JP2017103378A - Magnetoresistance effect element, magnetic sensor, manufacturing method of magnetoresistance effect element, and manufacturing method of magnetic sensor - Google Patents

Magnetoresistance effect element, magnetic sensor, manufacturing method of magnetoresistance effect element, and manufacturing method of magnetic sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2017103378A
JP2017103378A JP2015236330A JP2015236330A JP2017103378A JP 2017103378 A JP2017103378 A JP 2017103378A JP 2015236330 A JP2015236330 A JP 2015236330A JP 2015236330 A JP2015236330 A JP 2015236330A JP 2017103378 A JP2017103378 A JP 2017103378A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic field
magnetization
free layer
external magnetic
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015236330A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
土屋 豪
Takeshi Tsuchiya
豪 土屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP2015236330A priority Critical patent/JP2017103378A/en
Publication of JP2017103378A publication Critical patent/JP2017103378A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetoresistance effect element which relatively enlarges an intensity range of a detectable external magnetic field, and a manufacturing method of the magnetoresistance effect element.SOLUTION: The magnetoresistance effect element comprises: a pinned layer in which a direction of magnetization is fixed; and a free layer which is laminated at one surface side of the pinned layer and in which the direction of magnetization is changed in accordance with an external magnetic field. The magnetoresistance effect element is characterized in that the direction of magnetization in the pinned layer is tilted relatively to the direction of magnetization in the free layer with no external magnetic field and that an angle of tilt is equal to or larger than 30° and equal to or smaller than 85°. A manufacturing method of the magnetoresistance effect element includes the steps of: laminating a pinned layer formation material and a free layer formation material at one face side of a substrate; and magnetizing the pinned layer formation material. In the magnetization step, the direction of a magnetic field to be applied to the pinned layer formation material is tilted relatively to the direction of magnetization in the free layer with no external magnetic field, and an angle of tilt is equal to or larger than 30° and equal to or smaller than 85°.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子及び磁気センサ、並びに磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気センサの製造方法に関する。   The present invention relates to a magnetoresistive element, a magnetic sensor, a method for manufacturing a magnetoresistive element, and a method for manufacturing a magnetic sensor.

磁場の強度を電気抵抗に変換して検出する磁気抵抗効果素子が広く用いられている。中でも、磁場の小さな変化を比較的大きな抵抗変化に変換できる巨大磁気抵抗効果(GMR:Giant Magneto Resistive effect)を有する巨大磁気抵抗効果素子が、例えば磁気センサ等に用いられている。   Magnetoresistive elements that detect the intensity of a magnetic field by converting it into electrical resistance are widely used. In particular, a giant magnetoresistive element having a giant magnetoresistive effect (GMR) that can convert a small change in a magnetic field into a relatively large resistance change is used in, for example, a magnetic sensor.

巨大磁気抵抗効果素子は、一定の方向に予め磁化、つまり磁化の向きが固定(ピニング)されているピンド層と、このピンド層の一方の面側に積層され、外部磁場に応じて磁化の向きが変化するフリー層とを備え、ピンド層の磁化の向きとフリー層の磁化の向きとの相対関係に応じて抵抗値が変化する。   A giant magnetoresistive element is laminated on one side of a pinned layer in which the magnetization direction, that is, the magnetization direction is fixed (pinned) in advance in a certain direction, and the magnetization direction depends on the external magnetic field. And the resistance value changes according to the relative relationship between the magnetization direction of the pinned layer and the magnetization direction of the free layer.

このような巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサとしては、例えばXY平面上に外部磁場のX方向の成分を検出するよう配設される二対の巨大磁気抵抗効果素子と、外部磁場のX方向に垂直な方向の成分を検出するよう配設される二対一組で合計二組の巨大磁気抵抗効果素子とを備える磁気センサが提案されている(例えば特開2007−212275号公報参照)。この公報に記載の磁気センサでは、外部磁場のX方向に垂直な方向の成分を検出する二組の巨大磁気抵抗効果素子の内、一方の組がXY平面に対してX方向の軸を中心にY方向の正方向に傾斜する平面上に形成され、他方の組がXY平面に対してX方向の軸を中心にY方向の負方向に傾斜する平面上に形成される。この磁気センサでは、これらの傾斜面に形成される巨大磁気抵抗効果素子の抵抗値の演算により、外部磁場のY方向の成分及びZ方向の成分を導出することができる。   As a magnetic sensor using such a giant magnetoresistive effect element, for example, two pairs of giant magnetoresistive effect elements arranged so as to detect an X-direction component of an external magnetic field on an XY plane, and an external magnetic field X There has been proposed a magnetic sensor including a pair of giant magnetoresistive elements arranged in two-to-one pairs so as to detect a component in a direction perpendicular to the direction (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-212275). . In the magnetic sensor described in this publication, one of the two giant magnetoresistive elements that detect the component of the external magnetic field in the direction perpendicular to the X direction is centered on the axis in the X direction with respect to the XY plane. The other set is formed on a plane inclined in the negative direction of the Y direction around the axis in the X direction with respect to the XY plane. In this magnetic sensor, the component in the Y direction and the component in the Z direction of the external magnetic field can be derived by calculating the resistance value of the giant magnetoresistive effect element formed on these inclined surfaces.

前記公報に記載の磁気センサは、例えば外部磁場として地磁気を検出し、地磁気の相対的な向きを算出することによりセンサの向きを確認する電子コンパスとして使用される。電子コンパスのように検出する外部磁場の向きが変化し、かつその外部磁場の強度の絶対値が小さい場合、フリー層の磁化の向きが反転する際のヒステリシスによる測定値の誤差が許容できないものとなる。   The magnetic sensor described in the above publication is used, for example, as an electronic compass that detects the geomagnetism as an external magnetic field and confirms the orientation of the sensor by calculating the relative direction of the geomagnetism. If the direction of the external magnetic field to be detected changes like an electronic compass and the absolute value of the external magnetic field strength is small, the error in the measured value due to hysteresis when the magnetization direction of the free layer is reversed is unacceptable. Become.

そこで、前記公報に記載の磁気センサでは、外部磁場がない場合にフリー層が一定の方向に磁化された状態となるようフリー層にバイアス磁界を印加して磁化(初期化)し、外部磁場の変動によってフリー層の着磁方向が反転しないようにしている。具体的には、前記公報に記載の磁気センサでは、各巨大磁気抵抗効果素子が帯状のフリー層の長手方向両端にそれぞれ接続される一対のバイアス磁石膜を有し、このバイアス磁石膜によってフリー層を長手方向に磁化する初期化を行っている。   Therefore, in the magnetic sensor described in the above publication, when there is no external magnetic field, the free layer is magnetized (initialized) by applying a bias magnetic field so that the free layer is magnetized in a certain direction. The magnetization direction of the free layer is not reversed due to the fluctuation. Specifically, in the magnetic sensor described in the above publication, each giant magnetoresistive element has a pair of bias magnet films connected to both ends in the longitudinal direction of the belt-shaped free layer, and the free layer is formed by the bias magnet film. Is initialized to be magnetized in the longitudinal direction.

ところで、巨大磁気抵抗効果素子は、製造時に磁界を印加した状態で加熱することでピンド層を一定方向に磁化する規則化熱処理が必要である。前記公報に記載の磁気センサは、半導体製造技術を用いてシリコンウェハ上に縦横に配列して形成され、ダイシングにより切り出される小型のセンサチップとして製造される。このため、ピンド層を磁化する規則化熱処理は、複数の磁極(電磁石)をXY方向にN極とS極とが交互に存在するよう配列したものをウエハの一方の面に近接して配置してピンド層を形成する材料に磁界を印加した状態で加熱することによって行われる。   By the way, the giant magnetoresistive effect element needs a regularized heat treatment to magnetize the pinned layer in a certain direction by heating with a magnetic field applied during manufacture. The magnetic sensor described in the above publication is manufactured as a small sensor chip that is formed in a vertical and horizontal arrangement on a silicon wafer using semiconductor manufacturing technology and is cut out by dicing. Therefore, in ordering heat treatment to magnetize the pinned layer, a plurality of magnetic poles (electromagnets) arranged so that N poles and S poles alternately exist in the XY direction are arranged close to one surface of the wafer. Then, heating is performed while applying a magnetic field to the material forming the pinned layer.

しかしながら、このような規則化熱処理においては、磁界を印加する磁極の設計上の制約により、磁束が基板に垂直方向に湾曲し易く、基板上に並列に配設した全ての磁気抵抗効果素子に対して同じ向きの磁界を印加することが難しい。特に、前記公報に記載されるように傾斜角度が異なる複数対の平面上に複数対の巨大磁気抵抗効果素子を形成した磁気センサでは、規則化熱処理時の磁界の傾斜と巨大磁気抵抗効果素子の傾斜とが重なって、実効的な磁界強度が小さくなる素子が存在する。このため、前記公報に記載されるような磁気センサでは、ピンド層の規則化(磁化)が不十分となるおそれがある。   However, in such ordered heat treatment, the magnetic flux tends to bend in the direction perpendicular to the substrate due to the design restrictions of the magnetic pole to which the magnetic field is applied, and for all magnetoresistive elements arranged in parallel on the substrate. It is difficult to apply a magnetic field in the same direction. In particular, in the magnetic sensor in which a plurality of pairs of giant magnetoresistive effect elements are formed on a plurality of pairs of planes having different tilt angles as described in the above publication, the gradient of the magnetic field during the ordered heat treatment and the giant magnetoresistive effect element There is an element in which the effective magnetic field strength is reduced by overlapping the inclination. For this reason, in the magnetic sensor as described in the said gazette, there exists a possibility that the regularization (magnetization) of a pinned layer may become inadequate.

発明者が前記公報に記載されるような磁気センサの性能を検証した結果、ピンド層の規則化が不十分であると、検出感度及び検出精度が低下するだけでなく、検出可能な外部磁場の強度範囲(ダイナミックレンジ)も狭くなることが確認された。これは、ピンド層の規則化が不十分である場合には、比較的強度が低い外部磁場によってフリー層の着磁方向の反転が生じることによるものと考えられる。フリー層の着磁方向の反転を防止するためには、バイアス磁場を強くすればよいが、その場合、例えばバイアス磁場を発生する磁極の大型化、消費電力の増大、バイアス磁場の影響による検出感度及び検出精度の低下等の不都合が生じるため、磁気抵抗効果素子のダイナミックレンジを十分に大きくすることができない場合がある。   As a result of the inventor's verification of the performance of the magnetic sensor as described in the above publication, if the pinned layer is insufficiently ordered, not only the detection sensitivity and the detection accuracy are lowered, but also the detectable external magnetic field. It was confirmed that the intensity range (dynamic range) was also narrowed. This is considered to be due to the reversal of the magnetization direction of the free layer caused by an external magnetic field having a relatively low strength when the pinned layer is not sufficiently ordered. In order to prevent reversal of the magnetization direction of the free layer, it is only necessary to increase the bias magnetic field. In this case, for example, the magnetic pole generating the bias magnetic field is enlarged, the power consumption is increased, and the detection sensitivity due to the influence of the bias magnetic field is detected. In addition, there are cases where the dynamic range of the magnetoresistive element cannot be sufficiently increased due to inconveniences such as a decrease in detection accuracy.

