JP2016072555A - Magnetic sensor and method of manufacturing the same - 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. Thereby, the direction of magnetization of the pinned layer can be fixed to a desired direction based on the horizontal component of the external magnetic field for each of the plurality of magnetoresistive elements constituting the magnetic sensor.
上述のように、磁気抵抗効果素子のピンド層の磁化の方位を固定する工程においては、半導体ウェハの平坦面においてマトリクス状に配される区画(磁気センサ)の各々と対応するように微小な永久磁石を周期配列させる必要があるため、このような永久磁石の配列を精度よく実現するマグネットアレイの作製が負担となっていた。 As described above, in the step of fixing the magnetization direction of the pinned layer of the magnetoresistive effect element, a minute permanent is provided so as to correspond to each of the sections (magnetic sensors) arranged in a matrix on the flat surface of the semiconductor wafer. Since it is necessary to periodically arrange the magnets, it has been a burden to produce a magnet array that realizes such an arrangement of permanent magnets with high accuracy.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ピンド層の磁化の方位を固定する工程における負担を軽減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 reduce the burden in the step of fixing the magnetization direction of the pinned layer.
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、複数の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垂直成分、及び、前記基板の平坦面に平行な水平成分を有する外部磁場を印加して、前記垂直成分に基づいて、前記複数の磁気抵抗効果素子のうち少なくとも一部の磁気抵抗効果素子に対応するピンド層の磁化の方位を固定するとともに、前記水平成分に基づいて、前記複数の磁気抵抗効果素子のうち前記一部の磁気抵抗効果素子と異なる他の磁気抵抗効果素子に対応する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。
このようにすることで、外部磁場を印加するために用いる磁石を小型化しなくとも所望する方位へ精度よく印加することができる垂直成分をもってピンド層の磁化の方位を固定することができる。よって、当該磁石を小型化しなくともピンド層の磁化の方位を所望する方位に精度よく固定することができる。また、基板の平坦面に直交する垂直成分と、基板の平坦面に平行な水平成分の各々に基づいて、複数の磁気抵抗効果素子に対応するピンド層の磁化の方位を固定するので、ピンド層の磁化を、異なる複数の方位に固定することができる。したがって、感度方向が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を形成できるため、測定対象とする外部磁場を、異なる複数の方位の成分別に計測可能となる。
One embodiment of the present invention is a film forming step of forming a multilayer film including a plurality of magnetoresistive elements and including at least a pinned layer on an inclined surface provided on a flat surface of the substrate, and the flat surface of the substrate Applying an external magnetic field having a vertical component perpendicular to the horizontal plane and a horizontal component parallel to the flat surface of the substrate, and based on the vertical component, at least some of the magnetoresistance effect elements of the plurality of magnetoresistance effect elements The magnetization direction of the pinned layer corresponding to the element is fixed and, based on the horizontal component, corresponding to another magnetoresistive element different from the part of the plurality of magnetoresistive elements. And a magnetization step for fixing the magnetization direction of the pinned layer.
By doing so, it is possible to fix the magnetization direction of the pinned layer with a vertical component that can be accurately applied to a desired direction without downsizing the magnet used for applying the external magnetic field. Therefore, the magnetization direction of the pinned layer can be accurately fixed to a desired direction without downsizing the magnet. In addition, since the magnetization direction of the pinned layer corresponding to the plurality of magnetoresistive elements is fixed based on the vertical component orthogonal to the flat surface of the substrate and the horizontal component parallel to the flat surface of the substrate, the pinned layer Can be fixed in a plurality of different directions. Therefore, since a plurality of magnetoresistive effect elements having different sensitivity directions can be formed, the external magnetic field to be measured can be measured for each component in a plurality of different directions.
また、本発明の一態様は、上述の磁気センサの製造方法の前記成膜ステップにおいて、前記多層膜が、前記基板の平坦面上に並べて配される複数の区画ごとに設けられた傾斜面上に形成され、前記着磁ステップにおいて、前記区画が平行な直線で仕切られてなる三つの領域のうち中央に配される第1領域において、前記ピンド層の磁化の方位を前記垂直成分に基づいて固定し、前記区画の前記第1領域の両側に配される第2領域及び第3領域において、前記ピンド層の磁化の方位を前記水平成分に基づいて固定し、前記第2領域に印加される前記水平成分の方位と、前記第3領域に印加される前記水平成分の方位と、が互いに逆向きであることを特徴とする。
このようにすることで、一の区画における第2領域及び第3領域において、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、検出精度の高い磁気センサを作製することができる。
また、このような磁気センサの製造方法によれば、一の区画が二つの平行な直線で仕切られた三つの領域のうち中央に配される第1領域に属するピンド層の磁化の方位を外部磁場の垂直成分で固定するとともに、その両側に配される第2領域及び第3領域に属するピンド層の磁化の方位を、外部磁場の互いに逆向きの水平成分で固定する。このようにすることで、一の区画に対して単一の磁石の一の極性面を対向させるのみで、当該極性面から放射状に生じる外部磁場によって第1領域から第3領域の全てに対し所望の方位の外部磁場を印加させることができる。したがって、一の区画に対向させる磁石の極性面の数を減らすことができる。
In one embodiment of the present invention, in the film forming step of the magnetic sensor manufacturing method described above, the multilayer film is provided on an inclined surface provided for each of a plurality of sections arranged side by side on the flat surface of the substrate. In the first step, the magnetization direction of the pinned layer is based on the perpendicular component in the first region arranged in the center among the three regions divided by parallel straight lines in the magnetization step. In the second region and the third region arranged on both sides of the first region of the section, the magnetization direction of the pinned layer is fixed based on the horizontal component and applied to the second region. The azimuth of the horizontal component and the azimuth of the horizontal component applied to the third region are opposite to each other.
By doing so, it is possible to form pinned layers whose magnetization directions are opposite to each other in the second region and the third region in one section. Therefore, a magnetic sensor with 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.
Further, according to such a method of manufacturing a magnetic sensor, the magnetization direction of the pinned layer belonging to the first region arranged in the center among the three regions in which one section is divided by two parallel straight lines is set to the outside. While fixing with the vertical component of the magnetic field, the magnetization directions of the pinned layers belonging to the second region and the third region arranged on both sides thereof are fixed with the horizontal components of the external magnetic field in opposite directions. In this way, only one polar face of a single magnet is opposed to one section and an external magnetic field generated radially from the polar face is desired for all of the first to third areas. It is possible to apply an external magnetic field of the orientation. Therefore, it is possible to reduce the number of polar surfaces of the magnets facing the one section.
また、本発明の一態様は、上述の磁気センサの製造方法の前記着磁ステップにおいて、前記基板の平坦面上に、一の方位に並べて配される複数の前記区画の各々に対して、当該一の方位に延在する棒磁石を用いて前記外部磁場を印加することを特徴とする。
このようにすることで、一の方位に並べて配される複数の区画の各々に対して、当該一の方位に延在する棒磁石を用いてまとめて外部磁場を印加することができる。したがって、微小な磁石を複数の区画ごとに対応するように配する必要がないため、着磁ステップにおける負担を軽減することができる。
また、このような磁気センサの製造方法によれば、区画が並べて配される方位と平行に棒磁石が延在するように配されているので、当該区画の全範囲に渡って、当該棒磁石の延在方向に直交する方位に直進する均一な外部磁場が印加される。したがって、当該棒磁石により印加される外部磁場から、基板の平坦面上において弧を描いて湾曲する成分を排することができる。よって、第2領域、第3領域に配されるピンド層の磁化の方位を、外部磁場の水平成分に基づいて、所望する方位に精度よく固定することができる。
Further, according to one aspect of the present invention, in the magnetization step of the magnetic sensor manufacturing method described above, for each of the plurality of sections arranged in one direction on the flat surface of the substrate, The external magnetic field is applied using a bar magnet extending in one direction.
By doing in this way, it is possible to apply an external magnetic field to each of a plurality of sections arranged side by side in one direction by using the bar magnet extending in the one direction. Therefore, since it is not necessary to arrange minute magnets so as to correspond to each of a plurality of sections, the burden on the magnetization step can be reduced.
Further, according to such a method of manufacturing a magnetic sensor, since the bar magnets are arranged so as to extend in parallel with the direction in which the sections are arranged side by side, the bar magnets are spread over the entire range of the sections. A uniform external magnetic field is applied that travels straight in the direction perpendicular to the extending direction. Therefore, it is possible to eliminate a component that curves in an arc on the flat surface of the substrate from the external magnetic field applied by the bar magnet. Therefore, the magnetization direction of the pinned layer disposed in the second region and the third region can be accurately fixed to a desired direction based on the horizontal component of the external magnetic field.
