように配置するものとして説明した(図4参照)。しかし、他の実施形態に係る規則化熱処理工程においては、例えば、図13(a)に示すように、基板1Wの他方側(表面側)にも、他のマグネットアレイ40を配置するようにしてもよい。このとき、マグネットアレイ20を構成する各永久磁石(第1磁石20N、第2磁石20S)と、マグネットアレイ40を構成する各永久磁石(第1磁石40N、第2磁石40S)と、の各々が対向する極性面が、互いに異なる極性となるように配されるものとする(図13(a)参照)。
このような構成とすることで、外部磁場Hの各方向成分のうち、平坦面に直交する成分が他の方向成分に対して強まるので、固定されるピンド層30b(図3)の磁化の方位の精度を高めることができる。
FIG. 13 is a diagram for explaining the outline of the ordered heat treatment process according to the modification of the first embodiment.
In the regularization heat treatment process of the
With such a configuration, among the directional components of the external magnetic field H, the component orthogonal to the flat surface is stronger than the other directional components, so the magnetization orientation of the pinned
なお、マグネットアレイ40の代わりに、図13(b)に示すヨーク50を配置することによっても、図13(a)の場合と同様の効果を得ることができる。ここで、ヨーク50は、例えば、鉄等の軟磁性体の材料からなる。具体的には、軟磁性体であるヨーク50は、マグネットアレイ20の第1磁石20N、第2磁石20Sの各々と対向することで、当該対向する部分が、各々対向する極性と逆の極性に変化する。これにより、実質的には、基板1Wは、図13(a)に示すように、マグネットアレイ20と、マグネットアレイ40と、に挟まれる状態と等価となる。したがって、基板1Wの平坦面に直交する成分を主とする外部磁場Hを印加することができ、固定されるピンド層30b(図3)の磁化の方位の精度を高めることができる。
Note that the same effect as in the case of FIG. 13A can also be obtained by arranging the
以上のように、マグネットアレイ20の第1磁石20N及び第2磁石20Sのそれぞれと、基板1Wの平坦面を挟むように磁性体を配することで、基板1Wの平坦面に直交する成分以外の他の方向成分が除外された外部磁場を印加することができる。したがって、固定されるピンド層30b(図3)の磁化の方位の精度を一層高めることができる。
As described above, by arranging the magnetic body so as to sandwich each of the
また、図5に示したマグネットアレイ20の配置は一例であってこれには限定されず、平坦面に直交する成分(±Z方向成分)を有する外部磁場を印加可能なように配されていれば如何なる配置であってもよい。ただし、この場合、磁気抵抗効果素子を成すピンド層は、その磁化の方位が当該平坦面に直交する成分に基づいて固定されるように、平坦面に対し傾斜して配されるものとする。
Further, the arrangement of the
また、第1の実施形態においては、磁化の方位が互いに異なる磁気抵抗効果素子を組み合わせてブリッジ回路を構成するものとしたが、他の実施形態に係る磁気センサにおいては、必ずしもブリッジ回路が構成されなくともよい。例えば、各ブリッジ回路BX1、BX2、BY1、BY2(図10)を構成する4つの組の磁気抵抗効果素子の一部を、既知の抵抗値を有する抵抗素子に置き換えてブリッジ回路を構成してもよい。
このようにすることで、磁気センサ1を構成する磁気抵抗効果素子の数を減らすことができるので、一層小型化を促進させることができる。
In the first embodiment, the bridge circuit is configured by combining magnetoresistive elements having different magnetization directions. However, in the magnetic sensor according to another embodiment, the bridge circuit is not necessarily configured. Not necessary. For example, a bridge circuit may be configured by replacing some of the four sets of magnetoresistive effect elements constituting each bridge circuit BX1, BX2, BY1, BY2 (FIG. 10) with resistance elements having known resistance values. Good.
By doing in this way, since the number of the magnetoresistive effect elements which comprise the
また、第1磁石20Nについて、「第1領域ANに対して一の極性面(N極の面)を対向させる」との文言は、当該一の極性面を基板1Wの磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dが形成される平坦面側から対向させる場合と、基板1Wの当該平坦面とは異なる裏面側から対向させる場合と、の両方を含むものとする。第2磁石20Sについて、「第2領域ASに対して他の極性面(S極の面)を対向させる」との文言も同様とする。
Further, for the
また、第1の実施形態に係る磁界強度演算部は、当該機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより実現される態様であってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また、揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 The magnetic field intensity calculation unit according to the first embodiment records a program for realizing the function on a computer-readable recording medium, and causes the computer system to read the program recorded on the recording medium, It may be an aspect realized by executing. The “computer system” here includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. In addition, a volatile memory (RAM) that holds a program for a certain period of time is also included.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof, as long as they are included in the scope and gist of the invention.
1…磁気センサ、1W…基板(半導体ウェハ)、1a…区画、10…堤部、10a、10b、10c、10d…傾斜面、20、40…マグネットアレイ、20N、40N…第1磁石、20S、40S…第2磁石、30a…ピニング層、30b…ピンド層、30c…スペーサ層、30d…フリー層、31a、31b…配線層、50…ヨーク、X1A、X1B、X1C、X1D、X2A、X2B、X2C、X2D、Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2D…磁気抵抗効果素子、BX1、BX2、BY1、BY2…ブリッジ回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板の平坦面に直交する成分を有する外部磁場を印加して、当該直交する成分に基づいて、前記ピンド層の磁化の方位を固定する着磁ステップと、
を有する磁気センサの製造方法。 A film forming step of forming a multilayer film including at least a pinned layer on the inclined surface provided on the flat surface of the substrate by forming a magnetoresistive effect element;
Applying an external magnetic field having a component orthogonal to the flat surface of the substrate and fixing the magnetization direction of the pinned layer based on the orthogonal component; and
The manufacturing method of the magnetic sensor which has this.