特開2007−212275号公報JP 2007-212275 A

前記不都合に鑑みて、本発明は、検出可能な外部磁場の強度範囲(ダイナミックレンジ)が比較的大きい磁気抵抗効果素子及び磁気センサ、並びに磁気抵抗効果素子の製造方法及び磁気センサの製造方法を提供することを課題とする。   In view of the above problems, the present invention provides a magnetoresistive effect element and a magnetic sensor having a relatively large intensity range (dynamic range) of the detectable external magnetic field, a method for manufacturing the magnetoresistive effect element, and a method for manufacturing the magnetic sensor. The task is to do.

本発明者は、鋭意研究の結果、ピンド層の規則化が不十分である場合、ピンド層が微視的にはピニング方向と異なる方向に磁化されている部分を多く有し、フリー層の初期化における磁化の方向と反対向きの成分を有するよう磁化されているピンド層内のミクロ部分がフリー層の磁化方向の反転を引き起こす核を形成すると考えるに至った。そして、本発明者は、ピンド層内でフリー層の初期化における磁化の方向と反対向きの成分を有するよう磁化されているミクロ部分を少なくすることで磁気抵抗効果素子のダイナミックレンジを大きくすることができるとの着想を得て、以下の発明を完成させた。   As a result of diligent research, the present inventor has found that when the pinned layer is insufficiently ordered, the pinned layer has many parts that are microscopically magnetized in a direction different from the pinning direction, and the initial state of the free layer. It came to be considered that the micro portion in the pinned layer magnetized so as to have a component opposite to the direction of magnetization in the formation of a nucleus forms a reversal of the magnetization direction of the free layer. Then, the present inventor increases the dynamic range of the magnetoresistive effect element by reducing the micro part magnetized so as to have a component opposite to the magnetization direction in the initialization of the free layer in the pinned layer. The following invention was completed with the idea of being able to.

前記課題を解決するためになされた発明は、磁化の方向が固定されるピンド層と、このピンド層の一方の面側に積層され、外部磁場に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを備える磁気抵抗効果素子であって、前記ピンド層の磁化の方向がフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に対して傾斜しており、その傾斜角が30°以上85°以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子である。   The invention made to solve the above-described problems includes a pinned layer in which the direction of magnetization is fixed, and a free layer that is laminated on one surface side of the pinned layer and changes the direction of magnetization according to an external magnetic field. The magnetoresistive effect element includes a magnetization direction of the pinned layer that is inclined with respect to a magnetization direction in the absence of an external magnetic field of the free layer, and an inclination angle of 30 ° to 85 °. This is a magnetoresistive effect element.

当該磁気抵抗効果素子は、前記ピンド層の磁化の方向がフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向、つまり初期化のためのバイアス磁界の方向に対して前記範囲だけ傾斜していることにより、ピンド層が、微視的に見ても、フリー層の初期化時の磁化の向きと反対方向の成分を有するよう磁化されたミクロ部分が極めて少ない。このため、当該磁気抵抗効果素子は、外部磁場が比較的強くなるまでフリー層の磁化方向の反転が生じない。従って、当該磁気抵抗効果素子は、フリー層の磁化方向の反転が生じ難く、外部磁場を検出できる範囲が比較的大きい。なお、「磁化の方向」とは、各層全体の磁化の巨視的(マクロ)な方向であって、分極により形成される磁極がN極であるかS極であるか、つまり磁化の向きの正負を考慮した方向(ベクトル)を意味し、分極方向が逆方向である場合の「傾斜角」は180°と評価される。   In the magnetoresistive element, the magnetization direction of the pinned layer is inclined by the above range with respect to the magnetization direction when there is no external magnetic field of the free layer, that is, the bias magnetic field direction for initialization. Even if the pinned layer is microscopically observed, there are very few micro portions magnetized so as to have a component opposite to the magnetization direction at the time of initializing the free layer. For this reason, in the magnetoresistive effect element, the magnetization direction of the free layer is not reversed until the external magnetic field becomes relatively strong. Therefore, the magnetoresistive effect element does not easily reverse the magnetization direction of the free layer, and the range in which the external magnetic field can be detected is relatively large. The “magnetization direction” is a macroscopic (macro) direction of magnetization of the entire layer, and whether the magnetic pole formed by polarization is an N pole or an S pole, that is, whether the magnetization direction is positive or negative. The “tilt angle” in the case where the polarization direction is the reverse direction is evaluated as 180 °.

また、前記課題を解決するためになされた別の発明は、基板と、この基板の表面に形成され、当該磁気抵抗効果素子である少なくとも一対の第一磁気抵抗効果素子と、少なくとも一対の第二磁気抵抗効果素子とを備え、前記第一磁気抵抗効果素子の対が、それぞれのフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向が互いに逆向きであり、かつフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に配列され、前記第二磁気抵抗効果素子が、前記基板の表面に形成され、磁化の方向が固定されたピンド層及びこのピンド層の一方の面側に積層され、外部磁場に応じて磁化の方向が変化するフリー層をそれぞれ有し、前記第二磁気抵抗効果素子の対が、それぞれのフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向が互いに逆向きであり、前記第一磁気抵抗効果素子のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向と第二磁気抵抗効果素子のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向とが垂直であり、対をなす前記第一磁気抵抗効果素子の配列方向と対をなす第二磁気抵抗効果素子の配列方向とが傾斜しており、その傾斜角が30°以上85°以下である磁気センサである。   Another invention made to solve the above-described problems is a substrate, at least a pair of first magnetoresistive elements formed on the surface of the substrate and being the magnetoresistive elements, and at least a pair of second elements. A magnetoresistive effect element, wherein the first magnetoresistive effect element pair has opposite magnetization directions when there is no external magnetic field of each free layer, and there is no external magnetic field of the free layer The second magnetoresistive element arranged in the magnetization direction is formed on the surface of the substrate, and is laminated on one surface side of the pinned layer in which the magnetization direction is fixed, depending on the external magnetic field Each having a free layer whose magnetization direction changes, and the pair of the second magnetoresistive elements have opposite magnetization directions when there is no external magnetic field of each free layer, Resistance effect element The direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer and the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer of the second magnetoresistive element are perpendicular to each other, and In the magnetic sensor, the arrangement direction of the second magnetoresistive effect element paired with the arrangement direction is inclined, and the inclination angle is 30 ° or more and 85 ° or less.

当該磁気センサは、フリー層の着磁方向の反転が生じ難い当該磁気抵抗効果素子から形成される少なくとも一対の第一磁気抵抗効果素子を備えるので、外部磁場の少なくとも第一磁気抵抗効果素子が検出する成分を比較的広範囲に検出することができる。また、当該磁気センサは、対をなす前記第一磁気抵抗効果素子の配列方向と対をなす第二磁気抵抗効果素子の配列方向とが傾斜していることにより、平行四辺形格子状に配列した磁極を用いて前記第一磁気抵抗効果素子のピンド層及び第二磁気抵抗効果素子のピンド層を同時にピニング(規則化)することができる。このため、当該磁気センサは、比較的ダイナミックレンジが広く、かつ比較的安価に提供できる。   Since the magnetic sensor includes at least a pair of first magnetoresistive elements formed from the magnetoresistive elements that are difficult to reverse the magnetization direction of the free layer, at least the first magnetoresistive elements of the external magnetic field are detected. The component to be detected can be detected in a relatively wide range. In addition, the magnetic sensor is arranged in a parallelogram lattice shape because the arrangement direction of the first magnetoresistive effect element forming a pair and the arrangement direction of the second magnetoresistive effect element forming a pair are inclined. Using the magnetic pole, the pinned layer of the first magnetoresistive element and the pinned layer of the second magnetoresistive element can be simultaneously pinned (ordered). Therefore, the magnetic sensor has a relatively wide dynamic range and can be provided at a relatively low cost.

前記フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向が互いに平行になるよう配設される複数対の前記第一磁気抵抗効果素子を備え、前記複数対の第一磁気抵抗効果素子のピンド層及びフリー層が、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に平行な軸を中心として前記基板の表面に対して異なる角度で傾斜する複数の平面に沿って形成されているとよい。このように、ピンド層及びフリー層が、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に平行な軸を中心として前記基板の表面に対して異なる角度で傾斜する複数の平面に沿って形成されている複数対の前記第一磁気抵抗効果素子を備えることによって、これら複数対の第一磁気抵抗効果素子をブリッジ接続することによって外部磁場の直交する二方向の成分を検出することができるので、第二磁気抵抗効果素子と合わせて外部磁場の三軸の全ての成分を検出することができる。また、このように第一磁気抵抗効果素子が基板の表面に対して異なる角度で傾斜する複数の平面に沿って形成されている場合、ピンド層を磁化する際の実効的な磁界強度を大きくすることが難しいが、ピンド層の磁化方向をフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に対して傾斜させることにより第一磁気抵抗効果素子のフリー層の磁化方向の反転を抑制することで、比較的ダイナミックレンジを大きくすることができる。   A plurality of pairs of first magnetoresistive elements arranged such that directions of magnetization in the absence of an external magnetic field of the free layer are parallel to each other; The free layer may be formed along a plurality of planes inclined at different angles with respect to the surface of the substrate about an axis parallel to the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer. In this way, the pinned layer and the free layer are formed along a plurality of planes inclined at different angles with respect to the surface of the substrate about an axis parallel to the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer. By providing a plurality of pairs of the first magnetoresistive effect elements, it is possible to detect two orthogonal components of the external magnetic field by bridge connecting the plurality of pairs of the first magnetoresistive effect elements. Together with the second magnetoresistive element, all three components of the external magnetic field can be detected. Further, when the first magnetoresistive element is formed along a plurality of planes inclined at different angles with respect to the surface of the substrate in this way, the effective magnetic field strength when magnetizing the pinned layer is increased. Although it is difficult, by suppressing the reversal of the magnetization direction of the free layer of the first magnetoresistance effect element by tilting the magnetization direction of the pinned layer with respect to the magnetization direction when there is no external magnetic field of the free layer, The dynamic range can be relatively increased.