また、本発明の一態様は、上述の磁気センサの製造方法の前記着磁ステップにおいて、前記棒磁石は、当該棒磁石の極性面を、複数の前記区画の各々における前記第1領域と対向させながら前記一の方位に延在することを特徴とする。
このようにすることで、複数の区画の各々の第1領域に属するピンド層は、棒磁石の極性面と対向する位置に配される。これにより、当該ピンド層に対し、棒磁石の極性面の法線方向に生じる磁場であって強い垂直成分を有する外部磁場を印加することができる。したがって、外部磁場の垂直成分に基づいて、ピンド層の磁化の方位を所望する方位に精度よく固定することができる。
In one aspect of the present invention, in the magnetizing step of the magnetic sensor manufacturing method, the bar magnet has a polar surface of the bar magnet facing the first region in each of the plurality of sections. However, it extends in the one direction.
By doing in this way, the pinned layer which belongs to each 1st area | region of a some division is distribute | arranged to the position facing the polar surface of a bar magnet. As a result, an external magnetic field having a strong vertical component that is a magnetic field generated in the normal direction of the polar surface of the bar magnet can be applied to the pinned layer. Therefore, the magnetization direction of the pinned layer can be accurately fixed to a desired direction based on the vertical component of the external magnetic field.
また、本発明の一態様は、上述の磁気センサの製造方法の前記着磁ステップにおいて、前記棒磁石であって一の区画における前記第1領域に対して一の極性面を対向させる第1磁石と、前記棒磁石であって前記一の区画に隣接する他の区画における前記第1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。
このようにすることで、複数の区画の各々の第2領域及び第3領域に属するピンド層は、基板の平坦面の面内方向において、一の極性面を対向させる第1磁石と、他の極性面を対向させる第2磁石と、の間に配される。これにより、当該ピンド層に対し、第1磁石の極性面と第2磁石の極性面との間に生じる磁場であって強い水平成分を有する外部磁場を印加することができる。したがって、外部磁場の水平成分に基づいて、ピンド層の磁化の方位を所望する方位に精度よく固定することができる。
Further, according to one aspect of the present invention, in the magnetizing step of the magnetic sensor manufacturing method described above, the bar magnet is a first magnet that faces one polar face to the first region in one section. And the second magnet, which is the bar magnet and opposite to the first region in the other section adjacent to the one section, is arranged on the same plane, and the external magnetic field is It is characterized by applying.
By doing in this way, the pinned layer belonging to each of the second region and the third region of each of the plurality of sections has the first magnet facing one polar surface in the in-plane direction of the flat surface of the substrate, and the other It arrange | positions between the 2nd magnets which make a polar surface oppose. Thereby, an external magnetic field having a strong horizontal component, which is a magnetic field generated between the polar face of the first magnet and the polar face of the second magnet, can be applied to the pinned layer. Therefore, the magnetization direction of the pinned layer can be accurately fixed to a desired direction based on the horizontal component of the external magnetic field.
また、本発明の一態様は、上述の磁気センサの製造方法の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。
このようにすることで、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 of the magnetic sensor manufacturing method described above, the pinned layer is 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 first inclined surface and the second inclined surface provided so as to be in contact with the flat surface along a second orientation different from the first orientation.
In this way, in the manufactured magnetic sensor, a plurality of magnetoresistive effect elements having different sensitivity directions in the in-plane direction of the flat surface are formed, so that the external magnetic field is measured for each component of different orientations. A possible magnetic sensor 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、前記本体部の平坦面が、当該本体部の一辺に平行な直線で仕切られてなる三つの領域のうち中央に配される第1領域において、前記第1磁気抵抗効果素子が配され、前記第1領域の両側に配される第2領域及び第3領域の各々において、前記第2磁気抵抗効果素子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の一の方位に複数並べて配した際に、当該基板の平坦面上において第1領域乃至第3領域を一の方位につなげて一続きに配することができる。したがって、第1領域乃至第3領域の各々に対し、当該一の方位に延在する棒磁石を用いてまとめて外部磁場を印加しながら第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子におけるピンド層の磁化の方位を固定することができるので、当該磁気センサの製造工程における作業負担を軽減することができる。
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 two azimuths with the second azimuth as the longitudinal direction, and the flat surface of the main body portion is the main body The first magnetoresistive element is arranged in the first region arranged in the center among the three regions divided by the straight line parallel to one side of the part, and the second region arranged on both sides of the first region. In each of the region and the third region, the second magnetoresistance effect element A magnetic sensor, characterized in that is disposed.
In this way, in the magnetic sensor manufacturing process, when a plurality of rectangular plate-shaped main body portions are arranged in one direction on the substrate as one section, the first region to the first region on the flat surface of the substrate are arranged. It is possible to connect the third regions in a single direction and connect them in a row. Therefore, the pinning in the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element is applied to each of the first region to the third region while applying an external magnetic field collectively using the bar magnet extending in the one direction. Since the magnetization direction of the layer can be fixed, the work load in the manufacturing process of the magnetic sensor can be reduced.
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平行な一の方位を向く成分を有し、前記第3領域に配される前記第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平行な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、検出精度の高い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 above-described magnetic sensor, the first magnetoresistive element disposed in the first region has a magnetization direction of the pinned layer at least perpendicular to the flat surface. The second magnetoresistive element arranged in the second region has a component in which the magnetization direction of the pinned layer faces at least one direction parallel to the flat surface. The second magnetoresistive element disposed in the third region has a component in which the magnetization direction of the pinned layer is directed to at least another direction parallel to the flat surface. .
In this way, a magnetic sensor with high detection accuracy can be manufactured by configuring a bridge circuit by combining magnetoresistive elements having pinned layers whose magnetization directions are opposite to each other in one section. it can.
また、本発明の一態様は、上述の磁気センサであって、前記第1磁気抵抗効果素子及び前記第2磁気抵抗効果素子が、前記本体部の平坦面を、前記第1領域、前記第2領域及び前記第3領域の各々を区画する境界線と直交するように二等分してなる2つの領域の一方側に配置されることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the above-described magnetic sensor, wherein the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element have a flat surface of the main body portion, the first region, and the second region. The region and the third region are arranged on one side of two regions that are divided into two equal parts so as to be orthogonal to a boundary line that divides each of the third region and the third region.
上述の磁気センサ及び磁気センサの製造方法によれば、ピンド層の磁化の方位を固定する工程における負担を軽減することができる。 According to the magnetic sensor and the method for manufacturing the magnetic sensor described above, it is possible to reduce the burden in the step of fixing the magnetization direction of the pinned layer.
<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。
本実施形態に係る磁気センサは、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。
<First Embodiment>
[Magnetic sensor structure]
Hereinafter, the magnetic sensor and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described.
The magnetic sensor according to this embodiment measures the magnetic field strength of an external magnetic field applied from the outside for each component (Hx, Hy, Hz) of three axes (± X direction, ± Y direction, ± Z direction) orthogonal to each other. A possible three-axis magnetic sensor.