前記基板の平坦面のうちの一の区画に含まれる所定の第1領域において前記平坦面に直交する一の方位の外部磁場を印加し、当該区画に含まれる所定の領域であって前記第1領域とは異なる第2領域において、前記平坦面に直交する方位であって前記一の方位とは逆向きの外部磁場を印加する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサの製造方法。 In the magnetizing step,
An external magnetic field in one direction orthogonal to the flat surface is applied to a predetermined first region included in one section of the flat surface of the substrate, and the predetermined region included in the section includes the first region. 2. The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 1, wherein in a second region different from the region, an external magnetic field that is perpendicular to the flat surface and opposite to the one orientation is applied.
前記第1領域に対して一の極性面を対向させる第1磁石と、前記第2領域に対して他の極性面を対向させる第2磁石と、を同一平面上に配列して前記外部磁場を印加する
ことを特徴とする請求項2に記載の磁気センサの製造方法。 In the magnetizing step,
A first magnet that faces one polar surface to the first region and a second magnet that faces another polar surface to the second region are arranged on the same plane, and the external magnetic field is The magnetic sensor manufacturing method according to claim 2, wherein the magnetic sensor is applied.
1つの前記第1磁石は、矩形状の前記区画の一の頂点を共有して隣接する4つの前記第1領域に対向するように配されるとともに、1つの前記第2磁石は、前記区画のうち前記一の頂点の対角に位置する他の頂点を共有して隣接する4つの前記第2領域に対向するように配される
ことを特徴とする請求項3に記載の磁気センサの製造方法。 In the magnetizing step,
One of the first magnets is arranged so as to face one of the four adjacent first regions while sharing one vertex of the rectangular section, and one of the second magnets The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 3, wherein the other vertexes located opposite to each other of the one vertex are shared so as to face the four adjacent second regions. .
前記第1磁石及び前記第2磁石のそれぞれと、前記基板の平坦面を挟むように磁性体を配する
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の磁気センサの製造方法。 In the magnetizing step,
5. The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 3, wherein a magnetic body is disposed so as to sandwich the flat surface of the substrate with each of the first magnet and the second magnet.
前記ピンド層は、前記平坦面の面内方向における第1方位に沿って当該平坦面と接するように設けられた第1傾斜面と、前記第1方位と異なる第2方位に沿って当該平坦面と接するように設けられた第2傾斜面と、の両方に成膜されている
ことを特徴とする請求項2から請求項4の何れか一項に磁気センサの製造方法。 In the film forming step,
The pinned layer includes a first inclined surface provided in contact with the flat surface along a first orientation in an in-plane direction of the flat surface, and the flat surface along a second orientation different from the first orientation. 5. The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 2, wherein the film is formed on both of the second inclined surface provided in contact with the second inclined surface.
少なくともピンド層を含み、前記本体部の平坦面の面内方向における第1方位に沿って設けられた第1傾斜面の傾斜面上に、当該第1方位を長手方向として形成された第1磁気抵抗効果素子と、
少なくともピンド層を含み、前記本体部の平坦面の面内方向における方位であって前記第1方位と異なる第2方位に沿って設けられた第2傾斜面の傾斜面上に、当該第2方位を長手方向として形成された第2磁気抵抗効果素子と、
を備え、
前記本体部の一の頂点及び当該一の頂点で接する二辺の各辺上における二点で区画される第1領域、並びに、前記一の頂点の対角に位置する他の頂点及び当該他の頂点で接する二辺の各辺上における二点で区画される第2領域の各々において、前記第1磁気抵抗効果素子及び前記第2磁気抵抗効果素子の各々が配されている
ことを特徴とする磁気センサ。 A rectangular plate-shaped body,
A first magnetic field including at least a pinned layer and formed on a slant surface of a first slant surface provided along a first direction in an in-plane direction of the flat surface of the main body with the first direction as a longitudinal direction. A resistance effect element;
On the inclined surface of the second inclined surface that includes at least a pinned layer and is provided along a second orientation different from the first orientation, in the in-plane direction of the flat surface of the main body portion. A second magnetoresistive element formed as a longitudinal direction,
With
A first region defined by two points on each side of one vertex of the main body part and two sides that are in contact with the one vertex, and another vertex located on a diagonal of the one vertex and the other Each of the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element is arranged in each of the second regions partitioned by two points on each of the two sides that contact each other at the apex. Magnetic sensor.
前記第2領域に配される前記第1磁気抵抗効果素子及び前記第2磁気抵抗効果素子は、前記ピンド層の磁化の方位が、少なくとも前記平坦面に直交する他の方位を向く成分を有している
ことを特徴とする請求項7に記載の磁気センサ。 The first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element arranged in the first region have a component in which the magnetization direction of the pinned layer faces at least one direction orthogonal to the flat surface. ,
The first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element arranged in the second region have a component in which the magnetization direction of the pinned layer faces at least another direction orthogonal to the flat surface. The magnetic sensor according to claim 7.
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