また、前記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、磁化の方向が固定されるピンド層と、このピンド層の一方の面側に積層され、外部磁場がない場合に一定の方向に磁化され、外部磁場に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを備える磁気抵抗効果素子の製造方法であって、基板の一方の面側にピンド層形成材料及びフリー層形成材料を積層する工程と、前記ピンド層形成材料を磁化する工程とを備え、前記磁化工程でピンド層形成材料に印加する磁界の向きをフリー層の外部磁場がない場合の磁化方向に対して傾斜させ、その傾斜角が30°以上85°以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法である。   Further, another invention made to solve the above problem is that a pinned layer in which the direction of magnetization is fixed and laminated on one surface side of this pinned layer, and in a certain direction when there is no external magnetic field. A magnetoresistive effect element manufacturing method comprising a free layer that is magnetized and whose magnetization direction changes in response to an external magnetic field, the step of laminating a pinned layer forming material and a free layer forming material on one surface side of a substrate And the step of magnetizing the pinned layer forming material, wherein the direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material in the magnetization step is tilted with respect to the magnetization direction when there is no external magnetic field of the free layer, and the tilt angle thereof Is a manufacturing method of a magnetoresistive effect element characterized by being 30 ° or more and 85 ° or less.

当該磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記磁化工程でピンド層形成材料に印加する磁界の向きをフリー層の外部磁場がない場合の磁化方向に対して前記範囲の傾斜角だけ傾斜させることによって、前記ピンド層の磁化の方向がフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に対して傾斜しており、その傾斜角が30°以上85°以下である磁気抵抗効果素子を製造することができる。当該磁気抵抗効果素子の製造方法によって得られる磁気抵抗効果素子は、フリー層の初期化時の磁化の向きがピンド層の磁化の方向と逆向きの成分を有するので、フリー層の磁化の反転が生じ難く、外部磁場を比較的広い範囲で検出することができる。   In the method of manufacturing the magnetoresistive element, the direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material in the magnetization step is inclined by the inclination angle in the above range with respect to the magnetization direction when there is no external magnetic field of the free layer, A magnetoresistive effect element in which the direction of magnetization of the pinned layer is inclined with respect to the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer, and the inclination angle is 30 ° to 85 ° can be manufactured. . The magnetoresistive element obtained by the magnetoresistive element manufacturing method has a component in which the magnetization direction at the time of initializing the free layer is opposite to the magnetization direction of the pinned layer. The external magnetic field can be detected in a relatively wide range.

また、前記課題を解決するためになされたさらに別の発明は、当該磁気抵抗効果素子の製造方法を用い、基板の表面に複数の磁気抵抗効果素子を形成する磁気センサの製造方法であって、前記磁化工程が、前記基板に近接して複数の磁極を配置した状態でピンド層形成材料を加熱する工程を有し、前記ピンド層形成材料に印加する磁界の向きをフリー層の外部磁場がない場合の磁化方向に対して傾斜させるよう、前記N極とS極とを前記フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に位置ずれして配置する磁気センサの製造方法である。   Further, another invention made to solve the above problems is a method of manufacturing a magnetic sensor using the method of manufacturing a magnetoresistive element, and forming a plurality of magnetoresistive elements on the surface of a substrate, The magnetization step includes a step of heating the pinned layer forming material in a state where a plurality of magnetic poles are arranged close to the substrate, and the direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material is free from the external magnetic field of the free layer This is a method of manufacturing a magnetic sensor in which the N pole and the S pole are displaced in the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer so as to be inclined with respect to the magnetization direction.

当該磁気センサの製造方法は、複数の磁極のN極とS極とをフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に位置ずれして配置することによって、前記磁化工程で第一磁気抵抗効果素子のピンド層形成材料に印加する磁界の向きをフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に対して傾斜させることができ、第一磁気抵抗効果素子のフリー層の磁化方向の反転が生じ難く、外部磁場を比較的広い範囲で検出することができる磁気センサを効率よく製造できる。   In the method of manufacturing the magnetic sensor, the first magnetoresistive effect is obtained in the magnetization step by disposing the N poles and S poles of the plurality of magnetic poles in the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer. The direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material of the element can be tilted with respect to the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer, resulting in reversal of the magnetization direction of the free layer of the first magnetoresistive effect element It is difficult to efficiently manufacture a magnetic sensor that can detect an external magnetic field in a relatively wide range.

本発明の磁気抵抗効果素子及び磁気センサ、並びに本発明の磁気抵抗効果素子の製造方法によって得られる磁気抵抗効果素子及び本発明の磁気センサの製造方法によって得られる磁気センサは、外部磁場を比較的広い範囲で検出することができる。   The magnetoresistive effect element and magnetic sensor of the present invention, the magnetoresistive effect element obtained by the method of manufacturing the magnetoresistive effect element of the present invention, and the magnetic sensor obtained by the method of manufacturing the magnetic sensor of the present invention It can be detected in a wide range.

本発明の一実施形態の磁気抵抗効果素子を示す模式的平面図である。1 is a schematic plan view showing a magnetoresistive effect element according to an embodiment of the present invention. 図1の磁気抵抗効果素子の模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the magnetoresistive effect element in FIG. 1. スピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の積層構造の一例を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the laminated structure of a spin valve type giant magnetoresistive effect element. 図1の磁気抵抗効果素子を備える磁気センサの模式的平面図である。It is a schematic plan view of a magnetic sensor provided with the magnetoresistive effect element of FIG. 図4の磁気センサの模式的部分断面図である。It is a typical fragmentary sectional view of the magnetic sensor of FIG. 図1の磁気抵抗効果素子の規則化処理用の磁極の配置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows arrangement | positioning of the magnetic pole for the ordering process of the magnetoresistive effect element of FIG. 図4の磁気センサの規則化処理用の磁極の配置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows arrangement | positioning of the magnetic pole for the regularization process of the magnetic sensor of FIG.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[磁気抵抗効果素子]
図1及び図2に示す本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子1は、少なくとも磁化の方向が固定されるピンド層2と、このピンド層2の一方の面側に積層され、外部磁場に応じて磁化の方向が変化するフリー層3とを有する積層体から形成される検出部4を備える磁気抵抗効果素子である。また、検出部4は、ピンド層2及びフリー層3の間に、スペーサー層(非磁性中間層)5がさらに配設される。当該磁気抵抗効果素子1は、例えばシリコン製の基板6の表面に形成される。
[Magnetoresistance element]
A magnetoresistive effect element 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes a pinned layer 2 in which at least the magnetization direction is fixed, and is laminated on one surface side of the pinned layer 2, and an external magnetic field. It is a magnetoresistive effect element provided with the detection part 4 formed from the laminated body which has the free layer 3 from which the direction of magnetization changes according to. In the detection unit 4, a spacer layer (nonmagnetic intermediate layer) 5 is further disposed between the pinned layer 2 and the free layer 3. The magnetoresistive effect element 1 is formed on the surface of a substrate 6 made of silicon, for example.

ピンド層2は、硬磁性材料又は隣接する層によって磁化された状態が保持できる材料から形成され、好ましくは図示するように平面視帯状に形成される薄膜である。フリー層3は、軟磁性材料から形成され、好ましくはピンド層2の法線方向視でピンド層2と略同一形状となるよう積層される平面視帯状の薄膜である。スペーサー層5は、導電性の非磁性体から形成され、好ましくはピンド層2の法線方向視でピンド層及びフリー層3と略同一形状となるよう積層される平面視帯状の薄膜である。   The pinned layer 2 is formed of a hard magnetic material or a material capable of maintaining a state magnetized by an adjacent layer, and is preferably a thin film formed in a band shape in plan view as illustrated. The free layer 3 is formed of a soft magnetic material, and is preferably a thin film having a belt-like shape in plan view and laminated so as to have substantially the same shape as the pinned layer 2 when viewed in the normal direction of the pinned layer 2. The spacer layer 5 is formed of a conductive non-magnetic material, and is preferably a thin film having a belt-like shape in plan view and laminated so as to have substantially the same shape as the pinned layer and the free layer 3 when viewed in the normal direction of the pinned layer 2.

また、当該磁気抵抗効果素子1は、図示するように、外部磁場がない状態でフリー層3を磁化するために、ピンド層2及びフリー層3の両側に配置され、フリー層3に磁界を印加する一対の磁石層(フリー層3側がN極に着磁される第一磁石層7a及びフリー層3側がS極に着磁される第二磁石層7b)を有するとよい。この互いに対をなす第一磁石層7a及び第二磁石層7bは、フリー層3に、図中の矢印Fで示す方向のバイアス磁界を印加することで、外部磁場がない場合にフリー層3を矢印F方向に磁化する。このフリー層3の外部磁場がない場合の磁化の方向Fは、ピンド層2及びフリー層3の長手方向に一致することが好ましい。なお、第一磁石層7a及び第二磁石層7bは、当該磁気抵抗効果素子1から信号を取り出す電極又は電路の一部として使用することができるように導電性材料によって形成してもよい。   The magnetoresistive effect element 1 is arranged on both sides of the pinned layer 2 and the free layer 3 so as to magnetize the free layer 3 in the absence of an external magnetic field, and applies a magnetic field to the free layer 3 as shown in the figure. It is preferable to have a pair of magnet layers (a first magnet layer 7a whose free layer 3 side is magnetized to N pole and a second magnet layer 7b whose free layer 3 side is magnetized to S pole). The first magnet layer 7a and the second magnet layer 7b that are paired with each other apply a bias magnetic field in the direction indicated by the arrow F in the figure to the free layer 3 so that the free layer 3 is formed when there is no external magnetic field. Magnetized in the direction of arrow F. It is preferable that the magnetization direction F in the absence of the external magnetic field of the free layer 3 coincides with the longitudinal directions of the pinned layer 2 and the free layer 3. In addition, you may form the 1st magnet layer 7a and the 2nd magnet layer 7b with an electroconductive material so that it can be used as a part of the electrode which extracts the signal from the said magnetoresistive effect element 1, or an electric circuit.

第一磁石層7a及び第二磁石層7bは、例えばCoCrPt等の硬磁性材料から形成される薄膜とすることができる。この第一磁石層7a及び第二磁石層7bを形成する材料は、ピンド層2の磁化方向を変化させることなく磁化できるよう、ピンド層2を形成する材料よりも保磁力が小さい(弱い磁界で磁化できる)材料を用いることが好ましい。   The first magnet layer 7a and the second magnet layer 7b can be thin films formed of a hard magnetic material such as CoCrPt, for example. The material forming the first magnet layer 7a and the second magnet layer 7b has a smaller coercive force than the material forming the pinned layer 2 so that the material can be magnetized without changing the magnetization direction of the pinned layer 2 (with a weak magnetic field). It is preferable to use a material that can be magnetized.