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に示すように、磁気センサ1は、矩形板状の本体部(区画1a)と、12個の磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2C、Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dと、を備えている。
磁気センサ1の本体部(区画1a)は、半導体ウェハである基板1Wの平坦面の一区画から構成される。磁気センサ1は、基板1Wの平坦面において、区画1aを含む複数の区画ごとに磁気抵抗効果素子X1A〜Y2D及び各種回路が形成された後、当該区画別に分断されて製造される。なお、図1では図示を省略しているが、磁気センサ1の製造工程においては、区画1aを含む複数の区画は、基板1Wの平坦面上で互いに辺を共有して隣接しながらマトリクス状に配列されている。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。
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of the magnetic sensor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the
The main body (
12個の各磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dは、いずれも基板1Wの平坦面に対し傾斜する傾斜面(第1傾斜面10a、10b、第2傾斜面10c、10d)上に形成されている。
4個の磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2C(第1磁気抵抗効果素子)は、区画1aの平坦面の面内方向における方位であって当該区画1aの一辺と平行な第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10a、10bの傾斜面上に、当該第1方位を長手方向として形成されている。
また、8個の磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2D(第2磁気抵抗効果素子)は、区画1aの平坦面の面内方向における方位であって第1方位と直交する第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10c、10dの傾斜面上に、当該第2方位を長手方向として形成されている。
The twelve magnetoresistive elements X1A to Y2D are all formed on inclined surfaces (first
The four magnetoresistive elements X1A, X1C, X2A, and X2C (first magnetoresistive elements) are oriented in the in-plane direction of the flat surface of the
In addition, the eight magnetoresistive elements Y1A, Y1B, Y1C, Y1D, Y2A, Y2B, Y2C, and Y2D (second magnetoresistive elements) are oriented in the in-plane direction of the flat surface of the
また、磁気センサ1は、区画1aの平坦面が当該区画1aの一辺に平行な二つの直線で仕切られてなる三つの領域のうち中央に配される第1領域A1において、4個の磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2C(第1磁気抵抗効果素子)が配されている。
また、磁気センサ1は、第1領域A1の両側に配される第2領域A2及び第3領域A3の各々において、8個の磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2D(第2磁気抵抗効果素子)が配されている。具体的には、第2領域A2には、第2磁気抵抗効果素子のうち磁気抵抗効果素子Y1A、Y1C、Y2B、Y2Dが設けられている。また、第3領域A3には、第2磁気抵抗効果素子のうち磁気抵抗効果素子Y1B、Y1D、Y2A、Y2Cが設けられている。
Further, the
The
さらに、磁気抵抗効果素子X1A、X1Cは、第1傾斜面10a、10b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)ように傾斜する第1傾斜面10a上に形成される。一方、磁気抵抗効果素子X2A、X2Cは、第1傾斜面10a、10b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)ように傾斜する第1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、第2傾斜面10c、10d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)ように傾斜する第2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、第2傾斜面10c、10d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)ように傾斜する第2傾斜面10d上に形成される。
Further, the magnetoresistive effect elements X1A and X1C are on the first
Similarly, the magnetoresistive elements Y1A, Y1B, Y1C, and Y1D are inclined such that the second
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溝部10が形成されている。溝部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、溝部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°)傾斜した第1傾斜面10a、10bを有している。溝部10(即ち、第1傾斜面10a、10b)は、紙面奥行き方向(第1方位(±Y方向))に沿って延伸しており、磁気抵抗効果素子X1Aが第1傾斜面10aの上に、磁気抵抗効果素子X2Aが第1傾斜面10bの上に、それぞれ第1方位(±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X1C及び磁気抵抗効果素X2Cも同様に、それぞれ第1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 element X1C and the magnetoresistive effect element X2C are similarly formed on the first
また、詳細な図示を省略するが、図1に示す第2傾斜面10c、10dは、溝部10と同様の溝部によって形成される。当該溝部(即ち、第2傾斜面10c、10d)は、第2方位(±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が第2傾斜面10cの上に、磁気抵抗効果素子Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dが第2傾斜面10dの上に、それぞれ第2方位(±X方向)を長手方向とするように形成される(図1参照)。
Although not shown in detail, the second
なお、本実施形態において、第1傾斜面10a、10b及び第2傾斜面10c、10dの傾斜角度θは、θ=45°であるものとし、かつ、以下の説明においては、第1傾斜面10aの傾斜方向を±X’軸と定義し、第1傾斜面10aの法線方向を±Z’軸と定義する。ただし、他の実施形態においては、第1傾斜面10a、10b及び第2傾斜面10c、10dの傾斜角度θは、θ=45°に限定されない。
In the present embodiment, the inclination angle θ of the first
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11個の磁気抵抗効果素子X2A〜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 eleven magnetoresistive elements X2A to Y2D is the same as the structure of the magnetoresistive element X1A, and thus 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、平面視で長方形をなし、その長手方向が第1方位(±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 element X1A has a rectangular shape in plan view, and is arranged so that its longitudinal direction is along the first direction (± 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成している。
このスピンバルブ構造により、磁気抵抗効果素子X1Aは、測定対象とする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、当該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30b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(着磁ステップ)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、測定対象の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の方位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 so that the magnetization direction of the pinned
Further, the magnetoresistive element X1A has a specific direction in which 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、溝部(溝部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、溝部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、第1傾斜面10a、10bを有する溝部10が形成される。
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(第1傾斜面10a、10b、第2傾斜面10c、10d(図1))上に順次成膜する成膜ステップを実施する。なお、当該傾斜面は、基板1Wの平坦面上に並べて配される複数の区画(区画1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i(図5))ごとに設けられている。
[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 regularization heat treatment process will be briefly described. First, formation of grooves (
Thereafter, the multilayer film constituting the magnetoresistive elements X1A to Y2D (FIG. 1), that is, the pinning
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、本実施形態に係る磁気センサ1の形成ステップでは、基板1Wの平坦面から下方(−Z方向)に窪む溝部10を形成することによって第1傾斜面10a、10b、第2傾斜面10c、10dを設けるものとして説明しているが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る磁気センサ1の形成ステップでは、基板1Wの平坦面から上方(+Z方向)に突出する堤部を形成することによって第1傾斜面10a、10b、第2傾斜面10c、10dを設けるものとしてもよい。
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、第1傾斜面10a、10b及び第2傾斜面10c、10d(図1、図2)上にピンド層30b等の多層膜(図3)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)の各々に対応するように、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, in the regularized heat treatment process, the pinned
In the ordering heat treatment step, as shown in FIG. 4, the back surface of the
While maintaining this state, by heating in vacuum, the magnetization direction 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、を同一平面上に、平行かつ交互に配列してなる。
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
第1磁石20N及び第2磁石20Sは、第2方位(±X方向)に並べて配される複数の区画(例えば、区画1a、1b、1c)の各々に対して、当該第2方位に延在するように配される棒磁石である。
棒磁石である第1磁石20N及び第2磁石20Sは、複数の区画(区画1a〜1i)の各々における第1領域A1と対向しながら、当該複数の区画が並べて配される一の方位に延在するように配される。また、第1磁石20Nは、一の区画(例えば、区画1a)における第1領域A1に対してN極の極性面を対向させるように配され、第2磁石20Sは、一の区画(区画1a)に隣接する他の区画(区画1d、1g)における第1領域A1に対してS極の極性面を対向させるように配される。
The
The
より具体的に説明すると、N極の面を対向させる第1磁石20Nの極性面は、区画1a、1b、1cの各々の第1領域A1に重なるように、当該区画1a、1b、1cの配列に沿って延在するように配される。同様に、S極の面を対向させる第2磁石20Sの極性面は、区画1a、1b、1cの各々に第1方位(±Y方向)に隣接する区画1d、1e、1fの各々の第1領域A1に重なるように、当該区画1d、1e、1fの配列に沿って延在するように配される。また、第1磁石20Nの他方側に配される第2磁石20Sの極性面は、区画1a、1b、1cの各々に第1方位(±Y方向)の他方側に隣接する区画1g、1h、1iの各々の第1領域A1に重なるように、当該区画1g、1h、1iの配列に沿って延在するように配される。