当該磁気抵抗効果素子1は、ピンド層2の磁化の方向(図中の矢印Pで示す方向)に平行な方向の成分を検出する。当該磁気抵抗効果素子1において、ピンド層2の磁化の方向(図中の矢印Pで示す方向)は、フリー層3の外部磁場がない場合の磁化の方向(初期化方向、又は第一磁石層7a及び第二磁石層7bから印加されるバイアス磁界の方向)Fに対して傾斜している。   The magnetoresistive element 1 detects a component in a direction parallel to the magnetization direction of the pinned layer 2 (the direction indicated by the arrow P in the figure). In the magnetoresistive effect element 1, the direction of magnetization of the pinned layer 2 (direction indicated by an arrow P in the figure) is the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer 3 (initialization direction or first magnet layer). 7a and the direction of the bias magnetic field applied from the second magnet layer 7b).

このピンド層2の磁化の方向Pのバイアス磁界の方向Fに対する傾斜角αの下限としては、30°であり、50°が好ましく、55°がより好ましい。一方、前記傾斜角αの上限としては、85°であり、75°が好ましく、65°がより好ましい。前記傾斜角αが前記下限に満たない場合、感度方向がバイアス磁界の方向に近くなるため、外部磁場の検出精度(抵抗値変化の線形性)及び検出感度(外部磁場の変化に対する抵抗値変化の大きさ)が不十分となるおそれがある。逆に、前記傾斜角αが前記上限を超える場合、フリー層3の磁化方向の反転を抑制する効果が不十分となるおそれがある。   The lower limit of the tilt angle α with respect to the direction F of the bias magnetic field in the magnetization direction P of the pinned layer 2 is 30 °, preferably 50 °, and more preferably 55 °. On the other hand, the upper limit of the inclination angle α is 85 °, preferably 75 °, and more preferably 65 °. When the tilt angle α is less than the lower limit, the sensitivity direction is close to the direction of the bias magnetic field, so the detection accuracy of the external magnetic field (linearity of the resistance value change) and the detection sensitivity (resistance value change with respect to the change of the external magnetic field). (Size) may be insufficient. Conversely, when the tilt angle α exceeds the upper limit, the effect of suppressing the reversal of the magnetization direction of the free layer 3 may be insufficient.

検出部4(ピンド層2及びフリー層3を含む積層体)の平均幅としては、例えば2μm以上20μm以下とすることができる。また、検出部4の平均長さとしては、例えば50μm以上500μm以下とすることができる。   The average width of the detection unit 4 (laminated body including the pinned layer 2 and the free layer 3) can be set to 2 μm or more and 20 μm or less, for example. Moreover, as an average length of the detection part 4, it is 50 micrometers or more and 500 micrometers or less, for example.

<利点>
当該磁気抵抗効果素子1は、ピンド層2の磁化の方向がフリー層3の外部磁場がない場合の磁化の方向Fに対する傾斜角αが前記範囲内であることにより、ピンド層2がフリー層3の初期化時の磁化の方向Fと反対向きの成分を有するよう磁化されているミクロ部分を略有しない。このため、当該磁気抵抗効果素子1は、フリー層の磁化方向の反転が生じ難く、外部磁場を検出できる範囲が比較的大きい。
<Advantages>
The magnetoresistive element 1 has the pinned layer 2 in the free layer 3 because the tilt angle α with respect to the magnetization direction F when the magnetization direction of the pinned layer 2 is free from the external magnetic field of the free layer 3 is within the above range. Substantially does not have a micro portion magnetized so as to have a component opposite to the magnetization direction F at the time of initialization. For this reason, the magnetoresistive effect element 1 hardly causes reversal of the magnetization direction of the free layer, and has a relatively large range in which an external magnetic field can be detected.

なお、当該磁気抵抗効果素子1は、前記ピンド層2及びフリー層3を含む積層体から形成される検出部4を備えるものであればよく、この検出部4の積層構造としては、例えばスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子等の任意の巨大磁気抵抗効果素子の積層構造を採用することができる。つまり、当該磁気抵抗効果素子1は、例えば反磁性材料から形成され、ピンド層2のフリー層3と反対側の面に積層されることでピンド層2の磁化の固定を担保するピニング層、フリー層3の表面を覆うキャッピング層、各層の材料が隣接する層に拡散することを防止する拡散防止層等をさらに備えてもよい。また、当該磁気抵抗効果素子1におけるピンド層2とフリー層3との上下関係(基板6に対する積層順序)も任意である。   The magnetoresistive element 1 only needs to include a detection unit 4 formed from a stacked body including the pinned layer 2 and the free layer 3, and the stacked structure of the detection unit 4 may be a spin valve, for example. Any laminated structure of giant magnetoresistive elements such as a giant magnetoresistive element can be adopted. That is, the magnetoresistive effect element 1 is made of, for example, a diamagnetic material, and is laminated on the surface of the pinned layer 2 opposite to the free layer 3 so that the pinning layer 2 can secure the magnetization of the pinned layer 2. You may further provide the capping layer which covers the surface of the layer 3, the diffusion prevention layer etc. which prevent that the material of each layer diffuses into the adjacent layer. Further, the vertical relationship between the pinned layer 2 and the free layer 3 in the magnetoresistive effect element 1 (stacking order with respect to the substrate 6) is also arbitrary.

否限定的な具体例として、図3にスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の検出部4の積層構造の一例を示す。このスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子の検出部4は、基板11の上に、フリー層12、第一拡散防止層13、スペーサー層14、ピンド層15、ピニング層16及びキャッピング層17がこの順番に積層されている。   As a non-limiting specific example, FIG. 3 shows an example of a laminated structure of the detection unit 4 of the spin valve type giant magnetoresistive element. The detection unit 4 of the spin-valve giant magnetoresistive element includes a free layer 12, a first diffusion prevention layer 13, a spacer layer 14, a pinned layer 15, a pinning layer 16, and a capping layer 17 in this order on a substrate 11. Are stacked.

(基板)
基板11は、半導体用基板として用いられるシリコン製の基板である。
(substrate)
The substrate 11 is a silicon substrate used as a semiconductor substrate.

(フリー層)
フリー層12は、軟磁性体(比較的透磁率が大きくヒステリシスが小さいもの)から形成される第一磁性層12aと、この第一磁性層12aの上に積層され、軟磁性体から形成される第二磁性層12bとを有する。第一磁性層12aは、例えばアモルファスCoZrNbから形成され、平均厚さが例えば5nm以上15nm以下、典型的には8nmとされる。一方、第二磁性層12bは、例えばNiFeから形成され、平均厚さが例えば2nm以上5nm以下、典型的には3.3nmとされる。
(Free layer)
The free layer 12 is formed of a soft magnetic material (a material having a relatively high magnetic permeability and a small hysteresis), and is laminated on the first magnetic layer 12a and formed of a soft magnetic material. And a second magnetic layer 12b. The first magnetic layer 12a is made of, for example, amorphous CoZrNb, and has an average thickness of, for example, 5 nm or more and 15 nm or less, typically 8 nm. On the other hand, the second magnetic layer 12b is made of, for example, NiFe and has an average thickness of, for example, 2 nm or more and 5 nm or less, typically 3.3 nm.

(第一拡散防止層)
第一拡散防止層13は、例えばCoFeから形成され、平均厚さが例えば1nm以上3nm以下とされる。CoFeは軟磁性体であるため、拡散防止層13は、フリー層12と同様に外部磁場に応じて磁化されるので、フリー層12の一部と考えることもできる。
(First diffusion prevention layer)
The first diffusion preventing layer 13 is made of, for example, CoFe, and has an average thickness of, for example, 1 nm or more and 3 nm or less. Since CoFe is a soft magnetic material, the diffusion prevention layer 13 is magnetized in accordance with an external magnetic field in the same manner as the free layer 12 and can be considered as a part of the free layer 12.

(スペーサー層)
スペーサー層14は、例えば導電性を有する材料から形成される。具体的には、スペーサー層13は、例えばCuから形成され、平均厚さが例えば1nm以上5nm以下、典型的には2.4nmとされる。
(Spacer layer)
The spacer layer 14 is formed from, for example, a conductive material. Specifically, the spacer layer 13 is made of, for example, Cu and has an average thickness of, for example, 1 nm to 5 nm, typically 2.4 nm.

(ピンド層)
ピンド層15は、強磁性体(比較的透磁率が大きいもの)から形成される。具体的には、ピンド層15は、例えばCoFeから形成され、平均厚さが例えば1nm以上5nm以下、典型的には2.2nmとされる。
(Pinned layer)
The pinned layer 15 is made of a ferromagnetic material (having a relatively high magnetic permeability). Specifically, the pinned layer 15 is made of, for example, CoFe, and has an average thickness of, for example, 1 nm to 5 nm, typically 2.2 nm.

(ピニング層)
ピニング層16は、反強磁性体(比較的透磁率がかなり小さいもの)から形成される。具体的には、ピニング層17は、例えばPtを45mol%以上55mol%以下含むPtMn合金から形成され、平均厚さ15nm以上40nm以下、典型的には24nmとされる。
(Pinning layer)
The pinning layer 16 is made of an antiferromagnetic material (having a relatively small permeability). Specifically, the pinning layer 17 is made of, for example, a PtMn alloy containing 45 mol% or more and 55 mol% or less of Pt, and has an average thickness of 15 nm or more and 40 nm or less, typically 24 nm.

(キャッピング層)
キャッピング層17は、チタン又はタンタルから形成され、平均厚さが例えば1nm以上5nm以下、典型的には2.5nmとされる。
(Capping layer)
The capping layer 17 is made of titanium or tantalum, and has an average thickness of, for example, 1 nm to 5 nm, typically 2.5 nm.

このスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子は、ピニング層17によってピンド層15が一定方向に磁化が固定され、フリー層12が外部磁場の変動に応じて磁化される。このフリー層12の磁化の方向がピンド層15の磁化の方向と一致するとき、スペーサー層13の抵抗が最小となり、このフリー層12の磁化の方向がピンド層15の磁化の方向と逆方向となるとき、スペーサー層13の抵抗が最大となる。   In this spin-valve giant magnetoresistive element, the pinned layer 15 has its magnetization fixed in a certain direction by the pinning layer 17, and the free layer 12 is magnetized according to the fluctuation of the external magnetic field. When the magnetization direction of the free layer 12 coincides with the magnetization direction of the pinned layer 15, the resistance of the spacer layer 13 is minimized, and the magnetization direction of the free layer 12 is opposite to the magnetization direction of the pinned layer 15. As a result, the resistance of the spacer layer 13 is maximized.

[磁気センサ]
図4に、図1の磁気抵抗効果素子1を備える本発明の一実施形態に係る磁気センサを示す。当該磁気センサは、外部磁場の互いに直交するXYZの三軸方向の成分を検出するものであり、主に自身に対する相対的な地磁気の向きを検出して方位を確認するための電子コンパスに用いられる三軸磁気センサである。
[Magnetic sensor]
FIG. 4 shows a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention including the magnetoresistive effect element 1 of FIG. The magnetic sensor detects XYZ triaxial components of the external magnetic field orthogonal to each other, and is mainly used for an electronic compass for detecting the direction of geomagnetism relative to itself and confirming the direction. A triaxial magnetic sensor.

当該磁気センサは、基板6と、この基板6の表面に形成される少なくとも一対の上述の当該磁気抵抗効果素子1(以下、第一磁気抵抗効果素子と呼ぶ)と、基板6の表面に形成される少なくとも一対の第二磁気抵抗効果素子8とを備える。具体的には、図4の当該磁気センサでは、図示するように、二対(4つ)一組みで二組(合計8つ)の第一磁気抵抗効果素子1と、二対(4つ)一組で一組(合計4つ)の第二磁気抵抗効果素子8とを備える。   The magnetic sensor is formed on the surface of the substrate 6, at least a pair of the magnetoresistive effect element 1 (hereinafter referred to as a first magnetoresistive effect element) formed on the surface of the substrate 6, and the substrate 6. And at least a pair of second magnetoresistance effect elements 8. Specifically, in the magnetic sensor of FIG. 4, as shown in the figure, two pairs (four), one pair of two (total eight) first magnetoresistive effect elements 1 and two pairs (four). One set (a total of four) second magnetoresistive elements 8 is provided.

当該磁気センサにおいて、基板6は、典型的には側縁がX方向及びY方向に沿う方形、好ましくは正方向の平面形状を有する。この基板6の一辺の平均長さとしては、例えば0.2mm以上2mm以下とすることができる。また、基板6の平均厚さとしては、例えば0.3mm以上1mm以下とすることができる。   In the magnetic sensor, the substrate 6 typically has a square shape whose side edge is along the X direction and the Y direction, and preferably has a planar shape in the positive direction. The average length of one side of the substrate 6 can be, for example, 0.2 mm or more and 2 mm or less. Moreover, as average thickness of the board | substrate 6, it can be 0.3 mm or more and 1 mm or less, for example.

第一磁気抵抗効果素子1の各対は、それぞれ基板6のX方向に対向する(それぞれがY方向に延在する)二辺の中央近傍の2つの領域に振り分けて形成される。また、第二磁気抵抗効果素子8の各対は、それぞれ基板6のY方向に対向する(X方向に延在する)別の二辺の近傍領域に振り分けて形成される。基板6の同じ辺の近傍領域に振り分けられる複数の第一磁気抵抗効果素子1又は複数の第二磁気抵抗効果素子8は、互いに長手方向が平行かつ基板6の辺に平行な方向(X方向又はY方向)に並んで形成される。これら基板6の同じ辺の近傍領域に振り分けられる複数の第一磁気抵抗効果素子1又は複数の第二磁気抵抗効果素子8の平面視での間隔(ギャップ)としては、例えば1μm以上10μm以下とされる。   Each pair of the first magnetoresistive effect elements 1 is formed by being divided into two regions near the center of two sides facing each other in the X direction of the substrate 6 (each extending in the Y direction). Each pair of the second magnetoresistive effect elements 8 is formed by being distributed in the vicinity of two other sides facing the Y direction of the substrate 6 (extending in the X direction). The plurality of first magnetoresistive elements 1 or the plurality of second magnetoresistive elements 8 distributed to the vicinity region of the same side of the substrate 6 are parallel to the sides of the substrate 6 in the longitudinal direction (X direction or In the Y direction). The interval (gap) in plan view of the plurality of first magnetoresistive elements 1 or the plurality of second magnetoresistive elements 8 distributed to the vicinity of the same side of the substrate 6 is, for example, 1 μm or more and 10 μm or less. The

当該磁気センサにおいて、対をなす第一磁気抵抗効果素子1は、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fが互いに逆向きである。また、対をなす第一磁気抵抗効果素子1は、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fに対向して配列される。また、第一磁気抵抗効果素子1は、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向FがX方向となるよう配設される。つまり、基板6の一辺の近傍に配置される第一磁気抵抗効果素子1の群の中心と、これに対向する辺の近傍に配置される第一磁気抵抗効果素子1の群の中心とを結ぶ方向がX方向と平行なる。   In the magnetic sensor, the paired first magnetoresistive effect elements 1 have magnetization directions F in opposite directions when there is no external magnetic field of the free layer. The paired first magnetoresistive elements 1 are arranged to face the magnetization direction F when there is no external magnetic field of the free layer. The first magnetoresistance effect element 1 is arranged so that the magnetization direction F in the absence of the external magnetic field of the free layer is the X direction. That is, the center of the group of the first magnetoresistive effect elements 1 arranged near one side of the substrate 6 is connected to the center of the group of the first magnetoresistive effect elements 1 arranged near the opposite side. The direction is parallel to the X direction.

少なくとも一対の第二磁気抵抗効果素子8は、磁化の方向が固定されたピンド層及びこのピンド層の一方の面側に積層され、外部磁場に応じて磁化の方向が変化するフリー層をそれぞれ有し、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Faが互いに逆向きである。また、第二磁気抵抗効果素子8は、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fa、つまりピンド層及びフリー層を含む積層体(検出部)の長手方向がY方向となるよう配設される。この第二磁気抵抗効果素子8は、第一磁気抵抗効果素子1と同様の積層構造を有するが、ピンド層の磁化の向きPaが限定されない。この第二磁気抵抗効果素子8のピンド層の磁化の向きPaとしては、典型的には、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Faに垂直なX方向とされるが、第一磁気抵抗効果素子1と同様にフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Faに対して傾斜していてもよい。また、第二磁気抵抗効果素子8の対は、第一磁気抵抗効果素子1のピンド層の磁化の方向Pと平行な方向に配列される。つまり、基板6の一辺の近傍に配置される第二磁気抵抗効果素子8の群の中心と、これに対向する辺の近傍に配置される第二磁気抵抗効果素子8の群の中心とを結ぶ方向が第一磁気抵抗効果素子1のピンド層の磁化の方向Pと平行となる。   At least a pair of second magnetoresistive elements 8 each have a pinned layer whose magnetization direction is fixed and a free layer that is laminated on one surface side of the pinned layer and whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. However, the magnetization directions Fa when there is no external magnetic field of the free layer are opposite to each other. The second magnetoresistive element 8 is arranged such that the magnetization direction Fa when there is no external magnetic field of the free layer, that is, the longitudinal direction of the stacked body (detection unit) including the pinned layer and the free layer is the Y direction. Is done. The second magnetoresistive element 8 has the same laminated structure as the first magnetoresistive element 1, but the magnetization direction Pa of the pinned layer is not limited. The magnetization direction Pa of the pinned layer of the second magnetoresistive element 8 is typically the X direction perpendicular to the magnetization direction Fa when there is no external magnetic field of the free layer. Like the resistance effect element 1, it may be inclined with respect to the magnetization direction Fa when there is no external magnetic field of the free layer. The pair of second magnetoresistive elements 8 is arranged in a direction parallel to the magnetization direction P of the pinned layer of the first magnetoresistive element 1. That is, the center of the group of second magnetoresistive effect elements 8 arranged in the vicinity of one side of the substrate 6 is connected to the center of the group of second magnetoresistive effect elements 8 arranged in the vicinity of the side facing the substrate 6. The direction is parallel to the magnetization direction P of the pinned layer of the first magnetoresistance effect element 1.

また、図5に示すピンド層及びフリー層を含む積層体の長手方向(フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向F)に垂直な断面において、複数対の第一磁気抵抗効果素子1は、ピンド層及びフリー層が、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fに平行な軸を中心として基板6の表面に対して異なる角度で傾斜する複数の平面に沿って形成されている。より詳しくは、二組の第一磁気抵抗効果素子1は、異なる方向に(好ましくは等しい絶対角度で)傾斜する平面上にそれぞれ配設されており、第一磁気抵抗効果素子1の一方の組の法線がZ方向を基準としてY軸正方向に傾斜し、第一磁気抵抗効果素子1の他方の組の法線がZ方向を基準としてY軸負方向に傾斜している。第一磁気抵抗効果素子1を形成する傾斜面は、例えば図示するように基板6の表面に台形状又は三角形状の溝を形成することで設けることができる。第一磁気抵抗効果素子1が配設される平面の基板6の表面(XY平面)に対する傾斜角度の絶対値としては、例えば25°以上65°以下とすることができる。   In addition, in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the laminate including the pinned layer and the free layer shown in FIG. 5 (the direction of magnetization F when there is no external magnetic field of the free layer), a plurality of pairs of first magnetoresistive elements 1 are The pinned layer and the free layer are formed along a plurality of planes inclined at different angles with respect to the surface of the substrate 6 around an axis parallel to the direction of magnetization F when there is no external magnetic field of the free layer. . More specifically, the two sets of the first magnetoresistive effect element 1 are respectively arranged on planes inclined in different directions (preferably at equal absolute angles), and one set of the first magnetoresistive effect element 1 is provided. Of the first magnetoresistive element 1 is inclined in the Y-axis negative direction with reference to the Z direction. The inclined surface forming the first magnetoresistance effect element 1 can be provided by forming a trapezoidal or triangular groove on the surface of the substrate 6 as shown in the figure, for example. The absolute value of the inclination angle with respect to the surface (XY plane) of the flat substrate 6 on which the first magnetoresistive effect element 1 is disposed can be, for example, 25 ° to 65 °.

当該磁気センサでは、複数対の第一磁気抵抗効果素子1をブリッジ接続又は各第一磁気抵抗効果素子1の抵抗値を演算処理することによって外部磁場のY方向及びZ方向の二方向の成分を検出することができる。なお、外部磁場のY方向及びZ方向の二方向の成分を検出するためのブリッジ接続又は演算処理については、例えば特開2007−212275号公報等に詳しく記載されており、周知技術であるため、本明細書では詳細な説明を省略する。   In the magnetic sensor, a plurality of pairs of first magnetoresistive effect elements 1 are bridge-connected, or the resistance values of the first magnetoresistive effect elements 1 are processed to obtain two components of the external magnetic field in the Y direction and the Z direction. Can be detected. Note that the bridge connection or calculation processing for detecting components in the Y direction and the Z direction of the external magnetic field is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-212275 and the like, and is a well-known technique. Detailed description is omitted in this specification.