More specifically, the polar surfaces of the
また、本実施形態に係る磁気センサ1では、第1磁石20Nの極性面の幅方向(±Y方向)における中央位置が、区画1a、1b、1cの各々の第1領域A1に配される磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cに重なるように配される。より具体的に説明すると、第1磁石20Nは、磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cの長手方向(±Y方向)における中心位置O1と、第1磁石20Nの極性面の幅方向(±Y方向)における中心位置O2と、が第1方位(±Y方向)において一致するように配される。
同様に、第2磁石20Sは、当該第2磁石20Sの極性面の幅方向(±Y方向)における中央位置が、区画1d、1e、1f(又は、区画1g、1h、1i)の各々の第1領域A1に配される磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cに重なるように配される。
In the
Similarly, in the
このように、本実施形態に係るマグネットアレイ20では、基板1Wの平坦面上に配列された全ての区画(区画1a〜1i)に対し、上述のように配される第1磁石20N及び第2磁石20Sが、第2方位(±X方向)に平行かつ交互に周期配列される。これにより、基板1Wの平坦面上にマトリクス状に配列される全ての区画の第1領域A1には、第1磁石20NのN極の面、又は、第2磁石20SのS極の面の何れか一方が対向する。
As described above, 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。図6では、例として、区画1aと、当該区画1aと第1方位(±Y方向)に隣接する区画1d及び区画1gのみを図示しているが、他の区画(区画1b、1e、1h、区画1c、1f、1i等)についても同様の位置関係で配されている。
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
区画1a、1d、1gには、それぞれ、製造工程を経て磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dが形成される第1傾斜面10a、10b及び第2傾斜面10c、10dが形成されている。区画1aのうち第1傾斜面10a、10bが形成される第1領域A1には、第1磁石20NのN極の極性面が対向している。同様に、区画1d及び区画1gの第1領域A1には、第2磁石20SのS極の極性面が対向している。
In the
一方、区画1a、1d、1gのうち第2傾斜面10c、10dが形成される第2領域A2及び第3領域A3には、第1磁石20N、第2磁石20Sのいずれの極性面も対向していない。第2領域A2及び第3領域A3は、第1方位(±Y方向)に隣接する区画1a、1d、1gの各々の第1領域A1に対向しながら、第2方位(±X方向)に延在する第1磁石20Nと第2磁石20Sとの間に配される。
On the other hand, both polar surfaces of the
基板1Wに対して第1磁石20N及び第2磁石20Sが図5、図6に示したように配されることで、基板1Wの平坦面上に配されたピンド層30bには、第1磁石20NにおけるN極の極性面から第2磁石20SにおけるS極の極性面へと進む外部磁場Hが印加される。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。
このようにすることで、各区画1a〜1iの第1領域A1に属するピンド層30bの磁化の方位が、外部磁場Hの基板1Wに直交する垂直成分に基づいて固定される。また、第2領域A2及び第3領域A3に属するピンド層30bの磁化の方位が、外部磁場Hの基板1Wの平坦面に平行な水平成分に基づいて固定される。更に、第2領域A2に印加される外部磁場Hの水平成分の方位と、第3領域A3に印加される外部磁場Hの水平成分の方位とは、互いに逆向きとなる。
以下、第1領域A1、第2領域A2及び第3領域A3の各々に印加される外部磁場Hの方位と、当該第1領域A1〜第3領域A3の各々に属するピンド層30bの磁化の方位について、図7〜図9を参照しながら詳細に説明する。
The
By doing in this way, the magnetization direction of the pinned
Hereinafter, the orientation of the external magnetic field H applied to each of the first region A1, the second region A2, and the third region A3, and the magnetization orientation of the pinned
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、区画1aのうち第1領域A1(図5、図6)に属する磁気抵抗効果素子X1A、X2Aが形成される溝部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X1A、X2Aには、上方(+Z方向)を向く外部磁場Hが印加される(図7参照)。第1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、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、各々の磁化の方位が+Z方向の成分(垂直成分)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、第1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、第1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、第1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、第1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、第1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c1は、+Z方向の成分と、+X方向の成分と、を有している。また、第1傾斜面10b上に成膜されたピンド層30bは、第1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c2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X1C、X2Cについても、図7に示す磁気抵抗効果素子X1A、X2Aと同様に、各々が形成される第1傾斜面10a、10b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 magnetization direction of the pinned
As for the other magnetoresistive elements X1C and X2C to which the upper external magnetic field H is applied, the first
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。なお、以下の図8、図9に係る説明において、第2傾斜面10cの傾斜方向を±Y’軸と定義し、第2傾斜面10cの法線方向を±Z’’軸と定義する。
図8は、例として、区画1aのうち第2領域A2(図5、図6)に属する磁気抵抗効果素子Y1A、Y2Bが形成される溝部10の近傍を詳細に示している。第2傾斜面10c、10d上に形成される磁気抵抗効果素子Y1A、Y2Bは、第1磁石20NのN極の極性面と第2磁石20SのS極の極性面との中間位置の近傍、即ち、区画1aと区画1gとの境界の近傍に配される(図6参照)。したがって、磁気抵抗効果素子Y1A、Y2Bには、第1磁石20NのN極の極性面から第2磁石20SのS極の極性面に向かって水平(第1方位における一の方位(+Y方向))に進む外部磁場Hが印加される(図8参照)。第2傾斜面10c、10d上に形成される磁気抵抗効果素子Y1A、Y2Bのピンド層30b(図8には図示せず)は、第1方位における一の方位(+Y方向)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+Y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. In the following description of FIGS. 8 and 9, the inclination direction of the second
FIG. 8 shows in detail the vicinity of the
具体的には、第2傾斜面10c上に形成されたピンド層30b(即ち、磁気抵抗効果素子Y1Aを構成するピンド層30b)の磁化の方位は、第2傾斜面10cの面内方向であって+Y方向の成分を有する方位d1(+Y’方向)に固定される。同様に、第2傾斜面10d上に形成されたピンド層30b(即ち、磁気抵抗効果素子Y2Bを構成するピンド層30b)の磁化の方位は、第2傾斜面10dの面内方向であって+Y方向の成分を有する方位d4(+Z’’方向)に固定される。ここで、第2傾斜面10c上に成膜されたピンド層30bは、−Y方向から+Y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d1は、+Y方向の成分と、−Z方向の成分と、を有している。また、第2傾斜面10d上に成膜されたピンド層30bは、第2傾斜面10cとは逆に、−Y方向から+Y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d4は、+Y方向の成分と、+Z方向の成分と、を有している。
なお、第1方位における一の方位(+Y方向)の外部磁場Hが印加される他の磁気抵抗効果素子Y1C、Y2Dについても、図8に示す磁気抵抗効果素子Y1A、Y2Bと同様に、各々が形成される第2傾斜面10c、10dの面内方向であって+Y方向の成分を有する方位に磁化が固定される。
Specifically, the magnetization direction of the pinned
In addition, each of the other magnetoresistive elements Y1C and Y2D to which the external magnetic field H in one direction (+ Y direction) in the first direction is applied is also similar to the magnetoresistive elements Y1A and Y2B shown in FIG. Magnetization is fixed in an in-plane direction of the formed second
図9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4の図である。
図9は、例として、区画1aのうち第3領域A3(図5、図6)に属する磁気抵抗効果素子Y1B、Y2Aが形成される溝部10の近傍を詳細に示している。第2傾斜面10c、10d上に形成される磁気抵抗効果素子Y1B、Y2Aは、第1磁石20NのN極の極性面と第2磁石20SのS極の極性面との中間位置の近傍、即ち、区画1aと区画1dとの境界の近傍に配される(図6参照)。したがって、磁気抵抗効果素子Y1B、Y2Aには、第1磁石20NのN極の極性面から第2磁石20SのS極の極性面に向かって水平(第1方位における他の方位(−Y方向))に進む外部磁場Hが印加される(図9参照)。第2傾斜面10c、10d上に形成される磁気抵抗効果素子Y1B、Y2Aのピンド層30b(図9には図示せず)は、第1方位における他の方位(−Y方向)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−Y方向の成分を有するように固定される。
FIG. 9 is a fourth diagram illustrating the state of the external magnetic field applied in the ordered heat treatment process according to the first embodiment.
FIG. 9 shows in detail the vicinity of the
具体的には、第2傾斜面10c上に形成されたピンド層30b(即ち、磁気抵抗効果素子Y1Bを構成するピンド層30b)の磁化の方位は、第2傾斜面10cの面内方向であって−Y方向の成分を有する方位d3(−Y’方向)に固定される。同様に、第2傾斜面10d上に形成されたピンド層30b(即ち、磁気抵抗効果素子Y2Aを構成するピンド層30b)の磁化の方位は、第2傾斜面10dの面内方向であって−Y方向の成分を有する方位d2(−Z’’方向)に固定される。ここで、第2傾斜面10c上に成膜されたピンド層30bは、+Y方向から−Y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d3は、−Y方向の成分と、+Z方向の成分と、を有している。また、第2傾斜面10d上に成膜されたピンド層30bは、第2傾斜面10cとは逆に、+Y方向から−Y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d2は、−Y方向の成分と、−Z方向の成分と、を有している。
なお、第1方位における他の方位(−Y方向)の外部磁場Hが印加される他の磁気抵抗効果素子Y1D、Y2Cについても、図9に示す磁気抵抗効果素子Y1B、Y2Aと同様に、各々が形成される第2傾斜面10c、10dの面内方向であって−Y方向の成分を有する方位に磁化が固定される。
Specifically, the magnetization direction of the pinned
In addition, similarly to the magnetoresistive elements Y1B and Y2A shown in FIG. 9, the other magnetoresistive elements Y1D and Y2C to which the external magnetic field H in the other direction (−Y direction) in the first direction is applied are respectively provided. The magnetization is fixed in the in-plane direction of the second
図10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9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、各々が形成される第1傾斜面10a、10b及び第2傾斜面10c、10d(図1)の向きに基づいて固定される。
FIG. 10 is a view for explaining the magnetization orientation of the pinned layer of the magnetic sensor according to the first embodiment.