この第二磁気抵抗効果素子8を用いて、第一磁気抵抗効果素子1と同様に、ブリッジ接続又は各素子の抵抗値の演算処理により外部磁場のX方向の成分を導出することができる。従って、当該磁気センサは、外部磁場のY方向及びZ方向の成分を検出できる複数対の第一磁気抵抗効果素子1と、外部磁場のX方向の成分を検出できる第二磁気抵抗効果素子8とによって、外部磁場のXYZ三軸の全ての成分を検出することができる。   Using the second magnetoresistive effect element 8, as in the case of the first magnetoresistive effect element 1, the component in the X direction of the external magnetic field can be derived by the bridge connection or the calculation processing of the resistance value of each element. Therefore, the magnetic sensor includes a plurality of pairs of first magnetoresistive effect elements 1 that can detect the Y-direction and Z-direction components of the external magnetic field, and a second magnetoresistive effect element 8 that can detect the X-direction components of the external magnetic field. By this, it is possible to detect all the XYZ three-axis components of the external magnetic field.

さらに、当該磁気センサにおいて、図4に示すように、対をなす第一磁気抵抗効果素子1の配列方向D(複数対ある場合は素子の中心間を結ぶ方向であり、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fと一致)と、対をなす第二磁気抵抗効果素子8の配列方向Da(複数対ある場合は素子の中心間を結ぶ方向)とは傾斜角βで傾斜している。換言すると、対をなす第二磁気抵抗効果素子8は、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Faと垂直な方向(第一磁気抵抗効果素子1のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向F)に互いに逆方向にオフセットされている。   Furthermore, in the magnetic sensor, as shown in FIG. 4, the arrangement direction D of the first magnetoresistive effect elements 1 forming a pair (in the case of multiple pairs, the direction connecting the centers of the elements, and the external magnetic field of the free layer is And the direction of arrangement Da of the paired second magnetoresistive effect elements 8 (the direction connecting the centers of the elements when there are a plurality of pairs) are inclined at an inclination angle β. . In other words, the paired second magnetoresistive element 8 has a direction perpendicular to the magnetization direction Fa when there is no external magnetic field of the free layer (in the case where there is no external magnetic field of the free layer of the first magnetoresistive element 1). They are offset in opposite directions in the direction of magnetization F).

対をなす第一磁気抵抗効果素子1の配列方向Dと、対をなす第二磁気抵抗効果素子8の配列方向Daとの傾斜角βの下限としては、30°であり、50°が好ましく、65°がより好ましい。一方、前記傾斜角βの上限としては、85°であり、75°が好ましく、70°がより好ましい。また、この傾斜角βは、磁気抵抗効果素子1のピンド層2の磁化の方向Pのバイアス磁界の方向Fに対する傾斜角αと等しいことが好ましい。前記傾斜角βが前記下限に満たない場合、磁気抵抗効果素子1のピンド層2を傾斜角αを有するよう規則化することが容易でなくなるおそれがある。逆に、前記傾斜角βが前記上限を超える場合にも、やはり磁気抵抗効果素子1のピンド層2を傾斜角αを有するよう規則化することが容易でなくなるおそれがある。   The lower limit of the inclination angle β between the arrangement direction D of the paired first magnetoresistance effect elements 1 and the arrangement direction Da of the paired second magnetoresistance effect elements 8 is 30 °, preferably 50 °, 65 ° is more preferable. On the other hand, the upper limit of the inclination angle β is 85 °, preferably 75 °, and more preferably 70 °. In addition, this inclination angle β is preferably equal to the inclination angle α of the magnetization direction P of the pinned layer 2 of the magnetoresistive element 1 with respect to the direction F of the bias magnetic field. If the tilt angle β is less than the lower limit, it may be difficult to order the pinned layer 2 of the magnetoresistive element 1 to have the tilt angle α. Conversely, even when the tilt angle β exceeds the upper limit, it may be difficult to order the pinned layer 2 of the magnetoresistive element 1 to have the tilt angle α.

つまり、当該磁気センサは、対をなす第一磁気抵抗効果素子1の配列方向と対をなす第二磁気抵抗効果素子8の配列方向とが傾斜していることにより、後述するように、平行四辺形格子状に配列した磁極を用いて記第一磁気抵抗効果素子1のピンド層及び第二磁気抵抗効果素子8のピンド層を比較的容易かつ正確にピニング(規則化)することができる。   That is, the magnetic sensor has parallel four sides as will be described later, since the arrangement direction of the paired first magnetoresistance effect elements 1 and the arrangement direction of the paired second magnetoresistance effect elements 8 are inclined. The pinned layer of the first magnetoresistive effect element 1 and the pinned layer of the second magnetoresistive effect element 8 can be pinned (regulated) relatively easily and accurately by using magnetic poles arranged in a lattice pattern.

<利点>
当該磁気センサは、フリー層の着磁方向の反転が生じ難い少なくとも一対の第一磁気抵抗効果素子1を備えるので、外部磁場の少なくとも第一磁気抵抗効果素子1が検出する成分を比較的広範囲に検出することができる。
<Advantages>
Since the magnetic sensor includes at least a pair of first magnetoresistive elements 1 that are difficult to reverse the magnetization direction of the free layer, at least a component detected by the first magnetoresistive element 1 of the external magnetic field is relatively wide. Can be detected.

[磁気抵抗効果素子の製造方法]
当該磁気抵抗効果素子1は、基板6の一方の面側にピンド層形成材料及びスペーサー層形成材料を積層する工程と、ピンド層形成材料を磁化する工程とを備える本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法によって製造することができる。
[Method for Manufacturing Magnetoresistive Element]
The magnetoresistive effect element 1 according to an embodiment of the present invention includes a step of laminating a pinned layer forming material and a spacer layer forming material on one surface side of the substrate 6 and a step of magnetizing the pinned layer forming material. It can be manufactured by a method for manufacturing a magnetoresistive effect element.

前記積層工程では、スペーサー層形成材料及びフリー層形成材料の他、当該磁気抵抗効果素子1の検出部4を構成する各層を形成する材料を順番に積層する。各層を積層する順番は、当該磁気抵抗効果素子1の積層構造に応じて適宜選択される。   In the laminating step, in addition to the spacer layer forming material and the free layer forming material, materials for forming each layer constituting the detection unit 4 of the magnetoresistive effect element 1 are sequentially stacked. The order in which the layers are laminated is appropriately selected according to the laminated structure of the magnetoresistive effect element 1.

前記磁化工程では、ピンド層形成材料に印加する磁界の向きをフリー層の外部磁場がない場合の磁化方向Fに対して傾斜させる。これによって、ピンド層形成材料に印加する磁界の向きに沿う方向に磁化されたピンド層が形成される。従って、ピンド層形成材料に印加する磁界の向きのフリー層の外部磁場がない場合の磁化方向Fに対する傾斜角度は、そのまま当該磁気抵抗効果素子1におけるピンド層の磁化の方向Pのフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fに対する傾斜角αとなる。   In the magnetization step, the direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material is inclined with respect to the magnetization direction F when there is no external magnetic field of the free layer. Thereby, a pinned layer magnetized in the direction along the direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material is formed. Therefore, the inclination angle with respect to the magnetization direction F when there is no external magnetic field of the free layer in the direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material is directly outside the free layer in the magnetization direction P of the pinned layer in the magnetoresistive effect element 1. It becomes the inclination angle α with respect to the direction of magnetization F when there is no magnetic field.

具体的には、図6に示すように、ピンド層形成材料を幅方向に挟み込むよう配置するN極とS極とをフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向F(X方向)に位置ずれして配置する。つまり、磁気抵抗効果素子1を挟み込むN極とS極とを結ぶ方向(これらの磁極が形成する磁界の方向)が、磁気抵抗効果素子1の長手方向に対して上述の傾斜角αを有するように配置される。   Specifically, as shown in FIG. 6, the N pole and the S pole arranged so as to sandwich the pinned layer forming material in the width direction are positioned in the magnetization direction F (X direction) when there is no external magnetic field of the free layer. Shift and place. That is, the direction connecting the N pole and the S pole sandwiching the magnetoresistive effect element 1 (the direction of the magnetic field formed by these magnetic poles) has the inclination angle α described above with respect to the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element 1. Placed in.

より詳しくは、磁気抵抗効果素子1に磁界を印加するためのN極とS極とは、ピンド層を磁化するためのN極がフリー層を磁化するための一対の磁石層7a,7bの内のN極である第一磁石層7a側に、ピンド層を磁化するためのS極がS極である第二磁石層7b側に、それぞれX方向に等しい量だけ磁気抵抗効果素子1の長手方向中心に対してオフセットされている。   More specifically, the N pole and S pole for applying a magnetic field to the magnetoresistive effect element 1 are a pair of magnet layers 7a and 7b for the N pole for magnetizing the pinned layer to magnetize the free layer. In the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element 1, the south pole for magnetizing the pinned layer is on the second magnet layer 7b side, which is the south pole, on the first magnet layer 7a side, which is the north pole, It is offset with respect to the center.

このように配置される複数の磁極を用いることによって、前記磁化工程でピンド層形成材料に印加する磁界の向きをフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fに対して傾斜させることができ、フリー層の磁化方向の反転が生じ難く、外部磁場を比較的広い範囲で検出することができる磁気抵抗効果素子1を効率よく製造できる。   By using a plurality of magnetic poles arranged in this way, the direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material in the magnetization step can be tilted with respect to the magnetization direction F when there is no external magnetic field in the free layer. The magnetoresistive effect element 1 that can hardly detect the reversal of the magnetization direction of the free layer and can detect an external magnetic field in a relatively wide range can be efficiently manufactured.

[磁気センサの製造方法]
当該磁気抵抗効果素子1を備える上述の磁気センサは、当該磁気抵抗効果素子の製造方法を用い、基板6の表面に複数の第一磁気抵抗効果素子1及び第二磁気抵抗効果素子を形成することで製造することができる。
[Method of manufacturing magnetic sensor]
The above-described magnetic sensor including the magnetoresistive effect element 1 forms a plurality of first magnetoresistive effect elements 1 and second magnetoresistive effect elements on the surface of the substrate 6 by using the magnetoresistive effect element manufacturing method. Can be manufactured.

当該磁気センサの製造方法において、前記磁化工程では、ダイシング(切断)前のウエハの状態の基板6に近接して複数の磁極を配置した状態でピンド層形成材料を加熱する工程を有するとよい。   In the method for manufacturing the magnetic sensor, the magnetization step may include a step of heating the pinned layer forming material in a state where a plurality of magnetic poles are arranged in the vicinity of the substrate 6 in a wafer state before dicing (cutting).

また、当該磁気センサの製造方法は、基板6の一方の面側の磁気抵抗効果素子形成領域両端部に、磁石形成材料を積層する工程と、前記磁化工程後に磁石形成材料を磁化することにより、フリー層にバイアス磁界を印加する第一磁石層7a及び第二磁石層7bを形成する工程とをさらに備えてもよい。   Further, the magnetic sensor manufacturing method includes a step of laminating a magnet forming material on both ends of the magnetoresistive element forming region on one side of the substrate 6, and magnetizing the magnet forming material after the magnetizing step. You may further provide the process of forming the 1st magnet layer 7a and the 2nd magnet layer 7b which apply a bias magnetic field to a free layer.

図7に、磁化工程において使用する磁極の配置を示す。図示するように、磁化工程において使用する複数の磁極は、磁気抵抗効果素子1のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fに垂直な方向(Y方向)に交互に配置されるN極とS極とを有する。そして、これら複数の磁極は、N極とS極とがフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向F(X方向)に位置ずれして配置される。つまり、磁気抵抗効果素子1を挟み込むN極とS極とを結ぶ方向(これらの磁極が形成する磁界の方向)が、磁気抵抗効果素子1の長手方向に対して上述の傾斜角αを有するように配置される。   FIG. 7 shows the arrangement of magnetic poles used in the magnetization process. As shown in the figure, the plurality of magnetic poles used in the magnetization process are N poles that are alternately arranged in a direction (Y direction) perpendicular to the magnetization direction F when there is no external magnetic field of the free layer of the magnetoresistive element 1. And S pole. The plurality of magnetic poles are arranged such that the N pole and the S pole are displaced in the magnetization direction F (X direction) when there is no external magnetic field of the free layer. That is, the direction connecting the N pole and the S pole sandwiching the magnetoresistive effect element 1 (the direction of the magnetic field formed by these magnetic poles) has the inclination angle α described above with respect to the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element 1. Placed in.

また、基板6の上に、第一磁気抵抗効果素子1と第二磁気抵抗効果素子8とが配列して形成される当該磁気センサを形成する場合、図示するように、磁化工程で使用する複数の磁極は、上述のようにN極とS極とをX方向にずらしてY方向に配列された磁極の列が、X方向に複数列に亘って配列される。この場合、複数の磁極は、磁気抵抗効果素子1のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向Fにも、N極とS極とが交互に配置される。これにより、第一磁気抵抗効果素子1のピンド層を磁化するための磁極により、第二磁気抵抗効果素子8のピンド層も同時に磁化するX方向の磁界を形成することができる。   Further, when the magnetic sensor in which the first magnetoresistive effect element 1 and the second magnetoresistive effect element 8 are formed on the substrate 6 is formed, as shown in FIG. As described above, the magnetic poles are arranged in a plurality of rows in the X direction, with the N and S poles shifted in the X direction and arranged in the Y direction. In this case, the N poles and the S poles are alternately arranged in the magnetization direction F when there is no external magnetic field of the free layer of the magnetoresistive effect element 1. Thereby, the magnetic field of the X direction which magnetizes also the pinned layer of the 2nd magnetoresistive effect element 8 simultaneously with the magnetic pole for magnetizing the pinned layer of the 1st magnetoresistive effect element 1 can be formed.

また、これらの磁極のX方向のオフセット量は、N極とS極とを結ぶ方向が磁気抵抗効果素子1の長手方向に対して傾斜角αを有するように配置されることにより、磁気センサにおける第二磁気抵抗効果素子8のX方向中心からのオフセット量と等しくなるので、N極とS極とが、第二磁気抵抗効果素子8から等距離に配置される。これにより、第二磁気抵抗効果素子8のピンド層が適切に磁化される。   Further, the offset amount of these magnetic poles in the X direction is arranged so that the direction connecting the N pole and the S pole has an inclination angle α with respect to the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element 1. Since the amount of offset from the center in the X direction of the second magnetoresistive element 8 is equal, the N pole and the S pole are arranged at an equal distance from the second magnetoresistive element 8. Thereby, the pinned layer of the 2nd magnetoresistive effect element 8 is magnetized appropriately.

当該磁気センサの製造方法は、上述のように配置される複数の磁極を用いて、第一磁気抵抗効果素子1のピンド層形成材料及び第二磁気抵抗効果素子8のピンド層形成材料に同時に磁界を印加することができ、第一磁気抵抗効果素子1及び第二磁気抵抗効果素子8を効率よく形成することができるので、磁気抵抗効果素子1を備える当該磁気センサを効率よく製造できる。   The magnetic sensor manufacturing method uses a plurality of magnetic poles arranged as described above to simultaneously apply a magnetic field to the pinned layer forming material of the first magnetoresistive effect element 1 and the pinned layer forming material of the second magnetoresistive effect element 8. Since the first magnetoresistive effect element 1 and the second magnetoresistive effect element 8 can be efficiently formed, the magnetic sensor including the magnetoresistive effect element 1 can be efficiently manufactured.

なお、当該磁気センサの製造方法では、第一磁気抵抗効果素子1及び第二磁気抵抗効果素子8のフリー層の磁化の向きが、磁気センサの内側を向いているものと磁気センサの外側を向いているものとの2種類が形成されるが、フリー層に印加すべきバイアス磁界の方向が逆向きである(このために設けられる磁極のNSが異なる)ことにより磁気センサの出力の正負が異なるだけであるため、フリー層の磁化の向きを確認して実装すればよく、実用上の問題は生じない。   In the magnetic sensor manufacturing method, the magnetization directions of the free layers of the first magnetoresistive effect element 1 and the second magnetoresistive effect element 8 are directed to the inside of the magnetic sensor and to the outside of the magnetic sensor. Although the direction of the bias magnetic field to be applied to the free layer is opposite (the NS of the magnetic pole provided for this purpose is different), the polarity of the output of the magnetic sensor differs. Therefore, it is only necessary to confirm the direction of magnetization of the free layer for mounting, and there is no practical problem.

[その他の実施形態]
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
[Other Embodiments]
The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the present invention. Should.

当該磁気抵抗効果素子は、バイアス磁界を印加する磁石層を有していなくてもよい。磁石層を有しない磁気抵抗効果素子は、バイアス磁界を形成する外部の磁石と共に用いられる。   The magnetoresistive element may not have a magnet layer for applying a bias magnetic field. A magnetoresistive effect element that does not have a magnet layer is used together with an external magnet that forms a bias magnetic field.

当該磁気抵抗効果素子は、例えば特開2007−212275号公報等に記載されるように、物理的に平行に配設され、電気的に直列に接続される複数の検出部を有するものであってもよい。   The magnetoresistive element has a plurality of detectors that are physically arranged in parallel and electrically connected in series, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-212275. Also good.

また、当該磁気抵抗効果素子は、上述の実施形態のようにピンド層及びフリー層の面に平行に電流を流すCIP(Current In Plane)構造のものに限られず、ピンド層及びフリー層の面に垂直に電流を流すCPP(Current Perpendicular to Plane)構造のものであってもよい。   In addition, the magnetoresistive element is not limited to a CIP (Current In Plane) structure in which a current flows in parallel to the surfaces of the pinned layer and the free layer as in the above-described embodiment, and the magnetoresistive effect element is formed on the surfaces of the pinned layer and the free layer. It may have a CPP (Current Perpendicular to Plane) structure in which current flows vertically.

当該磁気抵抗効果素子は、一方向の外部磁場を検出する一軸の磁気センサに用いられてもよい。   The magnetoresistive element may be used in a uniaxial magnetic sensor that detects an external magnetic field in one direction.

当該磁気センサは、第一磁気抵抗効果素子が基板の表面に対して傾斜して配置されるものに限られず、第一磁気抵抗効果素子及び第二磁気抵抗効果素子が基板の表面に沿って配置され、XY方向の外部磁場を検出する二軸センサであってもよい。   The magnetic sensor is not limited to the first magnetoresistive effect element that is inclined with respect to the surface of the substrate, and the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element are arranged along the surface of the substrate. It may be a biaxial sensor that detects an external magnetic field in the XY directions.

当該磁気センサにおいて、第一磁気抵抗効果素子及び第二磁気抵抗効果素子の長手方向(フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向)が傾斜していてもよい。   In the magnetic sensor, the longitudinal direction of the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element (the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer) may be inclined.

また、当該磁気センサにおいて、第二磁気抵抗効果素子の配列方向が第一磁気抵抗効果素子の配列方向に対して垂直であってもよい。つまり、当該磁気センサは、第二磁気抵抗効果素子が第一磁気抵抗効果素子のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向にオフセットされていないものであってもよい。   In the magnetic sensor, the arrangement direction of the second magnetoresistance effect elements may be perpendicular to the arrangement direction of the first magnetoresistance effect elements. In other words, the magnetic sensor may be one in which the second magnetoresistive element is not offset in the magnetization direction when there is no external magnetic field in the free layer of the first magnetoresistive element.

当該磁気センサは、当該磁気センサの製造方法によって製造されるものに限定されない。具体例として、磁気抵抗効果素子の規則化処理において、磁界を印加するためのN極とS極としては、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に位置ずれして配置されるものに限らず、平面視棒状かつフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に対して傾斜して配置されるものを使用してもよい。   The magnetic sensor is not limited to one manufactured by the magnetic sensor manufacturing method. As a specific example, in the ordering process of the magnetoresistive effect element, the N pole and the S pole for applying a magnetic field are arranged so as to be displaced in the magnetization direction when there is no external magnetic field of the free layer. Not limited to this, a rod-like shape in plan view and an inclination arranged with respect to the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer may be used.

当該磁気抵抗効果素子及び磁気センサは、地磁気を検出するセンサに特に好適に利用することができる。   The magnetoresistive effect element and the magnetic sensor can be particularly preferably used as a sensor for detecting geomagnetism.