As shown in FIGS. 6 to 9, the magnetization direction of the pinned
具体的には、区画1aの第1領域A1に配される磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2C(第1磁気抵抗効果素子)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(図7参照)。したがって、規則化熱処理工程を経た後は、図10に示すように、磁気抵抗効果素子X1A、X1Cは、第1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、第1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。
Specifically, the magnetoresistive effect elements X1A, X1C, X2A, and X2C (first magnetoresistive effect elements) arranged in the first region A1 of the
一方、区画1aの第2領域A2に配される磁気抵抗効果素子Y1A、Y1C、Y2B、Y2D(第2磁気抵抗効果素子)は、基板1Wの平坦面に平行な+Y方向の成分を有する外部磁場Hが印加される(図8参照)。したがって、規則化熱処理工程を経た後は、図10に示すように、磁気抵抗効果素子Y1A、Y1Cは、第2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、第2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。
On the other hand, the magnetoresistive elements Y1A, Y1C, Y2B, Y2D (second magnetoresistive elements) arranged in the second region A2 of the
更に、区画1aの第3領域A3に配される磁気抵抗効果素子Y1B、Y1D、Y2A、Y2C(第2磁気抵抗効果素子)は、基板1Wの平坦面に平行な−Y方向の成分を有する外部磁場Hが印加される(図9参照)。したがって、規則化熱処理工程を経た後は、図10に示すように、磁気抵抗効果素子Y1B、Y1Dは、第2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、第2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。
Furthermore, the magnetoresistive elements Y1B, Y1D, Y2A, Y2C (second magnetoresistive elements) arranged in the third region A3 of the
このように、本実施形態に係る磁気センサ1の規則化熱処理工程では、基板1Wの平坦面に直交する垂直成分(+Z方向)と、基板1Wの平坦面に平行な水平成分(±Y方向)と、を有する外部磁場Hを印加する。そして、当該垂直成分に基づいて、複数の磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dのうちの一部の磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cに対応するピンド層30bの磁化の方位を固定する。更に、当該水平成分に基づいて、複数の磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dのうちの他の磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2Dに対応するピンド層30bの磁化の方位を固定する。
Thus, in the ordered heat treatment step of the
上記規則化熱処理工程を経て作製された磁気センサ1では、第1領域A1に配される磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2C(第1磁気抵抗効果素子)は、ピンド層30bの磁化の方位が、少なくとも基板1W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。
また、第2領域A2に配される磁気抵抗効果素子Y1A、Y1C、Y2B、Y2D(第2磁気抵抗効果素子)は、ピンド層30bの磁化の方位が、少なくとも基板1Wの平坦面に平行な一の方位(+Y方向)を向く成分を有している。
更に、第3領域A3に配される磁気抵抗効果素子Y1B、Y1D、Y2A、Y2C(第2磁気抵抗効果素子)は、ピンド層30bの磁化の方位が、少なくとも基板1Wの平坦面に平行な他の方位(−Y方向)を向く成分を有している。
In the
Further, in the magnetoresistive effect elements Y1A, Y1C, Y2B, Y2D (second magnetoresistive effect elements) arranged in the second region A2, the magnetization direction of the pinned
Further, in the magnetoresistive effect elements Y1B, Y1D, Y2A, Y2C (second magnetoresistive effect elements) arranged in the third region A3, the magnetization direction of the pinned
なお、図10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)。
Although not shown in FIG. 10, the magnetization directions (directions My and Mx described later) of the
以上、図7〜図10において、区画1aにおける第1領域A1〜第3領域A3ごとの外部磁場Hの方位、及び、ピンド層30bの磁化の方位c1、c2、d1、d2、d3、d4を説明したが、第1磁石20Nが対向する他の区画1b、1cについても区画1aと同様の外部磁場Hが印加される。
これに対し、第2磁石20Sが対向する区画1d、1e、1f、及び、区画1g、1h、1iについては、区画1aとは逆向きの外部磁場Hが印加される。例えば、区画1dにおける第1領域A1には、下方(−Z方向)を向く外部磁場Hが印加される。また、区画1dにおける第2領域A2には、第1方位における他の方位(−Y方向)を向く外部磁場Hが印加され、第3領域A3には、第1方位における一の方位(+Y方向)を向く外部磁場Hが印加される。したがって、区画1dにおいて当該外部磁場Hに基づいて固定されるピンド層30bの磁化の方位は、区画1a(図7〜図10)におけるピンド層30bの磁化の方位とは逆向きの方位となる。
As described above, in FIGS. 7 to 10, the orientation of the external magnetic field H for each of the first region A1 to the third region A3 in the
On the other hand, for the
[回路構成]
図11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10に示した区画1aの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11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11(a)〜(c)に示すように配線接続される。ここで、図10に示したように、第1傾斜面10a、10bは、第1領域A1に形成され、第2傾斜面10c、10dは、第2領域A2及び第3領域A3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A1に属する4個の磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cを組にしたブリッジ回路(図11(a))と、第2領域A2と第3領域A3に属する各磁気抵抗効果素子Y1A〜Y2Dのうち、同一の傾斜面(第2傾斜面10c、10d)を有するものを組にしたブリッジ回路(図11(b)、(c))を形成する。
[Circuit configuration]
FIG. 11 is a diagram illustrating a circuit configuration of the magnetic sensor according to the first embodiment.
Next, a circuit configuration including the magnetoresistive elements X1A to Y2D in the
In the manufacturing process of the
図11(a)に示すように、ブリッジ回路BX1においては、磁気抵抗効果素子X1A及び磁気抵抗効果素子X2Aが、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X2Aの一端が接地端子Q2と接続される。また、同様に、磁気抵抗効果素子X2C及び磁気抵抗効果素子X1Cが、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X2C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11(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X2Aとの間の電位と、磁気抵抗効果素子X1C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Vx1を出力する。
As shown in FIG. 11A, in the bridge circuit BX1, the magnetoresistive effect element X1A and the magnetoresistive effect element X2A 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 X2A is connected to the ground terminal Q2. Similarly, the magnetoresistive effect element X2C 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 X2C 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.
Further, as shown in FIG. 11A, the bridge circuit BX1 includes a potential between the magnetoresistive effect element X1A and the magnetoresistive effect element X2A, and between the magnetoresistive effect element X1C and the magnetoresistive effect element X2C. 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、X1Cのピンド層30b(図3)の磁化の方位c1と、磁気抵抗効果素子X2A、X2Cのピンド層30bの磁化の方位c2とは、水平成分(±X方向成分)が互いに逆向きである。これに対し、各磁気抵抗効果素子X1A〜X2Cのフリー層30d(図3)の磁化Mxの方位は、第1傾斜面10a、10bの各々の面内方向に変化可能であるため、印加される外部磁場の±X方向の成分Hxに基づいてその方位が変化する。
そうすると、例えば、測定対象とする外部磁場の成分Hxが+X方向であった場合、フリー層30dの磁化Mxの方位が+X方向側に傾くため、磁気抵抗効果素子X1A、X1Cの抵抗値は減少し、磁気抵抗効果素子X2A、X2Cの抵抗値は増加する。これにより、出力電圧Vx1が、+X方向の外部磁場の成分Hxに応じてプラス側に変化する。一方、測定対象とする外部磁場の成分Hxが−X方向であった場合、フリー層30dの磁化Mxの方位が−X方向側に傾くため、磁気抵抗効果素子X1A、X1Cの抵抗値は増加し、磁気抵抗効果素子X2A、X2Cの抵抗値は減少する。これにより、出力電圧Vx1が、−X方向の外部磁場の成分Hxに応じてマイナス側に変化する。
The magnetization direction c1 of the pinned
Then, for example, when the component Hx of the external magnetic field to be measured is in the + X direction, the orientation of the magnetization Mx of the
また、各磁気抵抗効果素子X1A、X1Cのピンド層30b(図3)の磁化の方位c1と、磁気抵抗効果素子X2A、X2Cのピンド層30bの磁化の方位c2とは、垂直成分(±Z方向成分)の向きが+Z方向と同一である。これに対し、各磁気抵抗効果素子X1A〜X2Cのフリー層30d(図3)の磁化Mxの方位は、第1傾斜面10a、10bの各々の面内方向に変化可能であるため、印加される外部磁場の±Z方向の成分Hzに基づいてその方位が変化する。
そうすると、例えば、測定対象とする外部磁場の成分Hzが+Z方向であった場合、フリー層30dの磁化Mxの方位が+Z方向側に傾くため、磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cの抵抗値は全て減少する。これにより、出力電圧Vx1は、+Z方向の外部磁場の成分Hzによっては変化しない。一方、測定対象とする外部磁場の成分Hzが−Z方向であった場合、フリー層30dの磁化Mxの方位が−Z方向側に傾くため、磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cの抵抗値は全て増加する。これにより、出力電圧Vx1は、−Z方向の外部磁場の成分Hzによっても変化しない。
以上より、ブリッジ回路BX1は、測定対象とする外部磁場の水平成分の第2方位(±X方向)のみに感度方向を有する磁気センサとして機能する。
The magnetization direction c1 of the pinned
Then, for example, when the component Hz of the external magnetic field to be measured is in the + Z direction, the direction of the magnetization Mx of the
As described above, the bridge circuit BX1 functions as a magnetic sensor having a sensitivity direction only in the second direction (± X direction) of the horizontal component of the external magnetic field to be measured.
磁気センサ1は、ブリッジ回路BX1の出力電圧Vx1から、印加される外部磁場の±X方向の成分Hxを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・・・(1)
ここで、感度係数kxは、出力電圧Vx1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 (1)
Here, the sensitivity coefficient kx is a proportional constant of the component X in the ± X direction of the external magnetic field (magnetic field strength in the ± X direction) with respect to the output voltage Vx1.