1 磁気抵抗効果素子(第一磁気抵抗効果素子)
2 ピンド層
3 フリー層
4 検出部
5 スペーサー層
6 基板
7a 第一磁石層
7b 第二磁石層
8 第二磁気抵抗効果素子
11 基板
12 フリー層
12a 第一磁性層
12b 第二磁性層
13 第一拡散防止層
14 スペーサー層
15 ピンド層
16 ピニング層
17 キャッピング層
D,Da 磁気抵抗効果素子の配列方向
F,Fa フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向
P,Pa ピンド層の磁化の方向
α バイアス磁界の方向Fに対する傾斜角
β 第一磁気抵抗効果素子の配列方向と第二磁気抵抗効果素子の配列方向との傾斜角
1 Magnetoresistive effect element (first magnetoresistive effect element)
2 pinned layer 3 free layer 4 detector 5 spacer layer 6 substrate 7a first magnet layer 7b second magnet layer 8 second magnetoresistive element 11 substrate 12 free layer 12a first magnetic layer 12b second magnetic layer 13 first diffusion Preventing layer 14 Spacer layer 15 Pinned layer 16 Pinning layer 17 Capping layer D, Da Magnetoresistive effect element arrangement direction F, Fa Free layer magnetization direction P in the absence of external magnetic field, Pa Pinned layer magnetization direction α Bias Tilt angle β with respect to the direction F of the magnetic field Tilt angle between the arrangement direction of the first magnetoresistance effect element and the arrangement direction of the second magnetoresistance effect element

Claims (5)

磁化の方向が固定されるピンド層と、このピンド層の一方の面側に積層され、外部磁場に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを備える磁気抵抗効果素子であって、
前記ピンド層の磁化の方向がフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に対して傾斜しており、その傾斜角が30°以上85°以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
A magnetoresistive effect element comprising a pinned layer in which the direction of magnetization is fixed, and a free layer that is stacked on one surface side of the pinned layer and changes the direction of magnetization according to an external magnetic field,
The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the magnetization direction of the pinned layer is inclined with respect to the magnetization direction in the absence of an external magnetic field of the free layer, and the inclination angle is 30 ° or more and 85 ° or less.
基板と、
この基板の表面に形成され、請求項1に記載の磁気抵抗効果素子である少なくとも一対の第一磁気抵抗効果素子と、少なくとも一対の第二磁気抵抗効果素子とを備え、
前記第一磁気抵抗効果素子の対が、それぞれのフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向が互いに逆向きであり、かつフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に配列され、
前記第二磁気抵抗効果素子が、前記基板の表面に形成され、磁化の方向が固定されたピンド層及びこのピンド層の一方の面側に積層され、外部磁場に応じて磁化の方向が変化するフリー層をそれぞれ有し、
前記第二磁気抵抗効果素子の対が、それぞれのフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向が互いに逆向きであり、
前記第一磁気抵抗効果素子のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向と第二磁気抵抗効果素子のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向とが垂直であり、
対をなす前記第一磁気抵抗効果素子の配列方向と対をなす第二磁気抵抗効果素子の配列方向とが傾斜しており、その傾斜角が30°以上85°以下である磁気センサ。
A substrate,
It is formed on the surface of the substrate, and includes at least a pair of first magnetoresistive elements that are the magnetoresistive elements according to claim 1, and at least a pair of second magnetoresistive elements,
The first magnetoresistive element pairs are arranged in opposite directions of magnetization when there is no external magnetic field of each free layer, and arranged in the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer,
The second magnetoresistive effect element is formed on the surface of the substrate, and is stacked on a pinned layer whose magnetization direction is fixed and on one surface side of the pinned layer, and the magnetization direction changes according to an external magnetic field. Each has a free layer,
When the second magnetoresistive element pair has no external magnetic field of each free layer, the magnetization directions are opposite to each other,
The direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer of the first magnetoresistive element is perpendicular to the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer of the second magnetoresistive element,
The magnetic sensor in which the arrangement direction of the first magnetoresistive effect element forming a pair and the arrangement direction of the second magnetoresistive effect element forming a pair are inclined, and the inclination angle is 30 ° to 85 °.
前記フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向が互いに平行になるよう配設される複数対の前記第一磁気抵抗効果素子を備え、
前記複数対の第一磁気抵抗効果素子のピンド層及びフリー層が、フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に平行な軸を中心として前記基板の表面に対して異なる角度で傾斜する複数の平面に沿って形成されている請求項2に記載の磁気センサ。
Comprising a plurality of pairs of the first magnetoresistive elements arranged such that the directions of magnetization in the absence of an external magnetic field of the free layer are parallel to each other;
A plurality of pinned layers and free layers of the plurality of pairs of first magnetoresistive elements that are inclined at different angles with respect to the surface of the substrate about an axis parallel to the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer The magnetic sensor according to claim 2, wherein the magnetic sensor is formed along a plane.
磁化の方向が固定されるピンド層と、このピンド層の一方の面側に積層され、外部磁場がない場合に一定の方向に磁化され、外部磁場に応じて磁化の方向が変化するフリー層とを備える磁気抵抗効果素子の製造方法であって、
基板の一方の面側に、ピンド層形成材料及びフリー層形成材料を積層する工程と、
前記ピンド層形成材料を磁化する工程と
を備え、
前記磁化工程でピンド層形成材料に印加する磁界の向きをフリー層の外部磁場がない場合の磁化方向に対して傾斜させ、その傾斜角が30°以上85°以下であることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造方法。
A pinned layer in which the direction of magnetization is fixed, a free layer that is laminated on one side of the pinned layer, is magnetized in a certain direction when there is no external magnetic field, and changes the direction of magnetization according to the external magnetic field; A magnetoresistive effect element manufacturing method comprising:
Laminating a pinned layer forming material and a free layer forming material on one side of the substrate;
Magnetizing the pinned layer forming material, and
The direction of the magnetic field applied to the pinned layer forming material in the magnetization step is inclined with respect to the magnetization direction in the absence of an external magnetic field of the free layer, and the inclination angle is 30 ° to 85 °. A method of manufacturing a resistance effect element.
請求項4に記載の磁気抵抗効果素子の製造方法を用い、基板の表面に複数の磁気抵抗効果素子を形成する磁気センサの製造方法であって、
前記磁化工程が、前記基板に近接して複数の磁極を配置した状態でピンド層形成材料を加熱する工程を有し、
前記複数の磁極が、磁気抵抗効果素子のフリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に垂直な方向に交互に配置されるN極とS極とを有し、前記ピンド層形成材料に印加する磁界の向きをフリー層の外部磁場がない場合の磁化方向に対して傾斜させるよう前記N極とS極とを前記フリー層の外部磁場がない場合の磁化の方向に位置ずれして配置する磁気センサの製造方法。
A method of manufacturing a magnetic sensor using the method of manufacturing a magnetoresistive element according to claim 4, wherein a plurality of magnetoresistive elements are formed on a surface of a substrate,
The magnetization step includes a step of heating the pinned layer forming material in a state where a plurality of magnetic poles are arranged in proximity to the substrate;
The plurality of magnetic poles have N and S poles alternately arranged in a direction perpendicular to the direction of magnetization when there is no external magnetic field of the free layer of the magnetoresistive effect element, and are applied to the pinned layer forming material The N pole and the S pole are arranged so as to be displaced in the magnetization direction when there is no external magnetic field of the free layer so that the direction of the magnetic field to be tilted with respect to the magnetization direction when there is no external magnetic field of the free layer. Manufacturing method of magnetic sensor.
JP2015236330A 2015-12-03 2015-12-03 Magnetoresistance effect element, magnetic sensor, manufacturing method of magnetoresistance effect element, and manufacturing method of magnetic sensor Pending JP2017103378A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015236330A JP2017103378A (en) 2015-12-03 2015-12-03 Magnetoresistance effect element, magnetic sensor, manufacturing method of magnetoresistance effect element, and manufacturing method of magnetic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015236330A JP2017103378A (en) 2015-12-03 2015-12-03 Magnetoresistance effect element, magnetic sensor, manufacturing method of magnetoresistance effect element, and manufacturing method of magnetic sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017103378A true JP2017103378A (en) 2017-06-08

Family

ID=59016815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015236330A Pending JP2017103378A (en) 2015-12-03 2015-12-03 Magnetoresistance effect element, magnetic sensor, manufacturing method of magnetoresistance effect element, and manufacturing method of magnetic sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017103378A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10830614B2 (en) 2018-03-12 2020-11-10 Tdk Corporation Magnetic sensor and position detection device
CN112051524A (en) * 2019-06-05 2020-12-08 Tdk株式会社 Magnetic sensor and magnetic sensor system
JP2021085774A (en) * 2019-11-28 2021-06-03 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 Nuclear battery, nuclear battery system
US11719556B2 (en) 2020-02-13 2023-08-08 Tdk Corporation Position detection device, camera module, and rotary actuator

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10830614B2 (en) 2018-03-12 2020-11-10 Tdk Corporation Magnetic sensor and position detection device
US11215478B2 (en) 2018-03-12 2022-01-04 Tdk Corporation Magnetic sensor and position detection device
CN112051524A (en) * 2019-06-05 2020-12-08 Tdk株式会社 Magnetic sensor and magnetic sensor system
CN112051524B (en) * 2019-06-05 2023-12-08 Tdk株式会社 Magnetic sensor and magnetic sensor system
JP2021085774A (en) * 2019-11-28 2021-06-03 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 Nuclear battery, nuclear battery system
JP7385260B2 (en) 2019-11-28 2023-11-22 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 Nuclear battery, nuclear battery system
US11719556B2 (en) 2020-02-13 2023-08-08 Tdk Corporation Position detection device, camera module, and rotary actuator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6554553B2 (en) Magnetic detector
JP6193212B2 (en) Single chip 2-axis bridge type magnetic field sensor
JP6496005B2 (en) Monolithic three-dimensional magnetic field sensor and manufacturing method thereof
EP3092505B1 (en) Magnetoresistance element with an improved seed layer to promote an improved response to magnetic fields
EP2752675B1 (en) Mtj three-axis magnetic field sensor and encapsulation method thereof
US9116198B2 (en) Planar three-axis magnetometer
EP2696211B1 (en) Single chip bridge magnetic field sensor and preparation method thereof
JP5452006B2 (en) Manufacturing method of magnetic device and manufacturing method of magnetic field angle sensor
JP4557134B2 (en) Manufacturing method of magnetic sensor, magnet array used in manufacturing method of magnetic sensor, and manufacturing method of magnetic array
JP2020115404A (en) Magnetoresistive sensor
JP5686635B2 (en) Magnetic sensor and manufacturing method thereof
US20060261802A1 (en) Magnetic sensor for pointing device
JP5464198B2 (en) Three-dimensional magnetic field sensor and manufacturing method thereof
US20210382123A1 (en) Magneto-resistive element and magnetic sensor
JP2004163419A (en) Magnetic sensor, manufacturing method for the magnetic sensor, and magnet array suitable for the manufacturing method
JP2008270471A (en) Magnetic sensor and its manufacturing method
JP2008286739A (en) Magnetic field detector, and rotation angle detector
CN113811738A (en) Magnetic sensor, magnetic sensor array, magnetic field distribution measuring device, and position specifying device
JP2008306112A (en) Magneto-resistance effect film, magnetic sensor, and rotation angle detecting device
JP2017103378A (en) Magnetoresistance effect element, magnetic sensor, manufacturing method of magnetoresistance effect element, and manufacturing method of magnetic sensor
JP4507932B2 (en) Magnetic sensor with giant magnetoresistive element
CN113227814A (en) TMR sensor with magnetic tunnel junction including free layer having intrinsic anisotropy
JP2012063232A (en) Method for manufacturing magnetic field detection apparatus, and magnetic field detection apparatus
JP2014063893A (en) Magnetic sensor, manufacturing method of magnetic sensor
TWI449065B (en) A stacked spin-valve magnetic sensor and fabrication method thereof