また、図11(b)に示すように、ブリッジ回路BY1においては、第2領域A2に属する磁気抵抗効果素子Y1A及び第3領域A3に属する磁気抵抗効果素子Y1Bが、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、同様に、第3領域A3に属する磁気抵抗効果素子Y1D及び第2領域A2に属する磁気抵抗効果素子Y1Cが、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11(b)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. 11B, in the bridge circuit BY1, the magnetoresistive effect element Y1A belonging to the second region A2 and the magnetoresistive effect element Y1B belonging to the third region A3 are connected to the power supply terminal Q1 and the ground terminal Q2. Connected in series. 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 belonging to the third area A3 and the magnetoresistive element Y1C belonging to the second area A2 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.
As shown in FIG. 11B, 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、第2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My1の方位は、印加される外部磁場に応じて、第2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11(c)に示すように、ブリッジ回路BY2においては、第3領域A3に属する磁気抵抗効果素子Y2A及び第2領域A2に属する磁気抵抗効果素子Y2Bが、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、同様に、第2領域A2に属する磁気抵抗効果素子Y2D及び第3領域A3に属する磁気抵抗効果素子Y2C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11(c)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. 11C, in the bridge circuit BY2, the magnetoresistive effect element Y2A belonging to the third region A3 and the magnetoresistive effect element Y2B belonging to the second region A2 are connected to the power supply terminal Q1 and the ground terminal. Connected in series with 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 belonging to the second region A2 and the magnetoresistive element Y2C belonging to the third region A3 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.
As shown in FIG. 11C, 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、第2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My2の方位は、印加される外部磁場に応じて、第2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)・・・(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) (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)・・・(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) (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、BY1、BY2の出力電圧Vx1、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Vy1、Vy2を順次入力し、サンプリング値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、SVy1、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、BY1、BY2は、各々の出力電圧Vx1、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 bridge circuit BX1, BY1, BY2 is output to the magnetic field intensity calculation unit (A / D conversion circuit) via an amplifier (output amplifier) that amplifies each output voltage Vx1, Vy1, Vy2. Good.
なお、図11(a)〜(c)に示したブリッジ回路BX1、BY1、BY2は、区画1aにおける磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dを用いて構成されたものである。ピンド層30bの磁化の方位が、区画1aに対して逆向きに固定された他の区画(例えば、区画1d)では、ブリッジ回路BX1、BY1、BY2の各々から出力される出力電圧Vx1、Vy1、Vy2の、外部磁場に対する変化の極性は全て逆になる。したがって、区画1d等に配される上記磁界強度演算部は、区画1aとは逆の極性を有する感度係数kx、ky、kzをもって各成分Hx、Hy、Hzごとの磁界強度を演算することで、区画1aを本体部とする磁気センサ1と等価な磁気センサとなる。
Note that the bridge circuits BX1, BY1, and BY2 illustrated in FIGS. 11A to 11C are configured using the magnetoresistive effect elements X1A to Y2D in the
[作用効果]
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1の図である。また、図13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12、図13に示す対比例と比較しながら説明する。
[Function and effect]
FIG. 12 is a first diagram illustrating a method for manufacturing a magnetic sensor according to the comparison of the first embodiment. FIG. 13 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13)は、図12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. 12, the magnetic sensor 9 (FIG. 13) 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12に示すように、対比例に係るマグネットアレイ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. 12, the
具体的には、図12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. 12, the center of the polar surface of the
ここで、図13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13には図示せず)の磁化の方位を示している。
図13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、X1C、X2A、X2C、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、X1C、X2A、X2C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(第2傾斜面10c、10d)上に形成されている。
Here, FIG. 13 shows the structure of the
As shown in FIG. 13, the
Of the twelve magnetoresistive elements X1A to Y2D, the magnetoresistive elements X1A, X1C, X2A, and X2C 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)ように傾斜する第2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)ように傾斜する第2傾斜面10d上に形成される。
Specifically, the magnetoresistive elements Y1A, Y1B, Y1C, and Y1D are formed on the second
また、図13に示すように、磁気抵抗効果素子X2A、X2C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X1A、X1C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. 13, the magnetoresistive elements X2A and X2C 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12)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X2A、X2Cのピンド層30bの磁化の方位は、−X方向の外部磁場H’(図12)により、−X方向の成分のみを有する方位c2’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12)により、+X方向の成分のみを有する方位c1’に固定される。
Specifically, the magnetization direction 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12)により、第2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、第2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12)により、第2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、第2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 are in-plane directions of the second
Further, the magnetoresistive effect elements Y1B and Y1D are in-plane directions of the second
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、X1C、X2A、X2C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11参照)。
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
次に、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とを対比しながら、第1の実施形態に係る磁気センサ1の作用効果について説明する。
Next, the effect of the
まず、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では、基板1Wに対する垂直成分及び水平成分を有する外部磁場Hの当該垂直成分に基づいて、複数の磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dのうち一部の磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cに対応するピンド層30bの磁化の方位を固定する。
First, in the ordering heat treatment process of the
また、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では、垂直成分及び水平成分を有する外部磁場Hの当該水平成分に基づいて、複数の磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dのうち他の磁気抵抗効果素子Y1A〜Y2Dに対応するピンド層30bの磁化の方位を固定する。
このようにすることで、基板1Wの平坦面に直交する垂直成分と、基板1Wの平坦面に平行な水平成分との各々に基づいて、複数の磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dの各々に対応するピンド層30bの磁化の方位を固定するので、ピンド層30bの磁化を、異なる複数の方位に固定することができる。したがって、感度方向が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を形成できるため、測定対象とする外部磁場を、異なる複数の方位の成分別に計測可能となる。
Moreover, in the regularization heat treatment process of the
By doing in this way, it respond | corresponds to each of several magnetoresistive effect element X1A-Y2D based on each of the perpendicular | vertical component orthogonal to the flat surface of the board |
また、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よれば、区画1aが平行な直線で仕切られてなる三つの領域のうち中央に配される第1領域A1において、ピンド層30bの磁化の方位が、外部磁場の垂直成分に基づいて固定する。また、区画1aの第1領域A1の両側に配される第2領域A2及び第3領域A3においては、ピンド層30bの磁化の方位が、外部磁場の水平成分に基づいて固定される。ここで、第2領域A2に印加される水平成分の方位と、第3領域A3に印加される水平成分の方位と、が互いに逆向きとされる。
このようにすることで、一の区画における第2領域A2及び第3領域A3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、検出精度の高い磁気センサを作製することができる。
また、このようにすることで、一の区画に対して単一の磁石の一の極性面を対向させるのみで、当該極性面から放射状に生じる外部磁場によって第1領域A1から第3領域A3までの全てに対し所望の方位の外部磁場を印加させることができる。したがって、一の区画に対向させる磁石の極性面の数を一つとすることができ、各区画に対する極性面の位置合わせの精度を高めることができる。
Moreover, according to the regularization heat treatment process of the
By doing in this way, in the 2nd field A2 and the 3rd field A3 in one division, the pinned layer whose direction of magnetization is opposite to each other can be formed. Therefore, a magnetic sensor with 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.
Moreover, by doing in this way, only one polar surface of a single magnet is made to oppose one division, and it is from 1st area | region A1 to 3rd area | region A3 by the external magnetic field which arises radially from the said polar face. An external magnetic field having a desired orientation can be applied to all of the above. Therefore, the number of the polar surfaces of the magnet opposed to one section can be made one, and the alignment accuracy of the polar surface with respect to each section can be improved.
また、対比例に係る磁気センサ9の規則化熱処理の場合、微小な矩形状に形成された第1磁石20N、第2磁石20Sが、半導体ウェハ(基板1W)上における区画(区画1a’等)の各々と対応するように配される(図12参照)。これに対し、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よれば、基板1Wの平坦面上に、一の方位(第2方位)に並べて配される複数の区画(例えば、区画1a、1b、1c)の各々に対して、当該一の方位に延在する棒磁石(第1磁石20N又は第2磁石20S)を用いて外部磁場を印加する。このようにすることで、当該一の方位に並べて配される複数の区画の各々に対して、当該一の方位に延在する棒磁石を用いてまとめて外部磁場を印加することができ、微小な磁石を複数の区画ごとに対応するように配する必要がなくなる。したがって、規則化熱処理工程における負担を軽減することができる。
Further, in the case of the regularized heat treatment of the
また、対比例に係る磁気センサ9の規則化熱処理の場合、第1磁石20N、第2磁石20Sを微小に加工する必要があるため、その形状や大きさにばらつきが生じやすくなる。また、微小に加工された第1磁石20N、第2磁石20Sをマグネットアレイ20上に配列すべき数も増加するため、配置位置のばらつきも生じやすくなる。このように、第1磁石20N、第2磁石20Sの形状やサイズ、又は、配置位置にばらつきがあると、区画ごとに印加される外部磁場の方位もばらつくことになるため、当該外部磁場に基づいて作製される磁気センサ9のセンサ特性のばらつきも大きくなる。
これに対し、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よれば、棒状に形成された棒磁石(第1磁石20N、第2磁石20S)を互いに平行に配列させることで、当該第1磁石20N、第2磁石20Sの形状が大型化するとともに配列すべき数が減少する。したがって、第1磁石20N、第2磁石20Sの形状や大きさ、配置位置のばらつきを低減させることができる。
Further, in the case of the regularized heat treatment of the
On the other hand, according to the regularization heat treatment process of the
また、このようにすることで、区画(区画1a、1b、1c等)が並べて配される方位と平行に棒磁石(第1磁石20N又は第2磁石20S)が延在するように配されているので、当該区画の全範囲に渡って、当該棒磁石の延在方向(±X方向)に直交する方位(±Y方向)に直進する均一な外部磁場が印加される。したがって、当該棒磁石により印加される外部磁場から、基板の平坦面上において弧を描いて湾曲する成分を排することができる。よって、第2領域A2、第3領域A3に配されるピンド層30bの磁化の方位を、外部磁場の水平成分に基づいて、所望する方位に精度よく固定することができる。
以上より、第1の実施形態に係る磁気センサ1は、対比例に係る磁気センサ9よりも、センサ特性のばらつきを大幅に低減することができる。
Moreover, by doing in this way, it arrange | positions so that a bar magnet (the
As described above, the
また、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よれば、第1磁石20N、第2磁石20Sは、複数の区画(区画1a、1b、1c等)の各々における第1領域A1と対向しながら延在している。
このようにすることで、区画1a等の各々の第1領域A1に属するピンド層30bは、第1磁石20N、第2磁石20Sの極性面と対向する位置に配される。これにより、当該ピンド層30bに対し、第1磁石20N、第2磁石20Sの極性面の法線方向(±Z方向)に生じる磁場であって強い垂直成分を有する外部磁場Hを印加することができる。したがって、外部磁場Hの垂直成分に基づいて、ピンド層30bの磁化の方位を、所望する方位に精度よく固定することができる。
Moreover, according to the regularization heat treatment process of the
By doing in this way, the pinned
さらに、第1の実施形態においては、上述したように、第1磁石20N、第2磁石20Sは、磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cの長手方向における中心位置O1と、第1磁石20Nの極性面の幅方向における中心位置O2と、が第1方位(±Y方向)において一致するように配される(図5参照)。
このようにすることで、第1領域A1に配される磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2Cに対しては、垂直成分(±Z方向)のみを有する鉛直な外部磁場Hを印加することができるので、ピンド層30bの磁化の方位を、所望する方位に一層精度よく固定することができる。
Furthermore, in the first embodiment, as described above, the
By doing so, a vertical external magnetic field H having only a vertical component (± Z direction) is applied to the magnetoresistive elements X1A, X1C, X2A, and X2C arranged in the first region A1. Therefore, the magnetization direction of the pinned
また、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よれば、一の区画(例えば、区画1a)における第1領域A1に対してN極の極性面を対向させる第1磁石20Nと、一の区画に隣接する他の区画(例えば、区画1d)における第1領域A1に対してS極の極性面を対向させる第2磁石20Sと、を同一平面上に配列して外部磁場を印加している。
このようにすることで、複数の区画の各々の第2領域A2及び第3領域A3に属するピンド層30bは、基板1Wの平坦面の面内方向において、N極の極性面を対向させる第1磁石20Nと、S極の極性面を対向させる第2磁石20Sと、の間の中心付近に配される(図6参照)。これにより、ピンド層30bに対し、第1磁石20NのN極の極性面と第2磁石20SのS極の極性面との間に生じる磁場であって強い水平成分を有する外部磁場Hを印加することができる。したがって、外部磁場Hの垂直成分に基づいて第1領域A1に属するピンド層30bの磁化の方位を所望に固定しながら、外部磁場Hの水平成分に基づいて第2領域A2及び第3領域A3に属するピンド層30bの磁化の方位を所望する方位に精度よく固定することができる。
また、このようにすることで、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を基板1Wに重ねるのみで、平坦面に直交する成分、及び、平坦面に平行な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。
Moreover, according to the regularization heat treatment process of the
By doing in this way, the pinned
Moreover, by doing in this way, the
さらに、第1の実施形態に係る磁気センサ1の成膜ステップにおいては、ピンド層30b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10a、10bと、第1方位と異なる第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 of the
Thus, in the
また、第1の実施形態に係る磁気センサ1は、矩形板状の本体部(区画1a)と、ピンド層30bを含む多層膜からなる磁気抵抗効果素子であって、第1方位を長手方向とする磁気抵抗効果素子X1A、X1C、X2A、X2C(第1磁気抵抗効果素子)と、第2方位を長手方向とする磁気抵抗効果素子Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2D(第2磁気抵抗効果素子)とを備えている。そして、区画1aの平坦面が、当該区画1aの一辺に平行な直線で仕切られてなる三つの領域のうち中央に配される第1領域A1において、上記第1磁気抵抗効果素子が配され、第1領域A1の両側に配される第2領域A2及び第3領域A3の各々において、上記第2磁気抵抗効果素子が配されている。
このようにすることで、磁気センサ1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1Wの平坦面の一の方位に複数並べて配した際に、当該基板の平坦面上において第1領域A1〜第3領域A3を当該一の方位につなげて一続きに配することができる。したがって、第1領域A1〜第3領域A3の各々に対し、当該一の方位に延在する棒磁石を用いてまとめて外部磁場を印加しながら第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子におけるピンド層の磁化の方位を固定することができるので、磁気センサ1の製造工程における作業負担を軽減することができる。
また、このようにすることで、基板1Wの平坦面に直交する垂直成分と、基板1Wの平坦面に平行な水平成分の各々に基づいて、複数の磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dの各々に対応するピンド層30bの磁化の方位を固定するので、ピンド層30bの磁化を、異なる複数の方位に固定することができる。
The
By doing in this way, in the manufacturing process of the
Moreover, by doing in this way, it respond | corresponds to each of several magnetoresistive effect element X1A-Y2D based on each of the vertical component orthogonal to the flat surface of the board |
また、第1の実施形態に係る磁気センサ1は、第1領域A1に配される第1磁気抵抗効果素子におけるピンド層30bの磁化の方位が、少なくとも基板1Wの平坦面に直交する一の方位を向く成分を有している。また、磁気センサ1は、第2領域A2に配される第2磁気抵抗効果素子におけるピンド層30bの磁化の方位が、少なくとも基板1Wの平坦面に平行な一の方位(+Y方向)を向く成分を有している。また、磁気センサ1は、第3領域A3に配される第2磁気抵抗効果素子におけるピンド層30bの磁化の方位が、少なくとも基板1Wの平坦面に平行な他の方位(−Y方向)を向く成分を有している。
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できるので、検出精度の高い磁気センサを作製することができる。また、感度方向が互いに異なる複数の磁気抵抗効果素子を形成できるため、測定対象とする外部磁場を、異なる複数の方位の成分別に計測できる。
In the
By doing so, a bridge circuit can be configured by combining magnetoresistive elements having pinned layers whose magnetization directions are opposite to each other in one section, so that a magnetic sensor with high detection accuracy can be manufactured. . In addition, since a plurality of magnetoresistive elements having different sensitivity directions can be formed, the external magnetic field to be measured can be measured for each component in a plurality of different directions.
図14は、第1の実施形態に係る磁気センサの製造方法の効果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は、その規則化熱処理工程において、区画1aの平坦面を当該区画1aの一辺に平行な直線をもって三つに分けてなる領域のうち中央に配される第1領域A1に対し、当該一辺と平行に延在する第1磁石20Nの極性面が対向する(図5を参照)。
FIG. 14 is a diagram for explaining the effect of the magnetic sensor manufacturing method according to the first embodiment.
The
この場合、第1磁石20Nの延在方向(±X方向)における区画1aの全範囲に渡って、当該延在方向に直交する方位(±Y方向、±Z方向)の成分を有する均一な外部磁場Hが印加される。そうすると、磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dは、第1磁石20Nの延在方向における区画1aの何れの位置に配されたとしても、常に同一の外部磁場Hが印加される。つまり、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程によれば、磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dの、第1磁石20Nの延在方向における配置位置の自由度が増す。これにより、磁気センサ1は、当該磁気センサ1の機能を実現するために必要な回路を効率的に配置することができ、本体部(区画1a)のサイズの縮小化を図ることができる。
例えば、第1の実施形態に係る規則化熱処理工程によれば、図14に示すように、12個全ての磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dを、第1磁石20Nの延在方向における一方側(−X方向側)に集めて配置することも可能になる。このようにすることで、磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dを含む各種アナログ回路(出力アンプ、ノイズ除去フィルタ等)と、磁場の強度を示すサンプリング値に対しデジタル処理を行う論理回路と、を異なる二つの領域に集約して配置することができる。即ち、図14に示すような磁気センサ1によれば、磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dを含む各種アナログ回路が、区画1aを第1磁石20Nの延在方向と直交する方位(±Y方向)に分けてなる領域の一方側(アナログ回路領域BA)に集約される。また、当該磁気センサ1によれば、上記デジタル処理を行う論理回路が、区画1aを第1磁石20N及び第2磁石20Sの延在方向と直交する方位(±Y方向)に分けてなる領域の他方側(論理回路領域BD)に集約される。
例えば、第1の実施形態において、アナログ回路領域BAと論理回路領域BDとは、区画1aの平坦面を、第1領域A1、第2領域A2及び第3領域A3の各々を区画する境界線と直交する直線に沿って二等分して区画される。この場合、磁気抵抗効果素子X1A〜Y2Dは、区画1aの平坦面を二等分してなる2つの領域の一方側にのみ配置される。
なお、他の実施形態において、区画1aの平坦面におけるアナログ回路領域BAと論理回路領域BDの区分けのされ方は、上記態様に限定されない。
In this case, a uniform external portion having components in directions (± Y direction, ± Z direction) orthogonal to the extending direction over the entire range of the
For example, according to the ordered heat treatment process according to the first embodiment, as shown in FIG. 14, all twelve magnetoresistive elements X1A to Y2D are connected to one side in the extending direction of the
For example, in the first embodiment, the analog circuit area BA and the logic circuit area BD include a flat surface of the
In other embodiments, the way of dividing the analog circuit area BA and the logic circuit area BD on the flat surface of the
以上、第1の実施形態に係る磁気センサ及び磁気センサの製造方法によれば、ピンド層の磁化の方位を固定する工程における負担を軽減することができる。 As described above, according to the magnetic sensor and the method of manufacturing the magnetic sensor according to the first embodiment, it is possible to reduce the burden in the step of fixing the magnetization direction of the pinned layer.
<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15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15(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15(a)参照)。
これにより、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、第1領域A1において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. 15 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
As a result, among the directional components of the external magnetic field H, the component orthogonal to the flat surface is stronger than the other directional components, and therefore the magnetization orientation of the pinned
なお、マグネットアレイ40の代わりに、図15(b)に示すヨーク50を配置することによっても、図15(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15(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、第1領域A1において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. 15A 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、第1領域A1におい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、第1磁石20N及び第2磁石20Sは、平坦面上に形成されたピンド層30bに対し、当該平坦面に直交する垂直成分及び当該平坦面に平行な水平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、第1領域A1に配されるピンド層30bは、その磁化の方位が垂直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、BY1、BY2(図11)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、磁気センサ1の一層の小型化を図ることができる。
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 a part of the four sets of magnetoresistive elements constituting the bridge circuits BX1, BY1, and BY2 (FIG. 11) with resistance elements having known resistance values.
By doing in this way, since the number of the magnetoresistive effect elements which comprise the
また、「第1磁石20Nが第1領域A1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が第1領域A1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, the phrase “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、1a、1b、1c、1d,1e、1f、1g、1h、1i…区画(本体部)、10…溝部、10a、10b…第1傾斜面、10c、10d…第2傾斜面、20、20’、40…マグネットアレイ、20N、20N’、40N…第1磁石、20S、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、X1C、X2A、X2C、Y1A、Y1B、Y1C、Y1D、Y2A、Y2B、Y2C、Y2D…磁気抵抗効果素子、BX1、BY1、BY2…ブリッジ回路、9…磁気センサ、A1…第1領域、A2…第2領域、A3…第3領域
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記基板の平坦面に直交する垂直成分、及び、前記基板の平坦面に平行な水平成分を有する外部磁場を印加して、前記垂直成分に基づいて、前記複数の磁気抵抗効果素子のうち少なくとも一部の磁気抵抗効果素子に対応するピンド層の磁化の方位を固定するとともに、前記水平成分に基づいて、前記複数の磁気抵抗効果素子のうち前記一部の磁気抵抗効果素子と異なる他の磁気抵抗効果素子に対応する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 plurality of magnetoresistive elements;
Applying an external magnetic field having a vertical component perpendicular to the flat surface of the substrate and a horizontal component parallel to the flat surface of the substrate, and based on the vertical component, at least one of the plurality of magnetoresistive elements. The magnetization direction of the pinned layer corresponding to the magnetoresistive effect element of the portion is fixed, and other magnetoresistive elements different from the some magnetoresistive effect elements among the plurality of magnetoresistive effect elements based on the horizontal component A magnetization step for fixing the magnetization direction of the pinned layer corresponding to the effect element;
The manufacturing method of the magnetic sensor which has.
前記多層膜は、前記基板の平坦面上に並べて配される複数の区画ごとに設けられた傾斜面上に形成され、
前記着磁ステップにおいて、
前記区画が平行な直線で仕切られてなる三つの領域のうち中央に配される第1領域において、前記ピンド層の磁化の方位を前記垂直成分に基づいて固定し、前記区画の前記第1領域の両側に配される第2領域及び第3領域において、前記ピンド層の磁化の方位を前記水平成分に基づいて固定し、
前記第2領域に印加される前記水平成分の方位と、前記第3領域に印加される前記水平成分の方位と、が互いに逆向きである
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 film forming step,
The multilayer film is formed on an inclined surface provided for each of a plurality of sections arranged side by side on the flat surface of the substrate,
In the magnetizing step,
In the first region arranged in the center among the three regions divided by parallel straight lines, the magnetization direction of the pinned layer is fixed based on the vertical component, and the first region of the partition In the second region and the third region disposed on both sides of the pinned layer, the magnetization direction of the pinned layer is fixed based on the horizontal component,
2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein an orientation of the horizontal component applied to the second region and an orientation of the horizontal component applied to the third region are opposite to each other. Production method.
前記基板の平坦面上に、一の方位に並べて配される複数の前記区画の各々に対して、当該一の方位に延在する棒磁石を用い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,
The external magnetic field is applied to each of the plurality of sections arranged in one direction on the flat surface of the substrate using a bar magnet extending in the one direction. A method for manufacturing the magnetic sensor according to claim 2.
前記棒磁石は、当該棒磁石の極性面を、複数の前記区画の各々における前記第1領域と対向させながら前記一の方位に延在する
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,
The magnetic sensor according to claim 3, wherein the bar magnet extends in the one direction with a polar surface of the bar magnet facing the first region in each of the plurality of sections. Production method.
前記棒磁石であって一の区画における前記第1領域に対して一の極性面を対向させる第1磁石と、前記棒磁石であって前記一の区画に隣接する他の区画における前記第1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3又は請求項4に記載の磁気センサの製造方法。 In the magnetizing step,
The first magnet in the bar magnet, the first area in one section facing one polar face, and the first area in the other section adjacent to the one section, the bar magnet. 5. The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 3, wherein the second magnetic field is arranged on the same plane and the external magnetic field is applied to the second magnet facing the other polar surface.
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1から請求項5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. 6. The method of manufacturing a magnetic sensor according to claim 1, wherein the film is formed on both the second inclined surface provided so as to be in contact with the magnetic field.
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、
前記本体部の平坦面が、当該本体部の一辺に平行な直線で仕切られてなる三つの領域のうち中央に配される第1領域において、前記第1磁気抵抗効果素子が配され、前記第1領域の両側に配される第2領域及び第3領域の各々において、前記第2磁気抵抗効果素子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
The first magnetoresistive effect element is disposed in a first region arranged in the center among three regions in which the flat surface of the main body is partitioned by a straight line parallel to one side of the main body. 2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the second magnetoresistive element is disposed in each of the second region and the third region disposed on both sides of the one region.
前記第2領域に配される前記第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平行な一の方位を向く成分を有し、
前記第3領域に配される前記第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平行な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 disposed in the first region has a component in which the orientation of magnetization of the pinned layer faces at least one orientation orthogonal to the flat surface,
The second magnetoresistive element disposed in the second region has a component in which the magnetization direction of the pinned layer faces at least one direction parallel to the flat surface,
The second magnetoresistive element arranged in the third region has a component in which the magnetization direction of the pinned layer faces at least another direction parallel to the flat surface. Item 8. The magnetic sensor according to Item 7.
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の磁気センサ。 In the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element, the flat surface of the main body is orthogonal to a boundary line that divides each of the first region, the second region, and the third region. The magnetic sensor according to claim 7, wherein the magnetic sensor is arranged on one side of two regions divided into two equal parts.
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